CN107556697A - 一种聚醚醚酮改性材料、复合衬套及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚醚醚酮改性材料、复合衬套及制备方法，属于复合衬套加工领域。该材料按照重量份数计，由以下组分组成：聚醚醚酮100份，长丝碳纤维5‑15份，聚四氟乙烯微粉2‑8份，石墨2‑5份。本发明还提供一种复合衬套，由外至内包括：钢板层、设置在钢板层上的铜粉板层和设置在铜粉板层上的聚醚醚酮改性材料层。本发明还提供一种复合衬套的制备方法。本发明的复合衬套综合性能好、使用寿命长。实验结果表明：本发明的复合衬套抗压强度为150‑170MPa，极限PV值>16Mpa*m/s，摩擦系数U为0.1‑0.15，最高使用温度为280℃，抗咬合性能优越，该复合衬套在转向节衬套在整车使用时，能够达到20万公里内免维护要求。
Description
技术领域
本发明属于复合衬套加工领域，具体涉及一种聚醚醚酮改性材料、复合衬套及制备方法。
背景技术
在汽车转向节衬套中，目前采用两种形式产品。一种是双金属结构加工的两层材料的衬套：外圆为低碳钢，内圆为0.3-0.5厚度铜合金，经过卷制成园柱形，开口是搭扣形成的产品。产品在使用时内层铜合金和销轴磨损严重，特别是在无油润滑下，衬套磨损特别严重，并且衬套产品质量重，影响整车重量。转向节衬套整车使用时只能达到4-6万公里内转向节衬套更换要求。
另一种是三层复合衬套：外圆为低碳钢，中间是0.3-0.5厚度铜合金形成的铜粉板，在铜粉板上面熔化一层0.3-0.5厚度聚甲醛，经过轧制形成复合板材，再加工卷制形成的复合衬套。此衬套在使用时，由于内表面是聚甲醛，其硬度和使用温度限制，衬套磨损严重承载能力不高，严重影响整车及转向节衬套使用寿命，转向节衬套整车使用时只能达到4-6万公里内转向节衬套更换要求。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种聚醚醚酮改性材料、复合衬套及制备方法，该复合衬套具有优异的性能，且使用寿命长。
本发明首先提供一种聚醚醚酮改性材料，该材料按照重量份数计，由以下组分组成：
优选的是，所述的聚醚醚酮的重均分子量为32000。
优选的是，所述的石墨的含碳量大于99.99％。
本发明还提供一种复合衬套，由外至内包括：钢板层、设置在钢板层上的铜粉板层和设置在铜粉板层上的聚醚醚酮改性材料层。
优选的是，所述的钢板层的厚度为1.8-3.5mm，铜粉板层的厚度为2.1-4.0mm，聚醚醚酮改性材料层的厚度为0.3-0.4mm。
本发明还提供一种复合衬套的制备方法，该方法包括：
(1)钢板下料：按产品规格将原材料钢板在剪板机加工；
(2)钢板拉毛：将加工后板料进行除油、除锈，并在砂带机上用砂带进行打磨一侧；
(3)烧结粘接铜合金：将打磨后的钢板表面铺一层球形铜合金，然后放入高温烧结炉中，在氢气还原和氮气保护下，在880-940℃下进行烧制40-60min，形成两层材料铜粉板；
(4)熔化改性聚醚醚铜：将铜粉板表面铺上一层改性聚醚醚酮材料，然后放在熔化炉中，在360-380℃下熔化40-45min，得到熔化后的板材；
(5)轧制改性聚醚醚酮：将熔化后的板材放在双辊轧机上轧制，
经过双辊轧机快速轧过，一辊轧机表面带有突起扎针，得到表面带有储油坑复合板材；
(6)精轧板材：将表面带有储油坑复合板材用光面双辊轧机进行精轧；
