CN110819064B - 一种高导热耐磨自润滑衬垫及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高导热耐磨自润滑衬垫，该高导热耐磨自润滑衬垫是将纤维织物在浸渍液中浸渍，再经热压成型制得；纤维织物是由以下重量份的组分编织而成：聚四氟乙烯纤维25～50份、芳纶纤维25～50份、石墨纤维5～20份、低熔点聚酰胺纤维10～25份。本发明还提供了该高导热耐磨自润滑衬垫的制备方法，采用本发明的方法制备得到的高导热耐磨自润滑衬垫，兼具优异的耐摩性、耐热性、耐腐蚀性、自润滑性、均匀性、致密性以及高导热性，适合用作滑动轴承的自润滑衬垫。

Description

一种高导热耐磨自润滑衬垫及其制备方法
技术领域
本发明属于自润滑材料技术领域，尤其涉及一种高导热耐磨自润滑衬垫及其制备方法。
背景技术
关节轴承属于滑动轴承的一种，结构比较简单，主要由一个带内球面的外圈以及一个带外球面的内圈组成，自润滑关节轴承则是在内、外圈之间镶嵌或粘结一层自润滑衬垫层。这层自润滑衬垫是保证关节轴承在航天、航空等众多高科技领域具有承载能力强、耐冲击以及长寿命等优异性能的关键因素。
常见纤维织物衬垫是以高性能芳纶纤维和聚四氟乙烯纤维为原料编织成型，其中聚四氟乙烯纤维起润滑作用，高性能芳纶纤维起骨架增强作用，然后再浸胶定型，通过浸胶液中的树脂将织物黏结一体以提高抗磨及承载能力。
衬垫在承受载荷的情况下，高速转动过程中由于受到剧烈的摩擦，会造成局部过热。而芳纶材料和聚四氟乙烯均是高分子材料，它们都是热的不良导体；因此，剧烈摩擦造成热量的累积会间接造成轴承温度的升高。长期在这种工况下工作，温度的剧烈变化加速了高分子材料的老化，使得轴承的寿命变短。
中国专利CN105367993B提供了一种耐磨自润滑衬垫的制备方法，该方法先将由聚四氟乙烯纤维和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维组成的混纺纤维布浸渍在酚醛树脂和醇溶性聚酰胺树脂的混合溶液中，再热压成型，制得了摩擦系数小、磨损率低、承载能力强的耐磨自润滑衬垫。中国专利申请CN104480717A提供了一种自润滑关节轴承聚四氟乙烯/凯夫拉织物衬垫改性材料及改性方法，该方法在树脂溶液中添加了一些减磨耐磨的微粒，提高了织物衬垫的摩擦学性能。虽然这些方法改良了衬垫的润滑性能与耐磨性能，但是忽略了其导热散热的要求。
因此，针对现有技术不足，亟需研究设计一种制备高导热耐磨自润滑衬垫的方法，在保证衬垫润滑作用与耐磨特性的同时，改善自润滑衬垫的导热性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高导热耐磨自润滑衬垫及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种高导热耐磨自润滑衬垫，所述高导热耐磨自润滑衬垫是将纤维织物在浸渍液中浸渍，再经热压成型制得；所述纤维织物是由以下重量份的组分编织而成：
聚四氟乙烯纤维 25～50份、
芳纶纤维 25～50份、
石墨纤维 5～20份、
低熔点聚酰胺纤维 10～25份。
为了提高衬垫的综合性能，满足实际应用需求，需将纤维织物中原料的种类以及添加比例控制在本发明的范围内；其中，聚四氟乙烯纤维主要起润滑作用，芳纶纤维主要起骨架增强作用，石墨纤维主要起导热作用，而低熔点聚酰胺纤维则主要起热熔胶的作用，在热压阶段，能够将聚四氟乙烯纤维、芳纶纤维和石墨纤维黏结在一起，得到结构均匀、致密的纤维织物。
上述的高导热耐磨自润滑衬垫，优选的，所述低熔点聚酰胺纤维的熔点为135～145℃。本发明的低熔点聚酰胺纤维，可以在热压阶段软化并填充纤维织物的孔洞，从而提高衬垫的致密性和均匀性。
上述的高导热耐磨自润滑衬垫，优选的，为了提高衬垫的综合性能，所述低熔点聚酰胺纤维是将PA6、PA66、PA1010和PA12四种尼龙盐按照摩尔比PA6：PA66：PA1010：PA12＝30：18：40：12共聚得到的PA6/66/1010/12四元共聚酰胺。
上述的高导热耐磨自润滑衬垫，优选的，所述石墨纤维的碳含量≥99％，模量≥344GPa。
