CN110317422A - 一种多层复合滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层复合滑动轴承，包括滑动层、中间层和基层，滑动层中所含各成份及其质量份数分别为：PVDF 100份、第一润滑剂10～30份、第二润滑剂5～10份、增强剂10～20份、相容剂1～3份；第一润滑剂为超高分子量聚乙烯（UHMWPE），平均粒径≤50μm，平均分子量范围为≥2000000；PVDF的熔体流动速率为5～15g/10min。本发明多层复合滑动轴承以“PVDF+第一/第二润滑剂+增强剂”的组合，充分利用了第一润滑剂的优势，搭配第二润滑剂、增强剂以起到更全面的作用，可明显改善材料性能，具有突出的耐磨性、自润滑性、机械性能及使用寿命。

Description

一种多层复合滑动轴承
技术领域
本发明涉及到一种滑动轴承，具体地说是一种多层复合滑动轴承。
背景技术
多层复合滑动轴承一般由滑动层、中间层和基层构成，其中滑动层使用摩擦磨损性能良好的聚合物材料；中间层为多孔铜粉烧结层，能提高滑动层与基层的结合；基层为金属材料，提供力学支撑。目前，多层复合滑动轴承使用聚四氟乙烯（PTFE）作为滑动层主体以实现轴承与轴摩擦副之间的自润滑最为普遍。但是，由于PTFE的耐冲击性能不好，使得此类轴承对边缘载荷的承载能力弱。相较于PTFE而言，聚偏氟乙烯（PVDF）不仅具备良好的摩擦磨损性能，同时也具有更优的耐冲击性能和耐蠕变性能，其作为轴承的滑动层使用可赋予轴承在特定方面更优异的性能。公开号为CN106280147A的中国发明专利申请、US6528143B1的美国专利分别公开了一种PVDF耐磨复合材料，通过添加无机填料、玻纤/碳纤、聚合物等对PVDF进行摩擦性能改性，从而赋予产品一定的耐磨、自润滑性能。但是，无机填料、纤维增强体、固体润滑剂的加入会影响PVDF的耐冲击性能。因此，在综合考虑以PVDF为滑动层主体的多层复合轴承的摩擦磨损性能和边缘承载能力时，上述技术路线存在不足，有待改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种多层复合滑动轴承，通过添加不同组份的润滑剂、增强剂复配制备PVDF改性材料，并以此材料作为滑动层，制备的多层复合滑动轴承具有突出的耐磨性、自润滑性、机械性能及使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明一种多层复合滑动轴承包括滑动层、中间层和基层，所述滑动层中所含各成份及其质量份数分别为：PVDF 100份、第一润滑剂10～30份、第二润滑剂5～10份、增强剂10～20份、相容剂1～3份。
上述一种多层复合滑动轴承，所述PVDF的熔体流动速率为5～15g/10min。
上述一种多层复合滑动轴承，所述第一润滑剂为超高分子量聚乙烯（UHMWPE），平均粒径≤50μm，平均分子量范围为≥2000000。
上述一种多层复合滑动轴承，所述第二润滑剂为石墨、石墨烯、碳纳米管、二硫化钼、二硫化钨、聚四氟乙烯、氟化钙、氮化硼、氮化硅、铜粉、铅粉中的一种或多种（两种或两种以上）的混合物。
上述一种多层复合滑动轴承，所述增强剂为芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、碳酸钙晶须、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须中的一种或多种（两种或两种以上）的混合物，平均长度为50～150μm。
上述一种多层复合滑动轴承，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯（PE-g-MAH）、马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、乙烯-丙烯酸乙酯（EEA）、乙烯丙烯酸共聚物（EAA）中的一种或多种（两种或两种以上）的混合物。
上述一种多层复合滑动轴承，所述中间层为多孔烧结铜粉层，厚度为0.2～0.4mm。
上述一种多层复合滑动轴承，所述基层的制作材料为不锈钢、低碳钢、铜或铝。
本发明由于采用了上述技术方案，它具有以下优点：（1）第一润滑剂UHMWPE是一种线型结构的热塑性工程塑料，极高的分子量赋予其优异的耐磨性、自润滑性、耐冲击性、耐化学药品性、电绝缘性和耐低温性等。UHMWPE的极高分子量使其耐磨性能远高于PTFE，并具有良好的自润滑性，有利于提高PVDF滑动层的耐磨、减摩性能。同时，UHMWPE的韧性、耐冲击性能突出，第一润滑剂的添加能进一步提高PVDF滑动层的机械性能，尤其是韧性与耐冲击性能。（2）第二润滑剂采用具有良好润滑性的石墨、石墨烯、碳纳米管、二硫化钼、二硫化钨、聚四氟乙烯、氟化钙、氮化硼、氮化硅、铜粉、铅粉中的一种或多种混合物，适量第二润滑剂的添加有利于降低PVDF滑动层的摩擦系数，起到减摩作用，减少滑动层的磨耗与磨损，并对第一润滑剂起到辅助增强作用。（3）增强剂采用具有突出耐磨性能的芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、碳酸钙晶须、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须中的一种或多种混合物，增强剂均匀分散在PVDF树脂中，为滑动层提供优异耐磨性能的同时，提高了滑动层的机械强度。综上，本发明多层复合滑动轴承以“PVDF+第一/第二润滑剂+增强剂”的组合，充分利用了第一润滑剂的优势，搭配第二润滑剂、增强剂以起到更全面的作用，明显改善了材料的性能，在使用过程中具有突出的耐磨性、自润滑性、机械性能及使用寿命，有效地克服了现有技术（如PTFE等）存在的不足之处。
附图说明
图1是本发明各实施例与对比例的磨损量对比图；
图2是本发明各实施例与对比例的摩擦系数对比图；
图3为本发明多层复合滑动轴承的层状结构图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合相关实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。实施方式所使用的原料包括但不限于以下型号：
PVDF：索尔维生产，型号6010，熔体流动速率6g/10min；型号6008，熔体流动速率24g/10min。
UHMWPE：三井化学生产，型号Mipelon XM220，平均粒径30μm；型号Hi-Zex-Million240S，平均粒径120μm。
PTFE：索尔维生产，型号F5A EX，平均粒径12μm。
芳纶纤维（AF）：帝人集团生产，型号Twaron 5011，平均长度＜125μm。
碳纤维（CF）：日本东丽生产，型号Torayca T700，平均长度50-100μm。
玻璃纤维（GF）：巨石集团生产，型号EMG 13-250，平均长度约50μm。
石墨、MoS2、PE-g-MAH均为市售产品。
如图3所示，本发明多层复合滑动轴承包括滑动层1、中间层2和基层3。采用下列方法步骤（但不限于以下生产方法），按照下表所示质量组份分别制备12个实施例和3个对比例的复合滑动轴承：
（1）预处理：将PVDF、第一润滑剂、第二润滑剂和增强剂，分别于70～80℃鼓风干燥箱中干燥2～3小时；（2）混合：将经预处理的PVDF、经预处理的第一润滑剂、相容剂依次加入高速混合机中，常温下均匀混合3min；再依次加入经预处理的第二润滑剂和增强剂，常温下均匀混合5min，转速为4000～6000rpm；（3）将上述混合好的物料平铺至基层板材；（4）成型：将上述铺有物料的基层板材经过热和压力作用下制得多层复合滑动轴承；（5）制样：制备检测样品，根据GB/T 3960-2016《塑料 滑动摩擦磨损试验方法》进行测试，数据详见图1、图2。
本发明的实施例与对比例的质量比组份
PVDF UHMWPE PTFE 石墨 MoS<sub>2</sub> AF CF GF PE-g-MAH
实施例1 100 10 5 - - 10 - - 1
实施例2 100 10 5 - - - 10 - 1
实施例3 100 10 5 - - - - 10 1
实施例4 100 10 - 5 - 10 - - 1
实施例5 100 10 - - 5 10 - - 1
实施例6 100 10 5 - - 20 - - 1
实施例7 100 10 10 - - 10 - - 1
实施例8 100 30 5 - - 10 - - 1
实施例9 100 40 5 - - 10 - - 1
实施例10 100(6008) 10 5 - - 10 - - 1
实施例11 100 10(120μm) 5 - - 10 - - 1
实施例12 100 10 5 - - 10 - - 3
对比例1 100 - - - - - - - -
对比例2 100 - 5 - - - - - -
对比例3 100 - 5 - - 10 - - -
通过实施例、对比例的测试数据发现，本发明中的第一、第二润滑剂、增强剂的复配组合添加对PVDF的摩擦磨损性能有显著的提高，多层复合滑动轴承达到耐磨性、自润滑性的使用要求，可运用于轴承、垫片、滑块等制品制件。

