專利名稱：氟塑料基納米復合材料滑動軸承的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于復合材料滑動軸承的技術領域，特別涉及一種以氟塑料(Fluoroplastics)為基體樹脂的自潤滑復合材料滑動軸承。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明公開了一種氟塑料基納米復合材料滑動軸承，該滑動軸承材料是用氟塑料樹脂基體材料與功能改性劑、增強纖維以及助劑復合而成的復合材料，并按照常規(guī)的方法制造成滑動軸承，上述的功能改性劑包括占基體材料10-25％(W)的微粒狀功能填料和占基體材料0-10％(W)的高分子改性劑，所述的微粒狀功能填料包括一種或一種以上的粒徑＜100nm的納米粒子。
上述的功能材料還可以包括占基體材料5-10％(W)的液晶聚合物(LCP)或聚甲醛。
上述的功能材料最好包括占基體材料5-10％的高分子改性劑。所述的高分子改性劑為能改善韌性、強度、耐溫性等高分子材料，如聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PI)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)等。
上述的微粒狀功能填料主要分為改善發(fā)揮減摩、耐磨、導熱、導電、自潤滑、增強等功能的無機非金屬微粉，如納米石墨、膨脹石墨、二硫化鉬(MoS2)、三氧化二鋁(Al2O3)、三氧化二鉛(Pb2O3)、碳化硅(SiC)、滑石粉、硅藻土等；以及具有增強并提高導熱性能的金屬微粉，如青銅粉、銅粉、鐵粉、鎳粉等。
上述的微粒狀功能材料用鈦酸酯或硅烷偶聯(lián)劑處理。以提高功能材料與基體材料的結合，提高力學性能及其它性能。
上述的功能填料至少包括納米Al2O3、納米金屬粒子、納米石墨粉或納米碳黑中的一種或一種以上。
上述的增強纖維直徑＜20um，長度＜1mm的短切碳纖維、金屬纖維、玻璃纖維，碳化硅纖維、復合晶纖中的一種或一種以上。
本發(fā)明復合材料滑動軸承所用材料為含有一種或一種以上納米粒子改性劑的氟塑料基復合材料。該復合材料由基體樹脂、功能改性劑、增強纖維和助劑四類組分材料經一定的工藝過程復合而成。
以上所述的基體樹脂，可以是統(tǒng)稱為氟塑料的聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、全氟共聚物(FEP)等中的任一種，或兩種兩種以上按一定比例共混使用。
以上所述的功能改性劑包括與基體樹脂共混改性用的液晶聚合物(LCP)和微粒狀功能填料、高分子改性劑三種。本發(fā)明復合材料滑動軸承分三種功能改性劑全用或僅用微粒狀與高分子功能填料兩種情況。其微粒狀功能填料既包括粒徑＜100nm的納米級粒子，也包括＜100um的微粉級粒子，但在該氟塑料基復合材料中至少含有一種或一種以上納米粒子改性劑。
如上所述的增強纖維占基體材料的5-20％，為直徑＜20um，長度＜1mm的短切碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維、碳化硅纖維、復合晶纖(FSMF)系中的一種，或一種以上混雜增強，并充分發(fā)揮在導熱、導電、減摩、耐磨、潤滑、尺寸穩(wěn)定等方面的技術功能。
如上所述的助劑為纖維、微粉所用的偶聯(lián)劑及復合材料所用的穩(wěn)定劑，防老化劑，增塑劑，溶劑等。
本發(fā)明氟塑料基納米復合材料滑動軸承是采用模壓工藝、注射工藝，擠出工藝制造的，其中，聚四氟乙烯樹脂基納米復合材料滑動軸承只能采用模壓成型工藝。而其他含氟塑料為基體的納米復合材料滑動軸承可以采用上訴三種成型工藝方法中的任意一種。但通常以模壓、注塑為主。
本發(fā)明的復合材料作成的滑動軸承，由于加入了納米粒子進行增強、增韌改性，試驗表明其最高極限載荷在原來的基礎上提高25％以上，最高失效溫度提高40℃以上，Pv值提高30％以上，如無背襯聚四氟乙烯基納米復合材料滑動軸承的Pv值達1.46MP.m/s。
