CN114085493A - 推力关节轴承及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种推力关节轴承及其制备方法，包括轴承主体和衬垫；以总重量为100重量份计算，轴承主体含有以下组分：树脂原料，25～45重量份，包括环氧树脂、固化剂和促进剂，所述环氧树脂、固化剂和促进剂的重量比为100：(70～110):(0.5～1.5)；玻璃纤维，75～55重量份；衬垫通过经线和纬线编织制成，衬垫通过树脂原料粘接于轴承主体的内圈侧壁上。本发明制成关节轴承的密度小于由金属材料制成的关节轴承，且比强度大于由金属材料制成的关节轴承，有效降低轴承制造成本及有效对轴承进行减重，同时通过在关节轴承的内圈侧壁上粘接衬垫，使得本发明实施例关节轴承的干摩擦系数相对金属轴承降低了50％，有效提高关节轴承使用寿命，降低磨损率。
Description
技术领域
本发明涉及轴承制造的技术领域，具体涉及到一种推力关节轴承及其制备方法。
背景技术
关节轴承，是一种球面滑动轴承，其滑动接触表面是一个内球面和一个外球面，运动时可以在任意角度旋转摆动，它采用表面磷化、炸口、镶垫、喷涂等多种特殊工艺处理方法制作而成。关节轴承具有载荷能力大，抗冲击，抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好等特点。自润滑关节轴承通过在内球面和/或外球面上粘贴了自润滑织物衬垫后构成，通过增加自润滑织物衬垫后能有效降低关节轴承内球面与外球面相互间的机械磨损，提高耐磨性能。
上述自润滑关节轴承中的轴承主体的制备材料通常为金属材料，例如碳钢、不锈钢、轴承钢等。但是，近年来，随着金属材料的大量消耗和金属材料成本的增加，以高分子材料替代金属材料作为结构与功能零部件的技术取得了迅速的发展。现有公开专利号为CN102720758A，其公开了一种复合材料背衬水润滑橡胶轴承及其制备方法，使用环氧树脂与玻璃纤维的复合材料代替黄铜作为水润滑轴承外套，节省了大量的金属材料，降低了水润滑轴承产品的成本。
然而，上述公开技术中未对轴承主体中环氧树脂与玻璃纤维的比例做出限制，环氧树脂过低可能导致关节轴承在承受载荷时玻璃纤维产生断裂的现象发生，造成关节轴承的强度和使用寿命降低；且上述公开技术中采用橡胶材料作为轴承润滑层，所提出的丁腈橡胶、聚氨酯橡胶或丁苯橡胶仅能在100℃左右温度下长期使用，在高温高压下，橡胶润滑层易变形，易影响轴承的使用效率。
发明内容
针对现有技术所存在的不足，本发明目的在于提出一种推力关节轴承及其制备方法，具体方案如下：
本发明提供的推力关节轴承，包括轴承主体和衬垫；以总重量为100重量份计算，所述轴承主体含有以下组分：
树脂原料，25～45重量份，包括环氧树脂、固化剂和促进剂，所述环氧树脂、固化剂和促进剂的重量比为100：(70～110):(0.5～1.5)；
玻璃纤维，75～55重量份；
所述衬垫通过经线和纬线编织制成，所述衬垫通过所述树脂原料粘接于所述轴承主体的内圈侧壁上。
其中，树脂原料在轴承主体中主要起到固定玻璃纤维的作用，而玻璃纤维在轴承主体中作为承载单元，起骨架作用，相对金属材料玻璃纤维具有热膨胀系数小、重量轻、耐腐蚀等效果。以总重量为100重量份计算，当树脂原料小于25重量份时，难以对主体结构中的玻璃纤维进行完全固定，可能导致部分玻璃纤维处于游离状态，且在轴承主体承受载荷时，处于游离状态的玻璃纤维容易被拉断；当树脂原料大于45重量份时，可能导致轴承主体中的玻璃纤维的含量偏低，从而造成关节轴承的强度会随着树脂原料含量的增加而降低。优选地，树脂原料选用25～40重量份，包括环氧树脂、固化剂和促进剂，所述环氧树脂、固化剂和促进剂的重量比为100：(80～110):(1～1.5)；玻璃纤维选用75～60重量份。
