一種提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法
【專利摘要】一種提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，涉及工程塑料保持架【技術(shù)領(lǐng)域】，包括制備保持架管坯材料、干燥處理、配比工序、熱壓成型和退火處理，將保持架管坯的材料經(jīng)過干燥處理和配比工序后在程控式熱壓機(jī)上熱壓成型得到醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯，對得到的醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯進(jìn)行退火處理即可；本發(fā)明制作出的保持架管坯質(zhì)量輕、有效提高了高溫抗拉強(qiáng)度高、摩擦學(xué)性能和耐熱性。
【專利說明】一種提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程塑料保持架【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及到一種提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]公知的，醚酐型聚酰亞胺具有抗拉強(qiáng)度高、摩擦系數(shù)小、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，尤其是其成型加工性好，廣泛地應(yīng)用于中低速球軸承保持架領(lǐng)域，聚酰亞胺復(fù)合材料保持架在提升軸承的轉(zhuǎn)速以及運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性方面較傳統(tǒng)金屬合金保持架具有顯著的材料優(yōu)勢，是高溫高速軸承領(lǐng)域的重要研究方向之一。
[0003]通常醚酐型聚酰亞胺的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不超過265 °C，熱變形溫度(1.80MPa)小于245°C，高溫抗拉強(qiáng)度保持率較低，熱導(dǎo)率小于0.2W.(m.Κ)_1，由于在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生大量的摩擦熱無法快速傳導(dǎo)出去，使得保持架表面軟化、變形甚至熱分解失效，嚴(yán)重影響軸承運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性和壽命，因此，醚酐型聚酰亞胺耐熱性不足成為限制其在高溫高速軸承保持架領(lǐng)域應(yīng)用的前提。
[0004]提高醚酐型聚酰亞胺耐熱性最根本的方法是合成耐熱級別更高、加工性能優(yōu)良的新型結(jié)構(gòu)聚酰亞胺，但此方法受原材料來源、合成工藝技術(shù)、研制周期和生產(chǎn)成本等諸多因素的限制，難度過大；因此，提升聚酰亞胺耐熱性的研究更多側(cè)重于通過共混或填充方法來制備耐熱性更高的多相聚合物體系，于是，國內(nèi)外學(xué)者利用芳綸纖維、銅粉、玻璃纖維、碳纖維、鈦酸鉀晶須以及納米材料等 對其進(jìn)行共混、填充改性，以期提升醚酐型聚酰亞胺的耐熱性，然而，此改性方法制作的醚酐型復(fù)合材料耐熱性的提升是以犧牲其抗拉強(qiáng)度為代價換來的，因此，耐熱性提升幅度有限，難以滿足高溫高速軸承對保持架材料耐熱性的需求。
[0005]均苯型聚酰亞胺模塑粉的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于380°C，其結(jié)構(gòu)與醚酐型聚酰亞胺較為接近，由其改性醚酐型聚酰亞胺制得的復(fù)合材料界面間結(jié)合力較好，抗拉強(qiáng)度保持率較高，耐熱性也得以顯著提升；同時，添加導(dǎo)熱潤滑材料可以提高醚酐型聚酰亞胺的熱導(dǎo)率，改善其摩擦學(xué)性能，目前，國內(nèi)尚無由均苯型聚酰亞胺模塑粉、導(dǎo)熱潤滑材料改性醚酐型聚酰亞胺保持架管坯方法的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了實(shí)現(xiàn)所述的發(fā)明目的，本發(fā)明公開了一種提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，所述方法通過將醚酐型聚酰亞胺模塑粉、均苯型聚酰亞胺和導(dǎo)熱潤滑材料為制備保持架管坯的材料，將保持架管坯的材料經(jīng)過干燥處理和配比工序后在程控式熱壓機(jī)上熱壓成型得到醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯，對得到的醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯進(jìn)行退火處理即可；本發(fā)明制作出的保持架管坯質(zhì)量輕、高溫抗拉強(qiáng)度高、摩擦學(xué)性能和耐熱性較好。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0008]一種提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，包括制備保持架管坯材料、干燥處理、配比工序、熱壓成型和退火處理，其具體操作步驟如下:
