CN112080146A - 一种轴承保持架用聚酰亚胺复合材料及其制备方法、轴承保持架 - Google Patents
一种轴承保持架用聚酰亚胺复合材料及其制备方法、轴承保持架 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于轴承材料技术领域，具体涉及一种轴承保持架用聚酰亚胺复合材料及其制备方法、轴承保持架。本发明的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料，由以下质量百分比的原料制成：醚酐型聚酰亚胺60～80％、聚四氟乙烯20～40％、二硫化钼0～5％；所述醚酐型聚酰亚胺为单醚酐聚酰亚胺和/或双醚酐聚酰亚胺。本发明的聚酰亚胺复合材料属于塑料合金体系，组分间相容性好，无无机纤维等的磨损作用，具有力学强度高、耐磨、自润滑、耐高低温等综合优点，适宜于用作超低温高速轴承自润滑保持架。
Description
技术领域
本发明属于轴承材料技术领域，具体涉及一种轴承保持架用聚酰亚胺复合材料及其制备方法、轴承保持架。
背景技术
火箭发动机中所使用的轴承，工作在液氢、液氧等超低温流体介质中，需要使用在低温高速下性能优良的轴承保持架与之匹配。传统地，超低温、高速重载轴承保持架主要采用
PTFE02玻璃纤维改性聚四氟乙烯复合保持架材料，授权公告号为CN101186117B的中国发明专利公开一种采用玻璃布增强的聚四氟乙烯轴承保持架，其能够用于低温高速轴承，但其使用温度下限为-196℃，轴承dn值为120万毫米转/分。随着轴承工况条件的苛刻程度进一步提升，轴承转速不断提高，载荷不断加大，由于强度余量不足、玻璃纤维低温磨蚀导致钢球与套圈沟道异常磨损明显，该类保持架无法满足轴承dn值大于150万毫米转/分的工况需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴承保持架用聚酰亚胺复合材料，其具有较高的低温强度、耐磨及自润滑性能，以解决目前的轴承保持架用材料所制备的保持架不能用于低温高速轴承的问题。
本发明的第二个目的是提供一种轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法，以解决现有的制备方法所得的保持架材料不能用于低温高速轴承的问题。
本发明的第三个目的是提供一种轴承保持架，能够用于低温高速轴承，耐低温可达-253℃，可满足轴承dn值大于150万的需求。
为实现上述目的，本发明的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的具体技术方案为：
一种轴承保持架用聚酰亚胺复合材料，由以下质量百分比的原料制成：醚酐型聚酰亚胺60～80％、聚四氟乙烯20～40％、二硫化钼0～5％；所述醚酐型聚酰亚胺为单醚酐聚酰亚胺和/或双醚酐聚酰亚胺。
所述醚酐型聚酰亚胺为单醚酐聚酰亚胺和/或双醚酐聚酰亚胺。单醚酐聚酰亚胺密度为1.38～1.40g/cm3，双醚酐聚酰亚胺密度为1.34～1.36g/cm3，单醚酐聚酰亚胺玻璃化温度为263～265℃，双醚酐聚酰亚胺玻璃化温度为230～232℃。
本发明的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料，以聚酰亚胺为基材，以聚四氟乙烯为润滑改性材料，根据需求增加适量二硫化钼协同润滑，该配方体系为塑料合金，组分间相容性好，无无机纤维等的磨损作用，具有力学强度高、耐磨、自润滑、耐高低温等综合优点，适宜于用作超低温高速轴承自润滑保持架。具体的，对于寿命要求较长的工况，需要添加二硫化钼，与聚四氟乙烯组成二元复合润滑体系，进一步提高聚酰亚胺和聚四氟乙烯体系的自润滑性能。
本发明的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法的具体技术方案为：
一种轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：取配方量的醚酐型聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯模塑粉、二硫化钼混匀，得混合料；将所述混合料放入模具中预压、锁紧以防止卸压后回弹，得预压-锁紧组合件；将所述预压-锁紧组合件烧结、二次压制，脱模即得。
本发明的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法，在混合料预压时将模具锁紧，能够防止卸压后模具回弹导致材料变形；在烧结时，预压-锁紧组合件中模具仍处于锁紧状态，有利于混合料热导率的提升，并能较好地限制混合料加热过程中的膨胀问题，从而保证所得复合材料的强度等性能，并且能够消除复合材料中花纹、色斑等不良外观。
优选的，所述预压的压力为200～400kg/cm2，保压2～5分钟。
优选的，所述烧结的温度为380～390℃，保温20～50分钟。
进一步的，所述二次压制的压力为600～1000kg/cm2，保压2～5分钟。
为降低在预压、锁紧过程中模具和锁紧所用装置对混合料的性能的影响，锁紧所用装置的材质与模具的材质相同，优选的，选用耐热H13钢。
