CN105864296B - 聚酯材料滑动轴承及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚酯材料滑动轴承及其制备方法，其中聚酯材料滑动轴承包括作为外层的增强层和作为内层的耐磨层，增强层由热塑性饱和聚酯、增强纤维、增韧剂和成核剂通过挤出、注塑成型制备得到；耐磨层由热塑性饱和聚酯、增韧剂、减磨助剂通过挤出、注塑成型制备得到。聚酯材料滑动轴承的制备方法，包括制备增强层、制备耐磨层、加工成轴承等步骤。本发明的聚酯材料滑动轴承能够同时具有优异的力学性能、耐磨性，吸水率低，尺寸稳定性、耐腐蚀和化学溶剂性好，成型性良好，在载荷条件下耐蠕变性能好等优点。

Description

聚酯材料滑动轴承及其制备方法

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种聚酯材料滑动轴承及其制备方法。

背景技术

滑动轴承是对轴起支承或导向作用的零部件，广泛用于生产和生活的各种机械设备中。滑动轴承根据轴承衬材料可以分为金属轴承、塑料轴承等。塑料轴承具有自润滑性能好、摩擦系数低、成型简单、噪音低、重量轻等优点，在许多场合下已经成功替代金属轴承。但塑料的耐高温和抗压性能有限，在热及载荷作用下容易发生变形和磨损加快。需要通过材料改性及结构优化弥补缺陷，这是现在塑料轴承的研究及开发的重要方向。目前，提高塑料耐高温和抗压能力最简单有效的方法是使用增强纤维与塑料共混进行增强改性，最常用的是玻璃纤维。但使用玻璃纤维增强改性后，材料的摩擦系数和磨损量明显提高，降低塑料轴承的耐磨性能。

热塑性饱和聚酯是一类常用的工程塑料的总称，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等。热塑性聚酯具有优异的力学性能、耐磨性，吸水率低，尺寸稳定性好，成型性良好，在载荷条件下耐蠕变性能好。现有资料未有报道热塑性饱和聚酯用于滑动轴承领域。

目前，滑动轴承主要的耐磨材料为金属材料(金属材料包括灰铸铁、铜基合金和巴氏合金等)和塑料(塑料为聚四氟乙烯、尼龙等)。但金属滑动轴承不具有自润滑性，使用过程中需要定期润滑，同时具有比重大、容易腐蚀等缺点；聚四氟乙烯塑料的摩擦系数极低、耐腐蚀、耐高低温、静摩擦系数小于动摩擦系数，用于轴承表现为起动阻力小，运转平稳；耐温性优良，摩擦系数稳定，耐腐蚀性介质，聚四氟乙烯几乎能耐所有溶剂；然而纯聚四氟乙烯的耐磨损性能和刚性差，抗蠕变性不好。尼龙具有良好的力学性能，耐磨和自润滑性良好，耐油性佳，耐化学稳定性优良，可耐大部分有机溶剂，抗蠕变性能好，其缺点是易吸水而影响制品的尺寸稳定性，不能满足耐环境应力及高加工精度的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中塑料轴套耐高温和抗压性能有限的缺陷，提供一种以聚酯工程塑料为基体材料，通过增强层、耐磨层两层复合产品结构设计和材料配方设计得到的自润型的聚酯材料滑动轴承，具有磨损寿命长、摩擦系数低、尺寸稳定性好、承载能力强、极限PV值高等优势，本发明还提供了前述聚酯材料滑动轴承的制备方法。

为解决上述技术问题，提供了一种聚酯材料滑动轴承，包括作为外层的增强层和作为内层的耐磨层，增强层由50～100质量份的热塑性饱和聚酯、45～65质量份增强纤维、5～15质量份的增韧剂和0～1质量份的成核剂通过挤出、注塑成型制备得到；耐磨层由50～100质量份的热塑性饱和聚酯、0～6质量份的增韧剂、20～30质量份的减磨助剂通过挤出、注塑成型制备得到。

上述的聚酯材料滑动轴承，优选的，热塑性饱和聚酯包括PET、PBT、PTT和PEN的一种或多种组成的高分子合金。进一步优选的，增强层和耐磨层采用同一种热塑性饱和聚酯，效果更佳。

上述的聚酯材料滑动轴承，优选的，增强纤维为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。

上述的聚酯材料滑动轴承，优选的，增韧剂为聚烯烃弹性体接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(POE-g-GMA)或聚烯烃弹性体接枝马来酸酐(POE-g-MAH)。进一步优选的，增强层和耐磨层采用同一种增韧剂，效果更佳。

