一种高耐磨PVDF复合板材及其制备方法

技术领域

本发明属于滑动轴承材料技术领域，具体涉及一种高耐磨PVDF复合板材及其制备方法。

背景技术

轴瓦(bearing shell)是滑动轴承和轴颈接触的部分，形状为瓦状的半圆柱面，非常光滑，一般用青铜、减摩合金、特种工程塑料、特种陶瓷等耐磨材料制成。示例性的轴瓦如图1所示。滑动轴承工作时，轴瓦与转轴之间有一层很薄的起润滑作用的油膜。如果润滑不良，轴瓦与转轴之间就存在直接的摩擦，摩擦会产生很高的温度。虽然轴瓦通常由耐高温材料制成，但发生直接摩擦产生的高温仍然足以将其烧坏。轴瓦还可能由于负荷过大、温度过高、润滑油存在杂质或黏度异常等因素造成烧瓦，导致滑动轴承损坏。因此，轴瓦材料要求具有低的摩擦系数、高的耐磨性、足够的疲劳强度、良好的跑合性和良好的耐腐蚀性。

汽车转向器是汽车转向系统中的重要部件。齿轮齿条式转向器是一种最常见的转向器，其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条，转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。汽车转向器的齿条由设置在汽车转向器支撑座上的汽车转向器齿条支撑衬片轴瓦支撑。汽车转向器齿条支撑衬片轴瓦对材料有以下要求：1、良好的抗磨性和自润滑性；2、由于载荷较高，要求材料具有较高的抗承载能力；3、良好的耐震动和耐冲击载荷性能，需要较厚的耐磨层带来良好的噪音消除特性，以适应较大范围的配合间隙；4、由于轴瓦有一个拉伸凸台(这个凸台是用于轴瓦和支撑座定位安装的)，在加工这个凸台时对材料有一定延展性要求，否则容易开裂。

传统的汽车转向器齿条支撑衬片轴瓦采用铜合金材料，但是铜合金材料在润滑不充分时摩擦系数偏高，无自润滑性能，磨损严重，运动过程中产生噪音。后来出现了采用具有聚四氟乙烯(PTFE)塑料层的轴瓦。虽然PTFE轴瓦具有自润滑性，摩擦系数降低了，但是传统的PTFE塑料层较薄，一般不超过0.03mm，而且由于轴瓦承受的载荷较高，又有震动工况，在这种工况下PTFE塑料层磨损严重，往复运动中抖动明显，噪音明显。

因此，本领域需要一种新型的自润滑性、耐磨性和抗承载性优异、面料层较厚、有弹性层、延展性好的复合板材，以满足汽车转向器齿条支撑衬片轴瓦材料的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明通过直接在金属板(例如钢板)上烧结金属网(例如铜网)，并将由聚偏氟乙烯(PVDF)、增强纤维和固体润滑剂制成的改性PVDF材料通过挤出机直接挤出到铜网上，并进行轧制而形成PVDF复合板材。本发明的改性PVDF材料耐磨性好，与金属网结合后材料表面具有微孔结构，适用于油脂润滑。本发明的PVDF复合板材自润滑性、耐磨性和抗承载性优异、面料层较厚、有弹性层、延展性好，适用于油脂润滑高载低速下的往复、旋转、摇摆运动，例如应用于汽车转向器轴瓦、座椅调角器衬套系统等。

具体而言，本发明提供一种PVDF复合板材，所述PVDF复合板材包括金属基板、弹性层和滑动层，其中，所述弹性层位于所述金属基板和所述滑动层之间，所述弹性层包括金属网和填充于金属网网孔中的滑动层材料，所述金属网通过烧结而连接到所述金属基板上，所述滑动层和填充于金属网网孔中的滑动层材料由挤出到金属网表面的树脂组合物经过轧制而形成，所述树脂组合物包括PVDF、增强纤维和固体润滑剂，以树脂组合物总重计，所述树脂组合物中，PVDF的含量为65-85wt％，增强纤维的含量为2-15wt％，固体润滑剂的含量为5-20wt％。

在一个或多个实施方案中，所述金属基板为钢板。

在一个或多个实施方案中，所述金属网为铜网，铜网的丝径优选为0.1-0.35mm，铜网的目数优选为40±10目。

在一个或多个实施方案中，所述滑动层的厚度为0.08-0.2mm。

在一个或多个实施方案中，以树脂组合物总重计，所述树脂组合物中，PVDF的含量为75-82wt％，增强纤维的含量为2-10wt％，固体润滑剂的含量为13-20wt％。

在一个或多个实施方案中，所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、钛酸钾晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，优选为碳纤维，碳纤维的单丝直径优选为5-10μm，碳纤维的长度优选为70-150μm。

在一个或多个实施方案中，所述固体润滑剂选自PTFE、石墨、MoS

在一个或多个实施方案中，所述PVDF复合板材在试样尺寸为Φ42×Φ40×30mm、载荷为60MP、速度为1.5m/min、润滑条件为3号锂基脂、对磨件为粗糙度Ra＝0.4μm的45号钢的条件下测试8小时后的摩擦系数≤0.027、优选≤0.026、更优选≤0.025、更优选≤0.024。

在一个或多个实施方案中，所述PVDF复合板材在试样尺寸为Φ42×Φ40×30mm、载荷为60MP、速度为1.5m/min、润滑条件为3号锂基脂、对磨件为粗糙度Ra＝0.4μm的45号钢的条件下测试8小时后的磨损量≤0.025mm、优选≤0.020mm、更优选≤0.018mm、更优选≤0.015mm。

在一个或多个实施方案中，所述树脂组合物包括PVDF、碳纤维、PTFE和石墨，以树脂组合物总重计，所述树脂组合物中，PVDF的含量为65-85wt％、优选为75-82wt％，增强纤维的含量为2-15wt％、优选为2-10wt％，PTFE的含量为6-18wt％、优选8-16wt％，石墨的含量为1-10wt％、优选2-8wt％。

