本發(fā)明屬于固體潤(rùn)滑材料領(lǐng)域，具體涉及一種固體潤(rùn)滑塊及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)各種設(shè)備及零部件性能提出了越來(lái)越高的要求。而摩擦磨損是普遍存在的自然現(xiàn)象,世界摩擦學(xué)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明,摩擦損失了世界一次性能源的1/3以上,磨損每年造成的損失約占國(guó)民生產(chǎn)總值的1％。為延長(zhǎng)使用壽命、節(jié)約材料與能源,在很多領(lǐng)域迫切需要解決摩擦、磨損與潤(rùn)滑防護(hù)問(wèn)題。
潤(rùn)滑材料有4種:氣體潤(rùn)滑劑、流體(以油為主)、潤(rùn)滑脂(半固態(tài))及固體潤(rùn)滑材料。液態(tài)、半固態(tài)潤(rùn)滑是傳統(tǒng)的潤(rùn)滑方式,也是應(yīng)用最為廣泛的一種潤(rùn)滑方式,但適用的溫度范圍較窄,在高溫作用下承載能力下降、潤(rùn)滑性能衰減,還會(huì)造成環(huán)境污染等問(wèn)題。因此,工況惡劣的場(chǎng)合下,傳統(tǒng)的潤(rùn)滑方法已難以滿足要求。對(duì)于那些長(zhǎng)期處于高溫、高速、重載、干摩擦或邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下的零部件,減小與控制摩擦與磨損顯得尤為必要。固體自潤(rùn)滑材料在性能上極大地突破了傳統(tǒng)材料的使用極限,廣泛地被應(yīng)用于電子、生物、航天航空等高科技領(lǐng)域,是潤(rùn)滑領(lǐng)域最具有發(fā)展前景的一個(gè)方向。
隨著現(xiàn)代工業(yè)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，特殊工況越來(lái)越多，使得普通液體潤(rùn)滑軸承因其摩擦特性所限，已不能適應(yīng)特殊工況的要求。金屬基固體自潤(rùn)滑軸承作為固體潤(rùn)滑技術(shù)的發(fā)展，突破了油膜潤(rùn)滑極限，能適應(yīng)多種特殊工況的要求，應(yīng)用場(chǎng)合越來(lái)越多。如低速、高載荷、往復(fù)及擺動(dòng)難以形成潤(rùn)滑油膜的場(chǎng)合，長(zhǎng)期處于污染狀況、而潤(rùn)滑油膜容易老化、室外作業(yè)環(huán)境惡劣加油潤(rùn)滑失效的場(chǎng)合，高溫、低溫狀態(tài)下潤(rùn)滑效果難以發(fā)揮的場(chǎng)合，水、海水中和藥液介質(zhì)難以形成潤(rùn)滑的場(chǎng)合。
自潤(rùn)滑軸承具有良好的自潤(rùn)滑性能，但在有潤(rùn)滑的條件下，性能會(huì)更好。因此，在可能的情況下，應(yīng)采用充填潤(rùn)滑脂的方法改善潤(rùn)滑條件，以利提高性能，延長(zhǎng)使用壽命。同時(shí)，潤(rùn)滑脂的存在還可提高密封和防腐性能。
滑動(dòng)軸承的作用是起支撐軸運(yùn)轉(zhuǎn)將其與軸承座間隔開(kāi)來(lái)起到保護(hù)軸和軸承座的作用，其一個(gè)重要的功能就是減小摩擦系數(shù)和磨損；滑動(dòng)軸承根據(jù)材料以及性能可以分為自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承和一般滑動(dòng)軸承，自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承在工作過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)不加油或少加油，而一般滑動(dòng)軸承本身不具備良好的潤(rùn)滑功能所以運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中必須加油；由于軸與滑動(dòng)軸承內(nèi)表面在工作過(guò)程中發(fā)生的是面對(duì)面的滑動(dòng)摩擦副，運(yùn)用過(guò)程中要求摩擦系數(shù)和磨損量盡可能小，這就對(duì)兩個(gè)摩擦面的材料提出了較高的要求；由于軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中要傳遞一定的扭矩和運(yùn)動(dòng)，所以對(duì)軸材料側(cè)重點(diǎn)還是硬度和強(qiáng)度等。