[0009]( I)制備保持架管坯材料:
[0010]保持架管坯材料按重量百分比包括:59%~80%醚酐型聚酰亞胺模塑粉、15%~40%均苯型聚酰亞胺和1%~5%的導(dǎo)熱潤滑材料；
[0011](2)干燥處理:
[0012]接上一步驟，將上一步驟獲取的保持架管坯材料分別放入干燥箱中干燥處理，然后分別過200目篩并獨(dú)立密封保存?zhèn)溆茫?br> [0013](3)配比工序:
[0014]接上一步驟，按重量百分比分別取上一步驟中獲取的干燥的59%~80%的醚酐型聚酰亞胺模塑粉、15%~40%的均苯型聚酰亞胺模塑粉以及1%~5%的導(dǎo)熱潤滑材料，先后放入機(jī)械攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，配制出醚酐型聚酰亞胺模塑粉復(fù)合材料；
[0015](4)熱壓成型:
[0016]接上一步驟，將上一步驟獲取的醚酐型聚酰亞胺模塑粉復(fù)合材料填充到保持架模具內(nèi)，再將保持架模具置于程控式熱壓機(jī)上，熱壓成型醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯；
[0017](5)退火處理:
[0018]接上一步驟，將上一步驟獲取的醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯放在燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)爐的升溫速度控制在50 ~70°C /h,當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)升溫至150°C時保溫2h，然后繼續(xù)以12~20°C /h的升溫速度升溫至280°C時保溫8~10h，之后以30~40°C /h的速度冷卻至50°C取出即可。
[0019]所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，步驟I中所述的醚酐型聚酰亞胺模塑粉、均苯型聚酰亞胺和的導(dǎo)熱潤滑材料的粒徑均為200目。
[0020]所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，步驟I中所述的導(dǎo)熱潤滑材料為至少包括碳纖維粉、石墨、碳納米管中的任--種。
[0021]所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，步驟2中所述的干燥處理的溫度為230°C，干燥時間為3h，干燥后取出冷卻至室溫。
[0022]所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，步驟3中所述的配比工序中的攪拌次數(shù)為3~5次，每次攪拌的時間控制在20~30秒，每次攪拌時機(jī)械攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在10000~12000轉(zhuǎn)/分鐘。
[0023]所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，在熱壓成型步驟中所述的保持架模具由外套、芯子、沖頭和底座四部分組成，其中外套、芯子和底座構(gòu)成保持架模腔；保持架模具中外套的內(nèi)徑尺寸是在成品軸承保持架外徑尺寸的基礎(chǔ)上增大3mm，保持架模具中芯子的外徑尺寸是在成品軸承保持架內(nèi)徑尺寸的基礎(chǔ)上縮小3_ ;保持架模具中外套和芯子的高度尺寸是在成品軸承保持架高度尺寸的基礎(chǔ)上增大3倍以上；保持架模具中沖頭的內(nèi)徑尺寸與芯子的外徑尺寸相匹配，所述底座的內(nèi)徑尺寸與芯子的外徑尺寸相匹配，所述底座的外徑尺寸與外套的內(nèi)徑尺寸相匹配。
[0024]所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，在熱壓成型步驟中所述的程控式熱壓機(jī)的壓力控制在300~600kg/cm2，壓制5分鐘排除保持架模具內(nèi)的空氣，5分鐘后對保持架模具加熱，60分鐘后加熱到385°C，加熱期間壓力控制在300~600kg/cm2 ；當(dāng)溫度達(dá)到385°C時程控式熱壓機(jī)的壓力加大到800~1300kg/cm2并保溫40~90分鐘，保溫期間程控式熱壓機(jī)自動保壓；保溫40~90分鐘后繼續(xù)保壓20分鐘，期間溫度降至220°C ；壓力在10分鐘內(nèi)降至零，溫度控制在220°C，待保持架模具溫度低于200°C時進(jìn)行脫模。
