一種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦及其生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦及其生產方法，所述軸瓦包括鋼瓦基，與所述鋼瓦基牢固結合的金屬絲墊和位于所述金屬絲墊上的芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層，其特征在于，所述芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層包括工作層和與所述工作層的材料配比不同的結合層，所述工作層通過所述結合層與所述金屬絲墊連接。本發明具有不使用重金屬鉛，軸瓦壽命可測量，特殊條件保證絕緣、克服瓦面裂紋、提高產品設計精度，節約材料成本等優點。適用于油潤滑、水潤滑和油水混合潤滑等工況。
【專利說明】
一種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦及其生產方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種適用于水電機組、水栗、電機等機械設備的復合材料軸瓦及其生產方法，尤其是一種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦及其生產方法。
【背景技術】
[0002]彈性金屬塑料軸瓦的出現，給復合材料在水輪機組上的運用開辟了一條新的道路。我國從上世紀90年代開始使用彈性金屬塑料瓦，主要是由于彈性金屬塑料瓦具有優異的低摩擦、高耐磨和獨特的彈性，大幅降低軸瓦故障率等特點。到目前為止，許多大容量的水輪發電機組(特別是新建的電廠)的推力軸承及徑向導軸承都采用彈性金屬塑料瓦。
[0003]彈性金屬塑料瓦的基本結構為:在鋼制瓦基上釬焊有塑料金屬復合材料瓦面。盡管在本專利申請之前，行業內已經公開一系列高強度的復合材料軸瓦及生產方法，所生產的復合材料軸瓦具有較強的耐磨性和很好的潤滑性，其使用周期約為15?20年(根據不同工況而定)，但由于沒有具體的檢測標準(方法)，在軸瓦使用到預期年限時，無法判定是否達到最終使用壽命，給使用者帶來困擾和不便。
[0004]與本專利申請最接近的現有技術是中國專利申請號為200410100476.9，名稱為“水潤滑金屬塑料軸瓦及生產方法”，專利申請文件中公開了一種彈性金屬塑料瓦的制作方法。其特點是瓦面采用一種改性聚四氟乙烯，所述的改性聚四氟乙烯塑料層由芳綸纖維或碳纖維占2?8，聚苯脂或聚酰亞胺占5?30，鉛粉5?25，聚四氟乙烯余量(重量百分比)燒結而成，該專利最大的特點在于添加了芳綸纖維2?8(重量百分比)大大增強了瓦面的耐磨性。但該類型產品也存在著不足，如:由于加入的芳綸纖維和聚苯酯使得材料強度和韌性有所降低，致使個別瓦面在客戶使用過程中出現裂紋，雖然不影響安全運行，但存在著影響使用壽命的質量缺陷。又如，在產品后續機械加工過程中，切削液體容易滲透到芳綸纖維中，由于纖維吸水受潮影響產品的絕緣性。該專利產品瓦面配方中含有一定量的金屬鉛，以及與巴氏合金瓦比制造成本偏高影響應用推廣等不利因素。
【發明內容】
[0005]本發明是為了解決現有技術所存在的使用壽命無法測量、個別瓦面容易出現裂紋、絕緣性差等技術問題，而公開一種具有低成本、低摩擦、高耐磨的芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦及其生產方法。本發明采用的技術手段如下:
[0006]—種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦，包括鋼瓦基，與所述鋼瓦基牢固結合的金屬絲墊和位于所述金屬絲墊上的芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層，所述芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層包括工作層和與所述工作層的材料配比不同的結合層，所述工作層通過所述結合層與所述金屬絲墊連接。
[0007]所述工作層中各材料的重量百分比為:
[0008]芳綸纖維:0.5 % -3 %，聚苯酯:15 % -20 %，余量為聚四氟乙烯，芳綸纖維具有吸油和高耐磨性，添加芳綸纖維使得所述工作層的摩擦系數降低了 0.01-0.03，磨損系數提高100倍以上。
[0009]所述結合層中各材料的重量百分比為:
[0010]純銅粉:8%_20%，純錫粉:2%_5%，余量為聚四氟乙烯，所述結合層的的密度比所述工作層的密度提高50%以上，強度、韌性大幅提高，在同等條件下進行耐疲勞試驗，所述結合層的壽命比工作層的壽命提高3.5倍以上。
[0011]所述芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層充分發揮所述工作層低摩擦、高耐磨特性和所述結合層強度高、韌性好的特性，大幅度提高與金屬絲墊的結合強度，彌補了所述工作層韌性較差的缺點，克服瓦面易產生裂紋的質量問題，彈性模量均勻性也明顯提高。
