一种多孔酚醛布复合材料及其制备方法、保持架、轴承与流程

本发明涉及一种多孔酚醛布复合材料及其制备方法、保持架、轴承，属于轴承保持架。

背景技术：

1、机床主轴轴承转速高，一般地，机床主轴轴承的旋转性能dmn(dmn等于轴承节圆直径与旋转速度的乘积)值大于1.0×106mm.r/min，传统普通胶木保持架在应用时存在温升大、噪声大、寿命及可靠性较差等不足。这主要是由于传统普通胶木保持架的机械强度和摩擦性能不足，磨损磨屑较多，磨屑中有酚醛树脂硬质颗粒，致使润滑失效。

2、多孔酚醛胶布层压保持架由于其内部存在微孔隙，将润滑油浸入保持架中，在轴承运转时，可向外析出润滑油，并且可吸收多余润滑油，可为轴承提供长期的、良好持续的润滑。将多孔酚醛棉布保持架应用于高速精密机床主轴轴承中，是解决上述问题的有效途径。例如，中国专利文献cn101294603a公开了一种滚动轴承用多孔酚醛胶布层压保持架材料及制造方法，先将胶布层压保持架材料通过预浸发泡剂，利用发泡剂在树脂固化过程中发泡成孔的方法制造；该制造方法经过酚醛树脂配制、发泡剂配制、棉布浸渍发泡剂和酚醛树脂、卷绕成型、后固化五个制造过程制成高孔率且含油的多孔酚醛胶布层压保持架材料。中国专利文献cn113121951b公开了一种多孔酚醛布管及其制备方法和应用，该多孔酚醛布管的制备方法，包括以下步骤：将棉布置于氢化硅油中，进行一次浸渍，烘烤后得到硅油浸渍棉布；将所述硅油浸渍棉布置于酚醛树脂溶液中，进行二次浸渍，缠绕后得到布管；将所述布管进行固化，得到固化布管；去除所述固化布管中的氢化硅油，得到多孔酚醛布管。该发明制备的多孔酚醛布管具有连通孔道，孔隙率较高，能够形成连续储油空间，满足轴承保持架高含油率的需求；而且该发明制备的多孔酚醛布管没有分散在酚醛基体中的气泡，能够提高酚醛布管的力学性能。但是该多孔酚醛布管的制备方法中需要对棉布采用丙酮进行预处理，并且需要通过复杂操作去除固化布管中的氢化硅油，造成生产工艺复杂，提高生产成本；而且该专利制备的多孔酚醛布管中的棉布与酚醛树脂处于分隔状态，加工成保持架时，成品保持架表面的状态要么为纯酚醛树脂，要么为含油棉布，两种状态均不利于轴承的实际运转，纯酚醛树脂中不含油，摩擦性能较差，含油棉布中没有树脂，耐磨性能较差。

3、现有多孔酚醛布复合材料主要用于陀螺仪轴承及大尺寸薄壁轴承等航天航空轴承中，陀螺仪轴承和大尺寸薄壁轴承的dmn值一般小于3.0×105mm.r/min，当用于dmn值较大的工况下时，其材料性能还存在一些不足，如强度较低、摩擦系数较大、耐磨性不足，同时应用在民用领域时，需进一步提高多孔酚醛布复合材料的成品合格率，降低生产成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多孔酚醛布复合材料的制备方法，可以解决目前制备的多孔酚醛布复合材料存在强度较低、摩擦系数较大、耐磨性不足的问题。

2、本发明的第二个目的在于提供一种多孔酚醛布复合材料，可以解决目前多孔酚醛布复合材料存在强度低、耐磨性不足的问题。

3、本发明的第三个目的在于提供一种保持架，可以解决目前多孔酚醛布复合材料制成的保持架存在强度低、耐磨性不足的问题。

4、本发明的第四个目的在于提供一种轴承，可以解决目前轴承中的保持架存在强度低、耐磨性不足的问题。

5、为了实现以上目的，本发明的多孔酚醛布复合材料的制备方法所采用的技术方案为：

6、一种多孔酚醛布复合材料的制备方法，包括以下步骤：

7、(1)将布料浸渍发泡剂溶液，烘烤后得到浸渍有发泡剂的布料；

8、(2)将浸渍有发泡剂的布料浸渍聚合物胶液，烘烤后得到预浸布；所述聚合物胶液主要由酚醛树脂、聚四氟乙烯粉末和有机溶剂组成；所述聚四氟乙烯粉末的平均粒径d50≤3μm；

