CN111269663A - 一种碳纤维织物自润滑衬垫材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及衬垫材料技术领域，提供了一种碳纤维织物自润滑衬垫材料及其制备方法和应用。衬垫材料包括自润滑层、承载层和粘结层；承载层为碳纤维织物，利用碳纤维布的高强度和高刚性使衬垫材料具有极高的承载能力；自润滑层由改性聚四氟乙烯分散液制备得到，分散液的组分包括PFA、类石墨相氮化碳和聚四氟乙烯，利用聚四氟乙烯优异的自润滑性能、类石墨相氮化碳的高耐磨特性、PFA对碳纤维优异的浸渍和粘结能力，使衬垫材料表现出极低的摩擦系数和优异的抗磨性能；粘结层则能将衬垫材料固位，防止纤维走位引起的摩擦磨损。本发明提供的碳纤维织物自润滑衬垫材料具有高承载、低摩擦和高耐磨的特性，在关节轴承机械部件中具有广泛的应用前景。

Description

一种碳纤维织物自润滑衬垫材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及衬垫材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维织物自润滑衬垫材料及其制备方法和应用。
背景技术
自润滑关节轴承由一个外球面内圈和一个内球面上粘贴了自润滑织物衬垫的外圈构成，其性能主要取决于自润滑织物衬垫的减摩、耐磨性能。
聚四氟乙烯具有优异的化学稳定性和耐高低温性能(-250～260℃)以及良好的润滑性，是自润滑关节轴承衬垫材料的关键润滑组分。聚四氟乙烯的存在形式主要有两种，一种以织物纤维的形式存在，如：专利CN103174022A、CN104149364A中公开了聚四氟乙烯织物自润滑关节轴承衬垫材料，专利CN1259599A、CN102535167A中公开了聚四氟乙烯纤维和其它纤维混纺的织物衬垫材料。这种类型的聚四氟乙烯织物能同时发挥承载和润滑作用，但由于聚四氟乙烯较软，其相对于其它纤维织物，承载能力有限，导致高载荷下存在磨损严重的问题，因此并不适于高载荷下的关节轴承。聚四氟乙烯的另一种存在形式是以粉末填充于织物衬垫表面的涂层中，目的是提高涂层的减摩、耐磨特性，这也是目前提高关节轴承衬垫自润滑性能的关键技术手段，在专利CN1259599A、CN102535167A、CN103174022A、CN104149364A中中均有公开。然而，由于要求涂层需具有对纤维织物的良好粘接性能，涂层常以酚醛树脂、环氧树脂等粘结剂作为基体树脂，通过添加聚四氟乙烯来降低摩擦系数。由于粘结剂树脂基体本身摩擦系数高，而聚四氟乙烯的填充量仅为5～30％，这使得涂层的减摩性能降低有限，摩擦系数一般为0.20～0.30之间，难以满足高精度、低摩擦关节轴承的应用需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种碳纤维织物自润滑衬垫材料及其制备方法和应用。本发明提供的碳纤维织物自润滑衬垫材料具有高承载、低摩擦和高耐磨的特性，在高速轻载、低速重载关节轴承等机械部件中均能起到良好的润滑作用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种碳纤维织物自润滑衬垫材料，包括承载层以及分别设置在承载层两侧表面的自润滑层和粘结层；所述承载层为碳纤维织物，所述自润滑层为全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物和类石墨相氮化碳颗粒改性的聚四氟乙烯涂层；所述自润滑层由改性聚四氟乙烯分散液制备得到；所述改性聚四氟乙烯分散液的组成成分包括全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、类石墨相氮化碳和水。
优选的，所述碳纤维织物为碳纤维平纹布；所述碳纤维平纹布的纤维束规格为1K～12K；所述碳纤维织物的厚度为0.10～0.50mm。
优选的，所述改性聚四氟乙烯分散液的固体含量为45wt％～60wt％；以改性聚四氟乙烯分散液中全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物、类石墨相氮化碳和聚四氟乙烯的总质量为100％计，所述全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物的质量分数为5％～20％，类石墨相氮化碳的质量分数为1％～5％，聚四氟乙烯的质量分数为75％～94％；