專利CN201510307674.0提供的一種輪軌固體潤(rùn)滑塊的制備方法，具體步驟為先將聚四氟乙烯粉、石墨粉擠壓成型，通過(guò)階梯加熱的方法加熱，然后階梯降溫處理至室溫，滲入石蠟，完成輪軌固體潤(rùn)滑塊的制作。其特點(diǎn)為摩擦系數(shù)低，減磨效果顯著。不足之處是耐高溫性能受影響，在高溫情況下，該固體潤(rùn)滑塊釋放速率會(huì)加快。
專利CN201520403670.8提供的一種自潤(rùn)滑塊結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)為采用稀土含油尼龍高分子聚合材料，增加了自潤(rùn)滑性，在無(wú)油潤(rùn)滑的情況下，同樣有極佳的自潤(rùn)滑效果，可以有效的解決嚴(yán)寒氣候下潤(rùn)滑油凝固，潤(rùn)滑性能下降給設(shè)備本身造成損傷的問(wèn)題以及在夏季高溫、高粉塵環(huán)境下作業(yè)，粉塵顆粒進(jìn)入滑軌間進(jìn)行研磨，給設(shè)備造成損傷的問(wèn)題。不足之處是該潤(rùn)滑塊相對(duì)尺寸不穩(wěn)定，易受水汽影響。
專利CN201510248932.2提供的一種鐵鉻基高溫自潤(rùn)滑塊體材料的制備方法，以BaF2、Ag、Mo以Fe-Cr合金的粉末為原料，在球磨機(jī)中將合金粉體混合均勻置于石墨模具中，在真空熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓燒結(jié)而成。熱壓溫度為950～1200℃，熱壓壓力達(dá)20～40MPa。以鐵鉻合金為基體的高溫自潤(rùn)滑塊體材料，其特點(diǎn)為所制備材料的潤(rùn)滑相在基體中以單質(zhì)形式存在，致密度高，在25℃至800℃之間具有低摩擦系數(shù)和磨損率。同樣，專利CN201210240160.4提供的一種氧化鋯基高溫自潤(rùn)滑塊體材料的制備方法，以ZrO2、Mo、BaF2-CaF2等粉體為原料，經(jīng)真空熱壓燒結(jié)而成。以氧化鋯為基體的高溫自潤(rùn)滑塊體材料，其特點(diǎn)為硬度高，在800℃～1000℃具有低摩擦系數(shù)和磨損率。兩者的不足之處為高溫情況下制備固體潤(rùn)滑塊，成型工藝比較復(fù)雜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種聚酯樹(shù)脂固體潤(rùn)滑塊及其制備方法，以期得到成型簡(jiǎn)單，常溫固化和性狀穩(wěn)定的固體潤(rùn)滑塊。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
所述不飽和聚酯樹(shù)脂的粘度在400～600mPa·s范圍內(nèi)，樹(shù)脂類型選自LY-189、LY-191A、LY-191C、LY-191CG、LY-191F、LY-D191-2、LY-G191A中一種或兩種以上。
進(jìn)一步的，所述不飽和聚酯樹(shù)脂的粘度在500～600mPa·s范圍內(nèi)。
所述改性空心玻璃微珠是經(jīng)重量比為1.5:8.5的異氰酸酯硅烷偶聯(lián)劑和硅烷偶聯(lián)劑KH-570在球磨機(jī)碾磨2～6小時(shí)完全水解得到的。
所述乳化油中乳化劑選用硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯或三乙醇胺油酸酯；所述乳化油中油脂選用棕櫚油水解制備硬脂酸得到的蒸餾殘油。
進(jìn)一步的，所述乳化油中乳化劑選用三乙醇胺油酸酯。
所述助潤(rùn)滑填料為滑石粉、石墨和納米磁性顆粒四氧化三鐵的復(fù)配物。
所述促進(jìn)劑選用烷酸鉛、環(huán)烷酸鉛、環(huán)烷酸鋅、環(huán)烷酸鈣、環(huán)烷酸鈷、環(huán)烷酸錳、異辛酸鈷、異辛酸鉛、異辛酸錳、異辛酸鈣中的一種或兩種以上。
