CN101672325B - Peek覆膜高性能滑动轴承的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PEEK覆膜高性能滑动轴承的生产工艺。旨在提供一种具有高PV值，抗疲劳性优良，耐高温、耐磨性能优越的PEEK覆膜高性能滑动轴承的生产工艺。它以钢板为基材，在基材的工作表面按现有技术烧结一层球形青铜粉层，制成多孔铜粉复合板材，在球形青铜粉层面上与一层改性聚醚醚酮薄膜通过热压使接触面在熔融状态下互渗镶嵌结合，制成改性聚醚醚酮复合板材，再对改性聚醚醚酮复合板材根据滑动轴承的规格按常规工艺进行裁料、卷制加工成有一合缝的滑动轴承。适用于高压柱塞油泵、大排量齿轮油泵、叶片油泵、可变排量的压缩机、液压马达、汽轮机、水轮发电机以及航天航空、军工等领域所用的滑动轴承。
Description
技术领域
本发明是一种滑动轴承及其制造方法，尤其涉及一种高PV值、耐高温、抗疲劳、耐磨性能优越的PEEK覆膜高性能滑动轴承及其制造方法。
背景技术
PEEK(聚醚醚酮)是一种高性能的树脂材料，耐高温性能十分突出，可在250℃下长期使用，瞬间使用温度可达300℃，其刚性大、尺寸稳定性好、线胀系数小；PEEK化学稳定性好，对酸、碱及几乎所有的有机溶剂都有很强的抗腐蚀能力；PEEK滑动摩擦磨损性能和抗疲劳冲击性能优异，尤其是能在250℃下保持高耐磨性和低摩擦因数及高承载能力。凭借这些优异的综合性能，业内普通采用PEEK作为减摩材料来制作高性能的滑动轴承。
目前PEEK滑动轴承制造方法大体有如下两种：
第一种是以我公司前技术为代表的：即专利号ZL200520014436.2“聚醚醚酮三层复合滑动轴承”，其制作方法是：以钢为基体，在基体的工作表面按现有技术烧结一层球形青铜球粉层，制成多孔铜粉复合板材，把改性PEEK粒子铺在球形青铜球粉层面上，进炉加热，待熔融状后经轧机轧制，形成聚醚醚酮的三层滑动轴承复合板材，经裁剪、卷制成三层复合滑动轴承。
第二种是以专利申请号200610047340.5“耐高温自润滑轴承及制作方法”为代表的，其制作方法是：以钢为基体，在基体的工作表面按现有技术烧结一层球形青铜粉层，制成多孔铜粉复合板材，将多孔铜粉复合板材加热到150～200℃，将改性PEEK粉料经双螺杆挤出机挤出，并将所挤出的带状改性PEEK连续涂敷在多孔铜粉复合板材上轧制；经裁剪、卷制成耐高温自润滑轴承。
以上两种滑动轴承的生产存在以下不足：
1、第一种方法：虽工艺简单，但由于铺撒PEEK粒子很难达到均匀，轧制中出现树脂前后端温度差，在界面熔融不充分，表面出现鱼鳞片状，造成树脂强度降低，且难保证PEEK塑料层粒子间熔融轧制结合的性能保持连续一致性，以及树脂在铜球粉孔隙中渗透性较差、结合力低，造成滑动轴承载能力、PV值和疲劳强度下降，同时也因工艺原因只能适用于小批量生产，不能形成规模化连续生产。
2、第二种方法：将挤出的带状改性PEEK连续涂敷在多孔铜粉复合板材上，存在先挤出的带状改性PEEK涂敷在多孔铜粉复合板材上，与在后挤出的带状改性PEEK涂敷在多孔铜粉复合板上时，前后两次存在一个时间差，从而产生先后二次的温度差，由于PEEK受工艺温度变化，存在PEEK界面熔融不充分，相互间结合力差，造成轴承材料的密度、机械强度、承载能力、PV值、疲劳强度以及尺寸精度等都会带来不一致性，使得整体性能下降。另外还会有较多的飞边和废料出现。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术所存在的上述缺陷，提供一种具有高PV值，抗疲劳性优良，耐高温、耐磨性能优越的PEEK覆膜高性能滑动轴承及其制造方法。
