CN101126418A - 一种聚合物自润滑薄层复合轴套及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合物自润滑薄层复合轴套及其制备方法，由金属网作为支撑骨架与聚合物复合材料轧制而成，所述金属网的成型可以是网丝编织成型、双向拉伸成型、冲压成型或其它成型方式，网孔的形状可以是菱形、六边形、圆形或其它形状。本发明轴套具有优异的耐磨性、耐水腐蚀性能和良好的自润滑性能，在含有泥沙颗粒的条件下具有较低的摩擦系数和优异的耐磨性，尤其适用于汽车门铰链、脚踏板、操纵杆及自动门窗系统中的自润滑衬套中。

Description

一种聚合物自润滑薄层复合轴套及其制备方法

技术领域

本发明涉及到一种聚合物自润滑薄层复合轴套及其制备方法，尤其是一种用金属网与聚合物复合材料烧结轧制而成的多层自润滑轴套及其制备方法。

背景技术

随着汽车工业的迅速发展，对运动摩擦副部件的使用性能提出了更高的要求，要求材料在具有良好的自润滑性能和耐磨性能的同时，还要具备良好的耐高温性能和抗承载能力。金属-聚合物多层复合材料具有导热性好、承载能力高以及优异的耐磨性和自润滑性能，受到人们的高度重视，广泛地应用于汽车连杆、减震器和液压油缸中。但是，为适应现代汽车结构的设计要求，汽车门铰链、脚踏板、操纵杆及自动门窗系统中运动摩擦副需要具有较大的安装间隙，并且润滑材料需要具有良好的柔韧性和较薄的壁厚，以避免材料由于蠕变而导致的变形，这对于传统的金属基板材表面烧结的多层复合材料来说具有明显的弱点。

美国达纳公司提出的中国发明专利(公开号CN1292852A，专利名称为“滑动轴承”)将球形的铜合金粉在一定温度下烧结在覆铜钢板上，表面烧结以聚四氟乙烯(PTFE)为主要树脂的高分子材料，通过卷制工艺制造轴承，此类润滑材料具有较高的承载能力，但由于表面自润滑改性层很薄，只有0.03～0.05mm，并且成型的轴承壁厚只能在0.75mm以上，对于较薄壁厚的轴承在制造工艺上无法满足。另外，在高载条件下表面聚合物改性层磨损后，虽然可以保持一段时间的稳定磨损期，但随着轴承的长时间运动，摩擦界面上露出的金属逐渐增多，导致轴承寿命急剧下降，易咬合对偶摩擦副。

Norton Pampus GmbH公司提出了一种免维护滑动轴承材料(专利号为USP5573846，专利名称为“Polyfluorocarbon Coated Metal Bearing”)，此材料由三层结构组成，衬底为金属，表面润滑改性层以聚四氟乙烯、聚酰亚胺和聚醚醚酮为主要基体材料，添加润滑剂或增强填料组成的混合物，中间层是以乙烯-四氟乙烯共聚物为主要成分的高分子材料，起粘结的作用，此类材料具有良好的自润滑性能和相对良好的柔软性，可是，由于粘结层聚合物的耐温性导致了轴承材料的耐高温性能受到了局限性，并且相对于含有铜合金层的自润滑轴承，其耐磨性相对较差。

美国Pacific Bearing Co.提出了一种滑动轴承的制备方法(专利号为USP5229198，专利名称为“Bearing Material Having a Matrix Impregnated withPolymeric Resin”)，将薄层钢板表面快速加热，将一种以特殊网格形式的金属网熔焊在钢板表面，冷却后在金属网表面轧制具有良好自润滑性能的聚四氟乙烯改性材料，通过烧结并卷制制造自滑动轴承，此方法可以有效地避免采用胶粘剂粘结金属网和钢板导致由于成型翻边法兰时结合强度较差的缺点，可以提高滑动表面的有效润滑面积，可是仍然只适用于成型壁厚在0.75mm以上的滑动轴承，对于壁厚要求较薄的衬套仍然不适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种聚合物自润滑薄层复合轴套及其制备方法，所制备的材料具有优异的耐磨性、耐水腐蚀性能和良好的自润滑性能，在含有泥沙颗粒的条件下具有较低的摩擦系数和优异的耐磨性，尤其适用于汽车门铰链、脚踏板、操纵杆及自动门窗系统中的自润滑衬套中。

为解决上述技术问题，本发明一种聚合物自润滑薄层复合轴套由金属网作为支撑骨架与聚合物复合材料轧制而成，所述金属网的成型可以是网丝编织成型、双向拉伸成型、冲压成型或其它成型方式，网孔的形状可以是菱形、六边形、圆形或其它形状。

