CN110628182B - 一种环氧树脂保持架材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环氧树脂保持架材料及其制备方法,属于轴承材料技术领域。由包括以下重量份数的原料经固化制备得到:环氧树脂50~70份、含油微胶囊10~30份、固体润滑剂5~15份、碳纤维5~15份和固化剂,所述环氧树脂与固化剂的质量比为100:30~40。本发明的环氧树脂保持架材料在液体润滑剂含油微胶囊和固体润滑剂的共同润滑下,提高了环氧树脂保持架材料的摩擦学性能,在碳纤维的增强作用下,减缓了因含油微胶囊的掺入导致的环氧树脂保持架力学性能下降的速度。实施例的数据表明:本发明提供的环氧树脂保持架材料的摩擦系数为0.0165~0.1729,弯曲强度为57~80N/mm2。
Description
技术领域
本发明涉及轴承材料技术领域,尤其涉及一种环氧树脂保持架材料及其制备方法。
背景技术
聚合物材料作为可替代金属保持架材料,具有质轻、比强度高、制备简单、成本低等优点,在轴承系统保持架领域存在广泛应用。目前大量专利报道聚酰亚胺、酚醛树脂等轴承保持架,例如,专利200410010165.3中,公开了一种多孔聚酰亚胺保持架材料及成型工艺;专利201810027153.3中,公开了一种聚酰亚胺复合材料、多孔聚酰亚胺保持架的制备方法。多孔聚酰亚胺作为性能最较佳的轴承保持架,但摩擦系数高、价格昂贵;同时,制备工艺复杂。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供了一种环氧树脂保持架材料及其制备方法。本发明提供的环氧树脂保持架材料具有较低的摩擦系数、原料来源广、成本低廉。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种环氧树脂保持架材料,由包括以下重量份数的原料经固化制备得到:
环氧树脂50~70份、含油微胶囊10~30份、固体润滑剂5~15份、碳纤维5~15份和固化剂,所述环氧树脂与固化剂的质量比为100:30~40。
优选地,所述含油微胶囊通过以下步骤制备得到:
将有机相与水相混合后,依次经分散、搅拌、静置、过滤、洗涤和抽滤,得到所述含油微胶囊;
所述有机相为聚砜、润滑油和二氯甲烷的混合物;
所述水相为十二烷基硫酸钠水溶液;
所述有机相和水相的体积比为1:2.0~5.0。
优选地,所述含油微胶囊的粒径为1~20μm,封装率为50~70wt.%。
优选地,所述固体润滑剂为石墨或二硫化钼。
优选地,所述固体润滑剂的粒径为1~100μm。
优选地,所述碳纤维的直径为4~10μm,平均长度为70~100μm。
优选地,所述固化剂为固化剂MOCA或固化剂D230。
本发明还提供了上述技术方案所述的环氧树脂保持架材料的制备方法,包括以下步骤:
将环氧树脂、含油微胶囊、碳纤维和固体润滑剂混合,得到第一溶液;
将所述第一溶液与固化剂混合,依次经预固化和固化,得到所述环氧树脂保持架材料。
优选地,所述预固化的温度为80~100℃,时间为1~3h。
优选地,所述固化的温度为110~130℃,时间为8~12h。
本发明提供了一种环氧树脂保持架材料,由包括以下重量份数的原料经固化制备得到:环氧树脂50~70份、含油微胶囊10~30份、固体润滑剂5~15份、碳纤维5~15份和固化剂,所述环氧树脂与固化剂的质量比为100:30~40。本发明的环氧树脂保持架材料在液体润滑剂含油微胶囊和固体润滑剂的共同润滑下,提高了环氧树脂保持架材料的摩擦学性能,在碳纤维的增强作用下,减缓了因含油微胶囊的掺入导致的环氧树脂保持架力学性能下降的速度;同时,本发明的原料来源广、价格低廉。实施例的数据表明:本发明提供的环氧树脂保持架材料的摩擦系数为0.0165~0.1729,弯曲强度为57~80N/mm2。
本发明还提供了上述技术方案所述的环氧树脂保持架材料的制备方法,本发明的制备方法采用预固化和固化替代了多孔聚酰亚胺轴承保持架的模压成型工艺,简化了制备工艺。
具体实施方式
本发明提供了一种环氧树脂保持架材料,由包括以下重量份数的原料经固化制备得到:
