CN110453503A - 一种含油自润滑轴承保持架材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含油自润滑轴承保持架材料及其制备方法，属于保持架材料制备技术领域。本发明采用润滑油微胶囊‑酚醛树脂溶液为原料，使保持架材料在使用过程中，随着材料表面的磨损，分散在内部的润滑油微胶囊被磨破，渗出润滑油，从而润滑摩擦界面，达到修复保持架材料摩擦磨损性能的作用，避免了保持架材料的进一步磨损，保障了轴承的运行精度和寿命。而且，润滑油微胶囊将润滑油存储在保持架材料中，含油量可高达20％，远高于多孔含油酚醛保持架(低于10％)。同时，润滑油微胶囊的使用并未如孔隙一样明显降低保持架材料的机械强度，在润滑油微胶囊含量为35％时，保持架材料的环张力仍然高于80MPa。

Description

一种含油自润滑轴承保持架材料及制备方法
技术领域
本发明涉及轴承保持架材料制备技术领域，尤其涉及一种含油自润滑轴承保持架材料及制备方法。
背景技术
高速滚动轴承常采用酚醛胶木材料作为轴承保持架，这种材料具有质轻、强度高、离心力小、噪声小、制造成本低等优点，在高速机床、高精密医疗器械、精密仪表等高精度轴承系统中广泛应用。目前，有很多关于酚醛胶木保持架材料的专利报道，例如：中国专利CN201711321046.3公开了一种用于制造轴承保持架的酚醛树脂胶布的上胶方法，中国专利CN201710878723.5公开了一种应用于电机轴承的卷制酚醛层压布管的方法，中国专利ZL201610152325.0和ZL200710193132.0分别发明提供了两种酚醛胶木保持架的酸洗去毛刺技术。
然而，酚醛胶木材料的塑料属性使其在与轴承套圈、滚珠钢性元件碰撞、摩擦过程中常常成为磨损薄弱环节，在保持架兜孔及引导面处常表现出严重的磨损问题，导致轴承振动和摩擦力矩上升，严重影响轴承的运转精度和寿命。
为提高酚醛胶木保持架的耐磨性，中国专利ZL200710054303.1公开了一种多孔酚醛胶布层压保持架材料及制造方法。该材料具有贯通孔隙结构，可以存储一定量润滑油，在轴承运转时，孔隙内存储的润滑油可自行渗出为保持架提供润滑作用，提高其耐磨性。该发明借助孔隙的储油特性提供了一种提高酚醛保持架耐磨性的手段。尽管如此，多孔酚醛保持架材料却有着明显的不足。一方面，虽然孔隙具有储油供油功能，但孔隙的引入不可避免地会降低保持架的抗拉强度，为保证保持架在使用时具有足够的机械强度，其内部孔隙率不能过高，所以材料含油量的提高受到了一定的限制。另一方面，由于该方法采用发泡法在酚醛基体中产生孔隙，工艺控制较为复杂，孔隙率和孔径受工艺影响大，且产生的孔隙尺寸大小不一，且分布不均匀，难以控制，材料的机械性能、自润滑和耐磨特性均受到很大程度的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含油自润滑轴承保持架材料及制备方法。本发明的方法制备的保持架材料具有优异润滑性能的同时，也具有优异的机械性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种含油自润滑轴承保持架材料的制备方法，包括以下步骤：
将棉布浸渍在润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液中，然后烘干，得到润滑油微胶囊-酚醛树脂预浸布；
将所述润滑油微胶囊-酚醛树脂预浸布热卷成管，得到预浸布层压管；
将所述预浸布层压管进行烧结，得到所述含有自润滑轴承保持架材料；
所述润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液包括以下质量百分比的组分：润滑油微胶囊5～35％，酚醛树脂40～60％，余量的乙醇。
优选地，所述润滑油微胶囊包括囊壁和囊芯，所述囊壁的材质包括聚砜、聚三聚氰胺或脲醛树脂。
优选地，所述囊芯的材质为润滑油，所述润滑油的质量为所述润滑油微胶囊质量的40～60％。
优选地，所述润滑油微胶囊的粒径为1～100μm。
优选地，所述浸渍在浸胶机上进行；所述浸渍的参数包括：挤胶辊间隙为0.1～0.15mm，浸渍速度1.0～2.0m/min。
优选地，所述烘干的温度为110～120℃。
优选地，所述热卷成管的温度为100～120℃，热卷成管的张力为50～200N。。
优选地，所述热卷成管在缠绕机上进行，所述热卷成管的参数包括：热辊的压力为50～150N，缠绕速度为0.5～1.0m/min。