9、(3)将预浸布依次进行卷绕成型、固化，得到多孔酚醛布复合材料。

10、本发明的多孔酚醛布复合材料的制备方法具有较高的产品合格率，制备的多孔酚醛布复合材料具有较高的拉伸强度，较低的摩擦系数和较小的磨损量，可满足机床主轴轴承的高转速、长寿命及高可靠性的需要。

11、可以理解的是，用于生产多孔酚醛布管(多孔酚醛布复合材料)的布料均适用于本发明。优选地，所述布料为棉布。为了保证制备的多孔酚醛布复合材料具有较高的强度，本发明中采用高支棉布，优选地，所述棉布的支数为60～120支。

12、优选地，步骤(1)中，所述发泡剂溶液主要由发泡剂和溶剂组成。

13、可以理解的是，用于生产多孔酚醛布管(多孔酚醛布复合材料)的发泡剂均适用于本发明。

14、优选地，步骤(1)中，所述发泡剂包括n,n'-二亚硝基五次甲基四胺和助发泡剂。优选地，所述助发泡剂为尿素。优选地，步骤(1)中，所述n,n'-二亚硝基五次甲基四胺和助发泡剂的质量比为(3～5):1。

15、优选地，步骤(1)中，所述发泡剂溶液中n,n'-二亚硝基五次甲基四胺的质量分数为1.3～2.5％。

16、优选地，步骤(1)中，所述溶剂包括醇类溶剂和酮类溶剂。优选地，所述醇类溶剂为乙醇。优选地，所述酮类溶剂为丙酮。优选地，发泡剂溶液中的醇类溶剂和酮类溶剂的质量比为1:(8～10)。

17、优选地，步骤(1)中，所述发泡剂溶液由n,n'-二亚硝基五次甲基四胺溶液和尿素溶液混合制得；所述n,n'-二亚硝基五次甲基四胺溶液由n,n'-二亚硝基五次甲基四胺和丙酮组成；所述尿素溶液由尿素和乙醇组成。

18、优选地，步骤(1)中，所述浸渍的速度为1～2m/min。

19、优选地，步骤(1)中，所述烘烤的温度为70～80℃。可以理解的是，烘烤一般在浸胶机中进行，通过设定设备的浸渍速度和烘烤温度，即可确定烘烤的时间。步骤(1)中，烘烤的作用是使有机溶剂尽量挥发，将n,n'-二亚硝基五次甲基四胺和尿素均匀的留在棉布上。

20、优选地，步骤(2)中，所述酚醛树脂的凝胶时间为150～200s。凝胶时间可以反映树脂分子量的大小，凝胶时间在150～200s的范围内，酚醛树脂的分子量合适，不会过大或者过小，可避免浸渍棉布时出现浸润性不佳或树脂流动性过大的情况，同时可以通过影响发泡过程来控制孔隙率。

21、本发明中，凝胶时间的测试方法按照标准gb/t 32788.1-2016中的规定进行。

22、优选地，步骤(2)中，所述酚醛树脂由包括以下步骤的方法制得：将主要由苯酚、甲醛、碱性催化剂和水组成的混合物先加热至40～60℃，保温20～60min，然后再加热至65～85℃，保温40～120min，脱水处理后得到酚醛树脂。例如，步骤(2)中，所述酚醛树脂由包括以下步骤的方法制得：将主要由苯酚、甲醛、碱性催化剂和水组成的混合物先加热至40～60℃，保温20～60min，然后再加热至65～85℃，保温50～120min，脱水处理后得到酚醛树脂。

23、优选地，步骤(2)中，所述苯酚和甲醛的摩尔比为1:(1～1.1)。例如，步骤(2)中，所述苯酚和甲醛的摩尔比为1:1。

24、优选地，步骤(2)中，所述混合物由苯酚、甲醛溶液和氨水混合制得。优选地，步骤(2)中，所述苯酚和氨水的质量比为100:(1～5)。优选地，所述甲醛溶液的质量分数为35～40％。优选地，所述氨水的质量分数为25～28％。氨水用量过多，会导致反应程度剧烈，不易控制，易导致树脂分子量过大，不利于浸渍和发泡；氨水用量过少，则易导致反应不完全，使产品强度不合格。

