本发明属于高分子材料领域，具体公开一种聚醚醚酮无油轴承保持架的制备方法。
背景技术：
随着现代工业的快速发展，高速、高效、节能、环保等要求越来越高，世界工业发达国家正在不断研制高性能材料的合成和复合改性，用以苛刻的工况环境下，主要满足耐高温、耐腐蚀、耐老化、高强度、使用寿命长等条件。特种工程塑料聚醚醚酮最早是由英国ici公司开发出来的一种高性能聚合物，紧接着美国、日本、德国等国家相继研发试制成功；国内在上世纪九十年代由吉林大学研发试制，并在九十年代末实现了工业化生产，完成了国内最早的唯一一条工业化生产线。聚醚醚酮是一种半结晶性的芳香族线性热塑型工程塑料，由于其具备芳香族热固性塑料的耐热性、化学稳定性及热塑型塑料的易加工性等特点，且同时具有无毒、密度小、强度大、耐疲劳及耐辐照性优良等特点。近年来由于纳米材料技术的发展，将纳米材料、微颗粒材料作为填充改性助剂应用于高性能工程塑料的案例屡见不鲜，可以最大限度的保留基体材料自身的固有特性，同时可以显著提高复合改性材料的综合性能，达到具体应用的目的。
技术实现要素：
针对现有技术，本发明旨在应用聚醚醚酮作为无油轴承支架的基础材料进行复合改性应用。
轴承具有较高的摩擦力矩的要求，保持架材料必须具有一定的机械强度及优异的耐摩擦性能，纯聚醚醚酮在滑动摩擦过程中形成不连续的转移膜，加入石墨、聚四氟乙烯后，其结构有助于使转移膜更光滑，固体润滑效果也更好，更能有效降低聚醚醚酮的摩擦系数，但随着助剂的加入，机械强度和耐磨性会有所下降，为了达到最好的综合性能，需要将助剂的添加量和添加方法调整到最优状态。
本发明目的是利用聚醚醚酮复合改性，制备出一种无油、质轻、高强度、高耐磨、高寿命的轴承支架，取代过去常用的金属支架，同时舍去轴承的润滑油，达到无油润滑的目的。
本发明的技术方案如下：
一种聚醚醚酮无油轴承保持架的制备方法，包括以下步骤：
1、预处理：
将聚醚醚酮、聚四氟乙烯、二氧化钛、二氧化硅、碳纤维预处理后备用；
具体预处理步骤如下：
1.1聚醚醚酮预处理：将聚醚醚酮平铺于托盘底部，放入真空干燥箱内，150～155℃，干燥110～120min；干燥完成后，在干燥箱内冷却至室温，取出密封保存待用；
1.2聚四氟乙烯预处理：将聚四氟乙烯平铺于托盘底部，放入干燥箱内，180～190℃，干燥60～65min；干燥完成后，在干燥箱内冷却至室温；
1.3二氧化钛、二氧化硅预处理：将二氧化钛、二氧化硅分别放入马弗炉中，220～230℃，有氧灼烧25～30min，待冷却至室温后取出待用。
1.4碳纤维预处理：将碳纤维平铺于托盘中，125～130℃，持续干燥200～240min，待冷却至室温后取出待用。
2、混配：
2.1将预处理后的原料聚四氟乙烯、二氧化钛、二氧化硅投入至二维高速混合机内，在900～1000r/min的混合速度下，混合20～30min，混合好后取出待用；
2.2将预处理后的聚醚醚酮投入到步骤2.1制备的混合物内，在三维低速混合机进行混合，在50～60r/min的混合速度下，混合30min，将混合好的物料取出待用；
2.3将预处理好的碳纤维投入到步骤2.2混合好的物料中，在中速二维混合机内进行混合，混合速度100～110r/min，持续混合40～45min；得到混配料；
其中步骤2.1中聚四氟乙烯、二氧化钛、二氧化硅的质量比为：(1～15)：(2～5)：(3～5)；