本發(fā)明氟塑料基納米復合材料軸承，由于能充分發(fā)揮納米粒子在較低用量下便可顯著減小軸承材料的摩擦系數(shù)，降低磨損量，提高其抗疲勞耐沖擊、自潤滑、減震、降噪等功能，從而使本發(fā)明的滑動軸承性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有的聚合物基復合材料滑動軸承和金屬基滑動軸承，特別適用于腐蝕環(huán)境中存有粉塵、沖擊、低溫潮濕，不能保證潤滑等復雜工況條件的低速重載，低速輕載傳動，具有廣闊的推廣應用前景。
因此，本發(fā)明由于選用合適的納米功能組分材料，用較低的添加劑用量便能最大限度地提高復合材料的減摩耐磨技術性能，提供一種摩擦系數(shù)低、耐磨損性能好、使用壽命長、PV值較高的耐腐蝕、自潤滑氟塑料基復合材料滑動軸承。
具體實施方式
1.實施例1模壓成型聚四氟乙烯基納米復合材料軸承及成型工藝以聚四氟乙烯(PTFE)樹脂用量為計量基準(W)，將稱量好的PTFE與其用量5％(W)的液晶聚合物(LCP)共混，再將已用鈦酸酯處理過的，占PTFE用量25％的納米/微米級微粒狀功能改性填料，以及占PTFE5％(W)的高分子改性劑，以及占PTFE10％的增強纖維，與PTFE進行共混。
以上所述的微粒狀功能改性填料為占10％的三氧化二鋁，粒徑為10-50nm；占8％的石墨粉，粒徑＜100um；占7％的二硫化鉬，粒徑為10-100nm。所述的高分子改性劑為聚苯硫醚。所述的增強纖維為占10％的直徑＜20um，長度＜1mm的短切碳纖維。
將PTFE與以上填料強力充分攪拌，混合均勻后在80℃下干燥3小時左右，制配成模塑料。最后將其稱量，裝入模具，在壓機上模壓成坯料，在經燒結，熱處理，修飾加工，即制得聚四氟乙烯基納米復合材料滑動軸承。
性能由本發(fā)明的復合材料做成的滑動軸承，軸承型號為直徑20mm，托輥型號為直徑89mm，其初級載荷為24.5kg，極限載荷為140.4kg，失效溫度為260℃，Pv值為1.46MPa.m/s。
2.實例2 注射成型聚偏二氟乙烯基納米復合材料軸承以聚偏二氟乙烯(PVDF)樹脂用量為基準，將稱量好的PVDF與已用硅烷偶聯(lián)劑處理過的，占PVDF用量18％的納米/微米級微粒狀功能改性填料，以及占PVDF8％(W)的高分子改性劑，以及占PTFE18％的增強纖維，與PVDF進行共混。
以上所述的微粒狀功能改性填料為占10％的三氧化二侶，粒徑＜50um；占8％的碳化硅，粒徑為10-50nm。所述的高分子改性劑為占4％的聚酰胺和占4％的聚甲醛。所述的增強纖維為占5％的直徑＜20um，長度＜1mm的金屬鐵纖維和占13％的直徑＜20um，長度＜1mm的復合晶纖(FSMF)。
將以上的填料和常量、常規(guī)塑料助劑加入，經強力充分攪拌5分鐘以上后再進行熔融，擠出造粒。最后，將粒料置入注塑機料筒之內加熱，使之熔融塑化，在螺桿或柱塞的強力推動下，注入模具，經冷卻定型后，脫模便制得聚偏二氟乙烯基納米復合材料軸承。
性能由本發(fā)明的復合材料做成的滑動軸承，軸承型號為直徑20mm，托輥型號為直徑89mm，其初級載荷為24.5kg，極限載荷為105.5kg，失效溫度為203℃，Pv值為1.28MPa.m/s。
注射成型聚三氟氯乙烯(PCTFE)基、聚氟乙烯(PVF)基聚氟乙丙烯共聚物(FED)基等納米復合材料滑動軸承的工藝過程均與此相同，只是其工藝參數(shù)需根據(jù)實際情況進行些調整。
3.實例3 擠出成型氟塑料基納米復合材料軸承以聚偏三氟乙烯(PCTFE)樹脂用量為基準，將稱量好的PCTFE與其用量10％(W)的聚甲醛共混，再將已用鈦酸酯處理過的，占PCTFE用量10％的納米/微米級微粒狀功能改性填料，以及占PCTFE10％(W)的高分子改性劑，以及占PCTFE5％的增強纖維，與PTFE進行共混。
以上所述的微粒狀功能改性填料為占4％的三氧化二鉛，粒徑為＜100nm；占2％的石墨粉，粒徑＜100nm；占4％的滑石粉，粒徑為＜50um。所述的高分子改性劑為聚酰亞胺。所述的增強纖維為占5％的直徑＜20um，長度＜1mm的碳化硅纖維。
