一种双层复合型聚合物基耐磨轴承及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双层复合型聚合物基耐磨轴承及其制备方法。本发明专利技术采用聚氨酯基互穿网络合金导热耐磨材料为内层料、聚丙烯基高刚导热复合材料为外层料，经双层塑料管材挤出成型机组共挤成型、机械切割后得到双层复合型聚合物基耐磨轴承。本发明专利技术以聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯作为合金相，有效提高了材料的热塑加工性；聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯三者形成互穿网络可以拓宽合金的阻尼温度范围，可将因轴与轴承摩擦产生的热量尽快导走，提高轴承的耐热性和工作温度。制备得到的双层复合型聚合物基耐磨轴承具有轻质耐磨、成本低、精度高、寿命长等优点，可用于船舶、水电、风电和波力发电等行业中替代传统的金属质轴承。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于轴承制备
，特别涉及。
技术介绍
船舶、泵、水电、风电和波力发电等行业中的很多设备都含有滑动轴承零件，目前这些轴承零件多采用金属质材料制造。在实际应用中，人们逐步发现金属质轴承存在质量重、振动强、噪音大、磨损大、腐蚀严重、寿命短、成本高等问题。因为聚合物材料质量轻、耐腐蚀，聚合物轴承开始被初步应用到这些领域，主要材质包括尼龙、橡胶、聚甲醛、聚四氟乙烯、聚醚醚酮和聚氨酯。然而，单一材质的聚合物轴承也存在一定的缺陷。比如，尼龙吸水后体积膨胀、尺寸稳定性差，橡胶容易引起噪音、与轴金属摩擦系数相对较高，聚甲醛质硬、振动大，软质的聚氨酯成型尺寸精度低等。为此，相关的行业开始探索以聚合物基复合材料制造轴承，如专利技术专利201110060543.9公开了一种弹塑性聚合物合金滑动轴承材料，具有耐磨、抗冲击、高极限PV值等特点，适合做水润滑或自润滑非金属轴承材料；然而，使用该材料很难一次成型高尺寸精度的轴承，需配合后续的机械加工才能使轴承满足安装要求。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种双层复合型聚合物基耐磨轴承的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供由上述制备方法得到的双层复合型聚合物基耐磨轴承。本专利技术的目的通过下述技术方案实现:一种双层复合型聚合物基耐磨轴承的制备方法，包括如下步骤:(I)轴承内层料的制备:将甲苯二异氰酸酯加到氮气保护的聚己二酸乙二醇酯中，甲苯二异氰酸酯与聚己二酸乙二醇酯的质量比为40 65:35 60，于70 80°C反应2 3小时，得到聚氨酯的预聚物；将聚氨酯的预聚物、芳纶纤维、鳞片状导热石墨粉、丁二醇、二月桂酸二丁基锡、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、过氧化二苯甲酰和二甲基苯胺按质量比50 55:5 10:15 20:2:2:10:10:2混合均匀，密封条件下于25°C反应24小时后于100°C固化6小时，减压保持固化4小时，得到轴承内层料聚氨酯-聚甲基丙烯酸甲酯-聚苯乙烯互穿网络合金导热耐磨材料；(2)轴承外层料的制备:将共聚聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、短切导热碳纤维、鳞片状导热石墨粉和纳米导热碳粉按质量比54 59:8:8:10 15:10 15:5混合均匀，于160 220°C熔融挤出、切粒，得到轴承外层料聚丙烯基高刚导热复合材料；(3)共挤成型:将步骤(I)的轴承内层料和步骤(2)的轴承外层料按质量比分别于160 220°C共挤成型、再经机械切割，得到以聚氨酯-聚甲基丙烯酸甲酯-聚苯乙烯互穿网络合金导热耐磨材料为内层、聚丙烯基高刚导热复合材料为外层的双层复合型聚合物基耐磨轴承；步骤(I)中:所述的芳纶纤维和鳞片状导热石墨粉优选采用等离子表面处理仪进行辐照活化预处理；所述的鳞片状导热石墨粉优选采用丙酮分散硅烷偶联剂干处理I 2小时；步骤(2)中:所述的短切导热碳纤维和纳米导热碳粉优选采用丙酮分散硅烷偶联剂干处理I 2小时；所述的鳞片状导热石墨粉优选采用丙酮分散硅烷偶联剂干处理I 2小时；所述的熔融挤出、切粒优选在双螺杆挤出机中进行；步骤(3)中:所述的共挤成型优选在双层塑料管材挤出成型机组中进行；所述的内层的厚度为8 IOmm,优选为8mm ;所述的外层的厚度为2 4mm,优选为2mm ;所述的双层复合型聚合物基耐磨轴承的内径优选为40mm或45mm ；一种双层复合型聚合物基耐磨轴承，由上述制备方法得到；本专利技术的专利技术机理:本专利技术采用聚氨酯基互穿网络合金导热耐磨材料为内层料、聚丙烯基高刚导热复合材料为外层料，经双层塑料管材挤出成型机组共挤成型、再经机械切割制造出双层复合型聚合物基耐磨轴承。本专利技术以聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯作为合金相，有效的提高了材料的热塑加工性；聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯三者形成互穿网络可以拓宽合金的阻尼温度范围，赋予合金导热功能可以将因轴与轴承摩擦产生的热量尽快导走，提高轴承的耐热性和工作温度。