CN109181823A - 一种轴承用导电自润滑膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种轴承用导电自润滑膜及其制备方法，所述轴承用导电自润滑膜使用于电泳工艺中，其主要由氟聚合物、炭黑、碳纳米管，碳纤维，以及固体润滑剂组成，所述聚合物选自氟聚合物中的一种或几种且其重量比为70％～80％，炭黑的重量比为4％～5％，所述碳纳米管的重量比为1％～2％，所述碳纤维的重量比为15％～20％，所述固体润滑剂的重量比为0～9％，所述碳纳米管的长度为3μm～5μm。本导电自润滑膜使用炭黑与碳纳米管混合使用，降低了整体材料的成本，有利于推广使用，而该通过设定所述炭黑、碳纳米管、以及碳纤维的比例，微观上在该导电自润滑膜中形成了良好的导电网络，使得在宏观上该导电自润滑膜的电阻值小于103欧姆平方厘米，适用于电泳工艺。

Description

一种轴承用导电自润滑膜及其制备方法
技术领域
本发明属于滑动轴承技术领域，特别是一种使用在滑动轴承上的轴承用导电自润滑膜及其制备方法。
背景技术
具有层结构(包括金属支承体材料及施加于其上的中间层和滑动层)的免维护滑动轴承早已通过多种形式为本领域技术人员所习知，并应用于多个技术领域，例如汽车工程领域。
但是目前随着汽车工业的发展，其集成度也越来越高，那些应用于汽车车门铰链、座椅铰链、前后盖铰链等低速中等载荷场合中的自润滑轴承，除了手感要求舒适，无噪声的要求外，还要求其具有导电性能的要求。该导电性能的要求原自汽车工业的要求。因为先进的汽车涂装特别是轿车涂装技术和设备在我国得以快速应用。为了满足客户对汽车涂装组件表面处理工艺即电泳涂装的需求，对汽车铰链部位的铰链轴承专门提出了导电性能的要求，因此对该应用的自润滑轴承的功能层的要求则至少包括扭矩恒定，有弹性，自润滑与具有导电性能。
专利号为200910175267.3的专利公开了一种固体润滑复合材料及制作方法。该固体润滑复合材料含有碳纳米管、氧化硼、聚四氟乙烯。通过将碳纳米管与具有自润滑性的聚四氟乙烯结合制备固体润滑复合材料，其使得低摩擦系数，自润滑性，耐磨性等技术指标大幅度提高并且可导热导电，还减少和消除因摩擦产生的静电。但是，经检测，该固体润滑复合材料的电阻值一般在109欧姆平方厘米至1012欧姆平方厘米之间，其不符合电泳工艺的要求。需要解释的是，欧姆平方厘米是由某种的检测方式下得到的电阻率单位。该种检测方法在将一定的压力对导电体进行施压时使用万用表检测到的该导电体的电阻值R，通过换算得到该电阻率RA,即RA＝R*A，其中，RA为电阻率，R为所测到的电阻值，A为该被测导电体的面积。因此RA的单位即为欧姆平方厘米。当然可以想到的是，还可以为欧姆平方米等。因为电泳工艺所要求的材料的电阻值一般在106每平方厘米欧姆以下，明显该专利所公开的材料是不符合要求，这与它的应用场合有关系，因为专利号为200910175267.3所公开的材料的导电目的是为了消除和减小因摩擦产生的静电，而不是应用于电泳工艺。另外，专利号为200910175267.3所公开的材料也不具有实际工程应用的要求，因为在工程实际应用中，比如用于轴承，该材料要求必须具有很好的力学性能，抗蠕变性能，以及更低的电阻值。因为有很好的力学性能才能通过车削制成厚度很小膜，
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有很好的力学性能，抗蠕变性能，以及更低的电阻值的导电自润滑膜及其制备方法，以满足上述要求。
一种轴承用导电自润滑膜，其使用于电泳工艺中，其特征在于：所述轴承用导电自润滑膜主要由氟聚合物、炭黑、碳纳米管，碳纤维，以及固体润滑剂组成，所述聚合物选自氟聚合物中的一种或几种且其重量比为70％～80％，炭黑的重量比为4％～5％，所述碳纳米管的重量比为1％～2％，所述碳纤维的重量比为15％～20％，所述固体润滑剂的重量比为0～9％，所述碳纳米管的长度为3μm～5μm。