所述聚四氟乙烯的粒径为0.1～0.25μm，所述全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物的粒径为0.1～0.25μm，所述类石墨相氮化碳颗粒的粒径为0.1～2μm。
优选的，所述自润滑层的厚度为0.1～0.3mm。
优选的，所述粘结层的材质为酚醛树脂和/或环氧树脂；所述粘结层的厚度为0.03～0.05mm。
本发明提供了上述方案所述碳纤维织物自润滑衬垫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纤维织物依次进行清洗、干燥和等离子体处理，得到预处理后的碳纤维织物；
(2)在所述预处理后的碳纤维织物单侧表面涂覆改性聚四氟乙烯分散液，然后依次进行干燥和烧结，在碳纤维织物单侧表面得到自润滑层；
(3)在碳纤维织物另一侧表面涂覆粘结剂，预固化后得到碳纤维织物自润滑衬垫材料。
优选的，所述清洗用清洗剂为丙酮；所述等离子体处理的时间为5～8min。
优选的，所述涂覆改性聚四氟乙烯分散液时的上胶量为55wt％～70wt％。
优选的，所述烧结包括依次进行的第一烧结阶段、第二烧结阶段和第三烧结阶段；所述第一烧结阶段的温度为250～300℃，保温时间为2～10min；所述第二烧结阶段的温度为320～340℃，保温时间为5～10min；所述第三烧结阶段的温度为360～380℃，保温时间为5～10min。
本发明提供了上述方案所述碳纤维织物自润滑衬垫材料或上述方案所述制备方法制备的碳纤维织物自润滑衬垫材料在关节轴承中的应用，所述应用的方法为：将碳纤维织物自润滑衬垫材料的粘结层加热变粘，粘贴于关节轴承外圈的内球面，然后将关节轴承内圈套入与衬垫材料贴合，加压固定后加热使粘结层固化。
本发明提供了一种碳纤维织物自润滑衬垫材料，包括承载层以及分别设置在承载层两侧表面的自润滑层和粘结层；所述承载层为碳纤维织物，所述自润滑层为全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物和类石墨相氮化碳颗粒改性的聚四氟乙烯涂层。本发明提供的衬垫材料具有以下有益效果：
(1)本发明提供的衬垫材料选用碳纤维布作为承载层，充分利用了碳纤维的高强度和高刚性，使衬垫材料具有极高的承载能力，且碳纤维具有片状石墨微晶结构，具有优异的自润滑性能，在摩擦过程中不会破坏摩擦副表面形成的自润滑转移膜；
(2)本发明提供的衬垫材料自润滑层为全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物和类石墨相氮化碳颗粒改性的聚四氟乙烯涂层，其中的主要成分为聚四氟乙烯(PTFE)树脂，相比现有技术中聚四氟乙烯的存在形式(纤维或填充颗粒)，本发明更能够充分发挥聚四氟乙烯的润滑特性，使衬垫材料表现出极低的摩擦系数。进一步的，改性聚四氟乙烯分散液中聚四氟乙烯的质量分数占所有固体物质总量的75％～94％，含量较高，进而使所得自润滑层的润滑特性更好；
(3)本发明利用全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物(PFA)和类石墨相氮化碳对聚四氟乙烯进行改性，PFA是一类与聚四氟乙烯性能相似的氟树脂，但相比聚四氟乙烯具有流动性好、粘接性强的优势，PFA的加入可显著提高PTFE基体与碳纤维之间的界面结合力，有效避免了碳纤维织物与PTFE之间的界面分层问题。类石墨相氮化碳颗粒具有类似石墨的片层结构，且硬度非常高，表现出优异的低摩擦、耐磨损特性，利用其对聚四氟乙烯改性，可显著提高聚四氟乙烯基体的抗磨损能力，提高衬垫材料的耐磨性；
综上所述，本发明提供的碳纤维织物自润滑衬垫材料具有高承载、低摩擦和高耐磨的特性，在高速轻载、低速重载关节轴承等机械部件中均能起到良好的润滑作用。实施例结果表明，本发明提供的碳纤维织物自润滑衬垫材料在200N载荷下的摩擦系数≤0.16，磨痕宽度≤2.3mm，说明其具有优异的润滑性能、耐磨性能和承载性能。
