一種自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承及其生產(chǎn)方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承及其生產(chǎn)方法與應(yīng)用，該導(dǎo)軸承包括聚合物層；位于聚合物層外周圍的金屬層。聚合物層包括60～70重量份聚甲醛、聚酰胺或聚醚醚酮；10～20重量份聚苯酯；10～20重量份固體潤滑劑，加工助劑。生產(chǎn)方法包括以下步驟：將聚甲醛、聚酰胺或聚醚醚酮；聚苯酯；潤滑劑及助劑進(jìn)行配料、混料、烘干、擠出、切粒后，烘干待用；金屬層加工成符合所需尺寸和結(jié)構(gòu)要求的金屬件；金屬件預(yù)熱；將金屬件裝入模具之中，進(jìn)行注塑或模壓加工。聚合物為聚甲醛或聚酰胺時(shí)，導(dǎo)軸承應(yīng)用于工作溫度低于120℃的中輕載、中低速導(dǎo)軸承；聚合物為聚醚醚酮時(shí)，導(dǎo)軸承應(yīng)用于工作溫度不高于280℃的重載、中高速導(dǎo)軸承。
【專利說明】一種自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承及其生產(chǎn)方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬新材料制品及加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，本發(fā)明還涉及一種自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承的生產(chǎn)方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]高分子耐磨自潤滑材料因具有耐磨損、耐腐蝕、自潤滑、對配合件損傷小等優(yōu)點(diǎn)在機(jī)械、汽車等結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用潛力巨大，但作為機(jī)械結(jié)構(gòu)件也存在強(qiáng)度與剛性不足，導(dǎo)熱與散熱性差等問題，承載能力有限。與高分子材料相比，金屬具有較高的強(qiáng)度、剛性及導(dǎo)熱性。聚合物/金屬復(fù)合材料有望充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，因此研制聚合物/金屬耐磨自潤滑導(dǎo)軸承具有重要的意義。
[0003]目前高分子導(dǎo)軸承在水泵、石化、環(huán)保等行業(yè)已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用，例如市場上的賽龍軸承材料、天龍材料、聚四氟乙烯改性材料等制造的導(dǎo)軸承在多級泵、特種泵上應(yīng)用廣泛，目前的做法是將金屬環(huán)預(yù)先加熱，然后將尺寸稍大的上述材料加工的環(huán)通過壓力壓入金屬環(huán)中，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外層的過盈配合，從而確保高分子內(nèi)層和金屬外層的牢固結(jié)合，避免內(nèi)層隨著轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。在上述情況下，如果因水泵啟動(dòng)或缺水時(shí)溫度過高，高分子材料層熱膨脹系數(shù)過大，就會(huì)發(fā)生因高分子材料層膨脹量大于金屬層而導(dǎo)致其向內(nèi)擠壓，最終將轉(zhuǎn)軸抱死。轉(zhuǎn)軸尺寸較小時(shí)可能斷軸，轉(zhuǎn)軸大時(shí)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軸承內(nèi)層破壞。
[0004]聚合物/金屬復(fù)合材料的制造方法有冷壓燒結(jié)法、膠粘法、焊接法、擠壓法等。冷壓燒結(jié)法即指將聚合物層與金屬層通過一定的壓力壓實(shí)后，加熱到聚合物的熔融溫度以上進(jìn)行保壓、冷卻，獲得制品，其工藝較為復(fù)雜，效率較低。膠粘法即將聚合物層與金屬層采用粘接膠進(jìn)行聯(lián)接，如AB膠、502膠等，工藝簡單方便，但粘接強(qiáng)度有限，且在熱水或其它介質(zhì)中浸泡時(shí)間較長時(shí)容易脫落。焊接法是采用熱熔或超聲波等方法將聚合物層與金屬層進(jìn)行焊合，能焊接的聚合物品種受限制，聯(lián)接強(qiáng)度較低。