進(jìn)一步的，所述促進(jìn)劑選用環(huán)烷酸鉛或異辛酸鈷。
所述固化劑選用過(guò)氧化甲乙酮、過(guò)氧化環(huán)己酮、過(guò)氧化甲異丁酮、過(guò)氧化苯甲酰、異丙苯過(guò)氧化氫、叔丁基過(guò)氧化氫、2,4-二氯過(guò)氧化苯甲?；蜻^(guò)氧化十二酰。
所述活性稀釋劑選用苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙基己酯、(甲基)丙烯酸羥乙酯、(甲基)丙烯酸羥丙酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸2-乙基環(huán)己酯乙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、丙三醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一種或兩種以上。
本發(fā)明同時(shí)提供了上述聚酯樹(shù)脂固體潤(rùn)滑塊的制備方法，具體包括以下步驟：
(1)稱取不飽和聚酯樹(shù)脂30～45重量份；活性稀釋劑2～4重量份；促進(jìn)劑3～7重量份；助潤(rùn)滑填料5～15重量份；甲基硅油2～5重量份；
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹(shù)脂、助潤(rùn)滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、活性稀釋劑和促進(jìn)劑加入用玻璃棒攪拌均勻；
(3)再分別稱取改性空心玻璃微珠25～35重量份，固化劑4～10重量份，添加至上述混合物中繼續(xù)混合均勻；
(4)將步驟(3)混合好的樹(shù)脂混合物與乳化油8～20重量份混合；
(5)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將步驟(4)的混合液倒入模具中進(jìn)行常溫固化。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
(1)本發(fā)明所制得的高分子含油固體潤(rùn)滑塊，不是將油加入潤(rùn)滑塊中制成，而是先對(duì)空心玻璃微珠進(jìn)行改性，可以調(diào)整塊材密度，同時(shí)提高其在樹(shù)脂中的分散穩(wěn)定性；乳化油采用棕櫚油水解制備硬脂酸得到的蒸餾殘油，既具有良好的潤(rùn)滑耐磨效果，又具有資源綜合利用優(yōu)勢(shì)；然后將其加入不飽和聚酯樹(shù)脂和納米耐磨填充劑，經(jīng)乳化得到穩(wěn)定的高分子分散體，再經(jīng)固化劑固化成含油固體潤(rùn)滑塊。所制得的潤(rùn)滑塊有良好的硬度和極低摩擦系數(shù)。
(2)本發(fā)明還提供了一種高分子含油固體潤(rùn)滑塊的制備方法，成型簡(jiǎn)便，不需要加熱固化。
(3)本發(fā)明所制得的高分子含油固體潤(rùn)滑塊能廣泛應(yīng)用于重載滑動(dòng)或者滾動(dòng)摩擦副，采用棕櫚油水解制備硬脂酸得到的蒸餾殘油，資源綜合利用，無(wú)需額外添加潤(rùn)滑油脂，具有優(yōu)良的自潤(rùn)滑性能，有利于環(huán)境保護(hù)和節(jié)約鋼鐵資源，并且高分子材料輕便，有利于減小機(jī)械的負(fù)荷。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于下述實(shí)施例。
實(shí)施例1
(1)稱取不飽和聚酯樹(shù)脂10g，活性稀釋劑丙烯酸羥乙酯1g，促進(jìn)劑異辛酸鈷1.0g，滑石粉、石墨和納米磁性顆粒四氧化三鐵三者重量比為8:1:1的助潤(rùn)滑填料5g，乳化油6g，甲基硅油1g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹(shù)脂、助潤(rùn)滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、活性稀釋劑和促進(jìn)劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再稱取改性空心玻璃微珠10g，隨后加入固化劑過(guò)氧化甲乙酮3.33g，混合均勻。
