CN115058895A - 纤维复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

纤维复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115058895A
CN115058895A CN202210628286.2A CN202210628286A CN115058895A CN 115058895 A CN115058895 A CN 115058895A CN 202210628286 A CN202210628286 A CN 202210628286A CN 115058895 A CN115058895 A CN 115058895A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber fabric
fiber
fibers
composite material
phenolic resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210628286.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115058895B (zh
Inventor
王紫丹
崔文岩
马全胜
马天宝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202210628286.2A priority Critical patent/CN115058895B/zh
Publication of CN115058895A publication Critical patent/CN115058895A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115058895B publication Critical patent/CN115058895B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/37—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M15/39—Aldehyde resins; Ketone resins; Polyacetals
    • D06M15/41—Phenol-aldehyde or phenol-ketone resins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/02—Sliding-contact bearings
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/16—Synthetic fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/18—Synthetic fibres consisting of macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M2101/22—Polymers or copolymers of halogenated mono-olefins
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/16—Synthetic fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/30—Synthetic polymers consisting of macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/16—Synthetic fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/30—Synthetic polymers consisting of macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M2101/32—Polyesters
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/16—Synthetic fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/30—Synthetic polymers consisting of macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M2101/34—Polyamides
    • D06M2101/36—Aromatic polyamides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及自润滑技术领域，具体而言，涉及一种纤维复合材料及其制备方法和应用。纤维复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将浸渍有酚醛树脂的纤维织物的润滑面与钢质基材贴合后加热压制，待酚醛树脂固化，剥离钢质基材；纤维织物由包括聚四氟乙烯纤维和芳香族聚合物纤维在内的原料混纺而成，且以富集有聚四氟乙烯纤维的表面作为润滑面。上述纤维复合材料具有优异的润滑效果，摩擦系数小。

