專利名稱：具有改善的摩擦性能的組合物、其制造方法以及包含該組合物的制品的制作方法
具有改善的摩擦性能的組合物、其制造方法以及包含該組
合物的制品背景本發(fā)明涉及具有改善的摩擦性能的組合物、其制造方法以及包含該組合物的制
P
ΡΠ O有機(jī)聚合物通常用于涉及力或能量的傳遞(例如，力矩的傳遞、運(yùn)動(dòng)的傳遞等)的應(yīng)用中，在那里它們經(jīng)受摩擦。摩擦導(dǎo)致機(jī)械磨損。期望有機(jī)聚合物表現(xiàn)盡可能高的抗磨性。然而，當(dāng)在通常用于這些摩擦應(yīng)用的中等壓力和中等滑動(dòng)速度經(jīng)受摩擦?xí)r，大多數(shù)聚合物表現(xiàn)差的抗磨性。為了減少由機(jī)械磨損導(dǎo)致的損壞，潤滑劑通常添加到有機(jī)聚合物中。潤滑劑減小摩擦系數(shù)，進(jìn)而改善耐磨性。然而，添加潤滑劑具有幾個(gè)缺點(diǎn)。特別是，在其中需要傳遞力或力矩的應(yīng)用中，需要高摩擦系數(shù)，這是因?yàn)槠涫沟迷谶@些力的傳遞中具有較高的效率。潤滑劑具有降低摩擦系數(shù)的效果，因此不能用于這些應(yīng)用。進(jìn)一步期望得到有機(jī)聚合組合物，當(dāng)其用于其中使用高壓和高速度的摩擦應(yīng)用時(shí)，其可以表現(xiàn)對(duì)災(zāi)變失效(catastrophic failure)的抵抗性。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)公開了包含交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物；其中所述組合物的摩擦系數(shù)與包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的摩擦系數(shù)相差士30% ；和其中與包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的K因子相比，所述組合物具有較低的K因子；摩擦系數(shù)和K因子在推力墊圈設(shè)備(thrust washer apparatus)中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)得，其中推力墊圈設(shè)備中的固定對(duì)表面(counter stationary surface)包括碳鋼，其Rockwell C硬度為18至 22和具有12至16微英寸的表面光潔度。本申請(qǐng)也公開了包含交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物；其中所述組合物在約1至約48 小時(shí)的時(shí)段內(nèi)不經(jīng)歷災(zāi)變失效，在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTMD-3702測(cè)得，其中推力墊圈設(shè)備中的固定對(duì)表面包括碳鋼，其Rockwell C硬度為18至22和具有12至16微英寸的表面光潔度，其中在推力墊圈設(shè)備中測(cè)試的過程中使組合物經(jīng)受約2至約400磅每平方英寸的壓力和約20至約400英尺每分鐘的線速度。本申請(qǐng)也公開了包括使有機(jī)聚合物交聯(lián)的方法；所述交聯(lián)有效地生產(chǎn)組合物，其摩擦系數(shù)類似于包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的摩擦系數(shù)；和其中與包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的K因子相比，所述組合物具有較低的K因子；摩擦系數(shù)和 K因子在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)得，其中測(cè)試設(shè)備中的固定對(duì)表面包括碳鋼， 其Rockwell C硬度為18至22和具有12至16微英寸的表面光潔度。本申請(qǐng)也公開了包括使有機(jī)聚合物交聯(lián)的方法；所述交聯(lián)有效地生產(chǎn)組合物，其在約i至約48小時(shí)的時(shí)段內(nèi)不經(jīng)歷災(zāi)變失效，在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)得， 其中推力墊圈設(shè)備中的固定對(duì)表面包括碳鋼，其Rockwell C硬度為18至22和具有12至 16微英寸的表面光潔度，其中在推力墊圈設(shè)備中測(cè)試的過程中使組合物經(jīng)受約2至約400磅每平方英寸的壓力和約20至約400英尺每分鐘的線速度。本申請(qǐng)也公開了包括使有機(jī)聚合物交聯(lián)的方法；所述交聯(lián)有效地生產(chǎn)組合物，其摩擦系數(shù)類似于包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的摩擦系數(shù)；和其中與包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的K因子相比，所述組合物具有較低的K因子；摩擦系數(shù)和K因子在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)得，其中測(cè)試設(shè)備中的固定對(duì)表面包括碳鋼，其Rockwell C硬度為18至22和具有12至16微英寸的表面光潔度；和使組合物經(jīng)受摩擦。


圖1是照片，其展示開裂的非交聯(lián)樣品和相鄰的無可見損傷的交聯(lián)的樣品。
