專利名稱：滑移層物料及層狀復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可特別適用于制備軸套的滑移層物料。其中包含有作為基體物料的PTFE或熔點(diǎn)高于260℃的其它氟熱塑性塑料與PTFE的結(jié)合物料。本發(fā)明還涉及本發(fā)明權(quán)利要求2的前序部分的滑移層物料及其應(yīng)用，以及包含有該滑移層物料的層狀復(fù)合材料。
眾所周知，含有塑料基的滑移層的軸承復(fù)合材料一般是一，二或三層的復(fù)合材料。如全塑料的軸承，具有外層金屬支承體并在其上面直接涂敷或粘合塑料的軸承，具有內(nèi)部金屬線織物的軸承，以及由金屬支承體，燒結(jié)的多孔金屬層及在孔內(nèi)或上面形成的覆蓋層所形成的三層軸承。所有上述的軸承大多數(shù)是應(yīng)用于不可能或不希望采用潤(rùn)滑劑的情況下。因此，它們自己在運(yùn)行中將提供潤(rùn)滑劑。
多層材料與全塑料材料是有區(qū)別的。如在負(fù)載時(shí)可忽略不計(jì)的冷流趨勢(shì)，明顯更好的熱傳導(dǎo)性并因此也顯示出較高的可能的PV值。然而，上述全塑材料在某些方面，例如成本方面，也具有優(yōu)勢(shì)。
三層材料之間也有區(qū)別。其中的滑移層有的是由氟熱塑性塑料，如PTFE，F(xiàn)EP等組成的，或有的由其它的塑料，如PEEK組成的。上述兩種不同的塑料必定具有不同的作用原理。當(dāng)在PTFE基物料中青銅中間層作為滑移層的“活性”成分，并類似于作為填料時(shí)，其它的塑料材料只是用它起加固作用。這種塑料物料對(duì)金屬背底有足夠的親合性時(shí)，也可制成真正的雙層材料。此外，也可以借助于粘合層將其涂敷。在該活性滑移表面上，熱固性塑料或熱塑性塑料可以承擔(dān)青銅的支承作用。
此外，大家還知道由在金屬上粘滿的氟熱塑性塑料箔組成的軸承，或由并入在塑料中的金屬線織物組成的軸承，它們也可以粘合在金屬背上，或者也可在無(wú)剛性金屬背的情況下使用。
可廣泛應(yīng)用并可容易制備的是以氟熱塑性塑料如PTFE為基的三層材料，它們具有優(yōu)良的性能與耐熱性。其中，在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)塑料分散體形成均勻的PTFE/填料的糊狀物。輥壓后在載體物料上對(duì)PTFE最終燒結(jié)，最終制得復(fù)合材料。
當(dāng)前對(duì)這種物料最常用的填料是鉛與硫化鉬。它們是具有類似性能的物質(zhì)，并可以在有潤(rùn)滑劑的條件下加以使用。
如果采用具有PTFE滑移層的，無(wú)需維護(hù)，節(jié)省場(chǎng)地的滑動(dòng)軸承以解決上述結(jié)構(gòu)問(wèn)題，則必須充分地注意負(fù)荷上限。因?yàn)槠湓谏鲜龅膬H含有鉛或MoS2的材料中，在中等的負(fù)載與速度范圍內(nèi)(0.5-100MPa與0.02-2米/秒)的PV值小于2MPa·m/s。
由專利文獻(xiàn)DE4106001A1與DE19506684A1可知，采用PbO作為填料時(shí)，也可以形成高性能的物料。然而，使用一種具有潛在危害的物質(zhì)如鉛正越來(lái)越不可接受。在食品工業(yè)中是被排斥在外的。
盡管經(jīng)常提到可以用聚(對(duì)亞苯基對(duì)苯二酰胺)作為自動(dòng)潤(rùn)滑的，以PTFE為基的軸承材料中的填料，但都無(wú)例外地是纖維形式，如在GB2291879A中所述。
專利文獻(xiàn)WO95/02772公開(kāi)了一種在PTFE基料中加入的特殊的原纖化的纖維。該纖維形式在PTFE基料中的均勻混合就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，并因此需要在生產(chǎn)過(guò)程中使用專門的特別設(shè)備。此外，該纖維也存在缺點(diǎn)，即它含有可通往肺部的成分，該物質(zhì)疑為致癌性的。
