CN113062115A - 一种形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法、球形支座固定壳体内球面的减摩方法 - Google Patents

一种形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法、球形支座固定壳体内球面的减摩方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法、球形支座固定壳体内球面的减摩方法，涉及减摩材料技术领域。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：将环氧树脂基体、多官能团固化剂和三级胺类促进剂混合，得到形状记忆环氧树脂溶液；将所述形状记忆环氧树脂溶液和固体润滑剂混合，得到润滑剂分散体系；将纤维织物在所述润滑剂分散体系中浸渍，得到复合纤维织物；将所述复合纤维织物置于模具中，进行加压烧结，脱模后得到形状记忆自润滑衬垫材料。将本发明制备的形状记忆自润滑衬垫材料应用于球形支座固定壳体内球面时，可完全消除衬垫材料由平面转为球面产生的较大的应力集中，使剥离强度提高，同时粘接表面更为贴附平整，提高成品率。

Description

一种形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法、球形支座固定壳 体内球面的减摩方法
技术领域
本发明涉及减摩材料技术领域，具体涉及一种形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法、球形支座固定壳体内球面的减摩方法。
背景技术
球形支座由于结构紧凑、承载力强、控制精度高，是大型装备杆端连接及传动系统中的关键组件。由于球形支座的固定壳体与活动端子接触球面材料均为硬质金属，因此当它们直接接触并相对运动发生摩擦时，摩擦系数很高，导致摩擦力矩过大甚至咬合擦伤。如果采用油和涂层润滑，其微量变形很容易破坏润滑膜，造成摩擦面的局部接触；同时，润滑油在储存过程中，润滑油膜容易变薄、变干而失效。因此，如何对球形支座相对运动的活动端子与固定壳体接触面进行润滑，降低摩擦阻力是球形支座的一项关键技术。球形支座固定壳体内壁为内球面，活动端子为外球面，这两个球面相互配合形成球形支座的运动摩擦副，对其进行固体减摩处理，一般是对固定壳体内球面表面进行特定的减摩优化。
目前国内关于球形支座使用要求的固体减摩材料相对较少。中国专利CN200510041149.5涉及一种自润滑轴承材料，采用的是热塑性聚酰亚胺基自润滑轴承材料，虽然具有低摩擦系数和高PV值，但是该材料属于硬质刚性材料，大尺寸曲面或者球面成型难度大，尤其是针对球形支座固定壳体内球面这种特殊的“口小肚大”的情况，硬质刚性材料无法进入内部腔体中，因此目前还无法实现对固定壳体内球面表面的减摩优化。中国专利CN201010512653.X公开了一种超低摩擦系数的铝基复材，该发明通过在氧化铝硬化膜表面喷涂二硫化钼干膜润滑层来实现超低摩擦系数，但是这种干膜在球形支座摩擦副表面上由于局部瞬时的超高承载，容易摩擦脱落而失去润滑效果甚至酿成事故。中国专利201110264954.X公开了一种用于处理摩擦副的组合物，这种组合物可以有效地清除摩擦副表面及磨损凹面中的摩擦积淀物，在摩擦副表面形成高硬度、超低摩擦系数的自修复保护陶瓷层，提高摩擦副的使用寿命，与表面喷涂二硫化钼干膜类似，这种减摩处理同样由于承载能力相对较低而无法应用在球形支座的阴阳摆球上。
可见，国内现有的固体减摩材料和技术，无法满足球形支座对高承载低摩擦固体减摩材料的减摩抗磨性能及成型工艺要求(大尺寸内球面衬垫)；而且，现有的减摩材料均为平面型材料，而球形支座中的摩擦界面为严格的球面，将平面型的减摩材料粘接到球面上，形状差异将导致减摩材料存在明显的应力集中，使得粘接难以贴附，并降低剥离强度，因此一般需要特殊的定型处理来消除褶皱、凸起等。定型处理的实质是预先使减摩材料热变形为符合球面弧度的球面外形，在后续的粘接工艺中减少或者消除自身应力，提高剥离强度。由于现有减摩材料中均含有大量的聚四氟乙烯等润滑剂，其定型、变形需要高达350℃以上的高温热处理，对减摩材料的稳定性提出了严峻的考验；更重要的是，采用定型处理得到的减摩材料在粘接过程中无法完全消除内应力而依然产生局部翘曲、错位、变形等粘接不良现象，降低了成品率和产品的可靠性，也对球形支座用自润滑衬垫材料的粘接工艺提出了极大的技术挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法、球形支座固定壳体内球面的减摩方法，本发明制备的形状记忆自润滑衬垫材料能够根据模具的形状实现永久定型，当其应用于球形支座固定壳体内球面时，能够与内球面牢固贴合，可完全消除粘接过程中衬垫材料由平面转为球面产生的较大的应力集中，使剥离强度提高，同时粘接表面更为贴附平整，提高成品率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂基体、多官能团固化剂和三级胺类促进剂混合，得到形状记忆环氧树脂溶液；
