本發明屬于復合機械材料技術領域，具體涉及一種用于齒輪的復合機械材料及制備方法。
背景技術：
復合機械材料是指兩種或兩種以上不同材料，用適當的方法復合成的新材料，其性能比單一材料優越，復合材料最大的特點是性能的可設計性。由于影響復合材料性能的因素很多，主要取決于基體材料和增強材料的性能、含量及分布情況，以及基體材料和增強材料之間的界面結合情況。根據實際需求，增強材料通常分為耐高溫材料、耐磨型材料、耐腐蝕型材料或者耐自然老化型材料等。
齒輪是各類機械中的中藥傳動零件，運轉時齒面承受接觸應力和摩擦力，齒根承受彎曲應力，所以現有大多數齒輪采用的是綜合力學性能較好的鍛鋼毛坯，圓鋼毛坯、鑄鋼毛坯或者墨剛毛坯。然而隨著塑料工業的發展，廉價的原料來源等優點，使塑料齒輪已經在多種場合取代了金屬齒輪，并逐漸擴大應用范圍。中國專利《一種齒輪的制造方法》，授權公告號cn103665851b，述及了一種塑料齒輪的制備方法，其是以聚酰胺為基體組分，添加了纖維增強組分、潤滑劑、彈性體、抗氧化劑等組分，提高了復合材料的強度和硬度，改善了齒輪的抗沖擊性能和耐磨性能。但是與傳統的金屬復合材料制作的齒輪相比，塑料齒輪的耐熱性能仍較差，有待進一步改進。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明提供的一種用于齒輪的復合機械材料及制備方法，解決了現有塑料齒輪耐熱性能仍較差的問題。
本發明的第一個目的是提供一種用于齒輪的復合機械材料，由以下重量份數的組分制成：
優選的，上述用于齒輪的復合機械材料，由以下重量份數的組分制成：聚酰胺基體40-60份、增強劑20-30份、聚氨酯2-5份、固化劑5-8份；
所述聚酰胺基體由以下重量份數的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環氧樹脂1份、介孔二氧化硅0.5份；
所述增強劑由以下重量份數的組分制成：石墨粉30份、玻璃纖維5-8份、二硫化鉬2份、醋酸鑭1份、硝酸銪1份。
優選的，上述用于齒輪的復合機械材料中，所述介孔二氧化硅的孔徑為30-40nm。
優選的，上述用于齒輪的復合機械材料中，所述聚氨酯為聚氨酯彈性體。
優選的，上述用于齒輪的復合機械材料中，所述固化劑為200低分子聚酰胺或者三甲基六亞甲基二胺。
本發明的第二個目的是提供一種用于齒輪的復合機械材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，按以下重量份數稱取各組分：聚酰胺樹脂14份、改性環氧樹脂1份、介孔二氧化硅0.5份；將稱取的各組分混合后得到聚酰胺基體；
步驟2，按以下重量份數稱取各組分：石墨粉30份、玻璃纖維5-8份、二硫化鉬2份、醋酸鑭1份、硝酸銪1份；將稱取的石墨粉、二硫化鉬、醋酸鑭、硝酸銪混合均勻后置于高溫爐中煅燒，600℃煅燒1h，然后加入稱取的玻璃纖維，混勻，再800℃煅燒1.5h，自然冷卻至室溫，用球磨機研磨，得到增強劑；
步驟3，按以下重量份數稱取各組分：聚酰胺基體40-60份、增強劑20-30份、聚氨酯2-5份、固化劑5-8份；
將稱取的聚酰胺基體、增強劑、聚氨酯加熱至190℃，混合10min，然后加入平行雙螺桿擠出機熔融擠出造粒，平行雙螺桿擠出機有第1-9個溫度區，其中，第8溫度區中加入稱取的固化劑，第9溫度區上抽真空除水，注塑后即得到用于齒輪的復合機械材料。
優選的，上述用于齒輪的復合機械材料的制備方法中，所述平行雙螺桿擠出機的螺桿轉速為335r/min，平行雙螺桿擠出機的第1-9個溫度區依次為180-190℃，190-200℃，200-220℃，200-220℃，200-220℃，200-220℃，210-230℃，230-240℃，230-240℃，其中，第8溫度區中加入稱取的固化劑，第9溫度區上抽真空除水，真空度大于90kpa。
與現有技術相比，本發明的用于齒輪的復合機械材料、制備方法及應用，具有以下有益效果：
