一种自润滑复合材料及其用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种自润滑复合材料及其用途。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着机械行业的快速发展，含有氟素的自润滑材料已经成为滑动材应用 领域的关注焦点，尤其是在无法加油或很难加油的场所，自润滑材料具有免维护或减少维 护频率的特点。随着技术的发展，科研人员开发出了一种采用纯聚四氟乙烯树脂作为压制 面，应用于无油润滑轴承中。然而，在实际使用过程中，由于聚四氟乙烯树脂在高负载下容 易出现冷流现象，长时间受外力后出现不可回复的变形，导致滑动轴承在使用过程中出现 严重磨损，甚至出现破裂的现象，大大缩短了轴承的使用寿命，甚至会威胁到作业人员的生 命安全。此外，也有采用氟素粉末压制在轴承内表面，从而实现无油润滑。但是由于氟素粉 末的耐磨耗性差，使用过程中容易对轴承造成磨损，导致轴承的使用寿命缩短。此外，也有 采用氟素纤维和其他纤维纺织而成的纤维交织物并浸渍耐磨性树脂。
[0003] 如中国公开专利CN1259599A中公开了一种自润滑织物薄层复合材料及其制备方 法，该自润滑织物薄层复合材料是由一种PTFE纤维和其他纤维纺织而成的纤维交织物以 及耐磨性浸渍材料组成，虽然可以起到减低摩擦和磨损的作用，但是该发明采用耐磨性浸 渍材料配置成浸渍液，然后喷涂到交织物表面，浸渍液中的PTFE粉末、酚醛环氧树脂起到 了润滑作用，这种方法不仅增加了工艺难度、成本上升，而且PTFE树脂层作为衬垫织物应 用于自润滑轴承中，其耐磨性能不具有持久性和稳定性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种具有滑动摩擦系数低、耐磨性好、工艺简单的自润滑 复合材料及其用途。
[0005] 本发明的技术解决方案如下：本发明提供的自润滑复合材料为由氟素薄膜和织物 构成的层积体，上述织物是由天然纤维或化学纤维加工形成的机织物、针织物或无纺布。上 述氟素薄膜为可溶性聚四氟乙烯（PFA)、聚偏氟乙烯（PVDF)、聚全氟乙丙烯（FEP)、聚四氟 乙烯（PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE)、聚三氟氯乙烯（PCTFE)中的任意一种形成的 薄膜，其厚度为10~1000 μ m ;构成所述织物的纤维为棉纤维、麻纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤 维、芳香族聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的任意一 种或几种，其厚度为0. 10~3. 00mm、克重为120~600g/m2。上述氟素薄膜的纵、横向抗拉 强度均为20~lOOMPa，其纵、横向伸度均为200~500%。该复合材料的滑动摩擦系数低于 0. 06〇
[0006] 该自润滑复合材料具有滑动摩擦系数低、耐磨性好的优点，可应用于滑动轴承机 械运动部件中。
【具体实施方式】
[0007] 本发明的自润滑复合材料为由氟素薄膜和织物构成的层积体，上述织物是由天然 纤维或化学纤维加工形成的机织物、针织物或无纺布。采用氟素薄膜和织物构成的层积体 与直接将氟素纤维形成的织物相比，在磨耗过程中，可以避免氟素纤维受外力摩擦而导致 磨损的现象，而本发明在织物上直接赋予氟素薄膜，制得的层积体具有极低的摩擦系数，快 速自润滑的效果。采用棉纤维等天然纤维形成的织物作为支撑层的话，这样就可以降低层 积体的生产成本；采用化学纤维形成的织物作为支撑层的话，这样就可以提高层积体的耐 磨耗性能以及耐高温性能。采用天然纤维或化学纤维纤维通过机织、针织或非制造方法制 得机织物或针织物或无纺布，与氟素薄膜具有较好的贴合性能，并在外力作用时，具有较好 的力学支撑性能和抗形变能力。该氟素薄膜和织物构成的层积体，可以通过以下方法得到： 例如对氟素薄膜的贴合面进行粗糙化处理后，再通过使用化学粘合剂将氟素薄膜与织物结 合成层积体；或者通过在氟素薄膜表面施加外力，将一部分氟素薄膜压入织物空隙内，并使 氟素薄膜整体覆盖在织物表面；或者通过将氟素薄膜加热熔融后再与织物贴合，使一部分 熔融后的氟素薄膜渗入织物内部，从而使氟素薄膜与织物形成一个整体。通过以上贴合方 法得到的层积体具有极低的动摩擦系数和优异的耐磨耗性能，维持机械部件的无油润滑运 动。
