一种电机轴承保持架用PA66基复合材料及其制备方法与流程

一种电机轴承保持架用pa66基复合材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于塑料轴承保持架技术领域，尤其涉及一种电机轴承保持架用pa66基复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.驱动电机是新能源电动汽车的关键部件，与传统汽车相比，新能源汽车的驱动电机转速更高，能够达到16000r/min，而保持架围绕轴承滚道，以几乎相同的间隔来隔离并定位滚珠，且滚动轴承在工作时，特别是载荷复杂且高速旋转时，保持架要承受很大的离心力、冲击和振动，保持架和滚动体之间存在较大的滑动摩擦，并产生大量的热量，力和热共同作用的结果会导致保持架故障，严重时会造成保持架烧伤和断裂。因此，要求保持架材料具有高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀、耐磨性好、导热性好、质轻、自润滑性好等特点。
3.保持架按材料种类可分为金属保持架和非金属保持架。金属保持架常用的有钢保持架和黄铜保持架，钢保持架的重量轻，强度高，无运行温度限制，高端防震抗加速，但是其对不良润滑敏感，润滑剂的选择性较高；黄铜保持架的强度极高，并具有很高的防震抗加速性能，适合与循环油润滑相关的超高速运作，但是原料贵，成本较高。非金属材料的保持架由于其材料的多孔性结构，因而重量轻、低噪音、耐损耗，用作储油器(储润滑油)，常用的非金属保持架有：聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮、vespeltm、meldintm、聚酰胺树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯。聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮、vespeltm和meldintm作为保持架材料，具有较高的强度、耐磨性和自润滑性，使用温度可达300℃，但是其熔点较高，成型困难，一般采用模压烧结，生产过程复杂且成本较高，而且原料成本较高，因此，这类采用制得的轴承主要应用在航空、航海等领域。酚醛树脂质轻，耐磨性好，尺寸稳定性好，长期工作温度可达120℃，但是其韧性较高，易断裂，且耐碱性差、模制生产率低。聚四氟乙烯保持架具有优异的耐磨性，自润滑性、耐候性，但是其导热系数低，厚壁制品时不能淬火，膨胀系数为钢的10-20倍，随着温度的变化易变化，尺寸稳定性不好，影响轴承的使用寿命。聚酰胺材料具有高弹性和重量轻的优点，而且这种保持架具有非常好的滑动和自润滑性能，但是韧性受温度影响，且吸水率较高，使用过程中脱水，易变脆，影响使用效果和寿命。
4.pa66保持架为半透明或不透明乳白色结晶形聚合物，具有优良的耐磨性、自润滑性，机械强度较高，因其结晶度高,故其刚性、耐热性都较高，但吸水性较大，因而尺寸稳定性较差。并且，现有的常规pa66保持架的长期使用温度仅达150℃，已不能满足新能源电动汽车的轴承使用需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种电机轴承保持架用pa66基复合材料，具有高强度和韧性，优异的耐磨性、自润滑性、尺寸稳定性和防水性，长期工作温度最高可达180℃；该pa66基复合材料含有中空管腔，其表面和内部具有高孔隙度，使固体或液体润滑剂可渗入到pa66基复合材料中，提高了保持架的自润滑性，并且具有较好的润滑保持性，增强了保持架
的耐磨损性，延长了保持架的使用寿命，降低了成本。
6.为了实现本发明的目的，本发明提供了一种电机轴承保持架用pa66基复合材料，所述pa66基复合材料是由以下重量份数的原料组成：pa66/peek基体50～80份、表面改性埃洛石纳米管15～40份、超支化环氧树脂5～10份、复合分散剂3～5份、成核剂0.2～0.4份和润滑剂1～2份，所述pa66/peek基体是将peek(聚醚醚酮)经过磺化预处理后，再利用硅烷偶联剂与pa66进行复合而制得的。
7.进一步的，所述pa66/peek基体的制备方法具体包括以下步骤：
8.s1、peek预处理：取适量peek置于98％浓硫酸中搅拌反应1～2h，去离子水洗涤，干燥，得到磺化peek；