上述的高导热耐磨自润滑衬垫，优选的，为了保证纤维织物在浸渍液中的浸渍效果，所述浸渍液由稀释剂和树脂按照质量比为1：2～4混合而成。
上述的高导热耐磨自润滑衬垫，优选的，所述树脂为酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂中的至少一种。
上述的高导热耐磨自润滑衬垫，优选的，为了促进树脂在稀释剂中较好地分散和溶解，所述稀释剂由无水乙醇和乙酸乙酯按照质量比为1～2：1混合而成。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的高导热耐磨自润滑衬垫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚四氟乙烯纤维、芳纶纤维、石墨纤维和低熔点聚酰胺纤维按照重量份配比编织成纤维织物；
(2)将步骤(1)后的纤维织物用酒精擦拭、烘干后，放入浸渍液中浸渍，浸渍完成后进行烘干；
(3)将步骤(2)后的纤维织物热压成型，得到高导热耐磨自润滑衬垫。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，需将热压成型的温度控制在低熔点聚酰胺纤维的软化点温度以及熔点温度之间，热压成型的温度为140℃～160℃，压力为0.1MPa～0.6MPa，时间为1～3h。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，烘干的温度为100～110℃。将烘干温度控制在本发明的范围内，有利于稀释剂充分发挥；如果低于本发明的范围，将导致稀释剂残留；如果超出本发明的范围，将导致衬垫中的共聚尼龙组分熔融。
上述的制备方法，优选的，为了让浸渍液更快、更均匀地渗透到纤维织物中，所述步骤(2)中，浸渍过程中辅以超声震荡，超声震荡的时间为1～2h。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，先在纤维织物的上下表面分别垫上一层离型膜，再进行热压成型。
传统工艺是直接将浸渍树脂后的衬垫粘结在自润滑关节轴承的内、外圈之间，然后通过加热固化树脂，使衬垫附着在关节轴承内。而本发明的衬垫产品可以储存备用，在需要使用时，只需要预先将衬垫产品连同离型膜一起放入80～100℃左右的烘箱中烘烤至衬垫表面的低熔点聚酰胺纤维软化，然后撕掉离型膜即可直接粘附于滑动轴承内，提高了衬垫产品的使用性能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的制备方法，利用芳纶纤维具有耐磨、耐热的优点，聚四氟乙烯纤维具有抗酸抗碱、耐高温、摩擦系数低的优点，以芳纶纤维和聚四氟乙烯纤维作为衬垫的骨架，赋予衬垫优异的耐摩性、耐热性、耐腐蚀性及自润滑性；同时在原料中特别引入石墨纤维与低熔点聚酰胺纤维，通过将石墨以纤维形式编织到衬垫中，使高导热的石墨纤维与其他三种纤维缠绕在一起，连续贯穿整个衬垫，从而充分发挥石墨纤维的导热散热作用，将衬垫在高速转动过程中由于受到剧烈摩擦产生的大量热及时转移出去，降低衬垫所组成纤维的热降解速度，延长使用寿命；而聚酰胺纤维本身具有较好的耐磨性与自润滑性，它的引入可以降低衬垫的生产成本，更重要的是，本发明的低熔点聚酰胺纤维的熔点刚好与衬垫的热压温度相近，在热压阶段能够将其他三种纤维黏结成均匀、致密的一体，弥补热固性树脂浸渍效果不佳的缺陷。
采用本发明的方法制备得到的高导热耐磨自润滑衬垫，兼具优异的耐摩性、耐热性、耐腐蚀性、自润滑性、均匀性、致密性以及高导热性，适合用作滑动轴承的自润滑衬垫。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的高导热耐磨自润滑衬垫，该高导热耐磨自润滑衬垫是将纤维织物在浸渍液中浸渍，再经热压成型制得；其中纤维织物是由以下重量份的组分编织而成：聚四氟乙烯纤维40份、芳纶1313纤维30份、石墨纤维5份、PA6/66/1010/12四元共聚酰胺(熔点为132℃)25份；石墨纤维的碳含量≥99％，模量≥344Gpa。浸渍液由稀释剂和酚醛树脂按照质量比为1：3混合而成，稀释剂由无水乙醇和乙酸乙酯按照质量比为1：1混合而成。
