聚合物金属耐磨自润滑复合材料、生产方法及导轴承的制作方法
【专利摘要】聚合物金属耐磨自润滑复合材料、生产方法及制得的导轴承，产品包括金属层和聚合物层；聚合物层组分包括聚合物50～80重量份、偶联剂处理过的六钛酸钾晶须10～30重量份、固体润滑剂10～20重量份、加工助剂；金属层与聚合物层的接合面在第一方向具有至少一直槽，在与所述第一方向的交叉方向具有至少一横槽、斜槽或螺旋型槽；生产方法包括以下步骤：将聚合物50～80重量份、偶联剂处理过的六钛酸钾晶须10～30重量份、固体润滑剂10～20重量份、以及加工助剂配料、混料均匀、烘干、挤出、切粒后，烘干待用；金属层加工，加工成符合所需尺寸和结构要求的金属件；金属件预热；将金属件装入模具之中，进行注塑加工或模压加工。
【专利说明】聚合物金属耐磨自润滑复合材料、生产方法及导轴承
【技术领域】
[0001]本发明属新材料【技术领域】，尤其是涉及一种聚合物/金属耐磨自润滑复合材料，本发明还涉及一种聚合物/金属耐磨自润滑复合材料的生产方法，本发明还涉及一种用聚合物/金属耐磨自润滑复合材料制得的导轴承。
【背景技术】
[0002]高分子耐磨自润滑材料因具有耐磨损、耐腐蚀、自润滑、配合件损伤小等优点在机械、汽车等结构件上应用潜力巨大，但作为机械结构件也存在强度与刚性不足，导热与散热性差等问题，用高分子耐磨自润滑材料制作的结构件耐磨、耐腐、质轻、抗咬合，不易损伤配合件，但导热性差(导热系数大多小于0.5 W/m/K)，承载能力有限；与高分子材料相比，金属具有较高的强度、刚性及导热性。聚合物/金属复合材料有望充分发挥两者的优势，因此研制聚合物/金属耐磨自润滑复合材料具有实际意义。
[0003]聚合物/金属复合材料的制造方法有冷压烧结法、胶粘法、焊接法、挤压法等。冷压烧结法即指将聚合物层与金属层通过一定的压力压实后，加热到聚合物的熔融温度以上进行保压、冷却，获得制品，其工艺较为复杂，效率较低。胶粘法即将聚合物层与金属层采用粘接胶进行联接，如AB胶、502胶等，工艺简单方便，但粘接强度有限，且在热水或其它介质中浸泡时间较长时容易脱落。焊接法是采用热熔或超声波等方法将聚合物层与金属层进行焊合，能焊接的聚合物品种受限制，联接强度较低。挤压法是利用热胀冷缩原理，先将金属外壳进行加热，再加压将聚合物内层压入，在过低或过高温度下因两者胀缩不一致而产生松动。由于聚合物和金属具有不同的分子结构，其物理性质、热学性质也不相同，如两者的热膨冷缩特性相差很大，因此采用传统内嵌式复合材料结构，难以确保两者的牢固结合。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术`的不足，一方面，本发明目的之一在于提供一种聚合物/金属耐磨自润滑复合材料。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供的聚合物/金属耐磨自润滑复合材料，所述复合材料包括金属层；与所述金属层的至少一面接合的聚合物层；所述聚合物层组分至少包括聚合物50~80重量份、偶联剂处理过的六钛酸钾晶须10~30重量份、固体润滑剂10~20重量份、加工助剂；所述聚合物为聚甲醒、聚醚醚酮、60wt%聚醚醚酮与40wt%聚醚砜的混合物或50wt%聚苯硫醚与50wt%聚醚砜的混合物；所述固体润滑剂至少包括石墨、二硫化钥、聚四氟乙烯中的一种；所述加工助剂至少包括0.1~0.3重量份分散剂、0.1~0.3重量份抗氧剂；所述金属层与聚合物层的接合面在第一方向具有至少一直槽，在与所述第一方向的交叉方向具有至少一横槽、斜槽或螺旋型槽。本发明中所述与所述第一方向的交叉方向包括垂直于第一方向的方向；也包括与第一方向相交成一定夹角的方向，例如呈60度夹角。
[0006]作为优选技术方案，本发明提供的聚合物/金属耐磨自润滑复合材料，所述直槽、横槽或斜槽的深度为0.5~1.5_。
[0007]作为优选技术方案，本发明提供的聚合物/金属耐磨自润滑复合材料，所述偶联剂为KH550或KH570，其用量为所述钛酸钾晶须的lwt%~3wt%。
[0008]作为优选技术方案，本发明提供的聚合物/金属耐磨自润滑复合材料，所述聚合物包含聚甲醛时，所述加工助剂还包括0.1~0.3重量份吸醛剂。
