保持架是滚动轴承的重要零件之一，其基本作用是：使轴承在运转过程中保持滚动体沿轴承周向均匀分布并引导滚动体在正确的滚动轨迹上滚动。
在普通应用场合，传统的金属冲压保持架占主导，而在高温、高速、低噪声及长寿命应用领域，则以实体保持架为主。根据使用工况的不同，实体保持架中又分为金属保持架、酚醛树脂保持架及塑料保持架。金属实体保持架与酚醛树脂保持架的加工工艺、加工设备及装配比较复杂，由于生产成本较高，适用于单件和小批量生产。塑料保持架采用模具注塑成形加工，生产工艺相对简单，成本较低，适用于大批量生产。
一、工程塑料保持架特点和分类
工程塑料主要有：以聚酰胺树脂为材质采用玻璃纤维增强的聚酰胺66（PA66-GF25，PA66-GF10）、聚酰胺66（PA66）、玻璃纤维增强聚酰胺46（PA46-GF30，-40～170 ℃）、聚酰胺46（PA46）、高性能热塑性树脂聚苯硫醚PPS、聚醚醚酮PEEK等，工程塑料具有比重小，耐磨损、耐腐蚀、耐辐射、韧性好、能抗振等优点。工程塑料保持架能嵌埋固体异物，并能根据设计和使用要求进行有针对性的改性以提高其相应的性能，由于加工方便，可直接注塑成型为复杂结构，提高了保持架设计的灵活性和自由度。
工程塑料保持架能实现强度和弹性的完美结合，在润滑的钢材表面有良好的滑动性能，极低的摩擦力，从而使轴承的磨损和发热保持在最低的水平。因为低密度材料的惯性小，即使在缺乏润滑剂的条件下，工程塑料保持架也仍具有优良的运行性能。因此，轴承即使是连续工作也不会有卡死和二次损伤的风险，这一切为工程塑料保持架在滚动轴承中的应用提供了技术和经济上的可行性。在轴承行业普遍采用新材料新技术的今天，工程塑料保持架已日益显示出其所具有的独特优越性和重要性。随着工程塑料材料技术的发展，塑料复合材料的性能得到很大的提高，工程塑料保持架的应用更加广泛。尤其是一些国外的轴承企业，如SKF公司已将各类轴承的塑料保持架在一定尺寸范围内选作标准保持架；NSK，FAG公司采用塑料保持架的轴承产品都已经占其产品总量的30%以上。
我国国防和工业的发展对滚动轴承提出了许多新的要求，促使轴承保持架在结构和材料方面不断改进和发展。目前，保持架在滚动轴承中的作用已不仅仅是保持、隔离、引导滚动体正常转动的作用，而且要求能够利用保持架来提供润滑的作用。如高速轴承、特殊介质中工作的轴承、自润滑轴承，以及一次润滑长寿命轴承等。
随着轴承转速提高，密度大的金属材料保持架已不能满足轴承的要求，而密度仅为金属的1/4～1/8，有耐磨、抗震、抗磁、耐辐射、耐蚀、低摩擦等独特优点的工程塑料，进入了滚动轴承保持架材料的行列。酚醛层压布材密度小、机械强度较高、机械加工性能好、有一定的耐热温度和吸油、渗油等性能，目前已广泛应用到内径φ2～200mm的角接触球轴承保持架。如高速磨头轴承、机床轴承、仪表轴承、陀螺仪轴承、涡轮机轴承、增压器轴承等都采用酚醛层压布材保持架，其中dm·n值可以高达12×106mm·r·min-1。近年来随着热塑性工程塑料保持架技术的不断发展，在满足使用温度、保持架强度和尺寸精度的情况下有取代其热固性塑料保持架的可能性。
对金属保持架无法满足主机要求的场合，工程塑料保持架也显示出了特殊的优越性，如：在不允许使用润滑油的液态氧（-183℃）中工作的轴承，装有冲压钢制保持架的深沟球轴承6204在100 kg轴向载荷，10000r/min下运转16 min即被烧毁；而装有以玻璃纤维增强的聚四氟乙烯塑料制作保持架的角接触球轴承，在100 kg的轴向载荷，20000r/min下运转20 h后，摩擦力矩仍无增加；用二硫化钼、聚四氟乙烯、玻璃纤维改性的聚酰亚胺制作的轴承保持架，可在真空辐射下无油润滑工作，已应用于阿波罗飞船上；多孔含油聚酰亚胺保持架使用在陀螺仪长寿命轴承上；多孔含油酚醛层压布材保持架使用在通信卫星机构的轴承上；聚酰亚胺保持架使用在高速牙钻轴承上；玻璃纤维增强聚酰胺66保持架使用在小轿车的齿轮箱、差动齿轮箱、离合器和轮毂上、水泵和矿井传送装置中等等，使用效果都十分良好。
江苏无锡地区是轴承用工程塑料保持架的主要生产集聚区，代表性企业有：锡珠、中天、海江、元邦、天益、伟俊、至成、腾达、开拓、润发、锡隆、万昌、嘉宸、中臣等，其他如苏州汇智精、浙江海宁科翔、温州高德、常州志高、聊城金帝、临清永佳等也是行业知名企业。
