專利名稱：超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其制作方法，屬于超聲電機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超聲波電機(jī)(Utrasonic Motor，USM)，是二十世紀(jì)末發(fā)展起來的一種新型微電機(jī)。它利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)激發(fā)出彈性體的超聲振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，并利用振子和動(dòng)子之間的摩擦作用將運(yùn)動(dòng)和力傳遞出去。由于超聲電機(jī)通過摩擦作用傳送能量，所以摩擦材料的質(zhì)量在很大程度上決定超聲波電機(jī)的使用壽命和性能。
國內(nèi)在超聲電機(jī)以其摩擦材料方面的研究起步較晚，從事這方面的研究單位也不是很多，而關(guān)于超聲電機(jī)的摩擦材料的研究報(bào)導(dǎo)就更少。中國專利CN033132555.6公開了聚四氟乙烯基的超聲電機(jī)摩擦材料和CN200410043602.1公開了聚苯酯塑料合金超聲電機(jī)摩擦材料。對于上述兩種超聲電機(jī)摩擦材料，前者是基于聚四氟乙烯的摩擦材料，后者是基于聚苯脂的摩擦材料。聚四氟乙烯具有極高的分子量，為高結(jié)晶度的熱塑性塑料，由于分子結(jié)構(gòu)存在較強(qiáng)的F-C健，使其有摩擦系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。然而純聚四氟乙烯卻不耐磨，力學(xué)性能欠佳，易蠕變。專利CN033132555.6通過添加納米金剛石粉改性聚四氟乙烯，在一定程度上提高材料的硬度。而專利CN200410043602.1將聚苯脂與聚四氟乙烯共混在一定程度上提高了材料的硬度、耐磨性和耐壓縮蠕變性。
對于一種優(yōu)良的超聲電機(jī)摩擦材料，必須具有合適的摩擦系數(shù)、良好化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，而且具有非常高的耐磨性和優(yōu)良的力學(xué)性能。提高聚四氟乙烯材料的耐磨性和力學(xué)性能仍然是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有更加優(yōu)良的耐磨性和力學(xué)性能的超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其制作方法。
一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其特征在于由以下成分按以下質(zhì)量百分比組成基料聚四氟乙烯60％～80％；增強(qiáng)劑碳纖維10％～15％；改性劑石墨5％～10％，銅粉0％～10％，氧化銅0％～10％，礦物質(zhì)0％～10％。
本發(fā)明的摩擦材料的基料是聚四氟乙烯塑料，它是熱塑性高分子材料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。然而純聚四氟乙烯卻不耐磨，力學(xué)性能欠佳，易蠕變。添加納米金剛石粉改性聚四氟乙烯，在一定程度上提高材料的硬度。將聚苯脂與聚四氟乙烯共混僅在一定程度上提高了材料的硬度、耐磨性和耐壓縮蠕變性。添加炭纖維后，在聚四氟乙烯基摩擦材料中形成以炭纖維為支撐的框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)材料受力時(shí)，其外力首先作用在炭纖維框架上，這在很大程度上改善了材料的力學(xué)特性，提高了材料的耐磨性。添加改性劑氧化銅能夠增加摩擦材料的摩擦系數(shù)，并提高材料的耐磨性。銅粉能夠提高材料的導(dǎo)熱性，少量的石墨能夠促進(jìn)摩擦副之間形成轉(zhuǎn)移膜，并降低材料的磨損。礦物質(zhì)能夠調(diào)劑材料的硬度，提高摩擦層的耐磨性。
一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料的制作方法，其特征在于包括以下步驟(1)、將組成成分的原料粉末按質(zhì)量比例混合，攪拌均勻并烘干；(2)、將配好的材料裝入模具內(nèi)在20～35Mpa的壓力下，經(jīng)液壓機(jī)壓實(shí)成型；并在40℃～60℃的溫度下放置24～48小時(shí)；(3)、將模壓成品在370℃～380℃的溫度下燒結(jié)；燒結(jié)成型，燒結(jié)過程為20℃～330℃升溫速度40℃/h，330℃～380℃升溫速度30℃/h，380℃保溫4h。
總的來說，本發(fā)明的超聲電機(jī)摩擦材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和抗疲勞磨損等特點(diǎn)。關(guān)鍵在于添加炭纖維后，改善了材料的力學(xué)特性，提高了材料的耐磨性。
四

圖1是Φ60行波型超聲電機(jī)的運(yùn)行特性曲線。
圖1中符號名稱P-電機(jī)輸出功率，η-電機(jī)效率，n-轉(zhuǎn)速，M-轉(zhuǎn)矩。
五具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
1一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質(zhì)量百分比聚四氟乙烯80％、炭纖維15％和石墨5％。
利用上述配比制作超聲電機(jī)摩擦層，包括以下步驟(1)、將摩擦材料按照上述質(zhì)量比例混合，攪拌均勻并烘干；(2)、將配好的材料裝入模具內(nèi)在20～35Mpa的壓力下，經(jīng)液壓機(jī)壓實(shí)成型，并在40℃～60℃的溫度下放置24～48小時(shí)；(3)、將模壓成品在370℃～380℃的溫度下，燒結(jié)成型，燒結(jié)過程為20℃～330℃升溫速度40℃/h，330℃～380℃升溫速度30℃/h，380℃保溫4h。
