專利名稱：滑動構(gòu)件和制備滑動構(gòu)件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在各種設(shè)備的滑動部件中使用的滑動構(gòu)件和制備該滑動構(gòu)件的方法。
背景技術(shù)：
聚酰胺-酰亞胺樹脂是一種在耐熱性和機械強度方面性能優(yōu)異的樹脂材料，并具有自潤滑性質(zhì)。因此，聚酰胺-酰亞胺樹脂常常用于各種設(shè)備的滑動構(gòu)件中。
例如日本未審專利公開No.11-13638中所公開，每個滑動構(gòu)件都有基材和滑動層，所述滑動層包括固體潤滑劑和用作保持所述固體潤滑劑的粘合劑的聚酰胺-酰亞胺樹脂。通常，這樣的滑動層可以通過用其中固體潤滑劑和樹脂清漆相混合的涂料組合物涂覆基材的滑動表面?zhèn)全@得。
此外，一些滑動構(gòu)件是通過注塑模塑材料而制備的，在所述模塑材料中聚亞苯基硫醚樹脂或聚亞芳基硫醚樹脂與聚酰胺-亞氨基樹脂相混合。例如，日本未審專利公開No.2001-302914提到由樹脂組合物形成的滑動環(huán)，其中使得包含聚酰胺-酰亞胺樹脂和聚亞芳基硫醚樹脂的模塑材料含有由用有機陽離子改性的可膨脹分層硅酸鹽制備的有機粘土復(fù)合物。但是，由于注塑是將通過加熱熔融的材料傾倒到模具中并對材料進(jìn)行模塑，因而注塑沒有形狀自由度，不能制備需要具有薄滑動層的滑動零件，并且難于確保對其它零件的粘合性。此外，當(dāng)通過注入模塑上述共混的聚合物時，由于作為基質(zhì)的聚酰胺-酰亞胺樹脂和共混到該基質(zhì)中的聚合物彼此不同，所得模塑物因摻混的聚合物的影響而在機械特性和耐熱性兩方面惡化。
此外，近年來，存在對滑動構(gòu)件的特性進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)的要求，以確保比過去更加可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述狀況而進(jìn)行構(gòu)思，其目標(biāo)在于提供相對于常規(guī)滑動構(gòu)件具有優(yōu)異特性的新型滑動構(gòu)件及其制備方法。
本發(fā)明人進(jìn)行了認(rèn)真研究和經(jīng)過多次反復(fù)試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)滑動構(gòu)件的特性可以通過采用如下的樹脂組合物作為滑動層得到進(jìn)一步改進(jìn)，所述樹脂組合物中有機改性分層粘土礦物均勻分散在聚酰胺-酰亞胺樹脂中。
也就是說，本發(fā)明的滑動構(gòu)件的特征在于具有基材和形成在該基材的至少一個滑動表面?zhèn)壬系幕瑒訉?，所述滑動層包括含聚酰?酰亞胺樹脂和均勻分散在該聚酰胺-酰亞胺樹脂中的有機改性分層粘土礦物的樹脂組合物；和由該樹脂組合物保持的固體潤滑劑。
在此，“有機改性分層粘土礦物”是具有插層在層之間的有機質(zhì)(有機陽離子)的分層粘土礦物。通常，所述分層粘土礦物具有分層結(jié)構(gòu)，其中層壓了若干層(層間距d＝12nm)。與之相反，在有機改性分層粘土礦物中，層間間隙由于插在層間的有機陽離子而膨脹。由于這樣的有機改性分層粘土礦物和有機質(zhì)的相容性高，因此在聚酰胺-酰亞胺樹脂中的各層的層間距離增加，和在某些情況下，各層被剝離并在聚酰胺-酰亞胺樹脂中彼此分離。結(jié)果，有機改性分層粘土礦物可以均勻分散到聚酰胺-酰亞胺樹脂中。
這時優(yōu)選的是，構(gòu)成上述滑動層的樹脂組合物在100-200℃范圍具有5×10-5/℃或者更低的平均線性膨脹系數(shù)。
此外，用于制備本發(fā)明的滑動構(gòu)件的方法(其是用于制備本發(fā)明的上述滑動構(gòu)件的方法)的特征在于包括下面的用涂料組合物涂覆基材的至少一個滑動表面?zhèn)鹊耐苛辖M合物涂覆步驟，所述涂料組合物包括樹脂溶液、固體潤滑劑和有機改性分層粘土礦物的混合物，其中所述樹脂溶液包含聚酰胺-酰亞胺樹脂和用于溶解該聚酰胺-酰亞胺樹脂的溶劑；和通過去除涂料組合物的溶劑形成滑動層的滑動層形成步驟。
根據(jù)本發(fā)明的滑動構(gòu)件和用于制備本發(fā)明的滑動構(gòu)件的方法，有機改性分層粘土礦物均勻分散在聚酰胺-酰亞胺樹脂中。由于分散在聚酰胺-酰亞胺樹脂中的分層粘土礦物是無機質(zhì)，上述樹脂組合物表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性。結(jié)果，改善了滑動層的耐磨性，因而可以獲得具有優(yōu)異滑動特性的滑動構(gòu)件。