(7)斜边落料：将精轧后的板材采用斜边落料模具在冲床上加工成单件板材；
(8)卷圆：将斜边落料单件板材经过卷圆机卷制成圆，得到卷圆后衬套；
(9)整形、倒角、电镀：将卷圆后衬套进行精挤压、内外角加工和镀锡处理，得到复合衬套。
优选的是，所述的步骤(2)中用400目砂带进行打磨一侧。
优选的是，所述的步骤(3)中球形铜合金的目数为40-60目球。
优选的是，所述的步骤(5)中，双辊轧机上轧制温度为120℃，速度为5米/分钟。
优选的是，所述的步骤(7)中，单件板材的斜边角度为5°。
本发明的有益效果
本发明提供一种聚醚醚酮改性材料、复合衬套及制备方法，该复合衬套内表面为聚醚醚酮改性材料，所述的聚醚醚酮改性材料具有优异的耐磨性能和抗压强度，由此制备得到的复合衬套综合性能好、使用寿命长。实验结果表明：本发明的复合衬套抗压强度为150-170MPa，极限PV值>16Mpa*m/s，摩擦系数U为0.1-0.15，最高使用温度为280℃，抗咬合性能优越，该复合衬套在转向节衬套在整车使用时，能够达到20万公里内免维护要求。
本发明复合衬套经过钢板下料、钢板拉毛、烧结粘接铜合金、熔化改性聚醚醚酮、轧制改性聚醚醚酮、精轧板材、斜边落料、卷圆、整形等工序形成的圆柱型开口衬套，该制备工艺易于操作、成本低、得到的复合衬套具有优异的综合性能。
附图说明
图1为本发明复合衬套的展开后的结构示意图；
图2为本发明复合衬套的实物照片；
图中，1、钢板层，2、铜粉板层，3、聚醚醚酮改性材料层。
具体实施方式
本发明首先提供一种聚醚醚酮改性材料，该材料按照重量份数计，由以下组分组成：
聚醚醚酮100份，长丝碳纤维5-15份，聚四氟乙烯微粉2-8份，
石墨2-5份；优选为：聚醚醚酮100份，长丝碳纤维8-12份，聚四氟乙烯微粉4-6份，石墨3-4份。
按照本发明，所述的聚醚醚酮的来源为商购获得，优选为长春吉大特塑工程研究有限公司生产的商品牌号为WG1，所述的聚醚醚酮的重均分子量优选为32000。
按照本发明，所述的长丝碳纤维没有特殊限制，优选在480K以上的长丝碳纤维即可。
按照本发明，所述的聚四氟乙烯微粉的来源为商购获得，优选为商品牌号为美国杜邦7A产品。
按照本发明，所述的石墨为高纯度石墨，优选为含碳量大于99.99％的石墨。
按照本发明，所述的改性聚醚醚酮材料采用本领域常规工艺制备，优选将原料聚醚醚酮、长丝碳纤维、聚四氟乙烯微粉、石墨通过双螺杆造粒机混合加工，得到改性聚醚醚酮材料。所述的混合加工的温度优选为380-400℃，加工时间优选为2-5分钟。
本发明聚醚醚酮经过加工改性后，得到的材料具有优异的耐磨性能和抗压强度。
本发明还提供一种复合衬套，如图1和图2所示，由外至内包括：钢板层1、设置在钢板层1上的铜粉板层2和设置在铜粉板层2上的聚醚醚酮改性材料层3。
按照本发明，所述的钢板层的厚度根据产品规格不同而不同，优选为1.8-3.5mm，铜粉板层的厚度优选为2.1-4.0mm，聚醚醚酮改性材料层的厚度优选为0.3-0.4mm。
本发明还提供一种复合衬套的制备方法，该方法包括：
(1)钢板下料：按产品规格将原材料钢板在剪板机加工；所述的原材料钢板的厚度优选为1.8-3.5mm。
(2)钢板拉毛：将加工后板料进行除油、除锈，并在砂带机上优选用400目砂带进行打磨一侧；
