熱塑性聚醯亞胺潤滑減摩多相材料及其製備方法
2023-10-08 01:32:14 1
專利名稱：熱塑性聚醯亞胺潤滑減摩多相材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種潤滑減摩多相材料及其製備方法，尤其涉及一種採用耐高溫熱塑性聚醯亞胺材料作為骨架材料並填充入潤滑脂的新型潤滑減摩多相材料及其製備方法，以適應高溫高速的工況要求。
背景技術：
隨著汽車工業、精密機械和航空航天等領域的發展，滑動或滾動零部件高速運行下要求具有持久的穩定性。通過篩選不同基體材料及複合改性等手段優化材料摩擦磨損性能效果有限。潤滑條件下，潤滑劑產生的油膜可使幹摩擦轉化為潤滑劑分子間的內摩擦，達到減摩耐磨作用。但在高溫高速環境中，潤滑劑物理性質會發生改變。潤滑油的揮發和潤滑脂的軟化、粘度降低，可引起部件運轉的異常磨損或燒結。因此，在苛刻的環境中，選擇合適的基體材料和新型減摩潤滑技術成為關鍵。
中國專利[申請公開號CN1428407A]發明了一種耐久性、低轉矩好的軸承潤滑油，其由飽和脂肪醇和脂肪族羧酸構成。該油具有較低的運動粘度，良好的蒸發性能，其可廣泛應用於低速轉動軸承。但潤滑油普遍採用浸潤、塗敷接觸表面和多孔滲透等方式進行潤滑。在高速剪切下，油受到較大離心力，可使得接觸面的油膜薄且厚度不均勻，同時摩擦產生的高溫可引起潤滑油的蒸發，從而影響軸承等部件在運轉過程中的穩定性。
美國專利[專利申請號US20040248746]研製了一種應用於高速旋轉軸承的潤滑油，其由多種非乾性植物油組成。該油具有耐熱、耐化學溶劑和高穩定性。將該油浸存於聚醯亞胺多孔保持架，高速旋轉時能夠穩定地釋放潤滑油，從而形成合適的油膜；同時，潤滑油的蒸髮帶走了摩擦熱，降低了接觸面溫度。但在高速環境中，因潤滑油粘度較低使得該油保持能力偏低，容易產生缺油現象。
美國專利[專利申請號US20030027731]發明了一種耐高溫、高速和高承載力的潤滑脂。其除了基礎油外，包含了有機金屬鹽，環烴酸鹽和琥珀酸等。該潤滑脂在高速和高負荷下具有良好的高溫持久性能。但潤滑脂具有較高的粘度，難以直接使其鋪展在接觸面；因而其主要採用密封裝置將其充滿轉動系統，但該方法不利於潤滑劑的清理、補充和更新。
中國專利[申請公開號CN1283256A]涉及了一種滾動軸承保持架及其潤滑減摩技術。該保持架中包含多個保持杆用於存儲潤滑脂。在軸承高速旋轉過程中，保持杆能夠使潤滑脂保持在潤滑部分，提高了脂的使用效率。同時，潤滑脂能夠逐漸釋放其油脂成分，以確保持久的潤滑能力。在高速運轉過程中，保持杆雖然增加了潤滑脂的潤滑效果，但其仍需要間斷補充潤滑劑，高溫下的潤滑穩定性依然沒有保證。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是在高溫高速環境中，部件相對運動面內的潤滑劑易揮發，油膜厚度和油釋放速率不穩定等問題，提出一種採用耐高溫熱塑性聚醯亞胺多孔材料作為骨架，高滴點潤滑脂作為潤滑劑，利用高溫真空滲透方法將潤滑脂含入材料孔隙中，構成潤滑減摩多相材料，本發明的另一個目的是提供上述多相材料的製備方法。
