專利名稱：：一種三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于聚合物復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料及其制備方法。該復(fù)合材料可適用于航空、航天、機(jī)械、汽車(chē)等領(lǐng)域的自潤(rùn)滑軸承上。
背景技術(shù)：
：20世紀(jì)60年代英國(guó)GlacierMetal公司發(fā)明了一種三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承，稱為DU軸承，以鋼為襯底，上面燒結(jié)多孔錫青銅粉末，再將聚四氟乙烯復(fù)合材料覆蓋于其上，壓制后燒結(jié)。這種產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自潤(rùn)滑軸承中。由于聚四氟乙烯的耐磨性不好，這種產(chǎn)品在承載能力有限，高載下表面很薄的聚四氟乙烯層和中間層很容易磨穿，從而嚴(yán)重影響到材料的使用壽命。芳綸織物(Kevlar、Nomex等)、碳纖維織物、玻璃纖維織物、聚四氟乙烯織物、聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑織物、金屬織物等由于其良好的熱性能、力學(xué)性能和摩擦性能，被廣泛的應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械等領(lǐng)域的自潤(rùn)滑耐磨部件_軸承上。這種自潤(rùn)滑軸承往往采用上述織物或其復(fù)合織物浸漬樹(shù)脂制備自潤(rùn)滑層，然后通過(guò)膠粘劑粘結(jié)到金屬基材上。常用的樹(shù)脂是酚醛樹(shù)脂和聚酰亞胺等，但是這種自潤(rùn)滑軸承存在著摩擦系數(shù)大、耐溫性差、自潤(rùn)滑層和基材粘結(jié)不好等問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足而提供一種低摩擦系數(shù)、耐磨損、高承載、耐溫性好、自潤(rùn)滑層和基材粘結(jié)性好的滑動(dòng)軸承材料及其制備方法，解決DU材料易磨損和織物復(fù)合材料摩擦系數(shù)大、耐溫性差、自潤(rùn)滑層與基材粘接不好的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)軸承材料的長(zhǎng)壽命、低摩擦特性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明結(jié)合DU材料和織物復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，將自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承材料設(shè)計(jì)為三層底層為鋼板或其他金屬板；中間層為多孔燒結(jié)錫青銅粉末，孔內(nèi)含含氟聚合物；表層為織物/含氟聚合物復(fù)合材料，從而實(shí)現(xiàn)軸承材料要求的長(zhǎng)壽命、低摩擦特性。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下工藝步驟和條件實(shí)現(xiàn)。三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料的結(jié)構(gòu)為底層1為鋼板或其他金屬板；中間層2為多孔燒結(jié)錫青銅粉末，孔內(nèi)含含氟聚合物，厚度0.1-1.5mm;表層3為織物/含氟聚合物復(fù)合材料，厚度0.0mm。本發(fā)明所述的織物為芳綸織物(Kevlar、Nomex等)、碳纖維織物、玻璃纖維織物、聚四氟乙烯織物、聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑織物、金屬織物及其復(fù)合織物中的一種，編織方式為平紋、斜紋或者緞紋等編織方法中的一種。織物可采用等離子處理、強(qiáng)酸強(qiáng)堿處理、陽(yáng)極氧化處理等方式進(jìn)行表面處理。多孔錫青銅粉末其孔隙率為20-70%。含氟聚合物為聚四氟乙烯(PTFE)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、三氯氟乙烯(PCTFE)及其共聚物中的一種，或其中幾種的復(fù)合。織物/含氟聚合物復(fù)合材料中含氟聚合物體積分?jǐn)?shù)為20-70%。在所述織物/含氟聚合物復(fù)合材料中可以添加石墨、二硫化鉬等固體自潤(rùn)滑材料，其在表層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-10%。也可以添加納米三氧化二鋁、納米氮化硅、納米蒙脫土、納米二氧化硅、碳納米管、氧化鉻、氧化鉛、氧化鎘等納米材料或金屬氧化物材料，其在表層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-10%，還可以添加銅粉、銅合金粉末、鉛粉等金屬粉末材料，其在表層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-10%。