本实施例的高导热耐磨自润滑衬垫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无水乙醇与乙酸乙酯按质量比1：1混合均匀，得到稀释剂，将稀释剂和酚醛树脂按质量比1：3混合均匀，得到浸渍液；
(2)将聚四氟乙烯纤维、芳纶1313纤维、石墨纤维和PA6/66/1010/12四元共聚酰胺按重量份配比编织成纤维织物；
(3)将步骤(2)后的纤维织物用酒精擦拭、烘干后，放入浸渍液中浸渍，浸渍过程中辅以超声震荡，超声震荡的时间为2h，浸渍完成后在110℃的烘箱中烘干；
(4)在步骤(3)后的纤维织物的上下表面分别垫上一层离型膜，然后在热压机上热压成型，热压的温度为150℃，压力为0.2MPa，时间为1h，得到高导热耐磨自润滑衬垫。
实施例2：
一种本发明的高导热耐磨自润滑衬垫，该高导热耐磨自润滑衬垫是将纤维织物在浸渍液中浸渍，再经热压成型制得；其中纤维织物是由以下重量份的组分编织而成：聚四氟乙烯纤维35份、芳纶1313纤维25份、石墨纤维15份、PA6/66/1010/12四元共聚酰胺(熔点为132℃)25份；石墨纤维的碳含量≥99％，模量≥344Gpa。浸渍液由稀释剂和酚醛树脂按照质量比为1：3混合而成，稀释剂由无水乙醇和乙酸乙酯按照质量比为1：1混合而成。
本实施例的高导热耐磨自润滑衬垫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无水乙醇与乙酸乙酯按质量比1：1混合均匀，得到稀释剂，将稀释剂和酚醛树脂按质量比1：3混合均匀，得到浸渍液；
(2)将聚四氟乙烯纤维、芳纶1313纤维、石墨纤维和PA6/66/1010/12四元共聚酰胺按重量份配比编织成纤维织物；
(3)将步骤(2)后的纤维织物用酒精擦拭、烘干后，放入浸渍液中浸渍，浸渍过程中辅以超声震荡，超声震荡的时间为2h，浸渍完成后在110℃的烘箱中烘干；
(4)在步骤(3)后的纤维织物的上下表面分别垫上一层离型膜，然后在热压机上热压成型，热压的温度为150℃，压力为0.2MPa，时间为1h，得到高导热耐磨自润滑衬垫。
实施例3：
一种本发明的高导热耐磨自润滑衬垫，该高导热耐磨自润滑衬垫是将纤维织物在浸渍液中浸渍，再经热压成型制得；其中纤维织物是由以下重量份的组分编织而成：聚四氟乙烯纤维30份、芳纶1313纤维30份、石墨纤维20份、PA6/66/1010/12四元共聚酰胺(熔点为132℃)20份；石墨纤维的碳含量≥99％，模量≥344Gpa。浸渍液由稀释剂和酚醛树脂按照质量比为1：3混合而成，稀释剂由无水乙醇和乙酸乙酯按照质量比为1：1混合而成。
本实施例的高导热耐磨自润滑衬垫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无水乙醇与乙酸乙酯按质量比1：1混合均匀，得到稀释剂，将稀释剂和酚醛树脂按质量比1：3混合均匀，得到浸渍液；
(2)将聚四氟乙烯纤维、芳纶1313纤维、石墨纤维和PA6/66/1010/12四元共聚酰胺按重量份配比编织成纤维织物；
(3)将步骤(2)后的纤维织物用酒精擦拭、烘干后，放入浸渍液中浸渍，浸渍过程中辅以超声震荡，超声震荡的时间为2h，浸渍完成后在110℃的烘箱中烘干；
(4)在步骤(3)后的纤维织物的上下表面分别垫上一层离型膜，然后在热压机上热压成型，热压的温度为150℃，压力为0.2MPa，时间为1h，得到高导热耐磨自润滑衬垫。
对比例1：
一种衬垫，该衬垫是将纤维织物在浸渍液中浸渍，再经热压成型制得；其中纤维织物是由以下重量份的组分编织而成：聚四氟乙烯纤维50份、芳纶1313纤维50份；浸渍液由稀释剂和酚醛树脂按照质量比为1：3混合而成，稀释剂由无水乙醇和乙酸乙酯按照质量比为1：1混合而成。
本实施例的高导热耐磨自润滑衬垫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无水乙醇与乙酸乙酯按质量比1：1混合均匀，得到稀释剂，将稀释剂和酚醛树脂按质量比1：3混合均匀，得到浸渍液；
(2)将聚四氟乙烯纤维和芳纶1313纤维混合均匀，然后编织成纤维织物；
(3)将步骤(2)后的纤维织物用酒精擦拭、烘干后，放入浸渍液中浸渍，浸渍过程中辅以超声震荡，超声震荡的时间为2h，浸渍完成后在110℃的烘箱中烘干；