环氧树脂50~70份、含油微胶囊10~30份、固体润滑剂5~15份、碳纤维5~15份和固化剂,所述环氧树脂与固化剂的质量比为100:30~40。
制备本发明提供的环氧树脂保持架材料的原料包括重量份数为50~70份的环氧树脂,优选为55~65份,进一步优选为60份。在本发明中,所述环氧树脂优选为环氧树脂E51。本发明对所述环氧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。
以环氧树脂的重量份数为基准,制备本发明提供的环氧树脂保持架的原料包括重量份数为10~30份的含油微胶囊,优选为15~25份,进一步优选为20份。在本发明中,所述含油微胶囊的粒径优选为1~20μm,进一步优选为5~15μm;所述含油微胶囊的封装率优选为50~70wt.%,进一步优选为55~65wt.%,更优选为60wt.%。在本发明中,含油胶囊如封装率过低或者颗粒较小,含油微胶囊含油量少,在摩擦过程中不能提供足够的润滑剂;封装率过高或者粒径过大,含油微胶囊壁材较薄,机械性强度低,不易和环氧树脂混合加工。
在本发明中,所述含油微胶囊优选通过以下步骤制备得到:将有机相与水相混合后,依次经分散、搅拌、静置、过滤、洗涤和抽滤,得到所述含油微胶囊。
在本发明中,所述有机相优选为聚砜、润滑油和二氯甲烷的混合物,所述聚砜、润滑油和二氯甲烷的质量比优选为1.0:1.0~2.0:20.0~35.0;所述润滑油优选为飞马二号润滑油。
在本发明中,所述水相优选为十二烷基硫酸钠水溶液;所述十二烷基硫酸钠水溶液的浓度优选为2.0~3.0wt.%。
在本发明中,所述有机相和水相的体积比优选为1:2.0~5.0。
在本发明中,所述分散优选在分散机上进行,所述分散机的转速优选为13000~16000rmp,所述分散的时间优选为1~3min。
在本发明中,所述搅拌的温度优选为30~36℃;所述搅拌的转速优选为500~700rmp,所述搅拌的时间优选为3~6h。
在本发明中,所述静置的时间优选为0.5~3h。
本发明对所述过滤和抽滤的方式及参数不做具体限定,采用本领域技术人员熟知的过滤和抽滤的方式及参数即可。在本发明中,所述洗涤用试剂优选为去离子水。
以环氧树脂的重量份数为基准,制备本发明提供的环氧树脂保持架的原料包括重量份数为5~15份的固体润滑剂,优选为10份。在本发明中,所述固体润滑剂优选为石墨或二硫化钼。在本发明中,所述固体润滑剂的粒径优选为1~100μm,进一步优选为5~50μm。本发明对所述固体润滑剂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。
以环氧树脂的重量份数为基准,制备本发明提供的环氧树脂保持架的原料包括5~15份碳纤维,优选为10份。在本发明中,所述碳纤维的直径优选为4~10μm,进一步优选为5~7μm;所述碳纤维的平均长度优选为70~100μm,进一步优选为80~90μm。本发明对所述碳纤维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。在本发明中碳纤维过长或者过短,会直接影响其分散性和机械性能,进一步导致摩擦学性能的下降;本发明通过控制碳纤维具有合理的直径和长度,使保持架具有较好的摩擦学性能。
制备本发明提供的环氧树脂保持架的原料包括固化剂,所述环氧树脂与固化剂的质量比为100:30~40,优选为100:35。在本发明中,所述固化剂优选为固化剂MOCA或固化剂D230。本发明对所述固化剂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,通过液体润滑剂含油微胶囊和固体润滑剂的共同作用,提高了环氧树脂保持架材料的摩擦学性能,再结合碳纤维的增强材料,减缓了含油微胶囊的填充导致环氧树脂复合材料机械性能的下降速度。
本发明还提供了上述技术方案所述的环氧树脂保持架的制备方法,包括以下步骤:
将环氧树脂、含油微胶囊、碳纤维和固体润滑剂混合,得到第一溶液;
将所述第一溶液与固化剂混合,依次经预固化和固化,得到所述环氧树脂保持架材料。
本发明将环氧树脂、含油微胶囊、碳纤维和固体润滑剂混合,得到第一溶液。