[0009]另一方面，本发明目的之二在于提供一种聚合物/金属耐磨自润滑复合材料的生产方法。
[0010]为了解决上述技术问题，本发明提供的聚合物/金属耐磨自润滑复合材料的生产方法，所述复合材料包括金属层；与所述金属层的至少一面接合的聚合物层；所述聚合物层组分至少包括聚合物50~80重量份、偶联剂处理过的六钛酸钾晶须10~30重量份、固体润滑剂10~20重量份、加工助剂；所述聚合物为聚甲醛、聚醚醚酮、6(^丨％聚醚醚酮与40wt%聚醚砜的混合物或50wt%聚苯硫醚与50wt%聚醚砜的混合物；所述固体润滑剂至少包括石墨、二硫化钥、聚四氟乙烯中的一种；所述加工助剂至少包括0.1~0.3重量份分散剂、0.1~0.3重量份抗氧剂；所述金属层与聚合物层的接合面在第一方向具有至少一直槽，在与所述第一方向的交叉方向具有至少一横槽、斜槽或螺旋型槽，生产过程至少包括以下步骤:
a)将钛酸钾晶须lwt%~3wt%的偶联剂水解，制得的偶联剂水解液与钛酸钾晶须均匀拌合，拌合物烘干，得到偶联剂处理过的钛酸钾晶须；
b)将聚合物50~80重量份、偶联剂处理过的六钛酸钾晶须10~30重量份、固体润滑剂10~20重量份、以及加工助剂进行配料；
c)采用混料机混料均匀，混`合均匀后在不超过110°C的温度下烘干；
d)经双螺杆进行挤出、切粒后，烘干待用；挤出温度取聚合物基体的熔融温度以上20~40°C，同时考虑其分解温度，容易分解的聚合物取下限值；
e)金属层加工，加工成符合所需尺寸和结构要求的金属件；
f)金属件预热；
g)将金属件装入模具之中，进行注塑加工或模压加工，注塑温度取聚合物基体的熔融温度以上30~50°C
h)制品脱模后进行50~60°C、2~3h的后处理。
[0011]所述金属件的预热温度高低依据聚合物基体的种类不同而不同，对于高结晶聚合物或高熔融温度聚合物，金属件预热温度相对较高，否则温度取较低值。其目的是补偿因两者的热胀冷缩性能不同而产生的收缩差异。
[0012]将金属件装入模具之中，进行注塑加工或模压加工时，注塑温度取聚合物基体的熔融温度以上30~50°C，同时考虑聚合物的分解温度，容易分解者优选取下限值。
[0013]进一步地，注塑温度还同时考虑聚合物层的组分构成，聚合物之外的其它组分含量在30%以上时，优选取上限值。
[0014]作为进一步改进技术方案，所述聚合物/金属耐磨自润滑复合材料的生产方法，所述聚合物包含聚甲醛时，所述加工助剂还包括0.1~0.3重量份吸醛剂。
[0015]此外，本发明的目的之三在于提供一种导轴承。
[0016]为了解决上述技术问题，本发明提供的导轴承，所述导轴承包括外部金属层；与所述金属层内表面接合的聚合物层；所述聚合物层组分至少包括聚合物50~80重量份、偶联剂处理过的六钛酸钾晶须10~30重量份、固体润滑剂10~20重量份、以及加工助剂；所述聚合物为聚甲醒、聚醚醚酮、60wt%聚醚醚酮与40wt%聚醚砜的混合物或50wt%聚苯硫醚与50被％聚醚砜的混合物；所述固体润滑剂至少包括石墨、二硫化钥、聚四氟乙烯中的一种；所述加工助剂至少包括0.1~0.3重量份分散剂、0.1~0.3重量份抗氧剂；所述金属层与聚合物层的接合面在轴向具有至少一直槽，在所述金属层圆周方向具有螺纹槽。
[0017]作为优选技术方案，本发明提供的导轴承，所述聚合物为聚甲醛，所述加工助剂还包括0.1~0.3重量份吸醛剂，所述导轴承应用于中轻载、中低速导轴承；适用于工作温度低于120°C的环境。
[0018]作为优选技术方案，本发明提供的导轴承，所述聚合物为聚醚醚酮、60wt%聚醚醚酮与40wt%聚醚砜的混合物或50wt%聚苯硫醚与50wt%聚醚砜的混合物,所述导轴承应用于重载、中高速导轴承；适用工作温度不高于280°C的环境。
[0019]本发明带来的有益效果:本发明提出的技术方案，得到的产品具有金属耐磨材料的高强度、高刚性和高导热与承载能力，同时具有高分子耐磨材料的耐磨自润滑性；与涂层型耐磨材料相比，复合材料两层之间具有牢固可靠的界面结合。其生产过程和加工工艺相对简单、便于操作，机械化程度高，产品质量稳定，生产成本较低。本发明提供的复合材料导轴承摩擦学性能优异，能替代目前使用的整体式金属或高分子耐磨材料而用于耐磨导轴承，且可实现无油润滑，因此，具有环境友好、应用价值突出的特点。