步骤2.2中聚醚醚酮与步骤2.1制备的混合物的质量比为：(70～90)：(10～30)。
步骤2.3碳纤维与步骤2.2制备的混合物的质量比为：(5～15)：(85～95)。
3、挤出或注塑：
将步骤2.3制备的混配料投入到连续挤出机或注塑机内，料筒温度395～400℃，喷嘴温度400～405℃，模具温度270～280℃，进行样品的制备，最终冷却至常温。
其中原材料的来源：本发明所用聚醚醚酮由victrex公司生产，密度1.32g/cm3，平均粒径＜50μm；聚四氟乙烯由日本大金株式会社生产，表观密度0.35g/cm3，密度1.32g/cm3，平均粒径25μm；氯化法二氧化钛(钛白粉)由河南佰利联生产，平均粒径20nm；二氧化硅(气相法白炭黑)由焦作科邦生产，粒度6μm，堆积密度0.08g/cm3；碳纤维由光威复材生产，密度1.5g/cm3，长度3mm，此处所述碳纤维选择直径6～8μm的短纤，选用短纤的作用是此规格的碳纤维可以更好的进行均匀混合，同时可以避免混合过程中纤维架构现象的产生。
其中步骤1.1聚醚醚酮预处理的作用是：此处将聚醚醚酮预处理的目的主要是将物料充分干燥，聚醚醚酮粉料的微观结构是内部疏松多孔的，在粉料内部存在密布的空穴，在聚醚醚酮的生产和转运过程中，其本身具有一定的吸湿性，当使用未彻底干燥的原料时，制备出的复合材料出现内部空穴较多，密度下降、强度降低、耐磨性差、磨耗高等问题，具体到设置的温度和时间150～155℃，干燥110～120min，在此温度下，物料中的水分可以达到最快的蒸发速度，温度过低就会使工艺时间变长；但温度过高会引起聚醚醚酮本身材料达到玻璃化转变温度，物料出现了重结晶的状态，对最终的原料配比和成型加工都具有一定的影响，所以本发明将干燥时间设定为110～120min的情况下，可以有效将空穴内的水分彻底蒸发掉，避免残次品的产生。
步骤1.2聚四氟乙烯预处理：将聚四氟乙烯180～190℃，干燥60～65min，此种工艺条件相较于聚醚醚酮来说相对较短，同时温度较高，主要原因是此物质的微观结构为实心颗粒，水分及其它易挥发溶剂只存在于颗粒表面，故时间较短；烘干温度较高主要是需要在玻璃化转变温度下的最高温度操作，可以高效干燥。
步骤1.3和1.4中二氧化钛、二氧化硅、碳纤维进行干燥的情况与上面类似，由于结构疏松、使用偶联剂、存在高温易挥发物等原因，最终确定每种材料的干燥工艺，最大限度的避免由于干燥的不彻底最终导致产品出现性能缺陷。
步骤2.1中将预处理后的原料聚四氟乙烯、二氧化钛、二氧化硅投入至二维高速混合机内，在900～1000r/min的混合速度下，混合20～30min，聚四氟乙烯、二氧化钛、二氧化硅三种物料的混合时间相对较短、混合速度相对较高，主要是由于三种物料粒径相近，聚四氟乙烯粉末具有一定的吸附作用，在高速混合条件下可以更为均匀和高效，短时间内即可达到预期效果。
步骤2.1中先将预处理后的原料聚四氟乙烯、二氧化钛、二氧化硅混合，步骤2.2是将预处理后的聚醚醚酮投入到步骤2.1制备的混合物混合，步骤2.3将预处理好的碳纤维(短纤)投入到步骤2.2混合好的物料混合，其中这样混合的目的是：常温常压下固体物料混合的原则是由小而大、由轻而重，通俗点说就是颗粒越小、密度越小的物料应提前高速混合，颗粒越大、密度越大应最后混合。其中混合的目的即是均质均相，只有达到了均质均相材料本身的性能才能稳定，最终的测试结果具有参考性，以上的物理混合的具体参数就是基于此种理论进行调整的。