进一步地，所述聚合物选自聚四氟乙烯、氟化的乙烯-丙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯三氟乙烯、乙烯氯三氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、以及它们的组合。
进一步地，所述氟聚合物为全氟烷氧基乙烯，改性四氟乙烯-六氟丙烯，改性全氟烷氧基乙烯，乙烯-四氟乙烯，四氟乙烯-全氟，改性聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，乙烯-氯三氟乙烯。
进一步地，所述轴承用导电自润滑膜的厚度为0.1mm～0.5mm。
进一步地，所述固体润滑剂选自玻璃纤维、碳纤维、硅、石墨、聚醚醚酮、二硫化钼、芳香族聚酯、碳颗粒、青铜、氟聚合物、热塑性填充剂、矿物填充剂、以及它们的任何组合。
进一步地，所述氟聚合物至少占所述导电自润滑膜的重量的72％、78％、或80％。
一种轴承用导电自润滑膜的制备方法，其包括如下步骤：
S1：提供炭黑与碳纳米管，该炭黑的重量比为4％～5％，碳纳米管的重量比为1％～2％，将该炭黑与该碳纳米管使用超声波分散法分散在液体介质中；
S2：提供碳纤维、固体润滑剂、以及氟聚合物，该碳纤维的重量比15％～20％，所述固体润滑剂的重量比为0～9％，所述氟聚合物的重量比为70％～80％，并在低温条件下将所述碳纤维、固体润滑剂与所述氟聚合物均匀地混合在一起形成氟聚合物混合物；
S3：将预分散好的炭黑与碳纳米管的溶液喷洒到该氟聚合物混合物上；
S4：将所述氟聚合物混合物在模具中进行高压制坯，并形成圆筒状坯料；
S5：将所述氟聚合物混合物的圆筒状坯料放烘箱中烧结48至144小时；
S6：将冷却后的所述氟聚合物混合物的圆筒状坯料进行车削，即控制进刀量以获得所需厚度的导电自润滑膜。
进一步地，所液体介质为乙二醇溶液。
进一步地，所述低温范围为低于19度。
进一步地，所述导电自润滑膜的厚度为0.1mm～0.5mm。
与现有技术相比，本发明所提供的导电自润滑膜使用炭黑与碳纳米管混合使用，降低了整体材料的成本，有利于推广使用，而该通过设定所述炭黑、碳纳米管、以及碳纤维的比例，微观上在该导电自润滑膜中形成了良好的导电网络，使得在宏观上该导电自润滑膜的电阻值小于103欧姆平方厘米，而且由于碳纤维的存在，使得该导电自润滑膜的具有良好的力学性能和抗蠕变性能，从而使得该导电自润滑材料适合车削以制备厚度符合要求的薄膜。
附图说明
图1为本发明提供的轴承用导电自润滑膜的结构示意图。
图2为图1的导电自润滑膜的制备流程图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
如图1所示，其为本发明提供的轴承用导电自润滑膜的结构示意图。所述轴承用导电自润滑膜主要由氟聚合物10、炭黑11、碳纳米管12，碳纤维13，以及固体润滑剂14组成。可以想到的是，根据实际的性能要求，所述轴承用导电自润滑膜还可以包括其他材料，如填料等。
所述氟聚合物10为含氟的聚合物，其可以选自该含氟的聚合物中的一种或几种。该含氟的聚合物可以为聚四氟乙烯(PTFE)、氟化的乙烯-丙烯(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、或者它们的任何组合。所述含氟的聚合物还可以为全氟烷氧基乙烯，改性四氟乙烯-六氟丙烯，改性全氟烷氧基乙烯，乙烯-四氟乙烯，四氟乙烯-全氟，改性聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，乙烯-氯三氟乙烯中的一种或几种。在选用上述的材料的任意一种或几种的组合时，该氟聚合物10的重量比为70％～80％。优选地，所述氟聚合物10至少占所述轴承用导电自润滑膜的重量的72％、78％、或80％，且所述氟聚合物10为聚四氟乙烯(PTFE)。