进一步的，所述环氧树脂的环氧当量为179～195eq/100g；在25℃下，所述环氧树脂的粘度为5000～16000mPa.s。优选地，可采用环氧当量为184～195eq/100g的E-51型环氧树脂、环氧当量为179～192eq/100g的E-54型环氧树脂。
进一步的，所述玻璃纤维选自C-玻璃纤维、E-玻璃纤维、S-玻璃纤维的一种或多种。其中，C-玻璃纤维中的R2O含量为11.9～16.4％，为中碱玻璃纤维；E-玻璃纤维R2O含量小于0.8％，为无碱玻璃纤维；S-玻璃纤维为高强玻璃纤维；C-玻璃纤维耐酸性优于E-玻璃纤维，但C-玻璃纤维强度低于E-玻璃纤维和S-玻璃纤维，S-玻璃纤维强度高于E-玻璃纤维。对要求耐腐蚀性较高的作业环境，可选用C-玻璃纤维，例如：海水作业；要求强度较高的作业环境，可选用S-玻璃纤维，例如：大型基建作业；其他作业环境则可选用E-玻璃纤维。
进一步的，所述固化剂选自六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基纳狄克酸酐的一种或多种。本发明固化剂优选均为酸酐类固化剂，酸酐类固化剂同胺类固化剂相比具有挥发性小、皮肤刺激性较小的优点，酸酐类固化剂与环氧树脂配合量较大，二者混合后粘度较低，便于后期加入促进剂进行改性以降低成本。所述促进剂选自二甲基苯胺、2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚、咪唑类的一种或多种。本发明采用二甲基苯胺、2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚的促进剂与甲基四氢邻苯二甲酸酐的固化剂具有较好的相容性，咪唑类的促进剂与酸酐类固化剂的固化反应有较好的促进作用，所制成品固化产物的热变形温度可达135℃。
进一步的，所述经线为聚四氟乙烯纤维；所述纬线选自芳纶纤维、涤纶纤维、玻璃纤维、碳纤维、超高分子聚乙烯纤维和聚酰胺纤维中的一种或多种。其中，经线采用聚四氟乙烯纤维能有效降低关节轴承的干摩擦系数，聚四氟乙烯纤维在产生摩擦时，分子间会发生相对滑移与脱落，脱落的聚四氟乙烯会形成一层转移膜包裹在纬线表面，且聚四氟乙烯纤维的熔点为327℃，在对轴承增加自润滑效果基础上，可在高温高压下长期使用，不变形。衬垫通过将经线与纬线编织制成，经线与纬线的相互交织可防止聚四氟乙烯纤维及纬线纤维完全脱落，使得发生蠕变和转移的聚四氟乙烯可以牢固附着于衬垫表面。同时采用高拉伸强度的纤维作为纬线，有效提高衬垫在作业时的承载强度，确保衬垫不易变形。通过将聚四氟乙烯纤维和其他高拉伸强度纤维编织制成的衬垫，相对橡胶材料具有耐温耐压的效果，相对金属材料使干摩擦系数降低了50％，有效提高关节轴承使用寿命，降低磨损率。
进一步的，所述经线的纤维细度为200～500D，所述纬线的纤维细度为200～500D。优选地，所述经线的纤维细度为400～500D，所述纬线的纤维细度为400～500D。
进一步的，所述衬垫的厚度为1.5～2.5mm。优选地，所述衬垫的厚度为2mm。
进一步的，所述经线的编织密度为8～12根/厘米，所述纬线的编织密度为8～12根/厘米。优选地，所述经线的编织密度为10～12根/厘米，所述纬线的编织密度为10～12根/厘米。根据上述经线与纬线的纤维细度，400D用于表征9000m长纤维重400g，同理数字越大则纤维越粗，数字越小则纤维越细；聚四氟乙烯密度为2.14～2.2g/cm3，根据密度*体积＝重量，体积＝截面积*长度，可知400D聚四氟乙烯纤维粒径约为0.15mm，根据经线纬线编织密度，可知经线纬线相互间形成有空隙，空隙用于后续树脂原料填充，不仅能起到固化衬垫的作用，且通过树脂原料可将衬垫与轴承主体固定粘接形成一体。
