CN109910257B - 一种挤出喷水法制备的复合自润滑层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种挤出喷水法制备的复合自润滑层及其制备方法，属于滑动轴承领域。本发明将高分子粉末材料和填充物混合，得到混合料；将球粉带料预热，得到预热球粉带料；将所述混合料加热至半融熔状后，挤出到所述预热球粉带料上，得到自润滑层膜覆盖的带料；将所述自润滑层膜覆盖的带料轧制，得到复合带料；将所述复合带料喷水冷却，得到复合自润滑层；所述高分子粉末材料包括聚醚醚酮和/或聚己二酰丁二胺。实验结果表明，本发明制得的复合自润滑层的厚度可达0.05～10mm，延伸率可达2～3％。
Description
技术领域
本发明涉及滑动轴承领域，特别涉及一种挤出喷水法制备的复合自润滑层及其制备方法。
背景技术
滑动轴承是在滑动摩擦下工作的轴承，对于高速、重载、高精度以及结构上需要剖分的场合，需采用滑动轴承。自上世纪70年代问世以来，由三层复合材料卷制而成的滑动轴承在纺织、印刷、液压、汽车等行业得到了广泛应用，该三层复合材料一般是由钢板、烧结铜粉、高分子材料三层复合而成，具有自润滑层组织。
用来卷制滑动轴承的板材通常是用湿法工艺来生产的，例如中国发明专利CN102977975B，典型的传统湿法制备工艺步骤如下：
a)配料混合：将配料中的高分子材料(比如聚四氟乙烯，聚甲醛，聚苯酯，聚酰亚胺，尼龙等)和填充物包括无机固体自润滑材料(比如二硫化钼、石墨，玻璃纤维等)均匀混合成混合物；
b)湿混制备糊状料：在混合物中加入乳液(比如聚四氟乙烯乳液)或溶液(比如聚酰亚胺溶液)一起搅拌均匀，制成糊状料；
c)铺轧：通过铺料机将细颗粒的糊状料均匀撒在球粉板(烧结有铜粉的钢基板)表面，通过辊轧机将细颗粒的糊状料均匀复合在球粉板铜粉烧结层的空隙中及表面，制成坯板；
d)烘干：将坯板在温度约250℃的环境下烘干，烘干时间约为30分钟，使坯板表面充分干燥；
e)烧结：在有氮气体保护的烧结炉中对烘干后的坯板烧结，烧结先后经过预热、加温、保温三个流程；烧结加热温度约380℃，总时间约1小时左右；
f)精轧：将烧结完成后的坯板精轧，收卷。
传统湿法工艺制备的高分子材料自润滑层厚度有限，一般仅为0.01～0.03mm；其高分子自润滑层几乎没有抗拉强度，延伸率为0。
对于高分子材料为聚醚醚酮(PEEK)或聚己二酰丁二胺(PA46)，尤其是需要较厚的自润滑层时，采用传统的湿法工艺并不适用。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种挤出喷水法制备的复合自润滑层及其制备方法。本发明以聚醚醚酮和/或聚己二酰丁二胺为润滑材料，通过对轧制后的复合层进行喷水冷却处理，从而使复合层的厚壁稳定、均一。
本发明提供了一种挤出喷水法制备复合自润滑层的方法，包括以下步骤：
将高分子粉末材料和填充物混合，得到混合料；
将球粉带料预热，得到预热球粉带料；
将所述混合料加热至半融熔状后，挤出到所述预热球粉带料上，得到自润滑层膜覆盖的带料；
将所述自润滑层膜覆盖的带料轧制，得到复合带料；
将所述复合带料喷水冷却，得到复合自润滑层；
所述高分子粉末材料包括聚醚醚酮和/或聚己二酰丁二胺。
优选地，所述填充物包括聚苯酯、聚四氟乙烯、玻璃纤维、碳纤维、芳纶、二硫化钼、石墨、氟化石墨和氮化硼中的一种或多种。
优选地，所述所述聚醚醚酮和聚己二酰丁二胺经过改性处理。
优选地，所述高分子粉末材料为聚醚醚酮时，所述喷水冷却的喷水量为5～60L/min。
优选地，所述高分子粉末材料为聚己二酰丁二胺时，所述喷水冷却的喷水量为0.1～10L/min。
优选地，所述预热包括高频感应预热、中频感应预热、红外线辐射预热或电阻丝预热。