此外，特別是當(dāng)所述樹脂組合物在100-200℃范圍具有5×10-5/℃或者更低的平均線性膨脹系數(shù)時，即使滑動使滑動層的溫度升高，而滑動層的熱膨脹程度低。因此，可以防止滑動層在高溫條件下使用時被剝落。
應(yīng)注意，本發(fā)明的滑動構(gòu)件的滑動層是形成在基材上的滑動層并通過用涂料組合物涂覆基材形成，在該涂料組合物中包括聚酰胺-酰亞胺樹脂和溶劑的樹脂溶液與固體潤滑劑和有機改性分層的粘土礦物相混合。因此，本發(fā)明的滑動構(gòu)件的滑動層與通過注塑生產(chǎn)的滑動構(gòu)件的滑動層不同，不要求向聚酰胺-酰亞胺樹脂中添加聚亞苯硫醚樹脂或者聚亞芳基硫醚樹脂，如日本未審專利公開No.2001-302914中所公開。此外，盡管使用了具有優(yōu)異耐熱性的聚酰胺-酰亞胺樹脂，該滑動層是容易制備的。
附圖簡述通過參照下面的詳細(xì)說明和附圖可以更深刻地理解本發(fā)明。下面將簡要闡述附圖。


圖1示出了包括PAI樹脂和有機改性粘土的膜樣品a和用于制備滑動構(gòu)件的膜樣品g的X射線衍射結(jié)果。
圖2是示出包括PAI樹脂和有機改性粘土的膜樣品a和用于制備滑動構(gòu)件的膜樣品e的粘彈性結(jié)果的曲線圖。
圖3是圖示用于評價滑動構(gòu)件的滑動特性的測試裝置的示意圖。
圖4是示出滑動構(gòu)件A-N和X1-X5的無潤滑膠住(seizure)測試(耐磨性測試)結(jié)果的曲線圖。
圖5是示出滑動構(gòu)件X1和滑動構(gòu)件H的油潤滑測試結(jié)果的曲線圖。
圖6是示出膜樣品a和c、e和f的粘合劑樹脂的抗張強度的曲線圖。
圖7是示出膜樣品a和c、e和f的粘合劑樹脂的抗張彈性模量的曲線圖。
圖8是示出膜樣品a-e的粘合劑樹脂的熱膨脹系數(shù)的曲線圖。
具體實施例方式
為了更詳細(xì)地描述本發(fā)明，下面將描述本發(fā)明的用于實施滑動構(gòu)件和用于制備滑動構(gòu)件的方法的最佳方式。
本發(fā)明的滑動構(gòu)件主要具有基材和滑動層。
論及基材，形狀等不受特別限制，只要其是各種設(shè)備的滑動零件即可，但是優(yōu)選該基材由金屬形成。例如，鐵和鋼、鋁和含有Mg、Cu、Zn、Si、Mn等的鋁合金、銅和含有Zn、Al、Sn、Mn等的銅合金是優(yōu)選的。此外，特別優(yōu)選地，該基材是壓縮機的滑動零件。也即本發(fā)明的滑動構(gòu)件可以是壓縮機的滑動構(gòu)件。例如，本發(fā)明的滑動構(gòu)件可以用作旋轉(zhuǎn)斜盤型壓縮機的旋轉(zhuǎn)斜盤。本發(fā)明的滑動構(gòu)件還可以用作壓縮機的導(dǎo)向板(shoe)。旋轉(zhuǎn)斜盤型壓縮機的旋轉(zhuǎn)斜盤和導(dǎo)向板有時以干的無潤滑狀態(tài)相對彼此滑動。即使在這樣的非?？量痰臒o潤滑條件下的滑動時也希望不引起膠住或磨損。使用本發(fā)明的滑動構(gòu)件作為旋轉(zhuǎn)斜盤型壓縮機的旋轉(zhuǎn)斜盤、導(dǎo)向板等可以完全滿足旋轉(zhuǎn)斜盤型壓縮機要求的條件。
除上文所述之外，本發(fā)明的滑動構(gòu)件還可以用作支承壓縮機的主動軸的軸承。本發(fā)明的滑動構(gòu)件還可以用作整合地支承在活塞型壓縮機的主動軸上，并可以在壓縮室和抽吸壓力區(qū)之間開關(guān)氣體通道的旋轉(zhuǎn)閥，后者是因為所述主動軸由活塞型壓縮機的外殼旋轉(zhuǎn)地支承和該旋轉(zhuǎn)閥隨著主動軸的旋轉(zhuǎn)而同步旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明的滑動構(gòu)件還可以用作活塞型壓縮機的活塞。
此外，在上述基材的至少一個滑動表面?zhèn)刃纬闪嘶瑒訉印?br> 所述滑動層包括樹脂組合物和由該樹脂組合物保持的固體潤滑劑，其中該樹脂組合物包括聚酰胺-酰亞胺樹脂和均勻分散在聚酰胺-酰亞胺樹脂中的有機改性分層粘土礦物。也就是說，所述樹脂組合物起到保持固體潤滑劑的粘合劑的作用。
在樹脂組合物中使用的聚酰胺-酰亞胺樹脂不受特別限制，但是可以通過常規(guī)方法例如二異氰酸酯方法和酰氯方法形成。在這些方法中，二異氰酸酯方法從可聚合性和費用方面來看是優(yōu)選的。此外優(yōu)選的是，所述聚酰胺-酰亞胺樹脂具有不低于10000、更優(yōu)選不低于12000、進(jìn)一步優(yōu)選不低于14000的數(shù)均分子量。當(dāng)數(shù)均分子量低于10000時，柔軟性和耐熱性往往被降低。此外，如果聚酰胺-酰亞胺樹脂的數(shù)均分子量較大，滑動特性增加得更多，但是不大于35000的數(shù)均分子量在本發(fā)明中是優(yōu)選的。當(dāng)數(shù)均分子量大于35000時，得到的用于滑動構(gòu)件的最終涂料組合物的粘性變高和涂料可加工性惡化。
