专利名称：碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种机械传动技术，特别是一种碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮及其制备方法。
背景技术：
在国内外矿业机械设备中，有一种小型钻机叫手持式气动钻机，而气马达作为手持式气动钻机的关键部件，其功能是向钻杆传递转矩，实现钻具的回转。马达由壳体、盖板、 齿轮、轴等组成，其中齿轮是它的核心零件，齿轮耐磨性的好坏直接影响气马达的性能与寿命。齿轮在气马达中运转，不但要承受较大的摩擦力和冲击力，还需要良好的尺寸稳定性， 同时还要受到工作环境的影响，如粉尘、砂子、酸、碱、盐等腐蚀。因此要求齿轮必须具有高的减摩耐磨性，复杂环境的耐腐蚀性和良好的机械性能。目前，手持式气动钻机上用的齿轮大部分是钢件经加工后再高频渗氮处理，来解决耐磨问题，即使这样还存在以下缺点比重大、噪音大、加工工艺复杂、减摩耐磨性差、高速运转时容易产生火花、工人操作时劳动强度大、能耗大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种具有突出的减摩耐磨性、自润滑效果好、抗化学腐蚀、比强度高、比模量大、热膨胀系数小、抗静电而不产生火花，同时减轻工人劳动强度，节约能耗的碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮及其制备方法。本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种碳纤维增强聚甲醛齿轮，其特点是采用如下重量百分比的原料制成，
聚甲醛树脂50-85 %、碳纤维短切5-20%、二硫化钼5-20%、硬脂酸钙1_3%、偶联剂 0. 1-2%，酚醛树脂 1-10%。本发明的碳纤维增强聚甲醛齿轮的制备方法是
首先将碳纤维进行复合表面处理。具体操作如下第一步将碳纤维长丝切成4-8mm短切，然后将其放入箱式电炉中，用300-600°C保温30-90分钟，然后停止加热，随炉冷却至常温；第二步将氧化后的碳纤维短切用酚醛树脂和偶联剂的溶液进行涂覆；最后一步将涂覆后的碳纤维短切在空气中晾干，放在侧喂料料斗中待用。除碳纤维短切以外，其它按所述配方百分比将各原料投入高混机里，在80-110°C 之间进行充分搅拌，使各种原料混合均勻，并使原料保持干燥，含水率低于0. 5%，然后通过输送装置进入平行同向双螺杆造粒机进行造粒，最后放入注塑机进行注塑成型。本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，造粒过程中， 经过9个加热区加热熔融，然后进行拉条、冷却、烘干、切粒、烘干、打包即得，
造粒温度一区 150-190°C，二区 150-190°C，三区 150_190°C，四区 150_190°C，五区 160-200°C，六区 160-200°C，七区 160_200°C，八区 160_200°C，九区 160-2000C0造粒时间从进料到出料为3 -5分钟，在加热区停留的时间为1-2分钟。
本发明与现有技术相比，碳纤维短切经复合表面处理，通过氧化处理，大大增加了碳纤维表面的官能团，然后酚醛树脂和偶联剂再与生成的活性官能团发生反应，增加了碳纤维表面能，从而极大地改善了碳纤维表面的浸润性，同时由于聚甲醛基体和酚醛树脂有很好的相容性，所以最大限度提高了碳纤维和聚甲醛基体的界面粘合性，从而大大提高了复合材料的力学性能。采用碳纤维增强耐磨聚甲醛来制造齿轮，比重小、噪音低，减摩耐磨性好、自润滑效果好、抗化学腐蚀、比强度高、比模量大、热膨胀系数小、抗静电而不产生火花等优点，因此代替原有钢件，同时也减轻了工人的劳动强度，节约了能耗。具体如下
(ι )密度低、重量轻、噪音低。碳纤维增强耐磨聚甲醛的密度为1. 4，比铝轻一半，比钢轻1/6 ；重量轻，吸振效果好。这样不仅减轻了工人的劳动强度，而且节约了能耗。( 2 )减摩耐磨性好、自润滑效果好。金属虽然承载能力大，但减磨耐磨性较差，不能自润滑。碳纤维增强耐磨聚甲醛的减磨耐磨性比金属高，因为该材料中含有碳纤维和二硫化钼，所以摩擦系数小，自润滑效果好。特别是用在矿业机械设备的气马达上，效果特别明显。( 3 )抗化学腐蚀。碳纤维增强聚甲醛对一般的酸、碱、盐、油脂以及粉尘、砂子有较好的耐腐蚀性，比金属材料和一些无机材料好得多。( 4)比强度高、比模量高。碳纤维增强聚甲醛的比强度远高于水泥混凝土，接近甚至超过钢件，属于一种轻质高强的材料。比重量强度高，也就是说在获得同样强度的条件下，用碳纤维增强聚甲醛可以使产品变得更轻便，可以通过灵活的设计、骨架增强使其达到强度和硬度的要求。( 5)热膨胀系数小，尺寸稳定性好，延长寿命。气马达中齿轮的间隙不能太大， 否则压缩空气大量泄漏，降低了工作腔的压力，从而增大了气马达的耗气量，降低了气马达的性能；间隙也不能太小，否则会增大运动阻力，降低气马达的机械效率，甚至发生研缸、闷车、停车等现象。目前气马达中的齿轮是金属材料的，由于金属材料热胀冷缩且摩擦系数大，所以大大降低了气马达的性能，而我公司研发的碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮解决了此问题，提高了气马达的性能，延长了气马达的寿命，从而代替金属齿轮。