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ISSN1000-3762轴承2013年9期
CN41-1148/TH Bearing 2013, No 9
54-57
轴承保持架用聚酰亚胺材料
孙小波,王子君,王枫
洛阳轴硏科技股份有限公司,河南洛阳471039)
摘要:综述了商业化的轴承保持架用聚酰亚胺的种类、结构和特点,对比了其性能,并总结和展望了其发展趋
势
关键词;滚动轴承;保持架;聚酰亚胺;耐热性;抗拉强度
中图分类号:TH13.33;7T9323.7
文献标志码:A文章编号:1000-3762(2013)09-0054-04
Polyimide Materials for Bearing Cages
Sun Xiao-bo, Wang Zi-jun, Wang Feng
Luoyang Bearing Science and Technology Co. Ltd., Luoyang 471039, China
Abstract: The types, structures and characteristics of commercialized polyimide for bearing cages are reviewed, and
the properties are compared. The development trends are summarized and prospected
Key words: rolling bearing; cage; polyimide; heat resistance; tensile strength
随着航空、航天等尖端技术的迅速发展,对耐型(或称为聚謎酰亚胺)及氟酐型。合成I用
热、高强度、轻质、耐磨减摩轴承保持架材料的要部分二酐结构如图1所示。
求也越来越苛刻,尤其是在高温、高速、高真空及
辐照环境中,一般工程塑料难以胜任。聚酰亚胺
(PI)是一类主链上含有酰亚胺环的高分子材料
(a)联苯四甲酸二阡(BPDA)(b)均苯四甲酸二酐(PMDA
不但具有良好的力学性能、耐辐照性、耐腐性和自
润滑性,而且具有优异的耐热性和抗热氧化性。
PI在轴承保持架领域,尤其是在空间真空环
境下的球轴承保持架领域得到了诸多成功应
c)二苯甲四酸二酐(BIDA)(dの二苯甲醚四酸二(ODPA)
用“。由不同单体及合成方式得到的P的力学%
性能,尤其是耐热性差异很大。下文就目前商业
po
化的轴承保持架用I材料进行阐述,为根据不同
(e)双酚A型二酐(BEPA)
(f)六策(6FDA)
性能需求选用不同种类的I材料提供帮助
图1合成I用部分二酐结构
1PI的种类
氟酐型PI由6FDA和芳香二胺反应制得。
目前,除了法国圣戈班集团生产的 Melding6PDA中含有全氟代异丙基团,故具有较高的耐热
700热固性P可用于制造轴承保持架外,轴承保性和抗热氧化性,但氣酐型I单体成本较高,限
持架用P几乎均为热塑性P(TPI)。TPIー般采制了其大规模应用2。
用两步合成法由有机芳香四酸二酐和有机芳香二
目前商业化的轴承保持架用PI材料有联苯
胺制备。按所用有机芳香四酸二酐单体结构不型P、均苯型P、酮酐型P、聚醚酰亚胺(PEI)及
同,可分为联苯型、均苯型、酮酐型、单/双醚酐聚酰胺酰亚胺(PAI)。其中,均苯型PI可被称为
不熔型PI,酮酐型PI和PEI可被称为可熔型PI
收稿日期:2012-12-26;修回日期:2013-03-0
PEI和PAI也可被称为改性PI。
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孙小波,等:轴承保持架用聚酰亚胺材料
1联苯型?
260~300℃可长期使用,短期工作温度可达400℃。
联苯型PI由BPDA和芳香族二胺反应得到,酮酐型P最早是由NASA的 Langley研究中心开发
其随着对TPI耐热性要求的不断提高而出现,具的IaRM-CPH和 LARC-TPI,NASA后来将专利
有更高的玻璃化转变温度和更好的结晶能力。如转让给日本三井东压化学和 Rogers两家公司,并实
日本宇部公司开发的 Upimol,其具体结构尚未公现了商业化,其结构如图4所示。
开的;日本三井化学公司开发的 Super Aurum0已
实现了商业化,其结构如图2所示中。
(a)LaRc-Mー-CPT
图2 Super Aurum的结构
(b)LARC]M-TPI
1.2均恭型Pl
图4酮酐型PⅡ的结构
均苯型P是由PMDA和芳香族二胺反应得14PE
到的不溶不熔的I,其分子刚性很大,具有优异的
PEI指由ODPA,BEPA和各种芳香族二胺合成
耐热性,可用于不低于289℃的高温轴承保持架的TP,基于ODPA的即的玻璃化转变温度比基于
领域。目前,商业化的主要产品为美国杜邦公司BEPA的高一些,但稍低于酮酐型P。部分二酐可
的 Vespel(l和日本三井东压化学公司回于20世与ODPA合成半结晶性TP,但是这些半结晶性TP
纪80年代末开发的 Aunm。从 Vespel的设计大多无法由熔体结晶,其结晶主要是合成过程中在
手册看, Vespel的重复单元结构是同一个结构。溶剂存在的条件下形成的,因此这种结晶性在熔融
这2种均苯型PI的结构如图3所示]。
加工中无法体现,所以PEI都是无定形的。
PEI是在单体二酐分子中引入瞇键得到的芳
环PEI,其分子中既含有芳香胺官能团,又含有瞇
键结构,结构中的芳香亚胺和苯环部分使其具有
(a )Vespel t
高刚性、高抗蠕变性、高强度及高耐热性,瞇键赋
予链段柔软性,使其具有韧性、熔融流动性好及易
加工成形的特点。PEI一般可溶于酚类溶剂。
PEI主要有美国CE公司的Utem、中国科学
(b)Aurum g
院长春应用化学研究所的YHP色系列和上海合成
图3均苯型I的结构
树脂研究所的 Ratemb YS20(单醚酐型PI)和
Vespel的玻璃化转变温度为385℃,理论计YS30,其结构如图5所示。其中 Ratem YS20
算熔点为592℃,在其熔融前已分解,属于“假塑
性”PI,显然不能采用熔融加工方法成形。
Vesper SP和ST可在288℃连续使用,在480℃
(a)Ultem01000
短期使用,广泛应用在轴承及其保持架中。新开
发的 Vespel SCP5000可在350℃的高温下长期
0?
工作,尺寸稳定性极佳,热膨胀系数几乎与不锈钢
相当,已成功替代金属应用在航空发动机部件中。
(b )Ratem YS20
均苯型I虽有很好的耐热性,但由于PMDA
いa%oC
刚性过大,适合的二胺种类较少,且存在韧性和成
形加工性较差的缺点,限制了新型均苯型PI的开
(c)Ratem$30
发和应用。
13酮酐型P?
酮酐型I由BTDA和芳香二胺反应制得,其
(d)YHPI-P-100
玻璃化转变温度比双酚A型和瞇酐型I高,在
图5PEI的结构