优选地，所述烧结的过程为：由室温升温至80～100℃，保温100～150min；继续升温至120～140℃，保温100～150min；继续升温至160～180℃，保温60～90min。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的含油自润滑轴承保持架材料，所述含油自润滑轴承保持架材料的环张力为85～108MPa，邵氏硬度为85～90，在干摩擦条件下的摩擦系数低至0.19、体积磨损率低至1.6×10-4mm3/Nm。
本发明提供了一种含油自润滑轴承保持架材料的制备方法，包括以下步骤：将棉布浸渍在润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液中，然后烘干，得到润滑油微胶囊-酚醛树脂预浸布；将所述润滑油微胶囊-酚醛树脂预浸布热卷成管，得到预浸布层压管；将所述预浸布层压管进行烧结，得到所述含有自润滑轴承保持架材料；所述润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液包括以下质量百分比的组分：润滑油微胶囊5～35％，酚醛树脂40～60％，余量的乙醇。
本发明采用润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液为原料，使得由该原料加工成的保持架材料在使用过程中，随着材料表面的磨损，分散在内部的润滑油微胶囊被磨破，渗出润滑油，从而润滑摩擦界面，达到修复保持架材料摩擦磨损性能的作用，避免了保持架材料的进一步磨损，保障了轴承的运行精度和寿命。而且，润滑油微胶囊将润滑油存储在保持架材料中，其润滑油含量可通过润滑油微胶囊含量进行调控，含油量可高达20％，远高于多孔含油酚醛保持架(低于10％)。同时，润滑油微胶囊的使用并未如孔隙一样明显降低保持架材料的机械强度，在润滑油微胶囊含量为35％时，所得保持架材料的环张力仍然高于80MPa。实施例的数据表明：按照本发明提供的制备方法得到的保持架材料具有较低的摩擦系数和磨损率，干摩擦条件下的摩擦系数可低至0.19，体积磨损率低至1.6×10-4mm3/Nm，与常规的酚醛胶木保持架材料相比，摩擦系数降低74％，磨损率降低38％；同时，保持架材料的环张力高达108MPa，邵氏硬度高达90。
具体实施方式
本发明提供了一种含油自润滑轴承保持架材料的制备方法，包括以下步骤：
将棉布浸渍在润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液中，然后烘干，得到润滑油微胶囊-酚醛树脂预浸布；
将所述润滑油微胶囊-酚醛树脂预浸布热卷成管，得到预浸布层压管；
将所述预浸布层压管进行烧结，得到所述含有自润滑轴承保持架材料；
所述润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液包括以下质量百分比的组分：润滑油微胶囊5～35％，酚醛树脂40～60％，余量的乙醇。
本发明将棉布浸渍在润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液中，然后烘干，得到润滑油微胶囊-酚醛树脂预浸布。
在本发明中，所述润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液包括以下质量百分比的组分：润滑油微胶囊5～35％，酚醛树脂40～60％，余量的乙醇。
本发明的润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液包括质量百分比为5～35％的润滑油微胶囊，优选为10～30％，进一步优选为15～25％，更优选为20％。在本发明中，所述润滑油微胶囊的粒径优选为1～200μm。在本发明中，所述润滑油微胶囊优选包括囊壁和囊芯。在本发明中，所述囊壁的材质优选包括聚砜、聚三聚氰胺或脲醛树脂。在本发明中，所述囊芯的材质优选为润滑油，本发明对所述润滑油的型号不做具体限定，本领域技术人员根据实际需要进行选择即可。在本发明中，所述润滑油的质量优选为润滑油微胶囊质量的40～60％，进一步优选为45～55％，更优选为50％。本发明对所述润滑油微胶囊的来源不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品或者根据公知的方法进行制备均可。
本发明的润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液包括质量百分比为40～60％的酚醛树脂，优选为45～55％，进一步优选为50％。本发明对所述酚醛树脂的来源不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
