技术领域：
本发明涉及机械零件的制造技术领域，具体涉及一种碳纤维增强酚醛树脂齿轮的制备方法。
背景技术：
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齿轮是机械传动中的常用部件，齿轮加工的材料主要有金属材料、塑料及复合材料等，金属齿轮不仅有耐磨性的问题，而且有伴随摩擦及噪音的问题。随着塑料工业的迅速发展，塑料齿轮在很多场合已取代金属齿轮。塑料齿轮具有制造成本低、重量轻、噪音低、抗化学腐蚀，自润滑等优点。但同时也具有弹性模量低、机械大强度低、热传导性差、热膨胀系数大等缺点，限制了塑料齿轮在高载荷、高速度场合的应用。
技术实现要素：
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本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种具有耐磨、耐热、耐腐蚀、自润滑且尺寸稳定的碳纤维增强酚醛树脂齿轮的制备方法。
本发明所采用的技术方案有：一种碳纤维增强酚醛树脂齿轮的制备方法，步骤如下：
1.先将粘胶、沥青或聚丙烯腈短纤维经过梳棉、针刺加固后形成针刺毡；
2.然后在400-3000℃以上的高温下进行碳化，形成碳纤维针刺毡；
3.再将碳纤维针刺毡放入齿轮模具中，将酚醛树脂体系浇注到模具中进行模压，在240-350℃的温度固化，固化时间0.5-4小时取出，形成碳纤维增强酚醛树脂齿轮。
进一步地，所述粘胶、沥青或聚丙烯腈短纤维的长度在3-10cm，由其制备的针刺毡的针刺密度在50-200针/cm2，针刺毡面密度为400～5000g/m2。
进一步地，所述纤维的重量百分比为30-60％，酚醛树脂体系的重量百分比为40-70％。
进一步地，所述碳酚醛树脂体系包括蒙脱土、纳米碳粉、碳纳米管、石墨、二硫化钼、二氧化硅、二氧化钛填料中的一种或几种，所述填料的重量百分比为0-30％。
进一步地，上述制备的碳纤维增强酚醛树脂齿轮为圆柱直齿轮、锥齿轮、人字齿或者面齿轮。
进一步地，步骤二具体包括如下：
1.将粘胶、沥青或聚丙烯腈短纤维梳棉经预刺后形成针刺毡棉网；
2.将针刺毡棉网放入针刺模具的针刺机中进行针刺，形成不同形状的针刺毡；
3.将针刺毡在400-3000℃以上的高温下进行碳化，形成碳纤维针刺毡。
进一步地，所述碳纤维针刺毡与热固性树脂一起制备成热固型复合材料，与pe-聚乙烯、pp-聚丙烯、pvc-聚氯乙烯、ps-聚苯乙烯、pa-聚酰胺、pom-聚甲醛、pc-聚碳酸酯、peek-聚醚醚酮、聚苯醚、聚砜、橡胶等备成热塑性复合材料。
本发明具有如下有益效果：由于酚醛树脂具有耐高温、阻燃、耐烧蚀、耐腐蚀等性能，由其与碳纤维毡制备的复合材料，具有良好的耐热、耐烧蚀、隔热等性能，由其制备的复合材料齿轮更具有耐高温、耐化学腐蚀、高强度、高断裂韧性、自润滑、易加工等优异性能，可在航空航天、半导体、汽车零部件、石化、机械、医疗、电子电器等领域得到广泛的应用。
具体实施方式：
本发明提供碳纤维增强酚醛树脂齿轮的制备方法，步骤如下：先将粘胶、沥青或聚丙烯腈短纤维经过梳棉、针刺加固后形成针刺毡；然后在400-3000℃以上的高温下进行碳化，形成碳纤维针刺毡；再将碳纤维针刺毡放入齿轮模具中；最后将酚醛树脂体系浇注到模具中进行模压，在240-350℃的温度固化，固化时间0.5-4小时取出，形成碳纤维增强酚醛树脂齿轮。
上述粘胶、沥青或聚丙烯腈短纤维的长度一般在3-10cm，由其制备的针刺毡的针刺密度一般在50-200针/cm2，针刺毡面密度为400～5000g/m2。
碳纤维增强酚醛树脂齿轮中，碳纤维的重量百分比为30-60％，酚醛树脂体系的重量百分比为40-70％。酚醛树脂体系包括填料中一种或多种，填料的重量百分比为0-30％。填料的可以是蒙脱土、纳米碳粉、碳纳米管、石墨、二硫化钼、二氧化硅、二氧化钛等中的一种或几种。
上述制备的碳纤维增强酚醛树脂齿轮，可以是圆柱直齿轮、锥齿轮、人字齿及面齿轮等。
本发明提供的碳纤维增强酚醛树脂齿轮的制备方法中的制备碳纤维针刺毡，具体步骤如下：将粘胶、沥青或聚丙烯腈短纤维梳棉经预刺(一台针刺机针刺)后形成棉网然后根据实际的应用情况制备成片状、圆柱、圆锥等回转体形状的针刺毡，也可以制备成不规则形状的针刺毡；然后在400-3000℃以上的高温下进行碳化，形成碳纤维针刺毡。
碳纤维针刺毡可直接用于保温、隔热、电磁屏蔽等，也可与酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基树脂等热固性树脂一起制备成热固型复合材料，也可与pe-聚乙烯、pp-聚丙烯、pvc-聚氯乙烯、ps-聚苯乙烯、pa-聚酰胺、pom-聚甲醛、pc-聚碳酸酯、peek-聚醚醚酮、聚苯醚、聚砜、橡胶等制备成热塑性复合材料。
