CN107725601A - 一种双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法，属于滑动轴承技术领域。该轴承是由起支撑承载作用的硬质聚氨酯外层(2)和具备自润滑耐磨的软质聚氨酯面层(1)组成，先利用圆筒模具，离心浇注法浇注出软质面层，将面层外表面，打磨、清洗、干燥后，刷涂胶粘剂，充当模具模芯，再在其外表面浇注出硬质外层，层间通过胶粘剂粘接复合而成。本发明的轴承具有高承载、可短时断水干启动、耐泥沙、易加工及低成本等技术特点，弥补了国内市场空白。复合材料整体具有优异的耐高低温变、耐水解等性能，使用寿命长，可广泛应用于水泵、螺旋桨艉轴承、舵轴承等旋转或摇摆滑动部位。
Description
技术领域
本发明属于滑动轴承技术领域，特别涉及一种双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法。
背景技术
广泛用于滑动摩擦领域的高分子材料种类很多，例如橡胶、尼龙、聚氨酯、聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮、聚醚砜以及酚醛树脂等等，不同种类的高分子轴承，性能特点不一样，需要根据不同的工况条件，选用合适的轴承，但是国内生产的以上高分子材料轴承均不能同时兼容高承载、可短时断水运行、耐泥沙、易加工、成本低等特点，导致在需要高承载、耐泥沙、可短时断水的工况下，比如挖泥船、泥沙水质深水泵等领域，大多选择价格较高的进口产品，或者采用传统的橡胶复合金属背衬的做法，不仅仅橡胶的磨具加工费用高，而且由于产品尺寸的非标准化，模具的利用率低，导致整个轴承的成本非常昂贵。
鉴于目前市场国内产品的空白，结合各种材料的优缺点，本发明开创性的将具有优异耐泥沙工况的软质橡胶或者聚氨酯与具有优异承载性能的硬质环氧或硬质聚氨酯双层复合，可以根据调节软质层的厚度来适用于不同承载的需求，在保持面层优异的低摩擦系数及自润滑耐干磨等性能的基础上，通过简单加工硬质外层的尺寸调节保障整个轴承的安装精度，机械加工简单，成本低廉。另外，内外双层聚氨酯耐低温性能良好，可以实现液氮或者干冰冷冻过盈安装，面层材料优异的柔韧性，确保安装过程的精度要求不需要特别苛刻，且硬质外层具备一定的弹性，过盈安装后利用自身膨胀压力能够与外套金属严密配合，不需要再涂抹一层胶粘剂固定，整个安装过程快捷方便，可完美替代国外进口产品用于挖泥船以及泥沙较多的水泵等领域。
现有技术CN103104605A公开了一种双层复合型聚合物基耐磨轴承及其制备方法，此专利与本申请首先是材料不同，此专利内层为聚氨酯复合材料，外层为聚丙烯基复合材料。本申请的内外层均为聚氨酯材料。另外，加工工艺也不同，此专利采用双螺杆挤出技术，内外层一起挤出成型，本申请内层做好后，在其外表面浇筑出外层，内外层间通过胶黏剂粘接在一起；因为材料的不同和加工工艺的不同，造成了此专利的缺点是所采用的双螺杆挤出技术，模具贵，成品率低，整体工艺复杂，能耗高。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种成品率高、易加工、能耗低的双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法。
针对本发明所要解决的技术问题，采用的技术方案是：
设计一种双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：软质面层预聚体的制备；首先在密闭结构的不锈钢反应釜中将预聚体a聚四氢呋喃醚二醇加热至110℃，进行真空脱水，真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；然后将脱水后的预聚体a聚四氢呋喃醚二醇冷却40℃～60℃，然后缓慢的加入到装有预聚体b甲苯二异氰酸酯的不锈钢反应釜内，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为70℃～130℃，反应10分钟～1小时后，加入耐磨助剂聚四氟乙烯微粉，降温冷却的同时真空脱泡，得到软质面层聚氨酯预聚体，并转入浇注机的A料罐中，同时在浇注机的B料罐中装有扩链剂1,4-丁二醇，备用；
步骤二：软质面层圆筒的制备；调节好浇注机A料罐中的A料软质面层聚氨酯预聚体、B罐中B料扩链剂的比例，A料:B料的比例为质量比(100：3)～(100：5)，通过混合机头将混合均匀的A料、B料浇注到内衬圆筒不锈钢管的圆筒模具中，固化成型后，脱模，将半成品放入100℃烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得软质面层圆筒；