本发明还提供了上述方案所述碳纤维织物自润滑衬垫材料的制备方法，本发明提供的制备方法步骤简单，容易操作。
本发明还提供了上述方案所述碳纤维织物自润滑衬垫材料在关节轴承中的应用，本发明提供的碳纤维织物自润滑衬垫材料使用方便，将衬垫材料粘结层一面加热变粘，粘贴于关节轴承外圈的内球面，然后将关节轴承内圈套入与衬垫贴合，加压固定后加热使粘结层固化，即完成衬垫的装配。
具体实施方式
本发明提供了一种碳纤维织物自润滑衬垫材料，包括承载层以及分别设置在承载层两侧表面的自润滑层和粘结层；所述承载层为碳纤维织物，所述自润滑层为全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物和类石墨相氮化碳改性的聚四氟乙烯涂层。
本发明提供的衬垫材料包括承载层。在本发明中，所述承载层为碳纤维织物，所述碳纤维织物优选为碳纤维平纹布；所述碳纤维平纹布的纤维束规格优选为1K～12K，更优选为3K～10K；所述碳纤维织物的厚度优选为0.10～0.50mm，更优选为0.20～0.40mm。
本发明提供的衬垫材料包括设置在承载层一侧表面的自润滑层。在本发明中，所述自润滑层的厚度优选为0.3～0.5mm，更优选为0.4mm；所述自润滑层为全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物(PFA)和类石墨相氮化碳改性的聚四氟乙烯涂层；所述自润滑层由改性聚四氟乙烯分散液制备得到；所述改性聚四氟乙烯分散液的组成成分包括全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、类石墨相氮化碳和水；所述改性聚四氟乙烯分散液的固体含量优选为45wt％～60wt％，更优选为50wt％～55wt％；以分散液中全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物、类石墨相氮化碳和聚四氟乙烯的总质量为100％计，所述全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物的质量分数优选为5％～20％，更优选为10～15％，类石墨相氮化碳的质量分数优选为1％～5％，更优选为2％～4％，聚四氟乙烯的质量分数优选为75％～94％，更优选为80％～93％。在本发明中，所述聚四氟乙烯的粒径优选为0.1～0.25μm，更优选为0.15～0.2μm，所述全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物的粒径优选为0.1～0.25μm，更优选为0.15～0.2μm，所述类石墨相氮化碳颗粒粒径优选为0.1～2μm，更优选为0.5～1.5μm。
在本发明中，所述改性聚四氟乙烯分散液优选由全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物乳液、聚四氟乙烯乳液和类石墨相氮化碳混合得到，本发明优选先将全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物乳液和聚四氟乙烯乳液混合，然后加入类石墨相氮化碳，混合均匀后即可得到改性聚四氟乙烯分散液。在本发明中，所述全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物乳液和聚四氟乙烯乳液的溶剂均为水，本发明对所述全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物乳液和聚四氟乙烯乳液的固含量没有特殊要求，能够配制得到符合要求的改性聚四氟乙烯分散液即可。本发明利用聚四氟乙烯基体优异的自润滑性能、类石墨相氮化碳颗粒的高耐磨特性、PFA对碳纤维优异的浸渍和粘结能力制备自润滑层，使所得衬垫材料表现出极低的摩擦系数和优异的抗磨性能。
本发明提供的衬垫材料包括设置在承载层另一侧表面的粘结层。在本发明中，所述粘结层的材质优选为酚醛树脂和/或环氧树脂；所述粘结层的厚度优选为0.03～0.05mm，更优选为0.04mm。在本发明中，所述酚醛树脂和环氧树脂为商业化产品，本发明对其型号不做具体限定，本领域技术人员根据实际需要进行选择即可，其预固化温度参数由商品厂家提供。在使用时，利用粘结层的粘结能力将织物衬垫固位，防止纤维走位引起的摩擦磨损。
