一种提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法
【专利摘要】一种提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，涉及工程塑料保持架【技术领域】，包括制备保持架管坯材料、干燥处理、配比工序、热压成型和退火处理，将保持架管坯的材料经过干燥处理和配比工序后在程控式热压机上热压成型得到醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯，对得到的醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯进行退火处理即可；本发明制作出的保持架管坯质量轻、有效提高了高温抗拉强度高、摩擦学性能和耐热性。
【专利说明】一种提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程塑料保持架【技术领域】，尤其涉及到一种提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法。
【背景技术】
[0002]公知的，醚酐型聚酰亚胺具有抗拉强度高、摩擦系数小、耐磨损等优点，尤其是其成型加工性好，广泛地应用于中低速球轴承保持架领域，聚酰亚胺复合材料保持架在提升轴承的转速以及运转稳定性方面较传统金属合金保持架具有显著的材料优势，是高温高速轴承领域的重要研究方向之一。
[0003]通常醚酐型聚酰亚胺的玻璃化转变温度不超过265 °C，热变形温度(1.80MPa)小于245°C，高温抗拉强度保持率较低，热导率小于0.2W.(m.Κ)_1，由于在高速旋转时产生大量的摩擦热无法快速传导出去，使得保持架表面软化、变形甚至热分解失效，严重影响轴承运转可靠性和寿命，因此，醚酐型聚酰亚胺耐热性不足成为限制其在高温高速轴承保持架领域应用的前提。
[0004]提高醚酐型聚酰亚胺耐热性最根本的方法是合成耐热级别更高、加工性能优良的新型结构聚酰亚胺，但此方法受原材料来源、合成工艺技术、研制周期和生产成本等诸多因素的限制，难度过大；因此，提升聚酰亚胺耐热性的研究更多侧重于通过共混或填充方法来制备耐热性更高的多相聚合物体系，于是，国内外学者利用芳纶纤维、铜粉、玻璃纤维、碳纤维、钛酸钾晶须以及纳米材料等 对其进行共混、填充改性，以期提升醚酐型聚酰亚胺的耐热性，然而，此改性方法制作的醚酐型复合材料耐热性的提升是以牺牲其抗拉强度为代价换来的，因此，耐热性提升幅度有限，难以满足高温高速轴承对保持架材料耐热性的需求。
[0005]均苯型聚酰亚胺模塑粉的玻璃化转变温度大于380°C，其结构与醚酐型聚酰亚胺较为接近，由其改性醚酐型聚酰亚胺制得的复合材料界面间结合力较好，抗拉强度保持率较高，耐热性也得以显著提升；同时，添加导热润滑材料可以提高醚酐型聚酰亚胺的热导率，改善其摩擦学性能，目前，国内尚无由均苯型聚酰亚胺模塑粉、导热润滑材料改性醚酐型聚酰亚胺保持架管坯方法的报道。
【发明内容】
[0006]为了实现所述的发明目的，本发明公开了一种提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，所述方法通过将醚酐型聚酰亚胺模塑粉、均苯型聚酰亚胺和导热润滑材料为制备保持架管坯的材料，将保持架管坯的材料经过干燥处理和配比工序后在程控式热压机上热压成型得到醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯，对得到的醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯进行退火处理即可；本发明制作出的保持架管坯质量轻、高温抗拉强度高、摩擦学性能和耐热性较好。
[0007]为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案:
[0008]一种提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，包括制备保持架管坯材料、干燥处理、配比工序、热压成型和退火处理，其具体操作步骤如下:
[0009]( I)制备保持架管坯材料:
[0010]保持架管坯材料按重量百分比包括:59%~80%醚酐型聚酰亚胺模塑粉、15%~40%均苯型聚酰亚胺和1%~5%的导热润滑材料；
[0011](2)干燥处理:
[0012]接上一步骤，将上一步骤获取的保持架管坯材料分别放入干燥箱中干燥处理，然后分别过200目筛并独立密封保存备用；
[0013](3)配比工序:
[0014]接上一步骤，按重量百分比分别取上一步骤中获取的干燥的59%~80%的醚酐型聚酰亚胺模塑粉、15%~40%的均苯型聚酰亚胺模塑粉以及1%~5%的导热润滑材料，先后放入机械搅拌机内搅拌，配制出醚酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料；
[0015](4)热压成型:
[0016]接上一步骤，将上一步骤获取的醚酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料填充到保持架模具内，再将保持架模具置于程控式热压机上，热压成型醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯；
[0017](5)退火处理:
