專利名稱：軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承使用的保持架多由金屬合金材料制作而成，金屬合金材料制作的保持架存在諸多缺點(diǎn)，如金屬合金材料密度大，質(zhì)量易偏心造成運(yùn)轉(zhuǎn)失穩(wěn)，并產(chǎn)生較高頻率的振動(dòng)和沖擊，有損發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和使用效能。如果發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生供油不足甚至斷油時(shí)，裝有金屬合金保持架的軸承就會(huì)產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，究其原因是金屬合金保持架在高溫狀態(tài)時(shí)容易產(chǎn)生磨損，且金屬合金材料較硬，接觸面間不能形成短期潤(rùn)滑層所致。有研究表明，航空發(fā)動(dòng)機(jī)所用金屬合金保持架適用的高溫環(huán)境一般不超過(guò)250°C。由非金屬材料制作的軸承保持架用于取代金屬材料制作的軸承保持架是研發(fā)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要課題之一，這種非金屬材料首先需要解決的是能在250°C高溫環(huán)境下的使用問(wèn)題，而能滿足上述條件的非金屬材料還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的制備方法，該制備方法以熱塑性聚酰亞胺為基材，并在熱塑性聚酰亞胺中添加有增強(qiáng)改性材料，經(jīng)過(guò)合成加工得到熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料，將熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料通過(guò)保持架模具在熱壓機(jī)上熱壓得到軸承保持架管狀坯料，該軸承保持架管狀坯料的耐高溫不低于250°C，具有輕質(zhì)、較高的拉伸強(qiáng)度、優(yōu)良的耐摩擦磨損性能等特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的制備方法，該制備方法以熱塑性聚酰亞胺為基材，并在熱塑性聚酰亞胺中添加有增強(qiáng)改性材料，增強(qiáng)改性材料包括芳綸漿粕纖維、氟化石墨和聚四氟乙烯，其中芳綸漿粕纖維要進(jìn)行回流清洗，清洗的芳綸漿粕纖維以及熱塑性聚酰亞胺和氟化石墨要進(jìn)行真空干燥，經(jīng)過(guò)合成加工得到熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料，將熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料通過(guò)保持架模具在熱壓機(jī)上熱壓得到軸承保持架管狀坯料，保持架模具包含外套、芯子、沖頭和底座。本發(fā)明的特征是 ①回流清洗
依次用無(wú)水乙醇、甲苯、蒸餾水這三種試劑對(duì)芳綸漿粕纖維進(jìn)行回流清洗，每種試劑回流清洗的時(shí)間分別控制在2小時(shí)。②真空干燥
將清洗后的芳綸漿粕纖維以及熱塑性聚酰亞胺和氟化石墨分別放在真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行真空干燥，真空干燥箱的真空度控制在-0. IMPa，真空干燥箱的溫度控制在80°C，真空干燥2小時(shí)后取出并分別予以密封保存。③合成加工熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料
熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料按重量百分比構(gòu)成如下
?、谥袩崴苄跃埘啺?0 82%，芳綸漿粕纖維10 12%，氟化石墨3 5%，另取聚四氟乙烯3 5%。將10 1 的芳綸漿粕纖維置于高速組織攪拌機(jī)進(jìn)行開(kāi)松處理15 20秒，高速組織攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在12000 r/min ；將80 擬％的熱塑性聚酰亞胺、3 5%的聚四氟乙烯、3 5%的氟化石墨分別過(guò)200目篩進(jìn)行篩分，然后將篩分后的熱塑性聚酰亞胺、聚四氟乙烯以及氟化石墨一同放入高速組織攪拌機(jī)內(nèi)與芳綸漿粕纖維一起攪拌3 5次，每次攪拌合成的時(shí)間控制在10 20秒，每次攪拌合成時(shí)高速組織攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在10000 12000r/min，攪拌合成后得到熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料，最后使用二十倍顯微鏡觀察所述熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料，若觀察無(wú)明顯色差即為合格并密封備用。④保持架模具的尺寸構(gòu)成
保持架模具應(yīng)根據(jù)成品軸承保持架的內(nèi)徑和外徑以及高度尺寸而定，即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)上至少增大3mm以上，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)上至少縮小3mm以上，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)上至少增大3倍以上，保持架模具中沖頭的外徑尺寸與外套的內(nèi)徑尺寸相匹配，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，保持架模具中底座的內(nèi)徑尺寸與芯子的外徑尺寸相匹配，保持架模具中底座的外徑尺寸與外套的內(nèi)徑尺寸相匹配。⑤熱壓
