专利名称：超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其制作方法，属于超声电机领域。
背景技术：
超声波电机(Utrasonic Motor，USM)，是二十世纪末发展起来的一种新型微电机。它利用压电材料的逆压电效应激发出弹性体的超声振动来实现电能到机械能的转换，并利用振子和动子之间的摩擦作用将运动和力传递出去。由于超声电机通过摩擦作用传送能量，所以摩擦材料的质量在很大程度上决定超声波电机的使用寿命和性能。
国内在超声电机以其摩擦材料方面的研究起步较晚，从事这方面的研究单位也不是很多，而关于超声电机的摩擦材料的研究报导就更少。中国专利CN033132555.6公开了聚四氟乙烯基的超声电机摩擦材料和CN200410043602.1公开了聚苯酯塑料合金超声电机摩擦材料。对于上述两种超声电机摩擦材料，前者是基于聚四氟乙烯的摩擦材料，后者是基于聚苯脂的摩擦材料。聚四氟乙烯具有极高的分子量，为高结晶度的热塑性塑料，由于分子结构存在较强的F-C健，使其有摩擦系数低、化学稳定性和热稳定性好等特点。然而纯聚四氟乙烯却不耐磨，力学性能欠佳，易蠕变。专利CN033132555.6通过添加纳米金刚石粉改性聚四氟乙烯，在一定程度上提高材料的硬度。而专利CN200410043602.1将聚苯脂与聚四氟乙烯共混在一定程度上提高了材料的硬度、耐磨性和耐压缩蠕变性。
对于一种优良的超声电机摩擦材料，必须具有合适的摩擦系数、良好化学稳定性和热稳定性等优点，而且具有非常高的耐磨性和优良的力学性能。提高聚四氟乙烯材料的耐磨性和力学性能仍然是当今的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种具有更加优良的耐磨性和力学性能的超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其制作方法。
一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其特征在于由以下成分按以下质量百分比组成基料聚四氟乙烯60％～80％；增强剂碳纤维10％～15％；改性剂石墨5％～10％，铜粉0％～10％，氧化铜0％～10％，矿物质0％～10％。
本发明的摩擦材料的基料是聚四氟乙烯塑料，它是热塑性高分子材料，具有良好的化学稳定性和热稳定性。然而纯聚四氟乙烯却不耐磨，力学性能欠佳，易蠕变。添加纳米金刚石粉改性聚四氟乙烯，在一定程度上提高材料的硬度。将聚苯脂与聚四氟乙烯共混仅在一定程度上提高了材料的硬度、耐磨性和耐压缩蠕变性。添加炭纤维后，在聚四氟乙烯基摩擦材料中形成以炭纤维为支撑的框架结构，当材料受力时，其外力首先作用在炭纤维框架上，这在很大程度上改善了材料的力学特性，提高了材料的耐磨性。添加改性剂氧化铜能够增加摩擦材料的摩擦系数，并提高材料的耐磨性。铜粉能够提高材料的导热性，少量的石墨能够促进摩擦副之间形成转移膜，并降低材料的磨损。矿物质能够调剂材料的硬度，提高摩擦层的耐磨性。
一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料的制作方法，其特征在于包括以下步骤(1)、将组成成分的原料粉末按质量比例混合，搅拌均匀并烘干；(2)、将配好的材料装入模具内在20～35Mpa的压力下，经液压机压实成型；并在40℃～60℃的温度下放置24～48小时；(3)、将模压成品在370℃～380℃的温度下烧结；烧结成型，烧结过程为20℃～330℃升温速度40℃/h，330℃～380℃升温速度30℃/h，380℃保温4h。
总的来说，本发明的超声电机摩擦材料具有良好的化学稳定性、热稳定性和抗疲劳磨损等特点。关键在于添加炭纤维后，改善了材料的力学特性，提高了材料的耐磨性。
四
图1是Φ60行波型超声电机的运行特性曲线。
图1中符号名称P-电机输出功率，η-电机效率，n-转速，M-转矩。
五具体实施例方式具体实施方式
1一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其组成和质量百分比聚四氟乙烯80％、炭纤维15％和石墨5％。
利用上述配比制作超声电机摩擦层，包括以下步骤(1)、将摩擦材料按照上述质量比例混合，搅拌均匀并烘干；(2)、将配好的材料装入模具内在20～35Mpa的压力下，经液压机压实成型，并在40℃～60℃的温度下放置24～48小时；(3)、将模压成品在370℃～380℃的温度下，烧结成型，烧结过程为20℃～330℃升温速度40℃/h，330℃～380℃升温速度30℃/h，380℃保温4h。
(4)、将烧结成型的摩擦材料按照设计的厚度切割成片状。