本发明还提供一种制备PVDF复合板材的方法，所述方法包括：将树脂组合物挤出到加热的金属网金属基板复合板的金属网表面，然后进行轧制，其中，所述金属网金属基板复合板由金属网和金属基板烧结而成，所述树脂组合物包括PVDF、增强纤维和固体润滑剂，以树脂组合物总重计，所述树脂组合物中，PVDF的含量为65-85wt％，增强纤维的含量为2-15wt％，固体润滑剂的含量为5-20wt％。

在一个或多个实施方案中，所述金属基板为钢板。

在一个或多个实施方案中，所述金属网为铜网，铜网的丝径优选为0.1-0.35mm，铜网的目数优选为40±10目。

在一个或多个实施方案中，所述滑动层的厚度为0.08-0.2mm。

在一个或多个实施方案中，以树脂组合物总重计，所述树脂组合物中，PVDF的含量为75-82wt％，增强纤维的含量为2-10wt％，固体润滑剂的含量为13-20wt％。

在一个或多个实施方案中，所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、钛酸钾晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，优选为碳纤维，碳纤维的单丝直径优选为5-10μm，碳纤维的长度优选为70-150μm。

在一个或多个实施方案中，所述固体润滑剂选自PTFE、石墨、MoS

在一个或多个实施方案中，树脂组合物的挤出温度为210-230℃，优选225±5℃。

在一个或多个实施方案中，金属网金属基板复合板的加热温度为210-225℃，优选220±5℃。

在一个或多个实施方案中，金属网金属基板复合板的加热方式为感应加热。

在一个或多个实施方案中，轧制温度为165-180℃、优选170±5℃，轧制压力为60-100MPa、优选80±10MPa。

在一个或多个实施方案中，烧结金属网和金属基板的烧结温度为800-1000℃、优选900±50℃，烧结时间为10-30分钟、优选15±5分钟，烧结过程中使用还原性气体和惰性气体的混合气、例如氢氮混合气保护，还原性气体和惰性气体的体积比优选为5：1到2：1。

本发明还提供采用本文任一实施方案所述的方法制备得到的PVDF复合板材。

本发明还提供一种复合板材的制备系统，所述制备系统包括放卷机、导向辊、感应加热炉、挤出机、轧机和收卷机，其中，所述放卷机用于对金属网金属基板复合板进行放卷，所述导向辊设置在放卷机的下游、用于控制金属网金属基板复合板的运动方向，所述感应加热炉设置在导向辊的下游、用于对金属网金属基板复合板进行加热，所述挤出机的出料口设置在所述感应加热炉和所述轧机之间、用于将树脂组合物挤出到位于所述感应加热炉和所述轧机之间的金属网金属基板复合板的金属网表面，所述轧机设置在感应加热炉的下游、用于对负载有树脂组合物的金属网金属基板复合板进行轧制，所述收卷机设置在轧机的下游、用于对复合板材进行收卷。

本发明还提供一种树脂组合物，所述树脂组合物包括PVDF、增强纤维和固体润滑剂，以树脂组合物总重计，所述树脂组合物中，PVDF的含量为65-85wt％，增强纤维的含量为2-15wt％，固体润滑剂的含量为5-20wt％。

在一个或多个实施方案中，以树脂组合物总重计，所述树脂组合物中，PVDF的含量为75-82wt％，增强纤维的含量为2-10wt％，固体润滑剂的含量为13-20wt％。

在一个或多个实施方案中，所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、钛酸钾晶须和硫酸钙晶须中的一种或多种，优选为碳纤维，碳纤维的单丝直径优选为5-10μm，碳纤维的长度优选为70-150μm。

在一个或多个实施方案中，所述固体润滑剂选自PTFE、石墨、MoS

本发明还提供本文任一实施方案所述的树脂组合物在改善PVDF复合板材的自润滑性、耐磨性、延展性、防噪音性、防抖动性、跑合性和/或承载能力中的应用。

本发明提供由本文任一实施方案所述的PVDF复合板材制成的滑动部件或含有由本文任一实施方案所述的PVDF复合板材制成的滑动部件的滑动装置；优选地，所述滑动部件为轴瓦、衬套、轴套、垫片或垫板，优选为汽车转向器齿条支撑轴瓦；优选地，所述滑动装置为滑动轴承、车轴、制动器、空压机、座椅调节器、悬挂系统或液压元件，优选为汽车转向器齿条支撑装置。

附图说明

图1展示了汽车转向器齿条支撑衬片轴瓦和支撑座。

图2展示了由编织网制得的PVDF复合板材表面微孔结构，图2(A)为表面外观，图2(B)为截面金相显微镜图；表面呈连续排布方形纹路，微孔尺寸为0.69mm×0.6mm，微孔深度为0.008-0.013mm。

图3展示了由冲孔拉伸网制得的PVDF复合板材表面微孔结构，图3(A)为表面外观，图3(B)为截面金相显微镜图；表面呈菱形微孔分布，微孔直径为0.53-0.56mm，微孔深度为0.01-0.02mm。

图4为本发明的复合板材制备系统的示意图。

图5为摇摆摩擦试验中试验件和对磨件的对磨形式示意图。

图6为弯曲试验中试验装置示意图。

图7展示了实施例1的PVDF复合板材试样经过弯曲试验后的外观。

图8展示了对比例4的PVDF复合板材试样经过弯曲试验后的外观。

图9展示了台架试验中转向器支撑轴瓦摩擦试验机。

图10展示了台架试验中测试用轴瓦的形状和尺寸。

图11展示了实施例1-5和对比例1-4的PVDF复合板材制成的轴瓦经过台架试验后的外观。

具体实施方式

为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。本文中，若无特别说明，比例是指质量比，百分比是指质量百分比，份是指质量份。