上述的聚酯材料滑动轴承，优选的，成核剂为有机酸盐。本发明优选的有机酸盐为苯甲酸钠和/或硬脂酸钙。

上述的聚酯材料滑动轴承，优选的，减磨助剂为聚四氟乙烯微粉、二硫化钼、石墨、硅酮粉中的一种或多种。

上述的聚酯材料滑动轴承，优选的，增强层与耐磨层之间设有止动结构。

上述的聚酯材料滑动轴承，优选的，止动结构为设置在增强层内表面的卡部，耐磨层外表面设有与卡部配合的卡槽；或所述止动结构为设置在耐磨层外表面的卡部，增强层内表面设有与卡部配合的卡槽。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了上述的聚酯材料滑动轴承的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备增强层：将所述热塑性饱和聚酯、增韧剂和成核剂混合均匀，然后加入增强纤维，进行挤出、注塑成型步骤，完成所述增强层的制备；

S2、制备耐磨层：将热塑性饱和聚酯、增韧剂、减磨助剂进行挤出步骤得到耐磨层的改性材料，以步骤S1制备得到的增强层为嵌件，在增强层内注入耐磨层的改性材料，以温度为210～270℃、压力为40～70MPa进行注塑成型，使增强层上形成耐磨层，得到轴承胚料；

S3、将所述步骤S2制备得到的轴承胚料加工成轴承。

上述的制备方法，优选的，步骤S1中挤出温度为200℃～280℃，注塑成型的温度为220～300℃、注塑成型的压力为70～90MPa。

上述的制备方法，优选的，耐磨层的改性材料的制备方法为：将所述热塑性饱和聚酯、增韧剂、减磨助剂混合均匀；然后以温度为200～270℃、转速为300～400r/min挤出，得到所述耐磨层的改性材料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供了一种聚酯材料轴承，包括增强层和耐磨层，其中耐磨层采用经过耐磨改性的热塑性饱和聚酯制备，力学性能和耐磨性优异，具有吸水率低、尺寸稳定性、耐腐蚀和化学溶剂性好、成型性良好、在载荷条件下耐蠕变性能好等优点。

(2)本发明提供了一种聚酯材料轴承，包括增强层和耐磨层，其中增强层采用经过纤维增强改性的热塑性饱和聚酯，能大大提高滑动轴承的耐高温和抗压性能，使聚酯材料的耐热性和力学性能显著提高。目前，塑料滑动轴承常采用钢背作为增强层，与之相比，纤维增强改性聚酯作为增强层具有比重轻、抗腐蚀能力强等优点，同时滑动轴承的增强层和耐磨层采用同一种聚合物基体，两层材料的相容性好，界面结合更稳定。

(3)本发明提供了一种聚酯材料滑动轴承，在耐磨层和增强层之间设有止动结构，该止动结构优选为设置在耐磨层外表面的的卡部，增强层上设有与卡部配合的卡槽，可防止增强层和耐磨层之间作径向滑动。

(4)本发明采用的卡部为弧形卡部，其优点是没有应力集中点，提高了滑动轴承的可靠性。

(5)本发明的聚酯材料滑动轴承不需要定期润滑，是一种自润滑或水润滑的聚酯材料滑动轴承。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例1的聚酯材料滑动轴承的立体结构示意图。

图2为本发明实施例1的聚酯材料轴承的正面示意图。

图3为本发明实施例1的聚酯材料轴承中增强层的结构示意图。

图4为本发明实施例1的聚酯材料轴承中耐磨层的结构示意图。

图例说明：

1、增强层；2、耐磨层。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1：

参见图1和图2，本发明的一种聚酯材料滑动轴承，包括增强层1和耐磨层2，其中增强层1设置于外部，耐磨层2设置于内部，以达到提供聚酯材料轴承耐磨性的作用。

同时参照图3和图4，在增强层1和耐磨层2之间具有的防止两层作相对滑动的止动结构，该卡部结构优选为沿外圆周方向设置在所述耐磨层2外表面的卡部，增强层1内表面设有与卡部配合的卡槽；防止增强层2和耐磨层1之间作径向滑动。在本发明中，卡部可以是三角形卡部、梯形卡部、弧形卡部等。

本实施例优选的卡部为连续弧形轴向卡部，其优点是没有应力集中点，提高了滑动轴承的可靠性。

实施例1仅为本申请优选的实施例，在本发明中，止动结构还可以为沿内圆周方向设置在增强层1内表面的卡部，耐磨层2外表面设有与卡部配合的卡槽，防止增强层1和耐磨层2之间作径向滑动。