本發明提供的一種用于齒輪的復合機械材料包含了聚酰胺基體、增強劑、聚氨酯和固化劑，其中聚酰胺基體選用聚酰胺樹脂和改性環氧樹脂可以將材料中各組分粘結在一起，起到調和作用；增強劑選用石墨粉、玻璃纖維、二硫化鉬、醋酸鑭、硝酸銪制備，可以提高復合材料的耐酸堿、拉伸強度、沖擊強度、維卡軟化溫度和抗靜電性。
優良材料的選取，是制備優良性能材料的關鍵，與其相應的專用制備方法是保證獲得優良性能材料的關鍵。本發明復合材料的各組分之間聯合作用，制備過程中增強劑與聚酰胺基體分開制備，熔融擠出造粒時，再將聚酰胺基體、增強劑、聚氨酯混合，并且在第8溫度區才加入固化劑，取得了良好的效果。與現有專利相比，實施例1-6的復合機械材料耐高溫性能提高了16.5％以上，耐酸堿性能、拉伸強度、沖擊強度和抗靜電性也有不同程度的提高。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明，但不應理解為本發明的限制。下面實施例中未注明具體條件的實驗方法，均按照本領域的常規方法和條件進行。
本發明提供一種用于齒輪的復合機械材料，包括以下實施例：
實施例1
一種用于齒輪的復合機械材料，由以下重量份數的組分制成：聚酰胺基體40份、增強劑20份、聚氨酯5份、固化劑5份；所述聚酰胺基體由以下重量份數的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環氧樹脂1份、介孔二氧化硅0.5份；所述增強劑由以下重量份數的組分制成：石墨粉30份、玻璃纖維5份、二硫化鉬2份、醋酸鑭1份、硝酸銪1份；所述介孔二氧化硅的孔徑為30-35nm，所述聚氨酯為聚氨酯彈性體，所述固化劑為200低分子聚酰胺。包括以下制備步驟：
步驟1，按以下重量份數稱取各組分：聚酰胺樹脂14份、改性環氧樹脂1份、介孔二氧化硅0.5份；將稱取的各組分混合后得到聚酰胺基體；
步驟2，按以下重量份數稱取各組分：石墨粉30份、玻璃纖維5份、二硫化鉬2份、醋酸鑭1份、硝酸銪1份；將稱取的石墨粉、二硫化鉬、醋酸鑭、硝酸銪混合均勻后置于高溫爐中煅燒，600℃煅燒1h，然后加入稱取的玻璃纖維，混勻，再800℃煅燒1.5h，自然冷卻至室溫，用球磨機研磨至物料的平均粒徑為0.5μm，得到增強劑；
步驟3，按以下重量份數稱取各組分：聚酰胺基體40份、增強劑20份、聚氨酯5份、固化劑5份；
將稱取的聚酰胺基體、增強劑、聚氨酯加熱至190℃，然后轉移至三維混合機中混合10min，然后加入平行雙螺桿擠出機熔融擠出造粒，注塑后即得到用于齒輪的復合機械材料；
其中，平行雙螺桿擠出機的螺桿轉速為335r/min，平行雙螺桿擠出機的第1-9個溫度區依次為180-190℃，190-200℃，200-220℃，200-220℃，200-220℃，200-220℃，210-230℃，230-240℃，230-240℃，其中，第8溫度區中加入稱取的固化劑，第9溫度區上抽真空除水，真空度大于90kpa。
實施例2
一種用于齒輪的復合機械材料，聚酰胺基體60份、增強劑30份、聚氨酯4份、固化劑8份；所述聚酰胺基體由以下重量份數的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環氧樹脂1份、介孔二氧化硅0.5份；所述增強劑由以下重量份數的組分制成：石墨粉30份、玻璃纖維8份、二硫化鉬2份、醋酸鑭1份、硝酸銪1份；所述介孔二氧化硅的孔徑為35-40nm，所述聚氨酯為聚氨酯彈性體，所述固化劑為200低分子聚酰胺，所述聚酰胺樹脂為聚酰胺-610。制備方法同實施例1，區別在于將配方改為實施例2的配方。
實施例3
一種用于齒輪的復合機械材料，聚酰胺基體42份、增強劑26份、聚氨酯3份、固化劑5份；所述聚酰胺基體由以下重量份數的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環氧樹脂1份、介孔二氧化硅0.5份；所述增強劑由以下重量份數的組分制成：石墨粉30份、玻璃纖維7份、二硫化鉬2份、醋酸鑭1份、硝酸銪1份；所述介孔二氧化硅的孔徑為30-35nm，所述聚氨酯為聚氨酯彈性體，所述固化劑為200低分子聚酰胺。制備方法同實施例1，區別在于將配方改為實施例3的配方。
