碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮及其制备方法技术

一种碳纤维增强聚甲醛齿轮，采用如下原料制成，聚甲醛树脂、碳纤维短切、二硫化钼、硬脂酸钙、偶联剂，酚醛树脂。其制备方法是：首先将碳纤维进行复合表面处理。然后按所述配方百分比将各原料投入高混机里，充分搅拌，然后进行造粒，最后放入注塑机进行注塑成型。碳纤维短切经复合表面处理，极大地改善了碳纤维表面的浸润性，最大限度提高了碳纤维和聚甲醛基体的界面粘合性，从而大大提高了复合材料的力学性能。采用碳纤维增强耐磨聚甲醛来制造齿轮，比重小、噪音低，减摩耐磨性好、自润滑效果好、抗化学腐蚀、比强度高、比模量大、热膨胀系数小、抗静电而不产生火花等优点，因此代替原有钢件，同时也减轻了工人的劳动强度，节约了能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械传动技术，特别是一种碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮及其制备方法。
技术介绍
在国内外矿业机械设备中，有一种小型钻机叫手持式气动钻机，而气马达作为手持式气动钻机的关键部件，其功能是向钻杆传递转矩，实现钻具的回转。马达由壳体、盖板、齿轮、轴等组成，其中齿轮是它的核心零件，齿轮耐磨性的好坏直接影响气马达的性能与寿命。齿轮在气马达中运转，不但要承受较大的摩擦力和冲击力，还需要良好的尺寸稳定性，同时还要受到工作环境的影响，如粉尘、砂子、酸、碱、盐等腐蚀。因此要求齿轮必须具有高的减摩耐磨性，复杂环境的耐腐蚀性和良好的机械性能。目前，手持式气动钻机上用的齿轮大部分是钢件经加工后再高频渗氮处理，来解决耐磨问题，即使这样还存在以下缺点：比重大、噪音大、加工工艺复杂、减摩耐磨性差、高速运转时容易产生火花、工人操作时劳动强度大、能耗大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种具有突出的减摩耐磨性、自润滑效果好、抗化学腐蚀、比强度高、比模量大、热膨胀系数小、抗静电而不产生火花，同时减轻工人劳动强度，节约能耗的碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种碳纤维增强聚甲醛齿轮，其特点是：采用如下重量百分比的原料制成，聚甲醛树脂50-85 %、碳纤维短切5-20%、二硫化钼5-20%、硬脂酸钙1-3%、偶联剂0.1-2%，酚醛树脂1-10%。本专利技术的碳纤维增强聚甲醛齿轮的制备方法是：首先将碳纤维进行复合表面处理。具体操作如下：第一步将碳纤维长丝切成4-8mm短切，然后将其放入箱式电炉中，用300-600℃保温30-90分钟，然后停止加热，随炉冷却至常温；第二步将氧化后的碳纤维短切用酚醛树脂和偶联剂的溶液进行涂覆；最后一步将涂覆后的碳纤维短切在空气中晾干，放在侧喂料料斗中待用。除碳纤维短切以外，其它按所述配方百分比将各原料投入高混机里，在80-110℃之间进行充分搅拌，使各种原料混合均匀，并使原料保持干燥，含水率低于0.5%，然后通过输送装置进入平行同向双螺杆造粒机进行造粒，最后放入注塑机进行注塑成型。本专利技术要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，造粒过程中，经过9个加热区加热熔融，然后进行拉条、冷却、烘干、切粒、烘干、打包即得，造粒温度：一区150-190℃，二区150-190℃，三区150-190℃，四区150-190℃，五区160-200℃，六区160-200℃，七区160-200℃，八区160-200℃，九区160-200℃。造粒时间：从进料到出料为３-5分钟，在加热区停留的时间为1-2分钟。-->本专利技术与现有技术相比，碳纤维短切经复合表面处理，通过氧化处理，大大增加了碳纤维表面的官能团，然后酚醛树脂和偶联剂再与生成的活性官能团发生反应，增加了碳纤维表面能，从而极大地改善了碳纤维表面的浸润性，同时由于聚甲醛基体和酚醛树脂有很好的相容性，所以最大限度提高了碳纤维和聚甲醛基体的界面粘合性，从而大大提高了复合材料的力学性能。采用碳纤维增强耐磨聚甲醛来制造齿轮，比重小、噪音低，减摩耐磨性好、自润滑效果好、抗化学腐蚀、比强度高、比模量大、热膨胀系数小、抗静电而不产生火花等优点，因此代替原有钢件，同时也减轻了工人的劳动强度，节约了能耗。具体如下：（１）密度低、重量轻、噪音低。碳纤维增强耐磨聚甲醛的密度为1.4，比铝轻一半，比钢轻1/6；重量轻，吸振效果好。这样不仅减轻了工人的劳动强度，而且节约了能耗。（２）减摩耐磨性好、自润滑效果好。金属虽然承载能力大，但减磨耐磨性较差，不能自润滑。碳纤维增强耐磨聚甲醛的减磨耐磨性比金属高，因为该材料中含有碳纤维和二硫化钼，所以摩擦系数小，自润滑效果好。