一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法

本发明属于航空材料，涉及一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法。

背景技术：

1、航空工业的快速发展，对自润滑关节轴承的耐高温等级要求越来越高，在高温、高载荷下，现役衬垫加速磨损导致轴承使用寿命降低，无法满足航空设计单位的技术要求。因此，提高自润滑衬垫的高温耐磨性也成为学术界和工业界的热门研究问题。

2、文献1(wear failure mechanism analysis of self-lubricating fabriccomposites at hightemperature[j].journal of industrial textiles,2022,52:1-17.)将聚酰亚胺(pi)纤维、聚醚醚酮(peek)纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺(pmia)纤维及芳纶iii纤维作为增强纤维，发现当经向和纬向增强纤维均为pi纤维时，所制备的自润滑织物衬垫在163℃具有较为优异的耐磨损性能，体积磨损率为1.29×10-8mm3(n·mm)-1。

3、文献2(adopting bio-inspired interfacial modification andreinforcements simultaneously foroptimizing the tribological performance offabric composites[j].tribology international,2022,169:107495.)采用一步法在玄武岩/聚四氟乙烯织物表面共沉积pda-pei-sio2复合涂层，提高了织物复合材料的界面附着力，并将si3n4微米颗粒和caf2纳米颗粒引入到织物复合材料中，结果发现，界面改性和填料优化的协同作用提高了织物复合材料在200℃下的摩擦磨损性能。

4、文献3(tib2 reinforced hybrid-fabric composites with enhanced thermaland mechanicalproperties for high-temperature tribological applications[j].tribology international,2017,115:8-17.)将不同尺寸的tib2引入nomex/ptfe织物增强酚醛树脂基复合材料。研究发现，复合材料在200℃下的磨损率随tib2尺寸减小、含量增加而显著降低；当摩擦环境温度升至230℃，tib2存在也使得复合材料耐磨损性能明显优于未经填充改性的复合材料。

5、文献4(effect of zrb2 particles incorporation on high-temperaturetribological properties ofhybrid ptfe/nomex fabric/phenolic composite[j].tribology international,2016,99:289-295.)将zrb2引入ptfe/nomex织物增强酚醛树脂基复合材料，发现添加9wt％zrb2可以显著提升复合材料在260℃的耐磨损性能。

6、上述方法中，最高摩擦环境温度为260℃，仍不能满足航空工业的发展需求。

7、因此，研究一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法，以进一步提高摩擦环境温度，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法；

2、为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

3、一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法，将经表面处理后的织物依次浸渍基体树脂与改性基体树脂，固化后制得耐高温自润滑关节轴承衬垫材料；改性前的基体树脂较改性后的基体树脂韧性小，浸渍改性前的基体树脂后再浸渍改性后的基体树脂，摩擦时，改性后的基体树脂韧性好，不易磨损；当发生磨损时，改性后的基体树脂破坏后开裂但不会产生碎屑，当破坏至内部时，改性前的基体树脂损坏会形成磨屑填充在衬垫表面破坏处，磨屑可以承担一部分摩擦，进而降低衬垫的磨损；

4、织物为pi/ptfe混编织物；

5、表面处理是指采用界面改性剂对织物进行表面处理；界面改性剂是以六氟二酐(6fda)和对苯二胺(pda)为原料、dmac为溶剂合成的pi树脂(fp-1)；

6、基体树脂(paa)是以3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(s-bpda)和2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐(α-bpda)作为二酐单体，对苯二胺(pda)作为二胺单体，4-苯乙炔苯酐(4-pepa)作为封端剂，反应制备得到的；基体树脂的合成过程中引入含炔基功能基团的封端剂，在提高基体树脂耐热性的同时，还可降低其粘度，改善衬垫的加工性能；

7、改性基体树脂是以对苯基二(偏苯三酸酯)二酸酐(tahq)与4’4-二氨基二苯醚(4’4-oda)为原料合成的pi树脂(pj-18)作为改性剂对基体树脂进行改性得到的；

8、耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的初始分解温度为540℃～570℃，玻璃化转变温度为310℃～345℃；因为衬垫中任一组份开始分解，即会造成整个复合材料性能的下降，即复合材料各组份中最先开始分解的组分的初始分解温作为耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的分解温度；因为复合材料作为一个整体使用，玻璃化转变温度采用dma进行测试，测得玻璃化转变温度时将复合材料作为一个整体，复合材料整体开始软化的温度，即视为耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的玻璃化转变温度；在300℃环境下，对耐高温自润滑关节轴承衬垫材料进行摩擦试验1h(施加给耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的摩擦条件为：12.7mpa动载荷，转速为200r/min)，测得的摩擦系数为0.45～0.70，磨损率为0.20×10-7～0.50×10-7mm3(n·mm)-1。

9、作为优选的技术方案：

10、如上所述的一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法，基体树脂的具体制备过程为：将对苯二胺加入至dmac中进行搅拌，待对苯二胺完全溶解后加入3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐和2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐，反应3～6h，然后加入4-苯乙炔苯酐反应1～3h进行封端，制得固含量为10～30％的基体树脂；

