[发明专利]行波型旋转超声电机用交联UHMW-PE摩擦材料及制备方法及应用

说明书

 

技术领域

本发明涉及交联超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)复合摩擦材料制备方法及其应用，是一种应用于行波型超声电机转子或定子驱动面层摩擦材料，以提高电机的机械特性和稳定运行寿命。

背景技术

行波型旋转超声电机（TRUM）是利用压电陶瓷的逆压电效应激发弹性体振动，实现电能到机械能的转换；再通过定、转子间的摩擦作用将定子振动转化为动子转动或平动。其中，摩擦材料的优劣对于电机的机械性能和使用寿命有直接的影响。

TRUM的摩擦材料归纳起来可分为：橡胶基摩擦材料、树脂基摩擦材料、涂镀层基摩擦材料、陶瓷材料、含油粉末冶金材料等。尽管品种繁多, 性能各异, 但超声波电机使用寿命仍然不长, 据报道使用国外摩擦材料的行波超声波电机负载寿命不超过3000 h, 严重限制了超声电机特有的高性能发挥。因此, 如何提高超声波电机的机械性能和寿命，成为超声电机研究的热点问题。

与其它类材料相比较，树脂基摩擦材料应用于TRUM，具有使用寿命较长、运行稳定、噪声小等优点。如TRUM现采用的聚四氟乙烯、聚酰亚胺及环氧树脂等添加增强和摩擦性能调节材料制备的树脂基摩擦材料。

UHMW-PE具有耐磨损、耐冲击、自润滑和耐低温等优良特性，但存在摩擦系数小、耐热性能差和耐蠕变性差等缺点，经过改性可用作TRUM摩擦材料。如加入无机粒子、碳纤维及摩擦性能调节材料等，可进一步改善其耐磨性，应用于TRUM的机械性能优良。但由于定、转子间的弹性滑动和几何滑动产生大量热，使整个电机温度升高, 而接触处的摩擦材料表面温度则达100℃以上。UHMW-PE属于线性高分子材料，在100℃的高温下易产生蠕变，导致TRUM定转子在较高的预压力下发生机械齿合，电机重启困难，摩擦材料表面的摩擦磨损机理变成粘着磨损，电机的机械特性和稳定运行寿命较差。

发明内容

本发明目的是针对应用于TRUM的UHMW-PE摩擦材料存在电机的机械特性和稳定运行寿命较差等缺点，提供一种交联UHMW-PE摩擦材料制备方法，以提高电机的机械特性和稳定运行寿命。

本发明采用的技术方案如下：

一种行波型旋转超声电机用交联UHMW-PE摩擦材料，其特征在于：组份由下列质量份的物质组成：

UHMW- PE树脂：         100.0 ~ 150 份；

增强剂：                 10~15份玻璃纤维、3~5份碳纤维、0.5~1.5份碳纳米管；

摩擦及导热性能调节剂：   10~20份二硫化钼、8~15份石墨、15~25份氧化铝、15~20份氧化铜、1.5~5份聚苯酯、0~1.5份丁腈橡胶；

交联敏化剂：             1~2份； 

偶联剂 ：                0.4 ~ 1.0份KH-570或DL-151或DL-171；

所述的行波型旋转超声电机用交联UHMW-PE摩擦材料，其特征在于：所述的UHMW-PE树脂的分子量在300万以上。

所述的行波型旋转超声电机用交联UHMW-PE摩擦材料，其特征在于：所述的交联敏化剂为甲基丙烯酸烯丙酯或三烯丙基异氰酸酯。

所述的一种行波型旋转超声电机用交联UHMW-PE摩擦材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、UHMW-PE复合材料制备

步骤1-1、石墨、玻璃纤维、聚苯酯、氧化铜、氧化铝、二硫化钼、碳纤维、偶联剂按比例在球磨机中先预混10~50min，再采用乙醇湿法混合1~5h后干燥待用；

步骤1-2、碳纳米管与敏化剂剂按比例混合，并采用超声振动清洗仪在密闭的容器中分散处理约15~60min待用；

步骤1-3、在160~180℃条件下，UHMW-PE树脂添加步骤1-1预处理过的增强剂、摩擦及导热性能调节剂（包括丁腈橡胶），采用双辊开炼机或密炼机混炼时间约5~15min；

步骤1-4、熔融共混料模压成2~3mm的片材；

步骤2、交联UHMW-PE复合材料制备

步骤2-1、将片材加热至120~150℃后在-10℃以下作淬冷处理；

步骤2-2、在室温和高纯氮的保护下，将步骤1所制备的UHMW-PE复合材料在Co⁶⁰γ源辐射交联，剂量控制为50~150KGy；

步骤2-3、辐照处理后的摩擦材料在氮气气氛、120~150℃下热处理72~144h。