保持架是滾動軸承的重要零件之一，其基本作用是：使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中保持滾動體沿軸承周向均勻分布并引導(dǎo)滾動體在正確的滾動軌跡上滾動。
在普通應(yīng)用場合，傳統(tǒng)的金屬沖壓保持架占主導(dǎo)，而在高溫、高速、低噪聲及長壽命應(yīng)用領(lǐng)域，則以實(shí)體保持架為主。根據(jù)使用工況的不同，實(shí)體保持架中又分為金屬保持架、酚醛樹脂保持架及塑料保持架。金屬實(shí)體保持架與酚醛樹脂保持架的加工工藝、加工設(shè)備及裝配比較復(fù)雜，由于生產(chǎn)成本較高，適用于單件和小批量生產(chǎn)。塑料保持架采用模具注塑成形加工，生產(chǎn)工藝相對簡單，成本較低，適用于大批量生產(chǎn)。
一、工程塑料保持架特點(diǎn)和分類
工程塑料主要有：以聚酰胺樹脂為材質(zhì)采用玻璃纖維增強(qiáng)的聚酰胺66（PA66-GF25，PA66-GF10）、聚酰胺66（PA66）、玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺46（PA46-GF30，-40～170 ℃）、聚酰胺46（PA46）、高性能熱塑性樹脂聚苯硫醚PPS、聚醚醚酮PEEK等，工程塑料具有比重小，耐磨損、耐腐蝕、耐輻射、韌性好、能抗振等優(yōu)點(diǎn)。工程塑料保持架能嵌埋固體異物，并能根據(jù)設(shè)計和使用要求進(jìn)行有針對性的改性以提高其相應(yīng)的性能，由于加工方便，可直接注塑成型為復(fù)雜結(jié)構(gòu)，提高了保持架設(shè)計的靈活性和自由度。
工程塑料保持架能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和彈性的完美結(jié)合，在潤滑的鋼材表面有良好的滑動性能，極低的摩擦力，從而使軸承的磨損和發(fā)熱保持在最低的水平。因?yàn)榈兔芏炔牧系膽T性小，即使在缺乏潤滑劑的條件下，工程塑料保持架也仍具有優(yōu)良的運(yùn)行性能。因此，軸承即使是連續(xù)工作也不會有卡死和二次損傷的風(fēng)險，這一切為工程塑料保持架在滾動軸承中的應(yīng)用提供了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性。在軸承行業(yè)普遍采用新材料新技術(shù)的今天，工程塑料保持架已日益顯示出其所具有的獨(dú)特優(yōu)越性和重要性。隨著工程塑料材料技術(shù)的發(fā)展，塑料復(fù)合材料的性能得到很大的提高，工程塑料保持架的應(yīng)用更加廣泛。尤其是一些國外的軸承企業(yè)，如SKF公司已將各類軸承的塑料保持架在一定尺寸范圍內(nèi)選作標(biāo)準(zhǔn)保持架；NSK，F(xiàn)AG公司采用塑料保持架的軸承產(chǎn)品都已經(jīng)占其產(chǎn)品總量的30%以上。
我國國防和工業(yè)的發(fā)展對滾動軸承提出了許多新的要求，促使軸承保持架在結(jié)構(gòu)和材料方面不斷改進(jìn)和發(fā)展。目前，保持架在滾動軸承中的作用已不僅僅是保持、隔離、引導(dǎo)滾動體正常轉(zhuǎn)動的作用，而且要求能夠利用保持架來提供潤滑的作用。如高速軸承、特殊介質(zhì)中工作的軸承、自潤滑軸承，以及一次潤滑長壽命軸承等。
隨著軸承轉(zhuǎn)速提高，密度大的金屬材料保持架已不能滿足軸承的要求，而密度僅為金屬的1/4～1/8，有耐磨、抗震、抗磁、耐輻射、耐蝕、低摩擦等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的工程塑料，進(jìn)入了滾動軸承保持架材料的行列。酚醛層壓布材密度小、機(jī)械強(qiáng)度較高、機(jī)械加工性能好、有一定的耐熱溫度和吸油、滲油等性能，目前已廣泛應(yīng)用到內(nèi)徑φ2～200mm的角接觸球軸承保持架。如高速磨頭軸承、機(jī)床軸承、儀表軸承、陀螺儀軸承、渦輪機(jī)軸承、增壓器軸承等都采用酚醛層壓布材保持架，其中dm·n值可以高達(dá)12×106mm·r·min-1。近年來隨著熱塑性工程塑料保持架技術(shù)的不斷發(fā)展，在滿足使用溫度、保持架強(qiáng)度和尺寸精度的情況下有取代其熱固性塑料保持架的可能性。