国内企业大多采用德国巴斯夫、美国杜邦、荷兰帝斯曼、日本大冢提供的保持架专用PA66原材料和其他耐高、低温，高性能的PA46（-40℃～170℃）和PEEK等材料。许多企业使用了国内外先进的设备进行产品的加工和检测，拥有进口的CNC立式加工中心、慢走丝、中走丝线切割机床及数控精密加工机床等成套模具加工设备，自动三坐标测量仪，卧式、立式数字投影仪及各种塑料性能检测仪器，数控全自动混料注塑机等，年产品种近万种，产量达16亿件左右。主要用户覆盖大部分国内轴承企业，使用工程塑料保持架的轴承主要配套国内汽车企业。
二、轴承塑料保持架专用料发展历史
目前我国塑料保持架主要用材料为璃纤维增强聚酰胺66，玻璃纤维含量25％～30％（PA66-GF25），随着工程塑料改性技术的发展和新材料的出现，PA46-GF30，PPS，PEEK等工程塑料也逐渐开始在轴承保持架中应用。
在国内，工程塑料保持架应用早期，原材料的生产尤其是轴承专用塑料品种的研发和生产起步较晚，与国外公司有较大的差距。我国的工程塑料及特种工程塑料不少品种还主要依靠进口，有的品种以所谓“战略物资”国外仍对我国实行封锁，我国工程塑料保持架基础材料受制于人的状况没有根本改变，这在一定程度上制约了我国塑料轴承保持架的发展。
20世纪90年代末以来，国内工程塑料改性和生产技术取得了长足的进步，工程塑料保持架的广泛应用，突显了塑料在滚动轴承中应用的优越性。随着现代科技的发展，塑料新材料的成功开发及应用范围的延伸，为塑料在滚动轴承中的应用进一步拓展了空间。轴承保持架用塑料已从PA66/GF，逐渐开始使用PA46/GF等材料。选用PA46材料保持架能明显改善和提高轴承性能或降低使用费用。
目前国际6大轴承公司（SKF，Schaeffler，NSK，Timken，NTN，JTEKT）已经广泛使用PA46工程塑料保持架材料。用PA46代替铜材作为汽车轴承的保持架，在保证高温应用的同时可以大大降低成本和重量，提高车辆的燃油效率，而且使轴承中的润滑油脂有更多的储存空间；可以满足汽车轴承的高温高速设计，大大提高使用寿命，从而迎合汽车工业的发展趋势。
冰箱压缩机使用压缩机油和冷媒，以往的聚酰胺系树脂材料会产生树脂环形低聚物，从而降低压缩机的性能，因此，压缩机用滚动轴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，解决了之前的技术难题，最终实现了冰箱的节能化。
SupLub的原素材是一种称为PEEK(Poly ether ether ketone, 学名为聚醚醚酮 ) 的热可塑性高分子( thermoplastic)材料。该材料具有极佳的机械性质、耐磨损性、抗老化性 (可长时间使用于280℃)、并几乎不溶解于各种溶剂及无毒性，所以又被称为超级工程塑料。PEEK 这种材料是英国Victrex 公司的专利产品，在车辆上的典型用途是用于变速箱的油封、机油泵及ABS剎车零件等。
滚针轴承除已大量用于汽车、摩托车工业外，亦被广泛运用在许多需要高速旋转的领域。传统做法是在轴承保持架外表面镀铜或镀银，以减缓磨损，但经测试发现，当轴承在9 000 r/min的高转速下运转100 h后，铜、银镀层已基本完全耗尽，无法完全解决磨损的问题。而采用SupLube高分子表面处理技术，则可以减少滚针轴承保持架接触表面的磨损，如上相同测试下，被覆层几乎没有磨损迹象，有效提高了轴承使用效率与寿命；而且涂覆SupLub层的过程较为简单，不会有伴随镀铜、镀银而产生的氢脆等问题。SupLub图层兼具出色的耐磨性与持久性，又能抵抗恶劣的应用环境；只需传统铜/银镀层一半的厚度就能达到更优异的耐磨性。全球滚针轴承运用于高速引擎的生产量每年高达3 000多万套，主要用于摩托车和船外机引擎，因此，此涂料技术非常有利于轴承制造商。
另外，VICTREX PEEK聚合材料、VICOTE涂料和APTIV薄膜等高性能材料的全球领先制造商英国威格斯公司近日宣布，滚针轴承的领先生产商台湾立多禄工业股份有限公司决定将VICOTE涂料应用于摩托车发动机、外置发动机以及其他高转速发动机中的滚针轴承上。其优异的耐磨性使得VICOTE 804 Blk取代了目前铜、银等涂层材料，VICOTE涂料可以减少滚动轴承外表面的磨损从而延长轴承保持架的实际使用寿命。 国内，常州复诺纳米科技有限公司开发了具有专利技术的SupLub超耐磨涂层技术应用于滚针轴承表面。