步骤三：硬质外层预聚体的制备；在密闭结构的不锈钢反应釜中将预聚体a聚四氢呋喃醚二醇加热至110℃，进行真空脱水，真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；将脱水后的预聚体a聚四氢呋喃醚二醇冷却到40℃～60℃，然后缓慢的加入到装有预聚体b甲苯二异氰酸酯的不锈钢反应釜中，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为70℃，反应1小时后，降温冷却的同时真空脱泡，得到硬质外层聚氨酯预聚体，并转入另一台浇注机的C料罐中，同时在浇注机的D料罐中装有扩链剂1,4-丁二醇，备用；
步骤四：双层复合轴承的制备；先用角磨机将软质面层圆筒外表皮打磨1遍，用丙酮清洗2遍后，放入80度烘箱中干燥10分钟，拿出胶粘剂用开姆洛克213刷涂2遍，自然烘干后，放入圆筒模具中充当模芯，之后调节好浇注机C料罐中的C料硬质外层聚氨酯预聚体、D罐中D料扩链剂的比例，C料:D料的比例为质量比(100:42)～(100:55)，通过混合机头将混合均匀的C料、D料浇注到模具中，固化成型后，脱模，将粘接好的双层结构半成品放入100℃烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得双层复合轴承。
优选的，所述的预聚体a又为聚合物二元醇类的聚环氧丙烷醚二醇、端羟基丁二烯或者聚己内酯二元醇。
优选的，所述的预聚体b又为二异氰酸酯类的对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或者1,5-萘二异氰酸酯。
优选的，所述的耐磨助剂又为超高分子量聚乙烯、石墨或者二硫化钼。
优选的，所述的扩链剂又为1,3-丁二醇、二氯-二氨基二苯基甲烷、二甲硫基甲苯二胺。
优选的，所述的胶粘剂又为开姆洛克219或者罗门哈斯P-11。
本发明的有益结果如下：
本发明是为了解决现有市场上国内生产的高分子轴承无法同时满足高承载、耐泥沙、可短时断水运行、易加工以及低成本的特点要求。
本发明的目的是提供了一种可解决以上问题的双层结构复合轴承的制备方法。通过结合不同聚氨酯材料的特点，采用胶粘剂热硫化粘接的工艺，将软质耐磨面层与承载硬质外层复合到一起，得到双层结构的复合轴承。
本发明是一种双层结构聚氨酯复合轴承，软质面层保持了高分子材料的柔韧性，在整个轴承的运转过程中，能够提高良好的抗冲击性和减震的效果，同时，在耐磨助剂的改性下，进一步提高了聚氨酯面层的耐磨性，同时降低了摩擦系数，特别保持了良好的耐泥沙性能。此外，硬质外层不仅可以起到承载支撑的作用，而且可以替代传统的金属充当衬套使用，在节约大量贵重金属的基础上，利用硬质外层的弹性，对整个轴承的尺寸精度要求没有金属背衬苛刻，工艺简单，加工方便。需要着重说明的是，可以通过简单的调节软硬层的厚度比例来适用于不同的承载需求工况。
另外，现有技术双螺杆挤出技术只能用于加工热塑性高分子材料，热塑性材料在一定温度下会出现熔融软化现象，玻璃化温度小的高分子材料不适合用于可能出现干摩擦而导致材料表面温度急剧攀升的滑动摩擦场合，而那些耐高温的热塑性材料，比如聚醚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺等，热熔温度高，耗能大，模具要求精度高，产品易出现缺陷，整体工艺复杂，成品价格极其高昂，此外，双螺杆挤出加工的产品尺寸范围窄，不适合用于生产非标准尺寸件的轴承产品。
浇注型加工方式既可以用于热塑性高分子材料，又可以用于热固性交联性高分子材料，产品在成型前，属于流体状态，可以自由根据模具的形状尺寸后期加热成型，工艺过程简单可控，特别像这种圆筒状，采用离心方式，在完全排除气泡等缺陷的前提下，脱模简单，尺寸控制精准。
说明书附图
下面结合附图说明及具体实施方面对本发明作进一步说明。
图1为本发明双层结构聚氨酯复合轴承产品的结构示意图。
图2为本发明操作过程的流程图。
其图中1为软质聚氨酯面层，2为硬质聚氨酯外层。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，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。
本发明公开了一种双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法，该轴承是由起支撑承载作用的硬质聚氨酯外层2和具备自润滑耐磨的软质聚氨酯面层1组成。特别涉及的是外层硬质主要起承载支撑的作用，面层软质有自润滑耐干磨性能，内外层通过胶粘剂粘接复合，先利用圆筒模具，离心浇注法浇注出软质面层，将面层外表面，打磨、清洗、干燥后，刷涂胶粘剂，充当模具模芯，再在其外表面浇注出硬质外层，层间通过胶粘剂粘接复合而成。本发明的轴承具有高承载、可短时断水干启动、耐泥沙、易加工及低成本等技术特点，弥补了国内市场空白。复合材料整体具有优异的耐高低温变、耐水解等性能，使用寿命长，可广泛应用于水泵、螺旋桨艉轴承、舵轴承等旋转或摇摆滑动部位。通过调节软质面层的厚度适用于不同的承载需求，属于滑动轴承技术领域。本发明在整个轴承的运转过程中，能够提高良好的抗冲击性和减震的效果，同时，在耐磨助剂的改性下，进一步提高了聚氨酯面层的耐磨性，同时降低了摩擦系数，特别保持了良好的耐泥沙性能。此外，硬质外层不仅可以起到承载支撑的作用，而且可以替代传统的金属充当衬套使用，在节约大量贵重金属的基础上，利用硬质外层的弹性，对整个轴承的尺寸精度要求没有金属背衬苛刻，工艺简单，加工方便。需要着重说明的是，可以通过简单的调节软硬层的厚度比例来适用于不同的承载需求工况。本发明具体实施例如下：