(3)烧结粘接铜合金：将打磨后的钢板表面铺一层球形铜合金，然后放入高温烧结炉中，在氢气还原和氮气保护下，在880-940℃下进行烧制40-60min，形成两层材料铜粉板；所述的球形铜合金的目数优选为40-60目；
(4)熔化改性聚醚醚铜：将铜粉板表面铺上一层改性聚醚醚酮材料，然后放在熔化炉中，在360-380℃下熔化40-45min，得到熔化后的板材；
(5)轧制改性聚醚醚酮：将熔化后的板材放在双辊轧机上轧制，
经过双辊轧机快速轧过，一辊轧机表面带有突起扎针，得到表面带有储油坑复合板材；所述的双辊轧机上轧制温度优选为120℃，速度优选为5米/分钟；
(6)精轧板材：将表面带有储油坑复合板材用光面双辊轧机进行精轧，包装板材厚度精度，控制在0.02之间；
(7)斜边落料：将精轧后的板材采用斜边落料模具在冲床上加工成单件板材；所述的单件板材的两个斜边角度优选为5°；
(8)卷圆：将斜边落料单件板材经过卷圆机卷制成圆，得到卷圆后衬套；
(9)整形、倒角、电镀：将卷圆后衬套进行精挤压后，保证产品内外径尺寸和粗糙度，达到设计要求，然后将整形后衬套用倒角机进行对高度和内外角加工，保证衬套高度和角度达到设计要求，将衬套外表面金属进行镀锡处理，防止储存和运输发生锈浊，最后对衬套进行检验，得到复合衬套。
按照本发明，在熔化改性聚醚醚铜步骤中，由于聚醚醚酮材料经过改性，粘度比较大，流动性不好，聚醚醚酮熔化温度区间窄，要严格控制熔化温度和时间，熔化温度应控制在360-380℃，当熔化温度低于360℃时，聚醚醚酮改性材料不能充分熔化，聚醚醚酮改性材料易从铜粉板表面脱落；当熔化温度高于380℃以上时，粘度大，影响材料的性能。
按照本发明，本发明加工后板材做成单件时采用斜边落料方式来制作衬套。所述的单件板材的两个斜边角度优选为5°，所述的钢板层1为长边，聚醚醚酮改性材料层为短边；此种方式可以避免板材卷圆时由于板材外表面拉伸，内表面压缩的影响，衬套开口内表面聚醚醚酮产生脱落现象。
本发明的工艺方法简单，该此工艺制备得到的复合衬套，由于内表面是改性聚醚醚酮，并且内表面有排布均匀储油坑，抗压性、耐磨性，硬度、耐高温性能、高PV值，以及可以达到转向节衬套20万公里之内不用更换，形成20万公里免维护技术要求。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，实施例中涉及到的原料均为商购获得。
实施例1
将100g聚醚醚酮、5g长丝碳纤维、2g聚四氟乙烯微粉、2g石墨通过双螺杆造粒机，在380℃下混合加工5min，得到改性聚醚醚酮材料。
实施例2
将100g聚醚醚酮、10g长丝碳纤维、6g聚四氟乙烯微粉、4g石墨通过双螺杆造粒机，在390℃下混合加工4min，得到改性聚醚醚酮材料。
实施例3
将100g聚醚醚酮、15g长丝碳纤维、8g聚四氟乙烯微粉、5g石墨通过双螺杆造粒机，在400℃下混合加工2min，得到改性聚醚醚酮材料。
实施例4
(1)钢板下料：按产品规格将原材料钢板在剪板机加工；所述的原材料钢板的厚度为3.3mm；
(2)钢板拉毛：将加工后板料进行除油、除锈，并在砂带机上用400目砂带进行打磨一侧；
(3)烧结粘接铜合金：将打磨后的钢板表面铺一层40目球形铜合金，然后放入高温烧结炉中，在氢气还原和氮气保护下，在880℃下进行烧制60min，形成两层材料铜粉板；
(4)熔化改性聚醚醚铜：将铜粉板表面铺上一层实施例1得到的改性聚醚醚酮材料，然后放在熔化炉中，在360℃下熔化45min，得到熔化后的板材；