9.s2、将磺化peek置于二乙醇胺溶液中，升温至90～100℃，搅拌1～1.5h，冷却至室温，加入醋酸调节ph值至6～7；
10.s3、往上述混合物中加入硅烷偶联剂，搅拌10～15mi n，然后加入pa66，升温至60～70℃，搅拌反应3～4h，过滤，去离子水清洗2～3次，干燥，即得pa66/peek基体。
11.进一步的，所述二乙醇胺溶液的质量浓度为60～70％，所述二乙醇胺溶液的使用量为peek质量的3～4倍；
12.所述硅烷偶联剂为异丁基三乙氧基硅烷或硅烷偶联剂kh-792，所述硅烷偶联剂的使用量为peek质量的2～4％；
13.所述pa66与所述peek的质量比为(7～9)：1。
14.进一步的，所述表面改性埃洛石纳米管的制备方法为：将埃洛石纳米管置于8wt％稀盐酸中浸渍，搅拌30～40min，然后过滤、洗涤、干燥，得到预处理的埃洛施纳米管；将预处理后的埃洛施纳米管置于高速捏合机中，在高速搅拌下，雾状喷入质量比为2:1的液体石蜡和钛酸酯偶联剂kr-tts,升温至60～70℃继续搅拌15～20mi n，得到表面改性埃洛石纳米管。
15.进一步的，所述钛酸酯偶联剂kr-tts的加入量为所述预处理的埃洛石纳米管质量的0.5～1.0％。
16.进一步的，所述超支化环氧树脂为武汉超支化树脂科技有限公司提供的超支化环氧树脂hyper e102。
17.进一步的，所述复合分散剂是由质量比为3：1乙撑双硬脂酰胺和聚乙烯蜡复配而成。
18.进一步的，所述成核剂为科莱恩的licomont cav102或布吕格曼的p22。
19.进一步的，所述润滑剂为超支化聚合物，是武汉超支化树脂科技有限公司提供的hbp-160、hyper c100、hyper c181或hyper c182中任意一种。
20.本发明还提供了一种电机轴承保持架用pa66基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
21.p1、按重量份数称取所需的原料，将pa66/peek基体和超支化环氧树脂加入到混料器中，高速搅拌3～5min，搅拌速率为360r/mi n，升温至50～60℃，加入表面改性埃洛石纳米管和复合分散剂，高速搅拌5～8min，搅拌速率为360r/mi n，得到混合物；
22.p2、将上述混合物、成核剂和润滑剂混合均匀后，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为230～260℃，挤出造粒，制得pa66基复合材料。
23.本发明取得了以下有益效果：
24.1、本发明采用pa66/peek复合材料作为保持架的基体，其将peek置于浓硫酸中进行磺化处理，使peek材料表面形成磺酸基基团，并在peek表面形成三维网络结构，增大peek材料的表面活性，然后将磺化后的peek与二乙醇胺反应，进一步增加了peek表面的活性基团，提高了其与pa66的界面结合力，再通过硅烷偶联剂与pa66结合，同时增大了pa66/peek复合材料的比表面积，使pa66/peek复合材料与表面改性埃洛石纳米管、超支化环氧树脂、复合分散剂等组分更好的相容，从而提高了pa66基复合材料的力学强度、耐磨性、自润滑性和长期使用温度，并使pa66基复合材料具有高韧性和优异的加工性能，并未影响其加工温度。
25.2、本发明的peek磺化处理过程中，磺化处理时间为1～1.5h，若是磺化时间过短，聚醚醚酮的磺化度太低，影响其与二乙醇胺的反应程度；若是磺化时间太长，则影响聚醚醚酮的耐化学性和强度，进而影响pa66/peek复合材料力学强度和耐酸碱性。
26.3、本发明的埃洛石纳米管为高长径比的中空管状结构，纳米管内腔主要是铝羟基，外部主要是硅氧烷和边缘处暴露的少量硅羟基和铝羟基，具有优异的吸附性和催化活性。本发明将埃洛石纳米管先用稀盐酸进行处理，除去纳米管内腔中的杂质，增加埃洛石纳米管的孔隙率，提高了埃洛石纳米管的比表面和吸附性，然后对预处理的埃洛石纳米管采用稀释的钛酸偶联剂进行表面改性，增大其表面活性，提高了其与pa66基复合材料中各组分的界面结合力，使其能pa66/peek基体更好的相容，进而提高了pa66基复合材料力学强度、耐高温性和耐磨性能，并且可使固体或液体润滑剂浸渍到pa66基复合材料孔隙中，提高轴承保持架的自润滑性。表面改性埃洛石纳米管优异的吸附性也使吸附的润滑剂不易析出，从而具有较佳的较好的润滑保持性。