(4)、將燒結(jié)成型的摩擦材料按照設(shè)計(jì)的厚度切割成片狀。
圖1是基于具體實(shí)施方式
1制作的Φ60行波型超聲電機(jī)的運(yùn)行特性曲線圖；表1是相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖1及表1中符號說明Um-驅(qū)動(dòng)電壓；Im-驅(qū)動(dòng)電流；Us-輸入電壓；Pm-電機(jī)輸入功率，即從驅(qū)動(dòng)器(高頻交流電)輸給超聲電機(jī)的功率；F-實(shí)測驅(qū)動(dòng)頻率；P-電機(jī)輸出功率；η-電機(jī)效率，η＝P/Pm；n-轉(zhuǎn)速；M-轉(zhuǎn)矩。結(jié)合圖1和表1說明，本摩擦材料制作的電機(jī)，其運(yùn)行速度和運(yùn)行效率在較高水平上，并且有高的堵轉(zhuǎn)力矩。本發(fā)明的摩擦材料，具有良好耐磨性能和輸出特性。
表1

具體實(shí)施方式
2一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質(zhì)量百分比聚四氟乙烯75％、炭纖維10％和石墨5％，銅粉10％。本實(shí)施方式中添加了銅粉，提高了摩擦材料的散熱性。超聲電機(jī)摩擦材料制作方法與具體實(shí)施方式
1中類似。
具體實(shí)施方式
3一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質(zhì)量百分比聚四氟乙烯70％、炭纖維15％和石墨5％，氧化銅10％。本實(shí)施方式中添加了氧化銅，提高了摩擦材料的摩擦系數(shù)。超聲電機(jī)摩擦材料制作方法與具體實(shí)施方式
1中類似。
具體實(shí)施方式
4一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質(zhì)量百分比聚四氟乙烯63％、炭纖維15％和石墨7％，銅粉5％，氧化銅5％，氧化鋁5％。本實(shí)施方式中添加了氧化鋁，它提高了摩擦材料的硬度和摩擦系數(shù)。超聲電機(jī)摩擦材料制作方法與具體實(shí)施方式
1中類似。
具體實(shí)施方式
5一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質(zhì)量百分比聚四氟乙烯60％、炭纖維15％和石墨10％，銅粉5％，氧化銅5％，氧化硅5％。本實(shí)施方式中添加了氧化硅，它進(jìn)一步地提高了摩擦材料的硬度。超聲電機(jī)摩擦材料制作方法與具體實(shí)施方式
1中類似。
具體實(shí)施方式
6一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其組成和質(zhì)量百分比聚四氟乙烯60％~70％、炭纖維10％~15％和石墨5％~10％，其余為礦物質(zhì)。本實(shí)施方式中添加了礦物質(zhì)，礦物質(zhì)是指天然礦物和人工合成物，它包含碳酸鈣、氧化鋁、氧化鐵、二氧化硅、硅酸鹽(高嶺土、云母、滑石粉、硅灰石、膨潤土等)、氮化硅、炭化硅、氟化鈣、金剛石粉、鈦白粉。它能調(diào)劑了材料的硬度，改善材料的電機(jī)的輸出特性，以及降低摩擦副的磨損。超聲電機(jī)摩擦材料制作方法與具體實(shí)施方式
1中類似。
權(quán)利要求
1.一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料，其特征在于由以下成分按以下質(zhì)量百分比組成基料聚四氟乙烯60％～80％；增強(qiáng)劑碳纖維10％～15％；改性劑石墨5％～10％，銅粉0％～10％，氧化銅0％～10％，礦物質(zhì)0％～10％。
2.一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料的制作方法，其特征在于包括以下步驟(1)、將組成成分的原料粉末按質(zhì)量比例混合，攪拌均勻并烘干；(2)、將配好的材料裝入模具內(nèi)在20～35Mpa的壓力下，經(jīng)液壓機(jī)壓實(shí)成型；并在40℃～60℃的溫度下放置24～48小時(shí)；(3)、將模壓成品在370℃～380℃的溫度下燒結(jié)；燒結(jié)成型，燒結(jié)過程為20℃～330℃升溫速度40℃/h，330℃～380℃升溫速度30℃/h，380℃保溫4小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超聲電機(jī)炭纖維改性聚四氟乙烯基摩擦材料及其制作方法，屬超聲電機(jī)領(lǐng)域。該摩擦材料由聚四氟乙烯60％～80％、碳纖維10％～15％、石墨5％～10％、銅粉0％～10％、氧化銅0％～10％、礦物質(zhì)0％～10％組成。制作方法為將原料按比例混合均勻并烘干；裝入模具在20～35Mpa的壓力下經(jīng)液壓機(jī)壓實(shí)成型，并在40℃～60℃的溫度下放置24～48小時(shí)；將模壓成品在370℃～380℃的溫度下燒結(jié)，燒結(jié)過程為20℃～330℃升溫速度40℃/h，330℃～380℃升溫速度30℃/h，380℃保溫4h。本發(fā)明的摩擦材料具有優(yōu)良的耐磨性和力學(xué)性能，是一種性能優(yōu)良的超聲電機(jī)摩擦材料。
文檔編號C08K7/00GK1850883SQ200610040709
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月29日
發(fā)明者姚志遠(yuǎn), 丁慶軍, 趙淳生 申請人:南京航空航天大學(xué)