[0020]【专利附图】
【附图说明】
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为实施例导轴承的结构示意图；` 图2为实施例导轴承的金属层结构示意图；
图3为图2的剖视结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]I)按以下步骤生产聚合物/金属耐磨自润滑复合材料:
a)将钛酸钾晶须lwt%~3wt%的不同种类偶联剂水解，制得的偶联剂水解液与钛酸钾晶须均匀拌合，拌合物烘干，得到偶联剂处理过的钛酸钾晶须；
b)将聚甲醒、聚醚醚酮、60wt%聚醚醚酮与40wt%聚醚砜的混合物或50wt%聚苯硫醚与50被％聚醚砜的混合物50~80重量份、偶联剂处理过的六钛酸钾晶须10~30重量份、石墨、二硫化钥、聚四氟乙烯之中的至少一种润滑剂10~20重量份、以及0.1~0.3重量份分散剂、0.1~0.3重量份抗氧剂、若选用的聚合物为聚甲醛时，还添加0.1~0.3重量份吸醛剂，进行配料；
c)采用混料机混料均匀，混合均匀后在不超过110°C的温度下烘干；
d)经双螺杆进行挤出、切粒后，烘干待用；挤出温度取聚合物基体的熔融温度以上20~40°C，同时考虑其分解温度，容易分解的聚合物取下限值；
e)金属层加工，加工成符合所需尺寸和结构要求的金属件；所述金属层与聚合物层的接合面在第一方向具有至少一深度为0.5~1.5mm的直槽,在与所述第一方向的交叉方向具有至少一深度为0.5~1.5mm的横槽、斜槽或螺旋型槽；
f)金属件在100~150°C温度下预热0.5~I小时；预热温度高低依据聚合物基体的种类不同而不同，对于高结晶聚合物或高熔融温度聚合物，金属件预热温度相对较高，否则温度取较低值，其目的是补偿因两者的热胀冷缩性能不同而产生的收缩差异；
g)将金属件装入模具之中，进行注塑加工或模压加工，注塑温度取聚合物基体的熔融温度以上30~50°C ;注塑温度同时考虑聚合物的分解温度，容易分解者取下限；同时考虑除聚合物之外的其它组分的多少，除聚合物之外的其它组分含量大于30%以上取上限；
h)制品脱模后进行50~60°C、2~3h的后处理。
[0022]2)按上述方法制作导轴承，如图1所示，导轴承包括金属层1、聚合物层2，金属层I与聚合物层2的接合面在第一方向具有深度为0.5~1.5mm的直槽3和螺纹槽4(参见图2和图3),其中金属层加工时,如图2和图3所不,与聚合物层接合的金属内圈表面在轴向具有两对称的直槽3，在金属层内圈表面圆周方向具有螺纹槽4。所述聚合物为聚甲醛时，制得的导轴承应用于中轻载、中低速导轴承；适用于工作温度低于120°C的环境；所述聚合物为聚醚醚酮、60wt%聚醚醚酮与40wt%聚醚砜的混合物或50wt%聚苯硫醚与50wt%聚醚砜的混合物，所述导轴承应用于重载、中高速导轴承；适用工作温度不高于280°C的环境。
[0023]实施例组一:偶联剂选用钛酸钾晶须lwt%~3wt%的KH550偶联剂，钛酸钾晶须选用六钛酸钾晶须(PTW)，聚合物选用50~80重量份聚甲醛。对比实施例1为实施例1的基础上，变更使用金属层与聚合物层的接合面未开槽的金属件；金属件采用Q235钢。制得的产品按GB/T9341-2008标准进行弯曲强度、按GB/T1041-2008标准进行压缩强度、按GB/T1041-2008标准进行模量E、在200rpm下变载加载至表面熔融进行PV极限值、按GB/T3392-82标准进行导热系数、按GB/T1634.2-2004标准进行工作温度、在200N、200rpm、2h条件下进行摩擦系数和磨损量`测试，实验情况如下表:
【权利要求】
