CN106050924A - 一种环保金属基复合轴套及其制备方法 - Google Patents

一种环保金属基复合轴套及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保金属基复合轴套及其制备方法，该环保金属基复合轴套由外向里由金属基体、中间结合层和工作层组成；其中工作层材料的各成分质量百分含量为：聚乙烯60～80％，聚酰胺10～20％，石墨8～15％，铜粉2～6％，二硫化钼3％；中间结合层材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂60～80％，聚酰胺15～35％，硅烷偶联剂5～10％；金属基体的材料为45#钢、铝合金或铜合金中的一种，金属基体内表面有凹槽；本发明所述的环保金属基复合轴套，具有优异的自润滑性、耐疲劳性、抗冲击性、耐磨性、热传导性以及抗蠕变性，可以适用于载荷重、工作温度高以及粉尘大等特殊工况下机械设备部件的自润滑。

Description

一种环保金属基复合轴套及其制备方法
技术领域
本发明涉及轴套领域，具体而言，尤其涉及到一种环保金属基复合轴套及其制备方法。
背景技术
进入21世纪以来，随着现代科学技术的飞速发展，机械制造业正朝着新型、环保、高效、节能、功能复合一体化目标，生产出顺应时代潮流的现代科技产品。轴类零件由于加工工艺复杂、制造成本较高、更换较麻烦，但在机械工业中用途很广且起着重要的作用。传统的金属塑料复合轴套在高温、高压等苛刻环境下工作时，表面塑料工作层会产生腐蚀性有毒气体，对人体与环境产生不利的影响，限制了轴套的使用工况。
发明内容
本发明的第一个目的是克服上述现有技术的问题，提供一种以混合塑料与金属牢固结合、机械强度高、耐磨性能好、摩擦系数低、耐冲击性好以及环保的金属塑料复合轴套。
本发明的第二个目的是提供该环保金属基复合轴套的制备方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明的技术方案是：一种环保金属基复合轴套，所述的环保金属基复合轴套由外向里由金属基体、中间结合层和工作层组成；所述工作层材料的各成分质量百分含量为：聚乙烯60～80％，聚酰胺10～20％，石墨8～15％，铜粉2～6％，二硫化钼3％；中间结合层材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂60～80％，聚酰胺15～35％，硅烷偶联剂5～10％。
进一步的，所述金属基体的材料为45#钢或铝合金或铜合金，金属基体内表面有凹槽。进一步的，所述聚乙烯粒度为20μm，密度为0.95g/cm3；聚酰胺的粒度为30μm，密度为1g/cm3；石墨的粒度为30～40μm；铜粉的粒度为5μm，密度为3.52g/cm3；二硫化钼的粒度为30～50μm。
进一步的，所述的中间结合层厚度在0.5～1mm。
所述环保金属基复合轴套的制备方法如下：
a)首先对金属基体进行超声波清洗，时间为15～20min，以去除金属基体表面的灰尘、油污和氧化物；
b)对将步骤a)中金属基体内表面进行喷砂处理，喷砂粒径为20～80目石英砂，喷砂压力为1MPa，喷砂时间为5～10s，喷砂结束对金属基体进行水洗，水洗结束对金属基体进行烘干，其中喷砂的效果是让金属基体露出新鲜的表面，获得一定的清洁度和粗糙度，使金属基体表面与中间结合层间的实际面积增加，增加金属基体和中间结合层的结合力；
c)按质量百分含量的配比，将中间结合层材料混合均匀，并在步骤b)中金属基体内表面喷涂上厚度在0.5～1mm的中间结合层；
d)按质量百分含量的配比，将工作层材料混合均匀并干燥；
e)将步骤c)处理过的金属基体放入注塑机模具型腔中，并将步骤d)中的工作层混合料填充至注塑机料斗中，注塑机参数设定为：金属基体预热温度为100～120℃，料斗末端温度设定为260～370℃，注塑压力设定为80～100Mpa，注塑保压压力设定为30～50Mpa，保压时间为20～40min，在注塑机上螺杆的推动下，使混合料受到一定的注射压力,并填充到装有金属基体的模具型腔内，最后在保压条件下冷却使模具温度将到110℃左右脱模。