优选地，所述预热的温度为150～370℃。
优选地，所述半熔融状的温度为280～420℃。
优选地，所述混合料的挤出形状包括扁形、片形、圆柱形或多边柱形。
优选地，所述轧制的温度为100～320℃。
优选地，所述轧制的速度为0.6～10m/min。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的复合自润滑层，所述复合自润滑层的厚度0.05～10mm，延伸率1～3％。
本发明提供了一种挤出喷水法制备复合自润滑层的方法，包括以下步骤：将高分子粉末材料和填充物混合，得到混合料；将球粉带料预热，得到预热球粉带料；将所述混合料加热至半融熔状后，挤出到所述预热球粉带料上，得到自润滑层膜覆盖的带料；将所述自润滑层膜覆盖的带料轧制，得到复合带料；将所述复合带料喷水冷却，得到复合自润滑层；所述高分子粉末材料包括聚醚醚酮和/或聚己二酰丁二胺。本发明以聚醚醚酮和/或聚己二酰丁二胺为润滑材料，通过对轧制后的复合层进行喷水冷却处理，使聚醚醚酮快速冷却，加速聚醚醚酮的结晶，使聚醚醚酮冷却速度满足聚醚醚酮结晶速度的要求；通过喷水或喷雾，使聚己二酰丁二胺吸湿至饱和状态，自润滑层厚壁稳定、均一。实验结果表明，自润滑层的厚度可控制在0.05～10mm，致密度高，延伸率可达2～3％。
并且，本发明提供的技术方案不需要氮气保护烧结，其中若含有未完全反应的高分子材料可直接在挤出机中完成聚合，使聚合物的分子量得到充分保证，与传统自润滑层制备工艺相比，本发明挤出喷水法制备得到的自润滑层，大大简化了工艺和步骤，节约了能耗和成本，同时可制备具有高致密度的厚自润滑层，用其制得的滑动轴承具有更好的耐磨及抗疲劳性能，从而延长了使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例1挤出喷水法制备复合自润滑层的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种挤出喷水法制备复合自润滑层的方法，包括以下步骤：
将高分子粉末材料和填充物混合，得到混合料；
将球粉带料预热，得到预热球粉带料；
将所述混合料加热至半融熔状后，挤出到所述预热球粉带料上，得到自润滑层膜覆盖的带料；
将所述自润滑层膜覆盖的带料轧制，得到复合带料；
将所述复合带料喷水冷却，得到复合自润滑层；
所述高分子粉末材料包括聚醚醚酮和/或聚己二酰丁二胺。
本发明将高分子粉末材料和填充物混合，得到混合料。
在本发明中，所述聚醚醚酮和聚己二酰丁二胺优选进行改性处理，得到改性聚醚醚酮和改性聚己二酰丁二胺。本发明对所述改性的方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的手段即可，具体的如添加改性：添加小分子无机物或有机物、添加高分子物质(即共混改性)；形态及结构改性：形态控制改性、交联改性、共聚及接枝改性；复合改性；表面改性。在本发明中，所述聚醚醚酮和聚己二酰丁二胺粉末的粒径独立地优选为1～50μm，更优选为3～30μm；所述改性聚醚醚酮和改性聚己二酰丁二胺颗粒的形状独立地优选包括长体柱、圆体柱或片状，所述改性聚醚醚酮和改性聚己二酰丁二胺颗粒的长度独立地优选为1～10mm，宽或直径独立地优选为0.5～5mm。
本发明对所述高分子粉末材料的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员所熟知的制备方法制备得到或市售产品即可。在本发明中，所述高分子粉末材料作为自润滑材料，其自身具备润滑效果。
