滚动轴承用碳-酚醛层压保持架材料的制作方法

摘要

一种滚动轴承用碳-酚醛层压保持架材料的制作方法，该制作方法以碳纤维布为基体，以配置的酚醛树脂作为粘结体，通过碳纤维布浸渍酚醛树脂、热压卷绕成型和后固化得到碳-酚醛层压保持架材料。碳-酚醛层压保持架材料具有较高的导热系数和较低的热膨胀系数，通过检测：使用温度达到150～220℃，导热系数≥0.85（W/m-K），热膨胀系数≤1.0×（10-6/℃），抗拉强度≥150MPa，弹性模量≥50GPa。由于上述性能参数的提高或是降低，使得碳-酚醛层压材料所制造的保持架能满足高温、高速下滚动轴承的使用要求。

说明书

技术领域

本发明属于轴承保持架材料技术领域，特别涉及到一种滚动轴承用碳-酚醛层压保持架材料的制作方法。

背景技术

高速精密滚动轴承的保持架通常采用布基酚醛层压材料。随着轴承应用领域的拓展，现有布基酚醛层压材料的机械强度、热传导率、弹性模量、热膨胀系数等指标已不能完全满足高温、高速下精密滚动轴承的性能要求。特别是材料的使用温度，现有布基酚醛层压材料的最高使用温度为150℃，不能满足使用温度＞150℃的高速精密滚动轴承的要求。为此需要研制出一种适合高温、高速条件下使用的保持架材料。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种滚动轴承用碳-酚醛层压保持架材料的制作方法，根据该方法所制作的碳-酚醛层压保持架材料能够满足高温150～220℃、高速下精密滚动轴承的性能要求，以提高精密滚动轴承的使用寿命和可靠运转。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种滚动轴承用碳-酚醛层压保持架材料的制作方法，该制作方法以碳纤维布为基体，以配置的酚醛树脂作为粘结体，通过碳纤维布浸渍酚醛树脂、热压卷绕成型和后固化得到碳-酚醛层压保持架材料；其中在酚醛树脂配置过程中涉及到苯酚、甲醛、氨水和无水乙醇，碳纤维布浸渍酚醛树脂过程中涉及到浸胶机及相关参数，热压卷绕成型过程中涉及到三辊卷管机及相关参数，后固化过程中涉及到恒温干燥箱及相关参数；所述配制酚醛树脂、碳纤维布浸渍酚醛树脂、热压卷绕成型、后固化分述如下：

①配制酚醛树脂

将纯度≥99%的苯酚和质量百分比浓度为37%的甲醛溶液按重量比1﹕1的比例倒入反应器中并在70～80℃的温度下进行搅拌，然后按苯酚和甲醛溶液的总量加入6%的氨水并继续进行搅拌反应生成混合树脂，当反应器中的所述混合树脂混浊点温度达到57～64℃时停止搅拌，经真空脱水后按所述混合树脂总重的40%加入无水乙醇配制成酚醛树脂；

②碳纤维布浸渍酚醛树脂

采用60～80支纱的碳纤维布并在浸胶机上浸渍所述酚醛树脂，碳纤维布的层数≥2，浸胶机相关控制参数范围是：刮胶辊间隙控制在0.20～0.30mm、烘干温度控制在90～110℃、浸渍速度控制在1～2米／分；

③热压卷绕成型

采用热卷法在三辊卷管机上进行浸渍酚醛树脂的碳纤维布热压卷绕成型制作成碳-酚醛层压布管，三辊卷管机相关控制参数范围是：热辊温度控制在110～130℃、热卷压力控制在50～100N、热卷速度控制在1～1.5米／分、卷完后加速热卷滚压时间控制在1～2分钟；

④后固化

将卷好的所述碳-酚醛层压布管放入恒温干燥箱内后固化，恒温干燥箱相关控制参数范围是：温度100℃时固化2小时；温度140℃时固化10小时；随后冷却至室温后即得到滚动轴承用碳-酚醛层压保持架材料。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、本发明的保持架材料是一种碳-酚醛层压材料，这种材料耐高温，具有很高的机械强度和弹性模量，并且具有高的热传导率。

2、本发明的保持架材料与普通酚醛层压材料相比，最大的不同在于本发明的碳-酚醛层压保持架材料耐高温范围达150～220℃，但确具有低的热膨胀系数，良好的热力学性能。实践证明，由碳-酚醛层压材料所制造的保持架能满足高温、高速下滚动轴承的使用要求。

