CN104480717A - 一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料及改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料及改性方法，属于复合材料改性技术领域。该改性材料由以下重量份的原料制成：酚醛树脂60～70份、稀释剂20～30份、氧化铝粉5～20份、二硫化钼粉5～20份。改性方法为，将织物衬垫经过丙酮清洗、烘干，然后重复浸渍(在改性材料中)烘干直到织物衬垫中改性材料质量分数达到30±5％；然后对经过上述处理的织物衬垫施加0.1～0.3MPa的压力，并在150～180℃下保温2～3h，即可。本发明的改性材料配方和改性工艺简单实用，经济可行，使用的设备常见；可显著显著提高织物衬垫的摩擦学性能，进而提高自润滑关节轴承工作性能和使用寿命。

Description

一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料及改性方法

技术领域

本发明属于复合材料改性技术领域，涉及一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料及改性方法，具体是含纳米微粒氧化铝及二硫化钼的织物衬垫改性。

背景技术

关节轴承是一种球面滑动轴承，主要是由一个外球面内圈和一个内球面外圈组成。根据其工作时是否需要补充润滑剂，关节轴承可分为非自润滑关节轴承和自润滑关节轴承。自润滑关节轴承由一个外球面内圈和一个内球面上粘贴了自润滑织物衬垫的外圈构成，其性能主要取决于自润滑织物衬垫的性能。随着自润滑关节轴承在航空航天、高铁等领域应用的发展，急需研制能够适用于重载、高温或高摆频等工况条件下的产品。

目前，针对自润滑衬垫材料的制备以聚四氟乙烯纤维织物为主，由聚四氟乙烯等几种性质不同的长纤维混织而成，并在表面涂覆高强度的酚醛树脂制备而成，其产品性能稳定、寿命长。由聚四氟乙烯纤维与Nomex纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维等材料采用特定方法纺织，并经特殊浸渍处理后制成的复合织物，具有强度高，摩擦系数小等特点。与国外织物衬垫产品相比，国内产品在使用寿命、性能稳定、环境适应性等方面都存在较大差距。

在关节轴承织物衬垫涂层领域，戴李宗等(一种自润滑关节轴承织物衬垫涂层材料及其制备方法，中国专利，公开号CN103174022A)以环氧树脂、POSS、聚四氟乙烯、稀释剂、硅烷偶联剂、固化剂、表面活性剂为涂层配方材料，将原材料按一定比重混合成涂层材料均匀刷涂在织物表面，然后再进行烘烤、施压及保温固化等工艺，最终制得织物衬垫。但是该方法涂层配方材料较多且对织物衬垫耐磨性改进方面欠缺考虑。

发明内容

本发明目的在于提供一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料及改性方法。将改性材料配制成溶液，然后将织物衬垫浸渍在溶液中，在一定温度压力固化后织物衬垫改性完成。通过改性，利用酚醛树脂作为基体材料，可以增强纤维织物强度等力学性能；通过添加具有减摩耐磨性能的纳米颗粒，可以降低织物衬垫的摩擦系数和提高织物衬垫的耐磨性能。

本发明所采用的技术方案为：

一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：酚醛树脂60～70份、稀释剂20～30份、氧化铝粉5～20份、二硫化钼粉5～20份。

优选的，所述酚醛树脂为商品酚醛树脂，即酚醛-缩醛-有机硅型胶粘剂，主要成分为酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛树脂、有机硅化合物等；其中聚乙烯醇缩醛树脂有缩甲醛、缩乙醛、缩丁醛、缩丁糠醛等；其中有机硅化合物有正硅酸乙酯、烃基硅氧烷、聚有机硅氧烷等。

进一步的，所述稀释剂为醋酸乙酯和无水乙醇的混合溶液，醋酸乙酯与无水乙醇的体积比为0.80～1.20。

进一步的，所述氧化铝粉由固相法制备，粒径为80-100nm。

进一步的，所述二硫化钼粉由物理法制备，粒径为600-800nm。

本发明还提供了一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①根据上述的配比称取原料；

②将步骤①中称取的酚醛树脂溶于稀释剂中，然后加入氧化铝粉和二硫化钼粉，超声振荡即得自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料。

