一种轴承保持架用工程塑料及其制造方法与流程

本技术涉及轴承保持架的，尤其是涉及一种轴承保持架用工程塑料及其制造方法。

背景技术：

1、工程塑料是一种代替金属制造机器零部件等的材料的塑料，具有优良的综合性能，机械性能高、耐热性好，电绝缘性好，耐腐蚀好，能够在苛刻的物理、化学环境中长期使用。工程塑料的品种较多，主要包括聚醚醚酮(peek)、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚等。

2、聚醚醚酮是分子主链中含有链节的线性芳香族高分子化合物，具有良好的机械性能、耐化学腐蚀、耐磨损、耐高温等性能，具有非常好的加工性能，可以应用到航空、机械、化工、电子、汽车等高科技工业领域，可制造使用的机械零部件，如轴承、齿轮、支撑环、活塞环、耐磨圈等。

3、利用聚醚醚酮工程塑料制成轴承保持架运用在汽车发动机部位，能够大大降低滚针轴承的旋转噪音。但是现有peek材料也存在问题，由于汽车齿轮箱的高速、高温与浸泡油润滑的特点，摩托车发动机连杆受活塞推动的高速旋转，产生高温，连续气体性高温达到250℃，而peek原材料连续使用温度极限值为260℃，接近汽车、摩托车气缸的高温温度，容易产生保持架燃烧或损毁情况，致使peek材质的轴承保持架未能得到广泛应用。

技术实现思路

1、为了改善peek的耐热性问题以保障轴承保持架的使用寿命，本技术提供了一种轴承保持架用工程塑料及其制造方法。

2、本技术提供了一种轴承保持架用工程塑料，采用如下的技术方案：以重量份数计，包括以下原料：peek 70-80份、多孔二氧化硅粉末3-6份、改性玻璃纤维15-20份、硅酮粉5-10份、氧化石墨烯表面改性碳纤维25-35份和相容剂6-8份。

3、通过采用上述技术方案，peek(聚醚醚酮)是主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元构成的高聚物，具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及良好的电性能，改性玻璃纤维具有耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高的优点，聚醚醚酮的热变形温度略差，当应用于汽车发动机部位时，摩托车发动机连杆受活塞推动的高速旋转，产生高温，连续气体性高温达到250℃，容易产生保持架燃烧或损毁情况，但当加入改性玻璃纤维时，热变形温度可提升至290-350℃，改性玻璃纤维明显提高了peek的耐热性，有助于后续peek材质的轴承保持架的推广应用。

4、多孔二氧化硅粉末具有高强度、高韧性、高流动性和小尺寸效应，与peek混合，可提高peek的致密性、光洁度和耐磨性能，同时多孔二氧化硅粉末包覆在改性玻璃纤维的外表面，进一步改善了改性玻璃纤维的耐磨性，有助于后续提高peek的耐磨性能。硅酮粉可显著改善peek的润滑性、脱模性和流动性，提高增强、填充体系工程塑料的表面光泽度，提高工程塑料的耐刮伤性；同时配合相容剂，改善了改性玻璃纤维、氧化石墨烯表面改性碳纤维与peek之间的粘结状态，增强了体系的粘结强度，提高体系的综合性能，同时硅酮粉还改善了改性玻璃纤维、氧化石墨烯表面改性碳纤维和多孔二氧化硅粉末在peek基体中的分散性，有助于后续体系中各组分混合均匀。

5、氧化石墨烯表面改性碳纤维具有较好的机械强度、相对易分散、高比表面积和耐热性等优点，与多孔二氧化硅粉末、硅酮粉混合，进一步改善peek的力学性能和耐热性能，多孔二氧化硅粉末能够包覆在氧化石墨烯表面改性碳纤维表面，进一步增大氧化石墨烯表面改性碳纤维的比表面积，改善氧化石墨烯表面改性碳纤维的韧性和耐磨性能，硅酮粉有助于氧化石墨烯表面改性碳纤维、多孔二氧化硅粉末和改性玻璃纤维分散，提高体系的分散性能，有助于改善体系的综合性能。