(5)轧制改性聚醚醚酮：将熔化后的板材放在双辊轧机上轧制，
经过双辊轧机快速轧过，一辊轧机表面带有突起扎针，得到表面带有储油坑复合板材；所述的双辊轧机上轧制温度为120℃，速度为5米/分钟；
(6)精轧板材：将表面带有储油坑复合板材用光面双辊轧机进行精轧，包装板材厚度精度，控制在0.02之间；
(7)斜边落料：将精轧后的板材采用斜边落料模具在冲床上加工成单件板材；所述的单件板材的两个斜边角度为5°；
(8)卷圆：将斜边落料单件板材经过卷圆机卷制成圆，得到卷圆后衬套；
(9)整形、倒角、电镀：将卷圆后衬套进行精挤压后，保证产品内外径尺寸和粗糙度，达到设计要求，然后将整形后衬套用倒角机进行对高度和内外角加工，保证衬套高度和角度达到设计要求，将衬套外表面金属进行镀锡处理，防止储存和运输发生锈浊，最后对衬套进行检验，得到复合衬套。
实施例4制备得到的复合衬套综合性能如表1所示。
实施例5
(1)钢板下料：按产品规格将原材料钢板在剪板机加工；所述的原材料钢板的厚度为1.8mm；
(2)钢板拉毛：将加工后板料进行除油、除锈，并在砂带机上用400目砂带进行打磨一侧；
(3)烧结粘接铜合金：将打磨后的钢板表面铺一层50目球形铜合金，然后放入高温烧结炉中，在氢气还原和氮气保护下，在920℃下进行烧制50min，形成两层材料铜粉板；
(4)熔化改性聚醚醚铜：将铜粉板表面铺上一层实施例2得到的改性聚醚醚酮材料，然后放在熔化炉中，在370℃下熔化42min，得到熔化后的板材；
(5)轧制改性聚醚醚酮：将熔化后的板材放在双辊轧机上轧制，
经过双辊轧机快速轧过，一辊轧机表面带有突起扎针，得到表面带有储油坑复合板材；所述的双辊轧机上轧制温度为120℃，速度为5米/分钟；
(6)精轧板材：将表面带有储油坑复合板材用光面双辊轧机进行精轧，包装板材厚度精度，控制在0.02之间；
(7)斜边落料：将精轧后的板材采用斜边落料模具在冲床上加工成单件板材；所述的单件板材的两个斜边角度为5°；
(8)卷圆：将斜边落料单件板材经过卷圆机卷制成圆，得到卷圆后衬套；
(9)整形、倒角、电镀：将卷圆后衬套进行精挤压后，保证产品内外径尺寸和粗糙度，达到设计要求，然后将整形后衬套用倒角机进行对高度和内外角加工，保证衬套高度和角度达到设计要求，将衬套外表面金属进行镀锡处理，防止储存和运输发生锈浊，最后对衬套进行检验，得到复合衬套。
实施例5制备得到的复合衬套综合性能如表1所示。
实施例6
(1)钢板下料：按产品规格将原材料钢板在剪板机加工；所述的原材料钢板的厚度为2.5mm；
(2)钢板拉毛：将加工后板料进行除油、除锈，并在砂带机上用400目砂带进行打磨一侧；
(3)烧结粘接铜合金：将打磨后的钢板表面铺一层60目球形铜合金，然后放入高温烧结炉中，在氢气还原和氮气保护下，在940℃下进行烧制40min，形成两层材料铜粉板；
(4)熔化改性聚醚醚铜：将铜粉板表面铺上一层实施例3得到的改性聚醚醚酮材料，然后放在熔化炉中，在380℃下熔化40min，得到熔化后的板材；
(5)轧制改性聚醚醚酮：将熔化后的板材放在双辊轧机上轧制，
经过双辊轧机快速轧过，一辊轧机表面带有突起扎针，得到表面带有储油坑复合板材；所述的双辊轧机上轧制温度为120℃，速度为5米/分钟；
(6)精轧板材：将表面带有储油坑复合板材用光面双辊轧机进行精轧，包装板材厚度精度，控制在0.02之间；