25、优选地，步骤(2)中，所述脱水处理在真空条件下进行，所述脱水处理采用的温度为50～70℃。

26、脱水处理时，可以通过观察脱水所得水量与理论水量的差异来判断，也可以脱水至体系中不再出水为止，优选地，步骤(2)中，所述脱水处理所得水的质量为所述苯酚和甲醛的总质量的75％。

27、优选地，步骤(2)中，所述有机溶剂为醇类溶剂。例如，所述有机溶剂为乙醇。

28、优选地，所述聚四氟乙烯粉末的平均粒径d50为0.5～3μm。例如，所述聚四氟乙烯粉末的平均粒径d50为0.8～3μm。优选地，所述聚四氟乙烯粉末的质量为所述酚醛树脂的质量的3～30％。聚四氟乙烯微粉用量过多、粒径过大，在酚醛树脂中分散效果不佳，容易沉降，同时在浸渍过程中，会出现浮于棉布表面的情况，改性效果不佳。聚四氟乙烯微粉用量过少，则性能提升效果不佳。

29、优选地，步骤(2)中，所述有机溶剂的质量为所述酚醛树脂的质量的40～50％。有机溶剂用来调节胶液的粘度，粘度过大，则制品容易分层，粘度过小，则卷绕的时候特别粘辊，生产效率过低。

30、优选地，步骤(2)中，所述聚合物胶液由聚四氟乙烯粉末分散液和酚醛树脂混合制得。优选地，所述聚四氟乙烯粉末分散液由聚四氟乙烯粉末和有机溶剂在超声条件下混合制得。优选地，所述聚四氟乙烯粉末分散液由包括以下步骤的方法制得：将聚四氟乙烯粉末放入有机溶剂中，然后进行超声分散。优选地，步骤(2)中，所述超声的频率为30～40khz；所述超声分散的时间为20～40min。

31、优选地，步骤(2)中，所述浸渍的速度为1～3m/min。优选地，步骤(2)中，所述烘烤的温度为90～120℃。步骤(2)中，烘烤的作用主要是将溶剂去除，同时使树脂进行预固化。

32、本发明中，卷绕成型是将预浸布采用热辊压法在卷管机上卷绕成型。

33、优选地，步骤(3)中，所述卷绕成型中采用的辊压压力为0.1～0.5mpa，辊压温度为90～120℃。例如，步骤(3)中，所述卷绕成型中采用的辊压压力为0.2～0.5mpa，辊压温度为90～120℃。辊压压力过大，会造成棉布撕裂，辊压压力过小，卷不密实，制品密度小，强度低。辊压温度过高，则树脂溢出过多，同时还会存在提前交联固化的可能，辊压温度过低，则棉布之间粘不住，制品会存在缺陷。

34、优选地，步骤(3)中，所述固化的方法包括以下步骤：将卷绕成型后的预浸布先加热至80～100℃，保温1～2h，然后再加热至130～150℃，保温4～9h。

35、本发明的多孔酚醛布复合材料所采用的技术方案为：

36、一种如上所述的多孔酚醛布复合材料的制备方法制备的多孔酚醛布复合材料。

37、本发明的多孔酚醛布复合材料具有较高的拉伸强度，较低的摩擦系数和较小的磨损量，可满足机床主轴轴承的高转速、长寿命及高可靠性的需要。

38、本发明的保持架所采用的技术方案为：

39、一种保持架，所述保持架由如上所述的多孔酚醛布复合材料制成。

40、本发明的保持架具有较高的拉伸强度，较低的摩擦系数和较小的磨损量，可满足机床主轴轴承的高转速、长寿命及高可靠性的需要。

41、本发明的轴承所采用的技术方案为：

42、一种轴承，包括如上所述的保持架。

43、将由本发明的多孔酚醛布复合材料制成的保持架用于轴承，可以满足轴承的高转速、长寿命及高可靠性的需要。