本发明还提供了一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将织物衬垫用丙酮清洗、烘干；

(2)将经步骤(1)处理的织物衬垫用蒸馏水煮15～30min，然后放入烘箱烘干；

(3)将经步骤(2)处理的织物衬垫浸渍在自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料中；

(4)将(3)中浸渍好的织物衬垫放入烘箱烘干；

(5)重复步骤(3)和(4)，直到织物衬垫中改性材料质量分数达到30±5％；

(6)将经过步骤(5)处理的织物衬垫施加0.1～0.3MPa的压力，并在150～180℃下保温2～3h，即可。

优选的，所述步骤(2)中烘干温度为80～100℃，烘干时间为1～2h。

优选的，所述步骤(4)中烘干温度为50～60℃，烘干时间为10～15min。

本发明的有益效果：

(1)本发明的改性材料配方简单实用，经济可行；改性工艺方法简单，使用的设备常见；纳米级和亚微米级改性材料的使用，不但能够在对磨面形成较薄且牢固的转移膜，而且微粒还可以起到“滚动”的效应，从而可以显著提高自润滑关节轴承工作性能和使用寿命(提高摩擦学性能，关节轴承性能与衬垫性能提高)。

(2)本发明提供了具有优异摩擦学性能的关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性方法，改性材料选择纳米级和亚微米级减摩耐磨颗粒，有利于对磨面上转移膜的形成，综合提高织物衬垫的摩擦学性能，可以显著提高织物衬垫的摩擦学性能，包括摩擦系数的降低和磨损率的减小，对织物衬垫的摩擦和磨损性能有一个综合的提高。

附图说明

附图1为关节轴承织物衬垫聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性后示意图。

附图2为关节轴承织物衬垫聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性前示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明保护范围的限定。

实施例1

自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料配方：

酚醛树脂(市售酚醛树脂)60份、稀释剂20份(醋酸乙酯8份、无水乙醇12份)、氧化铝粉(市售，固相法制备，粒径为80-100nm)5份、二硫化钼粉(市售，物理法制备，粒径为600-800nm)5份。

自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料的制备方法，如下：

①按上述的配方称取原料；

②将步骤①中称取的酚醛树脂溶于稀释剂中，搅拌1min，然后加入氧化铝粉和二硫化钼粉，搅拌1min，超声振荡15min即得自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性溶液。

将聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫用丙酮清洗干净并烘干，然后将织物衬垫用蒸馏水煮15min，最后将织物衬垫放入烘箱烘干(80℃，1h)。将处理好的织物衬垫浸渍在改性涂层溶液中，然后将浸渍好的织物衬垫放入烘箱烘干(50℃，10min)；将织物衬垫反复进行浸渍烘干多次，直到织物衬垫中改性材料质量分数达到35％。然后给织物衬垫施加0.2MPa的压力并在170℃下保温2h。

自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性工艺，包括以下步骤：

(1)将织物衬垫用丙酮清洗、烘干；

(2)将经步骤(1)处理的织物衬垫用蒸馏水煮15min，然后放入烘箱烘干；烘干温度为80℃，烘干时间为1h。

(3)将经步骤(2)处理的织物衬垫浸渍在自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性溶液中；

(4)将(3)中浸渍好的织物衬垫放入烘箱烘干；烘干温度为50℃，烘干时间为10min。

(5)重复步骤(3)和(4)，直到织物衬垫中改性材料质量分数达到35％；

(6)将经过步骤(5)处理的织物衬垫施加0.2MPa的压力，并在170℃下保温2h，即得自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物改性衬垫。

关节轴承织物衬垫聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性后示意图见附图1。

织物衬垫的摩擦学性能通过销盘式旋转摩擦试验来测定，条件为：常温，线速度0.5m/s，比压60MPa。测得平均摩擦系数为0.048，磨损率为1.69×10^-5mm³/Nm。

实施例2

自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料配方：

酚醛树脂(市售酚醛树脂)60份、稀释剂20份(醋酸乙酯8份、无水乙醇12份)、氧化铝粉(市售，固相法制备，粒径为80-100nm)15份、二硫化钼粉(市售，物理法制备，粒径为600-800nm)5份。

自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料的制备方法，如下：

①按上述的配方称取原料；

②将步骤①中称取的酚醛树脂溶于稀释剂中，搅拌1min，然后加入氧化铝粉和二硫化钼粉，搅拌1min，超声振荡15min即得自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性溶液。

将聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫用丙酮清洗干净并烘干，然后将织物衬垫用蒸馏水煮15min，最后将织物衬垫放入烘箱烘干(80℃，1h)。将处理好的织物衬垫浸渍在改性涂层溶液中，然后将浸渍好的织物衬垫放入烘箱烘干(50℃，10min)；将织物衬垫反复进行浸渍烘干多次，直到织物衬垫中改性材料质量分数达到35％。然后给织物衬垫施加0.2MPa的压力并在170℃下保温2h。