本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。

为了提供一种自润滑性、耐磨性和抗承载性优异、面料层较厚、有弹性层、延展性好的复合板材，本发明对金属基板与金属网进行烧结形成冶金结合，通过采用淋膜工艺(将改性PVDF材料通过挤出机直接挤出到预热的金属网金属基板复合板上再进行轧制)，优选地结合优化滑动层材料配方，得到一种新型PVDF复合板材。本发明的PVDF复合板材自润滑性、耐磨性和抗承载性优异、面料层较厚、有弹性层、跑合性好、延展性好，适用于油脂润滑高载低速下的往复、旋转、摇摆运动，特别适合用于制造汽车转向器齿条支撑轴瓦。本发明的PVDF复合板材的制造方法可实现流水线生产，生产成本低，绿色环保。

本发明的PVDF复合板材包括金属基板、金属网层和滑动层，或由金属基板、金属网层和滑动层组成。其中，金属网层位于金属基板和滑动层之间。金属网层包括金属网和填充于金属网网孔中的滑动层材料，或由金属网和填充于金属网网孔中的滑动层材料组成。金属网通过烧结而连接到金属基板上。滑动层包括滑动层材料，或由滑动层材料组成。本文中，滑动层也称作塑料层、树脂层。

适用于本发明的金属基板包括但不限于钢板、铝板、不锈钢板等。在一些实施方案中，本发明使用的金属基板为钢板。钢板优选为碳素结构钢冷轧薄钢板或钢带，牌号例如可以是SPCC、SAE1010。钢板优选为钝化的钢板。金属基板的厚度可以为0.5-2.5mm。

适用于本发明的金属网的型式不受特别限制，例如可以是编织网、冲孔网、拉伸网。适用于本发明的金属网优选为铜网。本文中，铜网具有广义的含义，包括铜合金网。适用于本发明的金属网优选为铜合金网，例如由QSn6.5-0.1或QSn8-0.3铜合金制成的铜网。在一些实施方案中，本发明使用QSn6.5-0.1或QSn8-0.3材质的冲孔拉伸铜网或编织铜网。铜网的丝径优选为0.1-0.35mm，例如0.1-0.3mm、0.15±0.05mm、0.25±0.05mm、0.3±0.05mm。铜网的目数可以为40±10目、40±5目。在一些实施方案中，本发明使用丝径为0.1-0.35mm、例如0.1-0.3mm、0.15±0.05mm、0.25±0.05mm，目数为40±5目的编织铜网。金属网的网孔形状不受特别限制，例如可以是菱形孔、方形孔、圆形、半圆形等。菱形孔对角线长度尺寸可以分别为950±50mm和650±50mm。在一些实施方案中，本发明使用丝径为0.1-0.35mm、例如0.3±0.05mm，菱形孔对角线长度尺寸分别为950±50mm和650±50mm的冲孔拉伸铜网。金属网层中，滑动层材料的含量(体积百分比)优选为40％-70％。金属网层的厚度可以为0.2-0.5mm。本发明中，金属网层具有一定的弹性，能够提升金属加强复合板材的耐冲击性，因此金属网层也称弹性层。

本发明中，金属网层中的金属网通过烧结连接到金属基板上，得到金属网金属基板复合板。可对金属网(例如铜网)和金属基板(例如钢板)进行层叠，例如将金属网(例如铜网)铺在金属基板(例如钢板)上，然后烧结成整体，得到金属网金属基板复合板(例如铜网钢板复合板)。烧结可以在烧结炉中进行。烧结温度可以为800-1000℃，例如900±50℃、900±20℃。烧结时间可以为10-30分钟，例如15±5分钟、15±2分钟。烧结过程中优选用惰性气体和还原性气体的混合气体(例如氮氢混合气体)保护。惰性气体和还原性气体的混合气体中，还原性气体(例如氢气)和惰性气体(例如氮气)的体积比优选为5：1到2：1，例如3：1左右。在一些实施方案中，本发明将金属网(例如铜网)铺在金属基板(例如钢板，优选为经过钝化的钢板)上，放入烧结炉中烧结成整体，烧结时用氢氮混合气氛保护，以免氧化，烧结温度为900±20℃，烧结时间为15±5分钟。烧结后，金属网和金属基板之间形成冶金结合。

可以理解的是，本发明的PVDF复合板材中，滑动层中的滑动层材料和填充于金属网网孔中的滑动层材料材质相同，且一体成型。因此，文本中，若无特别说明，对于“滑动层材料”的描述同时适用于滑动层中的滑动层材料和填充于金属网网孔中的滑动层材料。

本发明中，滑动层材料包括PVDF、增强纤维和固体润滑剂，或由PVDF、增强纤维和固体润滑剂组成。本文中，滑动层材料也称作改性PVDF材料。本发明的滑动层材料中，PVDF的含量为65-85wt％，增强纤维的含量为2-15wt％，固体润滑剂的含量为5-20wt％。可以理解的是，本发明中，对于含有两种或两种以上组分的组合物而言，组合物中所有组分的重量百分比之和应等于100wt％。

适用于本发明的PVDF可以是三爱富公司的FR906型PVDF。本发明的滑动层材料中，PVDF的含量可以为65wt％、70wt％、75wt％、76wt％、77wt％、78wt％、79wt％、80wt％、81wt％、82wt％、85wt％或这些含量中任意两个组成的范围内。