本发明采用聚醚醚酮、聚四氟乙烯、二氧化钛、二氧化硅和碳纤维材料制备无油轴承保持架，其中配方中各物质所起的作用是：聚醚醚酮作为基材，主要作用是利用其本身的高强度、高耐磨、低密度等优异的特性进行新型复合材料的研制；聚四氟乙烯具有优异的润滑性，但是单独使用会造成磨耗较大(属于切削磨损)，自身磨损严重，配合聚醚醚酮使用可以有效减少磨耗，降低摩擦系数；二氧化钛和二氧化硅主要作用是在此材料复合体系中，无机填料的支撑作用，减少垂直和水平方向上复合材料的收缩率，提高产品合格率；碳纤维的加入起到了连接的作用，纤维的加入可以有效提高此复合材料体系的拉伸强度，使得强度更大。
随着助剂的加入，机械强度和耐磨性会有所下降，为了达到最好的综合性能，需要将助剂的添加量和添加方法调整到最优状态，本发明通过控制以上各物质的配比含量，将助剂的添加量和添加方法调整到最优状态，通过配方物质相互配合作用，本发明制备的轴承保持架具有无油、质轻、高强度、高耐磨、高寿命等特点，可以杜绝润滑油的使用，达到无油润滑的目的，延长使用寿命，提高轴承的使用效率，减少停机更换检修的次数，减轻轴承重量；免维护，降低维护成本等有益效果。
此处无油是指在产品实际使用的工况条件下表现出来的，主要是指可以在无润滑油的工况下使用，质轻主要是指该种复合材料相较于传统的不锈钢轴承保持架具有质轻的特点；高强度主要是指在实际使用过程中，材料本身强度较高，可以达到与传统材料相似的性能；高耐磨主要是指在实际使用过程中，由于复合材料的特性，耐磨度很好，可以更好的连续使用，减少停机更换和检修的次数，从而达到提高生产效率的目的；高寿命主要是指连续使用的周期较长，是在产品实际应用过程中的表现。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定于本发明。
实施例1：
1.原材料
发明所用聚醚醚酮由victrex公司生产，密度1.32g/cm3，平均粒径＜50μm；聚四氟乙烯由日本大金株式会社生产，表观密度0.35g/cm3，密度1.32g/cm3，平均粒径25μm；氯化法二氧化钛(钛白粉)由河南佰利联生产，平均粒径20nm；二氧化硅(气相法白炭黑)由焦作科邦生产，粒度6μm，堆积密度0.08g/cm3；碳纤维由光威复材生产(短纤)，密度1.5g/cm3，长度3mm。
2.预处理
2.1将聚醚醚酮平铺于托盘底部，放入真空干燥箱内，155℃，干燥120min；干燥完成后，在干燥箱内冷却至室温，取出密封保存待用；
2.2将聚四氟乙烯平铺于托盘底部，放入干燥箱内，190℃，干燥60min；干燥完成后，在干燥箱内冷却至室温；
2.3将二氧化钛、二氧化硅分别放入马弗炉中，220℃，有氧灼烧30min，待冷却至室温后取出待用；
2.4将碳纤维(短纤)平铺于托盘中，130℃，持续干燥240min，待冷却至室温后取出待用；
3.混配
3.1将步骤2.2、2.3所制备的原料聚四氟乙烯、二氧化钛、二氧化硅按5：2：3的质量比例投入至二维高速混合机内，在900r/min的混合速度下，混合30min，混合好后取出待用；
3.2将步骤2.1处理好的聚醚醚酮投入到步骤3.1制备的混合物内，按照70：20的质量比例进行混合，混合采用三维低速混合机，在60r/min的混合速度下，混合30min，将混合好的物料取出待用；
