一种油泵用轴套的三层复合材料及其制备方法与流程
1.本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种油泵用轴套的三层复合材料及其制备方法。
背景技术：
2.现在一般像pom塑料三层复合材料的加工方法(现有方法1)为：在球粉板上铺塑料粒子
→
放进网带炉中进行熔融
→
出炉后立即放进轧机进行轧制(轧辊温度为室温，不加热)
→
削除四周多余边料。由于塑料在轧制过程中有略微冷却，因此板头和板尾会存在0.02mm左右公差，需要进行平轧，将壁厚轧到一致(由于辊温为室温，而板材温度一般在塑料熔点温度附近，接触轧辊后塑料会翻滚、叠加且逐渐冷却固化；pom塑料熔点为172℃，冷却固化不会十分快速，因此头尾壁厚差较小约0.02mm，板材表面也不会有明显的叠加固化纹路，塑料可以被轧入铜粉间隙；但如果材料熔点很高，比如peek熔点342℃，由于温差大，降温会十分快速，塑料翻滚过程中材料会迅速固化，导致塑料之间拼接纹，尾部固化变硬，塑料无法扎入铜粉间隙，头尾壁厚甚至可能相差0.05mm)
→
平轧后板材有翘曲，需要再进行校平。
3.正如上述提到的，peek三层复合材料若采用此种方法进行制备(有专利zl 200520014436.2)，由于熔点较高，会带来以下问题：
①
在轧制后会因为与轧辊接触、材料翻滚使得温度迅速降低而导致材料表面严重鳞片状纹路，塑料之间分层、结合力差，卷制轴套时会因弯曲而剥落，且塑料的压缩强度降低；
②
此外由于塑料固化，使得其不能很好地嵌入铜粉间隙，导致塑料与基板之间结合强度差，在卷制轴套时会从球粉层剥落；
③
塑料在半硬状态被轧制，导致其耐磨性能差；
④
同时头尾壁厚差达到0.05mm，不能工业使用。
4.为解决材料熔融温度和辊温相差过大的问题，现有技术中提出了将轧辊加热的方法(现有方法2)：过程流程与上述方法相同，不同的是在轧制的时候预先将轧辊进行加热。现在市面上有电磁加热辊，可将轧辊温度升温至250℃，可减小耐高温塑料和轧辊接触面的温度差。但是采用此种方法，会带来两个问题：一是由于电磁加热辊本身技术问题，温度均匀性无法保证，可能导致辊的中心与两端有温度差，一旦有了温度差，由于热胀冷缩的缘故，辊的变形程度不同，轧制的材料也会有较大壁厚差；二是当加热温度较高、且具有一定的轧制力时，塑料可能会不同程度地粘连在辊的表面，导致材料表面变差。
5.采用连续挤出膜片后加温轧制的方法(有专利cn 200610047340.5)(现有方法3)：挤出机挤出连续的膜片至预先加热的球粉板上，然后一起进入轧机中进行轧制，可达到连续生产的目的。目前有部分pom材料是采用此种方法进行生产的，可大幅提高生产效率，但对于加工peek而言，仍不可避免地存在上述所提到的全部四点弊端，原因是轧制工序的问题仍未解决。
6.为解决轧制温差带来的问题，有专利(zl 200910153447.1)(现有方法4)提出采用“覆膜热压”的方式：该专利也提到了上述存在的问题，它通过制作0.2-0.4mm的peek膜片，将膜片裁剪铺设在球粉板上，不再用轧制的方式而是采用热压，避免因接触辊面、材料翻滚所导致的逐渐固化，解决了由此带来的结合力差、材料机械强度差、耐磨性差等一系列问
题。但是该种方法制备工艺繁杂，需要首先制作peek膜片，同时采用热压成型，每张板材需要较长的保温压制时间，效率较低。
技术实现要素：
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种油泵用轴套的三层复合材料的制备方法，包括有以下步骤：
8.步骤一、在低碳钢板上烧结球形锡青铜粉，形成球粉板，烧结过程在氮氢混合气氛下进行，避免钢板和锡青铜粉氧化，其中氮气起到隔绝氧气作用，氢气起还原作用；