下面通过几个实施例来具体说明本发明
实施例1：一种碳纤维增强酚醛树脂圆柱直齿轮的制备方法，其制作过程如下：
1.先将5cm长的粘胶短纤维经过梳棉、针刺加固后形成5000g/m2针刺毡，针刺密度200针/cm2，制备出粘胶纤维针刺毡；
2.将粘胶纤维针刺毡放入炭化炉中，在400℃温度下进行碳化，形成碳纤维针刺毡。
3.将碳纤维针刺毡放入圆柱直齿轮模具中，再将酚醛树脂与二硫化钼粉末按7：3的重量比例混合均匀后浇注到模具中，树脂体系重量比占40％，进行模压，升温至240℃，经4小时后取出，形成碳纤维增强酚醛树脂圆柱直齿轮。
实施例2：一种碳纤维增强酚醛树脂锥齿轮的制备方法，其制作过程如下：
1.先将3cm长的沥青短纤维经过梳棉、针刺加固后形成400g/m2针刺毡，针刺密度50针/cm2，制备沥青纤维针刺毡。
2.将沥青纤维针刺毡放入炭化炉中，在3000℃温度下进行碳化，形成碳纤维针刺毡。
3.将碳纤维针刺毡放入锥齿轮模具中，再将酚醛树脂与蒙脱土按8：2的重量比例混合均匀后浇注到模具中，树脂体系重量比占50％，进行模压，升温至350℃，经0.5小时后取出，形成碳纤维增强酚醛树脂锥齿轮。
实施例3：一种碳纤维增强酚醛树脂面齿轮的制备方法，其制作过程如下：
1.先将10cm长的聚丙烯腈短纤维经过梳棉、针刺加固后形成2000g/m2针刺毡，针刺密度100针/cm2，制备聚丙烯腈纤维针刺毡。
2.将聚丙烯腈纤维针刺毡放入炭化炉中，在1400℃温度下进行碳化，形成碳纤维针刺毡。
3.将碳纤维针刺毡放入面齿轮模具中，再将酚醛树脂与二氧化硅粉末按9：1的重量比例混合均匀后浇注到模具中，树脂体系重量比占70％，进行模压，升温至300℃，经2小时后取出，形成碳纤维增强酚醛树脂面齿轮。
实施例4：一种圆柱碳纤维针刺毡的制备方法，其制作过程如下：
1.先将6cm长的粘胶短纤维经过梳棉、预针刺加固后形成50g/m2针刺毡棉网。
2.将50g/m2针刺毡棉网放入宽度1m，直径￠90mm圆柱形状的针刺模具的针刺机中进行针刺，经连续循环棉网针刺后形成内径￠90mm，厚度3cm的圆柱体针刺毡。
3.将圆柱体针刺毡放入炭化炉中，在900℃温度下进行碳化，形成圆柱碳纤维针刺毡。
实施例5：一种圆锥碳纤维针刺毡的制备方法，其制作过程如下：
1.先将8cm长的聚丙烯腈短纤维经过梳棉、预针刺加固后形成200g/m2针刺毡棉网。
2.将200g/m2针刺毡棉网放入宽度0.5m，圆锥底直径￠50mm的针刺模具的针刺机中进行针刺，经连续循环棉网针刺后形成内径￠50mm，厚度2cm的圆锥体针刺毡。
3.将圆锥体针刺毡放入炭化炉中，在1800℃温度下进行碳化，形成圆锥碳纤维针刺毡。
实施例6：一种异形碳纤维针刺毡的制备方法，其制作过程如下：
1.先将4cm长的沥青短纤维经过梳棉、预针刺加固后形成100g/m2针刺毡棉网。
2.将100g/m2针刺毡棉网放入宽度0.8m的圆柱体接圆锥体的针刺模具针刺机中针刺，其中圆柱直径￠80mm、长度0.4m，圆锥底直径￠80mm、长度0.4m。经连续循环棉网针刺后形成厚度5cm的异形针刺毡。
3.将异形针刺毡放入炭化炉中，在2800℃温度下进行碳化，形成异形碳纤维针刺毡。
实施例7：一种圆柱碳纤维增强环氧树脂复合材料，其制作过程如下：
1.先将7cm长的粘胶短纤维经过梳棉、预针刺加固后形成300g/m2针刺毡棉网。
2.将300g/m2针刺毡棉网放入宽度1.5m，直径￠200mm圆柱形状的针刺模具的针刺机中进行针刺，经连续循环棉网针刺后形成内径￠200mm，厚度6cm的圆柱体针刺毡。
3.将圆柱体针刺毡放入炭化炉中，在1300℃温度下进行碳化，形成圆柱碳纤维针刺毡。
4.将环氧树脂浇入具有上述尺寸形状圆柱碳纤维针刺毡的模具中，在常温下固化2小时后取出，形成圆柱碳纤维增强环氧树脂复合材料。
实施例8：一种圆锥碳纤维针刺毡的制备方法，其制作过程如下：
1.先将9cm长的聚丙烯腈短纤维经过梳棉、预针刺加固后形成600g/m2针刺毡棉网。
2.将600g/m2针刺毡棉网放入宽度0.6m，圆锥底直径￠300mm的针刺模具的针刺机中进行针刺，经连续循环棉网针刺后形成内径￠300mm，厚度8cm的圆锥体针刺毡。
3.将圆锥体针刺毡放入炭化炉中，在1800℃温度下进行碳化，形成圆锥碳纤维针刺毡。
4.将熔融的聚丙烯树脂挤入具有上述尺寸形状圆锥碳纤维针刺毡的模具中，在充分混合后在模具中保持3小时后取出，形成圆锥碳纤维针刺毡的制备方法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。