上述纖維是作為非規(guī)則的編織物嵌墊在基體中。這樣就會(huì)削減對(duì)否則將很軟的PTFE基體的毀壞與腐蝕作用。
例如在專利文獻(xiàn)WO97/03299或GB2177099A中可知，也不斷提到芳酰胺纖維作為可置換成其它纖維并因此顯然對(duì)得到一定性質(zhì)不是必需的纖維狀中性元件采用上述纖維的基本理由主要是機(jī)械參數(shù)--非常高的抗拉強(qiáng)度及E模數(shù)，這主要是基于其在纖維縱向中的特別高的分子定向性，以及各個(gè)剛性的分子鏈堅(jiān)固的物理平行連接。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種滑移層物料，由此可以發(fā)展具有PTFE的材料的前述優(yōu)點(diǎn)，即可以經(jīng)受更高的負(fù)載，而且不需求助于鉛或鉛的化合物。
本發(fā)明任務(wù)的第一個(gè)解決方法在于采用滑移層物料，其中至少含有一種粉末狀的聚芳族酰胺。它的含量是PTFE與聚芳族酰胺的總含量，或是由PTFE和氟熱塑性塑料所組成的混合物與聚芳族酰胺的總含量的10-50％(體積)。
本發(fā)明任務(wù)的第二個(gè)解決方法是將該滑移層物料加入到由與上述塑料不同的其它塑料所組成的基體物質(zhì)中。其中該基體物料占據(jù)滑移層物料總量的60-95％(體積)。上述基體物質(zhì)可以是PPS,PA,PVDE,PSU,PES,PEI,PEEK和/或PI。
我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入聚芳族酰胺粉末后，特別是加入聚(對(duì)亞苯基對(duì)苯二酰胺)(PPTA)和/或聚(對(duì)苯甲酰胺)(PBA)后，可以使具有PTFE基的固態(tài)潤(rùn)滑劑組合物的滑移層物料的耐磨損性及負(fù)載容量明顯地提高。
它們的性能可以較大地改善，以致于在無(wú)潤(rùn)滑條件下，中等的負(fù)載與速度范圍內(nèi)的pv值可達(dá)到4MPa·m/s以上。
通過(guò)對(duì)例如雙組分體系PTFE/PPTA的特性檢測(cè)獲知，為了獲得最佳的特性，在該雙組分混合物中必須含有10-50％(體積)的PPTA與50-90％(體積)的PTFE。當(dāng)PPTA在上述混合物中的含量是10-30％(體積)時(shí)，可達(dá)到最佳的特性。實(shí)踐證明，使用其它的聚芳族酰胺也可達(dá)到上述結(jié)果。
上述粉末物質(zhì)的粒徑應(yīng)該＜100微米，最好是＜50微米。
除了本發(fā)明的比值外，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)迄今并未能達(dá)到實(shí)質(zhì)上的改進(jìn)。然而，也可以在聚芳族酰胺的極限用量范圍內(nèi)，加入其它適合的成分。其中基于PTFE或PTFE與其它的氟熱塑性塑料的混合物，以及聚芳族酰胺及上述其它適合成分所組成的總量，聚芳族酰胺含量不低于10％(體積)。上述的其它適合的成分可以是例如熱固性塑料或高溫的熱塑性塑料，如聚酰亞胺或聚酰胺酰亞胺，其它的固態(tài)潤(rùn)滑劑，如氮化硼或二硫化鉬，顏料，如焦炭或氧化鐵，纖維物質(zhì)，如石墨纖維或芳族酰胺纖維，或者硬質(zhì)物料，如碳化硼或氮化硅。
與PTFE相結(jié)合加入的上述氟熱塑性塑料是PFA,FEP和/或EPE。其中，其含量至多與PTFE含量相等。
其中嵌墊PTFE或與其它的氟熱塑性塑料相結(jié)合的PTFE的具有不含PTFE的塑料基體物料的滑移層物料的一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用是作為全塑料滑移元件。
層狀復(fù)合材料至少具有一個(gè)載體層和一個(gè)據(jù)本發(fā)明的滑移層，上述載體層可以是金屬背，在其上面涂敷多孔的燒結(jié)層。把上述滑移層物料覆蓋在該燒結(jié)層上，且至少部分地填充其中的孔。
