CN100569482C - 一种超高速涡轮泵轴承保持架材料的成型工艺 - Google Patents
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Abstract
一种超高速涡轮泵轴承保持架材料的成型工艺，配方为碳纤维5～15%、聚四氟乙烯5～15%、石墨5～15%、余量聚醚醚酮；在温度300～360℃、时间10分钟、压力1～1.8MPa下挤出造粒；造粒散放于盘中，厚度约2.5mm置于空气循环炉中，150±2℃的温度下放置3小时，或160±2℃下放置2小时，去除水分使水分少于0.02%；模具中模腔和模芯材料在聚醚醚酮加工温度下具有52～54洛氏硬度，主流道直径至少4mm，浇口直径和厚度为1～2mm；利用运油式模温机严格控制模具温度在180～200℃；成型温度控制在380～400℃；注射压力90±5MPa；保压压力70±5MPa，保压时间10～30秒。
Description
技术领域
本发明属于轴承保持架材料技术领域，特别涉及到一种超高速涡轮泵轴承保持架材料的成型工艺。
背景技术
以往的高速涡轮泵轴承保持架材料都采用增强聚四氟乙烯复合材料，并取得了良好的效果。但是，随着涡轮泵轴承转速及负荷的不断提高，对轴承精度及质量可靠性的要求也越来越高。
由于超高速涡轮泵轴承转速高达4～10万转，温度范围-40～150℃，轴承浸泡在介质偏二甲肼中，此介质具有腐蚀性，并且轴承是在无油润滑条件下工作的，对保持架材料要求具有高强度、低摩擦系数、耐高温、自润滑耐腐蚀等优良性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明设计出一种超高速涡轮泵轴承保持架材料的成型工艺，利用该成型工艺加工的保持架材料是一种高强度、耐磨损、耐腐蚀及自润滑复合材料，其机械强度及冲击强度是以往高速涡轮泵轴承保持架采用的增强聚四氟乙烯复合材料的3～5倍，且润滑性能与聚四氟乙烯相当，耐摩擦磨损性能与聚酰亚胺相当。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
所述的超高速涡轮泵轴承保持架材料的成型工艺经过配方→材料制备→原料预处理→模具设计→模具温度→成型温度→注射压力→保压压力及时间八个工序，各工序分述如下：
I、配方
按重量百分比计：碳纤维5～15％、聚四氟乙烯5～15％、石墨5～15％、余量为聚醚醚酮；
II、材料制备
用聚醚醚酮、聚四氟乙烯、碳纤维及石墨按重量比混合后，在温度300～360℃，时间10分钟，压力1～1.8MPa条件下挤出造粒；
III、原料预处理
将上述挤出造粒散放于盘中，厚度约2.5mm，将料盘置于空气循环炉中，在150±2℃的温度下放置3小时，或在160±2℃的温度下放置2小时，对材料进行干燥去除水份，直至水分少于0.02％；
IV、模具设计
模腔和模芯材料应在复合聚醚醚酮加工温度下具有52～54洛氏硬度，主流道直径至少4mm，且越短越好；为便于制件脱模，主流道斜度至少为2°，并与Z型、逆斜型、环型冷料穴和主流道拉料杆相结合；分流道以圆形或梯形为佳，且截面厚度较大，熔体的流径越短越好，尽量避免改变流动方向；除潜入式或隧道式浇口以外，大多数浇口皆适合于复合聚醚醚酮制件；浇口尺寸尽可能大些，避免截面细且长，浇口直径和厚度为1～2mm；
V、模具温度
利用运油式模温机严格控制模具温度在180～200℃；
VI、成型温度
成型温度控制在380～400℃，材料熔体稳定并适宜加工；
VII、注射压力
注射压力为90±5MPa；
VIII、保压压力及时间