6、优选的，所述氧化石墨烯表面改性碳纤维的制备方法，包括如下步骤：

7、(1)将碳纤维分散于氢氧化钠溶液中，浸泡1-2h，水洗，在氮气氛条件下，将碳纤维在200-250℃下加热0.5-1h，得到预处理碳纤维；

8、(2)将步骤(1)得到的预处理碳纤维和硅烷偶联剂混合，温度为80-85℃搅拌3-5h，然后用去离子水清洗，干燥，备用；

9、(3)将步骤(2)处理的碳纤维分散于无水乙醇中，然后加入氧化石墨烯，在温度5-10℃下搅拌4-8h，得到氧化石墨烯表面改性碳纤维。

10、通过采用上述技术方案，碳纤维具有密度低、比性能高、非氧化环境下耐超高温、耐疲劳性好、热膨胀系数小且具有各向异性、耐腐蚀性好等优点，氢氧化钠溶液对碳纤维进行预处理，氢氧化钠溶液对碳纤维表面进行一定程度的剥蚀，使碳纤维表面变得粗糙，增大碳纤维的比表面积，然后将碳纤维进一步加热，不仅去除碳纤维表面的有机杂质，进一步改善碳纤维的比表面积，而且提高碳纤维的结晶度和有序性，进而提高碳纤维的强度和模量。

11、预处理的碳纤维和硅烷偶联剂混合，采用硅烷偶联剂对预处理的碳纤维进行改性，预处理的碳纤维表面的羟基与硅烷偶联剂中的si-oh反应生成si-o-si结合，同时使得预处理的碳纤维表面具有-nh2基团，加入氧化石墨烯后，-nh2基团与氧化石墨烯表面的羧基等活性基团反应，在预处理的碳纤维表面形成碳长链，从而提升了预处理的碳纤维和氧化石墨烯的交联网络性能，提高了预处理的碳纤维的耐热性、力学性能和表面活性；另外，在后续应用于工程塑料中，氧化石墨烯分散在聚合物基体中，提高改性碳纤维与聚合物基体之间的粘附力，进而提高了体系整体的粘结性能。

12、优选的，步骤(1)得到的预处理碳纤维、硅烷偶联剂和氧化石墨烯的质量比为1g:0.08-0.12g:0.2-0.6mg。

13、通过采用上述技术方案，进一步限定预处理的碳纤维、硅烷偶联剂和氧化石墨烯的质量比，得到耐热性强和力学性能高的氧化石墨烯表面改性碳纤维，预处理的碳纤维表面的羟基与硅烷偶联剂中的si-oh反应生成si-o-si结合，使得预处理的碳纤维表面具有-nh2基团，-nh2基团与氧化石墨烯表面的羧基等活性基团反应，使预处理的碳纤维与氧化石墨烯形成交联网络结构，进而改善了预处理的碳纤维的力学性能和耐热性。

14、优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝相容剂。

15、通过采用上述技术方案，马来酸酐接枝相容剂能够改善硅酮粉与peek之间的相容性，同时调节多孔二氧化硅粉末、改性玻璃纤维和氧化石墨烯表面改性碳纤维之间的相容性，进而提高peek的拉伸、冲击强度，改善加工流变性，提高表面光洁度。

16、优选的，所述改性玻璃纤维的制备方法，包括如下步骤：

17、(1)将玻璃纤维浸泡在柠檬酸中，在35-40℃下浸泡1-2h，然后水洗，过滤，干燥，备用；(2)将凹凸棒土纳米棒晶束分散于乙醇中，加入步骤(1)处理的玻璃纤维，在温度30-35℃下超声1-3h，然后加入木粉，搅拌30-50min，过滤，干燥，得到玻璃纤维。

18、通过采用上述技术方案，柠檬酸具有强酸性，能够与玻璃纤维表面的部分碱金属氧化物发生反应生成可溶性的碱金属盐，使玻璃纤维表面变得粗糙，形成微孔等结构，增大了玻璃纤维表面的比表面积；凹凸棒土纳米棒晶束具有较好的补强性能、粘结性能以及具有较高的热稳定性，凹凸棒土纳米棒晶束能够负载在玻璃纤维表面以及微孔结构内，木粉能够包覆在玻璃纤维的表面，进一步提高凹凸棒土纳米棒晶束和玻璃纤维之间的粘结性，进一步有助于改善玻璃纤维的耐热性和热变形温度。

