CN104763748A - 一种竹塑复合滑动轴承及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竹塑复合滑动轴承，其特征在于，原料组分包括竹粉和超高分子量聚乙烯短纤维，以上组分以质量分数计分别为：竹粉50%～70%、超高分子量聚乙烯短纤维30%～50%。还公开了竹塑复合滑动轴承的制备工艺，包括竹粉的氧化处理、原料的混合、热模压成形、去飞边、倒角等工艺步骤。本发明涉及的竹塑复合滑动轴承以竹业剩余物、防弹防刺服加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物加工获得的竹粉和超高分子量聚乙烯短纤维为原料，经热模压成形制备得到，兼具固体自润滑、水润滑、重载、耐磨等特征，可广泛应用于中/轻载荷机电设备及高负荷工况。
Description
技术领域
本发明属新材料及绿色制造关键技术领域，特别涉及一种以竹业剩余物、防弹防刺服加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物加工获得的竹粉和超高分子量聚乙烯短纤维为原料的具有固体自润滑和水润滑功能的重载耐磨滑动轴承及其制备工艺。
背景技术
轴承作为当代机械设备中一种举足轻重的零部件，在机械传动过程中起降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的作用，可分为滚动轴承和滑动轴承两类。迄今滑动轴承的种类繁多，按材质可分为致密金属滑动轴承、烧结金属滑动轴承、橡胶滑动轴承、塑料滑动轴承、天然木质滑动轴承、人造木质滑动轴承等。其中，致密金属滑动轴承不具备自润滑功能，需附设油杯或油毡等润滑油供给系统，不仅轴承构件体积大、加油烦琐，且易形成油污；烧结金属滑动轴承、橡胶滑动轴承、塑料滑动轴承均有自润滑功能，无须供油系统，但由于其机械强度低、承载能力低、耐磨性各异、且不宜在高温工况下适用，仅适用于中/轻载荷机电设备（如纺织机械、食品机械、医药机械、民用船舶等），应用范围较窄；天然木质滑动轴承大多为水润滑轴承，例如铁梨木水润滑轴承，其曾为船舶工程立下过汗马功劳，但由于铁梨木原产于南美洲，产量低、价格昂贵，因而现在也很少使用；以层压胶木为代表的人造木质滑动轴承，试图替代天然铁梨木水润滑滑动轴承，但因层压胶木存在各向异性，并没有得到广泛应用。
综上，在上述材质的种种滑动轴承中几乎找不到同时具备固体自润滑、水润滑、重载、耐磨特征的滑动轴承，特别是通过农林及工业剩余物（特别是竹业与超高分子量聚乙烯防弹防刺服加工剩余物）的回收循环利用制备的具备明显环保特征的这类高性价比滑动轴承更是难求。
发明内容
为解决上述现有技术中滑动轴承存在问题与缺陷，本发明提供了一种竹塑复合滑动轴承，该竹塑复合滑动轴承以竹业剩余物、防弹防刺服加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物加工获得的竹粉和超高分子量聚乙烯短纤维为原料，经热模压成形制备得到，兼具固体自润滑、水润滑、重载、耐磨等特征，可广泛应用于中/轻载荷机电设备及高负荷工况。
此外，还提供了一种竹塑复合滑动轴承的制备工艺。
为实现以上技术目的，本发明采用的技术方案为：一种竹塑复合滑动轴承，其特征在于，原料组分包括竹粉和超高分子量聚乙烯短纤维，以上组分以质量分数计分别为：竹粉50%～70%、超高分子量聚乙烯短纤维30%～50%。
所述的超高分子量聚乙烯短纤维为防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割后混合均匀得到，其密度<1.0g/cm3、熔点≥145℃、轴向模量≥100Gpa、粒度≤1mm。
较佳实施情况下，所述的超高分子量聚乙烯短纤维中防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物的质量比为1～1.5：1。
所述的竹粉为毛竹粉，其粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%。
一种竹塑复合滑动轴承的制备工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
1）竹粉的氧化处理：将粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%的毛竹粉用纯度为27.5%～50%的工业双氧水浸泡5～10min后，经离心脱水、工业炉干燥至含水率≤15%备用；
2）原料的混合：将步骤1）获得的经氧化处理的竹粉与超高分子量聚乙烯短纤维分别按照质量分数为50%～70%、30%～50%进行均匀混合；
3）热模压成形：取步骤2）得到的均质混合料，在按特定制品技术要求设计制造的刚性成形模中热压成形，热压成形的主要工艺参数为：成形压力300～500MPa、成形温度130～160℃、保温保压时间10～60min；
4）去飞边、倒角：借助专用设备、夹具与刀具，按产品几何要求去除经由步骤3）获得的压坯两端的飞边，并进行倒角处理。
