CN115572409A - 一种提高含油轴承多孔保持架材料耐磨性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于轴承保护技术领域，提供了一种提高含油轴承多孔保持架材料耐磨性的方法。本发明通过氧化自聚合反应在轴承多孔保持架材料生成聚多巴胺；由于聚多巴胺表面具有大量的酚羟基和氨基等活性基团，能够与乙烯基硅烷偶联剂中的硅氧键发生水解反应，在轴承多孔保持架材料的表面实现双键(乙烯基)的引入。本发明的油凝胶预聚体中的乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂在催化剂作用下，发生硅氢加成反应，生成三维骨架孔隙结构，该三维骨架孔隙结构还具有亲油性，能够将润滑油牢固地“锚固”在三维骨架孔隙结构中，形成油凝胶，油凝胶的存在能够提高轴承多孔保持架材料的润滑性和承载力，降低了轴承多孔保持架材料的摩擦系数，提高耐磨性。

Description

一种提高含油轴承多孔保持架材料耐磨性的方法
技术领域
本发明涉及轴承保护技术领域，尤其涉及一种提高含油轴承多孔保持架材料耐磨性的方法。
背景技术
含油轴承多孔保持架利用其内部孔隙结构可以实现润滑油的存储，在不需要外在供油设备的前提下可实现自循环式储油供油，具有高精度、高可靠、长寿命和免维护特点，在航空、航天、高端装备等领域具有重要应用。
然而，由于轴承运转过程中不可避免地发生摩擦磨损，在含油轴承多孔保持架兜孔和引导面处常会出现磨损发黑现象，这主要归因于孔隙结构的存在，使得含油轴承多孔保持架在与滚珠、内外圈接触中发生较大的应力集中，导致含油轴承多孔保持架的磨损和润滑油的碳化，当磨损发生到一定程度后，不仅会使得轴承不稳定运转影响轴承精度，而且过多的油泥会进一步恶化轴承润滑状态，导致轴承失效。因此，解决含油轴承多孔保持架的磨损问题至关重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高含油轴承多孔保持架材料耐磨性的方法。本发明提供的方法能够提高含油轴承多孔保持架材料的磨损性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种提高含油轴承多孔保持架材料耐磨性的方法，包括以下步骤：
将轴承多孔保持架材料浸渍于盐酸多巴胺溶液中，进行氧化自聚合反应，得到包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料；
将所述包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料浸渍于乙烯基硅烷偶联剂溶液中，进行接枝反应，得到表面接枝双键的轴承多孔保持架材料；
将所述表面接枝双键的轴承多孔保持架材料浸渍于油凝胶预聚体后，进行固化反应，实现含油轴承多孔保持架材料耐磨性的提高；
所述油凝胶预聚体包括油凝胶主体和催化剂；所述油凝胶主体包括润滑油、乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂；
所述催化剂为硅氢加成催化剂。
优选地，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为1～5g/L；所述氧化自聚合反应的时间为12～24h。
优选地，所述乙烯基硅烷偶联剂溶液中乙烯基硅烷偶联剂包括甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、二甲基乙氧基甲酰氧基硅烷和乙烯基三异丙氧基硅烷中的一种或多种。
优选地，所述乙烯基硅烷偶联剂溶液的质量浓度为1～10％；所述接枝反应的时间为1～5h。
优选地，所述乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷的分子量为500～50000g/mol。
优选地，所述交联剂包括硅烷，所述硅烷至少含有三个硅氢键。
优选地，所述交联剂包括四(二甲基硅氧基)硅烷。
优选地，所述硅氢加成催化剂包括铂-乙烯基硅氧烷络合物、铑-乙烯基硅氧烷络合物和钯-乙烯基硅氧烷络合物中的一种或多种。
优选地，所述油凝胶主体中润滑油的质量分数为30％～70％，乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂的总质量分数为70％～30％；所述交联剂中硅氢基团与乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷中双键的摩尔比为1：1～2：1；
以过渡金属原子计，所述硅氢加成催化剂在所述油凝胶预聚体中的质量含量为0.5～10ppm。
优选地，所述固化反应的温度为70～90℃，时间为12～24h。