[0025]通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果:
[0026]本發(fā)明所述的所述方法通過將醚酐型聚酰亞胺模塑粉、均苯型聚酰亞胺和導(dǎo)熱潤滑材料為制備保持架管坯的材料，將保持架管坯的材料經(jīng)過干燥處理和配比工序后在程控式熱壓機(jī)上熱壓成型得到醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯，對得到的醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯進(jìn)行退火處理即可；本發(fā)明制作出的保持架管坯質(zhì)量輕、有效提高了高溫抗拉強(qiáng)度高、摩擦學(xué)性能和耐熱性。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但下述實(shí)施例并非是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0028]所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，包括制備保持架管坯材料、干燥處理、配比工序、熱壓成型和退火處理，其具體操作步驟如下:
[0029]( 1)制備保持架管坯材料:
[0030]按重量百分比包括:59%~80%醚酐型聚酰亞胺模塑粉、15%~40%均苯型聚酰亞胺和1%~5%的導(dǎo)熱潤滑材料；所述的醚酐型聚酰亞胺模塑粉、均苯型聚酰亞胺和的導(dǎo)熱潤滑材料的粒徑均為200目；所述的導(dǎo)熱潤滑材料為至少包括碳纖維粉、石墨、碳納米管中的任--種；
[0031](2)干燥處理:
[0032]接上一步驟，將上一步驟獲取的保持架管坯材料分別放入干燥箱中干燥處理，然后分別過200目篩并獨(dú)立密封保存?zhèn)溆?；所述的干燥處理的溫度?30°C，干燥時間為3h，干燥后取出冷卻至室溫；
[0033](3)配比工序:
[0034]接上一步驟，按重量百分比分別取上一步驟中獲取的干燥的60%~80%的醚酐型聚酰亞胺模塑粉、15%~40%的均苯型聚酰亞胺模塑粉以及1%~5%的導(dǎo)熱潤滑材料，先后放入機(jī)械攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，配制出醚酐型聚酰亞胺模塑粉復(fù)合材料；所述的配比工序中的攪拌次數(shù)為3~5次,每次攪拌的時間控制在20~30秒,每次攪拌時機(jī)械攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在10000~12000轉(zhuǎn)/分鐘；
[0035](4)熱壓成型:
[0036]接上一步驟，將上一步驟獲取的醚酐型聚酰亞胺模塑粉復(fù)合材料填充到保持架模具內(nèi)，再將保持架模具置于程控式熱壓機(jī)上，熱壓成型醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯；在熱壓成型步驟中所述的保持架模具由外套、芯子、沖頭和底座四部分組成，其中外套、芯子和底座構(gòu)成保持架模腔；保持架模具中外套的內(nèi)徑尺寸是在成品軸承保持架外徑尺寸的基礎(chǔ)上增大3mm，保持架模具中芯子的外徑尺寸是在成品軸承保持架內(nèi)徑尺寸的基礎(chǔ)上縮小3mm ;保持架模具中外套和芯子的高度尺寸是在成品軸承保持架高度尺寸的基礎(chǔ)上增大3倍以上；保持架模具中沖頭的內(nèi)徑尺寸與芯子的外徑尺寸相匹配，所述底座的內(nèi)徑尺寸與芯子的外徑尺寸相匹配，所述底座的外徑尺寸與外套的內(nèi)徑尺寸相匹配；所述的程控式熱壓機(jī)的壓力控制在300~600kg/cm2，壓制5分鐘排除保持架模具內(nèi)的空氣，5分鐘后對保持架模具加熱，60分鐘后加熱到385 °C，加熱期間壓力控制在300~600kg/cm2 ；當(dāng)溫度達(dá)到385°C時程控式熱壓機(jī)的壓力加大到800~1300kg/cm2并保溫40~90分鐘，保溫期間程控式熱壓機(jī)自動保壓；保溫40~90分鐘后繼續(xù)保壓20分鐘，期間溫度降至220°C;壓力在10分鐘內(nèi)降至零，溫度控制在220°c，待保持架模具溫度低于200°C時進(jìn)行脫模；
[0037](5)退火處理:
[0038]接上一步驟，將上一步驟獲取的醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯放在燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)爐的升溫速度控制在50~70°C /h,當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)升溫至150°C時保溫2h，然后繼續(xù)以12~20°C /h的升溫速度升溫至280°C時保溫8~10h，之后以30~40°C /h的速度冷卻至50°C取出即可。
[0039]實(shí)施例1
[0040]( I)制備保持架管坯材料:
[0041]按重量百分比配比為:75%的醚酐型聚酰亞胺模塑粉、20%的均苯型聚酰亞胺和5%的碳纖維粉；
[0042](2)干燥處理:
[0043]將上一步驟獲取的保持架管坯材料分別放入干燥箱中干燥處理；所述的干燥處理的溫度為230°C，干燥時間 為3h，干燥后取出冷卻至室溫，然后分別過200目篩并獨(dú)立密封保存?zhèn)溆茫?br> [0044](3)配比工序:
[0045]按重量百分比分別取上一步驟中獲取的干燥的75%的醚酐型聚酰亞胺模塑20%的均苯型聚酰亞胺模塑粉以及5%的碳纖維粉，放入機(jī)械攪拌機(jī)內(nèi)攪拌3次，每次攪拌的時間控制在20秒,每次攪拌時機(jī)械攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在10000轉(zhuǎn)/分鐘,攪拌配制出醚酐型聚酰亞胺模塑粉復(fù)合材料，上述醚酐型聚酰亞胺模塑粉呈黃色粉狀，均苯型聚酰亞胺模塑粉呈淺黃色粉末，碳纖維呈黑色粉狀，經(jīng)一同攪拌3次后得到的醚酐型聚酰亞胺模塑粉復(fù)合材料呈灰褐色，使用二十倍顯微鏡觀察醚酐型聚酰亞胺模塑粉復(fù)合材料時，若顏色均為灰褐色即稱為無明顯色差，無明顯色差的醚酐型聚酰亞胺模塑粉復(fù)合材料即為合格產(chǎn)品并密封保存?zhèn)溆茫?br> [0046](4)熱壓成型:
[0047]將上一步驟獲取的醚酐型聚酰亞胺模塑粉復(fù)合材料填充到保持架模具內(nèi)，再將保持架模具置于程控式熱壓機(jī)上，熱壓成型醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯；
[0048]保持架模具包含外套、芯子、沖頭和底座，設(shè)定保持架的內(nèi)徑為d=28.2mm、外徑為D=35.6mm、高度為 Η=6.6mm ；
[0049]在所述保持架模具中:所述外套的內(nèi)徑=所述D+3mm=38.6mm,所述芯子的外徑=所述d-3mm=25.2mm,所述外套高度=所述芯子高度> 3H=19.8mm,所述沖頭的外徑與所述外套的內(nèi)徑相匹配，所述沖頭的內(nèi)徑與所述芯子的外徑相匹配，所述底座的內(nèi)徑與所述芯子的外徑相匹配，所述底座的外徑與外所述套的內(nèi)徑相匹配；程控式熱壓機(jī)的壓力控制在500kg/cm2,程控式熱壓機(jī)壓制5分鐘排除保持架模具內(nèi)的空氣，5分鐘后對保持架模具實(shí)施加熱，60分鐘后加熱到385°C，加熱期間壓力控制在500kg/cm2 ;當(dāng)溫度達(dá)到385°C時程控式熱壓機(jī)的壓力加大到lOOOkg/cm2并保溫60分鐘，保溫期間程控式熱壓機(jī)自動保壓；保溫60分鐘后繼續(xù)保壓20分鐘，期間溫度降至220°C ;最后，壓力在10分鐘內(nèi)降至零，溫度控制在220°C。待所述保持架模具溫度低于200°C時進(jìn)行脫模即制作出醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯；
[0050](5)退火處理:
[0051 ] 將上一步驟獲取的醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯放在燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)爐的升溫速度控制在50°C /h,當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)升溫至150°C時保溫2h，然后繼續(xù)以20°C /h的升溫速度升溫至280°C時保溫8h，之后以40°C /h的速度冷卻至50°C并取出。
[0052]醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯是在高溫高壓下壓制燒結(jié)成型，內(nèi)部殘存較大應(yīng)力，采取退火處理可減少內(nèi)部殘存應(yīng)力，提高復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度以及寬溫度范圍內(nèi)的尺寸穩(wěn)定性。
[0053]下表是本發(fā)明實(shí)施例1制作的醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯的性能