Claims (8)

1.一种多层复合滑动轴承，包括滑动层、中间层和基层，其特征在于，所述滑动层中所含各成份及其质量份数分别为：PVDF 100份、第一润滑剂10～30份、第二润滑剂5～10份、增强剂10～20份、相容剂1～3份。
2.如权利要求1所述的一种多层复合滑动轴承，其特征在于，所述第一润滑剂为超高分子量聚乙烯，平均粒径≤50μm，平均分子量范围为≥2000000。
3.如权利要求1或2所述的一种多层复合滑动轴承，其特征在于，所述第二润滑剂为石墨、石墨烯、碳纳米管、二硫化钼、二硫化钨、聚四氟乙烯、氟化钙、氮化硼、氮化硅、铜粉、铅粉中的一种或多种的混合物。
4.如权利要求1或2所述的一种多层复合滑动轴承，其特征在于，所述增强剂为芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、碳酸钙晶须、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须中的一种或多种的混合物，平均长度为50～150μm。
5.如权利要求1或2所述的一种多层复合滑动轴承，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、乙烯-丙烯酸乙酯、乙烯丙烯酸共聚物中的一种或多种的混合物。
6.如权利要求1或2所述的一种多层复合滑动轴承，其特征在于，所述PVDF的熔体流动速率为5～15g/10min。
7.如权利要求1或2所述的一种多层复合滑动轴承，其特征在于，所述中间层为多孔烧结铜粉层，厚度为0.2～0.4mm。
8.如权利要求1或2所述的一种多层复合滑动轴承，其特征在于，所述基层的制作材料为不锈钢、低碳钢、铜或铝。
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