(6)抗静电效果好，高速运转也不会产生火花。特别是用在煤矿机械设备上，金属齿轮容易产生火花，而碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮不会产生火花，安全可靠。(7)降低工人劳动强度，节约能源。金属材料齿轮的重量大约在1. 7公斤/个左右，2个齿轮就是3. 4公斤；而碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮的重量在0. 3公斤/个，2种不同材料的齿轮重量相差2. 8公斤(2个)。由于该钻机是手持式的，即工人拿着操作，所以每台钻机减轻2. 8公斤的重量，就大大的减轻了工人的劳动强度，并且节约了能源。
具体实施例方式一种碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮，采用如下重量百分比的原料制成，
聚甲醛树脂50-85 %、碳纤维短切5-20%、二硫化钼5-20%、硬脂酸钙1_3%、偶联剂 0. 1-2%，酚醛树脂 1-10%。首先将碳纤维进行复合表面处理。具体操作如下第一步将碳纤维长丝切成 4-8mm短切，然后将其放入箱式电炉中，用300-600°C保温30-90分钟，然后停止加热，随炉冷却至常温；第二步将氧化后的碳纤维短切用酚醛树脂和偶联剂的溶液进行涂覆；最后一步将涂覆后的碳纤维短切在空气中晾干，放在侧喂料料斗中待用。将复合表面处理过的碳纤维短切放在侧喂料料斗中加入双螺杆，其它按所述配方百分比将各原料投入高混机里，在80-110°C之间进行充分搅拌，使各种原料混合均勻，并使原料保持干燥，含水率低于0. 5%，然后通过输送装置进入平行同向双螺杆造粒机进行造粒， 最后放入注塑机的干燥箱里烘干2-4小时后进行注塑成型。造粒过程中，经过9个加热区加热熔融，然后进行拉条、冷却、烘干、切粒、烘干、打包即得。造粒温度一区150-190°C，二区 150-190°C，三区 150_190°C，四区 150_190°C，五区 160-200°C，六区 160-200°C，七区 160_200°C，八区 160_200°C，九区 160-2000C0造粒时间从进料到出料为3 -5分钟，在加热区停留的时间为1-2分钟。
权利要求
1.一种碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮，其特征在于采用如下重量百分比的原料制成， 聚甲醛树脂50-85 %、碳纤维短切5-40%、二硫化钼5-20%、硬脂酸钙1_3%、偶联剂0. 1-2%，酚醛树脂 1-10%。
2.权利要求1所述的碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮的制备方法，其特征在于将碳纤维长丝切成4-8mm短切，然后将其放入箱式电炉中，用300-600°C保温30-90分钟，然后停止加热，随炉冷却至常温；将上述氧化后的碳纤维短切用酚醛树脂和偶联剂的溶液进行涂覆，酚醛树脂与偶联剂的重量配比为广4 0. 5^1 ；将涂覆后的碳纤维短切在空气中晾干，放在侧喂料料斗中加入双螺杆造粒机中，然后按所述配方百分比将各原料投入高混机里，在 80-110°C之间进行充分搅拌，使各种原料混合均勻，并使原料保持干燥，含水率低于0. 5%， 然后通过输送装置进入平行同向双螺杆造粒机进行造粒，最后放入注塑机进行注塑成型。
3.根据权利要求2所述的碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮的制备方法，其特征在于造粒过程中，经过9个加热区加热熔融，然后进行拉条、冷却、烘干、切粒、烘干、打包即得，造粒温度一区 150-190°C，二区 150-190°C，三区 150_190°C，四区 150_190°C，五区 160-200°C，六区 160-200°C，七区 160_200°C，八区 160_200°C，九区 160-2000C0
4.造粒时间从进料到出料为3-5分钟，在加热区停留的时间为1-2分钟。
全文摘要
一种碳纤维增强聚甲醛齿轮，采用如下原料制成，聚甲醛树脂、碳纤维短切、二硫化钼、硬脂酸钙、偶联剂，酚醛树脂。其制备方法是首先将碳纤维进行复合表面处理。然后按所述配方百分比将各原料投入高混机里，充分搅拌，然后进行造粒，最后放入注塑机进行注塑成型。碳纤维短切经复合表面处理，极大地改善了碳纤维表面的浸润性，最大限度提高了碳纤维和聚甲醛基体的界面粘合性，从而大大提高了复合材料的力学性能。采用碳纤维增强耐磨聚甲醛来制造齿轮，比重小、噪音低，减摩耐磨性好、自润滑效果好、抗化学腐蚀、比强度高、比模量大、热膨胀系数小、抗静电而不产生火花等优点，因此代替原有钢件，同时也减轻了工人的劳动强度，节约了能耗。
文档编号B29B9/06GK102161812SQ201110142559
公开日2011年8月24日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者张国良, 徐艳, 王宏亮, 许太尚 申请人:连云港鹰游碳塑材料有限责任公司