适用于本发明的增强纤维可以是选自碳纤维、玻璃纤维、钛酸钾晶须、硫酸钙晶须等中的一种或多种，优选为碳纤维。碳纤维的单丝直径可以为5-10μm、例如7±1μm，长度可以为70-150μm、例如80±10μm。碳纤维例如可以是德国西格里公司的CM80-3.0/200-UN。本发明的滑动层材料中，增强纤维的含量可以为2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、10wt％、15wt％或在这些含量中任意两个组成的范围内。增强纤维的添加有助于提高滑动层材料的承载和耐磨性能。

适用于本发明的固体润滑剂可以是常用于制备滑动材料的固体润滑剂，包括但不限于选自PTFE、石墨、MoS

本发明通过对滑动层材料的组分及其配比进行优选和调配，使得改性PVDF材料具有优秀的自润滑性、耐磨性、延展性、防噪音性、防抖动性、跑合性和/或承载能力。在优选的实施方案中，滑动层材料包括：75-82wt％、例如77-80wt％、79±1wt％的PVDF，2-10wt％、例如2-8wt％、3±1wt％的增强纤维，和13-20wt％、例如15-20wt％、18±2wt％的固体润滑剂，或由上述成分组成。在进一步优选的实施方案中，滑动层材料包括：75-82wt％、例如77-80wt％、79±1wt％的PVDF，2-10wt％、例如2-8wt％、3±1wt％的碳纤维，6-18wt％、例如8-16wt％、15±1％的PTFE，和1-10wt％、例如2-8wt％、3±1％的石墨，或由上述成分组成。

本发明中，滑动层材料由与滑动层材料成分相同的树脂组合物制备得到。因此本发明中，制备滑动层材料的树脂组合物中的PVDF、增强纤维、固体润滑剂及其含量可以是前文任一实施方案所述的滑动层材料中的PVDF、增强纤维和固体润滑剂及其含量，在此不一一赘述。本发明的树脂组合物能够改善PVDF复合板材的自润滑性、耐磨性、延展性、防噪音性、防抖动性、跑合性和/或承载能力。因此，本发明包括本文任一实施方案所述的树脂组合物在改善PVDF复合板材的自润滑性、耐磨性、延展性、防噪音性、防抖动性、跑合性和/或承载能力中的应用。本文中，PVDF复合板材是指包括金属基板和树脂组合物、且树脂组合物包括PVDF的复合材料。PVDF复合板材所含的树脂组合物中PVDF的含量优选为树脂组合物总重的30wt％以上，例如40wt％以上、50wt％以上、60wt％以上、65wt％以上。PVDF复合板材可以包括金属基板、弹性层和滑动层。滑动层由树脂组合物组成。滑动层中的树脂组合物包括PVDF。弹性层位于金属基板和滑动层之间。弹性层可以包括金属网或填充于金属网网孔中的树脂组合物，或者包括金属粉和树脂组合物。弹性层中的树脂组合物优选包括PVDF，更优选与滑动层的材质相同。滑动层可以与弹性层中的树脂组合物一体成型，或分开成型。适用于本发明所述应用的PVDF复合板材中的树脂组合物、金属基板、弹性层和滑动层可以如本文任一实施方案所述。在一些实施方案中，所述应用包括将本文任一实施方案所述的树脂组合物作为PVDF复合板材所含的树脂组合物。

制备PVDF滑动层材料的传统方法是将混合均匀的树脂组合物(混合料)投入到挤出机中先挤出造粒，得到滑动层材料粒料，再将粒料通过手工方式铺到金属粉金属基板复合板或金属网金属基板复合板(例如铜网钢板复合板)上，加热使粒料熔化后轧制得到复合板材。但是这种方法由于共混PVDF的流动性差，铺展性差，表面会形成花纹状，而且这种方法只适合于手工板制作，效率低。

本发明通过将树脂组合物的各成分混合均匀后投入挤出机中，直接挤出到加热的金属网金属基板复合板的金属网表面，然后对负载了树脂组合物的金属网金属基板复合板进行轧制，形成滑动层和填充于金属网网孔中的滑动层材料，从而得到PVDF复合板材。本发明中，挤出温度可以为210-230℃、例如225±5℃。金属网金属基板复合板的加热温度可以为210-225℃、例如220±5℃。加热金属网金属基板复合板的方式可以是感应加热。轧制温度可以为165-180℃、例如170±5℃。轧制压力可以为60-100MPa、例如80±10MPa。可以理解的是，挤出到金属网金属基板复合板上的树脂组合物的量应使轧制后在金属网未与金属基板连接的一面形成一层滑动层，且金属网的网孔中填满滑动层材料。采用本发明的方法制备得到的PVDF复合板材的滑动层较厚，厚度可以达到0.08-0.2mm、例如0.08-0.15mm、0.1±0.02mm；滑动层致密性优秀，具有很好的抗承载性；滑动层与金属网金属基板复合板的结合力强，使得PVDF复合板材具有很好的延展性，不容易发生脱层开裂。本发明采用淋膜工艺制备滑动层和填充于金属网网孔中的滑动层材料，改善了PVDF复合板材的自润滑性、耐磨性、延展性、防噪音性、防抖动性、跑合性和/或承载能力。

本发明的PVDF复合板材表面具有微孔结构。本文中，微孔结构(又称表面织构)是指表面微造型，即位于材料表面的具有一定形状和分布的凹坑或微小沟槽的点阵。PVDF复合板材示例性的表面外观如图2(A)和图3(A)所示，示例性的微孔结构如图2(B)和图3(B)所示。本发明的PVDF复合板材表面的微孔结构起到改善材料的润滑和摩擦性能、延长材料使用寿命的效果，微孔结构还可作为储油槽，为边界润滑或复合润滑的表面提供润滑，在相互平行的表面产生压动润滑，减小摩擦因数。