具有PTFE基體物料的據(jù)本發(fā)明的滑移層的三層復(fù)合材料是按如下方法構(gòu)成的在例如鋼或銅合金或鋁合金構(gòu)成的支承金屬上，燒結(jié)0.05-0.5毫米厚的青銅層，其氣孔體積為20-45％，該青銅組合物本身含有5-15％錫和選擇地直到15％的鉛。然后，將塑料混合物軋制在上述多孔底物上，使充滿該孔。從而根據(jù)需要形成0-50微米厚的覆蓋層。接著，將上述物料進(jìn)行加熱處理，使其中的PTFE被燒結(jié)，以便在隨后的軋制步驟中，制得最終的復(fù)合物與形成所需最終尺寸。
據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，上述載體層可以是金屬線織物或金屬柵所構(gòu)成，并且被滑移層物料所覆蓋。在上述金屬線織物或金屬柵的中間空間內(nèi)，至少是部分地被滑移層物料所填充。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，其中嵌有PTFE或與其它氟熱塑性塑料結(jié)合的PTFE的具有不含PTFE的塑料的基體物質(zhì)的滑移層物料也可以直接添加到載體層上。
按照下列附圖與表格進(jìn)一步說(shuō)明據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的實(shí)例。


圖1--實(shí)例2與7相對(duì)于對(duì)照物料的極限負(fù)荷圖。
圖2--實(shí)例13與14的磨損程度圖。
通過(guò)PTFE分散體可制得塑料混合物。分散體中混合有填料物，使得在隨后的凝聚中達(dá)到均勻的分布。為此，形成一個(gè)糊狀物，它具有為下一步涂敷過(guò)程所需的特性。
制備具有PTFE基體物質(zhì)的塑料混合物。
把10升水，25克十二烷基硫酸鈉，適應(yīng)于組合物量的PPTA粉末、其它組分與34公斤35％PTFE分散體進(jìn)行強(qiáng)攪拌20分鐘。然后，再加入1公斤的20％硝酸鋁溶液。經(jīng)過(guò)凝聚后，攪拌中把1升的甲苯加入到該混合物中，并除掉出現(xiàn)的液體。
所有的含有PTFE基體滑移層的三層體系的實(shí)例都可以按這種方式制備。以下只是提到塑料混合物的組合物。
本發(fā)明組合物的滑移層物料與PTFE/MoS2為基的或以PTFE/Pb為基的標(biāo)準(zhǔn)材料相比，無(wú)論在摩擦值或在耐磨損性方面都占優(yōu)勢(shì)。
由PTFE與PPTA組成的組合物是可以改變的。而上述三層復(fù)合材料的試樣是由1.25毫米鋼，0.23毫米青銅與0.02毫米塑料覆蓋層制成的，通過(guò)具有0.78平方厘米試樣的銷釘/軋輥型(stift/walze)摩擦計(jì)測(cè)定該試樣在0.52m/s圓周速度與17.5MPa負(fù)載下的摩損程度，并與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)材料相比較，這種標(biāo)準(zhǔn)材料是一個(gè)具有由80％(體積)PTFE與20％(體積)Pb組成的塑料滑移層的層狀復(fù)合材料。
對(duì)表1中與來(lái)自銷釘/軋輥型摩擦試驗(yàn)的摩擦值及摩損速率一起示出的物料組合物進(jìn)行測(cè)試，由此可看出本發(fā)明可達(dá)到的改進(jìn)。圖2表示含有PPTA與不合有PPTA情況下的結(jié)果的圖解對(duì)照，并證實(shí)含有PPTA的物料在任何情況下都更加優(yōu)越。
由表2顯示的實(shí)例7-11的組合物的對(duì)照結(jié)果表明，本發(fā)明的滑移層物料也可以結(jié)合其它的成分，而不會(huì)因此喪失其有效特性。通過(guò)這一添加可達(dá)到另外的改進(jìn)。
此外，還測(cè)試了聚(對(duì)苯甲酰胺)的效用。在表3中示出了銷釘/軋輥的相應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果。很清楚，為了產(chǎn)生本發(fā)明的效用，還可以使用與PPTA結(jié)構(gòu)相似的其它物質(zhì)。