为了达到上述要求，本发明的技术方案是：它以钢板为基材，在基材的工作表面按现有技术烧结一层球形青铜粉层，制成多孔铜粉复合板材，其特征是在球形青铜粉层面上与一层改性聚醚醚酮薄膜通过热压使接触面在熔融状态下互渗镶嵌结合，制成改性聚醚醚酮复合板材，再对改性聚醚醚酮复合板材根据滑动轴承的规格按常规工艺进行裁料、卷制加工成有一合缝的滑动轴承。
上述PEEK覆膜高性能滑动轴承的生产工艺，其特征依次包括有下列步骤：
A、烧结：在基材上均匀铺上球形青铜粉后按现有技术一起烧结成多孔铜粉复合板材；
B、预热：将多孔铜粉复合板材置于300～320℃的环境下加热2～3min；
C、盖膜：在多孔铜粉复合板材的球形青铜粉层面上覆盖改性聚醚醚酮薄膜；
D、热压：对覆盖有改性聚醚醚酮薄膜的多孔铜粉复合板材同时加压15～20kg/cm2、加热345～355℃并保温2～3min，使改性聚醚醚酮材料在与球形青铜粉层接触面熔融状态下互渗镶嵌结合，制成改性聚醚醚酮复合板材；
E、平轧：对改性聚醚醚酮复合板材在轧机上校平、轧制到规定的厚度；
F、裁料：按轴承的规格下料；
G、成型：卷制加工成型，完成摩擦表面熔结有改性聚醚醚酮薄膜的钢基滑动轴承的加工。
还可以在步骤E平轧与F裁料之间设有在改性聚醚醚酮膜表面轧制有均匀分布的油穴的步骤。
上述改性聚醚醚酮薄膜的生产工艺依次是：
A、配方造粒：原料按体积百分比：聚四氟乙烯10～20％、碳纤维10～15％、石墨5～8％、碳黑2～4％和余量为聚醚醚酮；将所述的原料均匀混合，经造粒机加工出由所述原料制成的改性聚醚醚酮粒料；
B、挤出片状薄膜：将改性聚醚醚酮粒料经挤出机连续挤出成片状的改性聚醚醚酮；
C、压延：对片状的改性聚醚醚酮经压延，形成厚度为0.2～0.4mm的改性聚醚醚酮薄膜；
D、切废边：切除改性聚醚醚酮薄膜两侧的废边，使其成为宽度相同带状的改性聚醚醚酮薄膜；
E、冷却定型：将改性聚醚醚酮薄膜浸入水中冷却定型；
F、收卷：将定型后的带状改性聚醚醚酮薄膜收卷到卷筒上备用。
通过多年试验、摸索惊奇地发现，将改性PEEK树脂制成薄膜后再用热压复合工艺复合到多孔铜粉复合板材上，却获得了意想不到的稳定而又优良的技术性能，在摩擦磨损性能和抗疲劳冲击性能表现尤为突出。对于改性聚醚醚酮薄膜由于在生产过程中采用连续挤出，从而保证了材料的均匀性，强度、厚度、密度的连续一致性。
按照上述结构和方法制造的PEEK覆膜高性能滑动轴承具有高刚性、高强度、耐高温、耐摩擦、抗磨耗的优良性能，特别可适用于重载荷、变载、高PV值的高压柱塞油泵、大排量齿轮油泵、叶片油泵、可变排量的压缩机、液压马达、汽轮机、水轮发电机以及航天航空、军工等领域所用的滑动轴承。
附图说明
图1是PEEK覆膜高性能滑动轴承的主视图；
图2是实施例在摩擦磨损性能试验前的状态图；
图3是实施例在摩擦磨损性能试验后的状态图；
图4是比较例1在摩擦磨损性能试验前的状态图；
图5是比较例1在摩擦磨损性能试验后的状态图；
图6是比较例2在摩擦磨损性能试验前的状态图；
图7是比较例2在摩擦磨损性能试验后的状态图；
图8是实施例在抗疲劳冲击性能试验前的状态图；
图9是实施例在抗疲劳冲击性能试验后的状态图；
图10是比较例1在抗疲劳冲击性能试验前的状态图；
图11是比较例1在抗疲劳冲击性能试验后的状态图；
图12是比较例2在抗疲劳冲击性能试验前的状态图；
图13是比较例2在抗疲劳冲击性能试验后的状态图；
图14是实施例材料断面在电镜放大200倍时的状态图；