在一些实施方案中，本发明的PVDF复合板材通过包含以下步骤的方法制备得到：

(1)将铜网铺在钝化的钢板上，放入烧结炉中烧结成整体，得到铜网钢板复合板，其中烧结温度为800-1000℃，例如900±50℃、900±20℃，烧结时间为10-30分钟，例如15±5分钟、15±2分钟，烧结过程中采用体积比为5：1到2：1、例如3：1左右的还原性气体和惰性气体的混合气(例如氢氮混合气氛)保护；

(2)将树脂组合物的各成分混合均匀，得到混合料，将混合料投入挤出机中挤出到加热的铜网钢板复合板的铜网表面，进行轧制，得到PVDF复合板材，其中挤出温度为210-230℃、例如225±5℃，铜网钢板复合板的加热温度为210-225℃、例如220±5℃，加热金属网金属基板复合板的方式优选感应加热，轧制温度为165-180℃、例如170±5℃，轧制压力为60-100MPa、例如80±10MPa。

本发明的PVDF复合板材中的滑动层材料经挤出机直接吐出、经过轧制而成型，材料致密，适合流水线生产。

本发明的PVDF复合板材具有优异的自润滑性和耐磨性。本发明的PVDF复合板材在试样尺寸为Φ42×Φ40×30mm、载荷为60MP、速度为1.5m/min、润滑条件为3号锂基脂、对磨件为粗糙度Ra＝0.4μm的45号钢的条件下测试8小时后的摩擦系数≤0.027，例如≤0.026、≤0.025、≤0.024、≤0.023、≤0.022、≤0.021。本发明的PVDF复合板材在试样尺寸为Φ42×Φ40×30mm、载荷为60MP、速度为1.5m/min、润滑条件为3号锂基脂、对磨件为粗糙度Ra＝0.4μm的45号钢的条件下测试8小时后的磨损量≤0.025mm，例如优选≤0.022mm、≤0.020mm、≤0.019mm、≤0.018mm、≤0.017mm、≤0.016mm、≤0.015mm、≤0.014mm、≤0.013mm、≤0.012mm、≤0.011mm、≤0.010mm、≤0.009mm。

本发明还提供一种复合板材的制备系统，可用于制备本发明的PVDF复合板材，或其他具有金属基板、弹性层(金属网层)和滑动层(树脂层)的复合板材。本发明的复合板材的制备系统可用于将树脂组合物挤出到加热的金属网金属基板复合板的金属网表面，然后进行轧制，得到复合板材。本发明的复合板材的制备系统包括牵引装置、加热装置、挤出机和轧机，其中，牵引装置用于牵引金属网金属基板复合板先后通过加热装置和轧机，加热装置用于对金属网金属基板复合板进行加热，挤出机用于将树脂组合物挤出到位于加热装置和轧机之间的金属网金属基板复合板的金属网表面，挤出机包括下料口和出料口，挤出机的出料口设置在加热装置和轧机之间，轧机用于对负载有树脂组合物的金属网金属基板复合板进行轧制。

适用于本发明的加热装置优选为感应加热炉，可对金属网金属基板复合板进行感应加热。加热装置包括入口和出口。牵引装置通常设置在本发明的制备系统的端部，例如设置在制备系统的头部(即最前端)和/或尾部(即末端)。本发明的制备系统可以包括一个或多个牵引装置。适用于本发明的挤出机可以是各种能够对树脂组合物的原料进行混合、塑化和挤出的挤出机，例如螺杆挤出机。挤出机具有下料口(也称进料口、加料口)和出料口。本发明中，挤出机的出料口设置在加热装置和轧机之间，使挤出机将树脂组合物直接挤出到位于加热装置和轧机之间的金属网金属基板复合板的金属网表面。挤出机的出料口优选靠近轧机、特别是轧机的辊筒入口处，以使得挤出到金属复合板上的树脂组合物在接受轧制时保持较好的塑性。轧机又称为压延机、辊压机。适用于本发明的轧机可以是各种能够实现板材轧制的轧机。轧机通常包括辊筒、机架、辊距调节装置、辊温调节装置、传动装置、润滑系统和控制系统。轧机包括入口和出口。本发明中，轧机的入口与加热装置的出口对齐，使得从加热装置出来的金属网金属基板复合板能够顺利进入轧机。

牵引装置通常包括驱动装置和/或导向装置，分别用于驱动金属基板复合板的运动和控制金属基板复合板的运动方向。驱动装置可以包括放卷机和收卷机，分别用于金属基板复合板的放卷和复合板材的收卷，分别设置于加热装置的上游(例如制备系统的头部)和轧机的下游(例如制备系统的尾部)。本文中，上、下游相对于板材的运动方向而言。导向装置可以包括一对或多对导向辊。使用导向辊作为导向装置时，通常在加热装置的上游、例如加热装置和驱动装置(例如放卷机)之间设置至少一对导向辊，以控制板材进入加热装置时的方位。导向辊可以设置在支撑装置上，例如可以设置在起固定作用的框架结构或框体结构上。适用于本发明的感应加热炉、放卷机、收卷机和导向辊可以是本领域常规的。

本发明的制备系统还可以包括传送装置和/或支撑装置。传送装置用于支持金属复合板和轧制后形成的复合板材。传送装置可以连通加热装置上游的牵引装置、加热装置、轧机和/或轧机下游的牵引装置。支撑装置用于支撑、连接和/或固定其他装置。牵引装置、加热装置、挤出机、轧机和/或传送装置可以由支撑装置相互连接。传送装置和支撑装置的设置方式可以是常规的。例如，传送装置可以是传送带，传送带可以穿过所述加热装置和轧机。支撑装置可以是机架、机座等，例如支撑装置可以是连接牵引装置(例如收卷机、导向辊和放卷机)、加热装置和轧机的底座。