3、以碳纤维布为基体，以酚醛树脂作为粘结体，将相邻碳纤维布层牢固结合，产生较高的机械强度和弹性模量，抗拉强度达到150MPa以上，弹性模量达到50GPa以上。

4、由于材料的基体为碳纤维布，因而材料具有高的导热系数和低的热膨胀系数。

具体实施方式

 本发明是一种滚动轴承用碳-酚醛层压保持架材料的制作方法，该制作方法以碳纤维布为基体，以配置的酚醛树脂作为粘结体，通过碳纤维布浸渍酚醛树脂、热压卷绕成型和后固化得到碳-酚醛层压保持架材料；其中在酚醛树脂配置过程中涉及到苯酚、甲醛、氨水和无水乙醇，碳纤维布浸渍酚醛树脂过程中涉及到浸胶机及相关参数，热压卷绕成型过程中涉及到三辊卷管机及相关参数，后固化过程中涉及到恒温干燥箱及相关参数。实际上本发明的制作方法包括配制酚醛树脂、碳纤维布浸渍酚醛树脂、热压卷绕成型、后固化这四个步骤。

上述四个步骤中或多或少会涉及到一些现有技术，但通过上述四个步骤所得到碳-酚醛层压保持架材料具有较高的导热系数和较低的热膨胀系数，其中：本发明制作的碳-酚醛层压保持架材料通过检测，其使用温度达到150～220℃，导热系数≥0.85（W/m-K），热膨胀系数≤1.0×（10^-6/℃），抗拉强度≥150Mpa，弹性模量≥50Gpa。这些性能参数是布基酚醛层压材料所不能达到的，也不是通过现有技术的整合所能达到的，尤其是用于滚动轴承的保持架材料。由于上述性能参数的提高或是降低，使得碳-酚醛层压材料所制造的保持架能满足高温、高速下滚动轴承的使用要求。

实施例1

将纯度≥99%的苯酚和质量百分比浓度为37%的甲醛溶液按重量比1﹕1的比例倒入反应器中并在70℃的温度下进行搅拌，然后按苯酚和甲醛溶液的总量加入6%的氨水并继续进行搅拌反应生成混合树脂，当反应器中的所述混合树脂混浊点温度达到57℃时停止搅拌，经真空脱水后按所述混合树脂总重的40%加入无水乙醇配制成酚醛树脂。

采用80支纱的碳纤维布并在浸胶机上浸渍所述酚醛树脂，碳纤维布的层数=2，浸胶机相关控制参数范围是：刮胶辊间隙控制在0.20mm、烘干温度控制在90℃、浸渍速度控制在2米／分。

采用热卷法在三辊卷管机上进行浸渍酚醛树脂的碳纤维布热压卷绕成型制作成碳-酚醛层压布管，三辊卷管机相关控制参数范围是：热辊温度控制在110℃、热卷压力控制在100N、热卷速度控制在1米／分、卷完后加速热卷滚压时间控制在2分钟。

 

实施例2

将纯度≥99%的苯酚和质量百分比浓度为37%的甲醛溶液按重量比1﹕1的比例倒入反应器中并在80℃的温度下进行搅拌，然后按苯酚和甲醛溶液的总量加入6%的氨水并继续进行搅拌反应生成混合树脂，当反应器中的所述混合树脂混浊点温度达到64℃时停止搅拌，经真空脱水后按所述混合树脂总重的40%加入无水乙醇配制成酚醛树脂。

采用60支纱的碳纤维布并在浸胶机上浸渍所述酚醛树脂，碳纤维布的层数=4，浸胶机相关控制参数范围是：刮胶辊间隙控制在0.30mm、烘干温度控制在110℃、浸渍速度控制在1米／分。

采用热卷法在三辊卷管机上进行浸渍酚醛树脂的碳纤维布热压卷绕成型制作成碳-酚醛层压布管，三辊卷管机相关控制参数范围是：热辊温度控制在130℃、热卷压力控制在50N、热卷速度控制在1.5米／分、卷完后加速热卷滚压时间控制在1分钟。

将上述实施例1和实施例2卷好的所述碳-酚醛层压布管放入恒温干燥箱内后固化，恒温干燥箱相关控制参数范围是：温度100℃时固化2小时；温度140℃时固化10小时；随后冷却至室温后即得到滚动轴承用碳-酚醛层压保持架材料。

上述碳纤维布的层数可以根据保持架的结构参数来相应确定，若保持架结构尺寸较大，则碳纤维布的层数可以增加；若保持架结构尺寸较小，则碳纤维布的层数达到2～4层即可，碳纤维布的层数应符合滚动轴承的设计要求。

制作好的碳-酚醛层压保持架材料通过其它方式的加工就可以制成滚动轴承用的保持架。