Description

纤维复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及自润滑技术领域，具体而言，涉及一种纤维复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
风洞是航空航天发动机研发过程的摇篮，其实验测试能力是衡量飞行器研发水平的重要标志。大型低温风洞中喷管段柔板支撑和内部段支撑所用的关节轴承和滑动支座长期处于重载、低温环境。为了提高关节轴承的润滑减磨作用，通常选用纤维织物复合材料制备的衬垫作为关节轴承的自润滑材料。而为提高低温雷诺数风洞试验测试精度和关键零部件使用寿命及安全性，一般要求衬垫材料在低温、大温变(110K～323K)、氮气气氛、常温空气环境或重载等极端环境下具有较低的摩擦系数和优异的耐磨损性能。
目前虽然也有研究对衬垫材料的摩擦性能进行了改进，但是制得的纤维织物材料在低温(比如-180℃～-150℃)或高温(150℃左右)下的摩擦系数仍较高。而且传统对纤维织物的改进多侧重在将纤维织物材料浸渍于浸渍液中，并对浸渍液中的成分进行改性，工艺流程较为繁琐。而且浸渍得到纤维织物材料表面，尤其是纤维织物材料的润滑面往往被浸渍液包裹，低温环境下影响其参与关节轴承界面的摩擦，难以为关节轴承提供润滑作用。
发明内容
基于此，本发明一实施例提供了一种能够降低摩擦系数、提高润滑性的纤维复合材料及其制备方法和应用。
本发明一方面，提供一种纤维复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
将浸渍有酚醛树脂的纤维织物的润滑面与钢质基材贴合后加热压制，待所述酚醛树脂固化，剥离所述钢质基材；所述纤维织物由包括聚四氟乙烯纤维和芳香族聚合物纤维在内的原料混纺而成，且以富集有所述聚四氟乙烯纤维的表面作为所述润滑面。
在其中一个实施例中，所述纤维织物的面密度为180g/m2～220g/m2。
在其中一个实施例中，所述纤维织物的厚度为0.2mm～0.25mm。
在其中一个实施例中，所述芳香族聚合物纤维选自聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、对位芳酰胺共聚纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、间位芳酰胺共聚纤维、聚醚醚酮纤维、聚对苯二甲酸丁二酯纤维及聚对苯二甲酸丙二酯纤维中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述聚四氟乙烯纤维与所述芳香族聚合物纤维的质量比为(1.5～2.5)：1。
在其中一个实施例中，所述钢质基材用于与所述纤维织物的润滑面相贴合的一侧表面的粗糙度为100nm～300nm。
在其中一个实施例中，在所述浸渍有酚醛树脂的纤维织物中，所述酚醛树脂占所述纤维织物和所述酚醛树脂总质量的百分比为20％～40％。
在其中一个实施例中，在对所述纤维织物浸渍酚醛树脂前，还包括对所述纤维织物预先进行等离子体处理的步骤，所述等离子体处理的条件包括：功率为80W～100W，处理时间为5min～15min。
在其中一个实施例中，在对所述纤维织物浸渍酚醛树脂前，还包括将等离子体处理后的所述纤维织物置于醇类溶剂中进行浸润的步骤。
在其中一个实施例中，所述加热压制的温度为80℃～200℃，压力为0.5MPa～1MPa。
在其中一个实施例中，所述加热压制为分段加热压制，所述分段加热压制的具体参数如下：压力维持在0.5MPa～1MPa，先以3℃/min～5℃/min的升温速率升至80℃～120℃，保温50min～70min；再以3℃/min～5℃/min的升温速率升至160℃～200℃，保温50min～70min。
本发明一方面，还提供一种上述所述的纤维复合材料的制备方法制得的纤维复合材料。
本发明另一方面，进一步提供一种上述所述的纤维复合材料作为润滑垫的应用。
本发明再一方面，提供一种关节轴承，其包括外圈、内圈和上述所述的纤维复合材料，所述纤维复合材料设于所述外圈的内球面和所述内圈的外球面之间。
本发明再一方面，还提供一种设备，其包括上述所述的关节轴承。
上述提供的纤维复合材料制备方法采用聚四氟乙烯纤维和芳香族聚合物纤维混纺而成的纤维织物为原材料，并以富集有聚四氟乙烯纤维的表面作为纤维织物的润滑面，富集有芳香族聚合物纤维的表面作为粘结面。由于聚四氟乙烯纤维自身的强润滑性使得其和酚醛树脂之间的粘接力弱于酚醛树脂与钢质基材之间的粘接力，因此在剥离钢质基材的过程中可使得纤维织物润滑面上的酚醛树脂全部转移至钢质基材上，从而将聚四氟乙烯纤维表面的酚醛树脂大幅去除，避免了酚醛树脂所带来的脆性和对润滑性所产生的不利影响，由此提升了纤维复合材料的润滑效果。与此同时，纤维织物内部聚四氟乙烯纤维和芳香族聚合物纤维的交叉点及纤维织物的粘结面均通过酚醛树脂粘接，从而使得纤维复合材料的力学性能得以提升。此外，聚四氟乙烯纤维还具有宽温域使用性，其能够在-180℃～260℃内长期使用，从而使得纤维复合材料具有宽温域使用范围，且在不同温度、重载工况下的润滑性得到显著改善。而且上述方法操作流程简单、成本低，且适于工业化应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例中所使用的PTFE/Nomex混纺纤维织物的形貌图。