27.4、本发明加入的超支化环氧树脂hyper e102具有低粘度、高环氧值、高活性，提高了pa66基复合材料的强度和韧性；超支化环氧树脂的高活性，使其易于pa66基复合材料中的其他组分结合，并改善了本发明的防水性，降低了本发明的吸水率；超支化环氧树脂的低粘度和高环氧值，改善了本发明的加工性能，并降低了本发明的加工温度，节约了成本。
28.5、本发明的分散剂是由乙撑双硬脂酰胺(ebs)和聚乙烯蜡复配而成。ebs是一种含有极性基团和非极性基团的分散剂，其对有机高分子或无机填料均有优良的分散剂，其与聚乙烯蜡协同作用，大幅度提高了各组分在pa66基复合材料中的分散性，使各组分分散均匀，并一定程度上提高了pa66基复合材料的强度，增加了pa66/peek基体与其他组分之间的相容性，提高了pa66基复合材料的力学性能。
29.6、本发明的润滑剂为超支化聚合物，具有良好的热稳定性和耐迁移性。润滑剂的加入，显著改善了本发明的加工性能，提高了各组分在pa66基复合材料的分散剂，增加了各组分与pa66/peek基体之间的相容性，提高了本发明的长期使用温度。
30.7、本发明采用pa66/peek复合材料作为基体，通过加入表面改性埃洛石纳米管、超支化环氧树脂、复合分散剂、润滑剂等进行改性，制得了高强度、高韧性的电机轴承保持架用pa66基复合材料，并具有优异的耐磨性、自润滑性、尺寸稳定性和防水性，工作温度最高可达180℃。本发明的pa66基复合材料还具有较好的自润滑保持性，增强了保持架的耐磨损性，延长了保持架的使用寿命，降低了生产成本。
具体实施方式
31.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明使用的聚醚醚酮peek是美国苏威的kt-880bk。
33.本发明使用的润滑剂为超支化聚合物，是由武汉超支化树脂科技有限公司提供的型号hbp-160、hyper c100、hyper c181或hyper c182。
34.本发明使用的超支化环氧树脂为武汉超支化树脂科技有限公司提供的超支化环氧树脂hyper e102。
35.本发明使用的钛酸酯偶联剂kr-tts是美国kenr ich石油公司生产的。
36.本发明使用的埃洛石纳米管是由南京先丰纳米材料科技有限公司的提供的，型号为xfi50。
37.本发明实施例中的pa66使用的是美国杜邦70g13l。
38.本发明实施例中的成核剂使用的是科莱恩的licomont cav102，也可以使用布吕格曼的p22来替代。
39.下面结合具体实施例对本发明的电机轴承保持架用pa66基复合材料予以说明。
40.实施例1
41.一种电机轴承保持架用pa66基复合材料的制备方法为：按质量份数计，50份pa66/peek基体和10份超支化环氧树脂加入到混料器中，高速搅拌5min，搅拌速率为360r/mi n，升温至55℃，加入40份表面改性埃洛石纳米管和5份复合分散剂，高速搅拌8min，搅拌速率为360r/mi n，得到混合物；将混合物、0.2份成核剂和1份润滑剂混合均匀后，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为230～260℃，挤出造粒，制得pa66基复合材料。
42.上述pa66/peek基体的制备方法(按质量份数计)为：
43.s1、peek预处理：取10份peek置于98％浓硫酸中搅拌反应2h，去离子水洗涤，干燥，得到磺化peek；
44.s2、将磺化peek置于40份60wt％二乙醇胺溶液中，升温至100℃，搅拌1h，冷却至室温，加入醋酸调节ph值至6～7；
45.s3、往上述混合物中加入0.2份异丁基三乙氧基硅烷，搅拌15mi n，然后加入pa66，升温至70℃，搅拌反应3h，过滤，去离子水清洗3次，干燥，即得pa66/peek基体。
46.上述表面改性埃洛石纳米管的制备方法为：按质量份数计，将100份埃洛石纳米管置于8wt％稀盐酸中浸渍，搅拌30min，然后过滤、洗涤、干燥，得到预处理的埃洛施纳米管；将预处理后的埃洛施纳米管置于高速捏合机中，在高速搅拌下，雾状喷入1份液体石蜡和0.5份钛酸酯偶联剂kr-tts,升温至70℃继续搅拌15mi n，得到表面改性埃洛石纳米管。