本发明还提供上述推力关节轴承的制备方法，包括以下步骤：
将预先编织完成的衬垫铺设于模具表面，以及将玻璃纤维固定于缠绕机上；
按预设比例将环氧树脂、固化剂和促进剂依次加入搅拌釜中开始搅拌，待均匀后得到树脂原料，并将部分树脂原料均匀涂抹于衬垫背离模具一侧，将剩余树脂原料加入缠绕机中的过胶槽中，待用；
利用缠绕机将玻璃纤维依次经过过胶槽和刮胶轮后，缠绕于衬垫背离模具的一侧，以作为轴承主体；
将缠绕完成得到的轴承主体经固化、表面加工、脱模后，得到所述关节轴承。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明关节轴承的密度小于由金属材料制成的关节轴承，且比强度大于由金属材料制成的关节轴承，有效降低轴承制造成本及有效对轴承进行减重。通过在关节轴承的内圈侧壁上粘接衬垫，使得本发明实施例关节轴承的干摩擦系数相对金属轴承降低了50％，有效提高关节轴承使用寿命，降低磨损率。
具体实施方式
下面通过实施例的方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
本实施例中检测项目及检测方法包括：
玻璃纤维游离度：目视
密度：电子固体密度计MH-300A型号
抗拉强度：拉伸强度试验机WJ-L-2T型号
比强度：抗拉强度/密度，
干摩擦系数：滑动轴承摩擦学性能试验机MPB-20型号
本实施例中各组分的具体材料如下：
环氧树脂：南通星辰合成材料有限公司，E-51型，环氧当量为184～195eq/100g；
固化剂：安徽新远化工有限公司，甲基四氢邻苯二甲酸酐
促进剂：国药集团化学试剂有限公司，2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚
玻璃纤维：九江东诚玻璃纤维有限公司，4000型号，无碱玻璃纤维
经线：山东森荣，聚四氟乙烯长丝纤维，400D
纬线：杭州宏轩，芳纶1313，400D
实施例1-5
依照表1列出的原料组分和含量，按如下方法制备：
步骤01，将预先编织完成的衬垫铺设于模具表面，以及将玻璃纤维固定于缠绕机上；其中，预先编织完成的衬垫中经线与纬线的编织密度均为10根/厘米，且编织制成所得衬垫厚度为2mm。
步骤02，按预设比例将环氧树脂、固化剂和促进剂依次加入搅拌釜中开始搅拌，待均匀后得到树脂原料，并将部分树脂原料均匀涂抹于衬垫背离模具一侧，将剩余树脂原料加入缠绕机中的过胶槽中，待用；其中，环氧树脂为100重量份，固化剂为80重量份，促进剂为1重量份。
步骤03，利用缠绕机将玻璃纤维依次经过过胶槽和刮胶轮后，缠绕于衬垫背离模具的一侧，以作为轴承主体；
步骤04，将步骤03缠绕完成得到的轴承主体经固化、表面加工、脱模后，得到所述关节轴承。
表1
对比例中不锈钢、碳钢、轴承钢通过市售方式购买得到，具体的，对比例1中的不锈钢为无锡泽中特钢有限公司的不锈钢316，对比例2中的碳钢为无锡泉建金属制品有限公司的碳钢Q235，对比例3中的轴承钢为嘉平钢铁科技(宁波)有限公司的轴承钢GCr15。
其中，针对实施例1-5，玻璃纤维游离度、密度及比强度为对轴承主体的测试数据，且玻璃纤维游离度的合格标准为30Mpa机械载荷下，玻璃纤维不发生游离移动，干摩擦系数为对衬垫的测试数据。