具体实施方式
现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外，所有在说明书和权利要求中表示成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。例如，因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
可理解的，传统的以聚四氟乙烯(PTFE)纤维为主要润滑材料的纤维织物在使用酚醛树脂浸渍后，包裹在纤维织物表面的酚醛树脂会严重影响聚四氟乙烯纤维的润滑作用，尤其是在低温(比如-150℃左右)下影响更为明显而且低温下酚醛树脂还具有非常高的脆性，从而使得纤维复合材料具有较高的脆性，难以长期使用。为此，本发明提供了一种纤维复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
将浸渍有酚醛树脂的纤维织物的润滑面与钢质基材贴合后加热压制，待酚醛树脂固化，剥离钢质基材；其中纤维织物由包括聚四氟乙烯纤维和芳香族聚合物纤维在内的原料混纺而成，且以富集有聚四氟乙烯纤维的表面作为纤维织物的润滑面。
上述提供的纤维复合材料制备方法采用聚四氟乙烯纤维和芳香族聚合物纤维混纺而成的纤维织物为原材料，并以富集有聚四氟乙烯纤维的表面作为纤维织物的润滑面，富集有芳香族聚合物纤维的表面作为粘结面。由于聚四氟乙烯纤维自身的强润滑性使得其和酚醛树脂之间的粘接力弱于酚醛树脂与钢质基材之间的粘接力，因此在剥离钢质基材的过程中可使得纤维织物润滑面上的酚醛树脂全部转移至钢质基材上，从而将聚四氟乙烯纤维表面的酚醛树脂大幅去除，避免了酚醛树脂所带来的脆性和对润滑性所产生的不利影响，由此提升了纤维复合材料的润滑效果。与此同时，纤维织物内部聚四氟乙烯纤维和芳香族聚合物纤维的交叉点及纤维织物的粘结面均通过酚醛树脂粘接，从而使得纤维复合材料的力学性能得以提升。此外，聚四氟乙烯纤维还具有宽温域使用性，其能够在-180℃～260℃内长期使用，从而使得纤维复合材料具有宽温域使用范围，且在不同温度、重载工况下的润滑性得到显著改善。而且上述方法操作流程简单、成本低，且适于工业化应用。
在一些实施方式中，纤维织物的面密度可以为180g/m2～220g/m2之间的任意值，例如还可以为190g/m2、200g/m2、210g/m2。优选为180g/m2～200g/m2。
在一些实施方式中，纤维织物的厚度可以为0.2mm～0.25mm。
在一些实施方式中，聚四氟乙烯纤维与芳香族聚合物纤维的质量比可以为(1.5～2.5)：1之间的任意值，例如还可以为2:1、2.2:1、2.4:1。
在一些实施方式中，芳香族聚合物纤维主要为纤维织物提供应力传递和承载的作用，包括但不限于全芳香族纤维、芳香族聚酰胺纤维及芳香族聚酯纤维中的一种或多种，其中全芳香族纤维可以为聚醚醚酮纤维；芳香族聚酰胺纤维可以为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、对位芳酰胺共聚纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维及间位芳酰胺共聚纤维中的一种或多种；芳香族聚酯纤维可以为聚对苯二甲酸丁二酯纤维和/或聚对苯二甲酸丙二酯纤维。优选为聚间苯二甲酰间苯二胺(Nomex)纤维。
在一些实施方式中，单根聚四氟乙烯纤维的直径为14μm～18μm，单根聚间苯二甲酰间苯二胺(Nomex)纤维的直径为15μm～25μm。
在一些实施方式中，纤维复合材料的制备方法具体可以包括如下步骤S100～S400：
步骤S100：将由包括聚四氟乙烯纤维和芳香族聚合物纤维在内的原料混纺而成的纤维织物用有机溶剂清洗、干燥。可理解的，在一些实施方式中，步骤S100也可以省略。
在一些实施方式中，有机溶剂可以为本领域任意公知的有机溶剂，以能够将纤维织物表面的油污去除为准，包括但不限于丙酮、醇类溶剂，其中醇类溶剂优选为乙醇。
在一些实施方式中，可以采用本领域常用的任意方法提高有机溶剂的清洗能力，示例性的，可以采用超声处理，具体可以为：将纤维织物先置于丙酮中超声处理3h～7h，优选为5h；再将纤维织物置于醇类溶剂中超声处理3h～7h，优选为5h。
在一些实施方式中，干燥的方法不做限制，可以为风干，也可以置于干燥箱中加热干燥。
步骤S200：将干燥后的纤维织物进行等离子体处理。研究发现，通过等离子体处理的纤维织物表面有细小的粗糙峰，能够增加其比表面积，更有利于纤维织物与酚醛树脂的充分浸渍。可理解，在一些实施方式中，步骤S200也可省略。
在一些实施方式中，等离子体处理的条件也不做过多限制，具体可以如下：处理气体可以为空气，功率可以为80W～100W，处理时间可以为5min～15min。其中，功率优选为100W，处理时间优选为10min。
步骤S300：将等离子体处理后的纤维织物浸润于醇类溶剂中，取出并将纤维织物置于酚醛树脂溶液中，干燥；其中，醇类溶剂可以为乙醇。由于乙醇和酚醛树脂的互溶性，因此该步骤能够进一步提高纤维织物与酚醛树脂的粘合。