作為聚合反應(yīng)可以使用的有機溶劑，優(yōu)選使用單獨的或者作為混合物形式的具有相對高介電常數(shù)的溶劑，不僅可以使用酰胺溶劑例如正甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺，含硫溶劑例如二甲亞砜和環(huán)丁砜，含硝基溶劑例如硝基甲烷和硝基乙烷，醚溶劑例如二甘醇二甲醚和四氫呋喃，酮溶劑例如環(huán)己酮和甲基乙基酮，腈溶劑例如乙腈和丙腈，而且可以使用γ-丁內(nèi)酯和四甲基脲等。但是，具有相對低介電常數(shù)的溶劑例如二甲苯和甲苯可以通過混合而被使用。
反應(yīng)溫度優(yōu)選為50-200℃，并且為了促進(jìn)反應(yīng)，反應(yīng)可以在叔胺、金屬例如堿金屬、堿土金屬、鈷、錫和鋅、準(zhǔn)金屬化合物等存在條件下進(jìn)行。
為了獲得本發(fā)明的聚酰胺-酰亞胺樹脂，偏苯三酸酐可以用作酸組分單體。為了賦予在溶劑中的溶解性和可聚合性，可以將下列物質(zhì)中一種或者兩種或更多種的混合物進(jìn)行共聚脂族二羧酸例如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸和十三烷二酸；芳族二羧酸例如間苯二甲酸、5-叔丁基-1，3-苯二甲酸、對苯二甲酸、二苯甲烷-4，4’-二羧酸、二苯甲烷-2，4’-二羧酸、二苯甲烷-3，4’-二羧酸、二苯甲烷-3，3’-二羧酸、1，2-二苯乙烷-4，4’-二羧酸。1，2-二苯乙烷-2，4’-二羧酸、1，2-二苯乙烷-3，4’-二羧酸、1，2-二苯乙烷-3，3’-二羧酸、2，2’-雙(4-羧基苯基)丙烷、2-(2-羧基苯基)-2-(4-羧基苯基)丙烷、2-(3-羧基苯基)-2-(4-羧基苯基)丙烷、二苯基醚-4，4’-二羧酸、二苯基醚-2，4-二羧酸、二苯基醚-3，4-二羧酸、二苯基醚-3，3’-二羧酸、二苯基砜-4，4’-二羧酸、二苯基砜-2，4-二羧酸、二苯基砜-3，4-二羧酸、二苯基砜-3，3’-二羧酸、二苯甲酮-4，4’-二羧酸、二苯甲酮-2，4-二羧酸、二苯甲酮-3，4-二羧酸、二苯甲酮-3，3’-二羧酸、吡啶-2，6-二羧酸、雙[(4-羧基)鄰苯二甲酰亞胺]4，4’-二苯基醚和雙[(4-羧基)鄰苯二甲酰亞胺]α，α’-間二甲苯；丁烷-1，2，4-三羧酸、萘-1，2，4-三羧酸和他們的酸酐；丁烷-1，2，3，4-四羧酸、苯均四酸、二苯甲酮-3，3’，4，4’-四羧酸、二苯基醚-3，3’，4，4’-四羧酸、二苯基-3，3’，4，4’-四羧酸、二苯基-2，2’，3，3’-四羧酸、萘-2，3，6，7-四羧酸、萘-1，2，4，5-四羧酸、萘-1，4，5，8-四羧酸和他們的二酐；亞烷基二醇-雙(脫水偏苯三酸酯)例如乙二醇-雙(脫水偏苯三酸酯)、丙二醇-雙(脫水偏苯三酸酯)、聚乙二醇-雙(脫水偏苯三酸酯)和聚丙二醇-雙(脫水偏苯三酸酯)。
另一方面，作為胺組分，可以對下列物質(zhì)的一種或者兩種或更多種的混合物進(jìn)行共聚間苯二胺、對苯二胺、氧雙苯胺、亞甲基雙苯胺、六氟異亞丙基雙苯胺、二氨基間二甲苯、二氨基對二甲苯、1，4-萘二胺、1，5-萘二胺、2，6-萘二胺、2，7-萘二胺、2，2’-雙(4-氨基苯基)丙烷、2，2’-雙(氨基苯基)六氟丙烷、4，4’-二氨基二苯砜、4，4’-二氨基二苯基醚、3，3’-二氨基二苯砜、3，4-二氨基聯(lián)苯、4，4’-二氨基二苯甲酮、六亞甲基二胺、四亞甲基二胺、異佛爾酮二胺、3，4-二氨基二苯基醚、異亞丙基雙苯胺、3，3’-二氨基二苯甲酮、二環(huán)己基-4，4’-二胺、4，4’-二氨基二苯基甲烷、鄰聯(lián)甲苯胺、2，4-亞甲苯基二胺、1，3-雙(3-氨基苯氧基)苯、1，3-雙(4-氨基苯氧基)苯、1，4-雙(4-氨基苯氧基)苯、2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜、4，4’-雙(4-氨基苯氧基)聯(lián)苯、2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4，4’-二氨基二苯硫醚、3，3’-二氨基二苯硫醚和他們的二異氰酸酯。在這些異氰酸酯組分和胺組分中，從反應(yīng)性、耐磨性、溶解性、價格等方面來看，二苯基甲烷二異氰酸酯是最優(yōu)選的。