對金屬保持架無法滿足主機(jī)要求的場合，工程塑料保持架也顯示出了特殊的優(yōu)越性，如：在不允許使用潤滑油的液態(tài)氧（-183℃）中工作的軸承，裝有沖壓鋼制保持架的深溝球軸承6204在100 kg軸向載荷，10000r/min下運(yùn)轉(zhuǎn)16 min即被燒毀；而裝有以玻璃纖維增強(qiáng)的聚四氟乙烯塑料制作保持架的角接觸球軸承，在100 kg的軸向載荷，20000r/min下運(yùn)轉(zhuǎn)20 h后，摩擦力矩仍無增加；用二硫化鉬、聚四氟乙烯、玻璃纖維改性的聚酰亞胺制作的軸承保持架，可在真空輻射下無油潤滑工作，已應(yīng)用于阿波羅飛船上；多孔含油聚酰亞胺保持架使用在陀螺儀長壽命軸承上；多孔含油酚醛層壓布材保持架使用在通信衛(wèi)星機(jī)構(gòu)的軸承上；聚酰亞胺保持架使用在高速牙鉆軸承上；玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺66保持架使用在小轎車的齒輪箱、差動齒輪箱、離合器和輪轂上、水泵和礦井傳送裝置中等等，使用效果都十分良好。
江蘇無錫地區(qū)是軸承用工程塑料保持架的主要生產(chǎn)集聚區(qū)，代表性企業(yè)有：錫珠、中天、海江、元邦、天益、偉俊、至成、騰達(dá)、開拓、潤發(fā)、錫隆、萬昌、嘉宸、中臣等，其他如蘇州匯智精、浙江海寧科翔、溫州高德、常州志高、聊城金帝、臨清永佳等也是行業(yè)知名企業(yè)。
國內(nèi)企業(yè)大多采用德國巴斯夫、美國杜邦、荷蘭帝斯曼、日本大冢提供的保持架專用PA66原材料和其他耐高、低溫，高性能的PA46（-40℃～170℃）和PEEK等材料。許多企業(yè)使用了國內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品的加工和檢測，擁有進(jìn)口的CNC立式加工中心、慢走絲、中走絲線切割機(jī)床及數(shù)控精密加工機(jī)床等成套模具加工設(shè)備，自動三坐標(biāo)測量儀，臥式、立式數(shù)字投影儀及各種塑料性能檢測儀器，數(shù)控全自動混料注塑機(jī)等，年產(chǎn)品種近萬種，產(chǎn)量達(dá)16億件左右。主要用戶覆蓋大部分國內(nèi)軸承企業(yè)，使用工程塑料保持架的軸承主要配套國內(nèi)汽車企業(yè)。
二、軸承塑料保持架專用料發(fā)展歷史
目前我國塑料保持架主要用材料為璃纖維增強(qiáng)聚酰胺66，玻璃纖維含量25％～30％（PA66-GF25），隨著工程塑料改性技術(shù)的發(fā)展和新材料的出現(xiàn)，PA46-GF30，PPS，PEEK等工程塑料也逐漸開始在軸承保持架中應(yīng)用。
在國內(nèi)，工程塑料保持架應(yīng)用早期，原材料的生產(chǎn)尤其是軸承專用塑料品種的研發(fā)和生產(chǎn)起步較晚，與國外公司有較大的差距。我國的工程塑料及特種工程塑料不少品種還主要依靠進(jìn)口，有的品種以所謂“戰(zhàn)略物資”國外仍對我國實(shí)行封鎖，我國工程塑料保持架基礎(chǔ)材料受制于人的狀況沒有根本改變，這在一定程度上制約了我國塑料軸承保持架的發(fā)展。
20世紀(jì)90年代末以來，國內(nèi)工程塑料改性和生產(chǎn)技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，工程塑料保持架的廣泛應(yīng)用，突顯了塑料在滾動軸承中應(yīng)用的優(yōu)越性。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，塑料新材料的成功開發(fā)及應(yīng)用范圍的延伸，為塑料在滾動軸承中的應(yīng)用進(jìn)一步拓展了空間。軸承保持架用塑料已從PA66/GF，逐漸開始使用PA46/GF等材料。選用PA46材料保持架能明顯改善和提高軸承性能或降低使用費(fèi)用。
目前國際6大軸承公司（SKF，Schaeffler，NSK，Timken，NTN，JTEKT）已經(jīng)廣泛使用PA46工程塑料保持架材料。用PA46代替銅材作為汽車軸承的保持架，在保證高溫應(yīng)用的同時可以大大降低成本和重量，提高車輛的燃油效率，而且使軸承中的潤滑油脂有更多的儲存空間；可以滿足汽車軸承的高溫高速設(shè)計，大大提高使用壽命，從而迎合汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢。
