[发明专利]塑料钢背自润滑耐磨复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有较高的机械强度和耐热性，并在-60～350℃的温度范围内具有低摩擦耐磨损的良好自润滑特性适合制作轴套，滑板及各种摩擦条件下的摩擦学部件的塑料钢背自润滑耐磨复合材料及其制备方法。

目前，航空航天工业、汽车工业、机械工业、能源工业、电子信息工业、医疗卫生和食品机械以及各类传动件的飞速发展，对各类轴套，滑板及摩擦部件的要求越来越高。传统的金属轴承材料(包括各类双金属及镶嵌材料)由于加工过程复杂，并且浪费大量的贵重有色金属(如：铜及其合金等)。另外，相当多的轴承在-60～350℃的温度范围内使用。在这一温度范围里，大部分工程塑料都能满足其使用要求。并且，塑料复合材料加工方便，成本低。

本发明的目的是为传动机械提供一种具有较高机械强度、耐热性、自润滑性和耐磨性的一种塑料钢背复合材料及其制备方法。

本发明通过如下措施来实现：

一种塑料钢背自润滑耐磨复合材料，其特征在于自上而下由塑料材料、铜粉和钢板组成；其中塑料材料的重量百分含量为聚醚醚酮40～75％，聚四氟乙烯5～20％，石墨1～20％，碳纤维1～20％。

本发明所用的钢板为镀铜钢板，厚度0.7～50mm。

本发明所用的铜粉为球铜粉，粒度50～400目。

本发明优选的塑料材料的重量百分含量为聚醚醚酮65～75％，聚四氟乙烯5～15％，石墨5～15％，碳纤维5～15％。

将塑料材料成分及种类限制在上述范围是因为：

(1)聚醚醚酮：有良好的机械性能，韧性和刚性兼备，对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的，可与合金材料媲美。有良好的耐化学药品性，耐水解性，绝缘性，阻燃性。另外，有良好的自润滑性，耐高温性，耐剥离性和易加工性。

(2)聚四氟乙烯：有良好的耐高低温性能，化学稳定性，自润滑性和耐磨性。有极低的摩擦系数，耐侯性好。

(3)石墨和碳纤维：添加到树脂基体中，使得填充复合材料有好的机械性能，耐压缩蠕变性和良好的热传导性。

本发明提供的钢背材料为：钢材表面烧结数层球铜粉层(球铜粉粒度分布为50～400目)。

塑料钢背自润滑耐磨复合材料制备采用连续式履带烧结炉、双辊滚轧机和搅拌混合机。具体制备方法依次包括如下步骤：

(1)钢板上铺球铜粉：钢板上均匀铺上球铜粉，要求铺层厚度1～4mm；

(2)烧结钢板上球铜粉：用连续式履带烧结炉，温度750～950℃，时间60～180min，惰性气体保护；

(3)塑料粉料混合：按重量百分含量为聚醚醚酮40～75％，聚四氟乙烯5～20％，石墨1～20％，碳纤维1～20％，倒入搅拌混合机中混合，混合好的粉料过50～700目筛；

(4)铺粉：混合好的粉料铺在烧结好球铜粉的钢板上，粉料厚度1～10mm；

(5)冷轧数次；

(6)烧结粉料：把铺粉钢板放入烧结炉中，300～450℃烧制60～120min；

(7)热轧：200～300℃下把烧结好的铺粉钢板放入双辊滚轧机中滚轧，重复数次。

本发明采用连续式网带烧结炉、双辊滚轧机和搅拌混合机生产的复合材料工艺简单方便，废料少，产品性能稳定，生产效率高。

具有上述塑料成份和钢背的复合材料的物理机械性能如下：承载压力150MPa，适用温度-60～260℃，摩擦系数0.01～0.28，磨损率1.23～5.16×10^-16m³/N·m(在MM-200型环块摩擦磨损试验机上测得，转速200rpm，压力200N)。

本发明的复合材料适合制作轴套，滑板及各种摩擦条件下的摩擦学部件。

图1为塑料钢背自润滑耐磨复合材料的结构示意图。1-为塑料层，2-为铜粉层，3-为钢板层。

实施例1：塑料成份为聚醚醚酮：60％，聚四氟乙烯：10％，石墨15％和碳纤维15％。

(1)钢板表面用丙酮清洗干净，然后铺球铜粉；

(2)铺好球铜粉的钢板放入烧结炉中烧制；

(3)分别称取聚醚醚酮6kg，聚四氟乙烯1kg，石墨1.5kg和碳纤维1.5kg；

(4)将上述(3)中塑料用搅拌混合机搅拌混合，混合好的塑料过50～700目筛铺在烧结好的铜板上，保证铺粉厚度2mm；

(5)冷轧数次；

(6)冷轧好的材料放入烧结炉中烧制。

(7)热轧数次；