上述一种聚合物自润滑薄层复合轴套，所述金属网为编织成型，厚度为0.20～0.50mm，网丝直径为0.20～0.30mm，网孔尺寸为0.30～0.50mm。

上述一种聚合物自润滑薄层复合轴套，所述金属网的材质可以是锡青铜、不锈钢或铝合金中的一种。

上述一种聚合物自润滑薄层复合轴套，所述聚合物复合材料的组成及重量含量分别为：(1)、聚四氟乙烯，重量含量为20～99％；(2)、其它有机氟树脂，采用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)中的一种或两种，重量含量为0.1～20％；(3)、高温有机树脂，采用聚苯硫醚、聚醚醚酮或聚酰亚胺中的一种，重量含量为0.1～15％；(4)、纤维，采用玻璃纤维、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维(如Kevlar纤维、Technora纤维或Twaron纤维)的一种或两种，重量含量为0.1～15％；(5)、固体润滑剂，采用二硫化钼或石墨，重量含量为0.1～20％；(6)、具有协同润滑作用的填料，重量含量为0.1～15％。

上述一种聚合物自润滑薄层复合轴套，所述聚合物复合材料中聚四氟乙烯及有机树脂的粒度为0.01～0.05mm，最佳粒度为0.02～0.04mm，以保证材料混合的均匀性，达到摩擦磨损性能的稳定性。

上述一种聚合物自润滑薄层复合轴套，所述聚合物复合材料中纤维的平均直径≤8μm，平均纤维长度为50μm以下，长径比为2∶1至5∶1，以期获得更佳的机械性能和耐磨性。

上述一种聚合物自润滑薄层复合轴套，所述聚合物材料中的具有协同润滑作用的填料采用金属氟化物、金属硫化物或金属磷酸盐中的一种，尤其是氟化钙、硫化钙或磷酸钙中的一种，可以促进轴承在摩擦过程中形成过程中在对偶表面有效地润滑转移膜，以降低轴承的磨损率。

上述一种聚合物自润滑薄层复合轴套，所述固体润滑剂和填料的平均粒径≤0.045mm，最佳粒径≤0.030mm，为获得更加的分散均匀性。

一种聚合物自润滑薄层复合轴套的制备方法，包括如下步骤：1、将聚四氟乙烯、有机氟树脂、高温有机树脂、纤维、固体润滑剂和无机物粉体的混合物于100～150℃的条件下进行干燥处理，将混合物脱去水分后冷却至室温；2、将脱去水后的混合物放入高速分散器中进行机械混合，保证机械混合的温度低于10℃，以达到均匀的分散程度；3、将均匀的混合物装入柱型模具中进行压制，保证压制压力为30～60MPa，压制后在烧结炉中进行自由烧结，烧结温度为350～400℃，烧结时间视制品尺寸而定，烧结完成后随炉冷却至室温，然后将烧结后的制品经机械车削成连续的薄带，厚度为0.10～0.60mm；4、将薄带铺覆于金属网表面，通过轧制，将薄带与金属复合成型后，将其置于连续式烧结炉中，在氮气保护条件下进行烧结，温度控制在350～400℃范围内，时间为5～30分钟，出炉后再进行精轧制，制得本发明所需的轴套材料；5、将轴套材料通过切断、卷圆、整形、翻边等系列工艺，制成本发明轴套。

上述一种聚合物自润滑薄层复合轴套的制备方法，在制得复合材料后，先利用胶粘剂将其粘结在低碳钢板表面，然后再通过精轧形成多层复合材料，制得本发明所需的轴套材料，以有效地保持背衬金属材料的承载能力和机械强度，提高轴承的在高承载条件下的耐磨性能。

本发明由于采用了上述技术方案，所采用的纤维具有良好的耐磨性，不易产生对偶表面的磨损；所采用的固体润滑剂具有良好的润滑性，并与聚四氟乙烯有良好的协同润滑效应。本发明所添加的粉体填料与聚四氟乙烯有良好的协同效应，可以有效地促进对偶摩擦副表面润滑转移膜的形成，有效地降低摩擦温度。所采用网孔的形式极大地提高了金属网支撑骨架的承载能力，网孔尺寸的合理控制，可以使填充的聚合物自润滑复合材料起到有效地润滑作用，从而提高了轴套的抗承载能力和耐磨寿命。因而，本发明所制备的复合材料具有优异的耐磨性、耐水腐蚀性能和良好的自润滑性能，其物理机械性能如下表：