本专利技术的聚丙烯基高刚导热复合材料由共聚聚丙烯与马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、偶联剂处理过的短切导热碳纤维、鳞片状导热石墨粉和纳米导热碳粉熔融共混制备而成，使用聚丙烯作为基体是因为聚丙烯具有很好的多层共挤加工性和尺寸精度，采用共聚聚丙烯和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物可以进一步降低聚丙烯的结晶收缩、提高轴承尺寸精度，使用短切导热碳纤维、鳞片状导热石墨粉和纳米导热碳粉作为复合导热填料，是因为三者分别是纤维状、片状和粉末状，可以在较低的填料下更好的搭接成导热网络，将热量尽快导走，使用马来酸酐接枝聚丙烯和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物作为相容剂可提高导热填料与聚丙烯、聚丙烯层和聚氨酯合金内层的界面粘结。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果:本专利技术对聚氨酯基互穿网络合金进行导热和热塑加工改性后作为轴承内层，可将轴承在摩擦过程中产生的热量尽快导走，提高耐热性和工作温度，也使材料更适于热塑性挤出成型，提高加工精度和降低制造成本。本专利技术用导热和低收缩改性的聚丙烯复合材料作为轴承外层，可将内层摩擦热尽快导走，并比现有软质轴承的成型精度更高，也使材料更适于热塑性挤出成型，提高加工精度和降低制造成本。制备得到的双层复合型聚合物基耐磨轴承具有轻质耐磨、阻尼隔振、耐腐蚀、无污染、成本低、精度高、寿命长等优点，可用于在船舶、泵、水电、风电和波力发电等行业有轴支承要求的设备中部分或全部替代传统的金属质轴承，也可完全替代这些应用中的单一聚合物材质轴承。附图说明图1是实施例1的双层复合型聚合物基耐磨轴承。图2是实施例1的双层复合型聚合物基耐磨轴承的结构示意图；其中:a—金属衬套、b—PP高刚导热复合材料、C—PU弹塑性耐磨材料、d—转轴。具体实施例方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1( I)功能填料的表面处理:采用等离子活化仪(等离子清洗实验设备EPT-02，苏州市奥普斯等离子体科技有限公司生产；下同。)辐照活化处理芳纶纤维和鳞片状导热石墨粉，以清洁表面同时活化其表面位点；用丙酮分散硅烷偶联剂干处理短切导热碳纤维、鳞片状导热石墨粉和纳米导热碳粉I小时；(2)轴承内层料的制备:将65g甲苯二异氰酸酯加到氮气保护的35g聚己二酸乙二醇酯中，于70°C反应2小时，得到聚氨酯的预聚物；将55g聚氨酯的预聚物、5g芳纶纤维、20g鳞片状导热石墨粉、2g 丁二醇、2g 二月桂酸二丁基锡、IOg甲基丙烯酸甲酯、IOg苯乙烯、2g过氧化二苯甲酰和IOg 二甲基苯胺混合均匀，密封置于25°C恒温箱反应24小时后于IOO0C固化6小时，再减压保持固化4小时，得到聚氨酯-聚甲基丙烯酸甲酯-聚苯乙烯互穿网络合金导热耐磨材料；(3)轴承外层料的制备:将59g共聚聚丙烯、8g马来酸酐接枝聚丙烯、8g马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、IOg短切导热碳纤维、IOg鳞片状导热石墨粉和5g纳米导热碳粉混合均匀，于160°C经双螺杆挤出机(型号为SHJ-36，南京杰亚挤出设备有限公司生产；下同。)熔融挤出、切粒，得到聚丙烯基高刚导热复合材料；(4)共挤成型:将80g轴承内层料和20g轴承外层料分别于160°C经双层塑料管材挤出成型机组(型号为SJZ51/105，张家港绿科机械科技有限公司生产；下同。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双层复合型聚合物基耐磨轴承的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）轴承内层料的制备：将甲苯二异氰酸酯加到氮气保护的聚己二酸乙二醇酯中，甲苯二异氰酸酯与聚己二酸乙二醇酯的质量比为40～65：35～60，于70～80℃反应2～3小时，得到聚氨酯的预聚物；将聚氨酯的预聚物、芳纶纤维、鳞片状导热石墨粉、丁二醇、二月桂酸二丁基锡、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、过氧化二苯甲酰和二甲基苯胺按质量比50～55：5～10：15～20：2：2：10：10：2混合均匀，密封条件下于25℃反应24小时后于100℃固化6小时，减压保持固化4小时，得到轴承内层料聚氨酯‑聚甲基丙烯酸甲酯‑聚苯乙烯互穿网络合金导热耐磨材料；（2）轴承外层料的制备：将共聚聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯‑辛烯共聚物、短切导热碳纤维、鳞片状导热石墨粉和纳米导热碳粉按质量比54～59：8：8：10～15：10～15：5混合均匀，于160～220℃熔融挤出、切粒，得到轴承外层料聚丙烯基高刚导热复合材料；（3）共挤成型：将步骤（1）的轴承内层料和步骤（2）的轴承外层料按质量比分别于160～220℃共挤成型、再经机械切割，得到以聚氨酯‑聚甲基丙烯酸甲酯‑聚苯乙烯互穿网络合金导热耐磨材料为内层、聚丙烯基高刚导热复合材料为外层的双层复合型聚合物基耐磨轴承。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林志丹，李卫，徐保峰，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44