[0018]接上一步骤，将上一步骤获取的醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯放在烧结炉中烧结，烧结炉的升温速度控制在50 ~70°C /h,当烧结炉内升温至150°C时保温2h，然后继续以12~20°C /h的升温速度升温至280°C时保温8~10h，之后以30~40°C /h的速度冷却至50°C取出即可。
[0019]所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，步骤I中所述的醚酐型聚酰亚胺模塑粉、均苯型聚酰亚胺和的导热润滑材料的粒径均为200目。
[0020]所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，步骤I中所述的导热润滑材料为至少包括碳纤维粉、石墨、碳纳米管中的任--种。
[0021]所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，步骤2中所述的干燥处理的温度为230°C，干燥时间为3h，干燥后取出冷却至室温。
[0022]所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，步骤3中所述的配比工序中的搅拌次数为3~5次，每次搅拌的时间控制在20~30秒，每次搅拌时机械搅拌机的转速控制在10000~12000转/分钟。
[0023]所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，在热压成型步骤中所述的保持架模具由外套、芯子、冲头和底座四部分组成，其中外套、芯子和底座构成保持架模腔；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增大3mm，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缩小3_ ;保持架模具中外套和芯子的高度尺寸是在成品轴承保持架高度尺寸的基础上增大3倍以上；保持架模具中冲头的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，所述底座的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，所述底座的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配。
[0024]所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，在热压成型步骤中所述的程控式热压机的压力控制在300~600kg/cm2，压制5分钟排除保持架模具内的空气，5分钟后对保持架模具加热，60分钟后加热到385°C，加热期间压力控制在300~600kg/cm2 ；当温度达到385°C时程控式热压机的压力加大到800~1300kg/cm2并保温40~90分钟，保温期间程控式热压机自动保压；保温40~90分钟后继续保压20分钟，期间温度降至220°C ；压力在10分钟内降至零，温度控制在220°C，待保持架模具温度低于200°C时进行脱模。
[0025]通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果:
[0026]本发明所述的所述方法通过将醚酐型聚酰亚胺模塑粉、均苯型聚酰亚胺和导热润滑材料为制备保持架管坯的材料，将保持架管坯的材料经过干燥处理和配比工序后在程控式热压机上热压成型得到醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯，对得到的醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯进行退火处理即可；本发明制作出的保持架管坯质量轻、有效提高了高温抗拉强度高、摩擦学性能和耐热性。
【具体实施方式】
[0027]下面结合具体的实施例对本发明作进一步的描述，以便本领域的技术人员进一步理解本发明，但下述实施例并非是对本发明保护范围的限定。
[0028]所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，包括制备保持架管坯材料、干燥处理、配比工序、热压成型和退火处理，其具体操作步骤如下:
[0029]( 1)制备保持架管坯材料:
[0030]按重量百分比包括:59%~80%醚酐型聚酰亚胺模塑粉、15%~40%均苯型聚酰亚胺和1%~5%的导热润滑材料；所述的醚酐型聚酰亚胺模塑粉、均苯型聚酰亚胺和的导热润滑材料的粒径均为200目；所述的导热润滑材料为至少包括碳纤维粉、石墨、碳纳米管中的任--种；
[0031](2)干燥处理:
[0032]接上一步骤，将上一步骤获取的保持架管坯材料分别放入干燥箱中干燥处理，然后分别过200目筛并独立密封保存备用；所述的干燥处理的温度为230°C，干燥时间为3h，干燥后取出冷却至室温；
[0033](3)配比工序:
[0034]接上一步骤，按重量百分比分别取上一步骤中获取的干燥的60%~80%的醚酐型聚酰亚胺模塑粉、15%~40%的均苯型聚酰亚胺模塑粉以及1%~5%的导热润滑材料，先后放入机械搅拌机内搅拌，配制出醚酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料；所述的配比工序中的搅拌次数为3~5次,每次搅拌的时间控制在20~30秒,每次搅拌时机械搅拌机的转速控制在10000~12000转/分钟；