具體實(shí)施例方式術(shù)語“第一”、“第二”等，“初級(jí)的”、“次級(jí)的”等，如本申請(qǐng)所使用不表示任何順序、 數(shù)量或重要性，而用于區(qū)分不同的要素。術(shù)語“一種”和“一個(gè)”不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一種所指事項(xiàng)。本申請(qǐng)公開的所有范圍都包括端點(diǎn)，并且端點(diǎn)是可獨(dú)立地相互組合的。本申請(qǐng)公開了組合物，其包含可用于摩擦應(yīng)用的交聯(lián)的有機(jī)聚合物。與由非交聯(lián)的有機(jī)聚合物制造的制品相比，由交聯(lián)的有機(jī)聚合物制造的制品可以抵抗高壓和高滑動(dòng)速度。與非交聯(lián)的有機(jī)聚合物相比，交聯(lián)的有機(jī)聚合物表現(xiàn)較高的抗磨性。在示例性的實(shí)施方式中，交聯(lián)的有機(jī)聚合物是聚酰胺。與包含非交聯(lián)聚合物的對(duì)比組合物相比，由組合物制造的制品通常表現(xiàn)較低的K 因子。這通常會(huì)改善在摩擦應(yīng)用中使用組合物的設(shè)備部件的磨損性能和壽命周期。在一種實(shí)施方式中，該組合物的摩擦系數(shù)與包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的摩擦系數(shù)相差士30%，特別是相差士20%，更特別為相差士 10%。與包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的K因子(也稱為“體積磨耗速率”、“磨耗系數(shù)”、或“磨損因子”)相比，組合物通常具有較低的K因子；摩擦系數(shù)和K因子都在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)得，其中推力墊圈設(shè)備中的固定對(duì)表面包括碳鋼，其Rockwell C硬度為18至22 和具有12至16微英寸的表面光潔度。在示例性的實(shí)施方式中，該組合物的摩擦系數(shù)與包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的摩擦系數(shù)大致相同，而同時(shí)表現(xiàn)比包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物低的K因子。K因子由以下方程⑴給出K = W/(F*D)(1)其中W是由測(cè)試樣品磨損的材料的體積，F(xiàn)是垂直載荷，D是滑動(dòng)距離。該組合物又一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，當(dāng)經(jīng)受約2至約400磅每平方英寸的壓力和約20至約 400英尺每分鐘的線速度約1小時(shí)至約48小時(shí)時(shí)，由該組合物制造的制品不經(jīng)歷災(zāi)變失效， 在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)得。本申請(qǐng)所限定的災(zāi)變失效是突然無法執(zhí)行操作的情形，所述操作為由組合物制造的制品本應(yīng)成功執(zhí)行的操作。在另一種實(shí)施方式中，由該組合物制造的制品連續(xù)地執(zhí)行操作達(dá)約1至約48小時(shí)的時(shí)段，在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)得，其中推力墊圈設(shè)備中的固定對(duì)表面包括碳鋼，其Rockwell C硬度為18至22和具有12至16微英寸的表面光潔度，和其中所述制品在推力墊圈設(shè)備測(cè)試的過程中經(jīng)受約2至約400磅每平方英寸的壓力和約20至約400 英尺每分鐘的線速度。再在另一種實(shí)施方式中，當(dāng)在上述推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)試過程中使所述組合物經(jīng)受約20至約80磅每平方英寸的壓力和約40至約200英尺每分鐘的線速度時(shí)，由該組合物制造的制品連續(xù)地執(zhí)行操作達(dá)約16至約30小時(shí)的時(shí)段。再在另一種實(shí)施方式中，當(dāng)在上述推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)試過程中使所述組合物經(jīng)受約40 至約60磅每平方英寸的壓力和約100至約150英尺每分鐘的線速度時(shí)，由該組合物制造的制品連續(xù)地執(zhí)行操作達(dá)約20至約28小時(shí)的時(shí)段。如上所提及，組合物包含交聯(lián)的有機(jī)聚合物。在一種實(shí)施方式中，通常期望交聯(lián)的有機(jī)聚合物在摩擦應(yīng)用的初始溫度低于它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在一種實(shí)施方式中，通常期望交聯(lián)的有機(jī)聚合物在摩擦應(yīng)用的初始溫度低于熔融溫度。適宜的可以交聯(lián)的有機(jī)聚合物的實(shí)例是下列的共混物聚合物、共聚物、三元共聚物、或包含前述有機(jī)聚合物中至少一種的組合。在交聯(lián)之前，有機(jī)聚合物也可以是低聚物、均聚物、共聚物、嵌段共聚物、交替嵌段共聚物、無規(guī)聚合物、無規(guī)共聚物、無規(guī)嵌段共聚物、接枝共聚物、星型嵌段共聚物、樹狀高分子等，或包含前述有機(jī)聚合物中至少一種的組合。可以交聯(lián)的有機(jī)聚合物的實(shí)例是聚縮醛、聚烯烴、聚丙烯酸類、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亞胺、多芳基化合物、聚芳基砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚砜、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯并囔唑、聚苯酞 (polyphthalides)、聚縮醛、聚酐、聚乙烯基醚、聚乙烯基硫醚、聚乙烯基醇、聚乙烯基酮、聚乙烯基鹵化物、聚乙烯基腈、聚乙烯基酯、聚磺酸酯、聚硫醚、聚硫酯、聚砜、聚磺酰胺、聚脲、 聚磷腈、聚硅氮烷、聚硅氧烷等，或包含前述熱塑性聚合物中至少一種的組合。