一种齿体增强的MC尼龙齿轮及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种齿体增强的MC尼龙齿轮，其包括MC尼龙齿轮基体，预埋于齿轮内部沿着齿形面搭建的三维立体结构骨架，预埋于齿轮内部沿着齿形面铺设于结构骨架上的纤维布；所述的结构骨架及纤维布外侧包覆有MC尼龙。所述齿体增强的MC尼龙齿轮强度高，质量轻，使用期限长，齿轮对应的钢芯柱启动瞬间受力小，不易产生断齿、断轴。同时，本发明专利技术还公开了一种齿体增强的MC尼龙齿轮的制备方法，使得其得以应用和推广。广。

【技术实现步骤摘要】
一种齿体增强的MC尼龙齿轮及其制备方法


[0001]本专利技术属于热塑性复合材料领域，具体涉及一种齿体增强的MC尼龙齿轮及其制备方法。

技术介绍

[0002]锻压机是一种工艺适用性极强的锻造设备，其结构简单、传动链短、操作便捷、运行安全、性能可靠，在我国锻造业中广泛应用，随着我国汽车、舰船、高铁机车工业的发展，对锻造件的要求越来越高，传统的锻压机已很难满足设备使用及锻件精度要求，其中，齿轮作为锻造设备所需部件，承担着十分重要的作用。作为锻压机齿轮，其应具有良好的耐磨性、接触疲劳和弯曲疲劳性能等。各种材料的机械零件在循环载荷的作用下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，经过一定次数的循环后形成裂纹，或使裂纹进一步扩展直到完全断裂，这是典型的疲劳现象。目前锻压机存在的问题是使用的钢齿轮由于质量巨大，需要的传动力也十分大，在设备长期运行过程中需要承载很大应力，容易断轴，给设备应用及维护带来了诸多不便，并且由于相关齿轮部件在国内较难购买，零部件替换难度和更换等待周期大大增加，这在业内一直是需要解决但还未解决的难题。
[0003]单体浇铸型尼龙(MC尼龙)是20世纪60年代初采用己内酰胺阴离子聚合技术发展起来的新型热塑性工程塑料，其采用己内酰胺单体在强碱存在下形成阴离子并快速聚合，可生成分子量高达10万以上的线形聚合物。该反应聚合时间短，可采用单体浇铸、反应注射和反应挤出成型。MC尼龙制品除具有普通尼龙材料特点外，由于其分子量大、结晶度高，机械强度比普通尼龙高1.5倍，能直接铸造成型几百公斤大型构件，在航空航天、冶金化工和装备制造产业应用前景十分广阔。而纤维增强热塑性复合材料具有只有钢材料七分之一的密度、优异的断裂韧性、疲劳强度、耐热、耐腐蚀等性能，在可重复成型、结构整体成型成本低、自由设计度大等方面较其它工程材料及不可回收的热固性复合材料具有明显的优势，现已广泛应用于航天航空和其他国防军事领域中，应用量日趋增加，且增长速度很快。但目前纤维布的热塑性复合材料在业内几乎未见产品化、产业化、商业化、工业化，使用纤维布增强MC尼龙材料作为齿轮材料，特别是作为齿体增强的齿轮材料用于锻压机等设备也均未见报道及商品化。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述背景，提供一种齿体增强的MC尼龙齿轮，将其用于替代现有锻压机中的钢齿轮构件，其强度高，质量轻，使用期限长，齿轮对应的钢芯柱启动瞬间受力小，不易产生断齿、断轴。同时，本专利技术还提供了一种齿体增强的MC尼龙齿轮的制备方法，使得其得以应用和推广。
[0005]本专利技术通过如下技术方案予以实现：
[0006]一种齿体增强的MC尼龙齿轮，其特征在于，其包括MC尼龙齿轮基体，预埋于齿轮内部沿着齿形面搭建的三维立体结构骨架，预埋于齿轮内部沿着齿形面铺设于结构骨架上的
纤维布；所述的结构骨架及纤维布外侧包覆有MC尼龙。
[0007]在本专利技术中，所述的MC尼龙齿轮基体，其采用己内酰胺阴离子聚合而成。
[0008]在本专利技术中，所述的齿体包含齿轮的齿根、齿面、齿顶。
[0009]在本专利技术中，所述的三维立体结构骨架为栅栏(III)形结构，其采用金属丝、无机纤维、有机纤维搭建而成。其中，所选用的金属丝直径优选为0.05
‑
0.5mm。所选用的无机纤维、有机纤维优选采用单股或多股原丝的无捻粗纱或加捻纱，所述无捻粗纱或加捻纱直径优选为0.05
‑
0.5mm。
[0010]在本专利技术中，所述的金属丝优选不锈钢丝、镀锌钢丝、镀锡钢丝、铝丝。在本专利技术中，所述的无机纤维是以矿物质为原料制成的化学纤维，优选玻璃纤维、石英玻璃纤维、石棉纤维、硼纤维、陶瓷纤维、金属纤维、高硅氧纤维、氧化铝纤维。在本专利技术中，所述的有机纤维是指纤维材质为有机物的纤维，优选涤纶、腈纶、锦纶、丙纶以及高性能纤维，其中，所述的高性能纤维优选芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE纤维)、聚对苯撑苯并双噁唑纤维(PBO纤维)、聚对苯并咪唑纤维(PBI纤维)、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维(M5纤维)、聚酰亚胺纤维(PI纤维)，所述有机纤维直径优选为0.05
‑
0.5mm。