三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料的制備方法如下首先，配制好含氟聚合物乳液或其復(fù)合乳液，將各種填料按比例加入其中，充分?jǐn)嚢杈鶆?。將處理好的織物浸漬于其中，取出干燥，重復(fù)幾次直至含氟聚合物體積分?jǐn)?shù)達(dá)到20-70%，得到織物/含氟聚合物復(fù)合材料；其次，在燒結(jié)于鋼板表面的錫青銅粉末上涂覆含氟聚合物乳液，干燥，反復(fù)幾次，直到孔隙內(nèi)充滿含氟聚合物；最后，將織物/含氟聚合物復(fù)合材料平放在上述充滿含氟聚合物的錫青銅粉末層表面，加壓到5-50MPa，升溫到310-390。C，保溫30-60min后，保壓自然冷卻到室溫。上述的三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料復(fù)合材料制備方法中，含氟聚合物乳液中含氟聚合物體積分?jǐn)?shù)為20-60%。通過(guò)本發(fā)明制得的軸承材料，自潤(rùn)滑層中含氟聚合物和錫銅粉末層孔隙內(nèi)的含氟聚合物在一定壓力下燒結(jié)，保證了自潤(rùn)滑層和金屬基材間的粘結(jié)力；同時(shí)，自潤(rùn)滑層中直接采用含氟聚合物取代常見(jiàn)的酚醛樹(shù)脂和聚酰亞胺，使得材料有了更低的摩擦系數(shù)和更好的耐溫性。從而實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)合DU材料和織物復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了軸承復(fù)合材料長(zhǎng)壽命低摩擦的目的。本發(fā)明材料的基本性能如下<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、自潤(rùn)滑層中含氟聚合物和錫銅粉末層孔隙內(nèi)的含氟聚合物在一定壓力下燒結(jié)，有效解決了自潤(rùn)滑層和金屬基材間的粘接力低下的問(wèn)題。2、自潤(rùn)滑層中直接采用含氟聚合物取代常用的酚醛樹(shù)脂或聚酰亞胺樹(shù)脂，保證了復(fù)合材料具有更低的摩擦系數(shù)和更好的耐溫性。3、本發(fā)明提供的制備方法簡(jiǎn)單易行，能有效提高自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承復(fù)合材料的使用壽命。圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1為鋼板或其他金屬板；2為燒結(jié)錫青銅粉末，孔內(nèi)浸漬含氟聚合物；3為織物/含氟聚合物復(fù)合材料。具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要指出以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明對(duì)本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例1取清潔好的平紋Kevlar織物浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%的聚四氟乙烯乳液幾分鐘，取出于105t:干燥10分鐘，重復(fù)幾次直到聚四氟乙烯體積分?jǐn)?shù)達(dá)到40%。另取表面燒結(jié)有錫青銅粉末的鋼板，用刷子沾滿上述聚四氟乙烯涂刷在錫青銅層表面，105t:干燥，這樣涂刷、干燥重復(fù)幾次，直到聚四氟乙烯充滿錫青銅層孔隙。將上述Kevlar/聚四氟乙烯復(fù)合材料平放在浸漬有聚四氟乙烯的錫青銅層表面，38(TC下加壓至15MPa，5分鐘內(nèi)每分鐘放氣一次，5分鐘后保溫保壓15分鐘，后保壓自然冷卻。所得材料25MPa負(fù)載下摩擦系數(shù)0.08，磨損率1.5X10—6mm3/Nm。實(shí)施例2取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%的聚四氟乙烯乳液，加入二硫化鉬使得二硫化鉬和聚四氟乙烯質(zhì)量比為l:30，充分?jǐn)嚢?。取清潔好的緞紋碳纖維織物，浸入其中，取出于105t:干燥10分鐘，重復(fù)幾次直到碳纖維織物體積分?jǐn)?shù)為50%。另取表面燒結(jié)有錫青銅粉末的鋼板，用刷子沾滿上述聚四氟乙烯涂刷在錫青銅層表面，i05t:干燥，重復(fù)幾次直到聚四氟乙烯充滿錫青銅層孔隙。將上述碳纖維織物/聚四氟乙烯/二硫化鉬復(fù)合材料平放在浸漬有聚四氟乙烯的錫青銅層表面，38(TC下加壓至12MPa，5分鐘內(nèi)每分鐘放氣一次，5分鐘后保溫保壓15分鐘，后保壓自然冷卻。所得材料15MPa負(fù)載下摩擦系數(shù)0.11，磨損率3.3X10—6mm3/N*m。實(shí)施例3取清潔好的平紋碳纖維織物浸入濃硝酸中2h，取出后用去離子水清洗至中性，干燥。取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的聚四氟乙烯乳液，將上述碳纖維織物浸入其中，取出于105t:干燥10分鐘，重復(fù)幾次直到碳纖維織物體積分?jǐn)?shù)為55%。另取表面燒結(jié)有錫青銅粉末的鋼板，用刷子沾滿上述聚四氟乙烯刷在錫青銅層表面，105t:干燥，重復(fù)幾次直到聚四氟乙烯充滿錫青銅層孔隙。將上述碳纖維/聚四氟乙烯復(fù)合材料平放在浸漬有聚四氟乙烯的錫青銅層表面，38(TC下加壓至12MPa，5分鐘內(nèi)每分鐘放氣一次，5分鐘后保溫保壓15分鐘，后保壓自然冷卻。所得材料lOMPa負(fù)載下摩擦系數(shù)0.12，磨損率3.OX10—6mm3/Nm。實(shí)施例4取清潔好的聚四氟乙烯纖維體積含量為15%的Kevlar/聚四氟乙烯復(fù)合織物浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的聚四氟乙烯乳液，取出于105t:干燥10分鐘，重復(fù)幾次直到復(fù)合材料中Kevlar纖維體積分?jǐn)?shù)達(dá)到55%。另取表面燒結(jié)有錫青銅粉末的鋼板，用刷子沾滿上述聚四氟乙烯涂刷在錫青銅層表面，105t:干燥，重復(fù)幾次直到聚四氟乙烯充滿錫青銅層孔隙。將上述復(fù)合織物/聚四氟乙烯復(fù)合材料平放在浸漬有聚四氟乙烯的錫青銅層表面，37(TC下加壓至15MPa，5分鐘內(nèi)每分鐘放氣一次，5分鐘后保溫保壓15分鐘，后保壓自然冷卻。所得材料20MPa負(fù)載下摩擦系數(shù)0.07，磨損率1.4X10—6mm3/Nm。實(shí)施例5取清潔好的平紋Kevlar織物浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的全氟乙烯丙烯共聚物乳液。將上述Kevlar織物浸入其中，取出于105。C干燥10分鐘，重復(fù)幾次直到Kevlar織物體積分?jǐn)?shù)為40%。另取表面燒結(jié)有錫青銅粉末的鋼板，用刷子沾滿上述乳液涂刷在錫青銅層表面，105t:干燥，重復(fù)幾次直到聚合物充滿錫青銅層孔隙。將上述Kevlar纖維/全氟乙烯丙烯共聚物復(fù)合材料平放在浸漬有聚合物的錫青銅層表面，32(TC下加壓至10MPa，5分鐘內(nèi)每分鐘放氣一次，5分鐘后保溫保壓15分鐘，后保壓自然冷卻。所得材料20MPa負(fù)載下摩擦系數(shù)O.IO，磨損率1.6X10—6mm3/Nm。實(shí)施例6取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的聚四氟乙烯乳液，加入663青銅粉使得青銅粉和聚四氟乙烯質(zhì)量比為l:25，充分?jǐn)嚢杈鶆?。取清潔好的平紋Kevlar織物浸入其中，取出于105t:干燥10分鐘，重復(fù)幾次直到Kevlar織物體積分?jǐn)?shù)為55%。另取表面燒結(jié)有錫青銅粉末的鋼板，用刷子沾滿上述乳液涂刷在錫青銅層表面，105t:干燥，重復(fù)幾次直到聚合物充滿錫青銅層孔隙。將上述Kevlar纖維/聚四氟乙烯/663青銅粉復(fù)合材料平放在浸漬有聚合物的錫青銅層表面，38(TC下加壓至15MPa，5分鐘內(nèi)每分鐘放氣一次，5分鐘后保溫保壓15分鐘，后保壓自然冷卻。所得材料25MPa負(fù)載下摩擦系數(shù)0.08，磨損率1.3X10—6mm3/Nm。實(shí)施例7取等量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的四氟乙烯_全氟烷氧基乙烯基醚共聚物乳液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的聚四氟乙烯乳液，攪拌混合成為復(fù)合乳液。取石墨乳加入上述復(fù)合乳液中使得石墨聚四氟乙烯四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物質(zhì)量比為i:15:is，充分?jǐn)嚢杈鶆颉Ｈ∏鍧嵑玫钠郊yKevlar織物浸入其中，取出于105。C干燥10分鐘，重復(fù)幾次直到Kevlar織物體積分?jǐn)?shù)為60%，得到復(fù)合材料。另取表面燒結(jié)有錫青銅粉末的鋼板，用刷子沾滿上述復(fù)合乳液乳液涂刷在錫青銅層表面，105t:干燥，重復(fù)幾次直到聚合物充滿錫青銅層孔隙。將上述復(fù)合材料平放在浸漬有聚合物的錫青銅層表面，38(TC下加壓至15MPa，5分鐘內(nèi)每分鐘放氣一次，5分鐘后保溫保壓15分鐘，后保壓自然冷卻。所得材料25MPa負(fù)載下摩擦系數(shù)O.08，磨損率1.2X10—6mm3/Nm。權(quán)利要求一種三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料，其特征在于為三層結(jié)構(gòu)，其中，底層為金屬板；中間層為多孔燒結(jié)錫青銅粉末，孔內(nèi)有含氟聚合物，厚度0.1-1.5mm；表層為織物/含氟聚合物復(fù)合材料，厚度0.1-1.0mm。2.如權(quán)利要求1所述的三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料，其特征在于，所述的織物為芳綸織物、碳纖維織物、玻璃纖維織物、聚四氟乙烯織物、聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑織物、金屬織物之中一種，或其中幾種的復(fù)合織物；其編織方式為平紋、斜紋、緞紋編織方式中的一種。3.如權(quán)利要求1所述的三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料復(fù)合材料，其特征在于，所述織物表面經(jīng)過(guò)等離子處理、強(qiáng)酸強(qiáng)堿處理或陽(yáng)極氧化處理。4.如權(quán)利要求1所述的三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料，其特征在于，所述的含氟聚合物為聚四氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物、四氟乙烯_全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、乙烯_四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、三氯氟乙烯中的一種，或者其中幾種的復(fù)合。5.如權(quán)利要求1所述的三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料復(fù)合材料，其特征在于，所述的多孔錫青銅粉末其孔隙率為20-70%。6.如權(quán)利要求1所述的三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料復(fù)合材料，其特征在于，所述織物/含氟聚合物復(fù)合材料中含氟聚合物體積分?jǐn)?shù)為20-70%。7.如權(quán)利要求1所述的三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料復(fù)合材料，其特征在于，所述織物/含氟聚合物復(fù)合材料中添加有石墨、二硫化鉬固體自潤(rùn)滑材料，添加物在表層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-10%。8.如權(quán)利要求1所述的三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料復(fù)合材料，其特征在于，所述織物/含氟聚合物復(fù)合材料中添加有納米三氧化二鋁、納米氮化硅、納米蒙脫土、納米二氧化硅、碳納米管、氧化鉻、氧化鉛、氧化鎘納米材料或金屬氧化物材料，添加物在表層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-10%。9.如權(quán)利要求1所述的三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料復(fù)合材料，其特征在于，所述織物/聚四氟乙烯復(fù)合材料中添加有銅粉、銅合金粉末或鉛粉粉末材料，添加物在表層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-10%。10.—種如權(quán)利要求l-9所述的三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料的制備方法，其特征在于具體步驟為首先，配制好含氟聚合物乳液或其復(fù)合乳液，將各種填料按比例加入其中，充分?jǐn)嚢杈鶆颍粚⑻幚砗玫目椢锝n于其中，取出干燥，重復(fù)幾次直至含氟聚合物體積分?jǐn)?shù)達(dá)到20-70%，得到織物/含氟聚合物復(fù)合材料；其次，在燒結(jié)于鋼板表面的錫青銅粉末上涂覆含氟聚合物乳液，干燥，反復(fù)幾次，直到孔隙內(nèi)充滿含氟聚合物；最后，將織物/含氟聚合物復(fù)合材料平放在上述充滿含氟聚合物的錫青銅粉末層表面，加壓到5-50MPa，升溫到310-390°C，保溫30_60min后，保壓自然冷卻到室溫。11.如權(quán)利要求10所述的三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料復(fù)合材料制備方法，其特征在于所述含氟聚合物乳液中含氟聚合物體積分?jǐn)?shù)為20-60%。全文摘要本發(fā)明屬于聚合物復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種三層自潤(rùn)滑耐磨滑動(dòng)軸承材料及其制備方法。該復(fù)合材料由三層組成底層為鋼板或其他金屬板；中間層為多孔燒結(jié)錫青銅粉末層，孔內(nèi)浸漬含氟聚合物；表面層為織物/含氟聚合物復(fù)合材料。織物/含氟聚合物復(fù)合材料通過(guò)乳液浸漬法制備，然后通過(guò)熱壓成型法粘結(jié)到基材表面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的材料通過(guò)完全引入含氟聚合物作為粘結(jié)樹(shù)脂，取得了很好的自潤(rùn)滑性、耐磨性和耐溫性；同時(shí)通過(guò)熱壓成型法使得織物/含氟聚合物復(fù)合材料很好地粘結(jié)到基材表面。該發(fā)明材料適用于航空、航天、機(jī)械、汽車(chē)等領(lǐng)域的自潤(rùn)滑軸承上。文檔編號(hào)F16C33/18GK101788015SQ20101011545公開(kāi)日2010年7月28日申請(qǐng)日期2010年2月26日優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日發(fā)明者劉沛,呂仁國(guó),李同生申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)