擠壓法是利用熱脹冷縮原理，先將金屬外殼進(jìn)行加熱，再加壓將聚合物內(nèi)層壓入，在過低或過高溫度下因兩者脹縮不一致而產(chǎn)生松動(dòng)。由于聚合物和金屬具有不同的分子結(jié)構(gòu)，其物理性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)也不相同，如兩者的熱膨冷縮特性相差很大，因此采用傳統(tǒng)內(nèi)嵌式復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，難以確保兩者的牢固結(jié)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，一方面，本發(fā)明目的之一在于提供一種自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，具有防止轉(zhuǎn)軸發(fā)生抱死的功能。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，包括聚合物層；位于所述聚合物層外周圍的金屬層，所述聚合物層至少包括60?70重量份聚甲醛、或聚酰胺、或聚醚醚酮；10?20重量份的聚苯酯；10?20重量份固體潤滑劑；加工助劑,所述固體潤滑劑至少包括石墨、二硫化鑰、聚四氟乙烯中的一種，所述加工助劑至少包括I?2重量份硅油或白油、0.1?0.3重量份抗氧劑。本發(fā)明中抗氧劑可以是抗氧劑1010、抗氧劑264、抗氧劑B225等。[0007]作為進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，本發(fā)明提供的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，所述金屬層面向所述聚合物層的表面具有至少一正螺紋槽、至少一反螺紋槽和至少一位于所述正螺紋槽與反螺紋槽之間的退刀槽；或具有至少一單向螺紋槽和至少二退刀槽；或所述兩種結(jié)構(gòu)方式的組合。
[0008]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，本發(fā)明提供的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，所述正螺紋槽、反螺紋槽、單向螺紋槽或退刀槽的深度為I?1.5mm,所述聚合物層的厚度為3?5mm,所述聚合物通過注塑或模壓工藝嵌入所述金屬層的正螺紋槽、反螺紋槽、單向螺紋槽或/和退刀槽內(nèi)。
[0009]作為進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，本發(fā)明提供的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，所述聚合物層與金屬層之間為間隙配合連接。所述間隙可通過注塑加工或模壓方法方式制得，注塑加工或模壓時(shí)熱的聚合物緊貼金屬層，遇冷后收縮，在金屬層與聚合物層之間形成間隙，間隙大小與聚合物層的熱膨脹性能有關(guān)，熱膨脹系數(shù)大的取上限，熱膨脹系數(shù)小的取下限。金屬層與聚合物層之間形成間隙以補(bǔ)償聚合物與金屬兩者的熱膨脹差值，從而避免設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程因升溫發(fā)生轉(zhuǎn)軸抱死的現(xiàn)象。
[0010]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，本發(fā)明提供的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，所述聚合物層與金屬層之間具有0.10?0.35mm的間隙。
[0011]作為進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，本發(fā)明提供的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，所述聚合物含有聚甲醛時(shí)，所述加工助劑還包括0.1?0.3重量份吸醛劑。
[0012]另一方面，本發(fā)明目的之一在于提供一種自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承生產(chǎn)方法。