将所述形状记忆环氧树脂溶液和固体润滑剂混合，得到润滑剂分散体系；
将纤维织物在所述润滑剂分散体系中浸渍，得到复合纤维织物；
将所述复合纤维织物置于模具中，进行加压烧结，脱模后得到形状记忆自润滑衬垫材料。
优选地，所述多官能团固化剂包括酸酐类多官能团固化剂或酸类多官能团固化剂。
优选地，所述多官能团固化剂与环氧树脂基体的摩尔比为1～4:1。
优选地，所述三级胺类促进剂的物质的量为环氧树脂基体物质的量的0.5～2.0％。
优选地，所述固体润滑剂包括石墨和二硫化钼。
优选地，所述纤维织物为聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物。
优选地，所述加压烧结的压力为0.01～0.08MPa。
优选地，所述加压烧结的温度为100～180℃；所述加压烧结的时间为60～180min。
本发明提供了一种球形支座固定壳体内球面的减摩方法，包括以下步骤：
将环氧树脂基体、多官能团固化剂和三级胺类促进剂混合，得到形状记忆环氧树脂溶液；
将所述形状记忆环氧树脂溶液和固体润滑剂混合，得到润滑剂分散体系；
将纤维织物在所述润滑剂分散体系中浸渍，得到复合纤维织物；
将所述复合纤维织物置于球形支座固定壳体内球面模具中，进行加压烧结，脱模后得到形状记忆自润滑衬垫材料；
以所述形状记忆环氧树脂溶液为胶粘剂，将所述形状记忆自润滑衬垫材料粘接固化在球形支座固定壳体内球面表面。
优选地，所述粘接固化的温度为150～210℃，时间为120～240min。
本发明提供了一种形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法，包括以下步骤：将环氧树脂基体、多官能团固化剂和三级胺类促进剂混合，得到形状记忆环氧树脂溶液；将所述形状记忆环氧树脂溶液和固体润滑剂混合，得到润滑剂分散体系；将纤维织物在所述润滑剂分散体系中浸渍，得到复合纤维织物；将所述复合纤维织物置于模具中，进行加压烧结，脱模后得到形状记忆自润滑衬垫材料。在本发明中，通过多官能团固化剂和三级胺类促进剂向环氧树脂基体中引入交联结构，在体系内部形成“软段”和“硬段”微结构，赋予其形状记忆性能；本发明将固体润滑剂通过形状记忆环氧树脂溶液分散后，附着在纤维织物上，能够提高衬垫材料的减摩抗磨性能；本发明将复合纤维织物在模具中烧结定型，能够根据模具的形状实现永久定型，脱模后得到形状记忆自润滑衬垫材料。将本发明提供的形状记忆自润滑衬垫材料用于模具的减摩优化时，能够紧密贴合在模具表面，提高剥离强度，保证优异的减摩抗磨效果。
本发明还提供了一种球形支座固定壳体内球面的减摩方法，本发明选用形状记忆环氧树脂作为定型剂、固体润滑剂载体和胶粘剂，赋予复合纤维织物形状记忆性能，同时实现粘接、分散负载固体润滑剂的功能。本发明通过限定模具的形状，使得制备的形状记忆自润滑衬垫材料的永久形状为符合球形支座固定壳体内球面的球面形，将本发明制备的形状记忆自润滑衬垫材料粘接固化到球形支座固定壳体内球面上时，能够消除由平面转变为球面而产生的内部应力，剥离强度提高，粘接表面更为贴附平整，提高成品率；而且，本发明以形状记忆环氧树脂作为胶粘剂将形状记忆自润滑衬垫材料与球形支座固定壳体内球面粘接，有利于提高界面剥离强度。与此同时，由于固体润滑剂的复配，该形状记忆自润滑衬垫材料的摩擦学性能得到很好的保持，具有优异的润滑效果，适用于球形支座间的固体减摩与防护。
附图说明
图1为实施例1和对比例1相同摆动条件下的摩擦曲线图；
图2为实施例1和对比例1的180°剥离力随时间的变化曲线图；
图3为实施例2和对比例2相同摆动条件下的摩擦曲线图；
图4为实施例2和对比例2的180°剥离力随时间的变化曲线图；
图5为实施例3和对比例3相同摆动条件下的摩擦曲线图；
图6为实施例3和对比例3的180°剥离力随时间的变化曲线图；
图7为实施例4和对比例4相同摆动条件下的摩擦曲线图；
图8为实施例4和对比例4的180°剥离力随时间的变化曲线图；
图9为本发明中球形支座的剖面图，其中，1为活动端子，2为固定壳体，3为形状记忆自润滑衬垫材料。
具体实施方式
本发明提供了一种形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂基体、多官能团固化剂和三级胺类促进剂混合，得到形状记忆环氧树脂溶液；