本发明具有以下有益效果:
本发明增加中间结合层作为过渡，利用中间结合层与金属基体、工作层强大的结合力，使金属基体、中间结合层、工作层牢牢结合；本发明轴套工作层混合料加热保温一定时间后直接进行注射成形，生产效率比较高，可以实现自动化控制，提高了效率，降低了成本。本发明所述的环保金属基复合轴套，可以适用于工作温度高、粉尘大、载荷重等特殊工况下机械设备部件的自润滑；本发明轴套材料生产工艺简单，各部位结合牢固，便于加工，特别有利于需要自润滑的精密部件的加工。另外，本发明轴套生产周期短，有利于降低生产成本，提高生产效率。本发明所述的环保金属基复合轴套材料对环境无污染，是一种环保型产品。其具体原因是：
1.本发明工作层中的聚乙烯是一种性能优良的工程塑料，无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀。在很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性、耐疲劳性，并有较好的耐化学品性。
2.本发明工作层中的聚酰胺俗称尼龙，具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，。
3、本发明工作层中铜粉的加入可以有效地提高轴套工作层材料的热导率,增强轴套工作层材料的钢性，而且铜粉的添加降低了轴套工作层材料的摩擦系数和磨损率；本发明工作层中石墨和二硫化钼加入，降低了轴套工作层的吸水率，进一步提升了轴套工作层的摩擦学性能、润滑性和极压性，使轴套工作层具有更好的抗蠕变、耐压缩以及热传导性。
4、本发明金属基体内表面的凹槽，可以使中间结合层和工作层嵌入在里面，提高金属基体与中间结合层、工作层的结合力，当轴套在工作时发生轴向窜动时，可以有效的避免由于轴向窜动力过大导致金属基体与中间结合层、工作层的分开的情况。
5、本发明金属基体采用特定喷砂工艺加工，使中间结合层与金属基体表面间的实际面积增加，增强了中间结合层与金属基体的结合性能。
6、本发明中间结合层中的环氧树脂，特别是对金属表面具有非常强的粘附力，耐热性好，制品尺寸稳定性好，电绝缘性好，变形收缩率小，化学稳定性，力学性能好，柔韧性好。
7、本发明中间结合层中聚酰胺的加入可以作为环氧树脂的熟化剂，增强中间结合层与工作层、金属基体的结合力；中间结合层中聚酰胺的的加入还可以与工作层中的聚酰胺形成较强的结合力。
8、本发明中间结合层中硅烷偶联剂上的活性基团与工作层中树脂分子链发生作用，具有很强的界面结合性，而且硅烷偶联剂与金属表面有非常强的界面结合性，从而大大增加中间结合层与金属基体、工作层的结合力，硅烷偶联剂还可以提高复合材料的拉伸强度与耐腐蚀性等性能。
附图说明
图1是本发明的环保金属基复合轴套组成结构示意图。
图2是本发明的环保金属基复合轴套金属基体半剖视图。
附图标记说明如下：
1-金属基体；2-中间结合层；3-工作层。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1和2所示，环保金属基复合轴套由外向里由金属基体1、中间结合层2和工作层3组成。其中工作层3材料的各成分质量百分含量为：聚乙烯60～80％，聚酰胺10～20％，石墨8～15％，铜粉2～6％，二硫化钼3％；中间结合层2材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂60～80％，聚酰胺15～35％，硅烷偶联剂5～10％；金属基体1的材料为45#钢、铝合金或铜合金中的一种，金属基体1内表面为两端凸起中部有凹槽。
本发明所用的聚乙烯粒度为20μm，密度为0.95g/cm3；聚酰胺的粒度为30μm，密度为1g/cm3；石墨的粒度为30～40μm；铜粉的粒度为5μm，密度为3.52g/cm3；二硫化钼的粒度为30～50μm。
以下通过3个实施例具体说明本发明：
实施例1:
本实施例的环保金属基复合轴套材料的成分及制备步骤如下：
a)工作层3材料的各成分质量百分含量为：聚乙烯60％，聚酰胺20％，石墨15％，铜粉2％，二硫化钼3％；中间结合层2材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂60％，聚酰胺35％，硅烷偶联剂5％；金属基体1的材料为45#钢管，45#钢管内表面有凹槽。
b)对金属基体1进行超声波清洗，时间为15min，以去除金属基体1表面的灰尘、油污和氧化物；
c)对将步骤b)中金属基体1内表面进行喷砂处理，喷砂粒径为20目石英砂，喷砂压力为1MPa，喷砂时间为8s，喷砂结束对金属基体1进行水洗，水洗结束将金属基体1放入电热恒温干燥箱进行烘干，其中喷砂的效果是让金属基体1露出新鲜的表面，获得一定的清洁度和粗糙度，使金属基体1表面与中间结合层2间的实际面积增加，增加金属基体1和中间结合层2的结合力；
d)按质量百分含量的配比，将中间结合层2材料投至混料器搅拌混合均匀，并在步骤c)中金属基体1内表面喷涂上厚度在0.5mm的中间结合层2；
e)按质量百分含量的配比，将工作层3材料投至混料器搅拌混合均匀，并放入电热恒温干燥箱进行干燥；
f)将步骤d)处理过的金属基体1放入注塑机模具型腔中，并将步骤e)中的工作层3混合料填充至注塑机料斗中进行注塑成型，注塑机参数设定为：金属基体1预热温度为100℃，料斗末端温度设定为280℃，注塑压力设定为90Mpa，注塑保压压力设定为30Mpa，保压时间为15min，最后在保压条件下冷却，并采用自然冷却的方法，使模具温度下降到110℃左右脱模。
经上述工艺制备的轴套使用温度为-60～200℃，摩擦系数为0.13～0.19，磨损率为1.3～1.7×10-6mm3/N.m。
实施例2:
本实施例的环保金属基复合轴套材料的成分及制备步骤如下：
a)工作层3材料的各成分质量百分含量为：聚乙烯67％，聚酰胺15％，石墨11％，铜粉4％，二硫化钼3％；中间结合层2材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂70％，聚酰胺23％，硅烷偶联剂7％；金属基体1的材料为45#钢管，45#钢管内表面有凹槽。
b)b)对金属基体1进行超声波清洗，时间为20min，以去除金属基体1表面的灰尘、油污和氧化物；
c)对将步骤b)中金属基体1内表面进行喷砂处理，喷砂粒径为40目石英砂，喷砂压力为1MPa，喷砂时间为8s，喷砂结束对金属基体1进行水洗，水洗结束将金属基体1放入电热恒温干燥箱进行烘干，其中喷砂的效果是让金属基体1露出新鲜的表面，获得一定的清洁度和粗糙度，使金属基体1表面与中间结合层2间的实际面积增加，增加金属基体1和中间结合层2的结合力；
d)按质量百分含量的配比，将中间结合层2材料投至混料器搅拌混合均匀，并在步骤c)中金属基体1内表面喷涂上厚度在0.5mm的中间结合层2；
e)按质量百分含量的配比，将工作层3材料投至混料器搅拌混合均匀，并放入电热恒温干燥箱进行干燥；
f)将步骤d)处理过的金属基体1放入注塑机模具型腔中，并将步骤e)中的工作层3混合料填充至注塑机料斗中进行注塑成型，注塑机参数设定为：金属基体1预热温度为110℃，料斗末端温度设定为310℃，注塑压力设定为105Mpa，注塑保压压力设定为40Mpa，保压时间为20min，最后在保压条件下冷却，并采用自然冷却的方法，使模具温度下降到110℃左右脱模。
经上述工艺制备的轴套使用温度为-60～200℃，摩擦系数为0.1～0.16，磨损率为0.6～1.3×10-6mm3/N.m。
实施例3:
本实施例的环保金属基复合轴套材料的成分及制备步骤如下：
a)工作层3材料的各成分质量百分含量为：聚乙烯73％，聚酰胺10％，石墨8％，铜粉6％，二硫化钼3％；中间结合层2材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂80％，聚酰胺15％，硅烷偶联剂5％；金属基体1的材料为45#钢管，45#钢管内表面有凹槽。