[0012]所述軸瓦，在機組例行檢查時可抽瓦測量和觀察軸瓦的使用壽命，當所述工作層磨損至可觀察到所述結合層顏色時，便可判定所述軸瓦壽命終止。
[0013]所述結合層中各材料的重量百分比為:
[0014]純銅粉:0%-8%，純錫粉:0%_2%，余量為聚四氟乙烯。
[0015]所述結合層中各材料的重量百分比為:
[0016]碳納米管:0%_30%，余量為聚四氟乙烯，添加碳納米管，使得所述結合層的強度、韌性高于所述工作層，并可獲得改進導熱性能和減小所述芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層的熱膨脹系數的效果，提高徑向軸承間隙設計、制造精度。
[0017]所述結合層中各材料的重量百分比為:
[0018]聚苯酯:10%_15%，余量為聚四氟乙烯。
[0019]適量減少純銅粉和純錫粉的比例，或完全用聚四氟乙烯，或添加10%_15%聚苯酯等改性配方，使得所述結合層的強度、韌性高于所述工作層，并具有明顯的絕緣作用，可滿足有絕緣要求工況的特殊需求。
[0020]本發明還公開了一種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦的生產方法，具有如下步驟:
[0021 ] S1、用螺旋簧絲制成金屬絲墊；
[0022]S2、將工作層中各材料按配比稱重、混合，并覆蓋在金屬模腔內，用壓機限位壓平，得到工作層；
[0023]之后，將結合層中各材料按配比稱重、混合，并覆蓋在工作層之上，施加壓強為20-25MPa的壓力，得到芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層；
[0024]S3、將所述金屬絲墊覆蓋在結合層上，施加壓強為50_60MPa的壓力，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料；
[0025]S4、將所述復合材料瓦面坯料在真空或氣體保護下塑化燒結，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料；
[0026]S5、將雙層塑料復合材料瓦面坯料浸入液態焊料容器內，使液態焊料填入所述金屬絲墊的空隙中；
[0027]S6、將步驟S5中得到的雙層塑料復合材料瓦面釬焊到鋼瓦基上，得到芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦。
[0028]所述步驟SI中金屬絲墊通過以下步驟制成:
[0029]將多個直徑為0.4mm，螺距為2.8-3.3mm，長度為25_55mm的金屬絲螺旋簧段均勻地鋪撒在金屬模腔內，用壓機限位加壓制成所述金屬絲墊，并從金屬模腔內取出待用，所述金屬絲墊的孔隙率為45%-65%。
[0030]所述步驟S4中塑化燒結溫度為375±5°C，并在375±5°C的條件下恒溫30min，之后，隨爐降溫至50°C出爐，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料。
[0031]各材料的重量百分比均為理論值，且各材料均不可避免的含有微量雜質，其重量未計入。
[0032]本發明具有以下優點:
[0033]本發明的芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層充分發揮所述工作層低摩擦、高耐磨特性和所述結合層強度高、韌性好的特性，大幅度提高與金屬絲墊的結合強度，彌補了所述工作層韌性較差的缺點，克服瓦面易產生裂紋的質量問題，彈性模量均勻性也明顯提高。與現有技術相比，本發明具有不使用重金屬鉛，軸瓦壽命可測量，特殊條件保證絕緣、克服瓦面裂紋、提高產品設計精度，節約材料成本等優點。適用于油潤滑、水潤滑和油水混合潤滑等工況。
[0034]基于上述理由本發明可在水電機組、水栗、電機、齒輪箱等領域廣泛推廣。
【具體實施方式】
[0035]一種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦，包括鋼瓦基，與所述鋼瓦基牢固結合的金屬絲墊和位于所述金屬絲墊上的芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層，所述芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層包括工作層和與所述工作層的材料配比不同的結合層，所述工作層通過所述結合層與所述金屬絲墊連接。
[0036]所述工作層中各材料的重量百分比為:
[0037]芳綸纖維:0.5%_3%，聚苯酯:15%_20%，余量為聚四氟乙烯。
[0038]所述結合層中各材料的重量百分比為:
[0039]純銅粉:8%-20%，純錫粉:2%_5%，余量為聚四氟乙烯。
[0040]所述結合層中各材料的重量百分比為:
[0041 ] 純銅粉:0%-8%，純錫粉:0%_2%，余量為聚四氟乙烯。
[0042]所述結合層中各材料的重量百分比為:
[0043]碳納米管:0%_30%，余量為聚四氟乙烯。
[0044]所述結合層中各材料的重量百分比為:
[0045]聚苯酯:10%_15%，余量為聚四氟乙烯。