[0035](4)热压成型:
[0036]接上一步骤，将上一步骤获取的醚酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料填充到保持架模具内，再将保持架模具置于程控式热压机上，热压成型醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯；在热压成型步骤中所述的保持架模具由外套、芯子、冲头和底座四部分组成，其中外套、芯子和底座构成保持架模腔；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增大3mm，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缩小3mm ;保持架模具中外套和芯子的高度尺寸是在成品轴承保持架高度尺寸的基础上增大3倍以上；保持架模具中冲头的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，所述底座的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，所述底座的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配；所述的程控式热压机的压力控制在300~600kg/cm2，压制5分钟排除保持架模具内的空气，5分钟后对保持架模具加热，60分钟后加热到385 °C，加热期间压力控制在300~600kg/cm2 ；当温度达到385°C时程控式热压机的压力加大到800~1300kg/cm2并保温40~90分钟，保温期间程控式热压机自动保压；保温40~90分钟后继续保压20分钟，期间温度降至220°C;压力在10分钟内降至零，温度控制在220°c，待保持架模具温度低于200°C时进行脱模；
[0037](5)退火处理:
[0038]接上一步骤，将上一步骤获取的醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯放在烧结炉中烧结，烧结炉的升温速度控制在50~70°C /h,当烧结炉内升温至150°C时保温2h，然后继续以12~20°C /h的升温速度升温至280°C时保温8~10h，之后以30~40°C /h的速度冷却至50°C取出即可。
[0039]实施例1
[0040]( I)制备保持架管坯材料:
[0041]按重量百分比配比为:75%的醚酐型聚酰亚胺模塑粉、20%的均苯型聚酰亚胺和5%的碳纤维粉；
[0042](2)干燥处理:
[0043]将上一步骤获取的保持架管坯材料分别放入干燥箱中干燥处理；所述的干燥处理的温度为230°C，干燥时间 为3h，干燥后取出冷却至室温，然后分别过200目筛并独立密封保存备用；
[0044](3)配比工序:
[0045]按重量百分比分别取上一步骤中获取的干燥的75%的醚酐型聚酰亚胺模塑20%的均苯型聚酰亚胺模塑粉以及5%的碳纤维粉，放入机械搅拌机内搅拌3次，每次搅拌的时间控制在20秒,每次搅拌时机械搅拌机的转速控制在10000转/分钟,搅拌配制出醚酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料，上述醚酐型聚酰亚胺模塑粉呈黄色粉状，均苯型聚酰亚胺模塑粉呈浅黄色粉末，碳纤维呈黑色粉状，经一同搅拌3次后得到的醚酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料呈灰褐色，使用二十倍显微镜观察醚酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料时，若颜色均为灰褐色即称为无明显色差，无明显色差的醚酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料即为合格产品并密封保存备用；
[0046](4)热压成型:
[0047]将上一步骤获取的醚酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料填充到保持架模具内，再将保持架模具置于程控式热压机上，热压成型醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯；
[0048]保持架模具包含外套、芯子、冲头和底座，设定保持架的内径为d=28.2mm、外径为D=35.6mm、高度为 Η=6.6mm ；
[0049]在所述保持架模具中:所述外套的内径=所述D+3mm=38.6mm,所述芯子的外径=所述d-3mm=25.2mm,所述外套高度=所述芯子高度> 3H=19.8mm,所述冲头的外径与所述外套的内径相匹配，所述冲头的内径与所述芯子的外径相匹配，所述底座的内径与所述芯子的外径相匹配，所述底座的外径与外所述套的内径相匹配；程控式热压机的压力控制在500kg/cm2,程控式热压机压制5分钟排除保持架模具内的空气，5分钟后对保持架模具实施加热，60分钟后加热到385°C，加热期间压力控制在500kg/cm2 ;当温度达到385°C时程控式热压机的压力加大到lOOOkg/cm2并保温60分钟，保温期间程控式热压机自动保压；保温60分钟后继续保压20分钟，期间温度降至220°C ;最后，压力在10分钟内降至零，温度控制在220°C。待所述保持架模具温度低于200°C时进行脱模即制作出醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯；