9.步骤二、将球粉板置于下层模板上，在球粉板上具有球形锡青铜粉的一面设置塑料粒子层，再铺上耐高温离型膜，最后盖上上层模板；
10.步骤三、进入网带炉，在氮气气氛下使得塑料粒子熔融，氮气气氛主要是减少钢板和塑料粒子氧化，避免钢板氧化变，避免塑料氧化；
11.步骤四、进入轧机轧制；
12.步骤五、放入冷水中降温脱模，去除下层模板、上层模板和耐高温离型膜后，得到低碳钢板、球形铜粉层和塑料粒子层构成的三层复合材料。
13.作为上述技术方案的优选，所述塑料粒子层包括有peek粒子。
14.作为上述技术方案的优选，所述塑料粒子层中包括有重量百分比为60-80％的peek粒子、重量百分比为5-10％的增强材料、重量百分比为5-10％的减摩材料、重量百分比为5-10％的润滑材料、重量百分比为5-10％的增塑剂。
15.作为上述技术方案的优选，所述下层模板和上层模板分别为不锈钢板，所述增强材料为短切碳纤维或玻璃纤维，所述减摩材料为ptfe或zns，所述润滑材料为mos2或石墨，所述增塑剂为二苯砜、间苯二甲酸二苯酯、对苯二甲酸二苯酯、邻苯二甲酸二环己酯、苯甲酸三甘油酯中的一种或多种。
16.作为上述技术方案的优选，所述三层复合材料中低碳钢板的厚度为0.3-5mm，球形铜粉层的厚度为0.2-0.4mm，塑料粒子层的厚度为0.1-0.5mm。
17.作为上述技术方案的优选，所述网带炉的炉温为350-390℃，三层复合材料在网带炉中停留时间为20-40min。
18.作为上述技术方案的优选，所述网带炉中氮气的流量为10-15m3/h。
19.作为上述技术方案的优选，所述步骤五中冷水的温度为10-20℃，所述三层复合材料在冷水中浸泡时间为1-5s。
20.油泵用轴套的三层复合材料，由上述制备方法制得。
21.从网带炉出炉后连带上下不锈钢板整个结构进轧机轧制，好处在于上下铺设不锈钢板给材料在拿出炉膛后继续保温。同时上面的钢板可以避免翻滚的塑料与轧辊直接接触导致降温固化，使得塑料之间结合力好。塑料处在熔融状态翻滚可以很好的嵌入铜粉间隙，使得壁厚均匀、与基板结合强度好，同时壁厚可以控制在
±
0.01mm。添加耐高温离型膜可以使材料更好脱模，不然会与上层不锈钢板粘在一起，而耐高温离型膜选用可在400℃下连续工作的材料，例如pbi膜，不会熔融且不会粘住peek，同时使表面光亮平整。
22.本发明的有益效果是：
23.1、通过上下叠不锈钢板，出炉后可以起到保温的作用，轧制时不降温，使得材料表
面不会因局部冷却而出现纹路、褶皱，不会因固化而无法扎入铜粉间隙导致脱层、结合力差，同时不会因冷却而出现板材头尾壁厚公差大的问题；
24.2、通过垫耐高温离型膜，材料浸冷水后可以轻易脱模，同时塑料面光亮、平整；
25.3、通过冷水降温，使得材料不会过度结晶，导致peek过于脆，影响后道轴套加工需要的韧性或材料耐磨性能；
26.4、与传统加工方法相比，该法可半流水线加工，效率高；该法脱模简单；该法材料更为光亮平整、壁厚公差好、结合力好、机械强度高、耐磨性能好，可用在油泵中高压高速工况下，更为耐磨。
附图说明
27.图1是本发明的结构示意图；
28.图2是本发明的三层复合材料和对比例制得的三层复合材料的金相图。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1