[0013]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承生產(chǎn)方法，所述自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，包括聚合物層；位于所述聚合物層外周圍的金屬層，所述聚合物層至少包括60?70重量份聚甲醒、或聚酰胺、或聚醚醚酮；10?20重量份的聚苯酯；10?20重量份固體潤滑劑；加工助劑，所述固體潤滑劑至少包括石墨、二硫化鑰、聚四氟乙烯中的一種，所述加工助劑至少包括I?2重量份硅油或白油、0.1?0.3重量份抗氧劑，所述自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承生產(chǎn)方法至少包括以下步驟:
a)將所述60?70重量份聚甲醒、或聚酰胺、或聚醚醚酮；10?20重量份的聚苯酯；10?20重量份固體潤滑劑；加工助劑進(jìn)行配料；
b)混料，混合均勻后在不超過120°C的溫度下烘干；
c)擠出、切粒后，烘干待用；擠出溫度取聚合物基體的熔融溫度以上20?40°C，同時(shí)考慮其分解溫度，容易分解的聚合物取下限值；
d)金屬層加工，金屬層面向所述聚合物層的表面加工成具有至少一正螺紋槽、至少一反螺紋槽和至少一位于所述正螺紋槽與反螺紋槽之間的退刀槽；或具有至少一單向螺紋槽和至少二退刀槽；或所述兩種結(jié)構(gòu)方式的組合，加工成符合所需尺寸和結(jié)構(gòu)要求的金屬件；
e)金屬件預(yù)熱
f)將金屬件裝入模具之中，進(jìn)行注塑加工或模壓加工，注塑溫度取聚合物基體的熔融溫度以上30?50°C ；
g)制品脫模后在50?60°C溫度下、后處理2?3h，
所述d金屬層加工步驟可以前移或與步驟a?c同時(shí)進(jìn)行。
[0014]作為進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，本發(fā)明提供的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承生產(chǎn)方法，所述聚合物層含有聚甲醛時(shí)，所述加工助劑還包括0.1?0.3重量份吸醛劑。
[0015]本發(fā)明的目的還在于提供一種自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承的應(yīng)用。
[0016]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，所述聚合物層的聚合物為聚甲醛或聚酰胺時(shí)，所述導(dǎo)軸承應(yīng)用于中輕載、中低速導(dǎo)軸承；適用于工作溫度低于120°C的環(huán)境。
[0017]本發(fā)明提供的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，所述聚合物層的聚合物為聚醚醚酮時(shí)，所述導(dǎo)軸承應(yīng)用于重載、中高速導(dǎo)軸承；適用工作溫度不高于280°C的環(huán)境。
[0018]本發(fā)明帶來的有益效果:本發(fā)明提出的技術(shù)方案，得到的導(dǎo)軸承具有金屬耐磨材料的高強(qiáng)度、高剛性和高導(dǎo)熱性與承載能力，同時(shí)具有高分子耐磨材料的耐磨自潤滑性能。通過在金屬層面向所述聚合物層的表面上設(shè)置螺紋槽和退刀槽，采用注塑或模壓加工工藝，使聚合物層與金屬層之間不僅具有可靠的界面結(jié)合，還具有可補(bǔ)償聚合物層與金屬層兩者不同熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生伸縮差異的間隙，可防止與導(dǎo)軸承配合的轉(zhuǎn)軸因過熱膨脹而抱死。其生產(chǎn)過程和加工工藝相對簡單、機(jī)械化程度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,生產(chǎn)成本較低。本發(fā)明提供的復(fù)合導(dǎo)軸承摩擦學(xué)性能優(yōu)異，能替代目前廣泛使用的壓入式高分子耐磨材料導(dǎo)軸承或整體式金屬導(dǎo)軸承，且可實(shí)現(xiàn)無油潤滑，因此，具有環(huán)境友好、應(yīng)用價(jià)值突出的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1為實(shí)施例導(dǎo)軸承的橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為實(shí)施例導(dǎo)軸承的金屬層結(jié)構(gòu)之一的示意圖；
圖3為實(shí)施例導(dǎo)軸承的金屬層結(jié)構(gòu)之二的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]按以下步驟生產(chǎn)自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承:
a)將聚甲醒、或聚酰胺、或聚醚醚酮60?70重量份；聚苯酯10?20重量份；石墨、二硫化鑰、聚四氟乙烯中的至少一種固體潤滑劑10?20重量份；以及I?2重量份硅油或白油等助劑、0.1?0.3重量份抗氧劑，若選用的聚合物為聚甲醛時(shí)，還添加0.1?0.3重量份吸醛劑，進(jìn)行配料；
b)采用混料機(jī)混料均勻，混合均勻后在不超過120°C的溫度下烘干；
c)經(jīng)雙螺桿進(jìn)行擠出、切粒后，烘干待用；擠出溫度取聚合物基體的熔融溫度以上20?40°C，同時(shí)考慮其分解溫度，容易分解的聚合物(如聚甲醛)取下限值；
d)金屬層I加工，加工成符合所需尺寸和結(jié)構(gòu)要求的金屬件；金屬層I面向所述聚合物層的表面加工成如圖2所示具有多條正螺紋槽5、多條反螺紋槽7和一條于所述正螺紋槽與反螺紋槽之間的退刀槽2 ;或加工成如圖3所示金屬層I具有多條單向螺紋槽6和至少二條退刀槽2 ;或所述兩種結(jié)構(gòu)方式的組合；
e)金屬件在100?150°C溫度下預(yù)熱0.5?I小時(shí)；預(yù)熱溫度高低依據(jù)聚合物基體的種類不同而不同，對于高結(jié)晶聚合物或高熔融溫度聚合物，金屬件預(yù)熱溫度相對較高，否則溫度取較低值，其目的是補(bǔ)償因兩者的熱脹冷縮性能不同而產(chǎn)生的收縮差異； f)將金屬件裝入模具之中，進(jìn)行注塑加工或模壓加工，注塑溫度取聚合物基體的熔融溫度以上30?50°C ;注塑溫度同時(shí)考慮聚合物的分解溫度，容易分解者取下限；
g)制品脫模后在50?60°C溫度下、進(jìn)行后處理2?3h。
[0021]上述方法制得的導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)如圖1所示，外部為金屬層1，內(nèi)部為聚合物層4，聚合物層4的一部分3嵌入金屬層I的螺紋槽5、6、7或/和退刀槽2內(nèi)，所述聚合物為聚甲醛或聚酰胺時(shí)，制得的導(dǎo)軸承應(yīng)用于中輕載、中低速導(dǎo)軸承；適用于工作溫度低于120°C的環(huán)境；所述聚合物為聚醚醚酮時(shí)，所述導(dǎo)軸承應(yīng)用于重載、中高速導(dǎo)軸承；適用工作溫度不聞?dòng)?80 C的環(huán)境。
[0022]實(shí)施例組一:聚合物層使用聚甲醛60?70重量份。金屬件采用Q235鋼。制得產(chǎn)品的聚合物層按GB/T9341-2008塑料彎曲性能的測定進(jìn)行彎曲強(qiáng)度、按GB/T1041-2008塑料壓縮性能的測定進(jìn)行壓縮強(qiáng)度、按GB/T1041-2008塑料壓縮性能的測定進(jìn)行模量E、線性熱膨脹系數(shù)按GB /T 1036-2008塑料-30°C?30°C線膨脹系數(shù)的測定計(jì)算平均值、按GB/T1634.2-2004塑料負(fù)荷變形溫度的測定進(jìn)行工作溫度測試、在200N、200rpm、2h條件下進(jìn)行摩擦系數(shù)和磨損量測試、預(yù)留間隙的測試是將導(dǎo)軸承橫斷面切開后磨平，在測微儀上測試金屬與聚合物層間的間隙、結(jié)合的牢固性測試是將導(dǎo)軸承在_40°C?70°C之間，按10°C一個(gè)溫度點(diǎn)，將導(dǎo)軸承樣品保溫2小時(shí)進(jìn)行后處理后，在IOMPa和2mm/min速度下進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，測試聚合物層是否脫離表征其結(jié)合牢固性、防抱死性能在實(shí)驗(yàn)溫度-40°C?100°C，轉(zhuǎn)速2000rpm條件下進(jìn)行，在給定實(shí)驗(yàn)條件下，不會(huì)發(fā)生松脫、抱死現(xiàn)象的認(rèn)定為“好”；一定會(huì)發(fā)生松脫、抱死的認(rèn)定為“差”;可能會(huì)發(fā)生松脫、抱死的，但一般情況下不會(huì)的，認(rèn)定為“一般”。對比實(shí)施例1為實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，變更金屬層I面向所述聚合物層的表面未開槽的金屬件。
[0023]試驗(yàn)情況及結(jié)果如下表。
【權(quán)利要求】