一种本实施例的聚酯材料滑动轴承的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称取100质量份的PET(PET的添加量为50～100质量份均可实施，并达到相同或相似的技术效果)、12质量份的聚烯烃弹性体接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(POE-g-GMA)、1质量份的有机酸盐(本实施例的有机酸盐为苯甲酸钠，采用硬脂酸钙也能达到相同或相似的技术效果)在转速为120r/min的低速混合机中混匀，然后加入到双螺杆挤出机，在双螺杆挤出机的加纤口处加入48质量份的玻璃纤维，然后开启双螺杆挤出机，控制挤出温度为240～270℃(挤出温度为200℃～280℃均可实施)，螺杆转速为300r/min得到改性材料A。

(2)称取100质量份的PET、5质量份的POE-g-GMA、15质量份的PTFE微粉和10质量份的石墨在转速为120r/min的低速混合机中混匀，然后转入双螺杆挤出机中进行改性造粒，调节挤出温度为240～260℃，螺杆转速为350r/min得到改性材料B(改性材料B即为耐磨层的改性材料)。

步骤(2)中挤出温度为200～270℃、螺杆转速为300～400r/min均可实施，并达到相同或相似的技术效果。

(3)将步骤(1)制备得到的改性材料A在120℃干燥6小时，然后在注塑温度为240～280℃，注塑压力为70MPa进行注塑成型，得到增强层1。

步骤(3)中，注塑成型的温度为220～300℃、注塑成型的压力为70～90MPa均可实施，并达到相同或相似的技术效果。

(4)将步骤(2)制备得到的改性材料B在120℃干燥6小时，以制备的增强层1作为嵌件放入模具内，然后将干燥后的改性材料B以注塑温度为240～270℃，注塑压力为50MPa在增强层1内注塑成型得到耐磨层2，完成轴承胚料的制备。

步骤(4)中注塑成型的温度为210～270℃、注塑成型的压力为40～70MPa均可实施，并达到相同或相似的技术效果。

(5)将轴承胚料根据所需的尺寸机加工成品。

实施例2：

本发明的一种聚酯材料滑动轴承，其结构与实施例1相同。

一种本实施例的聚酯材料滑动轴承的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称取100质量份的PBT(PBT的添加量为50～100质量份均可实施，并达到相同或相似的技术效果)、6质量份的POE-g-MAH在转速为120r/min的低速混合机中混匀，然后加入到双螺杆挤出机，在双螺杆挤出机的加纤口处加入60质量份的玻璃纤维，然后开启双螺杆挤出机，控制挤出温度为210～250℃，螺杆转速为300r/min得到改性材料A。

(2)称取100质量份的PBT、15质量份的二硫化钼和5质量份的硅酮粉在转速为120r/min的低速混合机中混匀，然后转入双螺杆挤出机中进行改性造粒，调节挤出温度为220～245℃，螺杆转速为350r/min，得到改性材料B(改性材料B即为耐磨层的改性材料)。

(3)将步骤(1)制备得到的改性材料A在120℃干燥6小时，然后注塑温度为220～260℃，注塑压力为80MPa进行注塑成型，得到增强层1。

(4)将步骤(2)制备得到的改性材料B在110℃干燥4小时，以制备的增强层1作为嵌件放入模具内，然后将干燥后的改性材料B以注塑温度为220～255℃，注塑压力为55MPa在增强层1内注塑成型得到耐磨层2，完成轴承胚料的制备。

(5)将轴承胚料根据所需的尺寸机加工成产品。

实施例3：

本发明的一种聚酯材料滑动轴承，其结构与实施例1相同。

一种本实施例的聚酯材料滑动轴承的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称取50质量份的PET、50质量份的PBT、6质量份的POE-g-GMA在转速为120r/min的低速混合机中混匀，然后加入到双螺杆挤出机，在双螺杆挤出机的加纤口处加入50质量份的玻璃纤维，然后开启双螺杆挤出机，控制挤出温度为220～260℃，螺杆转速为300r/min，得到改性材料A。

(2)称取50质量份的PET、50质量份的PBT、3质量份的POE-g-GMA、10质量份的二硫化钼、10质量份石墨和5质量份的硅酮粉在转速为120r/min的低速混合机中混匀，然后转入双螺杆挤出机中进行改性造粒，调节挤出温度为220～265℃，螺杆转速为350r/min得到改性材料B(改性材料B即为耐磨层的改性材料)。

(3)将步骤(1)制备得到的改性材料A在120℃干燥6小时，然后注塑温度为220～260℃，注塑压力为80MPa进行注塑成型，得到增强层1。

(4)将步骤(2)制备得到的改性材料B在110℃干燥4小时，以制备的增强层1作为嵌件放入模具内，然后将干燥后的改性材料B以注塑为215～260℃，注塑压力为60MPa在增强层1内注塑成型得到耐磨层2，完成轴承胚料的制备。