所述炭黑11为一般是指碳单质微粒，其在碳元素燃烧不充分，就会脱离分子，形成炭黑11。在炭黑11中，碳原子的排列方式类似于石墨，组成六角形平面，通常3～5个这样的层面组成一个微晶，由于炭黑11微晶的每个石墨层面中，碳原子的排列是有序的，而相邻层面间碳原子的排列又是无序的，所以又叫准石墨晶体。理论上认为，炭黑11填充量越大，处于分散状态的炭黑粒子或炭黑粒子集合体的密度也越大，粒子间的平均距离越小，相互接触的几率越高，炭黑粒子或炭黑粒子集合体形成的导电通路也越多。不同极性的高聚物与炭黑11组成共混体系的极性越大，炭黑11临界体积分数就越大，意味着体系的导电性下降，因为炭黑11表面含有很强的极性基团，基体极性大，作用增强，这时强度增加，却妨碍导电粒子自身的凝集，以致导电性差。但是在多组分基体树脂与炭黑11组成的共混体系中，由于不同基体的极性不同，填充炭黑11会产生偏析现象，这时导电性能取决于炭黑粒子在偏析相中的浓度和分布状态，还取决于偏析相高聚物所占比例。因此，一种混合物仅仅有炭黑11，其导电性也是很差的，即其电阻值会很高，难以达到电泳工艺的要求。因此，为了达到符合要求的导电性，炭黑11的重量比为4％～5％。优选地，所述炭黑11的含量为4.5wt％。
所述碳纳米管12可以看成是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管，具有无缝中空的管状结构，其管体由六边形碳原子网格围成，两端则通常可视作两个半球形的大富勒烯分子。单壁碳纳米管的直径较细，一般为几纳米到十几个纳米。碳纳米管12具有良好的导电性能，由于碳纳米管12的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。为了达到符合要求的导电性，同时符合材料的力学性能与抗蠕变性能，所述碳纳米管12的重量比为1％～2％。优选地，所述碳纳米管12的含量为1.5wt％。所述碳纳米管12的长度应当为3μm～5μm，以提高其导电均匀性。因为碳纳米管12的长度可以达到厘米线，太长的话，在混合过程中会降低其分散的均匀性，从而会降低其导电的均匀性，进而会降低其在电泳工艺中的电泳效果，即电泳厚度不一的瑕疵。
所述碳纤维13为是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维13“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。碳纤维13还有很多的性能，如密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好。为了使该轴承用导电自润滑膜具有良好的导电性能，同时具有符合材料的力学性能与抗蠕变性能，所述碳纤维13的重量比为15％～20％。优选地，所述碳纤维13的含量为18wt％。
所述固体润滑剂14选自玻璃纤维、硅、石墨、聚醚醚酮、二硫化钼、芳香族聚酯、碳颗粒、青铜、热塑性填充剂、矿物填充剂、以及它们的任何组合。所述固体润滑剂的作用在于减小摩擦，在本实施例中，所述固体润滑剂14为二硫化钼，其重量比为0～9％。
图2为所述轴承用导电自润滑膜的制备方法的流程图。所述轴承用导电自润滑膜的制备方法包括如下步骤：
S1：提供炭黑11与碳纳米管12，该炭黑11的重量比为4％～5％，碳纳米管12的重量比为1％～2％，将该炭黑11与该碳纳米管12使用超声波分散法分散在液体介质中；
S2：提供碳纤维13、固体润滑剂、以及氟聚合物10，该碳纤维13的重量比15％～20％，所述固体润滑剂的重量比为0～9％，所述氟聚合物10的重量比为70％～80％，并在低温条件下将所述碳纤维13、固体润滑剂与所述氟聚合物10均匀地混合在一起形成氟聚合物混合物；
S3：将预分散好的炭黑11与碳纳米管12的溶液喷洒到该氟聚合物混合物上；
S4：将所述氟聚合物混合物在模具中进行高压制坯，并形成圆筒状坯料；
S5：将所述氟聚合物混合物的圆筒状坯料放烘箱中烧结若干小时；
S6：将冷却后的所述氟聚合物混合物的圆筒状坯料进行车削，即控制进刀量以获得所需厚度的导电自润滑膜。
在步骤S1中，所述液体介质可以为含有乙二醇的溶液，在本实施例中为比例为所述乙二醇所占的比例为15％-25％wt。