用實(shí)例2,7與14的組合物制備其直徑為22毫米的軸套，并在旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行極限負(fù)載性的測(cè)試。所謂的極限負(fù)載是指盡可能最高的負(fù)載，其中在0.075m/s的速度下，可達(dá)到13.5公里的運(yùn)行長(zhǎng)度。失效判據(jù)是溫度的激烈增高。
實(shí)例2與7的試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)于在不同評(píng)價(jià)中pv值為4或4.5MPam/s，并在圖1中與對(duì)照物相比較。
圖2顯示在相同試驗(yàn)條件下，一個(gè)不含有聚芳族酰胺粉末的，具有可比較組成熱塑性塑料基體的變體(實(shí)例13)與實(shí)例14的對(duì)照。在60MPa的負(fù)載下，50個(gè)小時(shí)后測(cè)定其摩損情況?？擅黠@看出本發(fā)明的添加物起了有效的作用。
可不將本發(fā)明的組合物加入到分布在金屬背上的多孔的燒結(jié)架構(gòu)中，而是加入到金屬線織物或金屬柵中。為此，可以形成薄的箔形材料。
上述材料除了用在無(wú)潤(rùn)滑情況下，也可以用在液壓系統(tǒng)中，例如減震緩沖器的桿向軸套。其中，與具有PTFE/Pb滑移層的標(biāo)準(zhǔn)材料相比較，上述材料具有更優(yōu)良的摩損值，它與摩擦值一起顯示于表4中。該表格顯示經(jīng)30個(gè)小時(shí)試驗(yàn)過(guò)程測(cè)得的數(shù)據(jù)，該試驗(yàn)是基于80毫米行程與0.5Hz的斜臺(tái)作用。上述摩擦值是減震緩沖器活塞桿在液滴滑潤(rùn)條件下，在1000N與20毫米/秒時(shí)測(cè)得的。
本發(fā)明還有其它有利的可能性，即可以把本發(fā)明的具有PTFE的混合物加入到熱塑性基體中。然后，以任意方式加工成滑移元件，例如涂敷在含有或不含有青銅中間層的金屬背上，或者制成全塑料部件。其中的熱塑性塑料的含量可以是60-95％(體積)，并以70-90％(體積)為宜。
在實(shí)例中，把被本發(fā)明PTFE/PPTA混合物填充的粉末狀組合物進(jìn)行混合，并撒布在一個(gè)鋼/青銅底物上，熔化與軋制。也可以通過(guò)熔化復(fù)合作用實(shí)施混合過(guò)程在此，對(duì)PPS復(fù)合物的摩擦學(xué)特性的影響可以作為一個(gè)實(shí)例。然而，也可以把許多其它的熱塑性塑料，如PES,PA,PVDF,PSU,PEEK,PE1等或熱固性塑料用作基體物料。表5包含有用于表明本發(fā)明作用的具有PTFE與PTFE/PPTA的PPS復(fù)合物的摩擦值和磨損值，它們是在上述為軸套實(shí)施的試驗(yàn)條件下測(cè)得的。表5顯示了具體的組合物及測(cè)得的相應(yīng)數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.滑移層物料，可特別用于制成軸套，其中含有作為基體物料的PTFE或熔點(diǎn)高于260℃的其它氟熱塑性塑料與PTFE的結(jié)合物料，其特征是至少含有一種粉末狀的聚芳族酰胺，其含量是由PTFE或PTFE與其它的氟熱塑性塑料的混合物和聚芳族酰胺所構(gòu)成的總量的10-50％(體積)。
2.滑移層物料，可特別用于制成軸套，其中具有由不含有PTFE的塑料組成的基體物料，在其中嵌墊了PTFE或熔點(diǎn)高于260℃的其它氟熱塑性塑料與PTFE的結(jié)合物，其特征是至少含有一種粉末狀的聚芳族酰胺，其含量是由PTFE或PTFE與其它的氟熱塑性塑料的混合物和聚芳族酰胺所構(gòu)成總量的10-50％(體積)，而基體物料的含量是上述總滑移層物料的60-95％(體積)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的滑移層物料，其特征是上述基體物料是PPS,PA,PVDF,PSU,PES,PEI,PEEK和/或PI。