(7)斜边落料：将精轧后的板材采用斜边落料模具在冲床上加工成单件板材；所述的单件板材的两个斜边角度为5°；
(8)卷圆：将斜边落料单件板材经过卷圆机卷制成圆，得到卷圆后衬套；
(9)整形、倒角、电镀：将卷圆后衬套进行精挤压后，保证产品内外径尺寸和粗糙度，达到设计要求，然后将整形后衬套用倒角机进行对高度和内外角加工，保证衬套高度和角度达到设计要求，将衬套外表面金属进行镀锡处理，防止储存和运输发生锈浊，最后对衬套进行检验，得到复合衬套。
实施例6制备得到的复合衬套综合性能如表1所示。
表1
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种聚醚醚酮改性材料，其特征在于，该材料按照重量份数计，由以下组分组成：
2.根据权利要求1所述的一种聚醚醚酮改性材料，其特征在于，所述的聚醚醚酮的重均分子量为32000。
3.根据权利要求1所述的一种聚醚醚酮改性材料，其特征在于，所述的石墨的含碳量大于99.99％。
4.根据权利要求1-3任何一项所述的一种复合衬套，其特征在于，由外至内包括：钢板层、设置在钢板层上的铜粉板层和设置在铜粉板层上的聚醚醚酮改性材料层。
5.根据权利要求4所述的一种复合衬套，其特征在于，所述的钢板层的厚度为1.8-3.5mm，铜粉板层的厚度为2.1-4.0mm，聚醚醚酮改性材料层的厚度为0.3-0.4mm。
6.根据权利要求5所述的一种复合衬套的制备方法，其特征在于，该方法包括：
(1)钢板下料：按产品规格将原材料钢板在剪板机加工；
(2)钢板拉毛：将加工后板料进行除油、除锈，并在砂带机上用砂带进行打磨一侧；
(3)烧结粘接铜合金：将打磨后的钢板表面铺一层球形铜合金，然后放入高温烧结炉中，在氢气还原和氮气保护下，在880-940℃下进行烧制40-60min，形成两层材料铜粉板；
(4)熔化改性聚醚醚铜：将铜粉板表面铺上一层改性聚醚醚酮材料，然后放在熔化炉中，在360-380℃下熔化40-45min，得到熔化后的板材；
(5)轧制改性聚醚醚酮：将熔化后的板材放在双辊轧机上轧制，
经过双辊轧机快速轧过，一辊轧机表面带有突起扎针，得到表面带有储油坑复合板材；
(6)精轧板材：将表面带有储油坑复合板材用光面双辊轧机进行精轧；
(7)斜边落料：将精轧后的板材采用斜边落料模具在冲床上加工成单件板材；
(8)卷圆：将斜边落料单件板材经过卷圆机卷制成圆，得到卷圆后衬套；
(9)整形、倒角、电镀：将卷圆后衬套进行精挤压、内外角加工和镀锡处理，得到复合衬套。
7.根据权利要求6所述的一种复合衬套的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中用400目砂带进行打磨一侧。
8.根据权利要求6所述的一种复合衬套的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中球形铜合金的目数为40-60目球。
9.根据权利要求6所述的一种复合衬套的制备方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，双辊轧机上轧制温度为120℃，速度为5米/分钟。
10.根据权利要求6所述的一种复合衬套的制备方法，其特征在于，所述的步骤(7)中，单件板材的斜边角度为5°。
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