图4展示了本发明的制备系统的一个实施方案的结构示意图。该制备系统包括放卷机、导向辊、感应加热率、挤出机、轧机和收卷机。放卷机和收卷机分别位于制备系统的头部和尾部，用于牵引钢带铜网复合板材先后通过感应加热炉和轧机。感应加热炉和放卷机之间设置一对导向辊，用于控制钢带铜网复合板材进入感应加热炉时的方向。导向辊设置在起固定作用的框架结构上。感应加热炉用于对钢带铜网复合板材进行加热。挤出机用于将树脂组合物挤出到位于感应加热炉和轧机之间的钢带铜网复合板材的金属网表面。挤出机包括下料口和出料口，挤出机的出料口设置在感应加热炉和轧机之间、并靠近轧机的滚筒。轧机用于对负载有树脂组合物的钢带铜网复合板材进行轧制。该制备系统还可以包括连通放卷机、导向辊、感应加热炉、轧机和/或收卷机的传送装置。该制备系统还包括连接放卷机、导向辊、感应加热炉、轧机和收卷机的底座。

本发明的PVDF复合板材可应用于卡车或商用车的车轴、制动器、空压机、座椅调角器、悬挂系统等，液压元件如柱塞泵、液压马达、回转马达等，以及农用机械、森林机械、物流设备等一般工业用滑动轴承，特别是汽车转向器齿条支撑轴瓦。

本发明还提供由本发明的PVDF复合板材制成的汽车转向器齿条支撑轴瓦。本发明的汽车转向器齿条支撑轴瓦具有本领域常规的汽车转向器齿条支撑轴瓦的外形。如图1所示，汽车转向器齿条支撑轴瓦通常为弯曲成弧形的薄片，薄片的中部具有一朝弧形外侧凸出的凸台。

本发明还提供一种汽车转向器齿条支撑装置，包括本发明的汽车转向器齿条支撑轴瓦和支撑座。如图1所示，所述支撑座具有一端为凹弧面的圆柱体形，凹弧面的中部设有与轴瓦的凸台相配合的轴瓦安装孔、用于安装轴瓦，轴瓦的形状与支撑座的凹弧面的性质相匹配。

本发明的PVDF复合板材具有以下优点：

1、本发明的PVDF复合板材耐磨性好；2、本发明的PVDF复合板材表面硬度高于传统湿氟法做的PTFE复合材料，传统湿氟法做的PTFE复合材料由于加了水性溶剂，材料松散；本发明的PVDF复合板材具有更高的抗承载性；3、本发明的PVDF复合板材的滑动层可以做到0.1mm以上甚至更高，不会起泡，能适应较大范围的配合间隙；4、本发明的PVDF复合板材的金属网层(例如铜网层)具有弹性层作用，具有降低噪音、防抖动的效果；5、本发明的PVDF复合板材，改性PVDF材料与铜网结合后表面具有微孔结构，易于储存油脂，适用于油脂润滑；6、本发明优选将配方改进的树脂组合物用于制造滑动层材料，同时采用淋膜工艺(即将滑动层材料通过挤出机直接挤出到预热的金属网金属基板复合板上再进行轧制)制备PVDF复合板材，改进的配方和改进的工艺之间具有协同效果，能够使得材料的自润滑性、耐磨性、延展性、抗承载性、跑合性、防噪音和防抖动特性进一步得到明显提升。

以下结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。本发明的范围并不被下列实施例的内容所限定。本发明的保护范围仅由权利要求限定，本领域技术人员在本发明公开的实施方式的基础上所做的任何省略、替换或修改都将落入本发明的保护范围。

下列实施例和对比例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例和对比例中未注明具体条件的实验方法和检测方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例和对比例中使用的各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品。在本发明的说明书以及下述实施例和对比例中，如没有特别说明，“％”表示重量百分比，“份”表示重量份，比例表示重量比。

实施例和对比例中用到的原料说明如下：(1)PVDF：三爱富公司的FR906；(2)碳纤维：德国西格里公司的CM80-3.0/200-UN(单丝直径7μm，长度80μm)；(3)固体润滑剂：市售石墨粉、PTFE细粉、MoS

实施例1

本实施例的树脂组合物的配方为：79wt％PVDF、3wt％碳纤维、15wt％PTFE细粉、3wt％石墨粉。

本实施例采用以下工艺制备PVDF复合板材：

(1)将铜网铺在钝化的钢板上，铜网采用编织铜网，铜网的丝径为0.25mm，铜网的目数为40目，放入烧结炉中烧结成整体，得到铜网钢板复合板，其中烧结温度为900℃，烧结时间为15分钟，烧结过程中采用体积比为3：1的氢氮混合气氛保护；

(2)混合树脂组合物的各成分，得到混合料；将混合料投入挤出机中直接挤出到已经感应加热的钢带铜网复合板的铜网表面，经过轧制得到PVDF复合板材，其中挤出温度为225℃，钢带铜网复合板感应加热温度为220℃，轧制温度为170℃，轧制压力为80MPa，轧制后树脂层厚度为0.1mm。

实施例2

本实施例的树脂组合物的配方为：80wt％PVDF、5wt％碳纤维、10wt％PTFE细粉、5wt％石墨粉。

本实施例采用以下工艺制备PVDF复合板材：

(1)将铜网铺在钝化的钢板上，铜网采用编织铜网，铜网的丝径为0.25mm，铜网的目数为40目，放入烧结炉中烧结成整体，得到铜网钢板复合板，其中烧结温度为900℃，烧结时间为15分钟，烧结过程中采用体积比为3：1的氢氮混合气氛保护；

(2)混合树脂组合物的各成分，得到混合料；将混合料投入挤出机中直接挤出到已经感应加热的钢带铜网复合板的铜网表面，经过轧制得到PVDF复合板材，其中挤出温度为225℃，钢带铜网复合板感应加热温度为220℃，轧制温度为170℃，轧制压力为80MPa，轧制后树脂层厚度为0.1mm。