测试项目	性能指标
		使用温度	-200～260℃
最大承载能力	＞100MPa
		最大PV值	60MPa·m/s(油润滑)
摩擦磨损性能(MMD端面摩擦磨损试验机：负荷8MPa，线速度为0.20m/s，180min，干摩擦，大气环境)	摩擦系数：≤0.15线性磨损量：＜0.10mm
		摩擦磨损性能(门铰链式摩擦磨损试验机：负荷4MPa，线速度0.5m/s，含有泥砂的水环境条件，时间120min)	摩擦系数：≤0.10线性磨损量：≤0.08mm

具体实施方式：

各实施例中表面聚合物润滑材料的实施配方表

实施例1：

按上述表面聚合物润滑材料实施配方表第1列中的配比将各组分在机械搅拌器内进行均匀混合，将均匀的混合物装入柱型模具中进行压制，模压压力为40MPa，保压5min，脱模后在烧结炉中进行自由烧结，烧结温度为370℃，烧结时间为5小时，烧结完成后随炉冷却，将烧结后的制品经机械车削成厚度为0.15mm的薄带；将厚度为0.25mm，网丝直径为0.20mm，网孔边长为0.35mm的菱形金属编织铜合金网清洗后，将薄带铺覆于金属网表面，通过轧制，将薄带与金属机械嵌合后，将其置于连续式烧结炉中，在氮气保护条件下进行烧结，烧结温度为380℃，时间为15分钟，出炉后再进行精轧制，制得厚度为0.30mm，符合公差要求的轴套材料。

实施例2：

按上述实施配方表第2列的配比进行聚合物材料的混合与制备，具体制备工艺与实施例1相同，将厚度为0.35mm，网孔边长为0.40mm的的双向拉伸成型的六边形不锈钢网清洗后，将薄带铺覆于金属网表面，通过轧制，将薄带与金属机械嵌合后，将其置于连续式烧结炉中，在氮气保护条件下进行烧结，烧结温度为350℃，时间为15分钟，出炉后再进行精轧制，制得厚度为0.45mm，符合公差要求的轴套材料。

实施例3：

按上述表面润滑材料(聚合物材料)实施配方表第3列的配比进行聚合物材料的混合与制备，具体制备工艺与实施例1相同，将厚度为0.45mm，网孔直径为0.50mm的冲压成型的圆孔状铝合金网清洗后，将薄带铺覆于金属网表面，通过轧制，将薄带与金属机械嵌合后，将其置于连续式烧结炉中，在氮气保护条件下进行烧结，烧结温度为400℃，时间为15分钟，出炉后再进行精轧制，制得厚度为0.50mm，符合公差要求的复合材料，利用耐高温环氧胶粘剂将材料粘结在厚度为1mm的钢板上，通过精轧制形成厚度为1.5mm的轴承材料，固化后通过切断、卷圆、整形、翻边等系列工艺，可制成本发明所需要的滑动轴套。

实施例4：

按上述表面润滑材料(聚合物材料)实施配方表第4列的配比进行聚合物材料的混合与制备，具体制备工艺与实施例1相同，将厚度为厚度为0.50mm，网孔边长为0.30mm的冲压成型的菱形铜合金网清洗后，将薄带铺覆于金属网表面，通过轧制，将薄带与金属机械嵌合后，将其置于连续式烧结炉中，在氮气保护条件下进行烧结，烧结温度为390℃，时间为15分钟，出炉后再进行精轧制，制得厚度为0.55mm，符合公差要求的轴套材料。

实施例5：

按上述表面润滑材料(聚合物材料)实施配方表第5列的配比进行聚合物材料的混合与制备，具体制备工艺与实施例1相同，将厚度为0.40mm，网丝直径为0.30mm，网孔边长为0.45mm的编织成型的菱形铝合金网清洗后，将薄带铺覆于金属网表面，通过轧制，将薄带与金属机械嵌合后，将其置于连续式烧结炉中，在氮气保护条件下进行烧结，烧结温度为360℃，时间为15分钟，出炉后再进行精轧制，制得厚度为0.50mm，符合公差要求的复合材料。利用耐高温环氧胶粘剂将材料粘结在厚度为1mm的钢板上，通过精轧制形成厚度为1.5mm的轴承材料，固化后通过切断、卷圆、整形、翻边等系列工艺，可制成本发明所需要的滑动轴套。。

实施例6：

按上述表面润滑材料(聚合物材料)实施配方表第6列的配比进行聚合物材料的混合与制备，具体制备工艺与实施例1相同，将厚度为0.25mm，网孔边长0.30mm的冲压成型的六边形铝合金网清洗后，将薄带铺覆于金属网表面，通过轧制，将薄带与金属机械嵌合后，将其置于连续式烧结炉中，在氮气保护条件下进行烧结，烧结温度为380℃，时间为15分钟，出炉后再进行精轧制，制得厚度为0.50mm，符合公差要求的轴套材料。