图15是比较例1材料断面在电镜放大200倍时的状态图；
图16是比较例2材料断面在电镜放大200倍时的状态图。
其中：1、基材；2、球形青铜粉层；3、改性聚醚醚酮薄膜；4、合缝。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
图1是PEEK覆膜高性能滑动轴承的主视图。从图中看出，它以钢板为基材1，在基材1的工作表面按现有技术烧结一层球形青铜粉层2，制成多孔铜粉复合板材，在在球形青铜粉层2面上与一层改性聚醚醚酮薄膜3通过热压使接触面在熔融状态下互渗镶嵌结合，制成改性聚醚醚酮复合板材，再对改性聚醚醚酮复合板材根据滑动轴承的规格按常规工艺进行裁料、卷制加工成有一合缝4的滑动轴承。
PEEK覆膜高性能滑动轴承的生产工艺，其特征依次包括有下列步骤：
A、烧结：在基材上均匀铺上球形青铜粉后按现有技术一起烧结成多孔铜粉复合板材；
B、预热：将多孔铜粉复合板材置于300～320℃的环境下加热2～3min；
C、盖膜：在多孔铜粉复合板材的球形青铜粉层面上覆盖改性聚醚醚酮薄膜；
D、热压：对覆盖有改性聚醚醚酮薄膜的多孔铜粉复合板材同时加压15～20kg/cm2、加热345～355℃并保温2～3min，使改性聚醚醚酮材料在与球形青铜粉层接触面熔融状态下互渗镶嵌结合，制成改性聚醚醚酮复合板材；
E、平轧：对改性聚醚醚酮复合板材在轧机上校平、轧制到规定的厚度；
F、裁料：按轴承的规格下料；
G、成型：卷制加工成型，完成摩擦表面熔结有改性聚醚醚酮薄膜的钢基滑动轴承的加工。
还可以在步骤E平轧与F裁料之间设有在改性聚醚醚酮薄膜表面轧制有均匀分布的油穴的步骤。
上述改性聚醚醚酮薄膜的生产工艺依次是：
A、配方造粒：原料按体积百分比：聚四氟乙烯10～20％、碳纤维10～15％、石墨5～8％、碳黑2～4％和余量为聚醚醚酮；将所述的原料均匀混合，经造粒机加工出由所述原料制成的改性聚醚醚酮粒料；
B、挤出片状薄膜：将改性聚醚醚酮粒料经挤出机连续挤出成片状的改性聚醚醚酮；
C、压延：对片状的改性聚醚醚酮经压延，形成厚度为0.2～0.4mm的改性聚醚醚酮薄膜；
D、切废边：切除改性聚醚醚酮薄膜两侧的废边，使其成为宽度相同带状的改性聚醚醚酮薄膜；
E、冷却定型：将改性聚醚醚酮薄膜浸入水中冷却定型；
F、收卷：将定型后的带状改性聚醚醚酮薄膜收卷到卷筒上备用。
生产PEEK覆膜高性能滑动轴承的实施例
1、制作改性PEEK薄膜
a、配方混合：按重量百分比：聚四氟乙烯15％、碳纤维10％、石墨8％、碳黑3％，余量为64％的聚醚醚酮一起均匀混合。
b、造粒：将混合物放入双螺杆造料机加工出改性聚醚醚酮粒料。
c、挤出片状薄膜：将改性聚醚醚酮粒料经单螺杆机挤出厚度0.5mm、宽度180mm的片状改性聚醚醚酮。
d、两次压延：经两次压延至薄膜厚度，宽度210±5mm。
e、切废边：切除改性聚醚醚酮薄膜两侧的废边，成宽度200mm带状的改性聚醚醚酮薄膜。
f、冷却定型：由流水线导向滚轮把改性聚醚醚酮薄膜浸入水池箱冷却定型。
g、牵引收卷：将定型后的带状改性聚醚醚酮薄膜绕到卷筒上备用。
2、PEEK覆膜高性能滑动轴承的制作，两种轴承的尺寸：Φ39×Φ35×30(高度)及Φ39×Φ35×20(高度)
a、烧结：取牌号SPCC基材钢板厚度
在基材上均匀铺上目数为-120+140的青铜粉，按现有技术在基材上烧结一层青铜球粉层，制成多孔铜粉复合板材，厚度达到
b、预热：将多孔铜粉复合板材置于热压机内加热到300℃后保温3min；
c、盖膜：在多孔铜粉复合板材的青铜粉层面上覆盖PEEK薄膜；