在本发明中，所述填充物优选包括聚苯酯、聚四氟乙烯、玻璃纤维、碳纤维、芳纶、二硫化钼、石墨、氟化石墨和氮化硼中的一种或多种，更优选为聚四氟乙烯、碳纤维和石墨的混合物，聚苯酯、芳纶和二硫化钼的混合物，聚四氟乙烯、玻璃纤维和氟化石墨的混合物，聚四氟乙烯和玻璃纤维玻璃的混合物，聚苯酯、碳纤维和氟化石墨的混合物或聚四氟乙烯、芳纶和氮化硼的混合物。本发明对所述填充物的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员所熟知的制备方法制备得到或市售产品即可。在本发明中，所述填充物优选包括有机和无机自润滑材料，自身具备润滑效果。
在本发明中，所述高分子粉末材料与填充物的重量比优选为40～90:60～10，更优选为50～80:50～20，更优选为60～70:40～30。
本发明对所述高分子粉末材料和填充物混合的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员所熟知的常规技术手段将原料混合均匀即可，具体的如搅拌。
本发明优选对所述混合料进行烘干，当所述高分子粉末材料为聚醚醚酮时，所述烘干的温度优选为110～160℃；当所述高分子粉末材料为聚己二酰丁二胺时，所述烘干的温度优选为105～130℃，本发明对所述烘干的时间没有特殊的限制，能够将所述混合料烘干即可，具体的如含水率≤0.1％。
本发明将球粉带料预热，得到预热球粉带料。
本发明优选将所述球粉带料由放卷机放出，进入加热系统预热，然后经过挤料口下方，等混合料挤出成自润滑层膜覆盖带料后由轧机带动进入轧机复合。在本发明中，所述球粉带料预热的方式优选包括高频感应预热、中频感应预热、红外线辐射预热或电阻丝预热。
在本发明中，所述预热的温度优选为150～370℃，当高分子材料为聚醚醚酮时，进一步优选为250～365℃，当所述高分子粉末材料为聚己二酰丁二胺时，进一步优选为155～245℃；本发明对所述预热的时间没有特殊的限定，能够使所述球粉带料达到预热的温度即可。
得到混合料和预热球粉带料后，本发明将所述混合料加热至半融熔状后，挤出到所述预热球粉带料上，得到自润滑层膜覆盖的带料。
在本发明中，所述半熔融状的温度优选为280～420℃，当高分子材料为聚醚醚酮时，进一步优选为370～415℃，当所述高分子粉末材料为聚己二酰丁二胺时，进一步优选为300～330℃，所述升温至半熔融状的升温速率优选为3～15℃/min，所述半熔融状能够提高润滑材料的塑性和流动性。
在本发明中，所述混合料挤出的形状优选包括扁形、片形、圆柱形或多边柱形，所述挤出的挤出料的厚度优选为0.05～10mm，更优选为0.3～1.0mm。
本发明优选将所述挤出的挤出料铺盖到所述预热球粉带料上，形成自润滑层膜覆盖的带料。本发明对所述铺盖的方式没有特殊的限定，采用本领域常规的技术手段能够实现均匀的铺盖即可。
得到所述自润滑层膜覆盖的带料后，本发明将所述自润滑层膜覆盖的带料轧制，得到复合带料。
在本发明中，所述轧制优选在轧机中进行，本发明通过轧机的挤压，加速了自润滑层膜下层渗透到球粉带料间隙中，使自润滑层膜与球粉带料复合，得到结合性强的复合带料。
在本发明中，所述轧制的温度优选为100～320℃，当高分子材料为聚醚醚酮时，进一步优选为260～315℃，当所述高分子粉末材料为聚己二酰丁二胺时，进一步优选为120～180℃，所述轧制的温度控制方式优选包括油循环控温、电热丝控温、外面红外线控温、加热带传递控温，所述轧制的速度优选为0.6～10m/min，更优选为1～3m/min。
得到复合带料后，本发明将所述复合带料喷水冷却，得到复合自润滑层。
在本发明中，当所述高分子粉末材料为聚醚醚酮时，所述喷水冷却的喷水量优选为5～60L/min，更优选为5～20L/min，所述喷水冷却喷水量能够使聚醚醚酮快速冷却，加速聚醚醚酮的结晶，使聚醚醚酮冷却速度满足聚醚醚酮结晶速度的要求，制得厚度均一、稳定的自润滑层；所述高分子粉末材料为聚己二酰丁二胺时，所述喷水冷却的喷水量优选为0.1～10L/min，所述喷水冷却的方式优选为喷雾冷却，所述喷水冷却能够使聚己二酰丁二胺吸湿至饱和状态，避免因聚己二酰丁二胺具有极易吸湿的特性，导致制得的自润滑层壁厚不稳定的问题。