实施例3

本实施例的树脂组合物的配方为：77wt％PVDF、7wt％碳纤维、8wt％PTFE细粉、8wt％石墨粉。

本实施例采用以下工艺制备PVDF复合板材：

(1)将铜网铺在钝化的钢板上，铜网采用编织铜网，铜网的丝径为0.25mm，铜网的目数为40目，放入烧结炉中烧结成整体，得到铜网钢板复合板，其中烧结温度为900℃，烧结时间为15分钟，烧结过程中采用体积比为3：1的氢氮混合气氛保护；

(2)混合树脂组合物的各成分，得到混合料；将混合料投入挤出机中直接挤出到已经感应加热的钢带铜网复合板的铜网表面，经过轧制得到PVDF复合板材，其中挤出温度为225℃，钢带铜网复合板感应加热温度为220℃，轧制温度为170℃，轧制压力为80MPa，轧制后树脂层厚度为0.1mm。

实施例4

本实施例的树脂组合物的配方为：79wt％PVDF、3wt％碳纤维、15wt％PTFE细粉、3wt％石墨粉。

本实施例采用以下工艺制备PVDF复合板材：

(1)将铜网铺在钝化的钢板上，铜网采用编织铜网，铜网的丝径为0.15mm，铜网的目数为40目，放入烧结炉中烧结成整体，得到铜网钢板复合板，其中烧结温度为900℃，烧结时间为15分钟，烧结过程中采用体积比为3：1的氢氮混合气氛保护；

(2)混合树脂组合物的各成分，得到混合料；将混合料投入挤出机中直接挤出到已经感应加热的钢带铜网复合板的铜网表面，经过轧制得到PVDF复合板材，其中挤出温度为225℃，钢带铜网复合板感应加热温度为220℃，轧制温度为170℃，轧制压力为80MPa，轧制后树脂层厚度为0.1mm。

实施例5

本实施例的树脂组合物的配方为：79wt％PVDF、3wt％碳纤维、15wt％PTFE细粉、3wt％石墨粉。

本实施例采用以下工艺制备PVDF复合板材：

(1)将铜网铺在钝化的钢板上，铜网采用冲孔拉伸铜网，铜网的丝径为0.3mm，铜网菱形孔对角线长度尺寸分别为950mm和650mm，放入烧结炉中烧结成整体，得到铜网钢板复合板，其中烧结温度为900℃，烧结时间为15分钟，烧结过程中采用体积比为3：1的氢氮混合气氛保护；

(2)混合树脂组合物的各成分，得到混合料；将混合料投入挤出机中直接挤出到已经感应加热的钢带铜网复合板的铜网表面，经过轧制得到PVDF复合板材，其中挤出温度为225℃，钢带铜网复合板感应加热温度为220℃，轧制温度为170℃，轧制压力为80MPa，轧制后树脂层厚度为0.1mm。

对比例1：采用铜粉钢板复合板和传统手工铺设方法制备PVDF复合板材

本对比例的树脂组合物的配方为：85wt％PVDF、10wt％碳纤维、5wt％石墨粉。

本对比例采用以下工艺制备PVDF复合板材：

(1)将铜粉铺在钝化的钢板上，铜粉铺设厚度为0.35mm，放入烧结炉中烧结，烧结温度为850℃，烧结过程中采用体积比为3：1的氢氮混合气氛保护，烧结后轧制，轧制到铜粉层厚度为0.25mm，制得铜粉钢板复合板；

(2)混合树脂组合物的各成分，得到混合料；将混合料投入挤出机中挤出造粒，将粒料通过手工方式铺设到铜粉钢板复合板的铜粉层表面，其中挤出造粒温度为225℃，

(3)对负载有粒料的铜粉钢板复合板进行加热，加热到260℃以上，使粒料熔化，再进行轧制得到PVDF复合板材，其中轧机是常温、不加热，轧制后树脂层厚度为0.1mm。

对比例2：采用传统湿氟工艺制备PTFE复合板材

本对比例的树脂组合物的配方为：70wt％PTFE悬浮粉、20wt％聚苯酯、10wt％MoS

本对比例采用以下工艺制备PTFE复合板材：

(1)将铜网铺在钝化的钢板上，铜网采用编织铜网，铜网的丝径为0.25mm，铜网的目数为40目，放入烧结炉中烧结成整体，得到铜网钢板复合板，其中烧结温度为900℃，烧结时间为15分钟，烧结过程中采用体积比为3：1的氢氮混合气氛保护；

(2)混合树脂组合物的各成分均匀，得到混合料；将混合料与PTFE分散液(质量比4：1)混合成浆料，将浆料铺设在铜网层上，进行冷辊轧，辊轧后铜网层上浆料的厚度为约0.8mm，辊轧后进行烘干，烘干温度310℃，时间20min；将烘干后的板材放入氮气炉中进行烧结，烧结温度395℃，时间90min，烧结过程中用体积比3：1的氢氮混合气氛保护，烧结后的板材再进行精轧、校平，轧制后树脂层厚度为0.03mm。

对比例3：采用铜网钢板复合板和传统手工铺设方法制备PVDF复合板材

本实施例的树脂组合物的配方为：79wt％PVDF、3wt％碳纤维、15wt％PTFE细粉、3wt％石墨。

采用以下工艺制备PVDF复合板材：

(1)将铜网铺在钝化的钢板上，铜网采用编织铜网，铜网的丝径为0.25mm，铜网的目数为40目，放入烧结炉中烧结成整体，得到铜网钢板复合板，其中烧结温度为900℃，烧结时间为15分钟，烧结过程中采用体积比3：1的氢氮混合气氛保护；