實施例4
一種用于齒輪的復合機械材料，聚酰胺基體50份、增強劑25份、聚氨酯5份、固化劑8份；所述聚酰胺基體由以下重量份數的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環氧樹脂1份、介孔二氧化硅0.5份；所述增強劑由以下重量份數的組分制成：石墨粉30份、玻璃纖維8份、二硫化鉬2份、醋酸鑭1份、硝酸銪1份；所述介孔二氧化硅的孔徑為35-40nm，所述聚氨酯為聚氨酯彈性體材料，所述固化劑為三甲基六亞甲基二胺，所述聚酰胺樹脂為聚酰胺-610。制備方法同實施例1，區別在于將配方改為實施例4的配方。
實施例5
一種用于齒輪的復合機械材料，聚酰胺基體55份、增強劑22份、聚氨酯3份、固化劑7份；所述聚酰胺基體由以下重量份數的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環氧樹脂1份、介孔二氧化硅0.5份；所述增強劑由以下重量份數的組分制成：石墨粉30份、玻璃纖維7份、二硫化鉬2份、醋酸鑭1份、硝酸銪1份；所述介孔二氧化硅的孔徑為35-40nm，所述聚氨酯為聚氨酯彈性體材料，所述固化劑為三甲基六亞甲基二胺。制備方法同實施例1，區別在于將配方改為實施例5的配方。
實施例6
一種用于齒輪的復合機械材料，聚酰胺基體45份、增強劑27份、聚氨酯2份、固化劑6份；所述聚酰胺基體由以下重量份數的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環氧樹脂1份、介孔二氧化硅0.5份；所述增強劑由以下重量份數的組分制成：石墨粉30份、玻璃纖維6份、二硫化鉬2份、醋酸鑭1份、硝酸銪1份；所述介孔二氧化硅的孔徑為35-40nm，所述聚氨酯為聚氨酯彈性體材料，所述固化劑為三甲基六亞甲基二胺，所述聚酰胺樹脂為聚酰胺-610。制備方法同實施例1，區別在于將配方改為實施例6的配方。
需要說明的是，上述實施例中所用的材料組分均為市售。
下面列舉一些實驗數據，以說明實施例1-6的效果。
一、機械性能檢測
分別以實施例1-6制備出的復合機械材料為對象，進行耐酸堿腐蝕實驗、耐高溫實驗、檢測其拉伸強度、沖擊強度、維卡軟化溫度和抗靜電性，同時以中國專利《一種齒輪的制造方法》，授權公告號cn103665851b的專利述及的方法造粒得到的復合機械材料作為對照組，結果如表1所示。由表1的結果可知，實施例1-6的復合機械材料耐高溫性能提高了16.5％以上，拉伸強度、沖擊強度和抗靜電性也有不同程度的提高。
表1不同材料的機械性能
二、耐酸堿腐蝕實驗
分別將實施例1-6和對照組制備而成的復合機械材料浸泡于10g/100ml的氫氧化鈉溶液、10g/100ml的氫氧化鉀溶液、10g/100ml的草酸溶液、10g/100ml的鹽酸溶液中，分別放置20h、25h、30h、45h，觀察不同材料的腐蝕情況，結果表明，10g/100ml的氫氧化鈉溶液、10g/100ml的氫氧化鉀溶液、10g/100ml的草酸溶液、10g/100ml的鹽酸溶液中浸泡45h后，實施例1-6的復合環氧瀝青路面材料均無腐蝕的現象。對照組的材料在10g/100ml的氫氧化鈉溶液、10g/100ml的氫氧化鉀溶液、10g/100ml的草酸溶液、10g/100ml的鹽酸溶液中浸泡45h后，均出現了腐蝕現象，可觀察到少許腐蝕區域。
需要說明的是，本發明權利要求書中涉及數值范圍時，應理解為每個數值范圍的兩個端點以及兩個端點之間任何一個數值均可選用，由于采用的步驟方法與實施例相同，為了防止贅述，本發明的描述了優選的實施例和效果，盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。