得到复合自润滑层后，本发明优选对所述自润滑层的表面进行吹干处理，然后再根据要求的壁厚尺寸进行精轧收卷。在本发明中，所述吹干的设备优选为风泵，所述吹干的标准优选为至所述自润滑层表面没有水迹。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得自润滑层，所述复合自润滑层的厚度0.05～10mm，延伸率1～3％。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的挤出喷水法制备的复合自润滑层及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
图1是本发明实施例1挤出喷水法制备复合自润滑层的工艺流程图，先进行配料准备和球粉带料加温，然后依次进行挤出、复合、喷水、精轧收卷，得到复合自润滑层。
实施例1
聚醚醚酮复合自润滑层的制备
按照重量百分数将65％聚醚醚酮、12％聚四氟乙烯，12％碳纤维，11％石墨混合均匀，在130℃下烘干，得到混合料，将所述混合料放入挤出机中；
将球粉带料由放卷机放出，进入预热系统(中频感应预热)250℃下预热，得到预热球粉带料；然后经过挤料口下方，准备进入轧机；等混合料挤出覆盖带料后由轧机带动进入复合过程；
将所述混合料在加热至370℃，待混合料达到半融熔状后，挤出1mm厚的自润滑层膜；
将所述自润滑层膜铺盖到所述预热球粉带料上，在260℃下(电热丝控温)以1m/min的速率轧制，得到复合带料；
将所述复合带料在喷水量为20L/min的条件下进行冷却，；
将所述冷却后的复合带料采用风泵吹干，精轧后收卷，得到聚醚醚酮复合自润滑层。
经检测，本实施例制得的聚醚醚酮自润滑层的延伸率为2％。
实施例2
聚醚醚酮自润滑层的制备
按照重量百分数将70％聚醚醚酮、10％聚苯酯，10％芳纶，10％二硫化钼，混合均匀，在130℃下烘干，得到混合料，将所述混合料放入挤出机中；
将球粉带料由放卷机放出，进入预热系统(高频感应预热)365℃下预热，得到预热球粉带料；然后经过挤料口下方，准备进入轧机，等混合料挤出自润滑层膜来覆盖带料后由轧机带动进入复合过程；
将所述混合料在加热至415℃，待混合料达到半融熔状后，挤出0.05mm厚的自润滑层膜；
将所述自润滑层膜铺盖到所述预热球粉带料上，在315℃下(外面红外线控温)以3m/min的速率轧制，得到复合带料；
将所述复合带料在喷水量为5L/min的条件下进行冷却；
将冷却后的复合带料采用风泵吹干，精轧后收卷，得到聚醚醚酮复合自润滑层。
经检测，本实施例制得的聚醚醚酮自润滑层的延伸率为3％。
实施例3
聚醚醚酮自润滑层的制备
按照重量百分数将50％聚醚醚酮、20％聚四氟乙烯，18％玻璃纤维，12％氟化石墨，混合均匀，在130℃下烘干，得到混合料，将所述混合料放入挤出机中；
将球粉带料由放卷机放出，进入预热系统(红外线辐射预热)300℃下预热，得到预热球粉带料，然后经过挤料口下方，准备进入轧机，等混合料挤出自润滑层膜来覆盖带料后由轧机带动进入复合过程；
将所述混合料加热至400℃，待混合料达到半融熔状后，挤出10mm厚的自润滑层膜；
将所述自润滑层膜铺盖到所述预热球粉带料上，在300℃下(加热带传递控温)以10m/min的速率轧制，得到复合带料；
将所述复合带料在喷水量为40L/min的条件下进行冷却，然后采用风泵吹干表面后，再精轧后收卷，得到聚醚醚酮复合自润滑层。
经检测，实施例制得的聚醚醚酮自润滑层的延伸率为2％。
实施例4