保压压力70±5MPa，保压时间10～30秒。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
1、本发明的成型工艺，研制出的超高速涡轮泵轴承保持架材料，颜色均匀，无气孔，材料的结晶度达到35％，达到了产品的最佳状态。
2、本发明研制出的超高速涡轮泵轴承保持架材料，其机械强度和环状拉伸强度是增强聚四氟乙烯复合材料的4-5倍，且润滑性能与聚四氟乙烯相当，耐摩擦磨损性能与聚酰亚胺相当，摩擦系数比增强聚四氟乙烯复合材料略低，耐水解性强，吸水率低，耐化学腐蚀及耐辐射性能超群。因此轴承保持架材料的综合性能得以提高，从而满足国家高新工程对轴承要求的不断提高。
具体实施方式
实施例1
1)配方：碳纤维5％、聚四氟乙烯15％、石墨10％；余量为聚醚醚酮。确定以聚醚醚酮为基体材料，用聚四氟乙烯、碳纤维、石墨作为改性材料提高复合聚醚醚酮材料摩擦磨损性能。
2)材料制备：用聚醚醚酮、聚四氟乙烯、碳纤维及石墨，按重量比混合后，在温度360℃，时间10分钟，压力1.8MPa条件下挤出造粒。
3)原料预处理：原材料散放于盘中，厚度约2.5mm，然后将盘置于空气循环炉中，在150±2℃的温度下放置3小时，或在160±2℃的温度下放置2小时。
4)模具设计：模腔和模芯材料应在成型温度下具有52洛氏硬度，主流道直径为6mm，浇口直径和厚度是2mm。
5)模具温度：利用运油式模温机严格控制模具温度在180℃。
6)成型温度：成型温度控制在388℃，材料熔体是稳定并适宜加工的。
7)注射压力：采用压力为92MPa。
8)保压压力及时间：采用保压压力为72MPa，保压时间为13秒。
实施例2
1)配方：碳纤维10％、聚四氟乙烯5％、石墨15％、余量为聚醚醚酮。
2)材料制备：用聚醚醚酮、聚四氟乙烯、碳纤维及石墨，按重量比混合后，在温度360℃，时间10分钟，压力1.5MPa条件下挤出造粒。
3)原料预处理：原材料散放于盘中，厚度约2.5mm，然后将盘置于空气循环炉中，在150±2℃的温度下放置3小时，或在160±2℃的温度下放置2小时。
4)模具设计：模腔和模芯材料应在成型温度下具有54洛氏硬度，主流道直径为5mm，浇口直径和厚度是2mm。
5)模具温度：利用运油式模温机严格控制模具温度在190℃。
6)成型温度：成型温度控制在395℃。
7)注射压力：采用压力为86MPa。
8)保压压力及时间：采用保压压力为72MPa，保压时间为10秒。
实施例3
1)配方：碳纤维15％、聚四氟乙烯10％、石墨5％、余量为聚醚醚酮。
2)材料制备：用聚醚醚酮、聚四氟乙烯、碳纤维及石墨，按重量比混合后，在温度360℃，时间10分钟，压力1MPa条件下挤出造粒。
3)原料预处理：原材料散放于盘中，厚度约2.5mm，然后将盘置于空气循环炉中，在150±2℃的温度下放置3小时，或在160±2℃的温度下放置2小时。
4)模具设计：模腔和模芯材料应在成型温度下具有53洛氏硬度，主流道直径为8mm，浇口直径和厚度是2mm。
5)模具温度：利用运油式模温机严格控制模具温度在200℃。
6)成型温度：成型温度控制在390℃。
7)注射压力：采用压力值为95MPa。
8)保压压力及时间：采用保压压力为75MPa，保压时间为12秒。
综上所述强调如下：
关于配方：碳纤维占总重量的5～15％；聚四氟乙烯占总重量的5～15％；石墨占总重量的5～15％；余量为聚醚醚酮。确定以聚醚醚酮为基体材料，用聚四氟乙烯、碳纤维、石墨作为改性材料提高复合聚醚醚酮材料摩擦磨损性能。
关于材料制备：用聚醚醚酮、聚四氟乙烯、碳纤维及石墨，按重量比混合后，在温度300～360℃，时间10分钟，压力1～1.8MPa条件下挤出造粒。