(2)混合树脂组合物的各成分，得到混合料；将混合料投入挤出机中挤出造粒，将粒料通过手工方式铺设到铜网钢板复合板的铜网层表面，其中挤出造粒温度为225℃；

(3)对负载有粒料的铜网钢板复合板进行加热，加热到260℃以上，使粒料熔化，再进行轧制得到PVDF复合板材，其中轧机是常温、不加热，轧制后树脂层厚度为0.1mm。

对比例4

本实施例的树脂组合物的配方为：85wt％PVDF、10wt％碳纤维、5wt％石墨粉。

采用以下工艺制备PVDF复合板材：

(1)将铜网铺在钝化的钢板上，铜网采用编织铜网，铜网的丝径为0.25mm，铜网的目数为40目，放入烧结炉中烧结成整体，得到铜网钢板复合板，其中烧结温度为900℃，烧结时间为15分钟，烧结过程中采用体积比3：1的氢氮混合气氛保护；

(2)混合树脂组合物的各成分，得到混合料；将混合料投入挤出机中直接挤出到已经感应加热的钢带铜网复合板的铜网表面，经过轧制得到PVDF复合板材，其中挤出温度为225℃，钢带铜网复合板感应加热温度为220℃，轧制温度为170℃，轧制压力为80MPa，轧制后树脂层厚度为0.1mm。

测试例1：摇摆摩擦试验

采用自制的摇摆摩擦试验仪(型号：YBJ-C-18)考察实施例和对比例制备得到的板材的摩擦磨损性能。

测试条件：试验件尺寸：Φ42×Φ40×30mm；对磨件：45#钢，硬度43～47HRC，Ra0.4μm；载荷：60MPa；速度：1.5m/min；润滑条件：3#锂基脂；测试时间：8小时；试验件和对磨件的对磨形式如图5所示。

摇摆摩擦试验测试结果如表1所示。

表1：实施例和对比例的板材的摇摆摩擦试验结果

由表1可知，实施例1-5的PVDF复合板材的摩擦系数和磨损量都很低，表明具有优异的自润滑性和耐磨性，其中实施例1的配方和工艺均最佳，性能最好。对比例1的采用常规工艺和铜粉钢板制备的PVDF复合板材以及对比例2的采用湿氟法制备的PTFE复合板材的摩擦系数和磨损量均明显高于实施例1-5，表明两者的自润滑性和耐磨性较差。

对比例3的PVDF复合板材的摩擦系数和磨损率高于实施例1，表明本发明的淋膜工艺有利于改善PVDF复合板材的自润滑性和耐磨性。对比例4的PVDF复合板材的摩擦系数和磨损量均高于实施例1-5，表明实施例1-5的树脂组合物配方(PVDF+碳纤维+PTFE粉+石墨粉)有利于改善PVDF复合板材的自润滑性和耐磨性。

测试例2：弯曲试验

通过弯曲试验考察实施例和对比例制备得到的板材的延展性。

试样尺寸：120mm*20mm*1mm。试验装置：如图6所示。试验方法：将试样夹紧，首先朝塑料面按60°弯曲、再朝钢背弯曲60°为一次，重复进行5次，每次观察试样状态，是否有开裂脱层现象。

弯曲试验结果如表2所示。实施例1和对比例4的PVDF复合板材试样经过弯曲试验后的外观分别如图7和图8所示。

表2：实施例和对比例的板材的弯曲试验结果

由表2可知，实施例1-5的PVDF复合板材没有开裂脱层现象，具有优良的延伸性。对比例1的PVDF复合板材和对比例2的PTFE复合板材明显开裂，延伸性差。

对比例3的PVDF复合板材稍有开裂，而实施例1的PVDF复合板材没有开裂脱层现象，表明本发明的淋膜工艺有利于改善PVDF复合板材的延展性。对比例4的PVDF复合板材稍有开裂，而实施例1-5的PVDF复合板材没有开裂脱层现象，表明实施例1-5的树脂组合物配方(PVDF+碳纤维+PTFE粉+石墨粉)有利于改善PVDF复合板材的延展性。

测试例3：台架试验

将实施例和对比例的板材制备成轴瓦，采用如图9所示的自制的转向器支撑轴瓦摩擦试验机进行台架试验考察实施例和对比例的板材的噪音、抖动和磨损情况。

试验用轴瓦形状和尺寸：如图10所示。试验条件：次数：15000次；载荷：8000N；往复运动幅度：±250mm；速度：0.064m/s；试验时间：32h；润滑条件：一次性涂脂；试验温度：室温；对磨轴：37CrS4，淬火后硬度HV 780～930，

台架试验结果如表3和图11所示。

表3：实施例和对比例的板材的台架试验结果

由表3和图11可知，实施例1-5的板材制成的轴瓦在实验过程中无噪音和抖动，表明其具有良好的噪音消除特性和跑合性，磨损量很小，具有优异的耐磨性和承载能力。对比例1的板材制成的轴瓦有噪音和抖动，出现了一定的磨损。对比例2的板材制成的轴瓦有噪音和抖动，且磨损严重。

对比例3的板材制成的轴瓦有噪音和抖动，出现了一定的磨损，而实施例1的板材制成的轴瓦无噪音和抖动且磨损量很小，表明本发明的淋膜工艺有利于改善PVDF复合板材的防噪音、防抖动、跑合性、稳定性、耐磨性和承载能力。对比例4的板材制成的轴瓦有噪音和抖动，出现了一定的磨损，而实施例1-5的板材制成的轴瓦无噪音和抖动且磨损量很小，表明实施例1-5的树脂组合物配方(PVDF+碳纤维+PTFE粉+石墨粉)有利于改善PVDF复合板材的防噪音、防抖动、跑合性、稳定性、耐磨性和承载能力。