本發明的技術方案為採用耐高溫熱塑性聚醯亞胺多孔材料作為骨架，高滴點潤滑脂作為潤滑劑，利用高溫真空滲透方法將潤滑脂含入材料孔隙中，構成潤滑減摩多相材料，潤滑脂包覆在材料內部，有效防止了氧化失效；摩擦過程中，通過熱膨脹係數差異和離心作用，使其在接觸面形成穩定的潤滑膜。同時摩擦面的不斷更新保證了潤滑的長效性。
具體的技術方案為一種熱塑性聚醯亞胺潤滑減摩多相材料，其特徵在於由熱塑性聚醯亞胺多孔材料及其填充入潤滑脂組成，該多相材料的基本性能為孔隙率 10～30％含油率 10～30％摩擦係數0.04～0.08體積磨損率 3.8～7.5×10-14m3/(N·m)熱失重(300℃) 3～8％其中上述潤滑脂的用量為熱塑性聚醯亞胺多孔材料體積的15％～35％。上述的熱塑性聚醯亞胺多孔材料的基本性能拉伸強度35～50MPa，平均孔徑1微米，孔隙率10～30％，其具有良好的耐熱性、耐腐蝕、力學性能等；該熱塑性聚醯亞胺多孔材料的製備方法參見本發明人申請的中國專利[申請公開號CN1807510A，申請號200610038175.7]熱塑性聚醯亞胺微孔材料及製備工藝，其採用聚醯亞胺和固體造孔劑溼法混合的冷壓燒結的製備工藝，其中熱塑性聚醯亞胺為熱塑性聚醯亞胺樹脂的基本性能為彎曲強度150～190MPa，拉伸強度70～110MPa，玻璃化溫度為≥250℃，衝擊強度20～50kJ/m2，優選常州廣成新型塑料有限公司生產的GCPITM粉料，其不僅具有優異的耐熱性能、力學、介電、耐腐及抗輻射等性能，還表現出卓越的熱加工特性。所述的潤滑脂是高滴點鋰基潤滑脂、膨潤土基潤滑脂、脲基潤滑脂或醯胺鹽潤滑脂的一種或者幾種的混合物，其滴點為200～270℃，粘度為800～1500Pa·s。
本發明還提供了上述的多相材料的製備方法，其步驟如下採用熱塑性聚醯亞胺作為多孔骨架材料，採用乙醇或丙酮溶劑清洗孔道；將潤滑脂均勻地塗在多孔骨架材料表面，放置在真空恆溫裝置中，加熱滲透，保溫，自然降溫，取出後將材料表面的多餘潤滑脂除去。
上述真空恆溫裝置中真空度為0.01～0.1bar，滲透溫度為200～270℃，保溫時間4～10h。
其中上述潤滑脂的用量為熱塑性聚醯亞胺多孔材料體積的15％～35％。上述的熱塑性聚醯亞胺多孔材料的基本性能拉伸強度35～50MPa，平均孔徑為2～11μm，孔隙率10～30％，其具有良好的耐熱性、耐腐蝕、力學性能等；該熱塑性聚醯亞胺多孔材料的製備方法參見本發明人申請的中國專利[申請公開號CN1807510A，申請號200610038175.7]熱塑性聚醯亞胺微孔材料及製備工藝，其採用聚醯亞胺和固體造孔劑溼法混合的冷壓燒結的製備工藝，其中熱塑性聚醯亞胺為熱塑性聚醯亞胺樹脂的基本性能為彎曲強度150～190MPa，拉伸強度70～110MPa，玻璃化溫度為≥250℃，衝擊強度20～50kJ/m2，優選常州廣成新型塑料有限公司生產的GCPITM粉料，其不僅具有優異的耐熱性能、力學、介電、耐腐及抗輻射等性能，還表現出卓越的熱加工特性。所述的潤滑脂是高滴點鋰基潤滑脂、膨潤土基潤滑脂、脲基潤滑脂和醯胺鹽潤滑脂的一種或者混合物，其滴點為200～270℃，粘度為800～1500Pa·s。
本發明所製備的熱塑性聚醯亞胺潤滑減摩多相材料，保存過程中，潤滑脂包覆在材料內部，有效防止了氧化失效；摩擦過程中，通過熱膨脹係數差異和離心作用，使其在接觸面形成穩定的潤滑膜。同時摩擦面的不斷更新保證了潤滑的長效性。