(4)在步骤(3)后的纤维织物的上下表面分别垫上一层离型膜，然后在热压机上热压成型，热压的温度为150℃，压力为0.2MPa，时间为1h，得到衬垫。
对比例2：
一种衬垫，该衬垫是将纤维织物在浸渍液中浸渍，再经热压成型制得；其中纤维织物是由以下重量份的组分编织而成：聚四氟乙烯纤维40份、芳纶1313纤维40份、PA6/66/1010/12四元共聚酰胺(熔点为132℃)20份；浸渍液由稀释剂和酚醛树脂按照质量比为1：3混合而成，稀释剂由无水乙醇和乙酸乙酯按照质量比为1：1混合而成。
本对比例的高导热耐磨自润滑衬垫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无水乙醇与乙酸乙酯按质量比1：1混合均匀，得到稀释剂，将稀释剂和酚醛树脂按质量比1：3混合均匀，得到浸渍液；
(2)将聚四氟乙烯纤维、芳纶1313纤维和PA6/66/1010/12四元共聚酰胺按重量份配比编织成纤维织物；
(3)将步骤(2)后的纤维织物用酒精擦拭、烘干后，放入浸渍液中浸渍，浸渍过程中辅以超声震荡，超声震荡的时间为2h，浸渍完成后在110℃的烘箱中烘干；
(4)在步骤(3)后的纤维织物的上下表面分别垫上一层离型膜，然后在热压机上热压成型，热压的温度为150℃，压力为0.2MPa，时间为1h，得到高导热耐磨自润滑衬垫。
对比例3：
一种衬垫，该衬垫是将纤维织物在浸渍液中浸渍，再经热压成型制得；其中纤维织物是由以下重量份的组分编织而成：聚四氟乙烯纤维30份、芳纶1313纤维30份、PA6/66/1010/12四元共聚酰胺(熔点为132℃)20份，另加20份高导热石墨粉在浸渍液中；浸渍液由稀释剂和酚醛树脂按照质量比为1：3混合而成，稀释剂由无水乙醇和乙酸乙酯按照质量比为1：1混合而成。
本对比例的高导热耐磨自润滑衬垫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无水乙醇与乙酸乙酯按质量比1：1混合均匀，得到稀释剂，将稀释剂和酚醛树脂按质量比1：3混合均匀后，加入20份高导热石墨粉，并搅抖分散均匀，得到浸渍液；
(2)将聚四氟乙烯纤维、芳纶1313纤维和PA6/66/1010/12四元共聚酰胺按重量份配比编织成纤维织物；
(3)将步骤(2)后的纤维织物用酒精擦拭、烘干后，放入浸渍液中浸渍，浸渍过程中辅以超声震荡，超声震荡的时间为2h，浸渍完成后在110℃的烘箱中烘干；
(4)在步骤(3)后的纤维织物的上下表面分别垫上一层离型膜，然后在热压机上热压成型，热压的温度为150℃，压力为0.2MPa，时间为1h，得到高导热耐磨自润滑衬垫。
对比例4：
一种衬垫，该衬垫是将纤维织物在浸渍液中浸渍，再经热压成型制得；其中纤维织物是由以下重量份的组分编织而成：聚四氟乙烯纤维40份、芳纶1313纤维40份、石墨纤维20份；浸渍液由稀释剂和酚醛树脂按照质量比为1：3混合而成，稀释剂由无水乙醇和乙酸乙酯按照质量比为1：1混合而成。
本对比例的高导热耐磨自润滑衬垫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无水乙醇与乙酸乙酯按质量比1：1混合均匀，得到稀释剂，将稀释剂和酚醛树脂按质量比1：3混合均匀，得到浸渍液；
(2)将聚四氟乙烯纤维、芳纶1313纤维和石墨纤维按重量份配比编织成纤维织物；
(3)将步骤(2)后的纤维织物用酒精擦拭、烘干后，放入浸渍液中浸渍，浸渍过程中辅以超声震荡，超声震荡的时间为2h，浸渍完成后在110℃的烘箱中烘干；
(4)在步骤(3)后的纤维织物的上下表面分别垫上一层离型膜，然后在热压机上热压成型，热压的温度为150℃，压力为0.2MPa，时间为1h，得到高导热耐磨自润滑衬垫。
对比例5：
一种衬垫，该衬垫是将纤维织物在浸渍液中浸渍，再经热压成型制得；其中纤维织物是由以下重量份的组分编织而成：聚四氟乙烯纤维30份、芳纶1313纤维30份、PA6/66/1010/12四元共聚酰胺(熔点为132℃)20份，另加20份高导热碳纳米管在浸渍液中；浸渍液由稀释剂和酚醛树脂按照质量比为1：3混合而成，稀释剂由无水乙醇和乙酸乙酯按照质量比为1：1混合而成。