d、热压：对覆盖有改性聚醚醚酮薄膜的多孔铜粉复合板材同时加压20kg/cm2、加热350℃并保温3min使PEEK材料在与球形青铜粉层接触面熔融状态下互渗镶嵌结合，制成复合板材；
e、收卷：即将复合板材收卷到卷筒上；
f、平轧：调整轧机间隙，对复合板材在轧机上校平、轧制，控制复合板材厚度在
g、裁料：按Φ39×Φ35×30(高度)及Φ39×Φ35×20(高度)二种轴承要求展开下料；
i、成型：卷制加工成型，尺寸检测，完成摩擦表面熔结有改性聚醚醚酮薄膜的钢基滑动轴承的加工。
如果滑动轴承有要求在内壁有油穴，则在步骤f平轧与g裁料之间还设有在聚醚醚酮薄膜表面轧制有均匀分布的油穴的步骤。
上述b放卷预热、c覆膜、d热压、e收卷均在自动流水线上完成的。
以下是按本公司以前技术专利号ZL200520014436.2“聚醚醚酮三层复合滑动轴承”的配方制作而成同规格的聚醚醚酮三层复合滑动轴承，作为比较例1与本发明进行比较。
比较例1
1、制作改性PEEK粒料。
a、按重量百分比PTFE(聚四氟乙烯)15％，碳纤维10％，石墨8％，碳黑3％，余量PEEK(聚醚醚酮)均匀混合。
b、混合物经双螺杆造料机加工出改性PEEK粒料。
2、PEEK滑动轴承的制作。(要求：无油穴，尺寸：Φ39×Φ35×30(高度)及Φ39×Φ35×20(高度)二种轴承)。
a、烧结：取牌号SPCC基材钢板厚度
经镀铜处理采用青铜粉，目数-120+140，按现有技术在基材上烧结上一层青铜球粉层，即制成多孔铜球复合板材，厚度达到
b、铺粒子：在多孔铜球复合板材上用手均匀铺上改性PEEK粒料。
c、进炉加热：把铺设好的多孔铜球复合板材进炉加热，炉长15mm，速度533mm/min，炉温360℃。
d、轧制：板材出炉口立即进轧机轧制，并立刻调头再轧一遍，后马上浸入冷水中冷却。调轧机间隙使板材厚控制在
e、裁料：按Φ39×Φ35×30(高度)及Φ39×Φ35×20(高度)二种轴承要求展开下料。
f、成型：卷制成型，尺寸检测，完成聚醚醚酮三层复合滑动轴承的制作。
以下是实施例与比较例1及按申请号200610047340.5耐高温自润滑轴承及制作方法得到的称比较例2的三种滑动轴承的技术性能比较。
1、滑动轴承摩擦磨损性能试验比较见表1
测试条件：浸油润滑，速度V：5m/s，载荷P：23MPa，时间：4h
试样尺寸均为：Φ39×Φ35×20。
表1滑动轴承摩擦磨损性能试验比较
| 三种滑动轴承 | 摩擦因数μ | 温升℃ | 磨损量mm | 报告编号 |
| 实施例 | 0.0173 | 112.1 | 0.010 | 090313 |
| 比较例1 | 0.199 | 137.5 | 0.110 | 090324 |
| 比较例2 | 0.0724 | 148.7 | 0.090 | 090312 |
三种滑动轴承在摩擦磨损性能试验前后的状态见图2-图7。
2、滑动轴承抗疲劳冲击性能试验比较见表2
测试条件：主轴转速2500rpm，冲击次数120次/min，载荷20MPa，时间120h试样尺寸均为：Φ39×Φ35×30。
表2滑动轴承抗疲劳冲击性能试验比较
三种滑动轴承在抗疲劳冲击性能试验前后的状态见图8-图13。
3、试件材料的压缩变形试验(变形量)比较表
4、试件材料的超声波失重试验比较
注：该试验在超声波失重试验机上进行，观察在此试验条件下，试验前后减摩材料脱离试件机体的重量，以检验减摩材料的结合力。
5、材料断面在电镜放大观察。实施例与比较例1、比较例2的材料断面在EVOMA10电镜放大图中看出：