实施例1
软质面层预聚体的制备：在密闭结构的不锈钢反应釜中将2000克，分子量为2000的聚四氢呋喃醚二醇加热至110度，进行真空脱水，真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；将脱水后的聚四氢呋喃醚二醇冷却到60度，然后缓慢的加入到装有350g的甲苯二异氰酸酯中不锈钢反应釜内，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为70度，反应1小时后，加入300克的耐磨助剂聚四氟乙烯微粉，再搅拌反应30分钟后，降温冷却的同时真空脱泡，得到软质面层聚氨酯预聚体，并转入浇注机的A料罐中，同时在浇注机的B料罐中装有扩链剂1,4-丁二醇，备用。
软质面层圆筒的制备：调节好浇注机A料罐中的A料软质面层聚氨酯预聚体、B罐中B料扩链剂的比例，A料:B料的比例为质量比为100:3.3，通过混合机头将混合均匀的AB料浇注到内衬圆筒不锈钢管的圆筒模具中，固化成型后，脱模，将半成品放入100度烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得软质面层圆筒。
硬质外层预聚体的制备：在密闭结构的不锈钢反应釜中将1000克，分子量为1000的聚环氧丙烷醚二醇加热至110度，进行真空脱水，真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；将脱水后的聚环氧丙烷醚二醇冷却到40度，然后缓慢的加入到装有2000克的二甲基甲苯二异氰酸酯的不锈钢反应釜中，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为70度，反应1小时后，降温冷却的同时真空脱泡，得到硬质外层聚氨酯预聚体，并转入另一台浇注机的C料罐，同时在浇注机的D料罐中装有扩链剂二氯-二氨基二苯基甲烷(MOCA)，备用。
双层复合轴承的制备：先用角磨机将软质面层圆筒外表皮打磨1遍，用丙酮清洗2遍后，放入80度烘箱中干燥10分钟，拿出用开姆洛克213刷涂2遍，自然烘干后，放入圆筒模具中充当模芯，之后调节好浇注机C料罐中的C料硬质外层聚氨酯预聚体、D罐中D料扩链剂的比例，C料:D料的比例为质量比100:54.8，通过混合机头将混合均匀的CD料浇注到模具中，固化成型后，脱模，将粘接好的双层结构半成品放入100度烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得双层复合轴承。
实施例2
软质面层预聚体的制备：在密闭结构的不锈钢反应釜中将2000克，分子量为2000的聚己内酯二元醇加热至110度，进行真空脱水，真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；将脱水后的聚己内酯二元醇冷却到60度，然后缓慢的加入到装有320克的对苯二异氰酸酯中不锈钢反应釜内，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为70度，反应1小时后，加入300克的耐磨助剂超高分子量聚乙烯微粉，再搅拌反应30分钟后，降温冷却的同时真空脱泡，得到软质面层聚氨酯预聚体，并转入浇注机的A料罐，同时在浇注机的B料罐中装有扩链剂1,3-丁二醇，备用。
软质面层圆筒的制备：调节好浇注机中A料和B料的比例，A:B的质量比为100:3.3，通过混合机头将混合均匀的AB料浇注到内衬圆筒不锈钢管的圆筒模具中，固化成型后，脱模，将半成品放入100度烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得软质面层圆筒。
硬质外层预聚体的制备：在密闭结构的不锈钢反应釜中将1000g，分子量为1000的端羟基丁二烯加热至110度，进行真空脱水，真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；将脱水后的端羟基丁二烯冷却到50度，然后缓慢的加入到装有2000克的二甲基甲苯二异氰酸酯的不锈钢反应釜中，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为70度，反应1小时后，降温冷却的同时真空脱泡，得到硬质外层聚氨酯预聚体，并转入另一台浇注机的C料罐中，同时在浇注机的D料罐中装有扩链剂二甲硫基甲苯二胺(E-300),备用。