特别是用在矿业机械设备的气马达上，效果特别明显。（３）抗化学腐蚀。碳纤维增强聚甲醛对一般的酸、碱、盐、油脂以及粉尘、砂子有较好的耐腐蚀性，比金属材料和一些无机材料好得多。（４）比强度高、比模量高。碳纤维增强聚甲醛的比强度远高于水泥混凝土，接近甚至超过钢件，属于一种轻质高强的材料。比重量强度高，也就是说在获得同样强度的条件下，用碳纤维增强聚甲醛可以使产品变得更轻便，可以通过灵活的设计、骨架增强使其达到强度和硬度的要求。（５）热膨胀系数小，尺寸稳定性好，延长寿命。气马达中齿轮的间隙不能太大，否则压缩空气大量泄漏，降低了工作腔的压力，从而增大了气马达的耗气量，降低了气马达的性能；间隙也不能太小，否则会增大运动阻力，降低气马达的机械效率，甚至发生研缸、闷车、停车等现象。目前气马达中的齿轮是金属材料的，由于金属材料热胀冷缩且摩擦系数大，所以大大降低了气马达的性能，而我公司研发的碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮解决了此问题，提高了气马达的性能，延长了气马达的寿命，从而代替金属齿轮。（6）抗静电效果好，高速运转也不会产生火花。特别是用在煤矿机械设备上，金属齿轮容易产生火花，而碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮不会产生火花，安全可靠。（7）降低工人劳动强度，节约能源。金属材料齿轮的重量大约在1.7公斤/个左右，2个齿轮就是3.4公斤；而碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮的重量在0.3公斤/个，2种不同材料的齿轮重量相差2.8公斤（2个）。由于该钻机是手持式的，即工人拿着操作，所以每台钻机减轻2.8公斤的重量，就大大的减轻了工人的劳动强度，并且节约了能源。具体实施方式一种碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮，采用如下重量百分比的原料制成，聚甲醛树脂50-85 %、碳纤维短切5-20%、二硫化钼5-20%、硬脂酸钙1-3%、偶联剂0.1-2%，酚醛树脂1-10%。首先将碳纤维进行复合表面处理。具体操作如下：第一步将碳纤维长丝切成4-8mm短切，然后将其放入箱式电炉中，用300-600℃保温30-90分钟，然后停止加热，随炉-->冷却至常温；第二步将氧化后的碳纤维短切用酚醛树脂和偶联剂的溶液进行涂覆；最后一步将涂覆后的碳纤维短切在空气中晾干，放在侧喂料料斗中待用。将复合表面处理过的碳纤维短切放在侧喂料料斗中加入双螺杆，其它按所述配方百分比将各原料投入高混机里，在80-110℃之间进行充分搅拌，使各种原料混合均匀，并使原料保持干燥，含水率低于0.5%，然后通过输送装置进入平行同向双螺杆造粒机进行造粒，最后放入注塑机的干燥箱里烘干2-4小时后进行注塑成型。造粒过程中，经过9个加热区加热熔融，然后进行拉条、冷却、烘干、切粒、烘干、打包即得。造粒温度：一区150-190℃，二区150-190℃，三区150-190℃，四区150-190℃，五区160-200℃，六区160-200℃，七区160-200℃，八区160-200℃，九区160-200℃。造粒时间：从进料到出料为３-5分钟，在加热区停留的时间为1-2分钟。-->本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮，其特征在于：采用如下重量百分比的原料制成，聚甲醛树脂５０－８５　％、碳纤维短切５－４０％、二硫化钼５－２０％、硬脂酸钙１－３％、偶联剂０．１－２％，酚醛树脂１－１０％。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮，其特征在于：采用如下重量百分比的原料制成，聚甲醛树脂50-85 %、碳纤维短切5-40%、二硫化钼5-20%、硬脂酸钙1-3%、偶联剂0.1-2%，酚醛树脂1-10%。2.权利要求1所述的碳纤维增强耐磨聚甲醛齿轮的制备方法，其特征在于：将碳纤维长丝切成4-8mm短切，然后将其放入箱式电炉中，用300-600℃保温30-90分钟，然后停止加热，随炉冷却至常温；将上述氧化后的碳纤维短切用酚醛树脂和偶联剂的溶液进行涂覆，酚醛树脂与偶联剂的重量配比为1~4：0.5~1；将涂覆后的碳纤维短切在空气中晾干，放在侧喂料料斗中加入双螺杆造粒机中，然后按所述配方百分比将各原料投入高混机...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国良，徐艳，许太尚，王宏亮，
申请(专利权)人：连云港鹰游碳塑材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：32