优选的，所述混匀前还包括将醚酐型聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯模塑粉、二硫化钼在100～200℃下干燥。
所述醚酐型聚酰亚胺模塑粉的粒径在200目以上，所述聚四氟乙烯模塑粉和二硫化钼的粒径在100目以上。
所述混匀在混合机中进行，转速为1000-3000转/分钟。醚酐型聚酰亚胺模塑粉呈浅黄色，聚四氟乙烯模塑粉呈白色，二硫化钼呈亮褐色，混匀得到的聚酰亚胺混合料呈浅灰褐色，使用二十倍显微镜观察聚混合料时，若颜色均为浅灰褐色即称为无明显色差，这种色差是肉眼不能观察到的。
本发明的轴承保持架的具体技术方案为：
一种轴承保持架，采用前述的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料制备而成。
本发明的轴承保持架，能够用于低温高速轴承，耐低温可达-253℃，可满足轴承dn值大于150万的需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例具体说明本发明所述方法的应用。特别需要指出的是，本发明说明书所举实施例只是为了帮助理解本发明，它们不具任何限制作用，即本发明除说明书所举实施例外，还可以有其他实施方式。因此，凡是采用等同替换或等效变换形式形成的任何技术方案，均落在本发明要求的保护范围中。
以下实施例中所用的单醚酐聚酰亚胺模塑粉由4,4’-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)与4,4’-二氨基二苯醚(ODA)缩聚脱水环化制得，双醚酐聚酰亚胺模塑粉由3,3,4’,4’-对三苯基二醚四甲酸二酐与4,4’-二苯醚二胺缩聚脱水环化制得，聚四氟乙烯、二硫化钼为市售产品。
一、本发明的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的具体实施例
实施例1
本实施例的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料，由以下质量百分比的原料制成：单醚酐聚酰亚胺70％、聚四氟乙烯27％、二硫化钼3％。
实施例2
本实施例的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料，由以下质量百分比的原料制成：双醚酐聚酰亚胺75％、聚四氟乙烯20％、二硫化钼5％。
实施例3
本实施例的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料，由以下质量百分比的原料制成：单醚酐聚酰亚胺70％、聚四氟乙烯30％。
二、本发明的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法的具体实施例
实施例4
本实施例对实施例1中的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法进行说明，具体包括以下步骤：
(1)原料干燥预处理
将单醚酐聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯模塑粉和二硫化钼分别置于干燥箱中干燥处理，模塑粉厚度不超过20mm，干燥箱的温度分布控制在200℃、110℃和120℃，干燥2小时后取出冷却至室温，单醚酐聚酰亚胺模塑粉分别过200目筛分，聚四氟乙烯模塑粉和二硫化钼过100目筛分，将筛下物独立密封保存于干燥柜中备用。
(2)配置混合料
按重量百分比称取单醚酐聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯模塑粉和二硫化钼，然后一同放入高速混合机内搅拌3次，每次搅拌的时间控制在2分钟，每次搅拌时高速混合机的转速控制在1440转/分钟，搅拌配制出混合料，使用二十倍显微镜观察混合料的色差，无明显色差的混合料即为合格产品并密封保存备用。
上述单醚酐聚酰亚胺模塑粉呈浅黄色，聚四氟乙烯呈白色，二硫化钼呈亮褐色，经一同搅拌3次后得到的混合料呈浅灰褐色，使用二十倍显微镜观察混合料时，若颜色均为浅灰褐色即称为无明显色差。
(3)混合料预压、锁紧
将混合料填充在保持架模具内，将装有混合料的保持架模具放于程控压力机上预压，并在保压过程中用上、下夹板锁紧模具，得到预压-锁紧组合件，其中，预压压力控制在400kg/cm2，保压时间控制在3分钟，锁紧用上、下夹板材质和模具材质一致，选用耐热H13钢。
保持架模具的构成如下：
保持架模具根据成品保持架的内径和外径以及高度尺寸而定，即保持架模具中外套的内径尺寸是在成品轴承保持架外径尺寸的基础上至少增大2mm以上，所述模具外套的最小外径＝(35.0+2.0)mm＝37.0mm；保持架模具中芯子的外径尺寸是在成品轴承保持架内径尺寸的基础上至少缩小2mm以上，芯子最大外径＝(28.0-2.0)mm＝26.0mm；保持架模具中外套和芯子的高度尺寸是在成品保持架高度尺寸的基础上至少增大3倍以上，所述聚酰亚胺复合保持架材料所用模具的最小高度＝7.0mm×4＝28.0mm；保持架模具中冲头的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配，保持架模具中冲头的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，保持架模具中底座的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，保持架模具中底座的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配。