本发明提供了上述方案所述碳纤维织物自润滑衬垫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纤维织物依次进行清洗、干燥和等离子体处理，得到预处理后的碳纤维织物；
(2)在预处理后的碳纤维织物单侧表面涂覆改性聚四氟乙烯分散液，然后依次进行干燥和烧结，在碳纤维织物单侧表面得到自润滑层；
(3)在碳纤维织物另一侧表面涂覆粘结剂，预固化后得到碳纤维织物自润滑衬垫材料。
本发明将碳纤维织物依次进行清洗、干燥和等离子体处理，得到预处理后的碳纤维织物。在本发明中，所述清洗用清洗剂优选为丙酮；本发明对所述干燥的具体条件没有特殊要求，以充分干燥为宜；所述等离子体处理的时间优选为5～8min，更优选为6～7min，所述等离子体处理使用的气体优选为空气。本发明通过清洗除掉碳纤维织物表面的上浆剂、油污等，有利于提高碳纤维织物对改性聚四氟乙烯分散液和粘结剂溶液的浸润性；本发明通过等离子体处理碳纤维织物，有利于增加碳纤维的表面活性基团和粗糙度，提高碳纤维织物与自润滑层、粘结层之间的界面结合力。
得到预处理后的碳纤维织物后，本发明在预处理后的碳纤维织物单侧表面涂覆改性聚四氟乙烯分散液，然后依次进行干燥和烧结，在碳纤维织物单侧表面得到自润滑层。在本发明中，所述改性聚四氟乙烯分散液的组成成分及含量以及各个组分的粒径均和上述方案一致，在此不再赘述；所述改性聚四氟乙烯分散液的制备方法和上述方案一致，在此不再赘述。在本发明中，所述涂覆改性聚四氟乙烯分散液时的上胶量优选为55wt％～70wt％，更优选为60wt％～65wt％。本发明对所述涂覆的具体方法没有特殊要求，能够涂覆均匀即可；
在本发明中，所述干燥的温度优选为270～290℃，时间优选为3～5min；所述干燥优选为烘干；所述烧结优选包括依次进行的第一烧结阶段、第二烧结阶段和第三烧结阶段；所述第一烧结阶段的温度优选为250～300℃，更优选为260～280℃，保温时间优选为2～10min，更优选为3～8min；所述第二烧结阶段的温度优选为320～340℃，更优选为325～335℃，保温时间优选为5～10min，更优选为6～8min；所述第三烧结阶段的温度优选为360～380℃，更优选为365～375℃，保温时间优选为5～10min，更优选为6～8min；在本发明中，由第一烧结阶段温度升温第二烧结阶段温度的升温速率优选为3～5℃/min，由第二烧结阶段温度升温第三烧结阶段温度的升温速率优选为3～5℃/min。
得到自润滑层后，本发明在预处理后的碳纤维织物另一侧涂覆粘结剂，预固化后得到碳纤维织物自润滑衬垫材料。在本发明中，所述预固化优选在烘箱内进行；本发明对所述预固化的具体条件没有特殊要求，根据具体树脂的预固化温度进行设置即可。
本发明还提供了上述方案所述碳纤维织物自润滑衬垫材料或上述方案所述制备方法制备的碳纤维织物自润滑衬垫材料在关节轴承中的应用。在本发明中，所述应用的方法为：将碳纤维织物自润滑衬垫材料的粘结层加热变粘，粘贴于关节轴承外圈的内球面，然后将关节轴承内圈套入与衬垫材料贴合，加压固定后加热使粘结层固化。本发明对将粘结层加热变粘的温度没有特殊要求，能够使粘结层变粘即可，在本发明的具体实施例中，优选在粘结层所用树脂的固化温度以下进行加热使粘结层变粘；本发明对所述加热使粘结层固化的温度没有特殊要求，根据具体的粘结剂种类，按照商品厂家提供的固化温度进行加热即可。
本发明提供的碳纤维织物自润滑衬垫材料具有高承载、低摩擦和高耐磨特性，在高速轻载、低速重载的关节轴承等机械部件中具有广泛应用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
(1)采用1K碳纤维平纹布，布厚为0.10mm，丙酮清洗干燥后利用空气等离子体处理机进行等离子处理，处理时间5min；
(2)将PFA乳液和聚四氟乙烯乳液混合，然后加入类石墨相氮化碳颗粒，混合均匀得到改性聚四氟乙烯分散液(溶剂为水，固含量为50wt％，PFA的质量分数为5％，类石墨相氮化碳的质量分数为5％，聚四氟乙烯的质量分数为90％，聚四氟乙烯的粒径为0.25μm，PFA的粒径为0.25μm，类石墨相氮化碳颗粒粒径为0.1～1μm)。