将所述形状记忆环氧树脂溶液和固体润滑剂混合，得到润滑剂分散体系；
将纤维织物在所述润滑剂分散体系中浸渍，得到复合纤维织物；
将所述复合纤维织物置于模具中，进行加压烧结，脱模后得到形状记忆自润滑衬垫材料。
在本发明中，若没有特殊要求，所采用的制备原料均为本领域技术人员所熟知的市售商品。
本发明将环氧树脂基体、多官能团固化剂和三级胺类促进剂混合，得到形状记忆环氧树脂溶液。在本发明中，所述环氧树脂基体优选包括环氧树脂E-51或环氧树脂AG-80。在本发明中，所述多官能团固化剂优选包括酸酐类多官能团固化剂或酸类多官能团固化剂；所述酸酐类多官能团固化剂优选包为甲基六氢苯酐；所述酸类多官能团固化剂优选为己二酸或癸二酸。在本发明中，所述三级胺类促进剂优选包括N,N-二甲基苯乙胺、N,N-二甲基苄胺、三乙胺或三异丙基胺。在本发明中，所述三级胺类促进剂促进剂不仅能够加快环氧树脂基体与多官能团固化剂之间的化学反应，同时也产生交联结构，赋予材料形状记忆性能。
在本发明中，所述多官能团固化剂与环氧树脂基体的摩尔比优选为1～4:1，更优选为2～3:1。在本发明中，所述三级胺类促进剂的物质的量优选为环氧树脂基体物质的量的0.5～2.0％，更优选为1～1.5％。
本发明对所述环氧树脂基体、多官能团固化剂和三级胺类促进剂的混合方法没有特殊要求，以各组分混合均匀为宜，具体优选为搅拌混合。
得到形状记忆环氧树脂溶液后，本发明将所述形状记忆环氧树脂溶液和固体润滑剂混合，得到润滑剂分散体系。在本发明中，所述固体润滑剂优选包括石墨和二硫化钼。在本发明中，所述石墨和二硫化钼的质量比优选为50～75：25～50。在本发明中，所述固体润滑剂与形状记忆环氧树脂溶液的质量比优选为5～25:75～95，更优选为15～25:75～85。在本发明中，所述石墨和二硫化钼的粒径独立地优选为200～300目，更优选为200～250目。本发明以石墨和二硫化钼为固体润滑剂，能够显著提高形状记忆自润滑衬垫材料的减摩抗磨性能。
在本发明中，所述形状记忆环氧树脂溶液和固体润滑剂的混合优选包括依次进行的搅拌混合和超声混合。在本发明中，所述搅拌混合的搅拌速率优选为400～500rpm，时间优选为15～30min；所述超声混合的功率优选为400～500W，时间优选为15～30min。本发明通过混合使固体润滑剂均匀分散在形状记忆环氧树脂溶液中。
得到润滑剂分散体系后，本发明将纤维织物在所述润滑剂分散体系中浸渍，得到复合纤维织物。在本发明中，所述纤维织物优选为聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物。在本发明中，所述纤维织物中聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的质量比优选为75～50:25～50，更优选为55:45。本发明以聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物为基体材料，具有润滑面(聚四氟乙烯富集面)和粘接面(芳纶富集面)，能够提高润滑性能和粘接性能；同时，本发明的纤维织物具有较高的承载能力，而且能够与形状记忆环氧树脂机械互锁提高结合力，进而提高减摩效果。
本发明对所述纤维织物的具体尺寸和润滑剂分散体系的具体用量没有特殊要求，以能够将纤维织物浸泡于所述润滑剂分散体系中，满足形状记忆自润滑衬垫材料的规格要求为宜。
在本发明中，所述浸渍的次数优选为2～8次，更优选为4～6次；每次浸渍的时间优选为2～20min，更优选为10～15min。在本发明的具体实施例中，所述浸渍的次数根据形状记忆自润滑衬垫材料的厚度决定。本发明优选在每次浸渍后将所得织物晾干，最终得到复合纤维织物。
得到复合纤维织物后，本发明将所述复合纤维织物置于模具中，进行加压烧结，脱模后得到形状记忆自润滑衬垫材料。本发明对所述模具的具体形状没有特殊要求，本发明提供的复合纤维织物能够在模具中获得永久定型，从而得到匹配该模具内表面的形状记忆自润滑衬垫材料。在本发明中，所述模具的内表面优选为球面、圆柱侧面或不规则曲面。本发明提供的形状记忆自润滑衬垫材料能够牢固贴合在具有球面、圆柱侧面或不规则曲面的材料表面，可完全消除粘接过程中衬垫材料由平面转为球面产生的较大的应力集中，使剥离强度提高，同时粘接表面更为贴附平整，提高成品率。
在本发明中，所述加压烧结的压力优选为0.01～0.08MPa，更优选为0.03～0.06MPa。在本发明中，所述加压烧结的温度优选为100～180℃，更优选为120～150℃；所述加压烧结的时间优选为60～180min，更优选为120～150min。在本发明中，所述加压烧结过程中，浸渍涂覆在纤维织物中的形状记忆环氧树脂(含固化剂、促进剂)发生热交联化学反应，同时将固体润滑剂与纤维织物结合为一体，得到具有形状记忆性能的自润滑衬垫材料。