冰箱壓縮機(jī)使用壓縮機(jī)油和冷媒，以往的聚酰胺系樹脂材料會產(chǎn)生樹脂環(huán)形低聚物，從而降低壓縮機(jī)的性能，因此，壓縮機(jī)用滾動軸承一直未使用工程塑料保持架，直到日本捷太格特（JTEKT）使用PPS材料，解決了之前的技術(shù)難題，最終實(shí)現(xiàn)了冰箱的節(jié)能化。
SupLub的原素材是一種稱為PEEK(Poly ether ether ketone, 學(xué)名為聚醚醚酮 ) 的熱可塑性高分子( thermoplastic)材料。該材料具有極佳的機(jī)械性質(zhì)、耐磨損性、抗老化性 (可長時間使用于280℃)、并幾乎不溶解于各種溶劑及無毒性，所以又被稱為超級工程塑料。PEEK 這種材料是英國Victrex 公司的專利產(chǎn)品，在車輛上的典型用途是用于變速箱的油封、機(jī)油泵及ABS剎車零件等。
滾針軸承除已大量用于汽車、摩托車工業(yè)外，亦被廣泛運(yùn)用在許多需要高速旋轉(zhuǎn)的領(lǐng)域。傳統(tǒng)做法是在軸承保持架外表面鍍銅或鍍銀，以減緩磨損，但經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軸承在9 000 r/min的高轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)100 h后，銅、銀鍍層已基本完全耗盡，無法完全解決磨損的問題。而采用SupLube高分子表面處理技術(shù)，則可以減少滾針軸承保持架接觸表面的磨損，如上相同測試下，被覆層幾乎沒有磨損跡象，有效提高了軸承使用效率與壽命；而且涂覆SupLub層的過程較為簡單，不會有伴隨鍍銅、鍍銀而產(chǎn)生的氫脆等問題。SupLub圖層兼具出色的耐磨性與持久性，又能抵抗惡劣的應(yīng)用環(huán)境；只需傳統(tǒng)銅/銀鍍層一半的厚度就能達(dá)到更優(yōu)異的耐磨性。全球滾針軸承運(yùn)用于高速引擎的生產(chǎn)量每年高達(dá)3 000多萬套，主要用于摩托車和船外機(jī)引擎，因此，此涂料技術(shù)非常有利于軸承制造商。
另外，VICTREX PEEK聚合材料、VICOTE涂料和APTIV薄膜等高性能材料的全球領(lǐng)先制造商英國威格斯公司近日宣布，滾針軸承的領(lǐng)先生產(chǎn)商臺灣立多祿工業(yè)股份有限公司決定將VICOTE涂料應(yīng)用于摩托車發(fā)動機(jī)、外置發(fā)動機(jī)以及其他高轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)中的滾針軸承上。其優(yōu)異的耐磨性使得VICOTE 804 Blk取代了目前銅、銀等涂層材料，VICOTE涂料可以減少滾動軸承外表面的磨損從而延長軸承保持架的實(shí)際使用壽命。 國內(nèi)，常州復(fù)諾納米科技有限公司開發(fā)了具有專利技術(shù)的SupLub超耐磨涂層技術(shù)應(yīng)用于滾針軸承表面。
塑料保持架的用料及使用從軸承行業(yè)有關(guān)保持架的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷史中也能看出端倪：
1993年5月7日發(fā)布了JB/T6638—1993《滾動軸承保持架用玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺66 技術(shù)條件》，規(guī)定了滾動軸承保持架用玻璃纖維增強(qiáng)PA66–25的技術(shù)要求、檢查方法和檢驗(yàn)規(guī)則。
1993年9月23日發(fā)布了JB/T7048—1993《滾動軸承工程塑料保持架技術(shù)條件》，規(guī)定了滾動軸承工程塑料保持架的材料、技術(shù)要求、檢查方法及檢驗(yàn)規(guī)則。適用于工作溫度范圍為–30℃～+120℃的下列各類軸承工程塑料保持架的制造、檢查和用戶驗(yàn)收：dm·n值小于0.6×106mm·r·min-1的調(diào)心球軸承；軸承外徑小于240mm的圓柱滾子軸承；軸承外徑小于320mm的調(diào)心滾子軸承；dm·n值小于0.6×106 mm·r·min-1、接觸角α≤40°的角接觸球軸承。
2002年7月16日發(fā)布了JB/T7048—2002《滾動軸承零件工程塑料保持架技術(shù)條件》，替代JB/T6638—1993《 滾動軸承保持架用玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺66技術(shù)條件》。