在一些实施方式中，为了提高纤维织物与酚醛树脂溶液的浸渍效果，可以对其进行超声处理，其中超声处理的时间不做限制，示例性的，超声时间可以为15min～30min。
在一些实施方式中，干燥之前还包括对浸渍有酚醛树脂的纤维织物进行压制的步骤，以将多余的酚醛树脂溶液去除。
在一些实施方式中，干燥的温度可以为60℃～80℃，时间可以为10min～20min。优选为，70℃干燥15min。
在一些实施方式中，在浸渍有酚醛树脂的纤维织物中，浸渍于纤维织物上的酚醛树脂的质量百分比为20％～40％之间的任意值，还可以为25％、30％、33％、35％。
步骤S400：将浸渍有酚醛树脂的纤维织物的润滑面与钢质基材贴合后加热压制，待酚醛树脂固化，冷却，剥离钢质基材，以富集有聚四氟乙烯纤维的表面作为纤维织物的润滑面。
在一些实施方式中，钢质基材用于与纤维织物的润滑面相贴合的一侧表面的粗糙度为100nm～300nm。优选为200nm。在一些实施方式中，钢质基材还可以预先经丙酮、乙醇等有机溶剂清洗。
在一些实施方式中，钢质基材的形状和具体钢种不做限制，选用强度高且耐高温的钢材即可，例如可以为碳素结构钢、低合金高强度结构钢、工具钢等，也可以为钢片、钢板、还可以为圆形钢盘。
在一些实施方式中，加热压制的温度可以为80℃～200℃，压力可以为0.5MPa～1MPa。优选地，加热压制为分段加热压制，所述加热压制的具体参数如下：压力维持在0.5MPa～1MPa，先以3℃/min～5℃/min的升温速率升至80℃～120℃，保温50min～70min；再以3℃/min～5℃/min的升温速率升至160℃～200℃，保温50min～70min。
更优选地，在0.5MPa下，先5℃/min的升温速率升至100℃，保温60min；再以5℃/min的升温速率升至180℃，保温60min。
本发明一方面，还提供一种上述所述的纤维复合材料的制备方法制得的纤维复合材料。
本发明另一方面，进一步提供一种上述所述的纤维复合材料作为润滑垫的应用。
本发明再一方面，提供一种关节轴承，其包括外圈、内圈和上述所述的纤维复合材料，所述纤维复合材料设于所述外圈的内球面和所述内圈的外球面之间。
所述关节轴承是指球面滑动轴承，其滑动接触表面由一个内球面和一个外球面组成，运动时可以在任意角度旋转摆动。可以采用表面磷化、炸口、镶垫、喷涂等多种工艺制作而成。关节轴承具有载荷能力大，抗冲击，抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好等特点。
在一些实施方式中，关节轴承的工作环境主要是低温重载，其中低温可以为-150℃，转速可以为～10mm/s。
本发明再一方面，还提供一种设备，其包括上述所述的关节轴承。
在一些实施方式中，设备可以为液压油缸、锻压机床、自动化设备、汽车减震装置、水利设备等。
以下结合具体实施例和对比例对本发明作进一步详细的说明。
酚醛树脂：上海新光化工有限公司铁锚204酚醛树脂。
实施例1半浸渍PTFE/Nomex混纺纤维织物的制备
1)PTFE/Nomex混纺纤维织物预浸料的制备
原料：聚四氟乙烯(PTFE)/聚间苯二甲酰间苯二胺(Nomex)混纺纤维织物，其形貌如图1所示，其中平行于x方向的为PTFE纤维，平行于y方向的为Nomex纤维。其中，纤维织物的面密度为200g/m2，单根PTFE纤维直径为14μm～18μm，单根Nomex纤维直径为15μm～25μm，PTFE纤维和Nomex纤维的质量比为2:1。
取一块尺寸为60mm×60mm的PTFE/Nomex混纺纤维织物置于丙酮中超声5h，之后放入无水乙醇中超声5h，取出置于鼓风干燥箱中于70℃干燥3h，得到干燥的混纺纤维织物。随后将其放在等离子体处理仪中，采用空气作为气体源，在100W的功率下处理10min，得到预处理的混纺纤维织物。
用无水乙醇浸润预处理的混纺纤维织物后，将其浸渍于装有50g铁锚204酚醛树脂溶液的烧杯中，然后将烧杯置于超声清洗机中进行超声处理15min后取出，挤压多余的酚醛树脂溶液，之后在70℃的真空干燥箱中干燥15min。重复浸渍-干燥的流程，直至PTFE/Nomex混纺纤维织物增重其原始重量的30％，得到混纺纤维织物预浸料；
2)PTFE/Nomex混纺纤维复合材料的成型
将上述混纺纤维织物预浸料的润滑面(PTFE纤维富集面)与粗糙度为100nm左右的钢盘压实接触，放入热压机中，加压0.5MPa，在室温下，以5℃/min的升温速率匀速升温至100℃并保温1h，再以5℃/min的升温速率匀速升温至180℃并保温1h。随后卸载压力，自然冷却至室温取出，采用机械剥离的方法将织物的润滑面与钢盘分开，得到PTFE/Nomex混纺纤维复合材料。对其进行相关性能测试，如表1所示。
实施例2半浸渍PTFE/Nomex混纺纤维织物的制备
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：混纺纤维织物的面密度为180g/m2。
1)PTFE/Nomex混纺纤维织物预浸料的制备
聚四氟乙烯(PTFE)/聚间苯二甲酰间苯二胺(Nomex)混纺纤维织物。其中，混纺纤维织物的面密度为180g/m2，单根PTFE纤维直径为14μm～18μm，单根Nomex纤维直径为15μm～25μm，PTFE纤维和Nomex纤维的质量比为2:1。