另外，在本发明中，所述加压烧结的温度仅为100～180℃，免去了传统制备方法中高温热定型(300～350℃)处理步骤，仅仅在较低的温度下即可使自润滑衬垫材料获得形状记忆性能。
本发明优选在所述加压烧结后，将所得材料自然冷却至室温，得到形状记忆自润滑衬垫材料。本发明在加压烧结过程中，使得复合纤维织物“记住”其烧结过程中的形状(即为永久形状)，冷却后，复合纤维织物能够保持与模具匹配的形状。
在本发明中，所述形状记忆自润滑衬垫材料的形状固定率优选≥95％，形状回复率优选≥97％。
本发明还提供了一种球形支座固定壳体内球面的减摩方法，包括以下步骤：
将环氧树脂基体、多官能团固化剂和三级胺类促进剂混合，得到形状记忆环氧树脂溶液；
将所述形状记忆环氧树脂溶液和固体润滑剂混合，得到润滑剂分散体系；
将纤维织物在所述润滑剂分散体系中浸渍，得到复合纤维织物；
将所述复合纤维织物置于球形支座固定壳体内球面模具中，进行加压烧结，脱模后得到形状记忆自润滑衬垫材料；
以所述形状记忆环氧树脂溶液为胶粘剂，将所述形状记忆自润滑衬垫材料粘接固化在球形支座固定壳体内球面表面。
在本发明中，所述复合纤维织物的制备原料和制备工艺均与前文所述形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法中相同，这里不再赘述。
当用于球形支座固定壳体内球面的减摩优化时，本发明将所述复合纤维织物置于球形支座固定壳体内球面模具中，进行加压烧结，脱模后得到形状记忆自润滑衬垫材料。本发明将所述复合纤维织物置于球形支座固定壳体内球面模具中，以此为基础制备的形状记忆自润滑衬垫材料的永久形状为符合球形支座固定壳体内球面的球面形，后续粘接固化过程中受热形状发生回复，衬垫材料自动回复到球面形状，可完全消除粘接过程中衬垫材料由平面转为球面产生的较大的应力集中，使剥离强度提高同时粘接表面更为贴附平整，提高成品率。
在本发明中，所述加压烧结时施加的压力为法向载荷，更优选为接触法向载荷，能够保证复合纤维织物在烧结过程中的形状与内球面保持完全贴合。在本发明中，所述加压烧结的温度、时间和压力大小与前文所述形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法中相同，这里不再赘述。
得到形状记忆自润滑衬垫材料后，本发明以所述形状记忆环氧树脂溶液为胶粘剂，将所述形状记忆自润滑衬垫材料粘接固化在球形支座固定壳体内球面表面。本发明优选在粘接固化前，将所述形状记忆自润滑衬垫材料裁切为最终需要的尺寸。
本发明对所述胶粘剂的用量没有特殊要求，按照本领域技术人员所熟知的胶粘剂添加方法即可。
在本发明中，所述粘接固化优选在自然状态无加载情况下进行。在本发明中，所述粘接固化的温度优选为150～210℃，更优选为150～180℃；所述粘接固化的时间优选为120～240min，更优选为120～180min。本发明以形状记忆环氧树脂为定型剂和胶粘剂以及固体润滑剂载体，受热时提供形状回复能力，消除粘接过程中衬垫材料由平面转变为球面产生的内应力并与内球面牢固结合。
在本发明中，所述球形支座固定壳体内球面中形状记忆自润滑衬垫材料的最大剥离强度优选≥3.0N/mm，更优选为3.66～4.41N/mm；平均剥离强度优选≥1.6N/mm，更优选为1.8～1.96N/mm；摆动摩擦系数优选≤0.06，更优选为0.0319～0.0476；形状固定率优选≥95％，更优选为97～99％；形状回复率优选≥97％，更优选为98～99％。
图9为球形支座的剖面图，其中图9中的1为活动端子，2为固定壳体，3为形状记忆自润滑衬垫材料；所述形状记忆自润滑衬垫材料附着在所述固定壳体内球面的表面。采用本发明提供的减摩方法能够大大降低球形支座固定壳体与活动端子之间的摩擦力矩，同时，由于粘接过程中的形状记忆效应，消除了衬垫材料变形引起的应力集中而产生的褶皱、凸起等，提高了剥离强度并优化了粘接外观，解决了球形支座摩擦副之间的润滑与防护难题。