本发明提供了一种提高含油轴承多孔保持架材料耐磨性的方法，包括以下步骤：将轴承多孔保持架材料浸渍于盐酸多巴胺溶液中，进行氧化自聚合反应，得到包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料；将所述包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料浸渍于乙烯基硅烷偶联剂溶液中，进行接枝反应，得到表面接枝双键的轴承多孔保持架材料；将所述表面接枝双键的轴承多孔保持架材料浸渍于油凝胶预聚体后，进行固化反应，实现含油轴承多孔保持架材料耐磨性的提高；所述油凝胶预聚体包括油凝胶主体和催化剂；所述油凝胶主体包括润滑油、乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂；所述催化剂为硅氢加成催化剂。
本发明的方法通过氧化自聚合反应在轴承多孔保持架材料生成聚多巴胺，粘附于轴承多孔保持架材料表面；由于聚多巴胺表面具有大量的酚羟基和氨基，具有很强的黏附性能，可以很好地黏附在轴承多孔保持架材料上。另外，表面粘附聚多巴胺层的轴承多孔保持架材料，利用聚多巴胺大量的酚羟基和氨基，作为二次反应平台，与乙烯基硅烷偶联剂中的硅氧键发生水解反应，在轴承多孔保持架材料的表面实现双键(乙烯基)的引入。本发明的油凝胶预聚体包括油凝胶主体和催化剂；所述油凝胶主体包括润滑油、乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂；所述催化剂为硅氢加成催化剂；乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂在催化剂作用下，发生硅氢加成反应，生成三维骨架孔隙结构，该三维骨架孔隙结构具有优异的亲油性，能够将润滑油牢固地“锚固”在三维骨架孔隙结构中，形成油凝胶；同时，在油凝胶固化过程中，表面接枝双键的轴承多孔保持架材料表面的双键参与凝胶化反应，因而使得油凝胶与多孔保持架表面通过共价键连接，保证了油凝胶层可以稳定、牢固地结合在轴承多孔保持架材料的孔隙表面。油凝胶的存在能够提高轴承多孔保持架材料的润滑性和承载力，在摩擦过程中能够充当“边界润滑层”避免了轴承多孔保持架材料与金属对偶的直接接触，从而降低轴承多孔保持架材料的摩擦系数，提高耐磨性，对于延长轴承多孔保持架材料的使用寿命，提高轴承运行精度和可靠性具有重要作用。本发明的方法操作简便，在不改变轴承多孔保持架材料内部孔隙结构、不降低轴承多孔保持架材料机械强度的前提下，实现了轴承多孔保持架材料的低摩擦、高耐磨。
具体实施方式
本发明提供了一种提高含油轴承多孔保持架材料耐磨性的方法，包括以下步骤：
将轴承多孔保持架材料浸渍于盐酸多巴胺溶液中，进行氧化自聚合反应，得到包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料；
将所述包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料浸渍于乙烯基硅烷偶联剂溶液中，进行接枝反应，得到表面接枝双键的轴承多孔保持架材料；
将所述表面接枝双键的轴承多孔保持架材料浸渍于油凝胶预聚体后，进行固化反应，实现含油轴承多孔保持架材料耐磨性的提高；
所述油凝胶预聚体包括油凝胶主体和催化剂；所述油凝胶主体包括润滑油、乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂；
所述催化剂为硅氢加成催化剂。
在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
本发明将轴承多孔保持架材料浸渍于盐酸多巴胺溶液中，进行氧化自聚合反应，得到包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料。
在本发明中，所述轴承多孔保持架材料在提高含油轴承多孔保持架材料耐磨性之前，优选进行预处理；所述预处理优选包括清洗和干燥；所述清洗的试剂优选包括石油醚；本发明对所述清洗的试剂和清洗的试剂的用量不做具体限定，只要能够将轴承多孔保持架材料表面的油脂等污染物质清洗干净即可。
在本发明中，所述轴承多孔保持架材料优选包括多孔聚酰亚胺材料和/或多孔酚醛层压布材料。
在本发明中，所述盐酸多巴胺溶液的溶剂优选为Tris-HCl缓冲液；所述Tris-HCl缓冲液的pH值优选为8.5。在本发明中，所述盐酸多巴胺溶液的浓度优选为1～5g/L，进一步优选为2～4g/L，更优选为2.5～3g/L。
在本发明中，所述氧化自聚合反应的温度优选为室温，即既不需要额外加热也不需要额外降温；所述氧化自聚合反应的时间优选为12～24h。
所述氧化自聚合反应后，本发明优选还包括将进行了氧化自聚合反应的轴承多孔保持架材料进行清洗和干燥。
本发明的盐酸多巴胺通过发生氧化自聚合，生成聚多巴胺，粘附于轴承多孔保持架材料的表面。由于聚多巴胺表面含有大量的活性基团酚羟基和氨基，具有很强的黏附性能，能够很好地粘附于轴承多孔保持架材料的表面。