在示例性的實(shí)施方式中，熱塑性聚合物是聚酰胺或共聚聚酰胺(例如，聚酰胺酰亞胺)。可以交聯(lián)的聚合物的共混物的實(shí)例包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/尼龍共混物、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物共混物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 /聚氯乙烯共混物、聚苯醚/聚苯乙烯共混物、聚苯醚/尼龍共混物、聚砜/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物共混物、聚碳酸酯/熱塑性聚氨酯共混物、聚碳酸酯/對(duì)苯二甲酸乙二醇酯共混物，聚碳酸酯/聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯共混物，熱塑性彈性體合金、尼龍/彈性體共混物、聚酯/彈性體共混物、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯/聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯共混物、縮醛 /彈性體共混物、苯乙烯-馬來酸酐/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共混物、聚醚醚酮/聚醚砜共混物、聚醚醚酮/聚醚酰亞胺共混物、聚乙烯/尼龍共混物、聚乙烯/聚縮醛共混物等。如上所提及，示例性的形成組合物的可以交聯(lián)的有機(jī)聚合物是聚酰胺。聚酰胺通常得自包含4至12個(gè)碳原子的有機(jī)內(nèi)酰胺的聚合。示例性的內(nèi)酰胺由式(I)表示
權(quán)利要求
1.一種組合物，其包括交聯(lián)的有機(jī)聚合物；其中所述組合物的摩擦系數(shù)與包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的摩擦系數(shù)相差士30% ；和其中與包含所述相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的 K因子相比，所述組合物具有較低的K因子；所述摩擦系數(shù)和所述K因子在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)得，其中所述推力墊圈設(shè)備中的固定對(duì)表面包括Rockwell C硬度為18 至22和具有12至16微英寸的表面光潔度的碳鋼。
2.權(quán)利要求1中所述的組合物，其中所述組合物的摩擦系數(shù)與包含所述相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的摩擦系數(shù)相差士 10%。
3.權(quán)利要求1中所述的組合物，其中所述組合物的摩擦系數(shù)與包含所述相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的摩擦系數(shù)大致相同。
4.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述交聯(lián)的有機(jī)聚合物是聚酰胺。
5.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述組合物使用交聯(lián)劑交聯(lián)。
6.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述組合物使用下列交聯(lián)劑交聯(lián)氰脲酸酯交聯(lián)劑、異氰酸酯交聯(lián)劑、多醛交聯(lián)劑、膦交聯(lián)劑、環(huán)氧樹脂交聯(lián)劑，或包括前述交聯(lián)劑中至少一種的組合。
7.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述組合物使用輻射交聯(lián)。
8.權(quán)利要求7中所述的組合物，其中所述輻射是χ射線輻射、電子束輻射、γ輻射、β 輻射、紫外輻射、α輻射等，或包括前述形式輻射中至少一種的組合。
9.權(quán)利要求8中所述的組合物，其中輻射劑量為約10至約500千格雷每單位橫截面積，該單位橫截面積為約100平方微米至約900平方厘米。
10.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述組合物包括交聯(lián)密度的梯度。
11.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述組合物包括摩擦系數(shù)的梯度。
12.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述組合物包括K因子橫跨橫截面積的梯度。
13.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述組合物的K因子為約1，000·10_3 英寸7卡或更小。
14.一種包含權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的組合物的制品。
15.一種組合物，其包括交聯(lián)的有機(jī)聚合物；其中所述組合物在約1至約48小時(shí)的時(shí)段內(nèi)不經(jīng)歷災(zāi)變失效， 在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)得，其中所述推力墊圈設(shè)備中的固定對(duì)表面包括 Rockwell C硬度為18至22和具有12至16微英寸的表面光潔度的碳鋼，其中在所述推力墊圈設(shè)備中測(cè)試的過程中使所述組合物經(jīng)受約2至約400磅每平方英寸的壓力和約20至約400英尺每分鐘的線速度。