双层复合轴承的制备：先用角磨机将软质面层圆筒外表皮打磨1遍，用丙酮清洗2遍后，放入80度烘箱中干燥10分钟，拿出用开姆洛克213刷涂2遍，自然烘干后，放入圆筒模具中充当模芯，之后调节好浇注机中C料和D料的比例，C:D的质量比为100:43.9，通过混合机头将混合均匀的CD料浇注到模具中，固化成型后，脱模，将粘接好的双层结构半成品放入100度烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得双层复合轴承。
实施例3
软质面层预聚体的制备：在密闭结构的不锈钢反应釜中将2000克，分子量为2000的聚环氧丙烷醚二醇加热至110度，进行真空脱水，真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；然后缓慢的加入到装有420克的1,5-萘二异氰酸酯中不锈钢反应釜内，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为130度，反应10分钟后，加入300克的耐磨助剂二硫化钼，开始降温，边降温冷却到70度的同时真空脱泡，得到软质面层聚氨酯预聚体，并转入浇注机的A料罐，同时在浇注机的B料罐中装有扩链剂1,3-丁二醇，备用。
软质面层圆筒的制备：调节好浇注机A料罐中的A料软质面层聚氨酯预聚体、B罐中B料扩链剂的比例，A料:B料的比例为质量比为100:3.15，通过混合机头将混合均匀的AB料浇注到内衬圆筒不锈钢管的圆筒模具中，固化成型后，脱模，将半成品放入100度烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得软质面层圆筒。
硬质外层预聚体的制备：在密闭结构的不锈钢反应釜中将1000克，分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇加热至110度，进行真空脱水，真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；将脱水后的聚四氢呋喃醚二醇冷却到60度，然后缓慢的加入到装有700克的甲苯二异氰酸酯的不锈钢反应釜中，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为70度，反应1小时后，降温冷却的同时真空脱泡，得到硬质外层聚氨酯预聚体，另一台浇注机的C料罐中，同时在浇注机的D料罐中装有扩链剂二氯-二氨基二苯基甲烷(MOCA)，备用。
双层复合轴承的制备：先用角磨机将软质面层圆筒外表皮打磨1遍，用丙酮清洗2遍后，放入80度烘箱中干燥10分钟，拿出用开姆洛克219刷涂2遍，自然烘干后，放入圆筒模具中充当模芯，之后调节好浇注机中C料和D料的比例，C:D的质量比为100:42.6，通过混合机头将混合均匀的CD料浇注到模具中，固化成型后，脱模，将粘接好的双层结构半成品放入100度烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得双层复合轴承。
实施例4
软质面层预聚体的制备：在密闭结构的不锈钢反应釜中将2000g，分子量为2000的聚四氢呋喃醚二醇加热至110度，进行真空脱水，真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；将脱水后的聚四氢呋喃醚二醇冷却到60度，然后缓慢的加入到装有262g的甲苯二异氰酸酯中不锈钢反应釜内，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为70度，反应1小时后，加入300g的耐磨助剂石墨，开始降温，边降温冷却到70度的同时真空脱泡，得到软质面层聚氨酯预聚体，并转入浇注机的A料罐，同时在浇注机的B料罐中装有扩链剂二氯-二氨基二苯基甲烷(MOCA)，备用。
软质面层圆筒的制备：调节好浇注机A料罐中的A料软质面层聚氨酯预聚体、B罐中B料扩链剂的比例，A料:B料的比例为质量比为100:4.72，通过混合机头将混合均匀的AB料浇注到内衬圆筒不锈钢管的圆筒模具中，固化成型后，脱模，将半成品放入100度烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得软质面层圆筒。
硬质外层预聚体的制备：在密闭结构的不锈钢反应釜中将1000g，分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇加热至110度，进行真空脱水，真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；将脱水后的聚四氢呋喃醚二醇冷却到60度，然后缓慢的加入到装有700克的甲苯二异氰酸酯的不锈钢反应釜中，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为70度，反应1小时后，降温冷却的同时真空脱泡，得到硬质外层聚氨酯预聚体，另一台浇注机的C料罐中，同时在浇注机的D料罐中装有扩链剂二氯-二氨基二苯基甲烷(MOCA)，备用。
