模壓聚酰亞胺復合保持架材料產生缺陷的原因及解決方案

孫小波，王楓

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產業技術創新戰略聯盟，河南 洛陽 471039)

模壓聚酰亞胺復合材料(簡稱復合材料)具有比模量高、比強度高、耐輻射、高溫下力學性能優異、使用溫度范圍寬(-269～300 ℃)等優點，且在高溫、高速環境，尤其是真空條件下具有優異的摩擦學性能[1]。因此，廣泛應用于航空、航天、飛行器、艦船導彈武器系統以及精密機械軸承領域，并取得了顯著的應用效果。

對于裝有復合材料保持架的軸承，復合材料性能的穩定性、可靠性是軸承乃至主機性能穩定性和可靠性的決定性因素之一。聚酰亞胺流動性差，需要在高溫高壓下成形，對原材料、模具及熱壓機、環境、燒結成形工藝和操作人員要求較高，上述環節密切相關，任何一環設計或操作不當，均可能致使復合材料產生缺陷而成為廢品。

1 復合材料的制作過程

復合材料制作基本過程是將一定量經過特殊預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，對其施加一定壓力預成形后置于熱壓機上，保證熱壓同步工藝位于最佳成形區域(圖1)[1]內(溫度控制在340～410 ℃，壓力控制在400～1 100 kg/cm2，不同結構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，壓制程序結束后待模具溫度低于200 ℃后，脫模即可得到復合材料。復合材料生產流程如圖2所示。

圖2 復合材料生產流程

2 復合材料產生缺陷的類型、原因及解決方案

在復合材料制備過程中，操作人員技能水平和執行工藝情況、熱壓機性能及模具設計的合理性、原材料性能及穩定性、工藝參數的合理性和環境的溫濕度等均是復合材料產生缺陷的原因。將復合材料的缺陷分為3類，即表面缺陷、性能缺陷和內部缺陷，具體表現形式見表1。

缺陷對于復合聚酰亞胺保持架的外觀、加工質量、使用性能和壽命可靠性等影響較大，為提高保持架質量穩定性和一致性，避免缺陷的產生，應針對缺陷的具體表現形式采取相應的解決方案。

表1 復合材料缺陷分類

2.1 表面缺陷

復合材料表面缺陷主要是在其成形燒結過程中產生，表面缺陷不僅影響成品外觀，還表明復合材料的成形工藝存在不合理之處，復合材料性能也會存在缺陷。

表面缺陷影響后工序的加工質量，甚至嚴重影響保持架的性能，降低保持架的使用壽命，危及安全。針對表面缺陷的具體表現，分析產生的原因并提出具體解決方案，見表2。

表2 表面缺陷產生的原因和解決方案

續表

2.2 性能缺陷

模壓復合聚酰亞胺復合保持架材料性能缺陷主要是指其性能指標不能滿足保持架的設計需求，主要涉及機械強度和摩擦學性能，對應表現產生的原因和解決方案見表3。

表3 性能缺陷產生的原因和解決方案

2.3 內部缺陷

復合材料內部缺陷主要是指材料內部均勻致密性較差,對應表現產生的原因和解決方案見表4。

需要指出的是，內部缺陷不是孤立的，有內部缺陷的復合材料性能必然存在缺陷，會嚴重危及軸承乃至主機的運作穩定性和使用壽命。

表4 內部缺陷產生的原因和解決方案

續表

3 結束語

總結了復合材料制造過程中易出現缺陷的具體表現，分析了產生缺陷的原因，并逐一給出了解決方案，有助于本領域相關人員快速參照采取改進措施，降低復合材料的廢品率。