一种多层耐磨材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种多层耐磨材料及其制备方法与应用，属于复合材料技术领域。解决了现有技术中多层聚氨酯轴承材料耐湿热性能差、不耐强极性溶剂和强酸碱介质、容易附着污染物并滋生细菌的技术问题，进一步降低了局部应力集中导致的轴承急剧磨损。本发明专利技术的多层耐磨材料，由从外至内依次紧密排列的增强层、调节层和摩擦层组成；调节层内设有空腔，空腔内填充多个填充球，空腔内剩余的间隙中填充固固相变材料。该多层耐磨材料，调节层既能够根据轴变适应性的调节轴承角度又能够调节温度；且调节层和增强层均采用多组分复合材料，各组分协同作用，保证了材料具备优异的耐水性、抗菌性、耐磨性、机械力学强度，能够作为轴承材料使用。

A Multilayer Wear Resistant Material and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a multi-layer wear-resistant material and its preparation method and application, belonging to the technical field of composite materials. In the existing technology, the technical problems of the multi-layer polyurethane bearing material such as poor moisture and heat resistance, poor resistance to strong polar solvents and strong acid and alkali media, easy adherence to pollutants and bacteria breeding are solved, and the sharp wear of the bearing caused by local stress concentration is further reduced. The multi-layer wear-resistant material of the present invention consists of an intensifying layer, an adjusting layer and a friction layer arranged tightly from outside to inside, a cavity is arranged in the adjusting layer, a plurality of filling balls are filled in the cavity, and solid-solid phase change materials are filled in the remaining gap in the cavity. The multi-layer wear-resistant material, adjusting layer can adjust bearing angle and temperature according to the adaptability of shaft, and adjusting layer and strengthening layer are all made of multi-component composite materials. The synergistic effect of each component ensures that the material has excellent water resistance, antimicrobial resistance, wear resistance and mechanical strength, and can be used as bearing material. Material usage.

【技术实现步骤摘要】
一种多层耐磨材料及其制备方法与应用
本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种多层耐磨材料及其制备方法与应用。
技术介绍
轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件，它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数，广泛应用于航空工程、飞机、汽车、船舶、机床、电机、家用电器等领域。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。滑动轴承，是指在滑动摩擦下工作的轴承。传统的滑动轴承多采用钢材制成，但钢的硬度较低，采用钢做成的轴承不耐磨，且耐热性较差，当轴承长期处于高温环境时，钢材制成的轴承易发生膨胀变形，导致轴承腐蚀，寿命相应缩短。橡胶类轴承的耐油性、耐水性、耐高温性、减震降噪性优异，但是低速粘滑特性明显。树脂材料制备的滑动轴承可以自润滑或采用水作润滑剂，相比于传统的金属类滑动轴承，具有无污染、耗能小、摩擦系数低、安全性能高等优势，因此在舰船上得到了广泛地应用，但是，树脂类轴承的轴承内套经常与主轴接触，因为没弹性，对泥沙等杂物包裹性差，因此磨粒磨损非常严重，寿命也很短。现有技术中，多采用硬度不同的双层聚氨酯轴承来解决这一问题，但聚氨酯内生热大，耐高温性能一般，特别是耐湿热性能不好，且不耐强极性溶剂和强酸碱介质，且密度低，孔隙大，长期浸泡在水体中容易附着污染物并滋生细菌。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种多层耐磨材料及其制备方法与应用，解决了现有技术中多层聚氨酯轴承材料耐湿热性能差、不耐强极性溶剂和强酸碱介质、容易附着污染物并滋生细菌的技术问题，进一步降低了局部应力集中导致轴承急剧磨损。本专利技术解决上述技术问题采取的技术方案如下。多层耐磨材料，由从外至内依次紧密排列的增强层、调节层和摩擦层组成；所述增强层为纤维增强树脂复合材料；所述调节层内设有空腔，空腔内填充多个填充球，空腔的深度等于填充球的直径，空腔的展开长度和宽度均为填充球的直径的整数倍，多个填充球恰好充满空腔，空腔内剩余的间隙中填充固固相变材料；所述调节层和填充球的材料均为软质聚氨酯，所述软质聚氨酯由100重量份的热塑性软质聚氨酯、2-4重量份的贝壳粉、5-8重量份的淀粉、1-2重量份的陶瓷颗粒、1-4重量份的石蜡、0.2-1重量份的纳米膨润土、1.5-3重量份的聚碳化二亚胺、2-5重量份聚氨酯纤维、0.2-0.3重量份的抗氧化剂和1-2重量份的增塑剂组成；软质热塑性聚氨酯硬度范围为邵尔A50-邵尔A70；所述固固相变材料的相变温度在40-90℃；所述摩擦层的材料为硬质聚氨酯，所述硬质聚氨酯由100重量份的热塑性硬质聚氨酯、4-8重量份的贝壳粉、10-15重量份的淀粉、2-4重量份的氮化硼、0.5-1重量份的碳化钛、1-4重量份的石蜡、0.2-1重量份的纳米膨润土、1.5-3重量份的聚碳化二亚胺、5-10重量份的聚四氟乙烯粉、0.2-0.3重量份的抗氧化剂和0.1-1重量份的增塑剂组成；硬质热塑性聚氨酯的硬度范围为邵尔D40-邵尔D70。优选的，所述增强层中，纤维为玻璃纤维或碳纤维；树脂为酚醛树脂或环氧树脂。优选的，所述贝壳粉的目数为300-500。优选的，所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂264、抗氧剂1076中的一种或两种以上的混合物。优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、间苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二庚酯中的一种或两种以上的混合物。优选的，所述固-固相变材料为聚乙二醇-纤维素复合材料。本专利技术还提供上述多层耐磨材料的制备方法，步骤如下：步骤一、将100重量份的热塑性软质聚氨酯、2-4重量份的贝壳粉、5-8重量份的淀粉、1-2重量份的陶瓷颗粒、1-4重量份的石蜡、0.2-1重量份的纳米膨润土、1.5-3重量份的聚碳化二亚胺、2-5重量份聚氨酯纤维、0.2-0.3重量份的抗氧化剂和1-2重量份的增塑剂熔融混合均匀，得到混合料；步骤二、将一部分混合料浇注在纤维增强树脂复合材料上，固化成型，形成顶部开口具有内腔的调节层；将一部分混合料加入球形模具中，模压成型，取出抛光，得到填充球；将填充球置于顶部开口的调节层的内腔中，取剩下的一部分混合料继续浇注在顶部开口的调节层的开口上，封口，固化成型，得到调节层；步骤三、将100重量份的热塑性硬质聚氨酯、4-8重量份的贝壳粉、10-15重量份的淀粉、2-4重量份的氮化硼、0.5-1重量份的碳化钛、1-4重量份的石蜡、0.2-1重量份的纳米膨润土、1.5-3重量份的聚碳化二亚胺、5-10重量份的聚四氟乙烯粉、0.2-0.3重量份的抗氧化剂和0.1-1重量份的增塑剂熔融混合均匀，浇注在调节层上，得到多层耐磨材料。本专利技术还提供上述多层耐磨材料作为轴承材料的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的多层耐磨材料，增强层具备良好的抗冲击性；调节层一方面能够根据轴变适应性的调节轴承角度，且容易恢复，随形性很好，另一方面，能够根据轴承的运转调节温度，当轴承运转温度超过调节温度，通过相变材料将温度降低且降温的均匀性好；调节层和增强层均采用多组分复合材料，各组分协同作用，保证了材料具备优异的耐水性、抗菌性、耐磨性、机械力学强度，能够作为轴承材料使用。本专利技术提供多层耐磨材料的制备方法适用于工业生产。附图说明图1为本专利技术的多层耐磨材料的结构示意图；图2为本专利技术实施例1和对比例3的轴承材料温度随时间的变化曲线；图中，1、增强层，2、调节层，3、填充球，4、摩擦层。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。