一种基于改性聚四氟乙烯和改性碳纤维的轴承润滑材料制造技术

本发明专利技术提供了一种基于改性聚四氟乙烯和改性碳纤维的轴承润滑材料，是以改性聚四氟乙烯树脂为聚合物基体，氟硅烷改性碳纤维为主要增强填料，结合少量润滑填料与功能填料为改性组分，经过机械共混

【技术实现步骤摘要】
一种基于改性聚四氟乙烯和改性碳纤维的轴承润滑材料


[0001]本专利技术涉及一种润滑材料，尤其涉及一种基于改性聚四氟乙烯和改性碳纤维的轴承润滑材料，主要用于聚合物
/
金属复合滑动轴承，属于复合材料及轴承领域
。

技术介绍

[0002]聚合物
/
金属复合滑动轴承是将聚合物复合材料嵌入或粘接在金属基体制成的一种性能优良的自润滑轴承，广泛应用于航空航天与海洋工程领域的重载
、
高速
、
高低温和腐蚀性等苛刻工况
。
聚合物是轴承实现耐磨润滑功能的核心材料，多以自润滑
、
耐腐蚀与高柔韧的聚四氟乙烯树脂为基体
。
但受制于聚四氟乙烯易蠕变
、
耐磨性差
、
导热不足的自身特性，复合轴承往往在摩擦过程中因承压变形
、
热变形与磨损而润滑失效
。
近年来，通过引入不同尺度的无机纤维
、
碳材料
、
金属氧化物和聚合物等功能填料，在相当程度上改善了聚四氟乙烯树脂的耐磨性
、
耐热性
、
承载能力和尺寸稳定性
。
然而，受制于聚四氟乙烯高度惰性的化学性质与极高的熔融粘度，导致聚四氟乙烯既难以与功能填料建立强化学键合，也难以通过树脂熔融流动充分浸润填料从而在物理层次上与填料建立紧密界面结合，是限制聚四氟乙烯复合材料综合性能提升的主要问题
。
[0003]碳纤维是用于增强聚合物强度与耐磨性的主要功能填料之一
。
采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂接枝改性碳纤维，被证明是增强填料与聚合物之间的界面结合强度
、
提高复合材料综合性能的有效技术手段
。
在热固性树脂及聚甲醛
、
聚醚醚酮
、
聚酰亚胺等热塑性树脂中引入适当比例的碳纤维，可以有效提升复合材料的强度
、
耐磨性
、
尺寸稳定性与服役寿命
。
然而，这类偶联剂表面多为氨基
、
羟基
、
羧酸基及巯基等极性基团，对于提升碳纤维
/
聚四氟乙烯复合材料的综合性能则效果欠佳，应用于镶嵌型
、
衬垫型聚四氟乙烯
/
金属复合滑动轴承的润滑部件，其服役性能与使用寿命不够理想
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有轴承润滑技术中聚四氟乙烯复合材料综合性能不理想的问题，提供一种基于改性聚四氟乙烯和改性碳纤维的轴承润滑材料，通过氟硅烷接枝改性提升碳纤维与聚四氟乙烯的界面结合，得到具有高耐磨
、
低摩擦系数与抗蠕变
、
高导热的聚四氟乙烯轴承润滑材料，应用于镶嵌型
、
衬垫型聚四氟乙烯
/
金属复合滑动轴承的润滑部件以提升其服役性能与使用寿命
。
[0005]一
、
聚四氟乙烯轴承润滑材料的制备本专利技术基于改性聚四氟乙烯和改性碳纤维的轴承润滑材料，是以改性聚四氟乙烯树脂为聚合物基体，以氟硅烷改性碳纤维为增强填料，润滑填料与功能填料为改性组分，经过机械共混
、
冷压预压制
、
烧结成型而得
。
且各原料按以下体积份计：改性聚四氟乙烯树脂
85~95
份，氟硅烷改性碳纤维
2~8
份，润滑填料
0.5~2
份，功能填料
0.1~1
份
。
[0006]所述聚四氟乙烯树脂改性的制备，是以全氟甲基乙烯基醚
、
全氟乙烯基醚或全氟丙基乙烯基醚为改性单体，过氧化丙二酸为引发剂，在
60
‑
90℃
和
900
‑
1300kPaA
的工况下，
四氟乙烯单体和改性单体经聚合反应
1~5
小时，得到改性聚四氟乙烯树脂
。
改性聚四氟乙烯树脂的机理：在
60
‑
90℃
和
900
‑
1300kPaA
的工况下，通过过氧化丙二酸分解产生的自由基，将四氟乙烯单体和改性单体经聚合反应使其得到改性
。
改性单体的添加量为四氟乙烯单体体积的
1~10%