聚己二酰丁二胺自润滑层的制备
按照重量百分数将65％聚己二酰丁二胺、15％聚四氟乙烯，20％玻璃纤维，混合均匀，在115℃下烘干，得到混合料，将所述混合料放入挤出机中；
将球粉带料由放卷机放出，进入预热系统(中频感应预热)155℃下预热，得到预热球粉带料，然后经过挤料口下方，准备进入轧机，等混合料挤出自润滑层膜来覆盖带料后由轧机带动进入复合过程；
将所述混合料在加热至300℃，待混合料达到半融熔状后，挤出3mm厚的自润滑层膜；
将所述自润滑层膜铺盖到所述预热球粉带料上，在120℃下(油循环控温)以1m/min的速率轧制，得到复合带料；
将所述复合带料在喷水量为1L/min的条件下进行冷却和吸湿，
然后用风泵吹干表面，再精轧后收卷，得到聚己二酰丁二胺复合自润滑层。
经检测，实施例制得的聚己二酰丁二胺自润滑层的延伸率为2％。
实施例5
聚己二酰丁二胺自润滑层的制备
按照重量百分数将70％聚己二酰丁二胺、10％聚苯酯，10％碳纤维，10％氟化石墨，混合均匀，在115℃下烘干，得到混合料，将所述混合料放入挤出机中；
将球粉带料由放卷机放出，进入预热系统(电阻丝预热)245℃下预热，得到预热球粉带料；然后经过挤料口下方，准备进入轧机，等混合料挤出自润滑层膜来覆盖带料后由轧机带动进入复合过程；
将所述混合料在加热至330℃，待混合料达到半融熔状后，挤出0.05mm厚的自润滑层膜；
将所述自润滑层膜铺盖到所述预热球粉带料上，在180℃下(电阻丝控温)以3m/min的速率轧制，得到复合带料；
将所述复合带料在喷水量为0.1L/min的条件下进行冷却和吸湿，
然后采用风泵吹干表面，再精轧后收卷，得到聚己二酰丁二胺复合自润滑层。
经检测，实施例制得的聚己二酰丁二胺自润滑层的延伸率为2％。
实施例6
聚己二酰丁二胺自润滑层的制备
按照重量百分数将50％聚己二酰丁二胺、18％聚四氟乙烯，25％芳纶，7％氮化硼，混合均匀，在115℃下烘干，得到混合料，将所述混合料放入挤出机中；
将球粉带料由放卷机放出，进入预热系统(高频感应预热)200℃下预热，得到预热球粉带料；然后经过挤料口下方，准备进入轧机，等混合料挤出自润滑层膜来覆盖带料后由轧机带动进入复合过程；
将所述混合料在加热至315℃，待混合料达到半融熔状后，挤出10mm厚的自润滑层膜；
将所述自润滑层膜铺盖到所述预热球粉带料上，在150℃下(加热带传递环控温)以0.6m/min的速率轧制，得到复合带料；
将所述复合带料在喷水量为5L/min的条件下进行冷却和吸湿，
然后采用风泵吹干表面，再精轧后收卷，得到聚己二酰丁二胺复合自润滑层。
经检测，实施例制得的聚己二酰丁二胺自润滑层的延伸率为2％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种挤出喷水法制备复合自润滑层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照重量百分数将65%聚醚醚酮、12%聚四氟乙烯，12%碳纤维，11%石墨混合均匀，在130℃下烘干，得到混合料，将所述混合料放入挤出机中；
将球粉带料由放卷机放出，进入250℃下中频感应预热，得到预热球粉带料；然后经过挤料口下方，准备进入轧机；等混合料挤出覆盖带料后由轧机带动进入复合过程；
将所述混合料在加热至370℃，待混合料达到半融熔状后，挤出1mm厚的自润滑层膜；
将所述自润滑层膜铺盖到所述预热球粉带料上，以电热丝控温在260℃下以1m/min的速率轧制，得到复合带料；
将所述复合带料在喷水量为20L/min的条件下进行冷却；
将所述冷却后的复合带料采用风泵吹干，精轧后收卷，得到聚醚醚酮复合自润滑层。
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