本发明的润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液包括余量的乙醇。
本发明将润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液中酚醛树脂的质量百分数控制为40～60％，能够保证后续润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液对棉布的浸渍效果，保证棉布上具有足够量的酚醛树脂；润滑油微胶囊的质量百分比为5～35％，能够降低保持架材料的摩擦系数，提高耐磨性。润滑油微胶囊的含量少，润滑油含量少，摩擦系数会高，磨损量大；润滑油微胶囊含量高，润滑油含量高，摩擦系数会降低，耐磨性提高；但润滑油微胶囊含量也不能过高，过高会导致保持架材料的强度下降。
在本发明中，所述润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液的制备方法优选包括以下步骤：
将润滑油微胶囊通过超声分散在乙醇中，得到润滑油微胶囊乙醇溶液；将酚醛树脂与乙醇混合，得到酚醛树脂乙醇溶液；将所述润滑油微胶囊乙醇溶液与酚醛树脂乙醇溶液混合，机械搅拌均匀，得到所述润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液。
在本发明中，所述棉布优选为100纱支平纹棉布；本发明对棉布的来源不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述棉布在浸渍前优选进行表面脱浆处理，本发明对所述表面脱浆处理的工艺及参数不做具体限定，采用本领域技术人员熟知的表面脱浆处理即可。
在本发明中，所述浸渍优选在浸胶机上进行；所述浸渍的参数包括：挤胶辊间隙优选为0.1～0.15mm，进一步优选为0.11～0.14mm，更优选为0.12～0.13mm；浸渍速度优选为1.0～2.0m/min，进一步优选为1.2～1.8m/min，更优选为1.4～1.6m/min。
在本发明中，所述烘干的温度优选为110～120℃，进一步优选为115℃，所述烘干的时间优选为1.5～3min。
本发明通过控制浸渍的参数，使润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液能够充分、均匀地浸渍到棉布上，得到了润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液均匀分布的预浸布，为后续保持架材料的优异性能提供保证。
得到润滑油微胶囊-酚醛树脂预浸布后，本发明将所述润滑油微胶囊-酚醛树脂预浸布热卷成管，得到预浸布层压管。
在本发明中，所述热卷成管的温度优选为100～120℃，进一步优选为105～115℃，更优选为110℃；所述热卷成管的张力优选为50～200N，进一步优选为100～150N。
在本发明中，所述热卷成管优选在缠绕机上进行，所述热卷成管的参数包括：热辊的压力优选为50～150N，进一步优选为100N；缠绕速度优选为0.5～1.0m/min，进一步优选为0.6～0.9m/min，更优选为0.7～0.8m/min。
本发明通过控制热卷成管的工艺参数，能够使预浸布均匀、整齐地成管，保证预浸布平整地叠合，有利于后续保持架材料强度的提高。
得到预浸布层压管后，本发明将所述预浸布层压管进行烧结，得到所述含有自润滑轴承保持架材料。
在本发明中，所述烧结的过程优选为：由室温升温至80～100℃，保温100～150min；继续升温至120～140℃，保温100～150min；继续升温至160～180℃，保温60～90min；进一步优选为：由室温升温至80℃，保温120min；继续升温至120℃，保温120min；继续升温至180℃，保温60min。
在本发明中，由室温升温至80～100℃的升温速率优选为3～5℃/min；由80～100℃升温至120～140℃的升温速率优选为3～5℃/min；有由120～140℃，升温至160～180℃的升温速率优选为3～5℃/min。
在本发明中，所述烧结优选在常温常压下进行；所述烧结优选在烘箱内进行。
烧结结束后，本发明优选将烧结产物在烘箱中随炉冷却。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的含油自润滑轴承保持架材料，本发明提供的含有自润滑轴承保护架材料的环张力为85～108MPa，邵氏硬度为85～90，在干摩擦条件下的摩擦系数低至0.19、体积磨损率低至1.6×10-4mm3/Nm。显然，本发明提供的含有自润滑轴承保护架材料具有优异自润滑、耐磨损性能的同时，还具有优异的机械强度。