【權(quán)利要求】
1.一種提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，包括制備保持架管坯材料、干燥處理、配比工序、熱壓成型和退火處理，其特征是:其具體操作步驟如下: (1)制備保持架管坯材料: 保持架管坯材料按重量百分比包括:59%~80%醚酐型聚酰亞胺模塑粉、15%~40%均苯型聚酰亞胺和1%~5%的導(dǎo)熱潤滑材料； (2)干燥處理: 接上一步驟，將上一步驟獲取的保持架管坯材料分別放入干燥箱中干燥處理，然后分別過200目篩并獨(dú)立密封保存?zhèn)溆茫? (3)配比工序: 接上一步驟，按重量百分比分別取上一步驟中獲取的干燥的59%~80%的醚酐型聚酰亞胺模塑粉、15%~40%的均苯型聚酰亞胺模塑粉以及1%~5%的導(dǎo)熱潤滑材料，先后放入機(jī)械攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，配制出醚酐型聚酰亞胺模塑粉復(fù)合材料； (4)熱壓成型: 接上一步驟，將上一步驟獲取的醚酐型聚酰亞胺模塑粉復(fù)合材料填充到保持架模具內(nèi)，再將保持架模具置于程控式熱壓機(jī)上，熱壓成型醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯； (5)退火處理: 接上一步驟，將上一步驟獲取的醚酐型聚酰亞胺復(fù)合保持架管坯放在燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)爐的升溫速度控制在5(T70°C /h，當(dāng)燒結(jié)爐內(nèi)升溫至150°C時保溫2h，然后繼續(xù)以12^200C /h的升溫速度升溫至280°C時保溫8~10h，之后以3(T40°C /h的速度冷卻至50°C取出即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，其特征是:步驟I中所述的醚酐型聚酰亞胺模塑粉、均苯型聚酰亞胺和的導(dǎo)熱潤滑材料的粒徑均為200 目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，其特征是:步驟I中所述的導(dǎo)熱潤滑材料為至少包括碳纖維粉、石墨、碳納米管中的任一一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，其特征是:步驟2中所述的干燥處理的溫度為230°C，干燥時間為3h，干燥后取出冷卻至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，其特征是:步驟3中所述的配比工序中的攪拌次數(shù)為3~5次，每次攪拌的時間控制在20~30秒，每次攪拌時機(jī)械攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在10000~12000轉(zhuǎn)/分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，在熱壓成型步驟中所述的保持架模具由外套、芯子、沖頭和底座四部分組成，其中外套、芯子和底座構(gòu)成保持架模腔；保持架模具中外套的內(nèi)徑尺寸是在成品軸承保持架外徑尺寸的基礎(chǔ)上增大3_，保持架模具中芯子的外徑尺寸是在成品軸承保持架內(nèi)徑尺寸的基礎(chǔ)上縮小3_ ;保持架模具中外套和芯子的高度尺寸是在成品軸承保持架高度尺寸的基礎(chǔ)上增大3倍以上；保持架模具中沖頭的內(nèi)徑尺寸與芯子的外徑尺寸相匹配，所述底座的內(nèi)徑尺寸與芯子的外徑尺寸相匹配，所述底座的外徑尺寸與外套的內(nèi)徑尺寸相匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高醚酐型聚酰亞胺保持架管坯耐熱性的方法，在熱壓成型步驟中所述的程控式熱壓機(jī)的壓力控制在30(T600kg/Cm2，壓制5分鐘排除保持架模具內(nèi)的空氣，5分鐘后對保持架模具加熱，60分鐘后加熱到385 °C，加熱期間壓力控制在30(T600kg/cm2 ;當(dāng)溫度達(dá)到385°C時程控式熱壓機(jī)的壓力加大到800~1300 kg/cm2并保溫40-90分鐘，保溫期間程控式熱壓機(jī)自動保壓；保溫40-90分鐘后繼續(xù)保壓20分鐘，期間溫度降至220°C ;壓力在10分鐘內(nèi)降至零，溫度控制在220°C，待保持架模具溫度低于200°C時進(jìn)行脫模。`
【文檔編號】C08K7/00GK103756313SQ201310683681
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】孫小波, 王子君, 張素娥, 王楓, 賈會粉 申請人:洛陽軸研科技股份有限公司