较佳实施情况下，步骤2）中所述原料混合的具体操作为首先将防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割至粒度≤1mm后按质量比例置于二维运动强搅拌混料机中混合5～20min，得均匀二维超高分子量聚乙烯短纤维；然后将经氧化处理的竹粉与超高分子量聚乙烯短纤维按质量比例置于三维运动强搅拌混料机中混合10～30min，得到均质混合料。
较佳实施情况下，步骤3）中所述热模压成形的主要工艺参数为成形压力400～450MPa、成形温度140～150℃、保温保压时间20～30min。
本发明的有益效果：本发明涉及的滑动轴承以竹粉和超高分子量聚乙烯短纤维为原料，其中，经氧化处理的竹粉在热模压成形过程中因部分成分转化成不定形碳而成为滑动轴承工作过程的固体润滑剂；这种竹塑复合材料在水介质中，部分成分由于摩擦热作用与水能形成具有自润滑效能的乳状液体。竹塑复合滑动轴承比烧结金属轴承软、比纯塑料轴承硬,可嵌入硬磨粒与杂质，同时由于传承超高分子量聚乙烯的高强、耐磨、耐水、耐腐蚀特性，具有良好的摩擦磨损性能、抗磨粒磨损性能、疲劳磨损性能和耐蚀性，不容易损坏配对的调质钢轴，具有与纯塑料滑动轴承类似的较好的异物埋没性。因而上述竹塑复合滑动轴承同时具备固体自润滑、水润滑、重载、耐磨特征，可作为固体润滑轴承或水润滑轴承替代粉末冶金烧结青铜滑动轴承、天然铁梨木滑动轴承用于中/轻载荷机电设备（如纺织机械、食品机械、医药机械、民用船舶等），更可用于高负荷工况（如野外作业重载装备、冶金机械等），制造成本仅为粉末冶金烧结青铜滑动轴承的1/2，性价比高；同时充分利用了农林及工业剩余物，实现变废为宝；不添加人工制剂，从而实现其从制造、使用到再回收利用全过程的绿色环保，是一种农林剩余物、工业垃圾高质清洁利用的绿色环保产业方案。
本发明提供的一种竹塑复合滑动轴承的制备工艺，该工艺采用热模压成形，成形过程中均使用材料行业常规设备，无需添加价格不菲的分散剂、粘结剂，成本低廉、操作简单、易于实现大规模生产与推广。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
一种竹塑复合滑动轴承，原料组分以质量分数包括竹粉50%～70%、超高分子量聚乙烯短纤维30%～50%；所述的超高分子量聚乙烯短纤维为防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割后混合均匀得到，其密度<1.0g/cm3、熔点≥145℃、轴向模量≥100Gpa、粒度≤1mm；所述的竹粉为毛竹粉，其粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%。
优选的，所述超高分子量聚乙烯短纤维中防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物的质量比为1～1.5：1。
该滑动轴承以竹粉和超高分子量聚乙烯短纤维为原料，经氧化处理的竹粉在热模压成形过程中因部分成分转化成不定形碳而成为滑动轴承工作过程的固体润滑剂；这种竹塑复合材料在水介质中，部分成分由于摩擦热作用与水能形成具有自润滑效能的乳状液体。竹塑复合滑动轴承比烧结金属轴承软、比纯塑料轴承硬,可嵌入硬磨粒与杂质，同时由于传承超高分子量聚乙烯的高强、耐磨、耐水、耐腐蚀特性，具有良好的摩擦磨损性能、抗磨粒磨损性能、疲劳磨损性能和耐蚀性，不容易损坏配对的调质钢轴，具有与纯塑料滑动轴承类似的较好的异物埋没性，因而，本发明竹塑复合滑动轴承同时具备固体自润滑、水润滑、重载、耐磨特征。
上述竹塑复合滑动轴承的制备工艺，包括以下工艺步骤：
1）竹粉的氧化处理：为确保竹粉颗粒与超高分子量聚乙烯短纤维牢固复合，创造亲和界面条件，将粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%的毛竹粉用纯度为27.5%～50%的工业双氧水浸泡5～10min后，经离心脱水、工业炉干燥至含水率≤15%备用；
2）原料的混合：将步骤1）获得的经氧化处理的竹粉与超高分子量聚乙烯短纤维分别按照质量分数为50%～70%、30%～50%进行均匀混合；
优选的，原料混合的具体操作为首先将防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割至粒度≤1mm后按质量比例置于二维运动强搅拌混料机中混合5～20min，得均匀二维超高分子量聚乙烯短纤维；然后将上述超高分子量聚乙烯短纤维均匀混合物与经氧化处理的竹粉按质量比例置于三维运动强搅拌混料机中混合10～30min，得到均质混合料；
3）热模压成形：取步骤2）得到的均质混合料，在按特定制品技术要求设计制造的刚性成形模中热压成形，热压成形的主要工艺参数为：成形压力300～500MPa、成形温度130～160℃、保温保压时间10～60min；
优选的，热模压成形的主要工艺参数为成形压力400～450MPa、成形温度140～150℃、保温保压时间20～30min；