[0046]—種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦的生產方法，具有如下步驟:
[0047]S1、用螺旋簧絲制成金屬絲墊；
[0048]S2、將工作層中各材料按配比稱重、混合，并覆蓋在金屬模腔內，用壓機限位壓平，得到工作層；
[0049]之后，將結合層中各材料按配比稱重、混合，并覆蓋在工作層之上，施加壓強為20-25MPa的壓力，得到芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層；
[0050]S3、將所述金屬絲墊覆蓋在結合層上，施加壓強為50_60MPa的壓力，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料；
[0051]S4、將所述復合材料瓦面坯料在真空或氣體保護下塑化燒結，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料；
[0052]S5、將雙層塑料復合材料瓦面坯料浸入液態焊料容器內，使液態焊料填入所述金屬絲墊的空隙中；
[0053]S6、將步驟S5中得到的雙層塑料復合材料瓦面釬焊到鋼瓦基上，得到芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦。
[0054]所述步驟SI中金屬絲墊通過以下步驟制成:
[0055]將多個直徑為0.4mm，螺距為2.8-3.3mm，長度為25_55mm的金屬絲螺旋簧段均勻地鋪撒在金屬模腔內，用壓機限位加壓制成所述金屬絲墊，并從金屬模腔內取出待用，所述金屬絲墊的孔隙率為45%-65%。
[0056]所述步驟S4中塑化燒結溫度為375±5°C，并在375±5°C的條件下恒溫30min，之后，隨爐降溫至50°C出爐，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料。
[0057]實施例1
[0058]一種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦的生產方法，具有如下步驟:
[0059]S1、將多個直徑為0.4mm，螺距為2.8-3.3mm，長度為25_55mm的金屬絲螺旋簧段均勻地鋪撒在金屬模腔內，用壓機限位加壓制成所述金屬絲墊，并從金屬模腔內取出待用，所述金屬絲墊的孔隙率為45%-65% ;
[0060]S2、將工作層中各材料按配比稱重、混合，并覆蓋在金屬模腔內，用壓機限位壓平，得到工作層；
[0061]之后，將結合層中各材料按配比稱重、混合，并覆蓋在工作層之上，施加壓強為20MPa或22.5MPa或25MPa的壓力，得到芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層；
[0062]S3、將所述金屬絲墊覆蓋在結合層上，施加壓強為50MPa或55MPa或60MPa的壓力，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料；
[0063]S4、將所述復合材料瓦面坯料在真空或氣體保護下塑化燒結，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料；
[0064]S5、將雙層塑料復合材料瓦面坯料浸入液態焊料容器內，使液態焊料填入所述金屬絲墊的空隙中；
[0065]S6、將步驟S5中得到的雙層塑料復合材料瓦面釬焊到鋼瓦基上，得到芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦。
[0066]所述步驟S4中塑化燒結溫度為375±5°C，并在375±5°C的條件下恒溫30min，之后，隨爐降溫至50°C出爐，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料。
[0067]所述工作層中各材料按以下重量百分比配比:
[0068]芳綸纖維:0.5%或2.25%或3%，聚苯酯:15%或17.5%或20%，余量為聚四氟乙稀。
[0069]所述結合層中各材料按以下重量百分比配比:
[0070]純銅粉:20%，純錫粉:5%，余量為聚四氟乙烯。
[0071]或，
[0072]所述結合層中各材料按以下重量百分比配比:
[0073]純銅粉:14%，純錫粉:3.5%，余量為聚四氟乙烯。
[0074]或，
[0075]所述結合層中各材料按以下重量百分比配比:
[0076]純銅粉:8%，純錫粉:2%，余量為聚四氟乙烯。
[0077]本實施例中的金屬絲墊由現有技術6mm厚，減薄到3mm厚，降低50%材料成本。由于所述結合層材料比所述工作層材料價格降低25%以上，芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層材料比現有技術單層材料瓦面成本降低12.5 %以上。
[0078]實施例2
[0079]—種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦的生產方法，其與實施例1所公開的生產方法的區別特征在于，
[0080]所述結合層中各材料按以下重量百分比配比:
[0081 ] 純銅粉:8%，純錫粉:2%，余量為聚四氟乙烯。
[0082]或，
[0083]所述結合層中各材料按以下重量百分比配比:
[0084]純銅粉:4%，純錫粉:1 %，余量為聚四氟乙烯。
[0085]或，
[0086]所述結合層中各材料按以下重量百分比配比:
[0087]純銅粉:0%，純錫粉:0%，余量為聚四氟乙烯。
[0088]實施例3
[0089]—種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦的生產方法，其與實施例1所公開的生產方法的區別特征在于，
[0090]所述結合層中各材料按以下重量百分比配比:
[0091]碳納米管:10%，余量為聚四氟乙烯。
[0092]或，
[0093]所述結合層中各材料按以下重量百分比配比:
[0094]碳納米管:30%，余量為聚四氟乙烯。
[0095]實施例4
[0096]—種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦的生產方法，其與實施例1所公開的生產方法的區別特征在于，
[0097]所述結合層中各材料按以下重量百分比配比:
[0098]聚苯酯:15%，余量為聚四氟乙烯。
[0099]或，
[0100]所述結合層中各材料按以下重量百分比配比:
[0101]聚苯酯:12.5%，余量為聚四氟乙烯。
[0102]或，
[0103]所述結合層中各材料按以下重量百分比配比:
[0104]聚苯酯:10%，余量為聚四氟乙烯。
[0105]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦，包括鋼瓦基，與所述鋼瓦基牢固結合的金屬絲墊和位于所述金屬絲墊上的芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層，其特征在于，所述芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層包括工作層和與所述工作層的材料配比不同的結合層，所述工作層通過所述結合層與所述金屬絲墊連接。2.根據權利要求1所述的軸瓦，其特征在于，所述工作層中各材料的重量百分比為: 芳綸纖維:0.5%-3%，聚苯酯:15%-20%，余量為聚四氟乙烯。3.根據權利要求1或2所述的軸瓦，其特征在于，所述結合層中各材料的重量百分比為: 純銅粉:8%-20 %，純錫粉:2 %-5 %，余量為聚四氟乙烯。4.根據權利要求1或2所述的軸瓦，其特征在于，所述結合層中各材料的重量百分比為: 純銅粉:0%-8%，純錫粉:0%-2%，余量為聚四氟乙烯。5.根據權利要求1或2所述的軸瓦，其特征在于，所述結合層中各材料的重量百分比為: 碳納米管:0%-30%，余量為聚四氟乙烯。6.根據權利要求1或2所述的軸瓦，其特征在于，所述結合層中各材料的重量百分比為: 聚苯酯:10%-15%，余量為聚四氟乙烯。7.—種芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦的生產方法，其特征在于具有如下步驟: 51、用螺旋簧絲制成金屬絲墊； 52、將工作層中各材料按配比稱重、混合，并覆蓋在金屬模腔內，用壓機限位壓平，得到工作層； 之后，將結合層中各材料按配比稱重、混合，并覆蓋在工作層之上，施加壓強為20-25MPa的壓力，得到芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料層； 53、將所述金屬絲墊覆蓋在結合層上，施加壓強為50-60MPa的壓力，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料； 54、將所述復合材料瓦面坯料在真空或氣體保護下塑化燒結，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料； 55、將雙層塑料復合材料瓦面坯料浸入液態焊料容器內，使液態焊料填入所述金屬絲墊的空隙中； 56、將步驟S5中得到的雙層塑料復合材料瓦面釬焊到鋼瓦基上，得到芳綸改性聚四氟乙烯雙層塑料復合材料軸瓦。8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟SI中金屬絲墊通過以下步驟制成: 將多個直徑為0.4mm，螺距為2.8-3.3mm，長度為25_55mm的金屬絲螺旋簧段均勻地鋪撒在金屬模腔內，用壓機限位加壓制成所述金屬絲墊，并從金屬模腔內取出待用，所述金屬絲墊的孔隙率為45%-65 %。9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中塑化燒結溫度為375±5°C，并在375±5°C的條件下恒溫30min，之后，隨爐降溫至50°C出爐，得到雙層塑料復合材料瓦面坯料。
【文檔編號】C08K7/24GK106015337SQ201610634075
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月4日
【發明人】魏柏林, 劉長波, 巴金, 牛喜文
【申請人】大連三環復合材料技術開發股份有限公司