下面结合实施例对本发明提供的含油自润滑轴承保持架材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
所述润滑油微胶囊的囊壁材料为聚砜，润滑油的质量为润滑油微胶囊总质量的50％，所述润滑油微胶囊的粒径为1～100μm；称取质量百分数为50％的酚醛树脂、质量分数为10％的润滑油微胶囊；将润滑油微胶囊通过超声波作用均匀分散于乙醇中，得到润滑油微胶囊乙醇溶液，将酚醛树脂与乙醇混合，得到酚醛树脂乙醇溶液；将润滑油微胶囊乙醇溶液与酚醛树脂乙醇溶液混合，机械搅拌均匀，得到微胶囊-酚醛树脂溶液。
将表面脱过浆的100纱支平纹棉布，在浸胶机上浸渍微胶囊-酚醛树脂溶液，调节挤胶辊间隙为0.1mm，浸渍速度1.0m/min；在110℃下烘干后制得润滑油微胶囊-酚醛预浸布。
将润滑油微胶囊-酚醛预浸布在缠绕机上热卷成管，热卷成管的温度为100℃，热卷成管的张力为100N，热辊压力为100N，缠绕速度为0.5m/min，得到预浸布层压管。
将上述预浸布层压管放入烘箱内进行烧结，烧结工艺为：由室温以3℃/min的速率升温至80℃，保温120min，然后以3℃/min的速率继续升温至120℃，保温120min；以3℃/min的速率继续升温至180℃，保温60min；烧结结束后随炉冷却，得到含油自润滑轴承保持架材料。
该含油自润滑轴承保持架材料的环张力为108MPa，硬度(邵氏D)90，干摩擦系数为0.32，体积磨损率为2.43×10-4mm3/Nm。
实施例2
所述润滑油微胶囊的囊壁材料为聚砜，润滑油的质量为润滑油微胶囊总质量的60％，所述润滑油微胶囊的粒径为1～100μm；称取质量百分数为50％的酚醛树脂、质量分数为35％的润滑油微胶囊；将润滑油微胶囊通过超声波作用均匀分散于乙醇中，得到润滑油微胶囊乙醇溶液，将酚醛树脂与乙醇混合，得到酚醛树脂乙醇溶液；将润滑油微胶囊乙醇溶液与酚醛树脂乙醇溶液混合，机械搅拌均匀，得到微胶囊-酚醛树脂溶液。
将表面脱过浆的100纱支平纹棉布，在浸胶机上浸渍微胶囊-酚醛树脂溶液，调节挤胶辊间隙为0.1mm，浸渍速度1.0m/min；在110℃下烘干后制得润滑油微胶囊-酚醛预浸布。
将润滑油微胶囊-酚醛预浸布在缠绕机上热卷成管，：热卷成管的温度为100℃，热卷成管的张力为100N，热辊压力为100N，缠绕速度为0.5m/min，得到预浸布层压管。
将上述预浸布层压管放入烘箱内进行烧结，烧结工艺为：由室温以5℃/min的速率升温至80℃，保温120min，然后以5℃/min的速率继续升温至120℃，保温120min；以5℃/min的速率继续升温至180℃，保温60min；烧结结束后随炉冷却，得到含油自润滑轴承保持架材料。
该含油自润滑轴承保持架材料的环张力为89MPa，硬度(邵氏D)86，干摩擦系数为0.20，体积磨损率为1.65×10-4mm3/Nm。
实施例3
所述润滑油微胶囊的囊壁材料为聚三聚氰胺，润滑油的质量为润滑油微胶囊总质量的50％，所述润滑油微胶囊的粒径为1～100μm；称取质量百分数为50％的酚醛树脂、质量分数为10％的润滑油微胶囊；将润滑油微胶囊通过超声波作用均匀分散于乙醇中，得到润滑油微胶囊乙醇溶液，将酚醛树脂与乙醇混合，得到酚醛树脂乙醇溶液；将润滑油微胶囊乙醇溶液与酚醛树脂乙醇溶液混合，机械搅拌均匀，得到微胶囊-酚醛树脂溶液。
将表面脱过浆的100纱支平纹棉布，在浸胶机上浸渍微胶囊-酚醛树脂溶液，调节挤胶辊间隙为0.1mm，浸渍速度1.0m/min；在110℃下烘干后制得润滑油微胶囊-酚醛预浸布。
将润滑油微胶囊-酚醛预浸布在缠绕机上热卷成管：热卷成管的温度为100℃，热卷成管的张力为50N，热辊压力为50N，缠绕速度为0.5m/min，得到预浸布层压管。
将上述预浸布层压管放入烘箱内进行烧结，烧结工艺为：由室温以3℃/min的速率升温至80℃，保温120min，然后以3℃/min的速率继续升温至120℃，保温120min；以3℃/min的速率继续升温至180℃，保温60min；烧结结束后随炉冷却，得到含油自润滑轴承保持架材料。
该含油自润滑轴承保持架材料的环张力为102MPa，硬度(邵氏D)88，干摩擦系数为0.28，体积磨损率为2.61×10-4mm3/Nm。
实施例4
所述润滑油微胶囊的囊壁材料为聚砜，润滑油的质量为润滑油微胶囊总质量的60％，所述润滑油微胶囊的粒径为1～100μm；称取质量百分数为50％的酚醛树脂、质量分数为35％的润滑油微胶囊；将润滑油微胶囊通过超声波作用均匀分散于乙醇中，得到润滑油微胶囊乙醇溶液，将酚醛树脂与乙醇混合，得到酚醛树脂乙醇溶液；将润滑油微胶囊乙醇溶液与酚醛树脂乙醇溶液混合，机械搅拌均匀，得到微胶囊-酚醛树脂溶液。