该步骤采用热模压成形，成形过程中均使用材料行业常规设备，无需添加价格不菲的分散剂、粘结剂，成本低廉、无环保隐忧、操作简单、易于实现大规模生产与推广。
4）去飞边、倒角：借助专用设备、夹具与刀具，按产品几何要求去除经由步骤3）获得的压坯两端的飞边，并进行倒角处理。
以下是具体实施例。
实施例1：
一种竹塑复合滑动轴承，原料组分以质量分数计包括竹粉50%、超高分子量聚乙烯短纤维50%；其中，超高分子量聚乙烯短纤维为防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割至粒度≤1mm后按照质量比1：1混合均匀得到，其密度<1.0g/cm3、熔点≥145℃、轴向模量≥100Gpa；竹粉为毛竹粉，其粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%。
上述竹塑复合滑动轴承的制备工艺，包括以下工艺步骤：
1）竹粉的氧化处理：将粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%的毛竹粉用纯度为27.5%的工业双氧水浸泡10min后，经离心脱水、工业炉干燥至含水率≤15%备用；
2）原料的混合：首先将防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割至粒度≤1mm后按质量比例置于二维运动强搅拌混料机中混合20min，得均匀二维超高分子量聚乙烯短纤维；然后将上述超高分子量聚乙烯短纤维均匀混合物与经氧化处理的竹粉按质量比例置于三维运动强搅拌混料机中混合10min，得到均质混合料；
3）热模压成形：取步骤2）得到的均质混合粉，在按特定制品技术要求设计制造的刚性成形模中热压成形，热压成形的主要工艺参数为：成形压力300MPa、成形温度160℃、保温保压时间10min；
4）去飞边、倒角：借助专用设备、夹具与刀具，按产品几何要求去除经由步骤3）获得的压坯两端的飞边，并进行倒角处理。
实施例2：
一种竹塑复合滑动轴承，原料组分以质量分数计包括竹粉70%、超高分子量聚乙烯短纤维30%；其中，超高分子量聚乙烯短纤维为防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割至粒度≤1mm后按照质量比1.5：1混合均匀得到，其密度<1.0g/cm3、熔点≥145℃、轴向模量≥100Gpa；竹粉为毛竹粉，其粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%。
上述竹塑复合滑动轴承的制备工艺，包括以下工艺步骤：
1）竹粉的氧化处理：将粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%的毛竹粉用纯度为50%的工业双氧水浸泡5min后，经离心脱水、工业炉干燥至含水率≤15%备用；
2）原料的混合：首先将防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割至粒度≤1mm后按质量比例置于二维运动强搅拌混料机中混合5min，得均匀二维超高分子量聚乙烯短纤维；然后将上述超高分子量聚乙烯短纤维均匀混合物与经氧化处理的竹粉按质量比例置于三维运动强搅拌混料机中混合30min，得到均质混合料；
3）热模压成形：取步骤2）得到的均质混合粉，在按特定制品技术要求设计制造的刚性成形模中热压成形，热压成形的主要工艺参数为：成形压力500MPa、成形温度130℃、保温保压时间60min；
4）去飞边、倒角：借助专用设备、夹具与刀具，按产品几何要求去除经由步骤3）获得的压坯两端的飞边，并进行倒角处理。
实施例3：
一种竹塑复合滑动轴承，原料组分以质量分数计包括竹粉60%、超高分子量聚乙烯短纤维40%；其中，超高分子量聚乙烯短纤维为防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割至粒度≤1mm后按照质量比1.3：1混合均匀得到，其密度<1.0g/cm3、熔点≥145℃、轴向模量≥100Gpa；竹粉为毛竹粉，其粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%。
上述竹塑复合滑动轴承的制备工艺，包括以下工艺步骤：
1）竹粉的氧化处理：将粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%的毛竹粉用纯度为40%的工业双氧水浸泡8min后，经离心脱水、工业炉干燥至含水率≤15%备用；
2）原料的混合：首先将防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割至粒度≤1mm后按质量比例置于二维运动强搅拌混料机中混合15min，得均匀二维超高分子量聚乙烯短纤维；然后将上述超高分子量聚乙烯短纤维均匀混合物与经氧化处理的竹粉按质量比例置于三维运动强搅拌混料机中混合20min，得到均质混合料；