31.一种油泵用轴套的三层复合材料的制备方法，低碳钢板的厚度为1.5mm，宽度为120mm，长度为500mm。在每平方厘米的低碳钢板上设置0.15g球形锡青铜粉，氮氢混合气氛，烧结温度930℃，时间20min，球粉板烧到厚度1.8mm。在下层模板上设置球粉板。所述下层模板和上层模板分别为不锈钢板，下层模板和上层模板的尺寸相同，其中下层模板的长为600mm宽为160mm厚为0.5mm。在球粉板上设置塑料粒子层。塑料粒子层中包括有重量百分比为60％的peek粒子、重量百分比为10％的短切碳纤维作为增强材料、重量百分比为10％的ptfe作为减摩材料、重量百分比为10％的mos2作为润滑材料、重量百分比为10％的二苯砜作为增塑剂。每平方厘米的球粉板上设置0.1g塑料粒子。再铺上pbi膜，pbi膜为耐高温离型膜。最后盖上上层模板。放入网带炉，氮气流量12m3/h，控制网带炉的炉温为390℃，三层复合材料在网带炉中停留时间为30min，使得塑料粒子熔融。将材料放入轧机轧制，材料壁厚轧至2.0mm。将材料放入冷水中降温脱模，冷水的温度为15℃，所述三层复合材料在冷水中浸泡时间为3s。去除下层模板和上层模板后，削去四周边料，得到低碳钢板壁厚约1.5mm，球形铜粉层厚度约0.3mm，塑料粒子层厚度约0.2mm的三层复合材料。
32.实施例2
33.一种用于油泵轴套的三层复合材料的制备方法，低碳钢板的厚度为0.5mm，宽度为150mm，长度为500mm。在每平方厘米的低碳钢板上设置0.18g铜粉(球形锡青铜粉)，氮氢混合气氛，烧结温度910℃，时间20min，球粉板烧到厚度0.8mm。在下层模板上设置球粉板，所述下层模板和上层模板分别为不锈钢板，下层模板和上层模板的尺寸相同，其中下层模板的长为600mm宽为200mm厚为0.6mm。在球粉板上设置塑料粒子层，塑料粒子层中包括有重量百分比为80％的peek粒子、重量百分比为5％的玻璃纤维作为增强材料、重量百分比为5％的zns作为减摩材料、重量百分比为5％的石墨作为润滑材料、重量百分比为5％的苯甲酸三
甘油酯作为增塑剂。每平方厘米的低碳钢板上设置0.13g塑料粒子。再铺上pbi膜，pbi膜为耐高温离型膜。最后盖上上层模板。放入网带炉，氮气流量12m3/h，控制网带炉的炉温为380℃，三层复合材料在网带炉中停留时间为20min，使得塑料粒子熔融。将材料放入轧机轧制，材料壁厚轧至1.0mm。将材料放入冷水中降温脱模，冷水的温度为20℃，所述三层复合材料在冷水中浸泡时间为2s。去除下层模板和上层模板后，削去四周多余边料，得到低碳钢板壁厚约0.5mm，球形铜粉层厚度约0.3mm，塑料粒子层厚度约0.2mm的三层复合材料。
34.对比例1
35.低碳钢板的厚度为1.5mm，宽度为150mm，长度为500mm。在每平方厘米的低碳钢板上设置0.18g铜粉，氮氢混合气氛，烧结温度930℃，时间20min，球粉板烧到厚度1.8mm。塑料粒子层中包括有重量百分比为80％的peek粒子、重量百分比为5％的玻璃纤维作为增强材料、重量百分比为5％的zns作为减摩材料、重量百分比为5％的石墨作为润滑材料、重量百分比为5％的苯甲酸三甘油酯作为增塑剂。在球粉板上铺设塑料粒子每平方厘米0.13g。放入网带炉，氮气流量12m3/h，控制网带炉的炉温为390℃，三层复合材料在网带炉中停留时间为30min，使得塑料粒子熔融。将材料放入轧机轧制，材料壁厚轧至2.0mm。削去四周多余边料，得到低碳钢板、球形铜粉层和塑料粒子层构成的三层复合材料。
36.对比例2
37.低碳钢板的厚度为1.5mm，宽度为150mm，长度为500mm。在每平方厘米的低碳钢板上设置0.18g铜粉，氮氢混合气氛，烧结温度930℃，时间20min，球粉板烧到厚度1.8mm。塑料粒子层中包括有重量百分比为80％的peek粒子、重量百分比为5％的玻璃纤维作为增强材料、重量百分比为5％的zns作为减摩材料、重量百分比为5％的石墨作为润滑材料、重量百分比为5％的苯甲酸三甘油酯作为增塑剂。在球粉板上铺设塑料粒子每平方厘米0.13g。放入网带炉，氮气流量12m3/h，控制网带炉的炉温为390℃，三层复合材料在网带炉中停留时间为30min，使得塑料粒子熔融。将材料放入提前预热至250℃的电磁加热轧机轧制，材料壁厚轧至2.0mm。削去四周多余边料，得到低碳钢板、球形铜粉层和塑料粒子层构成的三层复合材料。