有益效果本發明採用熱塑性聚醯亞胺製備多孔骨架材料，其具有耐高溫、耐溶劑和多孔支架結構，廣泛應用於航天航空、醫用材料及精密機械等領域。該材料通過填充高滴點的潤滑脂，在高溫高速環境中，由於材料和潤滑脂熱膨脹係數的差異和離心作用，潤滑脂能夠被穩定地釋放使得其在摩擦面上形成穩定厚度的潤滑膜；同時，因潤滑脂具有良好的粘度和耐高溫性能，其具有較高的油保持能力。因此，有效地降低了材料摩擦係數和磨損率，其中300℃時潤滑脂的熱失重為3～8％，摩擦係數為0.04～0.08，體積磨損率為3.8～7.5×10-14m3/(N·m)；同時，調節潤滑脂的粘度能夠控制油膜的厚度和潤滑脂的釋放速率。
具體實施例方式
實施例1
先用乙醇將聚醯亞胺多孔材料清洗孔道，然後將鋰基潤滑脂均勻地塗敷在聚醯亞胺多孔材料(孔隙率為10％)表面，該脂的用量為材料體積的15％。置於真空恆溫裝置，真空度0.08bar，滲透溫度200℃，保溫時間8h。得到的多相材料根據國標測試體積含油率為10％，摩擦係數為0.04～0.05，體積磨損率為6.61×10-14m3/(N·m)，熱失重為6％。
實施例2先用丙酮將聚醯亞胺多孔材料清洗孔道，然後將膨潤土基潤滑脂均勻地塗敷在聚醯亞胺多孔材料(孔隙率為15％)表面，該脂的用量為材料體積的20％。置於真空恆溫裝置，真空度0.1bar，滲透溫度270℃，保溫時間4h。得到的多相材料根據國標測試體積含油率為15％，摩擦係數0.05～0.06，體積磨損率5.41×10-14m3/(N·m)，熱失重為8％。
實施例3先用丙酮將聚醯亞胺多孔材料清洗孔道，然後將脲基潤滑脂均勻地塗敷聚醯亞胺多孔材料(孔隙率為20％)表面，該脂的用量為材料體積的25％。置於真空恆溫裝置，真空度0.01bar，滲透溫度250℃，保溫時間10h。得到的多相材料根據國標測試體積含油率為20％，摩擦係數0.06～0.07，體積磨損率5.01×10-14m3/(N·m)，熱失重為3％。
實施例4先用乙醇將聚醯亞胺多孔材料清洗孔道，然後將將醯胺鹽潤滑脂均勻地塗敷聚醯亞胺多孔材料(孔隙率為30％)表面，該脂的用量為材料體積的35％。置於真空恆溫裝置，真空度0.04bar，浸油溫度200℃，保溫時間6h。得到的多相材料根據國標測試體積含油率為30％，摩擦係數0.04～0.06，體積磨損率4.5×10-14m3/(N·m)，熱失重為5％。
實施例5先用乙醇將聚醯亞胺多孔材料清洗孔道，然後將鋰基潤滑脂和膨潤土基潤滑脂混合物均勻地塗敷在聚醯亞胺多孔材料(孔隙率為25％)表面，該脂的用量為材料體積的30％。置於真空恆溫裝置，真空度0.09bar，滲透溫度220℃，保溫時間5h。得到的多相材料根據國標測試體積含油率為25％，摩擦係數0.07～0.08，體積磨損率7.5×10-14m3/(N·m)，熱失重為4％。
實施例6先用丙酮將聚醯亞胺多孔材料清洗孔道，然後將鋰基潤滑脂和脲基潤滑脂混合物均勻地塗敷在聚醯亞胺多孔材料(孔隙率為17％)表面，該脂的用量為材料體積的22％。置於真空恆溫裝置，真空度0.04bar，滲透溫度200℃，保溫時間7h。得到的多相材料根據國標測試體積含油率為17％，摩擦係數0.05.5～0.06，體積磨損率6.5×10-14m3/(N·m)，熱失重為7％。