將③中得到熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料填充在④中的保持架模具內(nèi)，將裝有熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的保持架模具置于熱壓機(jī)之上，熱壓機(jī)的壓力控制在600Kg/cm2，熱壓機(jī)在壓制5分鐘時(shí)排除保持架模具內(nèi)的空氣，5分鐘后對(duì)保持架模具實(shí)施加熱，60分鐘后將保持架模具加熱到390°C，當(dāng)溫度達(dá)到390°C時(shí)熱壓機(jī)的壓力加大到800 Kg/cm2并保溫40分鐘，保溫40分鐘期間熱壓機(jī)要自動(dòng)補(bǔ)壓，40分鐘后停止加熱，待溫度低于150°C時(shí)脫模即得軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的管狀坯料。由于采用如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生如下積極效果
1、本發(fā)明熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料包括熱塑性聚酰亞胺、芳綸漿粕纖維、聚四氟乙烯和氟化石墨，該熱塑性聚酰亞胺復(fù)合材料既保留了熱塑性聚酰亞胺的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)又提高了熱塑性聚酰亞胺的耐溫性、改善了熱塑性聚酰亞胺的耐磨性和潤(rùn)滑性。2、本發(fā)明的熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料具有較高的耐溫性、耐化學(xué)腐蝕性、較高的強(qiáng)度、低摩擦耐磨損等特性，密度小質(zhì)輕有利于減輕保持架自身重量，提高軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性。3、本發(fā)明的軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料，其使用溫度范圍寬、輕質(zhì)、 尺寸穩(wěn)定性好以及自潤(rùn)滑，具有高可靠性。4、由熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料制作的軸承保持架坯料，其熱變形溫度不低于 270°C，摩擦系數(shù)小、磨損量低。5、由熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料制作的軸承保持架坯料，是提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和效能的有效途徑，在潤(rùn)滑油停止供應(yīng)等極端情況下，熱塑性聚酰亞胺基保持架材料能產(chǎn)生短期熔化潤(rùn)滑層，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)斷油后的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，避免發(fā)動(dòng)機(jī)的立即卡死，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的安全系數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的制備方法。該制備方法以熱塑性聚酰亞胺為基材，聚酰亞胺在市場(chǎng)上可以購(gòu)得兩種，一種是熱塑性聚酰亞胺，一種是熱固性聚酰亞胺。在熱塑性聚酰亞胺中添加有增強(qiáng)改性材料，增強(qiáng)改性材料包括芳綸漿粕纖維、氟化石墨和聚四氟乙烯，其中芳綸漿粕纖維要進(jìn)行回流清洗，清洗的芳綸漿粕纖維以及熱塑性聚酰亞胺和氟化石墨要進(jìn)行真空干燥，經(jīng)過(guò)合成加工得到熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料， 將熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料通過(guò)保持架模具在熱壓機(jī)上熱壓得到軸承保持架管狀坯料。 上述前后歸納起來(lái)共經(jīng)歷了五個(gè)步驟過(guò)程。上述保持架模具包含外套、芯子、沖頭和底座。在上述參數(shù)的設(shè)置下，本發(fā)明的五個(gè)步驟過(guò)程分述如下 ①回流清洗
依次用無(wú)水乙醇、甲苯、蒸餾水這三種試劑對(duì)芳綸漿粕纖維進(jìn)行回流清洗，每種試劑回流清洗的時(shí)間分別控制在2小時(shí)。芳綸漿粕纖維呈絮狀，因此要對(duì)其實(shí)施回流清洗，所謂回流清洗就是不間斷使用上述各試劑對(duì)芳綸漿粕纖維進(jìn)行清洗，因?yàn)楦髟噭┩ㄟ^(guò)循環(huán)裝置實(shí)現(xiàn)回流過(guò)程。②真空干燥
將清洗后的芳綸漿粕纖維以及熱塑性聚酰亞胺和氟化石墨分別放在真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行真空干燥，真空干燥箱的真空度控制在-0. IMPa，真空干燥箱的溫度控制在80°C，真空干燥2小時(shí)后取出并分別予以密封保存。真空干燥的目的是去除芳綸漿粕纖維、熱塑性聚酰亞胺、氟化石墨所含的平衡水分。上述①和①兩步驟過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)材料的預(yù)處理過(guò)程。③合成加工熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料
熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料按重量百分比構(gòu)成如下
?、谥袩崴苄跃埘啺?0 82%，芳綸漿粕纖維10 12%，氟化石墨3 5%，另取聚四氟乙烯3 5%。本發(fā)明優(yōu)選的熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料按重量百分比配比如下
若熱塑性聚酰亞胺取80%，則芳綸漿粕纖維取12%，聚四氟乙烯取3%，氟化石墨取5%。若熱塑性聚酰亞胺取81%，則芳綸漿粕纖維取11%，聚四氟乙烯取4%，氟化石墨取 4%。若熱塑性聚酰亞胺取82%，則芳綸漿粕纖維取10%，聚四氟乙烯取5%，氟化石墨取
3 % ο將10 1 的芳綸漿粕纖維置于高速組織攪拌機(jī)進(jìn)行開(kāi)松處理15 20秒，高速組織攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在12000 r/min ；將80 擬％的熱塑性聚酰亞胺、3 5%的聚四氟乙烯、3 5%的氟化石墨分別過(guò)200目篩進(jìn)行篩分，然后將篩分后的熱塑性聚酰亞胺、聚四氟乙烯以及氟化石墨一同放入高速組織攪拌機(jī)內(nèi)與芳綸漿粕纖維一起攪拌3 5次，每次攪拌合成的時(shí)間控制在10 20秒，每次攪拌合成時(shí)高速組織攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在10000 12000r/min，攪拌合成后得到熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料，最后使用二十倍顯微鏡觀察所述熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料，若觀察無(wú)明顯色差即為合格并密封備用。芳綸漿粕呈黃色絮狀，熱塑性聚酰亞胺呈黃色粉狀，聚四氟乙烯呈白色粉狀，氟化石墨呈灰白色粉狀，經(jīng)一起攪拌3 5次后得到的熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料呈淡黃色，使用二十倍顯微鏡觀察熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料時(shí)若顏色均為淡黃色即稱為無(wú)明顯色差， 這種色差是肉眼所不能觀察到的。④保持架模具的尺寸構(gòu)成
設(shè)定某一成品軸承保持架具有外徑D=66. 8mm、內(nèi)徑d=58. 3mm、高度H=16. 6mm。保持架模具包含外套、芯子、沖頭和底座。保持架模具應(yīng)根據(jù)成品軸承保持架的內(nèi)徑和外徑以及高度尺寸而定，即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)上至少增大3mm以上，所述軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料坯體所用模具外套的最小外徑=66. 8+ 3. 0=69. 8mm ； 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)上至少縮小3mm以上， 所述軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料坯體所用模具的最大內(nèi)徑=58. 3-3=55. 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)上至少增大3倍以上，所述軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料坯體所用模具的最小高度 =16.6X4=66. 4mm ；保持架模具中沖頭的外徑尺寸與外套的內(nèi)徑尺寸相匹配，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，保持架模具中底座的內(nèi)徑尺寸與芯子的外徑尺寸相匹配，保持架模具中底座的外徑尺寸與外套的內(nèi)徑尺寸相匹配。⑤熱壓
將③中得到熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料填充在④中的保持架模具內(nèi)，將裝有熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的保持架模具置于熱壓機(jī)之上，熱壓機(jī)的壓力控制在600Kg/cm2，熱壓機(jī)在壓制5分鐘時(shí)排除保持架模具內(nèi)的空氣，5分鐘后對(duì)保持架模具實(shí)施加熱，60分鐘后將保持架模具加熱到390°C，當(dāng)溫度達(dá)到390°C時(shí)熱壓機(jī)的壓力加大到800 Kg/cm2并保溫40分鐘，保溫40分鐘期間熱壓機(jī)要自動(dòng)補(bǔ)壓，40分鐘后停止加熱，待溫度低于150°C時(shí)脫模即得軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的管狀坯料。