得到包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料后，本发明将所述包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料浸渍于乙烯基硅烷偶联剂溶液中，进行接枝反应，得到表面接枝双键的轴承多孔保持架材料。
在本发明中，所述乙烯基硅烷偶联剂溶液中乙烯基硅烷偶联剂优选包括甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、二甲基乙氧基甲酰氧基硅烷和乙烯基三异丙氧基硅烷中的一种或多种。在本发明中，所述乙烯基硅烷偶联剂溶液的溶剂优选包括乙醇。在本发明中，所述乙烯基硅烷偶联剂溶液的质量浓度优选为1～10％，进一步优选为2～8％，更优选为4～6％。
在本发明中，所述接枝反应的温度优选为室温，即既不需要额外加热也不需要额外降温；所述接枝反应的时间优选为1～5h。
所述接枝反应后，本发明优选还包括将进行了接枝反应的轴承多孔保持架材料进行清洗和干燥。
本发明将所述包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料浸渍于乙烯基硅烷偶联剂溶液中，利用聚多巴胺大量的活性基团酚羟基和氨基，作为二次反应平台，与乙烯基硅烷偶联剂中的硅氧键发生水解反应，实现在轴承多孔保持架材料的表面引入双键(乙烯基)。
得到表面接枝双键的轴承多孔保持架材料后，本发明将所述表面接枝双键的轴承多孔保持架材料浸渍于油凝胶预聚体后，进行固化反应，实现含油轴承多孔保持架材料耐磨性的提高。
在本发明中，所述油凝胶预聚体包括油凝胶主体和催化剂。
在本发明中，所述油凝胶主体包括润滑油、乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂。在本发明中，所述润滑油优选为商用润滑油；所述润滑油的型号优选根据工况进行选择。在本发明中，所述乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷的分子量优选为500～50000g/mol。在本发明中，所述交联剂优选包括硅烷，所述硅烷优选至少含有三个硅氢键；所述交联剂优选包括四(二甲基硅氧基)硅烷。在本发明中，所述油凝胶主体中润滑油的质量分数优选为30％～70％，乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂的总质量分数优选为70％～30％；所述交联剂中硅氢基团与乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷中双键的摩尔比优选为1：1～2：1。
在本发明中，所述催化剂为硅氢加成催化剂；所述硅氢加成催化剂优选包括过渡金属。在本发明中，所述硅氢加成催化剂优选包括铂-乙烯基硅氧烷络合物、铑-乙烯基硅氧烷络合物和钯-乙烯基硅氧烷络合物中的一种或多种。在本发明中，以过渡金属原子计，所述硅氢加成催化剂在所述油凝胶预聚体中的质量含量优选为0.5～10ppm。
在本发明中，所述油凝胶预聚体的制备方法优选包括以下步骤：
将润滑油、乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂混合，得到油凝胶主体；
将所述油凝胶主体和催化剂混合，得到所述油凝胶预聚体。
在本发明中，所述润滑油、乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂混合及所述油凝胶主体和催化剂混合均优选在搅拌的条件下进行。
在本发明中，所述表面接枝双键的轴承多孔保持架材料在油凝胶预聚体中的浸渍时间优选为1～5min，进一步优选为2～4min。
所述固化反应前，本发明优选还包括将浸渍了油凝胶预聚体的轴承多孔保持架材料取出。
在本发明中，所述固化反应的温度优选为70～90℃，进一步优选为80℃；时间优选为12～24h。
本发明的油凝胶预聚体中的乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂在催化剂作用下，发生硅氢加成反应，生成三维骨架孔隙结构，该三维骨架孔隙结构具有优异的亲油性，能够将润滑油牢固地“锚固”在三维骨架孔隙结构中，形成油凝胶，油凝胶的存在能够提高轴承多孔保持架材料的润滑性和承载力，在摩擦过程中能够充当“边界润滑层”避免了轴承多孔保持架材料与金属对偶的直接接触，从而降低轴承多孔保持架材料的摩擦系数，提高耐磨性，对于延长轴承多孔保持架材料的使用寿命，提高轴承运行精度和可靠性具有重要作用。同时，在油凝胶固化过程中，表面接枝双键的轴承多孔保持架材料表面的双键参与凝胶化反应，因而使得油凝胶与多孔保持架表面通过共价键连接，保证了油凝胶层可以稳定、牢固地结合在轴承多孔保持架材料的孔隙表面。本发明的方法操作简便，在不改变轴承多孔保持架材料内部孔隙结构、不降低轴承多孔保持架材料机械强度的前提下，提高了轴承多孔保持架材料的低摩擦、高耐磨。