38.对比例3
39.采用卷料流水线制作。低碳钢卷的厚度为1.5mm，宽度为150mm，在每平方厘米的低碳钢上设置0.18g铜粉，经过网带炉氮氢混合气氛，烧结温度930℃，时间20min，球粉卷烧到厚度1.8mm，收卷备用。塑料粒子层中包括有重量百分比为80％的peek粒子、重量百分比为5％的玻璃纤维作为增强材料、重量百分比为5％的zns作为减摩材料、重量百分比为5％的石墨作为润滑材料、重量百分比为5％的苯甲酸三甘油酯作为增塑剂。球粉卷经过高频炉加热至280℃，挤出机在345℃挤出连续的peek膜片叠放至球粉卷上，一起进入轧辊提前预热至250℃的电磁加热轧机，将材料轧至壁厚2.0mm。削去四周多余边料，得到低碳钢、球形铜粉层和塑料粒子层构成的三层复合材料。
40.对比例4
41.塑料粒子层中包括有重量百分比为80％的peek粒子、重量百分比为5％的玻璃纤维作为增强材料、重量百分比为5％的zns作为减摩材料、重量百分比为5％的石墨作为润滑材料、重量百分比为5％的苯甲酸三甘油酯作为增塑剂。挤出机在345℃挤出连续的peek膜片，对膜片进行压延，形成厚度0.2mm的膜片，切除废边，随后浸入冷水中定型，收卷备用。低
碳钢板的厚度为1.5mm，宽度为150mm，长度为500mm。在每平方厘米的低碳钢板上设置0.18g铜粉，氮氢混合气氛，烧结温度930℃，时间20min，球粉板烧到厚度1.8mm。将球粉板300℃预热2min，覆盖peek膜片，在压力15kg/cm2，温度350℃下热压保温3分钟，取出后轧至2.0mm。
42.将实施例1制得的三层复合材料和对比例1-2制得的三层复合材料进行对比，其中截面金相对比如图2所示，可以看出，实施例1制得的三层复合材料中peek塑料嵌入球粉孔隙，塑料之间结合好，塑料处在熔融状态翻滚很好的嵌入了铜粉间隙，使得壁厚均匀、与基板结合强度好，同时壁厚可以控制在
±
0.01mm。而对比例1和2中的三层复合材料，均存在塑料无法有效扎入铜粉间隙，塑料之间出现拼接缝、断层现象。将实施例1中的三层复合材料和对比例1的三层复合材料进行弯曲测试，测试结果表明实施例1塑料与球粉板结合牢固，尽管塑料面有裂纹、断裂，但塑料牢牢扎入球粉间隙，无任何剥落。而对比例1塑料有从球粉板翘起、剥落，观察球粉板，塑料无扎点或扎点不明显。观察实施例1和2制得三层复合材料的的表面，可以看出由本技术方法制得的三层复合材料表面光滑，而对比例1-4中制得的三层复合材料表面具有明显的纹路，需要二次加工才能形成光滑平面，甚至加工也无法消除拼接纹。将上述实施例及对比例制得的三层复合材料运行后端磨试验，试验结果表明：对比例1和3无法完成端磨试验，说明塑料之间熔融结合不好，无法发挥其耐磨作用。对比例2和4虽能完成试验，但塑料面存在一定缺陷，其耐磨性能仍不如实施例1。实施例1和2具有较低的摩擦系数和磨损量，塑料层致密度高承载强度好，制成轴套产品性能好，同时板材壁厚均匀，层间结合力好，有利于尺寸稳定和轴套加工，成品率高。
[0043][0044][0045]
将实施例1-2和对比例1-4制得的三层复合材料采用剪板
→
冲孔
→
车削油槽(油穴板)
→
卷圆
→
整形
→
倒角的加工工艺分别制成外径34内径30高度30.5mm的轴套，将轴套分别安装在径向柱塞液压马达中作为连杆轴套进行性能测试一定时间。径向柱塞液压马达运动方式为往复摆动型，连续工作压力25mpa，尖峰时可达40mpa，连续转速可达800r/min。测
试结果如下：
[0046][0047]