取一块尺寸为60mm×60mm的PTFE/Nomex混纺纤维织物置于丙酮中超声5h，之后放入无水乙醇中超声5h，取出置于鼓风干燥箱中于70℃干燥3h，得到干燥的混纺纤维织物。随后将其放在等离子体处理仪中，采用空气作为气体源，在100W的功率下处理10min，得到预处理的混纺纤维织物。
用无水乙醇浸润预处理的混纺纤维织物后，将其浸渍于装有50g铁锚204酚醛树脂溶液的烧杯中，然后将烧杯置于超声清洗机中进行超声处理15min后取出，挤压多余的酚醛树脂溶液，之后在70℃的真空干燥箱中干燥15min。重复浸渍-干燥的流程，直至PTFE/Nomex混纺纤维织物增重其原始重量的30％，得到混纺纤维织物预浸料；
2)PTFE/Nomex混纺纤维复合材料的成型
将上述混纺纤维织物预浸料的润滑面(PTFE纤维富集面)与粗糙度为100nm左右的钢盘压实接触，放入热压机中，加压0.5MPa，在室温下，以5℃/min的升温速率匀速升温至100℃并保温1h，再以5℃/min的升温速率匀速升温至180℃并保温1h。随后卸载压力，自然冷却至室温取出，采用机械剥离的方法将织物的润滑面与钢盘分开，得到PTFE/Nomex混纺纤维复合材料。对其进行相关性能测试，如表1所示。
实施例3半浸渍PTFE/Nomex混纺纤维织物的制备
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：混纺纤维织物的面密度为220g/m2。
1)PTFE/Nomex混纺纤维织物预浸料的制备
聚四氟乙烯(PTFE)/聚间苯二甲酰间苯二胺(Nomex)混纺纤维织物。其中，混纺纤维织物的面密度为220g/m2，单根PTFE纤维直径为14μm～18μm，单根Nomex纤维直径为15μm～25μm，PTFE纤维和Nomex纤维的质量比为2:1。
取一块尺寸为60mm×60mm的PTFE/Nomex混纺纤维织物置于丙酮中超声5h，之后放入无水乙醇中超声5h，取出置于鼓风干燥箱中于70℃干燥3h，得到干燥的混纺纤维织物。随后将其放在等离子体处理仪中，采用空气作为气体源，在100W的功率下处理10min，得到预处理的混纺纤维织物。
用无水乙醇浸润预处理的混纺纤维织物后，将其浸渍于装有50g铁锚204酚醛树脂溶液的烧杯中，然后将烧杯置于超声清洗机中进行超声处理15min后取出，挤压多余的酚醛树脂溶液，之后在70℃的真空干燥箱中干燥15min。重复浸渍-干燥的流程，直至PTFE/Nomex混纺纤维织物增重其原始重量的30％，得到混纺纤维织物预浸料；
2)PTFE/Nomex混纺纤维复合材料的成型
将上述混纺纤维织物预浸料的润滑面(PTFE纤维富集面)与粗糙度为100nm左右的钢盘压实接触，放入热压机中，加压0.5MPa，在室温下，以5℃/min的升温速率匀速升温至100℃并保温1h，再以5℃/min的升温速率匀速升温至180℃并保温1h。随后卸载压力，自然冷却至室温取出，采用机械剥离的方法将织物的润滑面与钢盘分开，得到PTFE/Nomex混纺纤维复合材料。对其进行相关性能测试，如表1所示。
实施例4半浸渍PTFE/聚对苯二甲酰对苯二胺纤维混纺纤维织物的制备
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：混纺纤维织物为PTFE纤维和聚对苯二甲酰对苯二胺纤维混纺而成。
1)PTFE/聚对苯二甲酰对苯二胺纤维混纺纤维织物预浸料的制备
取一块尺寸为60mm×60mm的PTFE/聚对苯二甲酰对苯二胺纤维混纺纤维织物置于丙酮中超声5h，之后放入无水乙醇中超声5h，取出置于鼓风干燥箱中于70℃干燥3h，得到干燥的混纺纤维织物。随后将其放在等离子体处理仪中，采用空气作为气体源，在100W的功率下处理10min，得到预处理的混纺纤维织物。
用无水乙醇浸润预处理的混纺纤维织物后，将其浸渍于装有50g铁锚204酚醛树脂溶液的烧杯中，然后将烧杯置于超声清洗机中进行超声处理15min后取出，挤压多余的酚醛树脂溶液，之后在70℃的真空干燥箱中干燥15min。重复浸渍-干燥的流程，直至PTFE/聚对苯二甲酰对苯二胺纤维混纺纤维织物增重其原始重量的30％，得到混纺纤维织物预浸料；
2)PTFE/聚对苯二甲酰对苯二胺纤维混纺纤维复合材料的成型
将上述混纺纤维织物预浸料的润滑面(PTFE纤维富集面)与粗糙度为100nm左右的钢盘压实接触，放入热压机中，加压0.5MPa，在室温下，以5℃/min的升温速率匀速升温至100℃并保温1h，再以5℃/min的升温速率匀速升温至180℃并保温1h。随后卸载压力，自然冷却至室温取出，采用机械剥离的方法将织物的润滑面与钢盘分开，得到PTFE/聚对苯二甲酰对苯二胺纤维混纺纤维复合材料。
实施例5半浸渍PTFE/聚醚醚酮纤维混纺纤维织物的制备
本实施例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：混纺纤维织物为PTFE纤维和聚醚醚酮纤维混纺而成。
1)PTFE/聚醚醚酮纤维混纺纤维织物预浸料的制备
取一块尺寸为60mm×60mm的PTFE/聚醚醚酮纤维混纺纤维织物置于丙酮中超声5h，之后放入无水乙醇中超声5h，取出置于鼓风干燥箱中于70℃干燥3h，得到干燥的混纺纤维织物。随后将其放在等离子体处理仪中，采用空气作为气体源，在100W的功率下处理10min，得到预处理的混纺纤维织物。