如图1所示，本专利技术的多层耐磨材料，由从外至内依次紧密排列的增强层1、调节层2和摩擦层4组成。其中，增强层1为纤维增强树脂复合材料；其用于承载和装配，材料可以为玻璃纤维增强环氧树脂复合材料、玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料、碳纤维增强环氧树脂复合材料、碳纤维增强酚醛树脂复合材料等，以上材料均可以通过商购获得，如玻璃纤维增强环氧树脂圆筒。调节层2内设有空腔，空腔的形状与调节层2的形状配合，如调节层2为圆筒形，空腔也为圆筒形，两者同轴。空腔内填充多个填充球3，空腔的深度等于填充球3的直径，空腔的展开长度(如空腔为长方形，即为本身长度，如空腔为圆筒形，那么就为圆周周长)和宽度均为填充球3的直径的整数倍，多个填充球3恰好充满空腔(即呈队列式排布)，空腔内剩余的间隙中填充固固相变材料。调节层和填充球的材料均为软质聚氨酯，软质聚氨酯由100重量份的热塑性软质聚氨酯、2-4重量份的贝壳粉、5-8重量份的淀粉、1-2重量份的陶瓷颗粒、1-4重量份的石蜡、0.2-1重量份的纳米膨润土、1.5-3重量份的聚碳化二亚胺、2-5重量份聚氨酯纤维、0.2-0.3重量份的抗氧化剂和1-2重量份的增塑剂组成；软质热塑性聚氨酯硬度范围为邵尔A50-邵尔A70；固固相变材料的相变温度在40-90℃；摩擦层的材料为硬质聚氨酯，硬质聚氨酯由100重量份的热塑性硬质聚氨酯、4-8重量份的贝壳粉、10-15重量份的淀粉、2-4重量份的氮化硼、0.5-1重量份的碳化钛、1-4重量份的石蜡、0.2-1重量份的纳米膨润土、1.5-3重量份的聚碳化二亚胺、5-10重量份的聚四氟乙烯粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多层耐磨材料，其特征在于，由从外至内依次紧密排列的增强层、调节层和摩擦层组成；所述增强层为纤维增强树脂复合材料；所述调节层内设有空腔，空腔内填充多个填充球，空腔的深度等于填充球的直径，空腔的展开长度和宽度均为填充球的直径的整数倍，多个填充球恰好充满空腔，空腔内剩余的间隙中填充固固相变材料；所述调节层和填充球的材料均为软质聚氨酯，所述软质聚氨酯由100重量份的热塑性软质聚氨酯、2‑4重量份的贝壳粉、5‑8重量份的淀粉、1‑2重量份的陶瓷颗粒、1‑4重量份的石蜡、0.2‑1重量份的纳米膨润土、1.5‑3重量份的聚碳化二亚胺、2‑5重量份聚氨酯纤维、0.2‑0.3重量份的抗氧化剂和1‑2重量份的增塑剂组成；软质热塑性聚氨酯硬度范围为邵尔A50‑邵尔A70；所述固固相变材料的相变温度在40‑90℃；所述摩擦层的材料为硬质聚氨酯，所述硬质聚氨酯由100重量份的热塑性硬质聚氨酯、4‑8重量份的贝壳粉、10‑15重量份的淀粉、2‑4重量份的氮化硼、0.5‑1重量份的碳化钛、1‑4重量份的石蜡、0.2‑1重量份的纳米膨润土、1.5‑3重量份的聚碳化二亚胺、5‑10重量份的聚四氟乙烯粉、0.2‑0.3重量份的抗氧化剂和0.1‑1重量份的增塑剂组成；硬质热塑性聚氨酯的硬度范围为邵尔D40‑邵尔D70。...

【技术特征摘要】
1.多层耐磨材料，其特征在于，由从外至内依次紧密排列的增强层、调节层和摩擦层组成；所述增强层为纤维增强树脂复合材料；所述调节层内设有空腔，空腔内填充多个填充球，空腔的深度等于填充球的直径，空腔的展开长度和宽度均为填充球的直径的整数倍，多个填充球恰好充满空腔，空腔内剩余的间隙中填充固固相变材料；所述调节层和填充球的材料均为软质聚氨酯，所述软质聚氨酯由100重量份的热塑性软质聚氨酯、2-4重量份的贝壳粉、5-8重量份的淀粉、1-2重量份的陶瓷颗粒、1-4重量份的石蜡、0.2-1重量份的纳米膨润土、1.5-3重量份的聚碳化二亚胺、2-5重量份聚氨酯纤维、0.2-0.3重量份的抗氧化剂和1-2重量份的增塑剂组成；软质热塑性聚氨酯硬度范围为邵尔A50-邵尔A70；所述固固相变材料的相变温度在40-90℃；所述摩擦层的材料为硬质聚氨酯，所述硬质聚氨酯由100重量份的热塑性硬质聚氨酯、4-8重量份的贝壳粉、10-15重量份的淀粉、2-4重量份的氮化硼、0.5-1重量份的碳化钛、1-4重量份的石蜡、0.2-1重量份的纳米膨润土、1.5-3重量份的聚碳化二亚胺、5-10重量份的聚四氟乙烯粉、0.2-0.3重量份的抗氧化剂和0.1-1重量份的增塑剂组成；硬质热塑性聚氨酯的硬度范围为邵尔D40-邵尔D70。2.根据权利要求1所述的多层耐磨材料，其特征在于，所述增强层中，纤维为玻璃纤维或碳纤维；树脂为酚醛树脂或环氧树脂。3.根据权利要求1所述的多层耐磨材料，其特征在于，所述贝壳粉的目数为300-500。4.根据权利要求1所述的多层耐磨材料，其特征在于，所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂264...

【专利技术属性】
技术研发人员：林耀伟，胡江磊，贾远华，赵金龙，
申请(专利权)人：启东海大聚龙新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32