关于原料预处理：原材料散放于盘中，厚度约2.5mm，然后将盘置于空气循环炉中，在150±2℃的温度下放置3小时，或在160±2℃的温度下放置2小时，对材料进行干燥去除水份，直至水分少于0.02％。
关于模具设计：注射成型复合聚醚醚酮制件，模具设计必须达到某些标准，模腔和模芯材料应在复合聚醚醚酮加工温度下具有52～54洛氏硬度。主流道直径至少为4mm，且越短越好；为便于制件脱模，主流道斜度至少为2°，并与Z型、逆斜型、环型冷料穴和主流道拉料杆相结合。分流道以圆形或梯形为佳，且截面厚度较大，熔体的流径越短越好，尽量避免改变流动方向。除潜入式或隧道式浇口以外，大多数浇口皆适合于复合聚醚醚酮制件；浇口尺寸尽可能大些，避免截面细且长，浇口直径或厚度是1～2mm。
关于模具温度：模具温度对材料内在的性能和表观质量影响很大聚醚醚酮是结晶性聚合物，模具温度对结晶度以及成型收缩率有一定的影响，模具温度高，材料的结晶度也高，但成型收缩率有所增加，反之模具温度低，材料的结晶度过低，材料各部分的冷却速率不均匀，导致材料注塑后出现空隙，造成成型制品的颜色不均匀，出现暗边或暗角，这样的成型件机械性能和其它材料特性就会降低。适当提高模具温度可增加流动性，改善成型件表面粗糙度，还可以调整材料的冷却速度，缓慢冷却能使应力得到充分松弛，防止成型件产生凹痕等缺陷，因此在成型工艺中控制好模具温度至关重要。利用运油式模温机严格控制模具温度在180～200℃。
关于成型温度：复合聚醚醚酮材料是属于结晶性材料，具有比较明显的熔点343℃。因此成型温度控制在380～400℃，材料熔体是稳定并适宜加工的。
关于注射压力：为了保证材料的力学性能和尺寸精度，最好使用较高的注塑压力。但过高的注射速率易带入空气而产生气泡，使材料出现翘曲、烧焦等现象，直接影响成型件的表面质量。采用压力值为90±5MPa。
关于保压压力及时间：保压时间应充分，否则会出现凹陷、气孔等缺陷。采用保压压力为70±5MPa，保压时间为10～30秒。
Claims (1)
1、一种超高速涡轮泵轴承保持架材料的成型工艺，其特征在于：该成型工艺经过配方→材料制备→原料预处理→模具设计→模具温度→成型温度→注射压力→保压压力及时间八个工序，各工序分述如下：
I、配方
按重量百分比计：碳纤维5～15％、聚四氟乙烯5～15％、石墨5～15％、余量为聚醚醚酮；
II、材料制备
用聚醚醚酮、聚四氟乙烯、碳纤维及石墨按重量比混合后，在温度300～360℃，时间10分钟，压力1～1.8MPa条件下挤出造粒；
III、原料预处理
将上述挤出造粒散放于料盘中，厚度2.5mm，将料盘置于空气循环炉中，在150±2℃的温度下放置3小时，或在160±2℃的温度下放置2小时，对材料进行干燥去除水份，直至水份少于0.02％；
IV、模具设计
模腔和模芯材料应在复合聚醚醚酮加工温度下具有52～54洛氏硬度，主流道直径至少4mm，且越短越好；为便于制件脱模，主流道斜度至少为2°，并与Z型、逆斜型、环型冷料穴和主流道拉料杆相结合；分流道是圆形或梯形，且截面厚度较大，熔体的流径越短越好，尽量避免改变流动方向；除潜入式或隧道式浇口以外，大多数浇口皆适合于复合聚醚醚酮制件；浇口尺寸尽可能大些，避免截面细且长，浇口直径和厚度为1～2mm；
V、模具温度
利用运油式模温机严格控制模具温度在180～200℃；
VI、成型温度
成型温度控制在380～400℃，材料熔体稳定并适宜加工；
VII、注射压力
注射压力为90±5MPa；
VIII、保压压力及时间
保压压力70±5MPa，保压时间10～30秒。
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