本对比例的高导热耐磨自润滑衬垫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无水乙醇与乙酸乙酯按质量比1：1混合均匀，得到稀释剂，将稀释剂和酚醛树脂按质量比1：3混合均匀后，加入20份高导热碳纳米管，并搅抖分散均匀，得到浸渍液；
(2)将聚四氟乙烯纤维、芳纶1313纤维和PA6/66/1010/12四元共聚酰胺按重量份配比编织成纤维织物；
(3)将步骤(2)后的纤维织物用酒精擦拭、烘干后，放入浸渍液中浸渍，浸渍过程中辅以超声震荡，超声震荡的时间为2h，浸渍完成后在110℃的烘箱中烘干；
(4)在步骤(3)后的纤维织物的上下表面分别垫上一层离型膜，然后在热压机上热压成型，热压的温度为150℃，压力为0.2MPa，时间为1h，得到高导热耐磨自润滑衬垫。
测试上述实施例1～3以及对比例1～5制得的衬垫的性能，其中，摩擦系数和磨耗量采用栓-盘式高温摩擦磨损试验机测试，测试时控制温度为室温，压力为125MPa，转速为60次/min；导热系数采用导热系数测定仪EKO HC-074型测试，做5组平行试验，取平均值；测试结果如表1所示。
表1实施例1～3以及对比例1～5中制得的衬垫的性能
Figure BDA0002300853320000071
Figure BDA0002300853320000081
由表1可知，本发明的自润滑衬垫具具有耐磨、自润滑、抗酸碱性的优点，由于石墨纤维和聚酰胺纤维的引入，衬垫的致密程度和均匀度改善明显，导热性大幅度提升，可满足衬垫在承受载荷高速转动过程中大量热量的传导，降低衬垫的热降解速度，延长使用寿命。

Claims (9)

1.一种高导热耐磨自润滑衬垫，其特征在于，所述高导热耐磨自润滑衬垫是将纤维织物在浸渍液中浸渍，再经热压成型制得；所述纤维织物是由以下重量份的组分编织而成：
聚四氟乙烯纤维 25~50份、
芳纶纤维 25~50份、
石墨纤维 5~20份、
低熔点聚酰胺纤维 10~25份；
所述低熔点聚酰胺纤维的熔点为135~145℃。
2.根据权利要求1所述的高导热耐磨自润滑衬垫，其特征在于，所述低熔点聚酰胺纤维是将PA6、PA66、PA1010和PA12四种尼龙盐按照摩尔比PA6：PA66：PA1010：PA12=30：18：40：12共聚得到的PA6/66/1010/12四元共聚酰胺。
3.根据权利要求1或2所述的高导热耐磨自润滑衬垫，其特征在于，所述石墨纤维的碳含量≥99%，模量≥344GPa。
4.根据权利要求1或2所述的高导热耐磨自润滑衬垫，其特征在于，所述浸渍液由稀释剂和树脂按照质量比为1：2~4混合而成。
5.根据权利要求4所述的高导热耐磨自润滑衬垫，其特征在于，所述树脂为酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚醚酮树脂中的至少一种；所述稀释剂由无水乙醇和乙酸乙酯按照质量比为1~2：1混合而成。
6.一种如权利要求1~5中任一项所述的高导热耐磨自润滑衬垫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将聚四氟乙烯纤维、芳纶纤维、石墨纤维和低熔点聚酰胺纤维按照重量份配比编织成纤维织物；
（2）将步骤（1）后的纤维织物用酒精擦拭、烘干后，放入浸渍液中浸渍，浸渍完成后进行烘干；
（3）将步骤（2）后的纤维织物热压成型，得到高导热耐磨自润滑衬垫。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，热压成型的温度为140℃~160℃，压力为0.1MPa~0.6MPa，时间为1~3h。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，烘干的温度为100~110℃。
9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，浸渍过程中辅以超声震荡，超声震荡的时间为1~2h；所述步骤（3）中，先在纤维织物的上下表面分别垫上一层离型膜，再进行热压成型。
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