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。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例与对比例中，摆动摩擦试验均在大型摆动摩擦试验机上进行，统一测试条件为70MPa法向载荷，频率0.2Hz，摆角±2°；剥离强度参照《GB/T 2790-1995胶粘剂180°剥离强度试验方法挠性材料对刚性材料》进行测试，拉伸速率为20mm/min，取剥离力的最大值计算最大剥离强度，取剥离力的平均值计算平均剥离强度；形状记忆性能采用弯曲后测量角度的保持与回复分别计算形状固定率和形状回复率，具体如下：高温140℃时将形状记忆自润滑衬垫材料矩形试验样条(典型尺寸为：长100mm、宽5mm)围绕一个外径5mm的芯轴弯曲一个角度θmax，并维持1min，然后将样条迅速冷却到室温，保持样条形状并在室温下维持一定时间后撤去外力，此时样条发生微小的弹性回复，变形角度为θfixed；最后将样条再次加热到140℃，加热过程中样条弯曲的角度θi随温度的升高不断变化，最后样条弯曲角度记为θfinal，形状固定率＝θfixed/θmax×100％；形状回复率＝(θfixed-θfinal)/θfixed×100％。
实施例1
a.形状记忆环氧树脂溶液的制备：
将0.255mol环氧树脂E-51、0.255mol固化剂甲基六氢苯酐、1.275mmol促进剂三乙胺混合，搅拌均匀，得到未固化的形状记忆环氧树脂溶液。
b.润滑剂分散体系的制备：
将28.60g粒径200目的石墨和19.07g粒径200目的二硫化钼作为固体润滑剂添加到上述形状记忆环氧树脂溶液中，以400rpm的速率搅拌30min、以500W的超声功率进行超声处理15min，得到分散均匀的润滑剂分散体系。
c.浸渍：
将聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物在所述润滑剂分散体系中进行8次浸渍、晾干，每次浸渍2min，得到复合纤维织物；所述聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的质量比为55:45。
d.加压烧结：
将所述复合纤维织物放入球形支座固定壳体内球面模具中，对复合纤维织物施加接触法向载荷0.01MPa，然后升温到120℃保持2小时进行加压烧结，自然冷却至室温，得到形状记忆自润滑衬垫材料。
e.粘接固化：
将所述形状记忆自润滑衬垫材料裁切成最终需要的尺寸，采用步骤a制备的形状记忆环氧树脂溶液为胶粘剂，在自然状态无加载情况下，粘接固化在80mm球径的球形支座固定壳体内球面上。由于衬垫材料的形状记忆性能，形状记忆自润滑衬垫材料在内球面上自然贴附，固化后无翘曲变形，所有部位均与内球面结合致密。
本实施例制备的形状记忆自润滑衬垫材料摆动摩擦试验测试得到的摆动摩擦系数为0.0473；平均剥离强度为1.80N/mm，最大剥离强度为3.68N/mm。
对比例1
a.固体润滑剂体系的制备：
将28.60g粒径200目的石墨和19.07g粒径200目的二硫化钼作为固体润滑剂添加到476.7g市售的酚醛-缩醛树脂溶液(固含量为30wt％)中，经搅拌、超声处理得到分散均匀的固体润滑剂体系。
b.浸渍：
将聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物在所述润滑剂分散体系中进行8次浸渍、晾干，每次浸渍2min，得到复合纤维织物；所述聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的质量比为55:45。
c.加压烧结：
将所述复合纤维织物放入球形支座固定壳体内球面模具中，对复合纤维织物施加接触法向载荷0.01MPa，然后升温到120℃保持2小时进行加压烧结，自然冷却至室温，得到酚醛-缩醛浸渍的自润滑衬垫材料；
d.粘接固化：
将所述酚醛-缩醛浸渍的自润滑衬垫材料裁切成最终需要的尺寸，采用市售酚醛-缩醛树脂溶液为胶粘剂，在自然状态无加载情况下，粘接固化在80mm球径的球形支座固定壳体内球面上。在粘接固化过程中，酚醛-缩醛树脂受热发生变形，纤维织物基体发生翘曲变形，自润滑衬垫材料与球形支座固定壳体内球面之间结合不致密，局部产生脱离。
本对比例制备的自润滑衬垫材料摆动摩擦试验测试得到的摆动摩擦系数为0.0492；平均剥离强度为0.94N/mm，最大剥离强度为1.78N/mm。
图1为实施例1和对比例1相同摆动条件下的摩擦曲线图；图2为实施例1和对比例1的180°剥离力随时间的变化曲线图。
从实施例1和对比例1的性能结果可以看出，采用形状记忆环氧树脂对复合纤维织物进行处理，赋予了自润滑材料形状记忆性能，使得其在粘接固化到球形支座固定壳体内球面的过程中无需施加外部压强，优化促进了界面粘接性能，剥离强度明显高于无形状记忆性能的自润滑衬垫材料，采用目视检测方法也可以直观得看出，具有形状记忆性能的自润滑衬垫材料粘接状态更加贴附。
实施例2
a.形状记忆环氧树脂溶液的制备：
将0.20mol环氧树脂AG-80、0.40mol固化剂己二酸、2.0mmol促进剂N,N-二甲基苯乙胺混合，搅拌均匀，得到未固化的形状记忆环氧树脂溶液。
b.润滑剂分散体系的制备：