分散在上述聚酰胺-酰亞胺樹脂中的有機改性分層粘土礦物不受特別限制，但是其優(yōu)選是被有機離子有機改性分層粘土礦物。
在此，分層粘土礦物是被稱為分層頁硅酸鹽的那些。分層頁硅酸鹽的實例包括綠土分層粘土礦物例如蒙脫石、滑石粉、鋰蒙脫石、貝得石、富鎂蒙脫石和綠脫石；蛭石、多水高嶺土、膨脹云母和高嶺土。這些分層頁硅酸鹽可以是天然或者合成的。因此，優(yōu)選的是所述有機改性分層粘土礦物是均被有機離子有機改性的鈉蒙脫石和鈉云母。由于鈉蒙脫石在自然界廣泛分布而鈉云母作為合成物穩(wěn)定供應(yīng)和易于獲得，鈉蒙脫石和鈉云母優(yōu)選作為有機改性分層粘土礦物的原材料。
優(yōu)選地，在有機離子中的碳數(shù)為6個或者更多，例如通常采用烷基離子。如果碳數(shù)小于6，則難于將聚酰胺-酰亞胺樹脂滲透(插層)在層間，并擔(dān)心各層不能被剝落和分散。此外，最優(yōu)選地，在有機離子中碳數(shù)為10或者更多。當(dāng)碳數(shù)為10或者更多時，該有機離子遮蔽了粘土層的親水性和因此增強了與聚酰胺-酰亞胺樹脂的相容性。此外，含有極性基團(tuán)例如羥基的有機離子是更優(yōu)選的。這是因為當(dāng)有機離子含有極性基團(tuán)例如羥基時，氨基和聚酰胺-酰亞胺樹脂的酰亞氨基的相互作用得到增強，結(jié)果由于粘土層的分散和與氨基或者酰亞氨基的氫鍵，機械特性等得以改善。
作為離子，可以使用伯銨離子至季銨離子，例如己基銨離子、辛基銨離子、2-乙基己基銨離子、十二烷基銨離子、十二烷基三甲基銨離子、月桂基銨離子、十八烷基銨離子、二辛基二甲基銨離子、三辛基銨離子、二(十八烷基)二甲基銨離子、三辛基銨離子、二(十八烷基)二甲基銨離子(也稱為二硬脂基二甲基銨)、三(十八烷基)銨離子、偶苯酰甲基十八烷基銨離子、甲基十八烷基-雙-2-羥基銨離子和十二烷酸銨。
還可以使用離子。作為離子，可以使用例如四乙基離子、三乙基偶苯酰離子、四正丁基離子、三正丁基十六烷基離子、三正丁基偶苯酰離子等。
優(yōu)選地，分層的粘土礦物具有高度膨脹的層間間隙，因為在各層之間的層間間隙充分膨脹或者因為各層彼此分開，將層間粘土礦物均勻分散到聚酰胺-酰亞胺樹脂中，以構(gòu)成樹脂組合物。優(yōu)選地，所述分層的粘土礦物具有50-200meq/100g和更優(yōu)選地70-150meq/100g的陽離子交換容量。如果陽離子交換容量落入上述范圍，通過使用有機離子進(jìn)行離子交換的有機改性將完全實現(xiàn)，因而有機改性分層粘土礦物良好地分散在聚酰胺-酰亞胺樹脂中。
注意到當(dāng)陽離子交換容量大于200meq/100g時，粘土層的負(fù)電荷和存在于粘土層間的陽離子的鍵數(shù)量增加，因而分層粘土礦物的層間結(jié)合強度增加，使得有機離子難于通過離子交換滲透到層間間隙，結(jié)果使得存在分層粘土礦物膨脹不足的可能性。
優(yōu)選地，當(dāng)取總的滑動層為100重量％時，樹脂組合物占10-70重量％和更優(yōu)選20-60重量％。此外，優(yōu)選地，當(dāng)取總的樹脂組合物為100重量％時，有機改性分層粘土礦物以至少1重量％和更優(yōu)選至少3-20重量％的量添加。當(dāng)該量小于1重量％時，該特性可能不足，而當(dāng)該量大于20重量％時，可分散性可能惡化。當(dāng)有機改性分層粘土礦物以上述范圍添加時，與沒有添加有機改性分層粘土礦物相比，所得的樹脂組合物達(dá)到了更低的熱膨脹系數(shù)和更高的楊氏模量。
由樹脂組合物保持的固體潤滑劑可以是任何通常使用的固體潤滑劑，并且例如是分層結(jié)構(gòu)，例如石墨和滑石，軟金屬和他們的化合物例如Pb、Ag、Cu等，和含氟化合物例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟烷氧基烷烴(PFA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、全氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)等。優(yōu)選地，所述固體潤滑劑含有氟化合物樹脂、二硫化鉬和石墨的至少一種。特別地，當(dāng)本發(fā)明的滑動構(gòu)件在無潤滑條件下使用時，優(yōu)選使用PTFE作為固體潤滑劑。此外，優(yōu)選的是所述固體潤滑劑以粉末形式分散到樹脂組合物中。優(yōu)選的是使用初級顆粒尺寸為0.1-20μm的粉末，更優(yōu)選使用初級顆粒尺寸為0.1-10μm的粉末。
應(yīng)注意，優(yōu)選地，當(dāng)取總的滑動層為100重量％時，固體潤滑劑以10-90重量％的量被保持，更優(yōu)選地以20-70重量％的量被保持。