，引发剂过氧化丙二酸的添加量为四氟乙烯单体体积的
1~3%。
所得聚四氟乙烯改性树脂的拉伸强度为
35~45MPa
，粒径为
25~35
μ
m。
少量改性单体的引入增加了聚四氟乙烯分子链的不规整性和柔性，使其加工性能得到极大改善
。
[0007]所述氟硅烷改性碳纤维的制备为：将碳纤维原料分散于乙醇，加入活化剂后反应
3~180min
，过滤出碳纤维并干燥；然后将活化的碳纤维分散于正丁醇
‑
去离子水的混合溶液中并调节溶液
pH
值至为
2~4
，随后加入氟硅烷，在超声频率为
5~40kHz
，温度
25~120℃
的条件下反应
2~36h
；反应结束后过滤并烘干，即得氟硅烷改性碳纤维
。
其中，碳纤维原料为沥青基碳纤维
、
聚丙烯腈基碳纤维和气相碳纤维中的一种或多种，碳纤维直径为7μ
m
，长径比为
5~20
，导热系数为
500~1500W/(m
·
K)。
所述活化剂为乙酸
、
硝酸
、
硫酸和盐酸中的一种，活化剂的加入量为碳纤维原料体积的
5~50%
；正丁醇
‑
去离子水的混合溶液中，正丁醇与去离子水的体积比为
7.5:1~9.5:1
；氟硅烷为三氟丙基甲基二甲氧基硅烷
、
三氟丙基三甲氧基硅烷
、
全氟癸基三甲氧基硅烷
、
全氟辛基三乙氧基硅烷
、
全氟癸基三乙氧基硅烷和十七氟癸基三乙氧基硅烷中的一种或多种，氟硅烷的加入量为碳纤维体积的
1~25%。
碳纤维经过活化处理与氟硅烷接枝改性，提升了碳纤维与聚四氟乙烯树脂的界面结合，从而进一步改善了复合材料的强度
、
耐磨性
、
导热性与尺寸稳定性
。
[0008]所述润滑填料为氟化石墨
、
二硫化钼
、
聚醚醚酮
、
聚酰亚胺中的一种或多种；润滑填料尺寸为
0.05~60
μ
m。
所述功能填料为氧化铝
、
氮化铝
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于改性聚四氟乙烯和改性碳纤维的轴承润滑材料，是以改性聚四氟乙烯树脂为聚合物基体，以氟硅烷改性碳纤维为增强填料，润滑填料与功能填料为改性组分，经过机械共混
、
冷压预压制
、
烧结成型而得；所述各原料按以下体积份计：改性聚四氟乙烯树脂
85~95
份，氟硅烷改性碳纤维
2~8
份，润滑填料
0.5~2
份，功能填料
0.1~1
份；所述聚四氟乙烯树脂改性的制备，是以全氟甲基乙烯基醚
、
全氟乙烯基醚或全氟丙基乙烯基醚为改性单体，过氧化丙二酸为引发剂，在
60
‑
90℃
和
900
‑
1300kPaA
的工况下，四氟乙烯单体和改性单体经聚合反应
1~5
小时，得到改性聚四氟乙烯树脂；改性单体的添加量为四氟乙烯单体体积的
1~10%
，引发剂过氧化丙二酸的添加量为四氟乙烯单体体积的
1~3%
；所述氟硅烷改性碳纤维的制备为：将碳纤维原料分散于乙醇，加入活化剂后反应
3~180min
，过滤出碳纤维并干燥；然后将活化的碳纤维分散于正丁醇
‑
去离子水的混合溶液中并调节溶液
pH
值至为
2~4
，随后加入氟硅烷，在超声频率为
5~40kHz
，温度
25~120℃
的条件下反应
2~36h
；反应结束后过滤并烘干，即得氟硅烷改性碳纤维；所述碳纤维直径为
5~8
μ
m
，长径比为
5~20
，导热系数为
500~1500W/(m
·
K)。2.
如权利要求1所述一种基于改性聚四氟乙烯和改性碳纤维的轴承润滑材料，其特征在于：所述氟硅烷改性碳纤维的制备中，碳纤维原料为沥青基碳纤维
、
聚丙烯腈基碳纤维和气相碳纤维中的一种或多种
。3.
如权利要求1所述一种基于改性聚四氟乙烯和改性碳纤维的轴承润滑材料，其特征在于：所述氟硅烷改性碳纤维的制备中，活化剂为乙酸
、
硝酸
、
硫酸和盐酸中的一种，活化剂的加入量为碳纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建章，刘昊，余国军，刘文武，李苏桐，张高明，阎逢元，
申请(专利权)人：浙江巨圣氟化学有限公司，
类型：发明
国别省市：