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中之一的滑移層物料，其特征是上述聚芳族酰胺的含量是由PTFE或PTFE與其它的氟熱塑性塑料的混合物和聚芳族酰胺構(gòu)成總量的10-30％(體積)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中之一的滑移層物料，其特征是上述聚芳族酰胺是聚(對(duì)亞苯基對(duì)苯二酰胺)和/或聚(對(duì)苯甲酰胺)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中之一的滑移層物料，其特征是上述聚芳族酰胺粉末的粒徑＜100微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中之一的滑移層物料，其特征是上述聚芳族酰胺粉末的粒徑＜50微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中之一的滑移層物料，其特征是上述氟熱塑性塑料是PFA,FEP和/或EPE，其含量至多與PTFE含量相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中之一的滑移層物料，其特征是用其它的成分代替部分量的聚芳族酰胺，其中的聚芳族酰胺的含量不低于由PTFE或PTFE與其它的氟熱塑性塑料的混合物以及聚芳族酰胺及上述其它成分所構(gòu)成的總量的10％(體積)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的滑移層物料，其特征是上述其它的成分是一種或多種的下列物質(zhì)硬質(zhì)物料，顏料，纖維物質(zhì)，固態(tài)潤(rùn)滑劑，熱固性塑料或高溫?zé)崴苄运芰稀?br> 11.層狀復(fù)合材料，其中至少含有一個(gè)載體層及一個(gè)由根據(jù)權(quán)利要求1-10中之一的滑移層物料所組成的滑移層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的層狀復(fù)合材料，其特征是上述載體層是一個(gè)金屬背，并且在該金屬背上涂敷一個(gè)多孔的燒結(jié)層，并用滑移層物料覆蓋該燒結(jié)層，且至少部分地填充該燒結(jié)層的孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的層狀復(fù)合材料，其特征是上述載體層是由一個(gè)金屬線織物或金屬柵所組成，并且用滑移層物料覆蓋上述金屬線織物或金屬柵，且至少部分地填充了上述織物或柵的中間空間。
14.層狀復(fù)合材料，其中含有一個(gè)載體層及一個(gè)由根據(jù)權(quán)利要求2-10中之一的滑移層物料所組成的滑移層，其特征是該滑移層物料直接涂敷在載體層上。
15.根據(jù)權(quán)利要求2-10中之一的滑移層物料的用途，其中可用作全塑料滑移元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及滑移層物料,它大大擴(kuò)展了含有PTFE材料的優(yōu)點(diǎn),即可以提高其負(fù)載性,而且不必求助于鉛或鉛的化合物,該滑移層物料可以含有作為基體物料的PTFE或PTFE與其它氟熱塑性塑料的結(jié)合物料,或不含有PTFE的基體物料,并至少含有一種粉末狀的聚芳族酰胺,其含量是由PTFE或PTFE與其它氟熱塑性塑料的混合物和聚芳族酰胺所構(gòu)成的總量的10—50%(體積)。本發(fā)明還涉及層狀復(fù)合材料,其中具有一個(gè)由上述滑移層物料所組成的滑移層。
文檔編號(hào)C08L81/06GK1234476SQ9910628
公開(kāi)日1999年11月10日 申請(qǐng)日期1999年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月28日
發(fā)明者A·阿達(dá)姆 申請(qǐng)人:聯(lián)合莫古爾威斯巴登有限公司