实施例电镜放大200倍改性PEEK均匀一致与铜球粉结合良好见图14
比较例1电镜放大200倍改性PEEK发现不均匀有冷流造成的空洞缺陷，改性PEEK与铜球粉结合存在填充不足的缺陷见图15。
比较例2电镜放大200倍改性PEEK同样发现冷流造成的空洞缺陷，改性PEEK与铜球粉结合存在填充不足的缺陷见图16。
根据上述对三种滑动轴承的四种性能测试和材料断面放大观察，可以得出，按照本发明制造的PEEK覆膜高性能滑动轴承(实施例)与现有的PEEK滑动轴承(比较例1、比较例2)不管在摩擦磨损性能、抗疲劳冲击性能、抗压缩变形性能、减摩材料的结合强度以及微观组织均明显优于现有的PEEK滑动轴承，具有显著的技术进步。
Claims (5)
1.一种PEEK覆膜高性能滑动轴承的生产工艺，其中，PEEK覆膜高性能滑动轴承以钢板为基材，在基材的工作表面按现有技术烧结一层球形青铜粉层，制成多孔铜粉复合板材，在球形青铜粉层面上与一层改性聚醚醚酮薄膜通过热压使接触面在熔融状态下互渗镶嵌结合，制成改性聚醚醚酮复合板材，再对改性聚醚醚酮复合板材根据滑动轴承的规格按常规工艺进行裁料、卷制加工成有一合缝的滑动轴承，其特征在于：所述的PEEK覆膜高性能滑动轴承的生产工艺依次包括有下列步骤：
A、烧结：在基材上均匀铺上球形青铜粉后按现有技术一起烧结成多孔铜粉复合板材；
B、预热：将多孔铜粉复合板材置于300～320℃的环境下加热2～3min；
C、盖膜：在多孔铜粉复合板材的球形青铜粉层面上覆盖改性聚醚醚酮薄膜；
D、热压：对覆盖有改性聚醚醚酮薄膜的多孔铜粉复合板材同时加压15～20kg/cm2、加热345～355℃并保温2～3min，使改性聚醚醚酮材料在与球形青铜粉层接触面熔融状态下互渗镶嵌结合，制成改性聚醚醚酮复合板材；
E、平轧：对改性聚醚醚酮复合板材在轧机上校平、轧制到规定的厚度；
F、裁料：按轴承的规格下料；
G、成型：卷制加工成型，完成摩擦表面熔结有改性聚醚醚酮薄膜的钢基滑动轴承的加工。
2.根据权利要求1所述的PEEK覆膜高性能滑动轴承的生产工艺，其特征在于其中所述的改性聚醚醚酮薄膜的生产工艺依次是：
A、配方造粒：原料按体积百分比：聚四氟乙烯10～20％、碳纤维10～15％、石墨5～8％、碳黑2～4％和余量为聚醚醚酮；将所述的原料均匀混合，经造粒机加工出由所述原料制成的改性聚醚醚酮粒料；
B、挤出片状薄膜：将改性聚醚醚酮粒料经挤出机连续挤出成片状的改性聚醚醚酮；
C、压延：对片状的改性聚醚醚酮经压延，形成厚度为0.2～0.4mm的改性聚醚醚酮薄膜；
D、切废边：切除改性聚醚醚酮薄膜两侧的废边，使其成为宽度相同带状的改性聚醚醚酮薄膜；
E、冷却定型：将改性聚醚醚酮薄膜浸入水中冷却定型；
F、收卷：将定型后的带状改性聚醚醚酮薄膜收卷到卷筒上备用。
3.根据权利要求1所述的PEEK覆膜高性能滑动轴承的生产工艺，其特征是在步骤E平轧与F裁料之间还设有在改性聚醚醚酮薄膜表面轧制有均匀分布的油穴的步骤。
4.根据权利要求1所述的PEEK覆膜高性能滑动轴承的生产工艺，其特征是其中步骤B预热、C覆膜和D热压是在自动流水线上完成的。
5.根据权利要求1所述的PEEK覆膜高性能滑动轴承的生产工艺，其特征是在步骤D热压与E平轧之间还设有收卷的步骤，即将改性聚醚醚酮复合板材收卷到卷筒上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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