图1是基于具体实施方式
1制作的Φ60行波型超声电机的运行特性曲线图；表1是相关实验数据。图1及表1中符号说明Um-驱动电压；Im-驱动电流；Us-输入电压；Pm-电机输入功率，即从驱动器(高频交流电)输给超声电机的功率；F-实测驱动频率；P-电机输出功率；η-电机效率，η＝P/Pm；n-转速；M-转矩。结合图1和表1说明，本摩擦材料制作的电机，其运行速度和运行效率在较高水平上，并且有高的堵转力矩。本发明的摩擦材料，具有良好耐磨性能和输出特性。
表1
具体实施方式
2一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其组成和质量百分比聚四氟乙烯75％、炭纤维10％和石墨5％，铜粉10％。本实施方式中添加了铜粉，提高了摩擦材料的散热性。超声电机摩擦材料制作方法与具体实施方式
1中类似。
具体实施方式
3一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其组成和质量百分比聚四氟乙烯70％、炭纤维15％和石墨5％，氧化铜10％。本实施方式中添加了氧化铜，提高了摩擦材料的摩擦系数。超声电机摩擦材料制作方法与具体实施方式
1中类似。
具体实施方式
4一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其组成和质量百分比聚四氟乙烯63％、炭纤维15％和石墨7％，铜粉5％，氧化铜5％，氧化铝5％。本实施方式中添加了氧化铝，它提高了摩擦材料的硬度和摩擦系数。超声电机摩擦材料制作方法与具体实施方式
1中类似。
具体实施方式
5一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其组成和质量百分比聚四氟乙烯60％、炭纤维15％和石墨10％，铜粉5％，氧化铜5％，氧化硅5％。本实施方式中添加了氧化硅，它进一步地提高了摩擦材料的硬度。超声电机摩擦材料制作方法与具体实施方式
1中类似。
具体实施方式
6一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其组成和质量百分比聚四氟乙烯60％~70％、炭纤维10％~15％和石墨5％~10％，其余为矿物质。本实施方式中添加了矿物质，矿物质是指天然矿物和人工合成物，它包含碳酸钙、氧化铝、氧化铁、二氧化硅、硅酸盐(高岭土、云母、滑石粉、硅灰石、膨润土等)、氮化硅、炭化硅、氟化钙、金刚石粉、钛白粉。它能调剂了材料的硬度，改善材料的电机的输出特性，以及降低摩擦副的磨损。超声电机摩擦材料制作方法与具体实施方式
1中类似。
权利要求
1.一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其特征在于由以下成分按以下质量百分比组成基料聚四氟乙烯60％～80％；增强剂碳纤维10％～15％；改性剂石墨5％～10％，铜粉0％～10％，氧化铜0％～10％，矿物质0％～10％。
2.一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料的制作方法，其特征在于包括以下步骤(1)、将组成成分的原料粉末按质量比例混合，搅拌均匀并烘干；(2)、将配好的材料装入模具内在20～35Mpa的压力下，经液压机压实成型；并在40℃～60℃的温度下放置24～48小时；(3)、将模压成品在370℃～380℃的温度下烧结；烧结成型，烧结过程为20℃～330℃升温速度40℃/h，330℃～380℃升温速度30℃/h，380℃保温4小时。
全文摘要
本发明涉及一种超声电机炭纤维改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其制作方法，属超声电机领域。该摩擦材料由聚四氟乙烯60％～80％、碳纤维10％～15％、石墨5％～10％、铜粉0％～10％、氧化铜0％～10％、矿物质0％～10％组成。制作方法为将原料按比例混合均匀并烘干；装入模具在20～35Mpa的压力下经液压机压实成型，并在40℃～60℃的温度下放置24～48小时；将模压成品在370℃～380℃的温度下烧结，烧结过程为20℃～330℃升温速度40℃/h，330℃～380℃升温速度30℃/h，380℃保温4h。本发明的摩擦材料具有优良的耐磨性和力学性能，是一种性能优良的超声电机摩擦材料。
文档编号C08K7/00GK1850883SQ200610040709
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月29日 优先权日2006年5月29日
发明者姚志远, 丁庆军, 赵淳生 申请人:南京航空航天大学