3）热模压成形：取步骤2）得到的均质混合粉，在按特定制品技术要求设计制造的刚性成形模中热压成形，热压成形的主要工艺参数为：成形压力400MPa、成形温度150℃、保温保压时间30min；
4）去飞边、倒角：借助专用设备、夹具与刀具，按产品几何要求去除经由步骤3）获得的压坯两端的飞边，并进行倒角处理。
实施例4：
一种竹塑复合滑动轴承，原料组分以质量分数计包括竹粉65%、超高分子量聚乙烯短纤维35%；其中，超高分子量聚乙烯短纤维为防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割至粒度≤1mm后按照质量比1.25：1混合均匀得到，其密度<1.0g/cm3、熔点≥145℃、轴向模量≥100Gpa；竹粉为毛竹粉，其粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%。
上述竹塑复合滑动轴承的制备工艺，包括以下工艺步骤：
1）竹粉的氧化处理：将粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%的毛竹粉用纯度为35%的工业双氧水浸泡7min后，经离心脱水、工业炉干燥至含水率≤15%备用；
2）原料的混合：首先将防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割至粒度≤1mm后按质量比例置于二维运动强搅拌混料机中混合10min，得均匀二维超高分子量聚乙烯短纤维；然后将上述超高分子量聚乙烯短纤维均匀混合物与经氧化处理的竹粉按质量比例置于三维运动强搅拌混料机中混合25min，得到均质混合料；
3）热模压成形：取步骤2）得到的均质混合粉，在按特定制品技术要求设计制造的刚性成形模中热压成形，热压成形的主要工艺参数为：成形压力450MPa、成形温度140℃、保温保压时间20min；
4）去飞边、倒角：借助专用设备、夹具与刀具，按产品几何要求去除经由步骤3）获得的压坯两端的飞边，并进行倒角处理。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种竹塑复合滑动轴承，其特征在于，原料组分包括竹粉和超高分子量聚乙烯短纤维，以上组分以质量分数计分别为：竹粉50%～70%、超高分子量聚乙烯短纤维30%～50%。
2.根据权利要求1所述的一种竹塑复合滑动轴承，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯短纤维为防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割后混合均匀得到，其密度<1.0g/cm3、熔点≥145℃、轴向模量≥100Gpa、粒度≤1mm。
3.根据权利要求2所述的一种竹塑复合滑动轴承，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯短纤维中防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物的质量比为1～1.5：1。
4.根据权利要求1所述的一种竹塑复合滑动轴承，其特征在于，所述的竹粉为毛竹粉，其粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%。
5.如权利要求1-4所述的任意一种竹塑复合滑动轴承的制备工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
1）竹粉的氧化处理：将粒度≤0.35mm、含水率为15%～20%的毛竹粉用纯度为27.5%～50%的工业双氧水浸泡5～10min后，经离心脱水、工业炉干燥至含水率≤15%备用；
2）原料的混合：将步骤1）获得的经氧化处理的竹粉与超高分子量聚乙烯短纤维分别按照质量分数为50%～70%、30%～50%进行均匀混合；
3）热模压成形：取步骤2）得到的均质混合料，在按特定制品技术要求设计制造的刚性成形模中热压成形，热压成形的主要工艺参数为：成形压力300～500MPa、成形温度130～160℃、保温保压时间10～60min；
4）去飞边、倒角：借助专用设备、夹具与刀具，按产品几何要求去除经由步骤3）获得的压坯两端的飞边，并进行倒角处理。
6.根据权利要求5所述的一种竹塑复合滑动轴承的制备工艺，其特征在于，步骤2）中所述原料混合的具体操作为首先将防弹防刺服的加工剩余物与防弹防刺老化制品回收物经切割至粒度≤1mm后按质量比例置于二维运动强搅拌混料机中混合5～20min，得均匀二维超高分子量聚乙烯短纤维；然后将经氧化处理的竹粉与超高分子量聚乙烯短纤维按质量比例置于三维运动强搅拌混料机中混合10～30min，得到均质混合料。
7.根据权利要求5所述的一种竹塑复合滑动轴承的制备工艺，其特征在于，步骤3）中所述热模压成形的主要工艺参数为成形压力400～450MPa、成形温度140～150℃、保温保压时间20～30min。
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