模壓聚酰亞胺復(fù)合保持架材料產(chǎn)生缺陷的原因及解決方案

孫小波，王楓

(1.洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471039；3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽(yáng) 471039)

模壓聚酰亞胺復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱復(fù)合材料)具有比模量高、比強(qiáng)度高、耐輻射、高溫下力學(xué)性能優(yōu)異、使用溫度范圍寬(-269～300 ℃)等優(yōu)點(diǎn)，且在高溫、高速環(huán)境，尤其是真空條件下具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能[1]。因此，廣泛應(yīng)用于航空、航天、飛行器、艦船導(dǎo)彈武器系統(tǒng)以及精密機(jī)械軸承領(lǐng)域，并取得了顯著的應(yīng)用效果。

對(duì)于裝有復(fù)合材料保持架的軸承，復(fù)合材料性能的穩(wěn)定性、可靠性是軸承乃至主機(jī)性能穩(wěn)定性和可靠性的決定性因素之一。聚酰亞胺流動(dòng)性差，需要在高溫高壓下成形，對(duì)原材料、模具及熱壓機(jī)、環(huán)境、燒結(jié)成形工藝和操作人員要求較高，上述環(huán)節(jié)密切相關(guān)，任何一環(huán)設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)，均可能致使復(fù)合材料產(chǎn)生缺陷而成為廢品。

1 復(fù)合材料的制作過(guò)程

復(fù)合材料制作基本過(guò)程是將一定量經(jīng)過(guò)特殊預(yù)工藝處理的聚酰亞胺及改性組分料均勻混合裝入到模具型腔中，對(duì)其施加一定壓力預(yù)成形后置于熱壓機(jī)上，保證熱壓同步工藝位于最佳成形區(qū)域(圖1)[1]內(nèi)(溫度控制在340～410 ℃，壓力控制在400～1 100 kg/cm2，不同結(jié)構(gòu)聚酰亞胺成形溫度不同，成形壓力視制品大小而改變)，聚酰亞胺混合料在高溫高壓的模腔中成形，壓制程序結(jié)束后待模具溫度低于200 ℃后，脫模即可得到復(fù)合材料。復(fù)合材料生產(chǎn)流程如圖2所示。

圖2 復(fù)合材料生產(chǎn)流程

2 復(fù)合材料產(chǎn)生缺陷的類型、原因及解決方案

在復(fù)合材料制備過(guò)程中，操作人員技能水平和執(zhí)行工藝情況、熱壓機(jī)性能及模具設(shè)計(jì)的合理性、原材料性能及穩(wěn)定性、工藝參數(shù)的合理性和環(huán)境的溫濕度等均是復(fù)合材料產(chǎn)生缺陷的原因。將復(fù)合材料的缺陷分為3類，即表面缺陷、性能缺陷和內(nèi)部缺陷，具體表現(xiàn)形式見(jiàn)表1。

缺陷對(duì)于復(fù)合聚酰亞胺保持架的外觀、加工質(zhì)量、使用性能和壽命可靠性等影響較大，為提高保持架質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性，避免缺陷的產(chǎn)生，應(yīng)針對(duì)缺陷的具體表現(xiàn)形式采取相應(yīng)的解決方案。

表1 復(fù)合材料缺陷分類

2.1 表面缺陷

復(fù)合材料表面缺陷主要是在其成形燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生，表面缺陷不僅影響成品外觀，還表明復(fù)合材料的成形工藝存在不合理之處，復(fù)合材料性能也會(huì)存在缺陷。

表面缺陷影響后工序的加工質(zhì)量，甚至嚴(yán)重影響保持架的性能，降低保持架的使用壽命，危及安全。針對(duì)表面缺陷的具體表現(xiàn)，分析產(chǎn)生的原因并提出具體解決方案，見(jiàn)表2。

表2 表面缺陷產(chǎn)生的原因和解決方案

續(xù)表

2.2 性能缺陷

模壓復(fù)合聚酰亞胺復(fù)合保持架材料性能缺陷主要是指其性能指標(biāo)不能滿足保持架的設(shè)計(jì)需求，主要涉及機(jī)械強(qiáng)度和摩擦學(xué)性能，對(duì)應(yīng)表現(xiàn)產(chǎn)生的原因和解決方案見(jiàn)表3。

表3 性能缺陷產(chǎn)生的原因和解決方案

2.3 內(nèi)部缺陷

復(fù)合材料內(nèi)部缺陷主要是指材料內(nèi)部均勻致密性較差,對(duì)應(yīng)表現(xiàn)產(chǎn)生的原因和解決方案見(jiàn)表4。

需要指出的是，內(nèi)部缺陷不是孤立的，有內(nèi)部缺陷的復(fù)合材料性能必然存在缺陷，會(huì)嚴(yán)重危及軸承乃至主機(jī)的運(yùn)作穩(wěn)定性和使用壽命。

表4 內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的原因和解決方案

續(xù)表

3 結(jié)束語(yǔ)

總結(jié)了復(fù)合材料制造過(guò)程中易出現(xiàn)缺陷的具體表現(xiàn)，分析了產(chǎn)生缺陷的原因，并逐一給出了解決方案，有助于本領(lǐng)域相關(guān)人員快速參照采取改進(jìn)措施，降低復(fù)合材料的廢品率。