用无水乙醇浸润预处理的混纺纤维织物后，将其浸渍于装有50g铁锚204酚醛树脂溶液的烧杯中，然后将烧杯置于超声清洗机中进行超声处理15min后取出，挤压多余的酚醛树脂溶液，之后在70℃的真空干燥箱中干燥15min。重复浸渍-干燥的流程，直至PTFE/聚醚醚酮纤维混纺纤维织物增重其原始重量的30％，得到混纺纤维织物预浸料；
2)PTFE/聚醚醚酮纤维混纺纤维复合材料的成型
将上述混纺纤维织物预浸料的润滑面(PTFE纤维富集面)与粗糙度为100nm左右的钢盘压实接触，放入热压机中，加压0.5MPa，在室温下，以5℃/min的升温速率匀速升温至100℃并保温1h，再以5℃/min的升温速率匀速升温至180℃并保温1h。随后卸载压力，自然冷却至室温取出，采用机械剥离的方法将织物的润滑面与钢盘分开，得到PTFE/聚醚醚酮纤维混纺纤维复合材料。
对比例1
本对比例与实施例1的制备方法基本相同，不同之处在于：步骤2)中未进行钢盘压实操作，即不进行机械剥离混纺纤维织物的步骤。
1)PTFE/Nomex混纺纤维织物预浸料的制备
聚四氟乙烯(PTFE)/聚间苯二甲酰间苯二胺(Nomex)混纺纤维织物。其中，纤维织物的面密度为200g/m2，PTFE纤维直径为14μm～18μm，Nomex纤维直径为15μm～25μm，PTFE纤维和Nomex纤维的质量比为2:1。
取一块尺寸为60mm×60mm的PTFE/Nomex混纺纤维织物置于丙酮中超声5h，之后放入无水乙醇中超声5h，取出置于鼓风干燥箱中于70℃干燥3h，得到干燥的混纺纤维织物。随后将其放在等离子体处理仪中，采用空气作为气体源，在100W的功率下处理10min，得到预处理的混纺纤维织物。
用无水乙醇浸润预处理的混纺纤维织物后，将其浸渍于装有50g铁锚204酚醛树脂溶液的烧杯中，然后将烧杯置于超声清洗机中进行超声处理15min后取出，挤压多余的酚醛树脂溶液，之后在70℃的真空干燥箱中干燥15min。重复浸渍-干燥的流程，直至PTFE/Nomex混纺纤维织物增重其原始重量的30％，得到混纺纤维织物预浸料，即得表面浸渍有酚醛树脂的PTFE/Nomex混纺纤维复合材料。对其进行相关性能测试，如表1所示。
性能测试：
采用低温摩擦磨损试验机对实施例1～3及对比例1制得的混纺纤维复合材料进行摩擦学性能测试。测试条件为：混纺纤维复合材料与S03不锈钢镀铬样件对磨，实验加载力为700N(名义接触应力为18.2MPa)，线速度为12mm/s，环境气氛和温度分别为-150℃的氮气气氛和25℃正常大气压下各运行时间1h。
表1
Figure BDA0003678751810000151
由上述测试结果可知，采用本发明提供的方法制得的混纺纤维复合材料在常温、低温重载条件下均拥有较好的摩擦学性能。与对比例1相比，通过去除表面酚醛树脂得到的混纺纤维复合材料能够显著降低其在不同温度调节下的磨损率，并且能够显著降低其在不同温度条件下的摩擦系数，尤其是常温下的摩擦系数均＜0.1。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将浸渍有酚醛树脂的纤维织物的润滑面与钢质基材贴合后加热压制，待所述酚醛树脂固化，剥离所述钢质基材；所述纤维织物由包括聚四氟乙烯纤维和芳香族聚合物纤维在内的原料混纺而成，且以富集有所述聚四氟乙烯纤维的表面作为所述润滑面。
2.根据权利要求1所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述纤维织物的面密度为180g/m2～220g/m2。
3.根据权利要求1所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述纤维织物的厚度为0.2mm～0.25mm。
4.根据权利要求1所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述芳香族聚合物纤维选自聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、对位芳酰胺共聚纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、间位芳酰胺共聚纤维、聚醚醚酮纤维、聚对苯二甲酸丁二酯纤维及聚对苯二甲酸丙二酯纤维中的一种或多种；和/或
所述聚四氟乙烯纤维与所述芳香族聚合物纤维的质量比为(1.5～2.5)：1。
5.根据权利要求1～4任一项所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述钢质基材用于与所述纤维织物的润滑面相贴合的一侧表面的粗糙度为100nm～300nm。
6.根据权利要求1～4任一项所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于，在所述浸渍有酚醛树脂的纤维织物中，所述酚醛树脂占所述纤维织物和所述酚醛树脂总质量的百分比为20％～40％。
7.根据权利要求1～4任一项所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于，在对所述纤维织物浸渍酚醛树脂前，还包括对所述纤维织物预先进行等离子体处理的步骤，所述等离子体处理的条件包括：功率为80W～100W，处理时间为5min～15min。