[0008] 本发明氟素薄膜的厚度为10~1000 μ m。如果氟素薄膜的厚度低于10 μ m的话， 作为滑动摩擦层，受较大的外力作用时，容易瞬间发生破损，导致层积体整体失效；如果氟 素薄膜的厚度高于1000 μ m的话，受外力作用时，作为支撑层的织物层受力较小，氟素薄膜 层磨损严重，导致滑动部件出现破裂而引起机械故障，甚至会影响到作业人员的生命安全。
[0009] 本发明织物的厚度为0. 10~3. 00mm。如果织物的厚度低于0. 10mm的话，作为支 撑层，磨耗过程中容易损坏，从而使整个复合材料被磨损破坏，导致滑动部件出现破裂而引 起机械故障；如果织物的厚度大于3. 00mm的话，层积体的压缩形变较大，装配到机械运动 部件内，影响部件的精密性能，特别是在高荷重条件下使用时，容易发生尺寸变化，从而导 致部件局部磨损加剧，最终引起机械故障。
[0010] 本发明氟素薄膜为可溶性聚四氟乙烯（PFA)、聚偏氟乙烯（PVDF)、聚全氟乙丙烯 (FEP)、聚四氟乙烯（PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE)、聚三氟氯乙烯（PCTFE)中的任意 一种形成的薄膜。氟素薄膜具有高度自润滑性、优异的耐化学药品性，此外，还有优异的耐 候性与耐热性以及难燃性等多种特性。在无油润滑或加油维护保养困难的场合下，机械部 件可以维持正常的运转工作。如果采用其他材质的薄膜，由于摩擦系数大，无法实现无油润 滑。
[0011] 构成本发明织物的纤维为棉纤维、麻纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、芳香族聚酰胺 纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的任意一种或几种。采用上 述纤维不仅可以保持该层积体优异的耐磨耗性能，还可以提高层积体与金属部件或塑料橡 胶部件之间的粘结性能。
[0012] 本发明氟素薄膜的纵向抗拉强度为20~lOOMPa，横向抗拉强度为20~lOOMPa。 如果氟素薄膜的纵、横向抗拉强度低于20MPa的话，薄膜受外力作用时，容易发生破损，导 致层积体整体失效；如果氟素薄膜的纵、横向抗拉强度高于l〇〇MPa的话，薄膜的生产工艺 困难，成本过高。
[0013] 本发明氟素薄膜的纵向伸度为200~500%，横向伸度为200~500%。如果氟素薄 膜的纵、横向伸度均低于200%的话，薄膜受外力作用时，容易发生破损，导致层积体整体失 效；如果氟素薄膜的纵、横向伸度均高于500%的话，薄膜受力后容易发生形变，导致薄膜破 损，层积体失效。
[0014] 本发明织物的克重为120~600 g/m2。如果该织物的克重低于120g/m2的话，织物 过于单薄柔软，耐磨耗性不好，容易在摩擦过程中发生破裂；如果该织物的克重高于600g/ m2的话，生产成本就会增加。
[0015] 本发明复合材料的滑动摩擦系数低于0. 06。如果该复合材料的滑动摩擦系数高于 0. 06的话，在使用过程中，会产生较多的热量，导致机械运动部件局部升温过快，加速老化， 直至出现破损。
[0016] 本发明的自润滑复合材料具有滑动摩擦系数低、耐磨性好的优点，且工艺简单、成 本低，可以广泛应用于滑动轴承机械运动部件中。
[0017] 下面结合实施例及比较例对本发明作进一步说明。其中，实施例中的特性按以下 的方法测试。
[0018] 【氟素薄膜厚度】 根据JIS C 2151-2006 4. 2质量法，通过薄膜的质量、面积及密度换算，计算得到薄膜 的厚度。厚度计算公式为： d=M/P /S/10000 式中：d:试样厚度（μ m); Μ:试样质量（g); P :试样密度（g/cm3);S:试样面积（cm2)。
[0019] 【织物厚度】 根据JIS L 1096-1999 8.5，测试的压力为23.51^&(24(^€/〇112)，测定5组数据，取5次 测试结果的平均值作为该样品的最终测试结