11、其中，3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐和2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐总量与对苯二胺的质量比为0.95～0.98:1，3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐与2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐的摩尔比为1:9～9:1，4-苯乙炔苯酐与对苯二胺的质量比为0.04～0.1:1；

12、dmac是反应过程中的溶剂，其用量根据反应单体用量和固含量而定；

13、或者，基体树脂的具体制备过程为：将对苯二胺加入至dmac中进行搅拌，待对苯二胺完全溶解后加入3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐反应1～2h，随后再加入对苯二胺并搅拌，待对苯二胺完全溶解后加入2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐反应2～4h，最后加入4-苯乙炔苯酐反应1～3h进行封端，制得固含量为10～30％的基体树脂；

14、其中，第一次与第二次加入的对苯二胺的摩尔比为9:1～1:9，3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐与2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐的摩尔比为1:9～9:1，3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐与2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐的加入总量与两次加入的对苯二胺总量的摩尔比为0.95～0.98:1，4-苯乙炔苯酐与两次加入的对苯二胺总量的摩尔比为0.04～0.1:1。

15、如上所述的一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法，界面改性剂的制备过程为：将对苯二胺溶解在dmac中，待溶解完全后，加入六氟二酐，固含量(此处固含量是指所加入反应单体即六氟二酐和对苯二胺总量占整个体系的质量百分比)为1～5％，反应至粘度不再变化，得到界面改性剂；对苯二胺与六氟二酐的质量比为1:1。

16、如上所述的一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法，采用界面改性剂对织物进行表面处理的具体步骤为：首先将织物置于乙醇中超声处理40～60min以去除织物表面杂质，然后将织物浸泡在fp-1树脂中静置1～2h使其与织物充分作用，最后取出于160℃干燥除去溶剂dmac。

17、如上所述的一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法，制备改性基体树脂时改性剂的添加量为基体树脂的2～5wt％，基体树脂的改性剂的制备过程为：将4’4-二氨基二苯醚溶解在dmac中，待溶解完全后，加入对苯基二(偏苯三酸酯)二酸酐，固含量为10～20％(此处固含量是指所加入反应单体对苯基二(偏苯三酸酯)二酸酐和4’4-二氨基二苯醚总量占整个体系的质量百分比)，反应至粘度不再变化。

18、如上所述的一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法，将经表面处理后的织物依次浸渍基体树脂与改性基体树脂，具体步骤为：

19、(1)将经表面处理后的织物浸没在基体树脂中5～10min，辊压2～3次，浸胶量控制在5～7％；

20、(2)将浸渍基体树脂后的织物浸没在改性后基体树脂中5～10min，辊压2～3次；

21、(3)重复步骤(2)，控制基体树脂与改性基体树脂总的浸胶量在20～25％。

22、浸渍完成后，将胶布于鼓风烘箱中160℃干燥30～40min，然后进行固化。

23、如上所述的一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法，固化的工艺为：在0.45～0.65mpa的压力下，依次按照160～170℃，30～40min→190～210℃，50～70min→240～270℃，50～70min→300～320℃，120～140min→370～385℃，120～140min进行阶段升温亚胺化，之后冷却至室温。

24、本发明的原理是：

25、首先通过分子结构设计提高基体树脂的耐温等级和加工性能，4-pepa的适量引入，一方面增加交联密度，使得基体树脂玻璃化转变温度升高，另一方面4-pepa作为封端剂使用，降低树脂的粘度，便于制备衬垫时树脂对织物的浸润；封端剂使得树脂分子量降低则必然导致其力学性能下降，基体树脂的力学性能会直接影响衬垫的耐磨损性能，因此制备改性剂pj-18，通过共混的方式将其加入基体树脂进行改性，pj-18具有长分子链且分子链上具有较多苯环，两者协同作用下，提高了基体树脂的强度和韧性(长链结构提供高树脂的韧性，苯环提高树脂的强度)，且适量的pj-18不会较大程度上增大基体树脂粘度，影响加工性能；界面性能很大程度上会影响衬垫的摩擦学性能，本发明所用织物中含有ptfe纤维，因此制备含氟界面改性剂fp-1对织物进行表面处理，提高纤维-树脂间的界面结合强度，使得在摩擦力的作用下，基体树脂不会轻易脱落，能够很好地保护织物。

26、当发生磨损时，改性后的基体树脂破坏后开裂但不会产生碎屑，当破坏至内部时，改性前的基体树脂损坏会形成磨屑填充在衬垫表面破坏处，磨屑可以承担一部分摩擦，进而降低衬垫的磨损。

27、有益效果

28、(1)本发明的一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法，制备含氟界面改性剂fp-1对织物进行表面处理，提高纤维-树脂间的界面结合强度，使得在摩擦力的作用下，基体树脂不会轻易脱落，能够很好地保护织物。

29、(2)本发明的一种耐高温自润滑关节轴承衬垫材料的制备方法，提高了摩擦环境温度和耐磨损性能。