由此可见，本发明实施例1的密度与比强度在实施例1-5最高，但由于树脂原料质量分数低于25％，导致轴承主体在作业时无法固定玻璃纤维，导致玻璃纤维存在游离移动现象，从而影响轴承主体的使用寿命；实施例5由于玻璃纤维质量分数随着树脂原料质量分数的增大而减少，从而导致实施例5在实施例1-5中密度与比强度最低；但实施例1-5中高分子材料制成关节轴承的密度均小于由金属材料制成的关节轴承，且比强度均大于对比例1-3由金属材料制成的关节轴承，有效降低轴承制造成本及有效对轴承进行减重。通过在关节轴承的内圈侧壁上粘接衬垫，使得本发明实施例关节轴承的干摩擦系数相对金属轴承降低了50％，有效提高关节轴承使用寿命，降低磨损率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种推力关节轴承，其特征在于，包括轴承主体和衬垫；
以总重量为100重量份计算，所述轴承主体含有以下组分：
树脂原料，25～45重量份，包括环氧树脂、固化剂和促进剂，所述环氧树脂、固化剂和促进剂的重量比为100：(70～110):(0.5～1.5)；
玻璃纤维，75～55重量份；
所述衬垫通过经线和纬线编织制成，所述衬垫通过所述树脂原料粘接于所述轴承主体的内圈侧壁上。
2.根据权利要求1所述的推力关节轴承，其特征在于，所述环氧树脂的环氧当量为179～195eq/100g；
在25℃下，所述环氧树脂的粘度为5000～16000mPa.s。
3.根据权利要求1所述的推力关节轴承，其特征在于，所述玻璃纤维选自C-玻璃纤维、E-玻璃纤维、S-玻璃纤维的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的推力关节轴承，其特征在于，所述固化剂选自六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基纳狄克酸酐的一种或多种；所述促进剂选自二甲基苯胺、2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚、咪唑类的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的推力关节轴承，其特征在于，所述经线为聚四氟乙烯纤维；所述纬线选自芳纶纤维、涤纶纤维、玻璃纤维、碳纤维、超高分子聚乙烯纤维和聚酰胺纤维中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的推力关节轴承，其特征在于，所述经线的纤维细度为200～500D，所述纬线的纤维细度为200～500D。
7.根据权利要求1所述的推力关节轴承，其特征在于，所述衬垫的厚度为1.5～2.5mm。
8.根据权利要求1所述的推力关节轴承，其特征在于，所述经线的编织密度为8～12根/厘米，所述纬线的编织密度为8～12根/厘米。
9.根据权利要求1所述的推力关节轴承，其特征在于，以总重量为100重量份计算，所述轴承主体含有以下组分：
树脂原料，25～40重量份，包括环氧树脂、固化剂和促进剂，所述环氧树脂、固化剂和促进剂的重量比为100：(80～110):(1～1.5)；
玻璃纤维，75～60重量份。
10.一种推力关节轴承的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将预先编织完成的衬垫铺设于模具表面，以及将玻璃纤维固定于缠绕机上；
按预设比例将环氧树脂、固化剂和促进剂依次加入搅拌釜中开始搅拌，待均匀后得到树脂原料，并将部分树脂原料均匀涂抹于衬垫背离模具一侧，将剩余树脂原料加入缠绕机中的过胶槽中，待用；
利用缠绕机将玻璃纤维依次经过过胶槽和刮胶轮后，缠绕于衬垫背离模具的一侧，以作为轴承主体；
将缠绕完成得到的轴承主体经固化、表面加工、脱模后，得到所述关节轴承。
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