(5)将轴承胚料根据所需的尺寸机加工成产品。

将实施例1至3的聚酯材料滑动轴承的增强层1和耐磨层2进行性能测试，测试结果参见表1。

表1：聚酯材料滑动轴承的增强层和耐磨层材料性能测试结果表

由表1可以看出，实施例1至3的聚酯复合材料滑动轴承具有摩擦系数低、PV值高、承载能力强、耐热性好和吸水率低等优点。

实施例1～3仅为本发明的优选实施例，在本发明中，增韧剂还可以为接枝马来酸酐和/或甲基苯烯酸缩水甘油酯的聚烯烃弹性体；增强纤维还可以为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维；热塑性饱和聚酯还可以是PET、PBT、PTT和PEN中一种或多种组成的高分子合金；减磨助剂还可以是聚四氟乙烯微粉、二硫化钼、石墨、硅酮粉中的一种或多种。将上述材料进行同等替换，制备得到的聚酯材料滑动轴承的质量与实施例1至3相似。

同时，增强层1的制备过程中，改性材料A包括50～100质量份的热塑性饱和聚酯、45～65质量份增强纤维、5～15质量份的增韧剂和0～1质量份的成核剂，均可实施，并达到相同或相似的技术效果。耐磨层2的制备过程中，改性材料B包括50～100质量份的热塑性饱和聚酯、0～6质量份的增韧剂、20～30质量份的减磨助剂，均可实施，并达到相同或相似的技术效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种聚酯材料滑动轴承，其特征在于，包括作为外层的增强层(1)和作为内层的耐磨层(2)，所述增强层(1)由50～100质量份的热塑性饱和聚酯、5～15质量份的增韧剂和0～1质量份的成核剂混合后，与45～65质量份的增强纤维进行挤出、注塑成型制备得到；所述耐磨层(2)由50～100质量份的热塑性饱和聚酯、0～6质量份的增韧剂、20～30质量份的减磨助剂通过挤出得到耐磨层的改性材料，并以增强层(1)为嵌件，在所述增强层(1)内注入所述耐磨层的改性材料，以温度为210～270℃，压力为40～70MPa进行注塑成型制备得到。

2.根据权利要求1所述的聚酯材料滑动轴承，其特征在于，所述热塑性饱和聚酯为PET、PBT、PTT和PEN中的一种或多种组成的高分子合金。

3.根据权利要求1所述的聚酯材料滑动轴承，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。

4.根据权利要求1所述的聚酯材料滑动轴承，其特征在于，所述增韧剂为聚烯烃弹性体接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯或聚烯烃弹性体接枝马来酸酐。

5.根据权利要求1所述的聚酯材料滑动轴承，其特征在于，所述成核剂为有机酸盐。

6.根据权利要求1所述的聚酯材料滑动轴承，其特征在于，所述减磨助剂为聚四氟乙烯微粉、二硫化钼、石墨、硅酮粉中的一种或多种。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的聚酯材料滑动轴承，其特征在于，所述增强层(1)与所述耐磨层(2)之间设有止动结构。

8.根据权利要求7所述的聚酯材料滑动轴承，其特征在于，所述止动结构为设置在所述增强层(1)内表面的卡部，所述耐磨层(2)外表面设有与所述卡部配合的卡槽；或所述止动结构为设置在所述耐磨层(2)外表面的卡部，所述增强层(1)内表面设有与所述卡部配合的卡槽。

9.一种权利要求1至8中任一项所述聚酯材料滑动轴承的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制备增强层(1)：将所述热塑性饱和聚酯、增韧剂和成核剂混合均匀，然后加入增强纤维，进行挤出、注塑成型步骤，完成所述增强层(1)的制备；

S2、制备耐磨层(2)：将热塑性饱和聚酯、增韧剂、减磨助剂进行挤出步骤得到耐磨层的改性材料，以及步骤S1制备得到的增强层(1)为嵌件，在所述增强层(1)内注入所述耐磨层的改性材料，以温度为210～270℃，压力为40～70MPa进行注塑成型，使所述增强层(1)上形成耐磨层(2)，得到轴承胚料；

S3、将所述步骤S2制备得到的轴承胚料加工成聚酯材料滑动轴承。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中所述挤出温度为200℃～280℃，注塑成型的温度为220～300℃、注塑成型的压力为70～90MPa。

11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述耐磨层的改性材料的制备方法为：将所述热塑性饱和聚酯、增韧剂、减磨助剂混合均匀；然后以温度为200～270℃、转速为300～400r/min挤出，得到所述耐磨层的改性材料。