实施例7：

按上述表面润滑材料(聚合物材料)实施配方表第7列的配比进行聚合物材料的混合与制备，具体制备工艺与实施例1相同，将厚度为0.45mm，网孔直径为0.45mm的冲压成型圆孔状不锈钢网清洗后，将薄带铺覆于金属网表面，通过轧制，将薄带与金属机械嵌合后，将其置于连续式烧结炉中，在氮气保护条件下进行烧结，烧结温度为400℃，时间为15分钟，出炉后再进行精轧制，制得厚度为0.50mm，符合公差要求的轴套材料。

Claims (10)

1.一种聚合物自润滑薄层复合轴套，其特征在于，它由金属网作为支撑骨架与聚合物复合材料轧制而成，所述金属网的成型为网丝编织成型、双向拉伸成型、冲压成型或其它成型方式，网孔的形状为菱形、六边形、圆形或其它形状。

2.如权利要求1所述的一种聚合物自润滑薄层复合轴套，其特征在于，所述金属网为编织成型，厚度为0.20～0.50mm，网丝直径为0.20～0.30mm，网孔尺寸为0.30～0.50mm。

3.如权利要求1或2所述的一种聚合物自润滑薄层复合轴套，其特征在于，所述金属网的材质可以是锡青铜、不锈钢或铝合金中的一种。

4.如权利要求1或2所述的一种聚合物自润滑薄层复合轴套，其特征在于，所述聚合物复合材料的组成及重量含量分别为：(1)、聚四氟乙烯，重量含量为20～99％；(2)、其它有机氟树脂，采用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或两种，重量含量为0.1～20％；(3)、高温有机树脂，采用聚苯硫醚、聚醚醚酮或聚酰亚胺中的一种，重量含量为0.1～15％；(4)、纤维，采用玻璃纤维、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维的一种或两种，重量含量为0.1～15％；(5)、固体润滑剂，采用二硫化钼或石墨，重量含量为0.1～20％；(6)、具有协同润滑作用的填料，重量含量为0.1～15％。

5.如权利要求4所述的一种聚合物自润滑薄层复合轴套，其特征在于，所述聚合物复合材料中聚四氟乙烯及有机树脂的粒度为0.01～0.05mm，优选值为0.02～0.04mm。

6.如权利要求4或5所述的一种聚合物自润滑薄层复合轴套，其特征在于，所述聚合物复合材料中纤维的平均直径≤8μm，平均纤维长度为50μm以下，长径比为2∶1至5∶1。

7.如权利要求4或5所述的一种聚合物自润滑薄层复合轴套，其特征在于，所述聚合物材料中的具有协同润滑作用的填料采用金属氟化物、金属硫化物或金属磷酸盐中的一种，优选氟化钙、硫化钙或磷酸钙中的一种。

8.如权利要求4或5所述的一种聚合物自润滑薄层复合轴套，其特征在于，所述固体润滑剂和填料的平均粒径≤0.04 5mm，最佳粒径≤0.030mm。

9.一种聚合物自润滑薄层复合轴套的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：(1)、将聚四氟乙烯、有机氟树脂、高温有机树脂、纤维、固体润滑剂和无机物粉体的混合物于100～150℃的条件下进行干燥处理，将混合物脱去水分后冷却至室温；(2)、将脱去水后的混合物放入高速分散器中进行机械混合，保证机械混合的温度低于10℃，以达到均匀的分散程度；(3)、将均匀的混合物装入柱型模具中进行压制，保证压制压力为30～60MPa，压制后在烧结炉中进行自由烧结，烧结温度为350～400℃，烧结时间视制品尺寸而定，烧结完成后随炉冷却至室温，然后将烧结后的制品经机械车削成连续的薄带，厚度为0.10～0.60mm；(4)、将薄带铺覆于金属网表面，通过轧制，将薄带与金属复合成型后，将其置于连续式烧结炉中，在氮气保护条件下进行烧结，温度控制在350～400℃范围内，时间为5～30分钟，出炉后再进行精轧制，制得本发明所需的轴套材料；(5)、将轴套材料通过切断、卷圆、整形、翻边等系列工艺，制成本发明轴套。

10.如权利要求9所述的一种聚合物自润滑薄层复合轴套的制备方法，其特征在于，在制得复合材料后，先利用胶粘剂将其粘结在低碳钢板表面，然后再通过精轧形成多层复合材料，制得本发明所需的轴套材料。