下面结合实施例对本发明提供的提高含油轴承多孔保持架材料耐磨性的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将清洗干燥后的多孔聚酰亚胺保持架材料置于50mL的Tris-HCl缓冲液中(pH值为8.5)，加入125mg的盐酸多巴胺，常温搅拌反应24h，取出后清洗干燥，得到包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料；然后将包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料浸入浓度为5wt％的甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷乙醇溶液中，反应2h，取出后清洗干燥，得到表面接枝双键的轴承多孔保持架材料。
(2)取分子量为17200g/mol的乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷20.0g、PAO-4基础油20.2g、四(二甲基硅氧基)硅烷0.2g，混合均匀后加入8.1mg铂-乙烯基硅氧烷络合物催化剂(SiP6830.05，Gelest，铂的质量含量为0.5％)，混合均匀后得到油凝胶预聚体。将表面接枝双键的轴承多孔保持架材料浸入油凝胶预聚体中，2min后取出，然后将其置于80℃烘箱内，保温24h后，即得到表面接枝油凝胶层的多孔聚酰亚胺保持架材料。
实施例2
(1)表面接枝双键的轴承多孔保持架材料的制备同实施例1。
(2)取分子量为800g/mol的乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷20.0g、PAO-4基础油24.1g、四(二甲基硅氧基)硅烷4.1g，混合均匀后加入9.6mg铂-乙烯基硅氧烷络合物(SiP6830.05，Gelest，铂的质量含量为0.5％)，混合均匀后得到油凝胶预聚体。将表面接枝双键的轴承多孔保持架材料浸入油凝胶预聚体中，1min后取出，然后将其置于80℃烘箱内，保温24h后，即得到表面接枝油凝胶层的多孔聚酰亚胺保持架材料。
实施例3
(1)表面接枝双键的轴承多孔保持架材料的制备同实施例1；
(2)取分子量为9400g/mol的乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷20.0g、PAO-4基础油20.4g、四(二甲基硅氧基)硅烷0.4g，混合均匀后加入8.2mg铂-乙烯基硅氧烷络合物(SiP6830.05，Gelest，铂的质量含量为0.5％)，混合均匀后得到油凝胶预聚体。将表面接枝双键的轴承多孔保持架材料浸入油凝胶预聚体中，1min后取出，然后将其置于80℃烘箱内，保温24h后，即得到表面接枝油凝胶层的多孔聚酰亚胺保持架材料。
实施例4
(1)表面接枝双键的轴承多孔保持架材料的制备同实施例1；
(2)取分子量为49500g/mol的乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷20.0g、PAO-4基础油20.07g、四(二甲基硅氧基)硅烷0.07g，混合均匀后加入8.0mg铂-乙烯基硅氧烷络合物(SiP6830.05，Gelest，铂的质量含量为0.5％)，混合均匀后得到油凝胶预聚体。将表面接枝双键的轴承多孔保持架材料浸入油凝胶预聚体中，3min后取出，然后将其置于80℃烘箱内，保温24h后，即得到表面接枝油凝胶层的多孔聚酰亚胺保持架材料。
实施例5
(1)表面接枝双键的轴承多孔保持架材料的制备同实施例1；
(2)取分子量为17200g/mol的乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷20.0g、PAO-4基础油8.7g、四(二甲基硅氧基)硅烷0.2g，混合均匀后加入5.8mg铂-乙烯基硅氧烷络合物(SiP6830.05，Gelest，铂的质量含量为0.5％)，混合均匀后得到油凝胶预聚体。将表面接枝双键的轴承多孔保持架材料浸入油凝胶预聚体中，2min后取出，然后将其置于80℃烘箱内，保温24h后，即得到表面接枝油凝胶层的多孔聚酰亚胺保持架材料。
实施例6
(1)表面接枝双键的轴承多孔保持架材料的制备同实施例1；
(2)取分子量为17200g/mol的乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷20.0g、PAO-4基础油47.1g、四(二甲基硅氧基)硅烷0.2g，混合均匀后加入13.5mg铂-乙烯基硅氧烷络合物(SiP6830.05，Gelest，铂的质量含量为0.5％)，混合均匀后得到油凝胶预聚体。将表面接枝双键的轴承多孔保持架材料浸入油凝胶预聚体中，2min后取出，然后将其置于80℃烘箱内，保温24h后，即得到表面接枝油凝胶层的多孔聚酰亚胺保持架材料。