在步骤S2中，所述温度应当控制在19℃以下，优选是10℃。
在步骤S3中，在喷洒所述炭黑11与碳纳米管12的溶液时，还应当搅拌所述氟聚合物混合物，以使该坯料混合均匀。
在步骤S6中，通过车削，可以制造出厚度为0.1mm～0.5mm的轴承用导电自润滑膜。在本实施例中，所述轴承用导电用自润滑膜的厚度为0.2mm。
与现有技术相比，本发明所提供的导电自润滑膜使用炭黑与碳纳米管混合使用，降低了整体材料的成本，有利于推广使用，而该通过设定所述炭黑、碳纳米管、以及碳纤维的比例，微观上在该导电自润滑膜中形成了良好的导电网络，使得在宏观上该导电自润滑膜的电阻值小于103欧姆平方厘米，而且由于碳纤维的存在，使得该导电自润滑膜的具有良好的力学性能和抗蠕变性能，从而使得该导电自润滑材料适合车削以制备厚度符合要求的薄膜。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种轴承用导电自润滑膜，其使用于电泳工艺中，其特征在于：所述轴承用导电自润滑膜主要由氟聚合物、炭黑、碳纳米管，碳纤维，以及固体润滑剂组成，所述聚合物选自氟聚合物中的一种或几种且其重量比为70％～80％，炭黑的重量比为4％～5％，所述碳纳米管的重量比为1％～2％，所述碳纤维的重量比为15％～20％，所述固体润滑剂的重量比为0～9％，所述碳纳米管的长度为3μm～5μm。
2.如权利要求1所述的轴承用导电自润滑膜，其特征在于：所述聚合物选自聚四氟乙烯、氟化的乙烯-丙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯三氟乙烯、乙烯氯三氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、以及它们的组合。
3.如权利要求2所述的轴承用导电自润滑膜，其特征在于：所述氟聚合物为全氟烷氧基乙烯，改性四氟乙烯-六氟丙烯，改性全氟烷氧基乙烯，乙烯-四氟乙烯，四氟乙烯-全氟，改性聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，乙烯-氯三氟乙烯。
4.如权利要求1所述的轴承用导电自润滑膜，其特征在于：所述轴承用导电自润滑膜的厚度为0.1mm～0.5mm。
5.如权利要求1所述的轴承用导电自润滑膜，其特征在于：所述固体润滑剂选自玻璃纤维、碳纤维、硅、石墨、聚醚醚酮、二硫化钼、芳香族聚酯、碳颗粒、青铜、氟聚合物、热塑性填充剂、矿物填充剂、以及它们的任何组合。
6.如权利要求1所述的轴承用导电自润滑膜，其特征在于：所述氟聚合物至少占所述导电自润滑膜的重量的72％、78％、或80％。
7.一种轴承用导电自润滑膜的制备方法，其包括如下步骤：
S1：提供炭黑与碳纳米管，该炭黑的重量比为4％～5％，碳纳米管的重量比为1％～2％，将该炭黑与该碳纳米管使用超声波分散法分散在液体介质中；
S2：提供碳纤维、固体润滑剂、以及氟聚合物，该碳纤维的重量比15％～20％，所述固体润滑剂的重量比为0～9％，所述氟聚合物的重量比为70％～80％，并在低温条件下将所述碳纤维、固体润滑剂与所述氟聚合物均匀地混合在一起形成氟聚合物混合物；
S3：将预分散好的炭黑与碳纳米管的溶液喷洒到该氟聚合物混合物上；
S4：将所述氟聚合物混合物在模具中进行高压制坯，并形成圆筒状坯料；
S5：将所述氟聚合物混合物的圆筒状坯料放烘箱中烧结48至144小时；
S6：将冷却后的所述氟聚合物混合物的圆筒状坯料进行车削，即控制进刀量以获得所需厚度的导电自润滑膜。
8.如权利要求1所述的轴承用导电自润滑膜的制备方法，其特征在于：所液体介质为乙二醇溶液。
9.如权利要求1所述的轴承用导电自润滑膜的制备方法，其特征在于：所述低温范围为低于19度。
10.如权利要求1所述的轴承用导电自润滑膜的制备方法，其特征在于：所述导电自润滑膜的厚度为0.1mm～0.5mm。
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