在本发明中,所述环氧树脂、含油微胶囊、碳纤维和固体润滑剂的混合方式优选为:将环氧树脂加热后,然后加入含油微胶囊、碳纤维和固体润滑剂混合。在本发明中,所述加热的温度优选为70~90℃,进一步优选为80℃;所述加热的时间优选为15~30min,进一步优选为20~25min。在本发明中,所述混合优选在搅拌的条件下进行。
混合均匀后,本发明优选还包括将所得混合溶液进行除泡处理;所述除泡处理的温度优选为80℃,所述除泡处理的时间优选为20min;所述除泡处理优选在真空的条件下进行。本发明对所述除泡处理的方式不做具体限定,采用本领域技术人员熟知的除泡方式即可。
得到第一溶液后,本发明将所述第一溶液与固化剂混合,依次经预固化和固化,得到所述环氧树脂保持架材料。
在本发明中,所述第一溶液与固化剂混合的方式优选为:将固化剂加入到所述第一溶液中。在本发明中,所述混合的方式优选为搅拌。
在本发明中,所述预固化的温度优选为80~100℃,进一步优选为85~95℃,更优选为90℃;所述预固化的时间优选为1~3h,进一步优选为2h。在本发明中,所述固化的温度优选为110~130℃,进一步优选为115~125℃,更优选为120℃;所述固化的时间优选为8~12h,更优选为10h。
在本发明中,所述预固化和固化优选在模具中进行。
本发明采用预固化和固化代替传统的多孔聚酰亚胺轴承保持架的模压成型工艺,简化了制备工艺。
下面结合实施例对本发明提供的环氧树脂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
称取环氧树脂50g,80℃下加热20min,然后将含油微胶囊30g,碳纤维15g(直径为4μm,平均长度为70μm),石墨5g(粒径为1~100μm),充分搅拌混合成均一溶液,80℃真空下除泡20min,取出加入固化剂MOCA 17g,缓慢搅拌均匀,倒入模具于80℃预固化2h,120℃固化8h,得到环氧树脂保持架材料;
所述含油微胶囊的制备方法为:
将5.4g聚砜和5.4g飞马二号润滑油溶于108g二氯甲烷,混成均一的溶液;然后倒入浓度3.0wt.%的十二烷基硫酸钠水溶液200mL;以13000rmp的分散速度分散1min,然后在30℃条件下,以500rmp的转速搅拌6h;静置、过滤得到沉淀物,将沉淀物去离子水洗涤后抽滤,得到含油微胶囊;所得含油微胶囊的粒径为1~10μm,封装率为50wt.%。
实施例2
称取环氧树脂60g,80℃下加热30min,然后将含油微胶囊20g,碳纤维10g(直径为7μm,平均长度为80μm),石墨10g(粒径为1~100μm),充分搅拌混合成均一溶液,80℃真空下除泡20min,取出加入固化剂MOCA20.4g,缓慢搅拌均匀,倒入模具于80℃预固化2h,120℃固化8h,得到环氧树脂保持架材料;
所述含油微胶囊的制备方法为:
将5.4g聚砜和8.1g飞马二号润滑油溶于135g二氯甲烷,混成均一的溶液;然后倒入浓度为2.0wt.%的十二烷基硫酸钠水溶液300mL;以16000rmp的分散速度分散2min,然后在33℃条件下,以600rmp的转速搅拌3h,静置,过滤,得到沉淀物,去离子水洗涤沉淀物、抽滤,得到含油微胶囊;所得含油微胶囊的粒径为5~15μm,封装率为60wt.%。
实施例3
称取环氧树脂70g,80℃下加热20min,然后将含油微胶囊10g,碳纤维5g(直径为10μm,平均长度为100μm),石墨15g(粒径为1~100μm),充分搅拌混合成均一溶液,80℃真空下除泡20min,取出加入固化剂MOCA24g,缓慢搅拌均匀,倒入模具于80℃预固化2h,120℃固化8h,得到环氧树脂保持架材料。
所述含油微胶囊的制备方法为:
将5.4g聚砜和10.8g飞马二号润滑油溶于180g二氯甲烷,混成均一的溶液;然后倒入浓度为2.0wt.%的十二烷基硫酸钠水溶液300mL;以16000rmp的分散速度分散2min,然后在33℃条件下,以600rmp的转速搅拌3h;静置,过滤得到沉淀物,去离子水洗涤沉淀物、抽滤,得到含油微胶囊;所得含油微胶囊的粒径为1~20μm,封装率为67wt.%。
实施例4