[0011]在本专利技术中，所述的纤维布至少选自玻璃纤维布、碳纤维布、硼纤维布、芳纶纤维布、石英纤维布、高硅氧纤维布中的一种或组合，优选碳纤维布。纤维布为平纹布、缎纹布、斜纹布或三维立体织物中的至少一种。所述的纤维布具有经纬结构，其编织方式可以为垂直交叉、菱形交叉或两种编织方式的混合编织或三维立体编织。所述纤维布的编织密度应保证MC尼龙能够充分浸渍；所述纤维的径数和纬数根据制品的需求及性能进行调节。所述纤维布的层数为1
‑
20层，其整体厚度优选为0.1
‑
10mm。
[0012]在本专利技术中，所述的纤维布可以通过缠绕、编织、粘合、缝合等方式与结构骨架复合，但本专利技术不限于此。本专利技术优选的一种复合方式是沿着结构骨架上下穿插铺设的方式进行纤维布的缠绕。
[0013]在本专利技术中，包覆于结构骨架及纤维布外侧的MC尼龙层厚度依据齿轮大小，纤维布厚度进行调整，MC尼龙层厚度优选在1
‑
20mm。
[0014]在本专利技术的优选实施方式中，所述的三维立体结构骨架及纤维布均经过预处理。
[0015]在本专利技术中，所述的三维立体结构骨架及纤维布的预处理方法包括但不仅限于偶联处理法(如在纤维表面覆盖一层偶联剂，与纤维表面分子发生化学作用，与聚合物基体发生物理或化学的作用，使纤维与树脂基体靠偶联剂的偶联紧密的结合在一起)、气相氧化法(如以氧、空气、臭氧等为氧化剂，使碳纤维表面缓和氧化)、液相氧化法(如以浓硝酸、浓硫酸、过氧化氢等氧化剂与纤维长时间接触，在纤维表面形成活性基团，增强与树脂的结合力)、表面聚合法(如以电解引发含羟基及烯烃类有机化合物接枝聚合)、低温等离子体处理法(如在表面进行等离子体处理和等离子体聚合以获得表面改性)。其中，所述的预处理方法优选采用偶联处理法，更优选采用硅烷偶联剂、有机络合物偶联剂、酞酸酯偶联剂进行预处理，更优选采用硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570、KH792、DL602进行预处理。经上述方法处理后，增强了三维立体结构骨架、纤维布与基体树脂间的亲和力。
[0016]在本专利技术中，所述的齿体增强的MC尼龙齿轮，其优选包含如下质量百分占比的组份：MC尼龙基体20
‑
99.9％，纤维布0.1
‑
80％；其中，所述的MC尼龙基体优选包含如下质量份数的组份：己内酰胺单体100质量份，引发剂0.01
‑
10质量份，催化剂0.01
‑
10质量份。
[0017]在本专利技术中，用于制备所述MC尼龙基体的引发剂和催化剂量不做特别限定，只要能够保证尼龙的聚合成型即可，上述质量比仅为参考，不作为本专利技术限定。
[0018]本专利技术还提供了一种上述的齿体增强的MC尼龙齿轮的制备方法，包括如下步骤：
[0019](1)、在工型的钢制齿轮形模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种齿体增强的MC尼龙齿轮，其特征在于，其包括MC尼龙齿轮基体，预埋于齿轮内部沿着齿形面搭建的三维立体结构骨架，预埋于齿轮内部沿着齿形面铺设于结构骨架上的纤维布；所述的结构骨架及纤维布外侧包覆有MC尼龙。2.根据权利要求1所述的一种齿体增强的MC尼龙齿轮，其特征在于，所述的三维立体结构骨架为栅栏(III)形结构，其采用金属丝、无机纤维、有机纤维搭建而成。3.根据权利要求2所述的一种齿体增强的MC尼龙齿轮，其特征在于，所述的金属丝至少选自不锈钢丝、镀锌钢丝、镀锡钢丝、铝丝；所述的无机纤维至少选自玻璃纤维、石英玻璃纤维、石棉纤维、硼纤维、陶瓷纤维、金属纤维、高硅氧纤维、氧化铝纤维；所述的有机纤维至少选自涤纶、腈纶、锦纶、丙纶以及高性能纤维，其中，所述的高性能纤维至少选自芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维、聚对苯并咪唑纤维、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、聚酰亚胺纤维。4.根据权利要求3所述的一种齿体增强的MC尼龙齿轮，其特征在于，所选用的金属丝直径为0.05
‑
0.5mm。5.根据权利要求3所述的一种齿体增强的MC尼龙齿轮，其特征在于，所选用的无机纤维、有机纤维采用单股或多股原丝的无捻粗纱或加捻纱，所述无捻粗纱或加捻纱直径为0.05
‑
0.5mm。6.根据权利要求1所述的一种齿体增强的MC尼龙齿轮，其特征在于，所述的纤维布至少选自玻璃纤维布、碳纤维布、硼纤维布、芳纶纤维布、石英纤维布、高硅氧纤维布中的一种或组合。7.根据权利要求1所述的一种齿体增强的MC尼龙齿轮，其特征在于，所述纤维布的层数为1
‑
20层，其整体厚度优选为0.1
‑
10mm。8.根据权利要求1所述的一种齿体增强的MC尼龙齿轮，其特征在于，所述的纤维布为平纹布、缎纹布、斜纹布或三维立体织物中的至少一种；所述的纤维布具有经纬结构，其编织方式为垂直交叉、菱形交叉或两种编织方式的混合编织或三维立体编织。9.根据权利要求1所述的一种齿体增强的MC尼龙齿轮，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王缸荣，方艳红，王豫平，林志勇，钱浩，
申请(专利权)人：厦门嘉也新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：