8.根据权利要求7所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于，在对所述纤维织物浸渍酚醛树脂前，还包括将等离子体处理后的所述纤维织物置于醇类溶剂中进行浸润的步骤。
9.根据权利要求1～4任一项所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热压制的温度为80℃～200℃，压力为0.5MPa～1MPa。
10.根据权利要求9所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热压制为分段加热压制，所述分段加热压制的具体参数如下：压力维持在0.5MPa～1MPa，先以3℃/min～5℃/min的升温速率升至80℃～120℃，保温50min～70min；再以3℃/min～5℃/min的升温速率升至160℃～200℃，保温50min～70min。
11.一种权利要求1～10任一项所述的纤维复合材料的制备方法制得的纤维复合材料。
12.如权利要求11所述的纤维复合材料作为润滑垫的应用。
13.一种关节轴承，其特征在于，包括外圈、内圈和权利要求11所述的纤维复合材料，所述纤维复合材料设于所述外圈的内球面和所述内圈的外球面之间。
14.一种设备，其特征在于，包括权利要求13所述的关节轴承。
CN202210628286.2A 2022-06-06 2022-06-06 纤维复合材料及其制备方法和应用 Active CN115058895B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210628286.2A CN115058895B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 纤维复合材料及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210628286.2A CN115058895B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 纤维复合材料及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115058895A true CN115058895A (zh) 2022-09-16
CN115058895B CN115058895B (zh) 2023-07-04

Family

ID=83199896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210628286.2A Active CN115058895B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 纤维复合材料及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115058895B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120178327A1 (en) * 2009-09-30 2012-07-12 Oiles Corporation Sliding contact surface-forming material, and multi-layered sliding contact component having the same
CN106398121A (zh) * 2016-09-21 2017-02-15 哈尔滨工业大学 一种聚四氟乙烯纤维编制自润滑材料制备方法
CN110452398A (zh) * 2019-08-16 2019-11-15 中国科学院兰州化学物理研究所 一种界面消耗高速工况下摩擦热聚集的自润滑织物衬垫复合材料的制备方法
CN111188116A (zh) * 2020-02-17 2020-05-22 上海市纺织科学研究院有限公司 一种聚醚醚酮纤维基自润滑织物的制备方法
CN113715452A (zh) * 2021-08-30 2021-11-30 中国科学院兰州化学物理研究所 一种自润滑衬垫复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120178327A1 (en) * 2009-09-30 2012-07-12 Oiles Corporation Sliding contact surface-forming material, and multi-layered sliding contact component having the same
CN106398121A (zh) * 2016-09-21 2017-02-15 哈尔滨工业大学 一种聚四氟乙烯纤维编制自润滑材料制备方法
CN110452398A (zh) * 2019-08-16 2019-11-15 中国科学院兰州化学物理研究所 一种界面消耗高速工况下摩擦热聚集的自润滑织物衬垫复合材料的制备方法
CN111188116A (zh) * 2020-02-17 2020-05-22 上海市纺织科学研究院有限公司 一种聚醚醚酮纤维基自润滑织物的制备方法