此外，在本發(fā)明的具有上述成分的滑動構(gòu)件中，優(yōu)選的是構(gòu)成滑動層的樹脂組合物在100-200℃范圍內(nèi)的平均線性膨脹系數(shù)低于沒有添加有機改性分層粘土礦物的聚酰胺-酰亞胺樹脂，并且為5×10-5/℃或者更低。當(dāng)樹脂組合物的熱膨脹系數(shù)落入上述范圍時，即使滑動構(gòu)件在高溫條件下使用或者滑動升高滑動層的溫度，也能夠防止滑動層由于滑動層的熱膨脹而被剝離。
此外，優(yōu)選的是，樹脂組合物的楊氏模量(抗張彈性模量)大于作為單一物質(zhì)的聚酰胺-酰亞胺樹脂的彈性模量，并且為2500MPa或者更高。如果樹脂組合物的楊氏模量過低，耐磨性往往被降低。此外，含有樹脂組合物的具有高楊氏模量的滑動層容易在施加沖擊時變形，而這種變形可以增加接受沖擊的面積和降低表面壓力。
應(yīng)注意，本發(fā)明的滑動構(gòu)件不受上述實施本發(fā)明的模式所限制，并且可以添加其它成分。例如，可以使用其滑動表面?zhèn)缺砻嬉呀?jīng)經(jīng)過表面處理的基材，或者使用在表面上具有不同于滑動層的中間層的基材。此外，所述滑動層可以含有的下列添加劑的任何或者全部，例如二氧化鈦、硫酸鋇、碳酸鈣、氧化鋁、氧化硅、氧化鐵和氧化鉻無機顆粒，超高壓試劑例如含硫金屬化合物，比如硫化鋅(ZnS)和硫化銀(Ag2S)、著色劑例如染料和顏料、表面活性劑、分散劑、抗氧化劑、阻燃劑、抗靜電劑、流平劑、消泡劑、硅烷偶合劑和交聯(lián)劑例如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、蜜胺樹脂和多官能異氰酸酯。

本發(fā)明的用于制造滑動構(gòu)件的方法是制造上述滑動構(gòu)件的方法，并包括涂料組合物涂覆步驟和滑動層形成步驟。
涂料組合物涂覆步驟是用涂料組合物涂覆基材的至少一個滑動表面?zhèn)鹊牟襟E。所述涂料組合物包括樹脂溶液、固體潤滑劑和有機改性分層粘土礦物的混合物。該樹脂溶液不受特別限制，只要其為含聚酰胺-酰亞胺和用于溶解該聚酰胺-酰亞胺樹脂的溶劑的樹脂溶液即可。理想地，該樹脂溶液是被稱作PAI樹脂清漆的樹脂溶液，其包括上述聚酰胺-酰亞胺樹脂(PAI樹脂)和用于溶解該PAI樹脂的溶劑。在這種情況下，作為溶劑可以使用能夠溶解待使用的聚酰胺-酰亞胺樹脂和待添加的有機改性分層粘土礦物的極性溶劑(例如正甲基-2-吡咯烷酮和二甲苯)。這些溶劑可以單獨使用或者作為混合溶劑使用。
在混合涂料組合物時，可以將上述有機改性分層粘土礦物添加到樹脂溶液中，和先混合它們?nèi)缓筇砑由鲜龉腆w潤滑劑并再次混合它們。也可將固體潤滑劑和有機改性分層粘土礦物一起添加到樹脂溶液中并混合它們。在混合涂料混合物時，混合可以使用常規(guī)的球磨機或者混合器混合。通過向樹脂溶液中添加至少有機改性分層粘土礦物并混合它們，將分層粘土礦物的有機改性部分摻混到聚酰胺-酰亞胺樹脂中(變得與其相容)，因此在各層之間的層間距進(jìn)一步增加，和在某些情況下各層被剝離和彼此分開，并均勻分散到樹脂溶液中。結(jié)果，可以獲得其中有機改性分層粘土礦物均勻分散到聚酰胺-酰亞胺樹脂中的滑動層。而且，固體潤滑劑被均勻分散到樹脂溶液中。
此外，用于由涂料組合物涂覆基材的方法不受特別限制?？梢酝ㄟ^常規(guī)涂覆方法(例如涂覆、流涂、噴涂、旋涂和輥涂)將該涂料組合物涂覆到目標(biāo)部分。
應(yīng)注意，基材的滑動表面?zhèn)瓤梢越?jīng)表面處理(例如鍍覆、熱噴霧、陽極化、化學(xué)轉(zhuǎn)化涂覆和表面粗糙化)。此外，中間層可以形成于基材和滑動層之間。
滑動層形成步驟是通過去除上述涂料組合物中的溶劑而形成滑動層的步驟。滑動層可以通過干燥(和需要時燃燒)涂覆在基材上的涂料組合物并使其硬化而獲得。在這種情況下，當(dāng)論及干燥條件等等時，可以根據(jù)樹脂溶液的溶劑類型來合適地選擇最佳條件。
然后，本發(fā)明的滑動構(gòu)件和用于制造滑動構(gòu)件的方法的實例將借助對比實施例進(jìn)行描述。
準(zhǔn)備鈉蒙脫石(由Kunimine Industries Co.，Ltd.生產(chǎn)的Kunipia F(只有No.8是有機改性粘土，Cloisite 30B由Southern Clay Products，Inc.生產(chǎn)))和鈉云母(由Co-op Chemical Co.，Ltd生產(chǎn)的ME100)作為分層粘土礦物，并準(zhǔn)備表1所示的有機陽離子作為有機鹽。在水中對它們進(jìn)行攪拌和混合。然后，用有機離子對分層粘土礦物的鈉離子進(jìn)行離子交換，使其具有110meq/100g的陽離子交換容量。由此制備了表1中的有機改性粘土No.1-10。應(yīng)注意表1中的No.11是未經(jīng)有機改性的鈉蒙脫石。