將以上的填料和常量、常規(guī)塑料助劑加入，經強力充分攪拌5分鐘以上后再進行熔融，擠出造粒。最后，將粒料置入擠出機料筒之內加熱，使之熔融，塑化。在螺桿的強力推動下通過模具擠出成管狀或圓狀、棒材，經冷卻定型之后再經車、磨削加工成所需要的聚氟塑料基納米復合材料滑動軸承。
性能由本發(fā)明的復合材料做成的滑動軸承，軸承型號為直徑20mm，托輥型號為直徑89mm，其初級載荷為24.5kg，極限載荷為123.6kg，失效溫度為190℃，Pv值為1.33MPa.m/s。
4.實施例4模壓成型聚四氟乙烯基納米復合材料軸承及成型工藝以聚四氟乙烯(PTFE)樹脂用量為計量基準(W)，將已用鈦酸酯處理過的，占PTFE用量20％的納米級微粒狀功能改性填料，以及占PTFE15％的增強纖維，與PTFE進行共混。
以上所述的微粒狀功能改性填料為占8％的三氧化二鋁，粒徑為10-50nm；占5％的碳黑，粒徑10-50nm；占7％的碳化硅，粒徑為10-100nm。所述的增強纖維為占15％的直徑＜20um，長度＜1mm的短切碳纖維。
將PTFE與以上填料強力充分攪拌，混合均勻后在80℃下干燥3小時左右，制配成模塑料。最后將其稱量，裝入模具，在壓機上模壓成坯料，在經燒結，熱處理，修飾加工，即制得聚四氟乙烯基納米復合材料滑動軸承。
性能由本發(fā)明的復合材料做成的滑動軸承，軸承型號為直徑20mm，托輥型號為直徑89mm，其初級載荷為24.5kg，極限載荷為140.4kg，失效溫度為265℃，Pv值為1.49MPa.m/s。
權利要求
1.一種氟塑料基納米復合材料滑動軸承，所述滑動軸承的材料是用氟塑料樹脂基體材料與功能改性劑、增強纖維以及助劑復合而成的復合材料，并按照常規(guī)的方法制造成滑動軸承，其特征在于所述的功能改性劑包括占基體材料10-25％(W)的微粒狀功能填料和占基體材料0-10％(W)的高分子改性劑，所述的微粒狀功能填料包括一種或一種以上的粒徑＜100nm的納米粒子。
2.如權利要求1所述的復合材料滑動軸承，其特征在于所述的功能材料還包括占基體材料5-10％(W)的液晶聚合物(LCP)或聚甲醛。
3.如權利要求1所述的復合材料滑動軸承，其特征在于所述的功能材料包括占基體材料5-10％的高分子改性劑。
4.如權利要求1、2或3所述的復合材料滑動軸承，其特征在于所述的高分子改性劑包括聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PI)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)的一種或一種以上。
5.如權利要求1、2或3所述的復合材料滑動軸承，其特征在于所述的微粒狀功能材料用鈦酸酯或硅烷偶聯(lián)劑處理。
6.如權利要求4所述的復合材料滑動軸承，其特征在于所述的功能填料至少包括納米Al2O3、納米金屬粒子、納米石墨粉或納米碳黑中的一種或一種以上。
7.如權利要求1、2或3所述的復合材料滑動軸承，其特征在于所述的增強纖維占基體材料的5-20％，為直徑＜20um，長度＜1mm的短切碳纖維、金屬纖維、玻璃纖維，碳化硅纖維、復合晶纖中的一種或一種以上。
全文摘要
本發(fā)明屬于復合材料滑動軸承的技術領域，特別涉及一種以氟塑料為基體樹脂的自潤滑復合材料滑動軸承。公開了一種氟塑料基納米復合材料滑動軸承，該滑動軸承材料是用氟塑料樹脂基體材料與功能改性劑、增強纖維以及助劑復合而成的復合材料，并按照常規(guī)的方法制造成滑動軸承，上述的功能改性劑包括一種或一種以上的粒徑＜100nm的納米粒子。本發(fā)明提供一種摩擦系數(shù)低、耐磨損性能好、使用壽命長、PV值較高的耐腐蝕、自潤滑氟塑料基復合材料滑動軸承。
文檔編號C08K5/54GK1431407SQ0311188
公開日2003年7月23日 申請日期2003年2月24日 優(yōu)先權日2003年2月24日
發(fā)明者李學閔, 蘇衍良, 趙順偉, 賈衍才, 孫成棟 申請人:濟南大學