本發(fā)明屬于復(fù)合機械材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于齒輪的復(fù)合機械材料及制備方法。

背景技術(shù)：

復(fù)合機械材料是指兩種或兩種以上不同材料，用適當(dāng)?shù)姆椒◤?fù)合成的新材料，其性能比單一材料優(yōu)越，復(fù)合材料最大的特點是性能的可設(shè)計性。由于影響復(fù)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(jié)合情況。根據(jù)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(zhuǎn)時齒面承受接觸應(yīng)力和摩擦力，齒根承受彎曲應(yīng)力，所以現(xiàn)有大多數(shù)齒輪采用的是綜合力學(xué)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(yè)的發(fā)展，廉價的原料來源等優(yōu)點，使塑料齒輪已經(jīng)在多種場合取代了金屬齒輪，并逐漸擴大應(yīng)用范圍。中國專利《一種齒輪的制造方法》，授權(quán)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(fù)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(tǒng)的金屬復(fù)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(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供的一種用于齒輪的復(fù)合機械材料及制備方法，解決了現(xiàn)有塑料齒輪耐熱性能仍較差的問題。

本發(fā)明的第一個目的是提供一種用于齒輪的復(fù)合機械材料，由以下重量份數(shù)的組分制成：

優(yōu)選的，上述用于齒輪的復(fù)合機械材料，由以下重量份數(shù)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(shù)的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環(huán)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(shù)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(yōu)選的，上述用于齒輪的復(fù)合機械材料中，所述介孔二氧化硅的孔徑為30-40nm。

優(yōu)選的，上述用于齒輪的復(fù)合機械材料中，所述聚氨酯為聚氨酯彈性體。

優(yōu)選的，上述用于齒輪的復(fù)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(fā)明的第二個目的是提供一種用于齒輪的復(fù)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(shù)稱取各組分：聚酰胺樹脂14份、改性環(huán)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(shù)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(shù)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(qū)，其中，第8溫度區(qū)中加入稱取的固化劑，第9溫度區(qū)上抽真空除水，注塑后即得到用于齒輪的復(fù)合機械材料。

優(yōu)選的，上述用于齒輪的復(fù)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(zhuǎn)速為335r/min，平行雙螺桿擠出機的第1-9個溫度區(qū)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(qū)中加入稱取的固化劑，第9溫度區(qū)上抽真空除水，真空度大于90kpa。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的用于齒輪的復(fù)合機械材料、制備方法及應(yīng)用，具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的一種用于齒輪的復(fù)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(huán)氧樹脂可以將材料中各組分粘結(jié)在一起，起到調(diào)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(fù)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(yōu)良材料的選取，是制備優(yōu)良性能材料的關(guān)鍵，與其相應(yīng)的專用制備方法是保證獲得優(yōu)良性能材料的關(guān)鍵。本發(fā)明復(fù)合材料的各組分之間聯(lián)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(qū)才加入固化劑，取得了良好的效果。與現(xiàn)有專利相比，實施例1-6的復(fù)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(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明，但不應(yīng)理解為本發(fā)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(lǐng)域的常規(guī)方法和條件進行。

本發(fā)明提供一種用于齒輪的復(fù)合機械材料，包括以下實施例：

實施例1

一種用于齒輪的復(fù)合機械材料，由以下重量份數(shù)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(shù)的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環(huán)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(shù)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(shù)稱取各組分：聚酰胺樹脂14份、改性環(huán)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(shù)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(shù)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(zhuǎn)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(fù)合機械材料；

其中，平行雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速為335r/min，平行雙螺桿擠出機的第1-9個溫度區(qū)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(qū)中加入稱取的固化劑，第9溫度區(qū)上抽真空除水，真空度大于90kpa。

實施例2

一種用于齒輪的復(fù)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(shù)的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環(huán)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(shù)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(qū)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(fù)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(shù)的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環(huán)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(shù)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(qū)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(fù)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(shù)的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環(huán)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(shù)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(qū)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(fù)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(shù)的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環(huán)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(shù)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(qū)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(fù)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(shù)的組分制成：聚酰胺樹脂14份、改性環(huán)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(shù)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(qū)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(shù)據(jù)，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(fù)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(quán)公告號cn103665851b的專利述及的方法造粒得到的復(fù)合機械材料作為對照組，結(jié)果如表1所示。由表1的結(jié)果可知，實施例1-6的復(fù)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(fù)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(jié)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(fù)合環(huán)氧瀝青路面材料均無腐蝕的現(xiàn)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(xiàn)了腐蝕現(xiàn)象，可觀察到少許腐蝕區(qū)域。

需要說明的是，本發(fā)明權(quán)利要求書中涉及數(shù)值范圍時，應(yīng)理解為每個數(shù)值范圍的兩個端點以及兩個端點之間任何一個數(shù)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(fā)明的描述了優(yōu)選的實施例和效果，盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)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(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。