作為PAI樹脂清漆使用的是Hitachi Chemical Co.，Ltd.生產(chǎn)的HPC-5000(PAI樹脂數(shù)均分子量19000，固體含量37wt％，溶劑正甲基-2-吡咯烷酮和二甲苯)。將該有機改性的粘土添加到該PAI樹脂清漆中并攪拌3分鐘，然后使用混合器排氣30秒鐘(行星式離心超級消泡混合器，Thinky Corporation生產(chǎn)的“Awatori-Rentaro”)，由此獲得混合物。向該獲得的混合物添加固體潤滑劑粉末，并通過使用球磨機混合3小時，由此獲得涂料組合物。
將該涂料組合物分別涂覆到由鋁合金(A390)形成的盤狀基材(直徑90mm，厚度5mm)的滑動表面上，在80℃下干燥30分鐘，然后于200℃燃燒1小時，由此獲得含具有表2示出的組成(在去除溶劑后的百分比)的滑動層的滑動構(gòu)件A-L。此外，按照與上述方式類似的方式生產(chǎn)滑動構(gòu)件X4，區(qū)別在于使用的是未經(jīng)有機改性的鈉蒙脫石(No.11)。
此外，滑動構(gòu)件M、N和X5以與上述類似的工序獲得，區(qū)別在于所用PAI樹脂的數(shù)均分子量被改變?yōu)?2000或者8000。
應(yīng)注意，在表2中，滑動構(gòu)件X1-X3是含有未經(jīng)有機改性粘土的對比實施例，并以與滑動構(gòu)件A-L類似的方式制造，區(qū)別在于使用通過向PAI樹脂清漆添加固體潤滑劑粉末然后使用球磨機將它們混合3小時獲得的涂料組合物。這時，在滑動構(gòu)件X2中，作為PAI樹脂清漆使用的是Hitachi Chemical Co.，Ltd生產(chǎn)的HPC-4250(PAI樹脂數(shù)均分子量18000，固體含量37％，溶劑正甲基-2-吡咯烷酮和二甲苯)。
此外，在滑動構(gòu)件A-N，X1-X5的滑動表面上形成的滑動層具有15μm的膜厚。

制備上述PAI樹脂清漆(PAI樹脂為HPC-5000(數(shù)均分子量19000)或者HPC-4250(數(shù)均分子量18000)和有機改性粘土，使得在去除溶劑后具有表3中所示組成，并通過上述混合器以與上述類似的方式捏合，由此獲得混合物。所得混合物通過棒涂機涂覆，于80℃干燥30分鐘，然后于200℃燃燒1小時，由此獲得膜樣品a-g。經(jīng)目測證實，在它們之中膜樣品a-d是透明的，并且有機改性粘土均勻分散在PAI樹脂中。已經(jīng)證實膜樣品g在表面上有隆起(聚集體)并且未經(jīng)處理的粘土沒有均勻分散。
應(yīng)注意，膜樣品a-g是保持滑動層的固體潤滑劑粉末的粘合劑樹脂(樹脂組合物)。

[X射線衍射測量]為了證實有機改性粘土在PAI樹脂中的分散狀態(tài)，對膜樣品a和g進(jìn)行了X射線衍射測量。所得衍射圖表示于圖1中。應(yīng)注意，所述測量通過使用Rigaku Electric Co.，Ltd.生產(chǎn)的RAD-B以X射線輻射CuKα，管電壓30kV，管電流30mA，縫寬DS0.17mm，RS0.15mm，SS0.17mm和以2θ-θ掃描模式進(jìn)行。
從圖1可以理解的是，使用未處理分層粘土礦物(No.11)的膜樣品g顯示出可歸于鈉蒙脫石的(001)面的衍射圖案(2θ＝6.7)。但是，膜樣品a未顯示出可歸于(001)面的衍射圖案。由此，可認(rèn)為有機改性粘土No.8具有膨脹的層間間隙，不再具有分層結(jié)構(gòu)并均勻分散在聚酰胺-酰亞胺樹脂中。
(粘彈性測量)
為了評價機械特性，對膜樣品a和e進(jìn)行了粘彈性測量。測量結(jié)果示于圖2。應(yīng)注意，該測量通過使用Seiko Instruments Inc.生產(chǎn)的DMS以卡盤間隔20mm，測量頻率1Hz，張力負(fù)載50mN和以3℃/min的升溫速率從室溫(25℃)上升到280℃進(jìn)行。所述樣品(膜樣品)具有4mm寬度和50μm厚度。
膜樣品a和膜樣品e的區(qū)別在于是否添加了有機改性粘土。從圖2明顯可知，在室溫到大約220℃范圍內(nèi)，向PAI樹脂添加有機改性粘土使得彈性模量增加了大約一半。
為了評價本發(fā)明的滑動構(gòu)件，評價了滑動構(gòu)件A-N，X1-X5的滑動特性。