(4)烧结、二次压制、成型
将预压-锁紧组合件置于程控烧结炉中，50分钟后将预压-锁紧组合件加热到380～390℃，当温度达到380～390℃时保温20～50分钟，保温结束后迅速取出装有混合料的预压-锁紧组合件并置于程控压力机上压制、排气并保压，压力控制在600～1000kg/cm2，2～5分钟后停止保压，待预压-锁紧组合件温度低于200℃时脱模即得。
在其他实施例中，轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备可以参考实施例4中的方法进行，具体不再赘述。
三、本发明的轴承保持架的具体实施例
实施例5
本实施例的轴承保持架，先采用实施例4中的制备方法获得轴承保持架用聚酰亚胺复合材料，再对复合材料进行加工，即得。
四、对比例
对比例1
本对比例的轴承保持架用聚四氟乙烯复合材料，为市售
PTFE02玻璃纤维改性聚四氟乙烯复合保持架材料，已经成功应用于超低温、高速重载工况。
对比例2
本对比例的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料，除未使用上、下夹板锁紧模具之外，其余工艺与实施例4完全相同。
五、实验例
对实施例1-3、对比例1、2中的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料进行性能测试实验，结果如表1所示。
表1性能对比
由表1的数据可知，本发明的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料具有较高的低温强度，适用温度范围更广，对高、低温工况的适用性均较好，尤其是在低至-253℃时仍能保持较高的dn值特性，适用dn值在150万以上的轴承工况。该材料的耐磨、强度等性能相比于现有的玻璃纤维改性聚四氟乙烯的复合材料也有显著，还具有较好的转移膜转移润滑性能。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的和优选的，并非对本发明作任何形式上的限制，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (8)
1.一种轴承保持架用聚酰亚胺复合材料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：醚酐型聚酰亚胺60～80％、聚四氟乙烯20～40％、二硫化钼0～5％；所述醚酐型聚酰亚胺为单醚酐聚酰亚胺和/或双醚酐聚酰亚胺。
2.如权利要求1所述的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取配方量的醚酐型聚酰亚胺模塑粉、聚四氟乙烯模塑粉、二硫化钼混匀，得混合料；将所述混合料放入模具中预压、锁紧以防止卸压后回弹，得预压-锁紧组合件；将所述预压-锁紧组合件烧结、二次压制，脱模即得。
3.根据权利要求2所述的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述预压的压力为200～400kg/cm2。
4.根据权利要求3所述的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述预压的保压时间为2～5分钟。
5.根据权利要求2所述的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为380～390℃，保温20～50分钟。
6.根据权利要求2所述的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述二次压制的压力为600～1000kg/cm2。
7.根据权利要求6所述的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述二次压制的保压时间为2～5分钟。
8.一种轴承保持架，其特征在于，采用如权利要求1所述的轴承保持架用聚酰亚胺复合材料制备而成。
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| 王子君: "陀螺轴承用多孔含油聚酰亚胺保持架研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》, no. 02, 15 June 2005 (2005-06-15), pages 029 - 50 * |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023201768A1 (zh) * | 2022-04-18 | 2023-10-26 | 宁波大学 | 一种多孔分层复合控油轴承保持架材料及其制备方法 |
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