1.一种聚合物/金属耐磨自润滑复合材料，其特征在于:所述复合材料包括金属层；与所述金属层的至少一面接合的聚合物层；所述聚合物层组分至少包括聚合物50~80重量份、偶联剂处理过的六钛酸钾晶须10~30重量份、固体润滑剂10~20重量份、加工助剂；所述聚合物为聚甲醒、聚醚醚酮、60wt%聚醚醚酮与40wt%聚醚砜的混合物或50wt%聚苯硫醚与50被％聚醚砜的混合物；所述固体润滑剂至少包括石墨、二硫化钥、聚四氟乙烯中的一种；所述加工助剂至少包括0.1~0.3重量份分散剂、0.1~0.3重量份抗氧剂；所述金属层与聚合物层的接合面在第一方向具有至少一直槽，在与所述第一方向的交叉方向具有至少一横槽、斜槽或螺旋型槽。
2.根据权利要求1所述的聚合物/金属耐磨自润滑复合材料，其特征在于:所述直槽、横槽或斜槽的深度为0.5~1.5_。
3.根据权利要求1所述的聚合物/金属耐磨自润滑复合材料，其特征在于:所述偶联剂为KH550或KH570，其用量为所述钛酸钾晶须的lwt%~3wt%。
4.根据权利要求1所述的聚合物/金属耐磨自润滑复合材料，其特征在于:所述聚合物包含聚甲醛时，所述加工助剂还包括0.1~0.3重量份吸醛剂。
5.一种聚合物/金属耐磨自润滑复合材料的生产方法，其特征在于:所述复合材料包括金属层；与所述金属层的至少一面接合的聚合物层；所述聚合物层组分至少包括聚合物50~80重量份、偶联剂处理过的六钛酸钾晶须10~30重量份、固体润滑剂10~20重量份、加工助剂；所述聚合物为聚甲醛、聚醚醚酮、60wt%聚醚醚酮与40wt%聚醚砜的混合物或50wt%聚苯硫醚与50wt%聚醚砜的混合物；所述固体润滑剂至少包括石墨、二硫化钥、聚四氟乙烯中的一种；所述加工助剂至少包括0.1~0.3重量份分散剂、0.1~0.3重量份抗氧剂；所述金属层与聚合物层的接合面在第一方向具有至少一直槽，在与所述第一方向的交叉方向具有至少一横槽、斜槽或螺旋型槽，生产过程至少包括以下步骤: a)将钛酸钾晶须lwt%~3wt%的偶联剂水解，制得的偶联剂水解液与钛酸钾晶须均匀拌合，拌合物烘干，得到偶联剂处理过的钛酸钾晶须； b)将聚合物50~80重量份、偶联剂处理过的六钛酸钾晶须10~30重量份、固体润滑剂10~20重量份、以及加工助剂进行配料； c)采用混料机混料均匀，混合均匀后在不超过110°C的温度下烘干； d)经双螺杆进行挤出、切粒后，烘干待用；挤出温度取聚合物基体的熔融温度以上20~40°C，同时考虑其分解温度，容易分解的聚合物取下限值； e)金属层加工，加工成符合所需尺寸和结构要求的金属件； f)金属件预热； g)将金属件装入模具之中，进行注塑加工或模压加工，注塑温度取聚合物基体的熔融温度以上30~50°C ； h)制品脱模后进行50~60°C、2~3h的后处理。
6.根据权利要求5所述的聚合物/金属耐磨自润滑复合材料的生产方法，其特征在于:所述聚合物包含聚甲醛时，所述加工助剂还包括0.1~0.3重量份吸醛剂。
7.一种导轴承，其特征在于:所述导轴承包括外部金属层；与所述金属层内表面接合的聚合物层；所述聚合物层组分至少包括聚合物50~80重量份、偶联剂处理过的六钛酸钾晶须10~30重量份、固体润滑剂10~20重量份、以及加工助剂；所述聚合物为聚甲醛、聚醚醚酮、60wt%聚醚醚酮与40wt%聚醚砜的混合物或50wt%聚苯硫醚与50wt%聚醚砜的混合物；所述固体润滑剂至少包括石墨、二硫化钥、聚四氟乙烯中的一种；所述加工助剂至少包括0.1~0.3重量份分散剂、0.1~0.3重量份抗氧剂；所述金属层与聚合物层的接合面在轴向具有至少一直槽，在所述金属层圆周方向具有螺纹槽。
8.根据权利要求7所述的导轴承，其特征在于:所述聚合物为聚甲醛，所述加工助剂还包括0.1~0.3重量份吸醛剂，所述导轴承应用于中轻载、中低速导轴承；适用于工作温度低于120°C的环境。
9.根据权利要求6所述的导轴承，其特征在于:所述聚合物为聚醚醚酮、60wt%聚醚醚酮与40wt%聚醚砜的混合物或50wt%聚苯硫醚与50wt%聚醚砜的混合物,所述导轴承应用于重载、中高速导轴承；适 用工作温度不高于280°C的环境。
【文档编号】C08K3/24GK103497483SQ201310394498
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】龙春光, 龙娜, 黄加亮, 邓志刚 申请人:长沙精达高分子材料有限公司