专利名称：耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于聚合物复合材料技术领域，具体涉及一种耐高温金属-织物/树脂自 润滑轴承复合材料及其制备方法。
背景技术：
在20世纪中叶，英国格拉西亚(Glacier)公司发明了一种三层复合自润滑轴承材 料，它是以钢板为基体，在其上面烧结球形青铜粉层，之后再覆盖上减磨耐磨塑料，简称为 DU材料。此类产品历史悠久，较为成熟，已经广泛应用于自润滑轴承中。但是DU轴承的自 润滑耐磨塑料层以聚四氟乙烯为主。其中，由于聚四氟乙烯的耐磨性不好，产品的承载能力 有限，在高载下，表面自润滑耐磨塑料层极易被磨穿，从而严重影响到材料的使用寿命。这 种产品在航空、航天、机械、汽车等领域中的使用受到限制。聚四氟乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚苯并咪唑纤维、玻璃纤维之中的两种，或者 其中几种的混编织物，由于具有良好的耐热性能、力学性能以及自润滑耐磨性能，被广泛的 应用于航空、航天、机械等领域的自润滑耐磨部件以及轴承上。而目前此类自润滑耐磨轴承 基本上采用酚醛树脂或环氧树脂来做粘结剂，粘结到金属基体上。这样的自润滑轴承材料 会存在着耐温性差、摩擦系数大、耐磨性不好等问题。此外，聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚 酮、尼龙等耐高温自润滑耐磨树脂中的一种或者几种的共混树脂，其单纯应用到轴承材料 中，所制得的聚合物基自润滑轴承材料承载能力差，耐磨性不好。而以聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、尼龙等树脂中的一种或几种共混的树脂作 为固定和粘结树脂，保证了混编织物/树脂自润滑耐磨复合材料层与金属基材间的粘结 力，有效解决了金属基材和自润滑层之间的粘接强度低下的问题；且其所具有的耐高温自 润滑耐磨性能使得复合材料具有更低的摩擦系数和更高的耐温性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不足而提供一种耐高温、高承载、耐磨性好、自润滑 性好的轴承复合材料及其制备方法，以解决DU轴承材料磨损率大，耐磨性差，耐温性低等 问题，实现轴承材料优异的摩擦学性能和高温下的使用可靠性。为实现上述目的，本发明结合DU材料、织物复合材料和耐高温自润滑耐磨树脂的 优点，将耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料设计为三层底层为金属板(如钢板、 铝合金板或其他金属板等)；中间层为多孔烧结锡青铜粉层，孔内浸渍耐高温的自润滑耐磨 树脂；表层为混编织物/自润滑耐磨树脂复合材料，从而实现轴承材料要求的长寿命、低摩 擦和高温可靠性等特性。本发明的目的可以通过以下工艺步骤和条件实现。耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料的结构为底层(1)为钢板、铝合金 板或其他金属板；中间层( 为多孔烧结锡青铜粉层，孔内浸渍耐高温的自润滑耐磨树脂; 表层C3)为混编织物/自润滑耐磨树脂复合材料，从而实现轴承材料要求的长寿命、低摩擦和高温可靠性等特性。本发明所述的混编织物为聚四氟乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚苯并咪唑纤维、 玻璃纤维之中的两种，或者其中几种的复合；其编织方式为平纹、斜纹、缎纹编织方式中的一种。本发明所述的自润滑耐磨树脂为聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、尼龙等中的一 种，或者其中几种的共混。它们具有耐高温特性。本发明所述的底层(1)厚度为0. 60-1. 50mm ；中间层⑵厚度为0. 10-0. 80mm ；表 层(3)厚度为 0. 20-0. 80mm。混编织物表面采用等离子表面处理、强碱刻蚀处理、硅烷偶联剂处理等表面处理 方式进行处理。在所述的混编织物/自润滑耐磨树脂复合材料中，树脂的质量分数为30-70% ；在 所述的混编织物/自润滑耐磨树脂复合材料中可以添加的石墨、二硫化钼等无机固体自润 滑材料，其在表层中质量分数为1_8%。在所述的混编织物/树脂自润滑耐磨复合材料中还 可以添加纳米三氧化二铝、纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、碳纳米管等纳米材料或者氧化铬、 氧化镉等金属氧化物材料，其在表层中质量分数为1_8%。本发明所述的多孔烧结锡青铜粉层其孔隙率为20-70%。耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料的制备方法如下