47.上述润滑剂为武汉超支化树脂科技有限公司提供的hbp-160。
48.实施例2
49.一种电机轴承保持架用pa66基复合材料的制备方法为：按质量份数计，80份pa66/peek基体和5份超支化环氧树脂加入到混料器中，高速搅拌5min，搅拌速率为360r/mi n，升温至60℃，加入15份表面改性埃洛石纳米管和3份复合分散剂，高速搅拌8min，搅拌速率为360r/mi n，得到混合物；将混合物、0.4份成核剂和2份润滑剂混合均匀后，加入到螺杆挤出
机中，螺杆挤出机的温度设置为230～260℃，挤出造粒，制得pa66基复合材料。
50.上述pa66/peek基体的制备方法(按质量份数计)为：
51.s1、peek预处理：取10份peek置于98％浓硫酸中搅拌反应1h，去离子水洗涤，干燥，得到磺化peek；
52.s2、将磺化peek置于30份70wt％二乙醇胺溶液中，升温至90℃，搅拌1.5h，冷却至室温，加入醋酸调节ph值至6～7；
53.s3、往上述混合物中加入0.4份异丁基三乙氧基硅烷，搅拌15mi n，然后加入pa66，升温至60℃，搅拌反应4h，过滤，去离子水清洗3次，干燥，即得pa66/peek基体。
54.上述表面改性埃洛石纳米管的制备方法为：按质量份数计，将100份埃洛石纳米管置于8wt％稀盐酸中浸渍，搅拌30min，然后过滤、洗涤、干燥，得到预处理的埃洛施纳米管；将预处理后的埃洛施纳米管置于高速捏合机中，在高速搅拌下，雾状喷入2份液体石蜡和1份钛酸酯偶联剂kr-tts,升温至70℃继续搅拌15mi n，得到表面改性埃洛石纳米管。
55.上述润滑剂为武汉超支化树脂科技有限公司提供的hyper c100。
56.实施例3
57.一种电机轴承保持架用pa66基复合材料的制备方法为：按质量份数计，60份pa66/peek基体和10份超支化环氧树脂加入到混料器中，高速搅拌5min，搅拌速率为360r/mi n，升温至60℃，加入30份表面改性埃洛石纳米管和5份复合分散剂，高速搅拌8min，搅拌速率为360r/mi n，得到混合物；将混合物、0.3份成核剂和1份润滑剂混合均匀后，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为230～260℃，挤出造粒，制得pa66基复合材料。
58.上述pa66/peek基体的制备方法(按质量份数计)为：
59.s1、peek预处理：取10份peek置于98％浓硫酸中搅拌反应1.5h，去离子水洗涤，干燥，得到磺化peek；
60.s2、将磺化peek置于35份70wt％二乙醇胺溶液中，升温至100℃，搅拌1.5h，冷却至室温，加入醋酸调节ph值至6～7；
61.s3、往上述混合物中加入0.3份硅烷偶联剂kh-792，搅拌10mi n，然后加入pa66，升温至70℃，搅拌反应4h，过滤，去离子水清洗3次，干燥，即得pa66/peek基体。
62.上述表面改性埃洛石纳米管的制备方法为：按质量份数计，将100份埃洛石纳米管置于8wt％稀盐酸中浸渍，搅拌30min，然后过滤、洗涤、干燥，得到预处理的埃洛施纳米管；将预处理后的埃洛施纳米管置于高速捏合机中，在高速搅拌下，雾状喷入1.6份液体石蜡和0.8份钛酸酯偶联剂kr-tts,升温至70℃继续搅拌15mi n，得到表面改性埃洛石纳米管。
63.上述润滑剂为武汉超支化树脂科技有限公司提供的hyper c181。
64.实施例4
65.一种电机轴承保持架用pa66基复合材料的制备方法为：按质量份数计，70份pa66/peek基体和5份超支化环氧树脂加入到混料器中，高速搅拌5min，搅拌速率为360r/mi n，升温至60℃，加入25份表面改性埃洛石纳米管和4份复合分散剂，高速搅拌8min，搅拌速率为360r/mi n，得到混合物；将混合物、0.35份成核剂和2份润滑剂混合均匀后，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为230～260℃，挤出造粒，制得pa66基复合材料。
66.上述pa66/peek基体的制备方法与实施例3中相同，具体参照实施例3。
67.上述表面改性埃洛石纳米管的制备方法与实施例3中相同，具体参照实施例3。
68.上述润滑剂为武汉超支化树脂科技有限公司提供的hyper c182。
69.实施例5