CN113715452A (zh) * 2021-08-30 2021-11-30 中国科学院兰州化学物理研究所 一种自润滑衬垫复合材料及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN115058895B (zh) 2023-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110843294B (zh) 一种高速工况自润滑织物衬垫复合材料的制备方法
CN103216530B (zh) 一种轴瓦
Wang et al. Aqueous lubrication and surface microstructures of engineering polymer materials (PEEK and PI) when sliding against Si 3 N 4
EP2623802A1 (en) Retainer for rolling bearing, and rolling bearing
CN109702199A (zh) 一种高熵合金基自润滑含油轴承材料
Yang et al. Tribological behavior of polymer composites functionalized with various microcapsule core materials
CN108026973B (zh) 滑动构件、滚动轴承及保持器
Lu et al. A long lifetime PTFE/aramid fiber composite liner modified by microcapsules under a high-frequency swing condition
CN110452398A (zh) 一种界面消耗高速工况下摩擦热聚集的自润滑织物衬垫复合材料的制备方法
Ren et al. Combined effect of air-plasma treatment and lubricant filling on the dry sliding wear behavior of hybrid PTFE/Nomex fabric/phenolic composite
CN105980456A (zh) 滑动部件、滚动轴承及保持器
Godse et al. Tribological behavior of high fraction carbon steel alloys
CN111269663A (zh) 一种碳纤维织物自润滑衬垫材料及其制备方法和应用
CN113024856A (zh) 一种碳纤维增强聚酰亚胺自润滑复合材料及其制备方法
Guo et al. Tribological behavior of spun Kevlar fabric composites filled with fluorinated compounds
Chen et al. Improved load-bearing capacity and tribological properties of PTFE coatings induced by surface texturing and the addition of GO
US20160333287A1 (en) Highly durable and well-adhered graphite coating
CN115058895A (zh) 纤维复合材料及其制备方法和应用
Guo et al. Effect of air plasma treatment on mechanical and tribological properties of PBO fabric composites
Song et al. Effects of solid lubricants on friction and wear behaviors of the phenolic coating under different friction conditions
CN105419049B (zh) 一种低摩擦水润滑高分子轴承复合材料
Qiu et al. Effect of ambient temperature on the formation mechanism of PTFE liner transfer film of spherical plain bearings
Qian-qian et al. On the friction and wear behavior of PTFE composite filled with rare earths treated carbon fibers under oil-lubricated condition
CN111196074A (zh) 一种多尺度微纳米填料改性自润滑织物衬垫复合材料的制备方法
Shangguan et al. Effect of rare earths on tribological properties of carbon fibers reinforced PTFE composites

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant