專利名稱：耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料及其制備方法
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，具體涉及一種耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自 潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在20世紀(jì)中葉，英國(guó)格拉西亞(Glacier)公司發(fā)明了一種三層復(fù)合自潤(rùn)滑軸承材 料，它是以鋼板為基體，在其上面燒結(jié)球形青銅粉層，之后再覆蓋上減磨耐磨塑料，簡(jiǎn)稱為 DU材料。此類產(chǎn)品歷史悠久，較為成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自潤(rùn)滑軸承中。但是DU軸承的自 潤(rùn)滑耐磨塑料層以聚四氟乙烯為主。其中，由于聚四氟乙烯的耐磨性不好，產(chǎn)品的承載能力 有限，在高載下，表面自潤(rùn)滑耐磨塑料層極易被磨穿，從而嚴(yán)重影響到材料的使用壽命。這 種產(chǎn)品在航空、航天、機(jī)械、汽車等領(lǐng)域中的使用受到限制。聚四氟乙烯纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚苯并咪唑纖維、玻璃纖維之中的兩種，或者 其中幾種的混編織物，由于具有良好的耐熱性能、力學(xué)性能以及自潤(rùn)滑耐磨性能，被廣泛的 應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械等領(lǐng)域的自潤(rùn)滑耐磨部件以及軸承上。而目前此類自潤(rùn)滑耐磨軸承 基本上采用酚醛樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)做粘結(jié)劑，粘結(jié)到金屬基體上。這樣的自潤(rùn)滑軸承材料 會(huì)存在著耐溫性差、摩擦系數(shù)大、耐磨性不好等問(wèn)題。此外，聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚 酮、尼龍等耐高溫自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂中的一種或者幾種的共混樹(shù)脂，其單純應(yīng)用到軸承材料 中，所制得的聚合物基自潤(rùn)滑軸承材料承載能力差，耐磨性不好。而以聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、尼龍等樹(shù)脂中的一種或幾種共混的樹(shù)脂作 為固定和粘結(jié)樹(shù)脂，保證了混編織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑耐磨復(fù)合材料層與金屬基材間的粘結(jié) 力，有效解決了金屬基材和自潤(rùn)滑層之間的粘接強(qiáng)度低下的問(wèn)題；且其所具有的耐高溫自 潤(rùn)滑耐磨性能使得復(fù)合材料具有更低的摩擦系數(shù)和更高的耐溫性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足而提供一種耐高溫、高承載、耐磨性好、自潤(rùn)滑 性好的軸承復(fù)合材料及其制備方法，以解決DU軸承材料磨損率大，耐磨性差，耐溫性低等 問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)軸承材料優(yōu)異的摩擦學(xué)性能和高溫下的使用可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明結(jié)合DU材料、織物復(fù)合材料和耐高溫自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂的 優(yōu)點(diǎn)，將耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料設(shè)計(jì)為三層底層為金屬板(如鋼板、 鋁合金板或其他金屬板等)；中間層為多孔燒結(jié)錫青銅粉層，孔內(nèi)浸漬耐高溫的自潤(rùn)滑耐磨 樹(shù)脂；表層為混編織物/自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂復(fù)合材料，從而實(shí)現(xiàn)軸承材料要求的長(zhǎng)壽命、低摩 擦和高溫可靠性等特性。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)。耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)為底層(1)為鋼板、鋁合金 板或其他金屬板；中間層( 為多孔燒結(jié)錫青銅粉層，孔內(nèi)浸漬耐高溫的自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂; 表層C3)為混編織物/自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂復(fù)合材料，從而實(shí)現(xiàn)軸承材料要求的長(zhǎng)壽命、低摩擦和高溫可靠性等特性。本發(fā)明所述的混編織物為聚四氟乙烯纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚苯并咪唑纖維、 玻璃纖維之中的兩種，或者其中幾種的復(fù)合；其編織方式為平紋、斜紋、緞紋編織方式中的一種。本發(fā)明所述的自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂為聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、尼龍等中的一 種，或者其中幾種的共混。它們具有耐高溫特性。本發(fā)明所述的底層(1)厚度為0. 60-1. 50mm ；中間層⑵厚度為0. 10-0. 80mm ；表 層(3)厚度為 0. 20-0. 80mm?；炀幙椢锉砻娌捎玫入x子表面處理、強(qiáng)堿刻蝕處理、硅烷偶聯(lián)劑處理等表面處理 方式進(jìn)行處理。在所述的混編織物/自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂復(fù)合材料中，樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-70% ；在 所述的混編織物/自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂復(fù)合材料中可以添加的石墨、二硫化鉬等無(wú)機(jī)固體自潤(rùn) 滑材料，其在表層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1_8%。在所述的混編織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑耐磨復(fù)合材料中還 可以添加納米三氧化二鋁、納米蒙脫土、納米二氧化硅、碳納米管等納米材料或者氧化鉻、 氧化鎘等金屬氧化物材料，其在表層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1_8%。本發(fā)明所述的多孔燒結(jié)錫青銅粉層其孔隙率為20-70%。耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料的制備方法如下
首先，配制含有30-60% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的耐高溫自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂一種或者幾種共混的懸 浮液，將各種填料按比例加入其中，充分?jǐn)嚢璨⒊暰鶆蚍稚ⅰＭㄟ^(guò)浸-涂方式使樹(shù)脂和混 編織物復(fù)合，在100-120°C干燥10-30min，重復(fù)幾次直至樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到30_70%，得到混 編織物/樹(shù)脂復(fù)合材料。其次，在燒結(jié)于金屬板基體表面的多孔錫青銅粉層上涂覆含有耐高溫自潤(rùn)滑耐磨 樹(shù)脂的懸浮液，干燥，重復(fù)幾次直到孔隙內(nèi)充滿樹(shù)脂。然后，將混編織物/樹(shù)脂復(fù)合材料平鋪在上述含耐高溫樹(shù)脂的多孔燒結(jié)錫青銅粉 層表面，加壓3-20MPa，升溫到280-390°C，恒溫恒壓10-30min后，保壓自然冷卻至室溫。最后，將成型的金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料平放，升溫到120-200°c，加 壓^0—300MPa，恒溫恒壓10-30min后，保壓自然冷卻至室溫。本發(fā)明所制得的自潤(rùn)滑耐磨軸承材料，以多孔燒結(jié)錫青銅粉層孔內(nèi)浸漬的耐高溫 樹(shù)脂作為固定和粘結(jié)樹(shù)脂，在一定壓力的燒結(jié)下，保證了混編織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑耐磨復(fù)合 材料層與金屬基材間的粘結(jié)力；混編織物/樹(shù)脂復(fù)合材料層中含有的耐高溫自潤(rùn)滑耐磨 樹(shù)脂取代了傳統(tǒng)的酚醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂，使得復(fù)合材料具有更低的摩擦系數(shù)和更高的耐溫 性。與傳統(tǒng)DU材料相比，具有更優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，更高的耐溫性和使用可靠性。本發(fā)明材料的基本性能如下
權(quán)利要求
1.一種耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料，其特征在于復(fù)合材料設(shè)計(jì)為三 層底層為金屬板；中間層為多孔燒結(jié)錫青銅粉層，孔內(nèi)浸漬耐自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂；表層為 混編織物/自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂復(fù)合材料；所述混編織物為聚四氟乙烯纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚苯并咪唑纖維、玻璃纖維之中 至少兩種材料的復(fù)合；所述自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂為聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、尼龍中的一種，或者其中幾 種的共混。
2.如權(quán)利要求1所述的耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料，其特征在于所 述底層厚度為0. 60-1. 50mm ；中間層厚度為0. 10-0. 80mm ；表層厚度為0. 20-0. 80mm。
3.如權(quán)利要求1所述的耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料，其特征在于在 所述的混編織物/自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂復(fù)合材料中，樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-70%。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料，其特征 在于在所述的混編織物/自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂復(fù)合材料中還添加有石墨或二硫化鉬無(wú)機(jī)固體 自潤(rùn)滑材料，其在表層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1_8%。
5.如權(quán)利要求4所述的耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料，其特征在于所 述的在所述的混編織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑耐磨復(fù)合材料中還添加有納米三氧化二鋁、納米蒙脫 土、納米二 氧化硅或碳納米管，或者氧化鉻、氧化鎘，其在表層中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-8%。
6.如權(quán)利要求4所述的耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料，其特征在于所 述的多孔燒結(jié)錫青銅粉層的孔隙率為20-70%。
7.如如權(quán)利要求1一5之一所述的耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料的制 備方法，其特征在于具體步驟為首先，配制含有30-60%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的耐高溫的自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂一種或者幾種共混的懸 浮液，將各種填料按比例加入其中，充分?jǐn)嚢璨⒊暰鶆蚍稚?；采用?涂方式使所述樹(shù)脂 和混編織物復(fù)合，在100-120°C干燥10-30min，重復(fù)幾次直至樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到30_70%，得 到混編織物/自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂復(fù)合材料；其次，在燒結(jié)于金屬板基體表面的多孔錫青銅粉層上涂覆含有自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂的懸浮 液，干燥，重復(fù)幾次直到孔隙內(nèi)充滿樹(shù)脂；然后，將混編織物/自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂復(fù)合材料平鋪在上述含自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂的多孔燒 結(jié)錫青銅粉層表面，加壓3-20MPa，升溫到280-390°C，恒溫恒壓10-30min后，保壓自然冷卻 至室溫；最后，將成型的金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料平放，升溫到120-200°C，加壓至 260—300MPa,恒溫恒壓10_30min后，保壓自然冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明屬于聚合物復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種耐高溫金屬-織物/樹(shù)脂自潤(rùn)滑軸承復(fù)合材料及其制備方法。該復(fù)合材料設(shè)計(jì)為三層底層為金屬板；中間層為多孔燒結(jié)錫青銅粉層，孔內(nèi)浸漬耐自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂；表層為混編織物/自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂復(fù)合材料；混編織物為聚四氟乙烯纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚苯并咪唑纖維、玻璃纖維之中至少兩種材料的復(fù)合；自潤(rùn)滑耐磨樹(shù)脂為聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、尼龍中的一種或者幾種的共混。軸承復(fù)合材料耐高溫、高承載、耐磨性好、自潤(rùn)滑性好，解決了DU軸承材料磨損率大，耐磨性差，耐溫性低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)軸承材料優(yōu)異的摩擦學(xué)性能和高溫下的使用可靠性。該復(fù)合材料適用于航空、航天、機(jī)械、汽車、家用電器、辦公設(shè)備等領(lǐng)域的自潤(rùn)滑軸承上。
文檔編號(hào)B32B15/04GK102145556SQ201010563249
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者呂仁國(guó), 李同生, 黃挺 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)