自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性工艺，包括以下步骤：

(1)将织物衬垫用丙酮清洗、烘干；

(2)将经步骤(1)处理的织物衬垫用蒸馏水煮15min，然后放入烘箱烘干；烘干温度为80℃，烘干时间为1h。

(3)将经步骤(2)处理的织物衬垫浸渍在自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性溶液中；

(4)将(3)中浸渍好的织物衬垫放入烘箱烘干；烘干温度为50℃，烘干时间为10min。

(5)重复步骤(3)和(4)，直到织物衬垫中改性材料质量分数达到35％；

(6)将经过步骤(5)处理的织物衬垫施加0.2MPa的压力，并在170℃下保温2h，即得自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物改性衬垫。

织物衬垫的摩擦学性能通过销盘式旋转摩擦试验来测定，条件为：常温，线速度0.5m/s，比压60MPa。测得平均摩擦系数为0.055，磨损率为1.12×10^-5mm³/Nm。

实施例3

自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料配方：

酚醛树脂(市售酚醛树脂)60份、稀释剂20份(醋酸乙酯8份、无水乙醇12份)、氧化铝粉(市售，固相法制备，粒径为80-100nm)5份、二硫化钼粉(市售，物理法制备，粒径为600-800nm)15份。

自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料的制备方法，如下：

①按上述的配方称取原料；

②将步骤①中称取的酚醛树脂溶于稀释剂中，搅拌1min，然后加入氧化铝粉和二硫化钼粉，搅拌1min，超声振荡15min即得自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性溶液。

将聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫用丙酮清洗干净并烘干，然后将织物衬垫用蒸馏水煮15min，最后将织物衬垫放入烘箱烘干(80℃，1h)。将处理好的织物衬垫浸渍在改性涂层溶液中，然后将浸渍好的织物衬垫放入烘箱烘干(50℃，10min)；将织物衬垫反复进行浸渍烘干多次，直到织物衬垫中改性材料质量分数达到35％。然后给织物衬垫施加0.2MPa的压力并在170℃下保温2h。

自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性工艺，包括以下步骤：

(1)将织物衬垫用丙酮清洗、烘干；

(2)将经步骤(1)处理的织物衬垫用蒸馏水煮15min，然后放入烘箱烘干；烘干温度为80℃，烘干时间为1h。

(3)将经步骤(2)处理的织物衬垫浸渍在自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性溶液中；

(4)将(3)中浸渍好的织物衬垫放入烘箱烘干；烘干温度为50℃，烘干时间为10min。

(5)重复步骤(3)和(4)，直到织物衬垫中改性材料质量分数达到35％；

(6)将经过步骤(5)处理的织物衬垫施加0.2MPa的压力，并在170℃下保温2h，即得自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物改性衬垫。

织物衬垫的摩擦学性能通过销盘式旋转摩擦试验来测定，条件为：常温，线速度0.5m/s，比压60MPa。测得平均摩擦系数为0.047，磨损率为2.41×10^-5mm³/Nm。

Claims (9)

1.一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：酚醛树脂60～70份、稀释剂20～30份、氧化铝粉5～20份、二硫化钼粉5～20份。

2.根据权利要求1所述的自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料，其特征在于，所述酚醛树脂为商品酚醛树脂。

3.根据权利要求1所述的自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料，其特征在于，所述稀释剂为醋酸乙酯和无水乙醇的混合溶液，醋酸乙酯与无水乙醇的体积比为0.80～1.20。

4.根据权利要求1所述的自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料，其特征在于，所述氧化铝粉由固相法制备，粒径为80-100nm。

5.根据权利要求1所述的自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料，其特征在于，所述二硫化钼粉由物理法制备，粒径为600-800nm。

6.一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①根据权利要求1-5所述的配比称取原料；

②将步骤①中称取的酚醛树脂溶于稀释剂中，然后加入氧化铝粉和二硫化钼粉，超声振荡即得自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料。

7.一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将织物衬垫用丙酮清洗、烘干；

(2)将经步骤(1)处理的织物衬垫用蒸馏水煮15～30min，然后放入烘箱烘干；

(3)将经步骤(2)处理的织物衬垫浸渍在自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料中；

(4)将(3)中浸渍好的织物衬垫放入烘箱烘干；

(5)重复步骤(3)和(4)，直到织物衬垫中改性材料质量分数达到30±5％；

(6)将经过步骤(5)处理的织物衬垫施加0.1～0.3MPa的压力，并在150～180℃下保温2～3h，即可。

8.根据权利要求7所述的自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性工艺，其特征在于，所述步骤(2)中烘干温度为80～100℃，烘干时间为1～2h。

9.根据权利要求7所述的自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性工艺，其特征在于，所述步骤(4)中烘干温度为50～60℃，烘干时间为10～15min。