称取环氧树脂60g,80℃下加热20min,然后将含油微胶囊20g,碳纤维10g(直径为7μm,平均长度为80μm),二硫化钼10g(粒径为1~100μm),充分搅拌混合成均一溶液,80℃真空下除泡20min,取出加入固化剂D23018g,缓慢搅拌均匀,倒入模具于80℃预固化2h,120℃固化8h,得到环氧树脂保持架材料。
所述含油微胶囊的制备方法为:
将5.4g聚砜和8.1g飞马二号润滑油溶于135g二氯甲烷,混成均一的溶液;然后倒入浓度为2.0wt.%的十二烷基硫酸钠水溶液300mL;以16000rmp的分散速度分散2min,然后在33℃条件下,以600rmp的转速搅拌3h;静置,过滤得到沉淀物,去离子水洗涤沉淀物、抽滤,得到含油微胶囊;所得含油微胶囊的粒径为1~20μm,封装率为60wt.%。
对比例1
称取环氧树脂100g,80℃下加热20min,加入固化剂MOCA 34g,缓慢搅拌均匀,倒入模具于80℃预固化2h,120℃固化8h,得到环氧树脂保持架材料。
对比例2
该对比例除未加碳纤维材料,其余和实施例2一致。
采用GBT9341-2008测试实施例1~4及对比例1~2所得保持架材料的弯曲强度,采用CSM摩擦机往复模块测试实施例1~4及对比例1和2所得保持架材料的摩擦系数,采用直径为3.175的轴承钢球对偶,线速度为0.04cm/s,所得测试结果如表1所示。
表1实施例1~4及对比例1~2所得环氧树脂保持架材料的性能测试结果
从表1可以看出:从对比例2可以看出,含油微胶囊和固体润滑剂复合的环氧树脂复合材料,具有较低的摩擦系数,同时含油微胶囊的引入,会降低复合材料的机械强度。实施例1加入大量含油微胶囊,具有较低的摩擦系数,但机械强度下降严重。相比于实施例1的高含油微胶囊和实施例3的低含量碳纤维,实施例2具有适中的含油微胶囊和碳纤维含量,在不大幅度降低机械性能的前提下,保持较低的摩擦系数。对实施例4分析得出,D230固化剂虽然具有较好的机械性能能,但摩擦系数高。
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 (8)
1.一种环氧树脂保持架材料,其特征在于,由包括以下重量份数的原料经固化制备得到:
环氧树脂50~70份、含油微胶囊10~30份、固体润滑剂5~15份、碳纤维5~15份和固化剂,所述环氧树脂与固化剂的质量比为100:30~40;所述碳纤维的直径为4~10μm,平均长度为70~100μm;
所述含油微胶囊通过以下步骤制备得到:
将有机相与水相混合后,依次经分散、搅拌、静置、过滤、洗涤和抽滤,得到所述含油微胶囊;
所述有机相为聚砜、润滑油和二氯甲烷的混合物;
所述水相为十二烷基硫酸钠水溶液;
所述有机相和水相的体积比为1:2.0~5.0。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂保持架材料,其特征在于,所述含油微胶囊的粒径为1~20μm,封装率为50~70wt.%。
3.根据权利要求1所述的环氧树脂保持架材料,其特征在于,所述固体润滑剂为石墨或二硫化钼。
4.根据权利要求1或3所述的环氧树脂保持架材料,其特征在于,所述固体润滑剂的粒径为1~100μm。
5.根据权利要求1所述的环氧树脂保持架材料,其特征在于,所述固化剂为固化剂MOCA或固化剂D230。
6.权利要求1~5任一项所述的环氧树脂保持架材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将环氧树脂、含油微胶囊、碳纤维和固体润滑剂混合,得到第一溶液;
将所述第一溶液与固化剂混合,依次经预固化和固化,得到所述环氧树脂保持架材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述预固化的温度为80~100℃,时间为1~3h。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述固化的温度为110~130℃,时间为8~12h。
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