(4)將(3)中混合好的不飽和聚酯樹(shù)脂配方與乳化油混合。
(5)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(4)的混合液倒入模具中進(jìn)行常溫固化。
實(shí)施例2
(1)稱取不飽和聚酯樹(shù)脂10g，促進(jìn)劑環(huán)烷酸鉛2.0g，活性稀釋劑甲基丙烯酸羥乙酯1g，滑石粉、石墨和納米磁性顆粒四氧化三鐵三者重量比為7.5:1.5:1的助潤(rùn)滑填料5g，乳化油6g，甲基硅油0.67g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹(shù)脂、助潤(rùn)滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、活性稀釋劑和促進(jìn)劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再稱取改性空心玻璃微珠10g，隨后加入固化劑過(guò)氧化苯甲酰1.5g，混合均勻。
(4)將(3)中混合好的不飽和聚酯樹(shù)脂配方與乳化油混合。
(5)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(4)的混合液倒入模具中進(jìn)行常溫固化。
實(shí)施例3
(1)稱取不飽和聚酯樹(shù)脂10g，活性稀釋劑三羥甲基丙烷三丙烯酸酯0.67g，促進(jìn)劑異辛酸鈷1.0g，滑石粉、石墨和納米磁性顆粒四氧化三鐵三者重量比為7:2:1的助潤(rùn)滑填料2.0g，乳化油6g，甲基硅油1g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹(shù)脂、助潤(rùn)滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、活性稀釋劑和促進(jìn)劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再稱取改性空心玻璃微珠10g，隨后加入固化劑異丙苯過(guò)氧化氫1.34g，混合均勻。
(4)將(3)中混合好的不飽和聚酯樹(shù)脂配方與乳化油混合。
(5)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(4)的混合液倒入模具中進(jìn)行常溫固化。
實(shí)施例4
(1)稱取不飽和聚酯樹(shù)脂10g，活性稀釋劑丙三醇二丙烯酸酯和丙烯酸羥乙酯各0.5g，促進(jìn)劑環(huán)烷酸鉛1.8g，滑石粉、石墨和納米磁性顆粒四氧化三鐵三者重量比為6.5:2.5:1的助潤(rùn)滑填料5g，乳化油6g，甲基硅油1g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹(shù)脂、助潤(rùn)滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、活性稀釋劑和促進(jìn)劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再稱取改性空心玻璃微珠10g，隨后加入固化劑2,4-二氯過(guò)氧化苯甲酰2.5g，混合均勻。
(4)將(3)中混合好的不飽和聚酯樹(shù)脂配方與乳化油混合。
(5)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(4)的混合液倒入模具中進(jìn)行常溫固化。
實(shí)施例5
(1)稱取不飽和聚酯樹(shù)脂10g，促進(jìn)劑環(huán)烷酸鉛1.4g，活性稀釋劑丙烯酸甲酯1.1g，滑石粉、石墨和納米磁性顆粒四氧化三鐵三者重量比為6:3:1的助潤(rùn)滑填料4.6g，乳化油6g，甲基硅油1g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹(shù)脂、助潤(rùn)滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、活性稀釋劑和促進(jìn)劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再稱取改性空心玻璃微珠10g，隨后加入固化劑過(guò)氧化環(huán)己酮3g，混合均勻。