1.一種自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，包括聚合物層；位于所述聚合物層外周圍的金屬層，其特征在于:所述聚合物層至少包括60~70重量份聚甲醒、或聚酰胺、或聚醚醚酮；10~20重量份的聚苯酯；10~20重量份固體潤滑劑；加工助劑，所述固體潤滑劑至少包括石墨、二硫化鑰、聚四氟乙烯中的一種，所述加工助劑至少包括I~2重量份硅油或白油、0.1~0.3重量份抗氧劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，其特征在于:所述金屬層面向所述聚合物層的表面具有至少一正螺紋槽、至少一反螺紋槽和至少一位于所述正螺紋槽與反螺紋槽之間的退刀槽；或具有至少一單向螺紋槽和至少二退刀槽；或所述兩種結(jié)構(gòu)方式的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，其特征在于:所述正螺紋槽、反螺紋槽、單向螺紋槽或退刀槽的深度為I~1.5mm,所述聚合物層的厚度為3~5mm,所述聚合物層通過注塑或模壓工藝嵌入所述金屬層的正螺紋槽、反螺紋槽、單向螺紋槽或/和退刀槽內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，其特征在于:所述聚合物層與金屬層之間為間隙配合連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，其特征在于:所述聚合物層與金屬層之間具有0.10~0.35mm的間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，其特征在于:所述聚合物層含有聚甲醛時(shí)，所述加工助劑還包括0.1~0.3重量份吸醒劑。
7.一種自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承生產(chǎn)方法，其特征在于:所述自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，包括聚合物層；位于所述聚合物層外周圍的金屬層，所述聚合物層至少包括60~70重量份聚甲醛、或聚酰胺、或聚醚醚酮；10~20重量份的聚苯酯；10~20重量份固體潤滑劑；加工助劑,所述固體潤滑劑至少包括石墨、二硫化鑰、聚四氟乙烯中的一種，所述加工助劑至少包括I~2重量份硅油或白油、0.1~0.3重量份抗氧劑，所述自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承生產(chǎn)方法至少包括以下步驟:· a)將所述60~70重量份聚甲醒、或聚酰胺、或聚醚醚酮；10~20重量份的聚苯酯；10~20重量份固體潤滑劑；加工助劑進(jìn)行配料； b)混料，混合均勻后在不超過120°C的溫度下烘干； c)擠出、切粒后，烘干待用；擠出溫度取聚合物層的聚合物基體的熔融溫度以上20~40°C，同時(shí)考慮其分解溫度，容易分解的聚合物取下限值； d)金屬層加工，金屬層面向所述聚合物層的表面加工成具有至少一正螺紋槽、至少一反螺紋槽和至少一位于所述正螺紋槽與反螺紋槽之間的退刀槽；或具有至少一單向螺紋槽和至少二退刀槽；或所述兩種結(jié)構(gòu)方式的組合，加工成符合所需尺寸和結(jié)構(gòu)要求的金屬件； e)金屬件預(yù)熱 f)將金屬件裝入模具之中，進(jìn)行注塑加工或模壓加工，注塑溫度取聚合物基體的熔融溫度以上30~50°C ； g)制品脫模后在50~60°C溫度下、后處理2~3h， 所述d金屬層加工步驟可以前移或與步驟a~c同時(shí)進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承生產(chǎn)方法，其特征在于:所述聚合物層含有聚甲醛時(shí)，所述加工助劑還包括0.1~0.3重量份吸醛劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，其特征在于:所述聚合物層的聚合物為聚甲醛或聚酰胺時(shí)，所述導(dǎo)軸承應(yīng)用于中輕載、中低速導(dǎo)軸承；適用于工作溫度低于120°C的環(huán)境。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑復(fù)合導(dǎo)軸承，其特征在于:所述聚合物層的聚合物為聚醚醚酮時(shí)，所述導(dǎo)軸承應(yīng)用于重載、中高速導(dǎo)軸承； 適用工作溫度不高于280°C的環(huán)境。
【文檔編號(hào)】C08L61/16GK103527633SQ201310522219
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】龍春光, 龍娜 申請人:長沙精達(dá)高分子材料有限公司