首先，配制含有30-60% (质量分数)的耐高温自润滑耐磨树脂一种或者几种共混的悬 浮液，将各种填料按比例加入其中，充分搅拌并超声均勻分散。通过浸-涂方式使树脂和混 编织物复合，在100-120°C干燥10-30min，重复几次直至树脂质量分数达到30_70%，得到混 编织物/树脂复合材料。其次，在烧结于金属板基体表面的多孔锡青铜粉层上涂覆含有耐高温自润滑耐磨 树脂的悬浮液，干燥，重复几次直到孔隙内充满树脂。然后，将混编织物/树脂复合材料平铺在上述含耐高温树脂的多孔烧结锡青铜粉 层表面，加压3-20MPa，升温到280-390°C，恒温恒压10-30min后，保压自然冷却至室温。最后，将成型的金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料平放，升温到120-200°c，加 压^0—300MPa，恒温恒压10-30min后，保压自然冷却至室温。本发明所制得的自润滑耐磨轴承材料，以多孔烧结锡青铜粉层孔内浸渍的耐高温 树脂作为固定和粘结树脂，在一定压力的烧结下，保证了混编织物/树脂自润滑耐磨复合 材料层与金属基材间的粘结力；混编织物/树脂复合材料层中含有的耐高温自润滑耐磨 树脂取代了传统的酚醛树脂和环氧树脂，使得复合材料具有更低的摩擦系数和更高的耐温 性。与传统DU材料相比，具有更优异的摩擦学性能，更高的耐温性和使用可靠性。本发明材料的基本性能如下
权利要求
1.一种耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料，其特征在于复合材料设计为三 层底层为金属板；中间层为多孔烧结锡青铜粉层，孔内浸渍耐自润滑耐磨树脂；表层为 混编织物/自润滑耐磨树脂复合材料；所述混编织物为聚四氟乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚苯并咪唑纤维、玻璃纤维之中 至少两种材料的复合；所述自润滑耐磨树脂为聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、尼龙中的一种，或者其中几 种的共混。
2.如权利要求1所述的耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料，其特征在于所 述底层厚度为0. 60-1. 50mm ；中间层厚度为0. 10-0. 80mm ；表层厚度为0. 20-0. 80mm。
3.如权利要求1所述的耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料，其特征在于在 所述的混编织物/自润滑耐磨树脂复合材料中，树脂的质量分数为30-70%。
4.如权利要求1、2或3所述的耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料，其特征 在于在所述的混编织物/自润滑耐磨树脂复合材料中还添加有石墨或二硫化钼无机固体 自润滑材料，其在表层中质量分数为1_8%。
5.如权利要求4所述的耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料，其特征在于所 述的在所述的混编织物/树脂自润滑耐磨复合材料中还添加有纳米三氧化二铝、纳米蒙脱 土、纳米二 氧化硅或碳纳米管，或者氧化铬、氧化镉，其在表层中质量分数为1-8%。
6.如权利要求4所述的耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料，其特征在于所 述的多孔烧结锡青铜粉层的孔隙率为20-70%。
7.如如权利要求1一5之一所述的耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料的制 备方法，其特征在于具体步骤为首先，配制含有30-60%质量分数的耐高温的自润滑耐磨树脂一种或者几种共混的悬 浮液，将各种填料按比例加入其中，充分搅拌并超声均勻分散；采用浸-涂方式使所述树脂 和混编织物复合，在100-120°C干燥10-30min，重复几次直至树脂质量分数达到30_70%，得 到混编织物/自润滑耐磨树脂复合材料；其次，在烧结于金属板基体表面的多孔锡青铜粉层上涂覆含有自润滑耐磨树脂的悬浮 液，干燥，重复几次直到孔隙内充满树脂；然后，将混编织物/自润滑耐磨树脂复合材料平铺在上述含自润滑耐磨树脂的多孔烧 结锡青铜粉层表面，加压3-20MPa，升温到280-390°C，恒温恒压10-30min后，保压自然冷却 至室温；最后，将成型的金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料平放，升温到120-200°C，加压至 260—300MPa,恒温恒压10_30min后，保压自然冷却至室温。
全文摘要
本发明属于聚合物复合材料技术领域，具体为一种耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料及其制备方法。该复合材料设计为三层底层为金属板；中间层为多孔烧结锡青铜粉层，孔内浸渍耐自润滑耐磨树脂；表层为混编织物/自润滑耐磨树脂复合材料；混编织物为聚四氟乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚苯并咪唑纤维、玻璃纤维之中至少两种材料的复合；自润滑耐磨树脂为聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、尼龙中的一种或者几种的共混。轴承复合材料耐高温、高承载、耐磨性好、自润滑性好，解决了DU轴承材料磨损率大，耐磨性差，耐温性低等问题，实现轴承材料优异的摩擦学性能和高温下的使用可靠性。该复合材料适用于航空、航天、机械、汽车、家用电器、办公设备等领域的自润滑轴承上。
文档编号B32B15/04GK102145556SQ201010563249
公开日2011年8月10日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者吕仁国, 李同生, 黄挺 申请人:复旦大学