(4)將(3)中混合好的不飽和聚酯樹(shù)脂配方與乳化油混合。
(5)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(4)的混合液倒入模具中進(jìn)行常溫固化。
實(shí)施例6
(1)稱取不飽和聚酯樹(shù)脂10g，促進(jìn)劑異辛酸錳1.7g，活性稀釋劑苯乙烯0.4g，丙烯酸羥乙酯0.8g，滑石粉、石墨和納米磁性顆粒四氧化三鐵三者重量比為5.5:3.5:1的助潤(rùn)滑填料4.3g，乳化油6g，甲基硅油1g。
(2)將稱量好的不飽和聚酯樹(shù)脂、助潤(rùn)滑填料均勻混合，然后將甲基硅油、活性稀釋劑和促進(jìn)劑加入用玻璃棒攪拌均勻。
(3)再稱取改性空心玻璃微珠10g，隨后加入固化劑過(guò)氧化苯甲酰1.5g，混合均勻。
(4)將(3)中混合好的不飽和聚酯樹(shù)脂配方與乳化油混合。
(5)將脫模劑采用毛刷刷涂于模具內(nèi)表面，將(4)的混合液倒入模具中進(jìn)行常溫固化。
實(shí)施例7
空心玻璃微珠改性的制備方法具體包括：
本實(shí)驗(yàn)采用重量比為1.5:8.5的異氰酸酯硅烷偶聯(lián)劑和KH-570水解制備改性空心玻璃微珠。實(shí)驗(yàn)如下：
(1)稱取90g無(wú)水乙醇，10g蒸餾水，加入2ml重量比為1.5:8.5的異氰酸酯硅烷偶聯(lián)劑和KH-570在稱量好乙醇和蒸餾水的混合液中，用玻璃棒攪拌均勻。加入磷酸調(diào)節(jié)為pH＝2。
(2)稱取10g空心玻璃微珠，加入到(1)過(guò)程中，均勻攪拌。
(3)清洗好球磨罐和瑪瑙珠并使它們保持干燥。將配制好的(2)倒入到球磨罐中，將球磨罐放到球磨機(jī)上，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速300r/min，水解3.5h。
(4)水解后的混合溶液靜置，使乙醇與蒸餾水的混合液與水解后的空心玻璃微珠分層，將上層倒掉，下層改性空心玻璃微珠留下，置于恒溫干燥箱干燥，溫度70℃，干燥40min。
(5)稱量烘干后的改性空心玻璃微珠。
實(shí)施例8
脫模劑的制備的制備方法具體包括：
本實(shí)驗(yàn)采取用PVA溶解制備脫模劑。
(1)分別稱取聚乙烯醇10g、無(wú)水乙醇70g、十二烷基苯磺酸鈉10g。
(2)將無(wú)水乙醇、聚乙烯醇、200ml蒸餾水混合，倒入圓底燒瓶中采用磁力攪拌器回流加熱溶解，加熱溫度為70℃，直到聚乙烯醇完全溶解。
(3)將十二烷基苯磺酸鈉加入400ml熱的蒸餾水溶解完全。
(4)將溶解完成的聚乙醇與溶解完成的十二烷基苯磺酸鈉混合均勻即可。
實(shí)施例9
乳化油的制備方法具體包括：
因?yàn)橐獙⒂团c不飽和聚酯樹(shù)脂混合，所以要對(duì)油預(yù)先進(jìn)行乳化處理，本發(fā)明采用三乙醇胺油酸酯乳化劑對(duì)油進(jìn)行乳化。具體步驟是：
(1)稱取2 0g棕櫚油水解制備硬脂酸得到的蒸餾殘油放入燒杯；
(2)稱取0.20g三乙醇胺油酸酯乳化劑加入到燒杯中；
(3)用玻璃棒均勻攪拌，直至油與乳化劑完全混合均勻。
將實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4、實(shí)施例5、實(shí)施例6制得的固體潤(rùn)滑塊同步加載至鋼板表面，在150N載荷、20mm/s速度、300s測(cè)試時(shí)間的條件下，對(duì)加載有固體潤(rùn)滑塊的鋼片進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的平均摩擦系數(shù)分別為：0.065、0.063、0.072、0.069、0.066和0.070，測(cè)得的磨損量分別為：0.0044g、0.0036g、0.0048g、0.0045、0.0043g和0.0046g。