将14.0g粒径200目的石墨和14.0g粒径250目的二硫化钼作为固体润滑剂添加到上述形状记忆环氧树脂溶液中，以450rpm的速率搅拌25min、以400W的超声功率进行超声处理30min，得到分散均匀的润滑剂分散体系。
c.浸渍：
将聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物在所述润滑剂分散体系中进行6次浸渍、晾干，每次浸渍10min，得到复合纤维织物；所述聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的质量比为55:45。
d.加压烧结：
将所述复合纤维织物放入球形支座固定壳体内球面模具中，对复合纤维织物施加接触法向载荷0.03MPa，然后升温到150℃保持1.5小时进行加压烧结，自然冷却至室温，得到形状记忆自润滑衬垫材料。
e.粘接固化：
将所述形状记忆自润滑衬垫材料裁切成最终需要的尺寸，采用步骤a制备的形状记忆环氧树脂溶液为胶粘剂，在自然状态无加载情况下，粘接固化在80mm球径的球形支座固定壳体内球面上。形状记忆自润滑衬垫材料在内球面上自然贴附，固化后无翘曲变形，所有部位均与内球面结合致密。
本实施例制备的形状记忆自润滑衬垫材料摆动摩擦试验测试得到的摆动摩擦系数为0.0476；平均剥离强度为1.96N/mm，最大剥离强度为3.75N/mm。
对比例2
a.非形状记忆环氧树脂溶液的制备：
将0.20mol环氧树脂AG-80、0.40mol固化剂己二酸混合，搅拌均匀，得到未固化的环氧树脂溶液。
b.固体润滑剂体系的制备：
将14.0g粒径200目的石墨和14.0g粒径250目的二硫化钼作为固体润滑剂添加到上述非形状记忆环氧树脂溶液中，以450rpm的速率搅拌25min、以400W的超声功率进行超声处理30min，得到分散均匀的润滑剂分散体系。
c.浸渍：
将聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物在所述润滑剂分散体系中进行6次浸渍、晾干，每次浸渍10min，得到复合纤维织物；所述聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的质量比为55:45。
d.加压烧结：
将所述复合纤维织物放入球形支座固定壳体内球面模具中，对复合纤维织物施加接触法向载荷0.03MPa，然后升温到150℃保持1.5小时进行加压烧结，自然冷却至室温，得到环氧树脂浸渍的自润滑衬垫材料；
e.粘接固化：
将所述环氧树脂浸渍的自润滑衬垫材料裁切成最终需要的尺寸，步骤a所配制的环氧树脂溶液为胶粘剂，在自然状态无加载情况下，粘接固化在80mm球径的球形支座固定壳体内球面上。在粘接固化过程中，环氧树脂受热发生软化变形，纤维织物基体发生翘曲变形，自润滑衬垫材料与球形支座固定壳体内球面之间结合不致密，局部产生脱离。
本对比例制备的自润滑衬垫材料摆动摩擦试验测试得到的摆动摩擦系数为0.0412；平均剥离强度为1.11N/mm，最大剥离强度为2.90N/mm。
图3为实施例2和对比例2相同摆动条件下的摩擦曲线图；图4为实施例2和对比例2的180°剥离力随时间的变化曲线图。
从实施例2和对比例2的性能结果可以看出，采用形状记忆环氧树脂对复合纤维织物进行处理，赋予了自润滑材料形状记忆性能，使得其在粘接固化到球形支座固定壳体内球面的过程中无需施加外部压强，优化促进了界面粘接性能，剥离强度明显高于无形状记忆性能的环氧树脂处理的自润滑衬垫材料，采用目视检测方法也可以直观得看出，具有形状记忆性能的自润滑衬垫材料粘接状态更加贴附。
实施例3
a.形状记忆环氧树脂溶液的制备：
将0.255mol环氧树脂E-51、0.765mol固化剂癸二酸、3.825mmol促进剂三异丙基胺混合，搅拌均匀，得到未固化的形状记忆环氧树脂溶液。
b.润滑剂分散体系的制备：
将10.08g粒径300目的石墨和3.36g粒径250目的二硫化钼作为固体润滑剂添加到上述形状记忆环氧树脂溶液中，以500rpm的速率搅拌15min、以400W的超声功率进行超声处理30min，得到分散均匀的润滑剂分散体系。
c.浸渍：
将聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物在所述润滑剂分散体系中进行4次浸渍、晾干，每次浸渍15min，得到复合纤维织物；所述聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的质量比为55:45。
d.加压烧结：
将所述复合纤维织物放入球形支座固定壳体内球面模具中，对复合纤维织物施加接触法向载荷0.06MPa，然后升温到100℃保持3小时进行加压烧结，自然冷却至室温，得到形状记忆自润滑衬垫材料。