b)b)对金属基体1进行超声波清洗，时间为20min，以去除金属基体1表面的灰尘、油污和氧化物；
c)对将步骤b)中金属基体1内表面进行喷砂处理，喷砂粒径为80目石英砂，喷砂压力为1MPa，喷砂时间为10s，喷砂结束对金属基体1进行水洗，水洗结束将金属基体1放入电热恒温干燥箱进行烘干，其中喷砂的效果是让金属基体1露出新鲜的表面，获得一定的清洁度和粗糙度，使金属基体1表面与中间结合层2间的实际面积增加，增加金属基体1和中间结合层2的结合力；
d)按质量百分含量的配比，将中间结合层2材料投至混料器搅拌混合均匀，并在步骤c)中金属基体1内表面喷涂上厚度在1mm的中间结合层2；
e)按质量百分含量的配比，将工作层3材料投至混料器搅拌混合均匀，并放入电热恒温干燥箱进行干燥；
f)将步骤d)处理过的金属基体1放入注塑机模具型腔中，并将步骤e)中的工作层3混合料填充至注塑机料斗中进行注塑成型，注塑机参数设定为：金属基体1预热温度为120℃，料斗末端温度设定为330℃，注塑压力设定为110Mpa，注塑保压压力设定为50Mpa，保压时间为30min，最后在保压条件下冷却，并采用自然冷却的方法，使模具温度下降到110℃左右脱模。
经上述工艺制备的轴套使用温度为-60～200℃，摩擦系数为0.11～0.18，磨损率为1.2～2×10-6mm3/N.m。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种环保金属基复合轴套，其特征在于，所述的环保金属基复合轴套由外向里由金属基体(1)、中间结合层(2)和工作层(3)组成；所述工作层(3)材料的各成分质量百分含量为：聚乙烯60～80％，聚酰胺10～20％，石墨8～15％，铜粉2～6％，二硫化钼3％；中间结合层(2)材料的各成分质量百分含量为：环氧树脂60～80％，聚酰胺15～35％，硅烷偶联剂5～10％。
2.根据权利要求1所述的环保金属基复合轴套，其特征在于，所述金属基体(1)的材料为45#钢或铝合金或铜合金。
3.根据权利要求1至2任一项所述的环保金属基复合轴套，其特征在于，所述金属基体(1)内表面中间部分为凹槽结构。
4.根据权利要求1所述的环保金属基复合轴套，其特征在于，所述聚乙烯粒度为20μm，密度为0.95g/cm3；聚酰胺的粒度为30μm，密度为1g/cm3；石墨的粒度为30～40μm；铜粉的粒度为5μm，密度为3.52g/cm3；二硫化钼的粒度为30～50μm。
5.根据权利要求1所述的环保金属基复合轴套，其特征在于，所述的中间结合层(2)厚度在0.5～1mm。
6.根据权利要求1、2、4、5任一项所述的环保金属基复合轴套的制备方法,其特征在于，包括如下步骤：
步骤a)首先对金属基体(1)进行超声波清洗，时间为15～20min，以去除金属基体(1)表面的灰尘、油污和氧化物；
步骤b)对将步骤a)中得到的金属基体(1)内表面进行喷砂处理，喷砂粒径为20～80目石英砂，喷砂压力为1MPa，喷砂时间为5～10s，喷砂结束对金属基体(1)进行水洗，水洗结束对金属基体(1)进行烘干；
步骤c)对中间结合层(2)材料进行质量百分含量的配比，并将步骤b)得到的金属基体(1)内表面喷涂上厚度在0.1～0.2mm的中间结合层(2)材料；
步骤d)对工作层(3)材料进行质量百分含量的配比：将工作层(3)材料投至混料器搅拌混合均匀，并放入电热恒温干燥箱进行干燥；
步骤e)将步骤c)处理过的金属基体(1)放入注塑机模具型腔中，并将步骤d)中的工作层(3)混合料填充至注塑机料斗中进行注塑成型，注塑机参数设定为：金属基体(1)预热温度为100～120℃，料斗末端温度设定为260～370℃，注塑压力设定为80～100Mpa，注塑保压压力设定为30～50Mpa，保压时间为15～30min，最后在保压条件下冷却，并采用自然冷却的方法，使模具温度下降到110℃左右脱模。
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