由以上数据分析可以得到，采用本技术方法制得的三层复合材料制成的轴套在油泵中具有最佳应用案例，轴套加工过程中塑料无脱落，易加工且成品率高，装机后材料在高压高速运转下，摩擦系数小，磨损量低，性能优异。
[0048]
值得一提的是，本发明专利申请涉及的网带炉、轧机等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
[0049]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化，因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
技术特征：
1.一种油泵用轴套的三层复合材料的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：步骤一、在低碳钢板上烧结球形锡青铜粉，形成球粉板；步骤二、将球粉板置于下层模板上，在球粉板上具有球形锡青铜粉的一面设置塑料粒子层，再铺上耐高温离型膜，最后盖上上层模板；步骤三、进入网带炉，在氮气气氛下使得塑料粒子熔融；步骤四、进入轧机轧制；步骤五、放入冷水中降温脱模，去除下层模板、上层模板和耐高温离型膜后，得到低碳钢板、球形铜粉层和塑料粒子层构成的三层复合材料。2.如权利要求1所述的油泵用轴套的三层复合材料的制备方法，其特征在于，所述塑料粒子层包括有peek粒子。3.如权利要求2所述的油泵用轴套的三层复合材料的制备方法，其特征在于，所述塑料粒子层中包括有重量百分比为60-80％的peek粒子、重量百分比为5-10％的增强材料、重量百分比为5-10％的减摩材料、重量百分比为5-10％的润滑材料、重量百分比为5-10％的增塑剂。4.如权利要求3所述的油泵用轴套的三层复合材料的制备方法，其特征在于，所述下层模板和上层模板分别为不锈钢板，所述增强材料为短切碳纤维或玻璃纤维，所述减摩材料为ptfe或zns，所述润滑材料为mos2或石墨，所述增塑剂为二苯砜、间苯二甲酸二苯酯、对苯二甲酸二苯酯、邻苯二甲酸二环己酯、苯甲酸三甘油酯中的一种或多种。5.如权利要求4所述的油泵用轴套的三层复合材料的制备方法，其特征在于，所述三层复合材料中低碳钢板的厚度为0.3-5mm，球形铜粉层的厚度为0.2-0.4mm，塑料粒子层的厚度为0.1-0.5mm。6.如权利要求5所述的油泵用轴套的三层复合材料的制备方法，其特征在于，所述网带炉的炉温为350-390℃，三层复合材料在网带炉中停留时间为20-40min。7.如权利要求6所述的油泵用轴套的三层复合材料的制备方法，其特征在于，所述网带炉中氮气的流量为10-15m3/h。8.如权利要求7所述的油泵用轴套的三层复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤五中冷水的温度为10-20℃，所述三层复合材料在冷水中浸泡时间为1-5s。9.油泵用轴套的三层复合材料，其特征在于，由权利要求1-8中任意一项的制备方法制得。
技术总结
本发明公开了一种油泵用轴套的三层复合材料及其制备方法，包括有以下步骤：步骤一、在低碳钢板上烧结球形锡青铜粉，形成球粉板；步骤二、将球粉板置于下层模板上，在球粉板上具有球形锡青铜粉的一面设置塑料粒子层，再铺上耐高温离型膜，最后盖上上层模板；步骤三、进入网带炉，在氮气气氛下使得塑料粒子熔融；步骤四、进入轧机轧制；步骤五、放入冷水中降温脱模，去除下层模板、上层模板和耐高温离型膜后，得到三层复合材料。与传统加工方法相比，本发明的制备方法可半流水线加工，效率高；脱模简单；材料更为光亮平整、壁厚公差好、结合力好、机械强度高、耐磨性能好，可用在油泵中高压高速工况下，更为耐磨。更为耐磨。更为耐磨。