e.粘接固化：
将所述形状记忆自润滑衬垫材料裁切成最终需要的尺寸，采用步骤a制备的形状记忆环氧树脂溶液为胶粘剂，在自然状态无加载情况下，粘接固化在80mm球径的球形支座固定壳体内球面上。形状记忆自润滑衬垫材料在内球面上自然贴附，固化后无翘曲变形，所有部位均与内球面结合致密。
本实施例制备的形状记忆自润滑衬垫材料摆动摩擦试验测试得到的摆动摩擦系数为0.0375；平均剥离强度为1.91N/mm，最大剥离强度为3.66N/mm。
对比例3
a.形状记忆环氧树脂溶液的制备：
将0.255mol环氧树脂E-51、0.765mol固化剂癸二酸、3.825mmol促进剂三异丙基胺混合，搅拌均匀，得到未固化的形状记忆环氧树脂溶液。
b.浸渍：
将聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物在所述形状记忆环氧树脂溶液中进行4次浸渍、晾干，每次浸渍15min，得到复合纤维织物；所述聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的质量比为55:45。
c.加压烧结：
将所述复合纤维织物放入球形支座固定壳体内球面模具中，对复合纤维织物施加接触法向载荷0.06MPa，然后升温到100℃保持3小时进行加压烧结，自然冷却至室温，得到形状记忆衬垫材料。
d.粘接固化：
将所述形状记忆衬垫材料裁切成最终需要的尺寸，步骤a所配制的形状记忆环氧树脂溶液为胶粘剂，在自然状态无加载情况下，粘接固化在80mm球径的球形支座固定壳体内球面上。
本对比例制备的形状记忆衬垫材料摆动摩擦试验测试得到的摆动摩擦系数为0.0598；平均剥离强度为1.99N/mm，最大剥离强度为3.81N/mm。
图5为实施例3和对比例3相同摆动条件下的摩擦曲线图；图6为实施例3和对比例3的180°剥离力随时间的变化曲线图。
从实施例3和对比例3的性能结果可以看出，采用形状记忆环氧树脂对复合纤维织物进行处理，赋予了自润滑材料形状记忆性能，使得其在粘接固化到球形支座固定壳体内球面的过程中无需施加外部压强，优化促进了界面粘接性能，剥离强度均较高；但由于对比例3中并未加入固体润滑剂进行减摩改性，因此其平均摩擦系数明显高于实施例3中添加了固体润滑剂的衬垫材料，而且在相同树脂基体前提下，固体润滑剂的加入并未降低剥离强度。
实施例4
a.形状记忆环氧树脂溶液的制备：
将0.20mol环氧树脂AG-80、0.80mol固化剂甲基六氢苯酐、4.0mmol促进剂N,N-二甲基苯乙胺混合，搅拌均匀，得到未固化的形状记忆环氧树脂溶液。
b.润滑剂分散体系的制备：
将18.28g粒径250目的石墨和7.84g粒径300目的二硫化钼作为固体润滑剂添加到上述形状记忆环氧树脂溶液中，以400rpm的速率搅拌30min、以500W的超声功率进行超声处理15min，得到分散均匀的润滑剂分散体系。
c.浸渍：
将聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物在所述润滑剂分散体系中进行2次浸渍、晾干，每次浸渍20min，得到复合纤维织物；所述聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的质量比为55:45。
d.加压烧结：
将所述复合纤维织物放入球形支座固定壳体内球面模具中，对复合纤维织物施加接触法向载荷0.08MPa，然后升温到180℃保持1小时进行加压烧结，自然冷却至室温，得到形状记忆自润滑衬垫材料。
e.粘接固化：
将所述形状记忆自润滑衬垫材料裁切成最终需要的尺寸，采用步骤a制备的形状记忆环氧树脂溶液为胶粘剂，在自然状态无加载情况下，粘接固化在80mm球径的球形支座固定壳体内球面上。由于衬垫材料的形状记忆性能，形状记忆自润滑衬垫材料在内球面上自然贴附，固化后无翘曲变形，所有部位均与内球面结合致密。
本实施例制备的形状记忆自润滑衬垫材料摆动摩擦试验测试得到的摆动摩擦系数为0.0319；平均剥离强度为1.61N/mm，最大剥离强度为4.41N/mm。
对比例4
a.固体润滑剂体系的制备：
将18.28g粒径250目的石墨和7.84g粒径300目的二硫化钼作为固体润滑剂添加到235.09g具有形状记忆性能的聚酰胺酸树脂溶液中(具体组成为139.887g的联苯四甲酸二酐和95.204g的二氨基二苯醚，另有1332.21g溶剂DMF，该聚酰胺酸树脂溶液固体含量为15.0wt％)，经搅拌、超声处理得到分散均匀的固体润滑剂体系。
b.浸渍：
将聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物在所述润滑剂分散体系中进行2次浸渍、晾干，每次浸渍20min，得到复合纤维织物；所述聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的质量比为55:45。
c.加压烧结：
将所述复合纤维织物放入球形支座固定壳体内球面模具中，对复合纤维织物施加接触法向载荷0.08MPa，然后升温到300℃保持2小时进行加压烧结，使形状记忆聚酰亚胺树脂完成亚胺化脱水，自然冷却至室温，得到形状记忆自润滑衬垫材料；
d.粘接固化：
将所述形状记忆自润滑衬垫材料裁切成最终需要的尺寸，采用步骤a使用的聚酰胺酸树脂溶液为胶粘剂，在自然状态无加载情况下，粘接固化在80mm球径的球形支座固定壳体内球面上。
本对比例制备的自润滑衬垫材料摆动摩擦试验测试得到的摆动摩擦系数为0.0404；平均剥离强度为1.60N/mm，最大剥离强度为3.80N/mm。
图7为实施例4和对比例4相同摆动条件下的摩擦曲线图；图8为实施例4和对比例4的180°剥离力随时间的变化曲线图。
从实施例4和对比例4的性能结果可以看出，无论采用形状记忆环氧树脂还是形状记忆聚酰亚胺对复合纤维织物进行处理，均可以赋予自润滑材料形状记忆性能，使得其在粘接固化到球形支座固定壳体内球面的过程中无需施加外部压强，优化促进了界面粘接性能，剥离强度均较高；但形状记忆聚酰亚胺从其中间体聚酰胺酸转化为聚酰亚胺的过程需要高达300℃的长期热处理，这样苛刻的热处理对复合纤维织物自身以及固体润滑剂尤其是二硫化钼，均产生了相对明显的氧化降解作用。
实施例1～4和对比例1～4衬垫材料的形状记忆性能如表1所示：
表1实施例1～4和对比例1～4衬垫材料的形状记忆性能对比
Figure BDA0003013138940000171
由表1可以看出，本发明提供的形状记忆自润滑衬垫材料具有优异的形状记忆性能，使其在粘接固化到球形支座固定壳体内球面上时消除了由于平面转变为球面而产生的内部应力，能够提高剥离强度。
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)

1.一种形状记忆自润滑衬垫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将环氧树脂基体、多官能团固化剂和三级胺类促进剂混合，得到形状记忆环氧树脂溶液；
将所述形状记忆环氧树脂溶液和固体润滑剂混合，得到润滑剂分散体系；
将纤维织物在所述润滑剂分散体系中浸渍，得到复合纤维织物；
将所述复合纤维织物置于模具中，进行加压烧结，脱模后得到形状记忆自润滑衬垫材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多官能团固化剂包括酸酐类多官能团固化剂或酸类多官能团固化剂。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述多官能团固化剂与环氧树脂基体的摩尔比为1～4:1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三级胺类促进剂的物质的量为环氧树脂基体物质的量的0.5～2.0％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固体润滑剂包括石墨和二硫化钼。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维织物为聚四氟乙烯纤维和芳香族聚酰胺纤维的混编织物。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加压烧结的压力为0.01～0.08MPa。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述加压烧结的温度为100～180℃；所述加压烧结的时间为60～180min。
9.一种球形支座固定壳体内球面的减摩方法，其特征在于，包括以下步骤：
将环氧树脂基体、多官能团固化剂和三级胺类促进剂混合，得到形状记忆环氧树脂溶液；
将所述形状记忆环氧树脂溶液和固体润滑剂混合，得到润滑剂分散体系；
将纤维织物在所述润滑剂分散体系中浸渍，得到复合纤维织物；
将所述复合纤维织物置于球形支座固定壳体内球面模具中，进行加压烧结，脱模后得到形状记忆自润滑衬垫材料；
以所述形状记忆环氧树脂溶液为胶粘剂，将所述形状记忆自润滑衬垫材料粘接固化在球形支座固定壳体内球面表面。
10.根据权利要求9所述的减摩方法，其特征在于，所述粘接固化的温度为150～210℃，时间为120～240min。
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