(無潤滑的膠住測試)對各滑動構(gòu)件進(jìn)行無潤滑膠住測試(耐磨性測試)。特別地，使用圖3所示的測試裝置，從基材1一側(cè)固定到回轉(zhuǎn)軸5的各個滑動構(gòu)件繞著由軸承鋼(SUJ2)形成并固定到底座部分7的導(dǎo)向板6的上表面上的回轉(zhuǎn)軸5旋轉(zhuǎn)。由此，滑動層2可滑動地與導(dǎo)向板6的上表面接觸?；瑒铀俣仍O(shè)定為10m/s，負(fù)載設(shè)定為2000N，測定從達(dá)到2000N的負(fù)載到發(fā)生膠住的時間。結(jié)果顯示于表2和圖4中。
在具有19000的PAI樹脂數(shù)均分子量的本發(fā)明實施例的滑動構(gòu)件A-L的情況下，甚至在超過150秒測試時間時都沒有發(fā)生膠住。因此，滑動構(gòu)件A-L的滑動層在耐膠住性方面表現(xiàn)優(yōu)異，并且與沒有向其中添加有機改性粘土的滑動構(gòu)件X1和X2相比，滑動構(gòu)件A-L在滑動特性方面更優(yōu)越。此外，滑動構(gòu)件M和滑動構(gòu)件X3的滑動層使用了相同量的固體潤滑劑粉末但是使用了具有8000的低分子量的PAI樹脂。從滑動構(gòu)件M和滑動構(gòu)件X3的膠住測試結(jié)果可以理解的是添加有機改性粘土改善了耐膠住性。
也就是說，由于添加了有機改性粘土，無論所用樹脂的分子量如何，耐膠住性都得到改善。當(dāng)樹脂的分子量較大時(10000或者更大)，該效果更為顯著。
此外，如滑動構(gòu)件X4和X5所示，添加未經(jīng)有機改性的鈉蒙脫石(No.11)沒有表現(xiàn)出改善耐膠住性的效果。
應(yīng)注意，在滑動特性方面具有特別大效果的PTFE被用作固體潤滑劑粉末，以便以相同百分比(表2)含在各個滑動構(gòu)件中。因此，由于含有固體潤滑劑粉末，各個滑動構(gòu)件在滑動特性方面幾乎沒有表現(xiàn)出差別。
(油潤滑的測試)對滑動構(gòu)件H和滑動構(gòu)件X1進(jìn)行油潤滑測試。使用了在圖3中示出的測試裝置和滑動速度被設(shè)定為10m/s，負(fù)載被設(shè)定為5000N(在3000秒內(nèi)達(dá)到該負(fù)載)，在冷凍機油潤滑條件下測量摩擦系數(shù)。測量結(jié)果在圖5中示出。應(yīng)注意，在達(dá)到5000N的負(fù)載之后，滑動構(gòu)件H具有0.06-0.08的摩擦系數(shù)而滑動構(gòu)件X1具有0.13-0.15的滑動摩擦系數(shù)。
在本發(fā)明實施例的滑動構(gòu)件H的情況下，即使在測試時間超過10000秒時也沒有發(fā)生膠住，但是在滑動構(gòu)件X1的情況下，當(dāng)測試時間超過6000秒時發(fā)生了膠住。此外，本發(fā)明實施例的滑動構(gòu)件H具有比滑動構(gòu)件X1更小的摩擦系數(shù)，應(yīng)此在滑動特性方面更優(yōu)越。
為了評價構(gòu)成本發(fā)明的滑動構(gòu)件的滑動層的粘合劑樹脂，評價了膜樣品a-f的機械特性。
(抗張試驗)對膜樣品a、c、e、f進(jìn)行抗張試驗。各膜樣品具有4mm寬度和50μm厚度。該測量以卡盤間隔20mm和拉伸速度10mm/min實施。應(yīng)注意，測量溫度為室溫(25℃)。測量結(jié)果示于圖6(抗張強度)，圖7(抗張彈性模量)和表4中。
如圖6所示，在各膜樣品之間的抗張強度沒有大的區(qū)別。但是，如圖7所示，添加和分散到PAI樹脂中的有機改性粘土的量導(dǎo)致在抗張彈性模量(縱向彈性模量)方面的變化。由于有機改性粘土分散在PAI樹脂中，抗張彈性模量變得不低于2500MPa(膜樣品a和c)。
(線性膨脹系數(shù)測定)對膜樣品a-f測定了在100-200℃范圍的平均線性膨脹系數(shù)。各膜樣品具有2mm寬度和50μm厚度。該測定通過使用熱分析儀(TMA)以卡盤間隔10mm，張力負(fù)載100mN，升溫速率10℃/min。測量結(jié)果顯示在圖8和表4中。
在圖8中，有機改性粘土的添加量在橫坐標(biāo)上以a、b、c、d、e的順序降低(e沒有添加)。也即，由于有機改性粘土的添加量，平均線性膨脹系數(shù)變得不大于5×10-5/℃，和當(dāng)分散在PAI樹脂中的有機改性粘土的量變大時，熱膨脹系數(shù)降低。