19、优选的，所述凹凸棒土纳米棒晶束的直径50-80nm，长度3-6μm。

20、通过采用上述技术方案，凹凸棒土纳米棒晶束具有较好的分散性、补强性能和耐热性能，应用于改性玻璃纤维，有助于提高玻璃纤维的强度和耐热性能。

21、优选的，所述凹凸棒土纳米棒晶束、步骤(1)处理的玻璃纤维和木粉的质量比为0.5-0.9:1:0.1-0.3。

22、通过采用上述技术方案，进一步限定凹凸棒土纳米棒晶束、步骤(1)处理的玻璃纤维和木粉的质量比，得到耐热性能好、力学性能优的改性玻璃纤维，凹凸棒土纳米棒晶束能够负载在玻璃纤维表面以及微孔结构内，木粉能够包覆在玻璃纤维的表面，进一步提高凹凸棒土纳米棒晶束和玻璃纤维之间的粘结性，进一步有助于改善玻璃纤维的强度、耐热性和热变形温度。

23、优选的，所述多孔二氧化硅粉末的粒径为30-50nm，二氧化硅上的介孔的孔径为1-3nm。

24、通过采用上述技术方案，多孔二氧化硅粉末具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能，应用于peek中，改善peek的致密性、光洁度和耐磨性能。

25、第二方面，本技术还提供了一种轴承保持架用工程塑料及其制造方法的制备方法，包括以下步骤：

26、s1、将peek、硅酮粉和相容剂在220-240℃下混炼，制得混炼料；

27、s2、将混炼料与多孔二氧化硅粉末、改性玻璃纤维和氧化石墨烯表面改性碳纤维放入双螺杆挤出机中挤出，造粒即制得轴承保持架用工程塑料。

28、通过采用上述技术方案，采用上述分步骤进行混合制备轴承保持架用工程塑料，使各原料混合均匀，容易加工，操作简单，共同改善轴承保持架用工程塑料的强度和耐热性能，有助于后续的工业化生产。

29、优选的，所述步骤(2)中，双螺杆挤出机的工艺参数为：一区温度210-220℃；二区到五区的温度360-380℃；六区到十区温度为385-390℃；模头温度为380-400℃。

30、通过采用上述技术方案，设置合适的各区温度，有助于各组分的均匀混合，进而有助于混合体系的均匀性。

31、综上所述，本技术具有如下有益效果：

32、1、本技术中聚醚醚酮的热变形温度略差，当应用于汽车发动机部位时，摩托车发动机连杆受活塞推动的高速旋转，产生高温，连续气体性高温达到250℃，容易产生保持架燃烧或损毁情况，但当加入改性玻璃纤维时，热变形温度可提升至290-350℃，改性玻璃纤维明显提高了peek的耐热性，有助于后续peek材质的轴承保持架的推广应用。

33、2、本技术中多孔二氧化硅粉末具有高强度、高韧性、高流动性和小尺寸效应，与peek混合，可提高peek的致密性、光洁度和耐磨性能，同时多孔二氧化硅粉末包覆在改性玻璃纤维的外表面，进一步改善了改性玻璃纤维的耐磨性，有助于后续提高peek的耐磨性能。。

34、3、本技术中硅酮粉可显著改善peek的润滑性、脱模性和流动性，提高增强、填充体系工程塑料的表面光泽度，提高工程塑料的耐刮伤性；同时配合相容剂，改善了改性玻璃纤维、氧化石墨烯表面改性碳纤维与peek之间的粘结状态，增强了体系的粘结强度，提高体系的综合性能，同时硅酮粉还改善了改性玻璃纤维、氧化石墨烯表面改性碳纤维和多孔二氧化硅粉末在peek基体中的分散性，有助于后续体系中各组分混合均匀。