3.3将步骤2.4处理好的碳纤维(短纤)投入到步骤3.2混合好的物料中，按照5：95的比例在中速二维混合机内进行混合，混合速度110r/min，持续混合45min；
4.挤出(注塑)
将步骤3.3制备的混配料投入到连续挤出机(注塑机)内，料筒温度400℃，喷嘴温度405℃，模具温度270℃，进行样品的制备，最终冷却至常温。
实施例2：
1.原材料
发明所用聚醚醚酮由victrex公司生产，密度1.32g/cm3，平均粒径＜50μm；聚四氟乙烯由日本大金株式会社生产，表观密度0.35g/cm3，密度1.32g/cm3，平均粒径25μm；氯化法二氧化钛(钛白粉)由河南佰利联生产，平均粒径20nm；二氧化硅(气相法白炭黑)由焦作科邦生产，粒度6μm，堆积密度0.08g/cm3；碳纤维由光威复材生产(短纤)，密度1.5g/cm3，长度3mm。
2.预处理
2.1将聚醚醚酮平铺于托盘底部，放入真空干燥箱内，155℃，干燥120min；干燥完成后，在干燥箱内冷却至室温，取出密封保存待用；
2.2将聚四氟乙烯平铺于托盘底部，放入干燥箱内，190℃，干燥60min；干燥完成后，在干燥箱内冷却至室温；
2.3将二氧化钛、二氧化硅分别放入马弗炉中，220℃，有氧灼烧30min，待冷却至室温后取出待用；
2.4将碳纤维(短纤)平铺于托盘中，130℃，持续干燥240min，待冷却至室温后取出待用；
3.混配
3.1将步骤2.2、2.3所制备的原料聚四氟乙烯、二氧化钛、二氧化硅按10：2：3的质量比例投入至二维高速混合机内，在900r/min的混合速度下，混合30min，混合好后取出待用；
3.2将步骤2.1处理好的聚醚醚酮投入到步骤3.1制备的混合物内，按照75：15的质量比例进行混合，混合采用三维低速混合机，在60r/min的混合速度下，混合30min，将混合好的物料取出待用；
3.3将步骤2.4处理好的碳纤维(短纤)投入到步骤3.2混合好的物料中，按照10：90的质量比例在中速二维混合机内进行混合，混合速度110r/min，持续混合45min；
4.挤出(注塑)
将步骤3.3制备的混配料投入到连续挤出机(注塑机)内，料筒温度400℃，喷嘴温度405℃，模具温度270℃，进行样品的制备，最终冷却至常温。
实施例3：
1.原材料
发明所用聚醚醚酮由victrex公司生产，密度1.32g/cm3，平均粒径＜50μm；聚四氟乙烯由日本大金株式会社生产，表观密度0.35g/cm3，密度1.32g/cm3，平均粒径25μm；氯化法二氧化钛(钛白粉)由河南佰利联生产，平均粒径20nm；二氧化硅(气相法白炭黑)由焦作科邦生产，粒度6μm，堆积密度0.08g/cm3；碳纤维由光威复材生产(短纤)，密度1.5g/cm3，长度3mm。
2.预处理
2.1将聚醚醚酮平铺于托盘底部，放入真空干燥箱内，155℃，干燥120min；干燥完成后，在干燥箱内冷却至室温，取出密封保存待用；
2.2将聚四氟乙烯平铺于托盘底部，放入干燥箱内，190℃，干燥60min；干燥完成后，在干燥箱内冷却至室温；
2.3将二氧化钛、二氧化硅分别放入马弗炉中，220℃，有氧灼烧30min，待冷却至室温后取出待用；
2.4将碳纤维(短纤)平铺于托盘中，130℃，持续干燥240min，待冷却至室温后取出待用；
3.混配：
3.1将步骤2.2、2.3所制备的原料聚四氟乙烯、二氧化钛、二氧化硅按15：3：4的质量比例投入至二维高速混合机内，在900r/min的混合速度下，混合30min，混合好后取出待用；