(涂膜評價)觀察了膜樣品I-VI的涂膜外觀。為了制備各個膜樣品I-VI，首先將有機改性粘土No.8添加到具有不同數(shù)均分子量的含PAI樹脂的PAI樹脂清漆中，將它們攪拌3分鐘，然后使用混合器排氣30秒鐘(行星式離心超級消泡混合器，Thinky Corporation生產(chǎn)的“Awatori-Rentaro”)，由此獲得混合物。向所得混合物中添加固體潤滑劑粉末并使用球磨機混合3分鐘，由此得到涂料組合物。該涂料組合物包含PAI樹脂13wt％，有機改性粘土1wt％，二硫化鉬10wt％，石墨7wt％，PTFE3wt％和正甲基-2-吡咯烷酮57wt％。通過棒涂機在40％相對濕度和25℃溫度環(huán)境下將所得涂料組合物涂覆在PET膜上，并在三十分鐘后觀察涂膜外觀。結(jié)果示于表5中。
人們相信，當(dāng)數(shù)均分子量超過36000時，外觀變差和涂料組合物穩(wěn)定性以及涂料可加工性惡化。


權(quán)利要求
1.一種滑動構(gòu)件，其特征在于具有基材；和形成在該基材的至少一個滑動表面?zhèn)壬系幕瑒訉?，所述滑動層包含樹脂組合物和由所述樹脂組合物保持的固體潤滑劑，其中所述樹脂組合物包含聚酰胺-酰亞胺樹脂和均勻分散在所述聚酰胺-酰亞胺樹脂中的有機改性分層粘土礦物。
2.權(quán)利要求1的滑動構(gòu)件，其中所述樹脂組合物在100-200℃范圍內(nèi)具有5×10-5/℃或者更低的平均線性膨脹系數(shù)。
3.權(quán)利要求1的滑動構(gòu)件，其中所述固體潤滑劑包括氟化合物樹脂、二硫化鉬和石墨的至少一種。
4.權(quán)利要求1的滑動構(gòu)件，其中所述固體潤滑劑至少含有聚四氟乙烯。
5.權(quán)利要求1的滑動構(gòu)件，其中所述聚酰胺-酰亞胺樹脂具有10000-35000的數(shù)均分子量。
6.權(quán)利要求1的滑動構(gòu)件，其中所述有機改性分層粘土礦物是均由有機離子有機改性的鈉蒙脫石或者鈉云母。
7.權(quán)利要求6的滑動構(gòu)件，其中所述有機離子具有羥基。
8.權(quán)利要求1的滑動構(gòu)件，其中所述基材是壓縮機的滑動零件。
9.權(quán)利要求8的滑動構(gòu)件，其中所述滑動零件是旋轉(zhuǎn)斜盤型壓縮機的旋轉(zhuǎn)斜盤。
10.權(quán)利要求8的滑動構(gòu)件，其中所述滑動零件是所述壓縮機的導(dǎo)向板。
11.權(quán)利要求8的滑動構(gòu)件，其中所述滑動零件是所述壓縮機的主動軸或者所述壓縮機的支承所述主動軸的軸承。
12.權(quán)利要求8的滑動構(gòu)件，其中所述滑動零件是活塞型壓縮機的活塞。
13.一種用于生產(chǎn)滑動構(gòu)件的方法，其特征在于包括用涂料組合物涂覆基材的至少一個滑動表面?zhèn)鹊耐苛辖M合物涂覆步驟，所述涂料組合物包括樹脂溶液、固體潤滑劑和有機改性分層粘土礦物的混合物，其中所述樹脂溶液包含聚酰胺-酰亞胺樹脂和用于溶解所述聚酰胺-酰亞胺樹脂的溶劑；和通過去除所述涂料組合物的所述溶劑形成滑動層的滑動層形成步驟。
14.權(quán)利要求13的用于生產(chǎn)滑動構(gòu)件的方法，其中所述涂料組合物的所述固體潤滑劑含有氟化合物樹脂、二硫化鉬和石墨的至少一種。
15.權(quán)利要求13的用于生產(chǎn)滑動構(gòu)件的方法，其中所述涂料組合物的所述固體潤滑劑至少含有聚四氟乙烯。
16.權(quán)利要求13的用于生產(chǎn)滑動構(gòu)件的方法，其中所述涂料組合物的所述有機改性分層粘土礦物是均經(jīng)有機離子有機改性的鈉云母或者鈉蒙脫石。
17.權(quán)利要求16的用于生產(chǎn)滑動構(gòu)件的方法，其中所述有機離子含有羥基。
18.權(quán)利要求13的用于生產(chǎn)滑動構(gòu)件的方法，其中所述樹脂溶液的所述溶劑含有正甲基-2-吡咯烷酮和二甲苯的至少一種。
19.權(quán)利要求13的用于生產(chǎn)滑動構(gòu)件的方法，其中所述聚酰胺-酰亞胺樹脂具有10000-35000的數(shù)均分子量。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種滑動構(gòu)件，其包括基底材料和形成在該基底材料的至少一個滑動面?zhèn)鹊幕瑒訉?。所述滑動層包括樹脂組合物，而樹脂組合物又包括聚酰胺－酰亞胺樹脂和均勻分散在聚酰胺－酰亞胺樹脂中的有機分層粘土礦物。該滑動構(gòu)件還包括保持在樹脂組合物中的固體潤滑劑。在這種情況下，樹脂組合物在100－200℃下的平均線性膨脹系數(shù)優(yōu)選不超過5×10
文檔編號B32B27/18GK101048483SQ2005800370
公開日2007年10月3日 申請日期2005年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月27日
發(fā)明者村瀨仁俊, 下俊久, 加藤誠, 福森健三 申請人:株式會社豐田自動織機