塑料保持架的用料及使用从轴承行业有关保持架的标准发展历史中也能看出端倪：
1993年5月7日发布了JB/T6638—1993《滚动轴承保持架用玻璃纤维增强聚酰胺66 技术条件》，规定了滚动轴承保持架用玻璃纤维增强PA66–25的技术要求、检查方法和检验规则。
1993年9月23日发布了JB/T7048—1993《滚动轴承工程塑料保持架技术条件》，规定了滚动轴承工程塑料保持架的材料、技术要求、检查方法及检验规则。适用于工作温度范围为–30℃～+120℃的下列各类轴承工程塑料保持架的制造、检查和用户验收：dm·n值小于0.6×106mm·r·min-1的调心球轴承；轴承外径小于240mm的圆柱滚子轴承；轴承外径小于320mm的调心滚子轴承；dm·n值小于0.6×106 mm·r·min-1、接触角α≤40°的角接触球轴承。
2002年7月16日发布了JB/T7048—2002《滚动轴承零件工程塑料保持架技术条件》，替代JB/T6638—1993《 滚动轴承保持架用玻璃纤维增强聚酰胺66技术条件》。
2011年12月20日发布了JB/T7048—2011《滚动轴承工程塑料保持架技术条件》，替代JB/T7048—2002《滚动轴承零件工程塑料保持架技术条件》。标准规定了滚动轴承用工程塑料保持架的技术要求、检测方法、检验规则、包装和储运；规定了保持架用工程塑料玻璃纤维增强PA66，PA66、玻璃纤维增强PA46，PA46的技术条件。适用于dm·n <1.5×106mm·r·min-1且轴承外径D <320 mm的轴承用保持架的生产、检验和验收。
三、轴承塑料保持架专用料市场现状
国外厂家主要以德国巴斯夫公司A3HG5为主导，占市场份额60%～80%左右，荷兰DSM公司的PA46占市场份额5%～10%左右，日本大冢陶瓷纤维PA66占市场份额1%～5%左右等。巴斯夫A3HG5的价格为（40000～45000）元/吨，2017年起随着全球化工原材料价格上涨和贸易的变化，市场价格上升波动较大。
国内厂家所占市场份额总和在8%～10%左右，其中以上海金发、杭州本松、苏州创佳、杭州卡勒佳、无锡巨旺、平顶山麦克斯等为主导，约占市场份额5%～8%左右。国内PA66的价格通常为（30000～35000）元/吨。其中杭州本松新材料技术股份公司引进了日本精益管理体系及产品研发技术，拥有Coperion、KraussMaffei、AZO等一系列德国进口全自动生产设备，并建立可自行检测力学、热学、耐候性、阻燃、电学、化学、老化等项目的测试中心，在其专注的汽车轴承领域替代进口材料方面取得了可喜的进步和较好的业绩。
四、国内外材料的性能对比
典型的德国巴斯夫A3HG5材料和国内某厂家生产的某型PA66材料的性能对比见表1。
由表1可知，国内改性保持架料经过持续的改进发展，各项性能已经达到国际同类产品的水平。但是由于品牌知名度、用户习惯、保持架在轴承价格中的占比等市场因素，目前国外保持架专用料仍处在垄断地位。
五、塑料保持架用料工艺过程及条件
1）将PA66树脂在（80～100）℃下进行干燥处理，按配比量投入到高速混料机中，然后分别加入配比量的增韧剂、稳定剂和适量的浸润剂，经（2～3）min的混合后，放料装袋备用。
2）将混合料加入到双螺杆挤出机的料斗中，料筒温度为270～280℃，主机转速为350 r/min，并在真空排气的情况下恒定加入混合料，使其在料筒中熔融混炼，同时在挤出机前部的另一加料口中加入无碱无捻玻璃纱，该纱经挤出机螺杆上的剪切和混合元件作用后，即被切断成短纤维，并与聚酰胺和其他辅料溶融混台，经口模挤出，形成注带条料，再经冷却，干燥，切粒，过筛后即为成品。
3）玻璃纤维的加入数量应在投产开始时，先抽取粒料样品，进行含量测定，并调整到需要的量。
六、结束语
总之，我国工程塑料保持架的材质水平、加工质量、工艺和制造设备水平与国外先进水平相比还有比较大的差距，加快开发出国产先进基础原材料和加工工艺，研制新型高速、高效数控加工专业设备，提高注塑模具和产品精密智能化制造和检验水平，适应轴承保持架专业化、自动化、大规模生产的需要，将是我们今后努力的方向和奋斗的目标。
（本文刊登于中国轴协会刊《轴承工业》2019年第3期“技术前沿”栏目P15-21）
来源：轴承工业杂志