3.2将步骤2.1处理好的聚醚醚酮投入到步骤3.1制备的混合物内，按照80：10的质量比例进行混合，混合采用三维低速混合机，在60r/min的混合速度下，混合30min，将混合好的物料取出待用；
3.3将步骤2.4处理好的碳纤维(短纤)投入到步骤3.2混合好的物料中，按照15：85的质量比例在中速二维混合机内进行混合，混合速度110r/min，持续混合45min；
4.挤出(注塑)
将步骤3.3制备的混配料投入到连续挤出机(注塑机)内，料筒温度400℃，喷嘴温度405℃，模具温度270℃，进行样品的制备，最终冷却至常温。
实施例4：
1.原材料
发明所用聚醚醚酮由victrex公司生产，密度1.32g/cm3，平均粒径＜50μm；聚四氟乙烯由日本大金株式会社生产，表观密度0.35g/cm3，密度1.32g/cm3，平均粒径25μm；氯化法二氧化钛(钛白粉)由河南佰利联生产，平均粒径20nm；二氧化硅(气相法白炭黑)由焦作科邦生产，粒度6μm，堆积密度0.08g/cm3；碳纤维由光威复材生产(短纤)，密度1.5g/cm3，长度3mm。
2.预处理
2.1将聚醚醚酮平铺于托盘底部，放入真空干燥箱内，155℃，干燥120min；干燥完成后，在干燥箱内冷却至室温，取出密封保存待用；
2.2将聚四氟乙烯平铺于托盘底部，放入干燥箱内，190℃，干燥60min；干燥完成后，在干燥箱内冷却至室温；
2.3将二氧化钛、二氧化硅分别放入马弗炉中，220℃，有氧灼烧30min，待冷却至室温后取出待用；
2.4将碳纤维(短纤)平铺于托盘中，130℃，持续干燥240min，待冷却至室温后取出待用；
3.混配：
3.1将步骤2.2、2.3所制备的原料聚四氟乙烯、二氧化钛、二氧化硅按15：4：5的质量比例投入至二维高速混合机内，在900r/min的混合速度下，混合30min，混合好后取出待用；
3.2将步骤2.1处理好的聚醚醚酮投入到步骤3.1制备的混合物内，按照75：10的质量比例进行混合，混合采用三维低速混合机，在60r/min的混合速度下，混合30min，将混合好的物料取出待用；
3.3将步骤2.4处理好的碳纤维(短纤)投入到步骤3.2混合好的物料中，按照10：90的质量比例在中速二维混合机内进行混合，混合速度110r/min，持续混合45min；
4.挤出(注塑)
将步骤3.3制备的混配料投入到连续挤出机(注塑机)内，料筒温度400℃，喷嘴温度405℃，模具温度270℃，进行样品的制备，最终冷却至常温。
表1：本发明实施例1-4和对比例性能数据
注：其中，对比例1所说的助剂添加过多，主要是指二氧化硅、二氧化钛添加过多，添加后拉伸强度得到一定提升，但磨损率也相应提高，硬度和密度同时增大；相比较于对比例2，添加剂过少可以造成磨损率有一定的下降，但是摩擦系数和硬度均有所下降，同时拉伸强度也有较大的降低。
本发明采用了四组实施例与一组对比例的数据进行分析，实施例采用以聚醚醚酮为基材的复合材料体系，对比例为常见轴承保持架不锈钢材质，经过以上数据的对比可以分析出，聚醚醚酮基复合材料体系在密度、摩擦、磨耗、硬度上均具有较为明显的优势，相对于金属，拉伸强度相对较小，但这并不影响作为轴承保持架的应用，并且在聚醚醚酮材料复合体系下，真正意义上实现了无油润滑的目的，无论在经济上、还是应用上非常值得推广使用。