[0050](5)退火处理:
[0051 ] 将上一步骤获取的醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯放在烧结炉中烧结，烧结炉的升温速度控制在50°C /h,当烧结炉内升温至150°C时保温2h，然后继续以20°C /h的升温速度升温至280°C时保温8h，之后以40°C /h的速度冷却至50°C并取出。
[0052]醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯是在高温高压下压制烧结成型，内部残存较大应力，采取退火处理可减少内部残存应力，提高复合材料的抗拉强度以及宽温度范围内的尺寸稳定性。
[0053]下表是本发明实施例1制作的醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯的性能
【权利要求】
1.一种提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，包括制备保持架管坯材料、干燥处理、配比工序、热压成型和退火处理，其特征是:其具体操作步骤如下: (1)制备保持架管坯材料: 保持架管坯材料按重量百分比包括:59%~80%醚酐型聚酰亚胺模塑粉、15%~40%均苯型聚酰亚胺和1%~5%的导热润滑材料； (2)干燥处理: 接上一步骤，将上一步骤获取的保持架管坯材料分别放入干燥箱中干燥处理，然后分别过200目筛并独立密封保存备用； (3)配比工序: 接上一步骤，按重量百分比分别取上一步骤中获取的干燥的59%~80%的醚酐型聚酰亚胺模塑粉、15%~40%的均苯型聚酰亚胺模塑粉以及1%~5%的导热润滑材料，先后放入机械搅拌机内搅拌，配制出醚酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料； (4)热压成型: 接上一步骤，将上一步骤获取的醚酐型聚酰亚胺模塑粉复合材料填充到保持架模具内，再将保持架模具置于程控式热压机上，热压成型醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯； (5)退火处理: 接上一步骤，将上一步骤获取的醚酐型聚酰亚胺复合保持架管坯放在烧结炉中烧结，烧结炉的升温速度控制在5(T70°C /h，当烧结炉内升温至150°C时保温2h，然后继续以12^200C /h的升温速度升温至280°C时保温8~10h，之后以3(T40°C /h的速度冷却至50°C取出即可。
2.根据权利要求1所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，其特征是:步骤I中所述的醚酐型聚酰亚胺模塑粉、均苯型聚酰亚胺和的导热润滑材料的粒径均为200 目。
3.根据权利要求1所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，其特征是:步骤I中所述的导热润滑材料为至少包括碳纤维粉、石墨、碳纳米管中的任一一种。
4.根据权利要求1所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，其特征是:步骤2中所述的干燥处理的温度为230°C，干燥时间为3h，干燥后取出冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，其特征是:步骤3中所述的配比工序中的搅拌次数为3~5次，每次搅拌的时间控制在20~30秒，每次搅拌时机械搅拌机的转速控制在10000~12000转/分钟。
6.根据权利要求1所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，在热压成型步骤中所述的保持架模具由外套、芯子、冲头和底座四部分组成，其中外套、芯子和底座构成保持架模腔；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增大3_，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缩小3_ ;保持架模具中外套和芯子的高度尺寸是在成品轴承保持架高度尺寸的基础上增大3倍以上；保持架模具中冲头的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，所述底座的内径尺寸与芯子的外径尺寸相匹配，所述底座的外径尺寸与外套的内径尺寸相匹配。
7.根据权利要求1所述的提高醚酐型聚酰亚胺保持架管坯耐热性的方法，在热压成型步骤中所述的程控式热压机的压力控制在30(T600kg/Cm2，压制5分钟排除保持架模具内的空气，5分钟后对保持架模具加热，60分钟后加热到385 °C，加热期间压力控制在30(T600kg/cm2 ;当温度达到385°C时程控式热压机的压力加大到800~1300 kg/cm2并保温40-90分钟，保温期间程控式热压机自动保压；保温40-90分钟后继续保压20分钟，期间温度降至220°C ;压力在10分钟内降至零，温度控制在220°C，待保持架模具温度低于200°C时进行脱模。`
【文档编号】C08K7/00GK103756313SQ201310683681
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】孙小波, 王子君, 张素娥, 王枫, 贾会粉 申请人:洛阳轴研科技股份有限公司