(3)将表面处理过的碳纤维布，单面均匀涂覆改性聚四氟乙烯分散液，上胶量为70wt％，置于烘箱内烘干、烧结，烧结程序为：280℃保温5分钟，以5℃/min升温至340℃保温5分钟，以5℃/min升温至375℃保温5分钟，得到单面具有自润滑层的碳纤维布。
(4)涂覆粘结剂：
在单面具有自润滑层的碳纤维布的另一面，均匀涂覆酚醛树脂粘结剂，粘结层厚度为0.03mm，置于80℃烘箱内干燥3分钟，取出得到碳纤维织物自润滑衬垫材料。
实施例2
(1)采用1K碳纤维平纹布，布厚为0.10mm，丙酮清洗干燥后利用空气等离子体处理机进行等离子处理，处理时间5min；
(2)将PFA乳液和聚四氟乙烯乳液混合，然后加入类石墨相氮化碳颗粒，混合均匀得到改性聚四氟乙烯分散液(溶剂为水，固含量为50wt％，PFA的质量分数为5％，类石墨相氮化碳的质量分数为5％，聚四氟乙烯的质量分数为90％，聚四氟乙烯的粒径为0.25μm，PFA的粒径为0.25μm，类石墨相氮化碳颗粒粒径为0.1～1μm)。
(3)将表面处理过的碳纤维布，单面均匀涂覆改性聚四氟乙烯分散液，上胶量为55wt％，置于烘箱内烘干、烧结，烧结程序为：280℃保温5分钟，以3℃/min升温至340℃保温5分钟，以3℃/min升温至375℃保温5分钟，得到单面具有自润滑层的碳纤维布。
(4)在单面具有自润滑层的碳纤维布的另一面，均匀涂覆酚醛树脂粘结剂，粘结层厚度为0.03mm，置于80℃烘箱内干燥3分钟，取出得到碳纤维织物自润滑衬垫材料。
实施例3
(1)采用3K碳纤维束编织的碳纤维平纹布，布厚为0.20mm，丙酮清洗干燥后利用空气等离子体处理机进行等离子处理，处理时间6min；
(2)将PFA乳液和聚四氟乙烯乳液混合，然后加入类石墨相氮化碳颗粒，混合均匀得到改性聚四氟乙烯浓缩分散液(溶剂为水，固含量为50wt％，PFA的质量分数为5％，类石墨相氮化碳的质量分数为5％，聚四氟乙烯的质量分数为90％，聚四氟乙烯的粒径为0.25μm，PFA的粒径为0.25μm，类石墨相氮化碳颗粒粒径为0.1～1μm)。
(3)将表面处理过的碳纤维布，单面均匀涂覆改性聚四氟乙烯浓缩分散液，上胶量为63wt％，置于烘箱内烘干、烧结，烧结程序为：280℃保温5分钟，以5℃/min升温至340℃保温5分钟，以5℃/min升温至375℃保温5分钟，得到单面具有自润滑层的碳纤维布。
(4)在单面具有自润滑层的碳纤维布的另一面，均匀涂覆酚醛树脂粘结剂，粘结层厚度为0.04mm，置于80℃烘箱内干燥3分钟，取出得到碳纤维织物自润滑衬垫材料。
实施例4
(1)采用12K碳纤维束编织的碳纤维平纹布，布厚为0.5mm，丙酮清洗干燥后利用空气等离子体处理机进行等离子处理，处理时间8min；
(2)将PFA乳液和聚四氟乙烯乳液混合，然后加入类石墨相氮化碳颗粒，混合均匀得到改性聚四氟乙烯分散液(溶剂为水，固含量为50wt％，PFA的质量分数为5％，类石墨相氮化碳的质量分数为5％，聚四氟乙烯的质量分数为90％，聚四氟乙烯的粒径为0.25μm，PFA的粒径为0.25μm，类石墨相氮化碳颗粒粒径为0.1～1μm)。
(3)将表面处理过的碳纤维布，单面均匀涂覆改性聚四氟乙烯分散液，上胶量为58wt％，置于烘箱内烘干、烧结，烧结程序为：280℃保温5分钟，以5℃/min升温至340℃保温5分钟，以3℃/min升温至375℃保温5分钟，得到单面具有自润滑层的碳纤维布。
(4)在单面具有自润滑层的碳纤维布的另一面，均匀涂覆酚醛粘结剂，粘结层厚度为0.05mm，置于80℃烘箱内干燥5分钟，取出得到碳纤维织物自润滑衬垫材料。
实施例5～9
其他和实施例1相同，仅改变步骤(2)中改性聚四氟乙烯分散液的组成。改性聚四氟乙烯分散液组成见表1：
表1实施例5～9中改性聚四氟乙烯分散液的组成
Figure BDA0002426720130000091
Figure BDA0002426720130000101
性能测试：测试实施例1～9所得碳纤维织物自润滑衬垫材料的摩擦磨损性能，测试过程为：将衬垫材料粘贴于钢块表面，在M-200型摩擦磨损试验机上，于200N载荷和0.42m/s的速度条件下，与45#钢对偶环摩擦120min，摩擦系数由试验机直接给出，磨痕宽度通过光学显微镜观察测定。所得结果见表2。
表2实施例1～9所得碳纤维织物自润滑衬垫材料的摩擦磨损性能
Figure BDA0002426720130000102
根据表2可以看出，实施例1～9所得碳纤维织物自润滑衬垫材料在200N载荷和0.42m/s速度下，其摩擦系数均≤0.16，磨痕宽度均≤2.3mm，说明本发明提供的碳纤维织物自润滑衬垫材料具有优异的承载能力和抗磨能力，且具有极低的摩擦系数。
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)

1.一种碳纤维织物自润滑衬垫材料，其特征在于，包括承载层以及分别设置在承载层两侧表面的自润滑层和粘结层；所述承载层为碳纤维织物，所述自润滑层为全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物和类石墨相氮化碳颗粒改性的聚四氟乙烯涂层；所述自润滑层由改性聚四氟乙烯分散液制备得到；所述改性聚四氟乙烯分散液的组成成分包括全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、类石墨相氮化碳和水。
2.根据权利要求1所述的碳纤维织物自润滑衬垫材料，其特征在于，所述碳纤维织物为碳纤维平纹布；所述碳纤维平纹布的纤维束规格为1K～12K；所述碳纤维织物的厚度为0.10～0.50mm。
3.根据权利要求1所述的碳纤维织物自润滑衬垫材料，其特征在于，所述改性聚四氟乙烯分散液的固体含量为45wt％～60wt％；以改性聚四氟乙烯分散液中全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物、类石墨相氮化碳和聚四氟乙烯的总质量为100％计，所述全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物的质量分数为5％～20％，类石墨相氮化碳的质量分数为1％～5％，聚四氟乙烯的质量分数为75％～94％；
所述聚四氟乙烯的粒径为0.1～0.25μm，所述全氟丙基乙烯醚-四氟乙烯共聚物的粒径为0.1～0.25μm，所述类石墨相氮化碳颗粒的粒径为0.1～2μm。
4.根据权利要求1或3所述的碳纤维织物自润滑衬垫材料，其特征在于，所述自润滑层的厚度为0.1～0.3mm。
5.根据权利要求1所述的碳纤维织物自润滑衬垫材料，其特征在于，所述粘结层的材质为酚醛树脂和/或环氧树脂；所述粘结层的厚度为0.03～0.05mm。
6.权利要求1～5任意一项所述碳纤维织物自润滑衬垫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将碳纤维织物依次进行清洗、干燥和等离子体处理，得到预处理后的碳纤维织物；
(2)在所述预处理后的碳纤维织物单侧表面涂覆改性聚四氟乙烯分散液，然后依次进行干燥和烧结，在碳纤维织物单侧表面得到自润滑层；
(3)在碳纤维织物另一侧表面涂覆粘结剂，预固化后得到碳纤维织物自润滑衬垫材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述清洗用清洗剂为丙酮；所述等离子体处理的时间为5～8min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆改性聚四氟乙烯分散液时的上胶量为55wt％～70wt％。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述烧结包括依次进行的第一烧结阶段、第二烧结阶段和第三烧结阶段；所述第一烧结阶段的温度为250～300℃，保温时间为2～10min；所述第二烧结阶段的温度为320～340℃，保温时间为5～10min；所述第三烧结阶段的温度为360～380℃，保温时间为5～10min。
10.权利要求1～5任意一项所述碳纤维织物自润滑衬垫材料或权利要求6～9任意一项所述制备方法制备的碳纤维织物自润滑衬垫材料在关节轴承中的应用，其特征在于，所述应用的方法为：将碳纤维织物自润滑衬垫材料的粘结层加热变粘，粘贴于关节轴承外圈的内球面，然后将关节轴承内圈套入与衬垫材料贴合，加压固定后加热使粘结层固化。
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