70.一种电机轴承保持架用pa66基复合材料的制备方法为：按质量份数计，65份pa66/peek基体和7份超支化环氧树脂加入到混料器中，高速搅拌5min，搅拌速率为360r/mi n，升温至60℃，加入28份表面改性埃洛石纳米管和4份复合分散剂，高速搅拌8min，搅拌速率为360r/mi n，得到混合物；将混合物、0.32份成核剂和1.5份润滑剂混合均匀后，加入到螺杆挤出机中，螺杆挤出机的温度设置为230～260℃，挤出造粒，制得pa66基复合材料。
71.上述pa66/peek基体的制备方法与实施例3中相同，具体参照实施例3。
72.上述表面改性埃洛石纳米管的制备方法与实施例3中相同，具体参照实施例3。
73.上述润滑剂为武汉超支化树脂科技有限公司提供的hyper c181。
74.对比例1
75.一种pa66基复合材料，其组成、原料和制备方法均与实施例5中相同，不同的是，本对比例1中未加入pa66/peek基体，而是加入65份pa66。
76.对比例2
77.一种pa66基复合材料，其组成、原料和制备方法均与实施例5中相同，不同的是，本对比例2中未加入表面改性埃洛石纳米管，且加入的pa66/peek基体的份数为93份。
78.对比例3
79.一种pa66基复合材料，其组成、原料和制备方法均与实施例5中相同，不同的是，本对比例3中未加入超支化环氧树脂，且加入的pa66/peek基体的份数为72份，螺杆挤出机的温度为235～270℃。
80.对比例4
81.一种pa66基复合材料，其组成、原料和制备方法均与实施例5中相同，不同的是，本对比例4中分散剂为4份乙撑双硬脂酰胺(ebs)。
82.对比例5
83.一种pa66基复合材料，其组成、原料和制备方法均与实施例5中相同，不同的是，本对比例5中润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯，螺杆挤出机的温度为250～280℃。
84.将上述实施例1～5与对比例1～5制得的pa66基复合材料进行性能测试，其检测结果如下表1-2所示。
85.检测方法如下：
86.吸水率测试方法参照gb/t 1034-2008，于23℃浸泡24
±
1h；
87.拉伸强度测试方法参照astm d638-2014进行检测；
88.断裂伸长率测试方法参照astm d638-2014进行检测；
89.冲击强度测试方法参照astm d256-2010进行检测；
90.线性热膨胀系数测试方法参照astm d696-2016进行检测；
91.玻璃化转变温度测试方法参照astm d3418-08进行检测；
92.收缩率测试方法参照gb/t 15585-1995进行检测；
93.摩擦系数测试方法参照gb/t 10006-1998进行检测。
94.表1实施例1-5的pa66基复合材料性能检测结果表
[0095][0096][0097]
表2实施例5和对比例1-5的pa66基复合材料性能检测结果表
[0098][0099]
从表1和表2的检测结果可以看出，本发明pa66基复合材料中peek和改性埃洛石纳米管的加入，显著提高了本发明的力学强度、韧性、防水性、耐高温性、热稳定性以及耐磨性；超支化环氧树脂的加入，明显改善本发明的防水性；润滑剂的加入，提高本发明的耐高温性，并改善了本发明的加工性；乙撑双硬脂酰胺和聚乙烯蜡复合使用，对本发明的综合性能均有所提高。
[0100]
将上述实施例5进行热老化实验，条件为：180℃、1000h，其检测结果如下表3所示。
[0101]
表3热老化实验结果表
[0102] 热老化前热老化后性能保持率拉伸强度，mpa245.4234.595.5％断裂伸长率，％10.28.583.3％冲击强度，j/m156.5149.295.3％动摩擦系数0.140.1592.9％
[0103]
根据以上表3的试验结果，可以看出，本发明在180℃处理1000h，仍能有较优的力学性能和耐磨性。
[0104]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施
例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0105]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。