16.權(quán)利要求15中所述的組合物，其中當(dāng)使所述組合物在所述推力墊圈設(shè)備中測(cè)試的過程中經(jīng)受約20至約80磅每平方英寸的壓力和40至約200英尺每分鐘的線速度時(shí)，所述組合物在約16至約30小時(shí)的時(shí)段內(nèi)不經(jīng)歷災(zāi)變失效。
17.一種方法，其包括使有機(jī)聚合物交聯(lián)；所述交聯(lián)有效地生產(chǎn)組合物，其摩擦系數(shù)類似于包含所述相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的摩擦系數(shù)；和其中與包含所述相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的K因子相比，所述組合物具有較低的K因子；所述摩擦系數(shù)和所述K因子在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTMD-3702測(cè)得，其中所述測(cè)試設(shè)備中的固定對(duì)表面包括Rockwell C硬度為18至22和具有12至16微英寸的表面光潔度的碳鋼。
18.權(quán)利要求17中所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述交聯(lián)之前將交聯(lián)劑與所述有機(jī)聚合物共混。
19.權(quán)利要求17和18中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括加熱所述有機(jī)聚合物。
20.權(quán)利要求17和18中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括照射所述有機(jī)聚合物。
21.權(quán)利要求20中所述的方法，其中所述輻射使用下述輻射劑量進(jìn)行，即對(duì)于每約100 平方微米至約900平方厘米的單位橫截面積為約10至約500千格雷。
22.一種通過權(quán)利要求17至22中任一項(xiàng)所述的方法制造的制品。
23.一種方法，其包括使有機(jī)聚合物交聯(lián)；所述交聯(lián)有效地生產(chǎn)組合物，其在約1至約48小時(shí)的時(shí)段內(nèi)不經(jīng)歷災(zāi)變失效，在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTM D-3702測(cè)得，其中所述推力墊圈設(shè)備中的固定對(duì)表面包括Rockwell C硬度為18至22和具有12至16微英寸的表面光潔度的碳鋼，其中在所述推力墊圈設(shè)備中測(cè)試的過程中使所述組合物經(jīng)受約2至約400磅每平方英寸的壓力和約20至約400英尺每分鐘的線速度。
24.權(quán)利要求23中所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述交聯(lián)之前將交聯(lián)劑與所述有機(jī)聚合物共混。
25.權(quán)利要求23和M中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括加熱所述有機(jī)聚合物。
26.權(quán)利要求23至25中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括照射所述有機(jī)聚合物。
27.一種方法，其包括使有機(jī)聚合物交聯(lián)；所述交聯(lián)有效地生產(chǎn)組合物，其摩擦系數(shù)類似于包含所述相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的摩擦系數(shù)；和其中與包含所述相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的K因子相比，所述組合物具有較低的K因子；所述摩擦系數(shù)和所述K因子在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTMD-3702測(cè)得，其中所述測(cè)試設(shè)備中的固定對(duì)表面包括Rockwell C硬度為18至22和具有12至16微英寸的表面光潔度的碳鋼；和使所述組合物經(jīng)受摩擦。
28.權(quán)利要求27中所述的方法，其中所述摩擦包括滑動(dòng)摩擦。
29.權(quán)利要求27中所述的方法，其中所述摩擦包括靜摩擦。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了包含交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物；其中所述組合物的摩擦系數(shù)與包含相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的摩擦系數(shù)相差±30％；和其中與包含所述相同卻未交聯(lián)的有機(jī)聚合物的組合物的K因子相比，所述組合物具有較低的K因子；摩擦系數(shù)和K因子在推力墊圈設(shè)備中根據(jù)ASTMD-3702測(cè)得，其中所述推力墊圈設(shè)備中的固定對(duì)表面包括碳鋼，其RockwellC硬度為18至22和具有12至16微英寸的表面光潔度。
文檔編號(hào)F16D13/00GK102245685SQ200980148934
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者亞歷克西斯.肖邦, 多米尼科.拉卡梅拉, 安德雷.基杰奎特 申請(qǐng)人:沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限公司