将表面脱过浆的100纱支平纹棉布，在浸胶机上浸渍微胶囊-酚醛树脂溶液，调节挤胶辊间隙为0.1mm，浸渍速度1.0m/min；在110℃下烘干后制得润滑油微胶囊-酚醛预浸布。
将润滑油微胶囊-酚醛预浸布在缠绕机上热卷成管：热卷成管的温度为100℃，热卷成管的张力为50N，热辊压力为50N，缠绕速度为0.5m/min，得到预浸布层压管。
将上述预浸布层压管放入烘箱内进行烧结，烧结工艺为：由室温以5℃/min的速率升温至80℃，保温120min，然后以5℃/min的速率继续升温至120℃，保温120min；以5℃/min的速率继续升温至180℃，保温60min；烧结结束后随炉冷却，得到含油自润滑轴承保持架材料。
该含油自润滑轴承保持架材料的环张力为85MPa，硬度(邵氏D)85，干摩擦系数为0.19，体积磨损率为1.60×10-4mm3/Nm。
本发明的含油自润滑轴承保持架材料以含有润滑油微胶囊的微胶囊-酚醛树脂溶液为原料，由于润滑油微胶囊的存在，保持架材料在使用过程中，会使储存在微胶囊内部的润滑油释放出来，起到润滑保护架材料的作用，同时还能防止保持架材料进一步磨损；而且，本发明的保持架材料相比带有孔隙的保持架材料，还具有优异的机械强度，是作为轴承保护架材料的优选材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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 (10)

1.一种含油自润滑轴承保持架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将棉布浸渍在润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液中，然后烘干，得到润滑油微胶囊-酚醛树脂预浸布；
将所述润滑油微胶囊-酚醛树脂预浸布热卷成管，得到预浸布层压管；
将所述预浸布层压管进行烧结，得到所述含有自润滑轴承保持架材料；
所述润滑油微胶囊-酚醛树脂溶液包括以下质量百分比的组分：润滑油微胶囊5～35％，酚醛树脂40～60％，余量的乙醇。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述润滑油微胶囊包括囊壁和囊芯，所述囊壁的材质包括聚砜、聚三聚氰胺或脲醛树脂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述囊芯的材质为润滑油，所述润滑油的质量为所述润滑油微胶囊质量的40～60％。
4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，所述润滑油微胶囊的粒径为1～100μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍在浸胶机上进行；所述浸渍的参数包括：挤胶辊间隙为0.1～0.15mm，浸渍速度1.0～2.0m/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为110～120℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热卷成管的温度为100～120℃，热卷成管的张力为50～200N。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述热卷成管在缠绕机上进行，所述热卷成管的参数包括：热辊的压力为50～150N，缠绕速度为0.5～1.0m/min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的过程为：由室温升温至80～100℃，保温100～150min；继续升温至120～140℃，保温100～150min；继续升温至160～180℃，保温60～90min。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法得到的含油自润滑轴承保持架材料，其特征在于，所述含油自润滑轴承保持架材料的环张力为85～108MPa，邵氏硬度为85～90，在干摩擦条件下的摩擦系数低至0.19、体积磨损率低至1.6×10-4mm3/Nm。
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