實施例7先用乙醇將聚醯亞胺多孔材料清洗孔道，然後將膨潤土基潤滑脂和脲基潤滑脂混合物均勻地塗敷在聚醯亞胺多孔材料(孔隙率為13％)表面，該脂的用量為材料體積的18％。置於真空恆溫裝置，真空度0.05bar，滲透溫度260℃，保溫時間6h。得到的多相材料根據國標測試體積含油率為13％，摩擦係數0.05～0.05.5，體積磨損率4.8×10-14m3/(N·m)，熱失重為6.5％。
實施例8先用乙醇將聚醯亞胺多孔材料清洗孔道，然後將醯胺鹽潤滑脂和脲基潤滑脂混合物均勻地塗敷在聚醯亞胺多孔材料(孔隙率為23％)表面，該脂的用量為材料體積的28％。置於真空恆溫裝置，真空度0.03bar，滲透溫度230℃，保溫時間5h。得到的多相材料根據國標測試體積含油率為23％，摩擦係數0.045～0.05，體積磨損率3.8×10-14m3/(N·m)，熱失重為7.5％。
權利要求
1.一種熱塑性聚醯亞胺潤滑減摩多相材料，其特徵在於由熱塑性聚醯亞胺多孔材料及其填充入潤滑脂組成，該多相材料的基本性能為孔隙率 10～30％含油率 10～30％摩擦係數 0.04～0.08體積磨損率 3.8～7.5×10-14m3/(N·m)熱失重(300℃) 3～8％。
2.根據權利要求1所述的多相材料，其特徵在於潤滑脂的用量為熱塑性聚醯亞胺多孔材料體積的15％～35％。
3.根據權利要求1所述的多相材料，其特徵在於所述的熱塑性聚醯亞胺多孔材料的基本性能拉伸強度35～50MPa，平均孔徑1μm，孔隙率10～30％，其具有良好的耐熱性、耐腐蝕和力學性能。
4.根據權利要求1所述的多相材料，其特徵在於所述的潤滑脂是高滴點鋰基潤滑脂、膨潤土基潤滑脂、脲基潤滑脂或醯胺鹽潤滑脂的一種或者幾種的混合物，其滴點為200～270℃，粘度為800～1500Pa·s。
5.一種如權力要求1所述的多相材料的製備方法，其步驟如下採用熱塑性聚醯亞胺作為多孔骨架材料，採用乙醇或丙酮溶劑清洗孔道；再將潤滑脂均勻地塗在多孔材料表面，放置在真空恆溫裝置中，加熱滲透，保溫，自然降溫，取出後將材料表面的多餘潤滑脂除去。
6.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於潤滑脂的用量為熱塑性聚醯亞胺多孔材料體積的15％～35％。
7.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於真空恆溫裝置中真空度為0.01～0.1bar，滲透溫度為200～270℃，保溫時間4～10h。
全文摘要
本發明涉及一種潤滑減摩多相材料及其製備方法，尤其涉及一種採用耐高溫熱塑性聚醯亞胺材料作為骨架材料並填充入潤滑脂的新型潤滑減摩多相材料及其製備方法。本發明採用耐高溫熱塑性聚醯亞胺多孔材料作為骨架，高滴點潤滑脂作為潤滑劑，利用高溫真空滲透方法將潤滑脂含入材料孔隙中，構成潤滑減摩多相材料，潤滑脂包覆在材料內部，有效防止了氧化失效；摩擦過程中，通過熱膨脹係數差異和離心作用，使其在接觸面形成穩定的潤滑膜；同時摩擦面的不斷更新保證了潤滑的長效性，以適應高溫高速的工況要求。
文檔編號C10N30/06GK1952092SQ200610096778
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月16日 優先權日2006年10月16日
發明者黃培, 朱鵬, 王曉東, 閆普選 申請人:南京工業大學