2011年12月20日發(fā)布了JB/T7048—2011《滾動軸承工程塑料保持架技術(shù)條件》，替代JB/T7048—2002《滾動軸承零件工程塑料保持架技術(shù)條件》。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了滾動軸承用工程塑料保持架的技術(shù)要求、檢測方法、檢驗(yàn)規(guī)則、包裝和儲運(yùn)；規(guī)定了保持架用工程塑料玻璃纖維增強(qiáng)PA66，PA66、玻璃纖維增強(qiáng)PA46，PA46的技術(shù)條件。適用于dm·n <1.5×106mm·r·min-1且軸承外徑D <320 mm的軸承用保持架的生產(chǎn)、檢驗(yàn)和驗(yàn)收。
三、軸承塑料保持架專用料市場現(xiàn)狀
國外廠家主要以德國巴斯夫公司A3HG5為主導(dǎo)，占市場份額60%～80%左右，荷蘭DSM公司的PA46占市場份額5%～10%左右，日本大冢陶瓷纖維PA66占市場份額1%～5%左右等。巴斯夫A3HG5的價格為（40000～45000）元/噸，2017年起隨著全球化工原材料價格上漲和貿(mào)易的變化，市場價格上升波動較大。
國內(nèi)廠家所占市場份額總和在8%～10%左右，其中以上海金發(fā)、杭州本松、蘇州創(chuàng)佳、杭州卡勒佳、無錫巨旺、平頂山麥克斯等為主導(dǎo)，約占市場份額5%～8%左右。國內(nèi)PA66的價格通常為（30000～35000）元/噸。其中杭州本松新材料技術(shù)股份公司引進(jìn)了日本精益管理體系及產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)，擁有Coperion、KraussMaffei、AZO等一系列德國進(jìn)口全自動生產(chǎn)設(shè)備，并建立可自行檢測力學(xué)、熱學(xué)、耐候性、阻燃、電學(xué)、化學(xué)、老化等項(xiàng)目的測試中心，在其專注的汽車軸承領(lǐng)域替代進(jìn)口材料方面取得了可喜的進(jìn)步和較好的業(yè)績。
四、國內(nèi)外材料的性能對比
典型的德國巴斯夫A3HG5材料和國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的某型PA66材料的性能對比見表1。
由表1可知，國內(nèi)改性保持架料經(jīng)過持續(xù)的改進(jìn)發(fā)展，各項(xiàng)性能已經(jīng)達(dá)到國際同類產(chǎn)品的水平。但是由于品牌知名度、用戶習(xí)慣、保持架在軸承價格中的占比等市場因素，目前國外保持架專用料仍處在壟斷地位。
五、塑料保持架用料工藝過程及條件
1）將PA66樹脂在（80～100）℃下進(jìn)行干燥處理，按配比量投入到高速混料機(jī)中，然后分別加入配比量的增韌劑、穩(wěn)定劑和適量的浸潤劑，經(jīng)（2～3）min的混合后，放料裝袋備用。
2）將混合料加入到雙螺桿擠出機(jī)的料斗中，料筒溫度為270～280℃，主機(jī)轉(zhuǎn)速為350 r/min，并在真空排氣的情況下恒定加入混合料，使其在料筒中熔融混煉，同時在擠出機(jī)前部的另一加料口中加入無堿無捻玻璃紗，該紗經(jīng)擠出機(jī)螺桿上的剪切和混合元件作用后，即被切斷成短纖維，并與聚酰胺和其他輔料溶融混臺，經(jīng)口模擠出，形成注帶條料，再經(jīng)冷卻，干燥，切粒，過篩后即為成品。
3）玻璃纖維的加入數(shù)量應(yīng)在投產(chǎn)開始時，先抽取粒料樣品，進(jìn)行含量測定，并調(diào)整到需要的量。
六、結(jié)束語
總之，我國工程塑料保持架的材質(zhì)水平、加工質(zhì)量、工藝和制造設(shè)備水平與國外先進(jìn)水平相比還有比較大的差距，加快開發(fā)出國產(chǎn)先進(jìn)基礎(chǔ)原材料和加工工藝，研制新型高速、高效數(shù)控加工專業(yè)設(shè)備，提高注塑模具和產(chǎn)品精密智能化制造和檢驗(yàn)水平，適應(yīng)軸承保持架專業(yè)化、自動化、大規(guī)模生產(chǎn)的需要，將是我們今后努力的方向和奮斗的目標(biāo)。
（本文刊登于中國軸協(xié)會刊《軸承工業(yè)》2019年第3期“技術(shù)前沿”欄目P15-21）
來源：軸承工業(yè)雜志