下表是熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的相關(guān)性能參數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的制備方法，該制備方法以熱塑性聚酰亞胺為基材，并在熱塑性聚酰亞胺中添加有增強(qiáng)改性材料，增強(qiáng)改性材料包括芳綸漿粕纖維、氟化石墨和聚四氟乙烯，其中芳綸漿粕纖維要進(jìn)行回流清洗，清洗的芳綸漿粕纖維以及熱塑性聚酰亞胺和氟化石墨要進(jìn)行真空干燥，經(jīng)過(guò)合成加工得到熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料，將熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料通過(guò)保持架模具在熱壓機(jī)上熱壓得到軸承保持架管狀坯料，保持架模具包含外套、芯子、沖頭和底座；其特征是①回流清洗依次用無(wú)水乙醇、甲苯、蒸餾水這三種試劑對(duì)芳綸漿粕纖維進(jìn)行回流清洗，每種試劑回流清洗的時(shí)間分別控制在2小時(shí)；②真空干燥將清洗后的芳綸漿粕纖維以及熱塑性聚酰亞胺和氟化石墨分別放在真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行真空干燥，真空干燥箱的真空度控制在-0. IMPa，真空干燥箱的溫度控制在80°C，真空干燥2小時(shí)后取出并分別予以密封保存；③合成加工熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料按重量百分比構(gòu)成如下?、谥袩崴苄跃埘啺?0 82%，芳綸漿粕纖維10 12%，氟化石墨3 5%，另取聚四氟乙烯3 5% ；將10 12%的芳綸漿粕纖維置于高速組織攪拌機(jī)進(jìn)行開(kāi)松處理15 20秒，高速組織攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在12000 r/min ；將80 82%的熱塑性聚酰亞胺、3 5%的聚四氟乙烯、3 5%的氟化石墨分別過(guò)200目篩進(jìn)行篩分，然后將篩分后的熱塑性聚酰亞胺、聚四氟乙烯以及氟化石墨一同放入高速組織攪拌機(jī)內(nèi)與芳綸漿粕纖維一起攪拌3 5次，每次攪拌合成的時(shí)間控制在10 20秒，每次攪拌合成時(shí)高速組織攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在10000 12000r/min，攪拌合成后得到熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料，最后使用二十倍顯微鏡觀察所述熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料，若觀察無(wú)明顯色差即為合格并密封備用；④保持架模具的尺寸構(gòu)成保持架模具應(yīng)根據(jù)成品軸承保持架的內(nèi)徑和外徑以及高度尺寸而定，即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)上至少增大3mm以上，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)上至少縮小3mm以上，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)上至少增大3倍以上，保持架模具中沖頭的外徑尺寸與外套的內(nèi)徑尺寸相匹配，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，保持架模具中底座的內(nèi)徑尺寸與芯子的外徑尺寸相匹配，保持架模具中底座的外徑尺寸與外套的內(nèi)徑尺寸相匹配；⑤熱壓將③中得到熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料填充在④中的保持架模具內(nèi)，將裝有熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的保持架模具置于熱壓機(jī)之上，熱壓機(jī)的壓力控制在600Kg/cm2，熱壓機(jī)在壓制5分鐘時(shí)排除保持架模具內(nèi)的空氣，5分鐘后對(duì)保持架模具實(shí)施加熱，60分鐘后將保持架模具加熱到390°C，當(dāng)溫度達(dá)到390°C時(shí)熱壓機(jī)的壓力加大到800 Kg/cm2并保溫40分鐘，保溫40分鐘期間熱壓機(jī)要自動(dòng)補(bǔ)壓，40分鐘后停止加熱，待溫度低于150°C時(shí)脫模即得軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的管狀坯料。
全文摘要
本發(fā)明一種軸承保持架用熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料的制備方法。該制備方法以熱塑性聚酰亞胺為基材，并在熱塑性聚酰亞胺中添加有增強(qiáng)改性材料，增強(qiáng)改性材料包括芳綸漿粕纖維、氟化石墨和聚四氟乙烯，其中芳綸漿粕纖維要進(jìn)行回流清洗，清洗的芳綸漿粕纖維以及熱塑性聚酰亞胺和氟化石墨要進(jìn)行真空干燥，經(jīng)過(guò)合成加工得到熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料，將熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料通過(guò)保持架模具在熱壓機(jī)上熱壓得到軸承保持架管狀坯料。熱塑性聚酰亞胺基復(fù)合材料具有較小的密度，摩擦系數(shù)小，磨損量少且熱變形溫度高于270℃，熱壓出的軸承保持架管狀坯料具有輕質(zhì)特點(diǎn)，減輕軸承整體的重量，提高軸承的轉(zhuǎn)速和運(yùn)作穩(wěn)定性，同時(shí)也能顯著提高主機(jī)的效能。
文檔編號(hào)C08K9/00GK102391645SQ20111029733
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者孫小波, 寧仲, 時(shí)連衛(wèi), 李建星, 王子君, 王楓, 葛世軍, 魏佳平 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司