实施例7
将实施例1步骤(1)中的多孔聚酰亚胺保持架材料替换为多孔酚醛胶木保持架材料，其余步骤相同。
对比例1
将实施例1步骤(1)中的制备的多孔聚酰亚胺保持架材料不经任何处理，与实施例1对比，进行性能测试。
对比例2
将实施例7步骤(1)中的制备的多孔酚醛胶木保持架材料不经任何处理，与实施例7对比，进行性能测试。
分别对实施例和对比例制备得到的改性多孔聚酰亚胺保持架材料、改性多孔酚醛胶木保持架材料与未经改性的多孔保持架材料进行摩擦学性能测试，测试步骤如下：
(1)将轴承多孔保持架材料(实施例和对比例制备得到的改性多孔聚酰亚胺保持架材料、改性多孔酚醛胶木保持架材料与未经改性的多孔保持架材料)在100℃、真空条件下浸渍润滑油PAO4，浸渍时间24h。
(2)将含油后的轴承多孔保持架材料擦拭掉表面浮油后，进行摩擦磨损性能测试，测试设备为CSM摩擦磨损试验机，试验载荷为5N，测试速率为0.15m/s，试验时间2h。摩擦系数由设备直接读出，利用三维表面轮廓仪测量磨损宽度，计算得到体积磨损率，每种试样测三遍求平均值。
测试结果如表1所示。
表1实施例及对比例所得保持架的摩擦性能测试结果
Figure BDA0003926003250000091
从表1可以看出：与未改性多孔保持架材料相比，改性后多孔保持架材料的摩擦系数和体积磨损率均有发生明显降低，其中实施例3的多孔聚酰亚胺保持架材料的摩擦系数和体积磨损率分别降低了70％和93.3％，实施例7多孔酚醛胶木保持架材料的摩擦系数和体积磨损率分别降低了72.7％和93.1％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种提高含油轴承多孔保持架材料耐磨性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将轴承多孔保持架材料浸渍于盐酸多巴胺溶液中，进行氧化自聚合反应，得到包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料；
将所述包裹聚多巴胺的轴承多孔保持架材料浸渍于乙烯基硅烷偶联剂溶液中，进行接枝反应，得到表面接枝双键的轴承多孔保持架材料；
将所述表面接枝双键的轴承多孔保持架材料浸渍于油凝胶预聚体后，进行固化反应，实现含油轴承多孔保持架材料耐磨性的提高；
所述油凝胶预聚体包括油凝胶主体和催化剂；所述油凝胶主体包括润滑油、乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂；
所述催化剂为硅氢加成催化剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为1～5g/L；所述氧化自聚合反应的时间为12～24h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙烯基硅烷偶联剂溶液中乙烯基硅烷偶联剂包括甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷、二甲基乙氧基甲酰氧基硅烷和乙烯基三异丙氧基硅烷中的一种或多种。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述乙烯基硅烷偶联剂溶液的质量浓度为1～10％；所述接枝反应的时间为1～5h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷的分子量为500～50000g/mol。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交联剂包括硅烷，所述硅烷至少含有三个硅氢键。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述交联剂包括四(二甲基硅氧基)硅烷。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅氢加成催化剂包括铂-乙烯基硅氧烷络合物、铑-乙烯基硅氧烷络合物和钯-乙烯基硅氧烷络合物中的一种或多种。
9.根据权利要求1、5、6、7或8所述的方法，其特征在于，所述油凝胶主体中润滑油的质量分数为30％～70％，乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷和交联剂的总质量分数为70％～30％；所述交联剂中硅氢基团与乙烯基双封端聚二甲基硅氧烷中双键的摩尔比为1：1～2：1；
以过渡金属原子计，所述硅氢加成催化剂在所述油凝胶预聚体中的质量含量为0.5～10ppm。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固化反应的温度为70～90℃，时间为12～24h。
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