双层复合轴承的制备：先用角磨机将软质面层圆筒外表皮打磨1遍，用丙酮清洗2遍后，放入80度烘箱中干燥10分钟，拿出用罗门哈斯P-11刷涂2遍，自然烘干后，放入圆筒模具中充当模芯，之后调节好浇注机C料罐中的C料硬质外层聚氨酯预聚体、D罐中D料扩链剂的比例，C:D的质量比为100:42.6，通过混合机头将混合均匀的CD料浇注到模具中，固化成型后，脱模，将粘接好的双层结构半成品放入100度烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得双层复合轴承。
此表为四种实施例得到产品的对比情况：
| 软质面层硬度(邵A) | 硬质外层硬度(邵D) | |
| 实例1 | 68A | 80D |
| 实例2 | 76A | 74D |
| 实例3 | 82A | 67D |
| 实例4 | 66A | 67D |
最终，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。
Claims (6)
1.一种双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：软质面层预聚体的制备；首先在密闭结构的不锈钢反应釜中将预聚体a聚四氢呋喃醚二醇加热至110℃，进行真空脱水，真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；然后将脱水后的预聚体a聚四氢呋喃醚二醇冷却40℃～60℃，然后缓慢的加入到装有预聚体b甲苯二异氰酸酯的不锈钢反应釜内，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为70℃～130℃，反应10分钟～1小时后，加入耐磨助剂聚四氟乙烯微粉，降温冷却的同时真空脱泡，得到软质面层聚氨酯预聚体，并转入浇注机的A料罐中，同时在浇注机的B料罐中装有扩链剂1,4-丁二醇，备用；
步骤二：软质面层圆筒的制备；调节好浇注机A料罐中的A料软质面层聚氨酯预聚体、B罐中B料扩链剂的比例，A料:B料的比例为质量比(100：3)～(100：5)，通过混合机头将混合均匀的A料、B料浇注到内衬圆筒不锈钢管的圆筒模具中，固化成型后，脱模，将半成品放入100℃烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得软质面层圆筒；
步骤三：硬质外层预聚体的制备；在密闭结构的不锈钢反应釜中将预聚体a聚四氢呋喃醚二醇加热至110℃，进行真空脱水，
真空度为<1000Pa，脱水时间为3小时；将脱水后的预聚体a聚四氢呋喃醚二醇冷却到40℃～60℃，然后缓慢的加入到装有预聚体b甲苯二异氰酸酯的不锈钢反应釜中，在氮气氛围下搅拌保持反应温度为70℃，反应1小时后，降温冷却的同时真空脱泡，得到硬质外层聚氨酯预聚体，并转入另一台浇注机的C料罐中，同时在浇注机的D料罐中装有扩链剂1,4-丁二醇，备用；
步骤四：双层复合轴承的制备；先用角磨机将软质面层圆筒外表皮打磨1遍，用丙酮清洗2遍后，放入80度烘箱中干燥10分钟，拿出胶粘剂用开姆洛克213刷涂2遍，自然烘干后，放入圆筒模具中充当模芯，之后调节好浇注机C料罐中的C料硬质外层聚氨酯预聚体、D罐中D料扩链剂的比例，C料:D料的比例为质量比(100:42)～(100:55)，通过混合机头将混合均匀的C料、D料浇注到模具中，固化成型后，脱模，将粘接好的双层结构半成品放入100℃烘箱中退火24小时，拿出室温冷却，即得双层复合轴承。
2.根据权利要求1所述的一种双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法，其特征在于，
所述的预聚体a又为聚合物二元醇类的聚环氧丙烷醚二醇、端羟基丁二烯或者聚己内酯二元醇。
3.根据权利要求1所述的一种双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法，其特征在于，所述的预聚体b又为二异氰酸酯类的对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或者1,5-萘二异氰酸酯。
4.根据权利要求1所述的一种双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法，其特征在于，所述的耐磨助剂又为超高分子量聚乙烯、石墨或者二硫化钼。
5.根据权利要求1所述的一种双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法，其特征在于，所述的扩链剂又为1,3-丁二醇、二氯-
二氨基二苯基甲烷、二甲硫基甲苯二胺。
6.根据权利要求1所述的一种双层结构聚氨酯复合轴承的制备方法，其特征在于，所述的胶粘剂又为开姆洛克219或者罗门哈斯P-11。
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