作为饮料罐印刷单元的一部分的包含非热塑性聚酰亚胺的主轴套的制作方法

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作为饮料罐印刷单元的一部分的包含非热塑性聚酰亚胺的主轴套的制造方法与工艺

发明领域

本披露总体上涉及主轴套,并且更具体地,非热塑性聚酰亚胺主轴套。

发明背景

饮料、及其他的罐印刷系统和组件包括元件,诸如主轴、主轴盘、主轴盘组件和关于待印刷的饮料罐以高速移动的其他元件。在饮料罐印刷过程期间,饮料罐具有可能暴露于高摩擦的表面,这可能导致罐表面磨损并且由于磨损表面与饮料罐印刷系统的主轴、主轴盘、主轴盘组件、和其他元件接触而经受其他形式的劣化。

发明概述

本发明的一个方面涉及一种包括非热塑性聚酰亚胺的主轴套,其中该主轴套具有在从约1mm至约10mm的范围内的壁厚。

本发明的说明性方面被设计为解决所述的上述问题并改进饮料印刷罐系统的其他方面。

附图的简要说明

从结合描绘本发明的各个实施方案的附图进行的本发明的各个方面的以下详细描述将更容易理解本发明的这些和其他特征,其中:

图1描绘了根据本发明的非热塑性聚酰亚胺主轴套的实施方案;

图2描绘了根据本发明的形成非热塑性聚酰亚胺主轴套的方法的实施方案;

图3描绘了根据本发明的与主轴一起使用的非热塑性聚酰亚胺主轴套的横截面的实施方案;

图4描绘了根据本发明的与主轴一起使用的非热塑性聚酰亚胺主轴套的部分横截面的实施方案;

图5描绘了与主轴盘一起使用的非热塑性聚酰亚胺主轴套的实施方案;

图6描绘了在实施例1、2和对比实施例1中使用的主轴套的磨损体积的测量方法;

图7描绘了在实施例1、2和对比实施例1中使用的主轴套的磨损体积的测量方法;并且

图8描绘了在实施例1、2和对比实施例1中使用的主轴套的测量的磨损体积。

发明的详细说明

饮料、及其他的罐印刷组件和系统包括机械元件,诸如主轴、主轴盘、主轴盘组件,以及关于待印刷的饮料罐以高速移动的其他元件。典型地,罐安装在主轴上,这些主轴沿着大型连续旋转的盘状载体(主轴盘)的周边设置。然后将饮料罐暴露于印刷过程并且随后从主轴上移除。典型的饮料罐印刷系统可以处理每分钟约1,000个饮料罐至每分钟约3,000个罐,即在主轴上安装单个罐,在该罐上印刷图案,并从该主轴上移除该印刷的罐。

期望的是在饮料罐印刷系统元件、饮料罐和系统内的其他元件之间存在精密配合,以防止零件的磨损和维护、修理和更换的相关经济性。随后,当一个或多个主轴由于不合格罐的疏忽生产不能令人满意地起作用时可能存在实质的生产损失,并且当不令人满意的一个或多个主轴必须被更换时在机器停机时间期间可能存在显著的生产降低。

饮料罐印刷系统或组件中的一个特定元件,主轴,在印刷过程期间受到显著磨损。通过在其上安装非热塑性聚酰亚胺主轴套可以显著减少主轴的磨损。

因此,本发明的目的是提供一种由这样的材料制成的主轴套,该材料将提供期望的磨损性能并随后减少饮料(或其他)罐印刷或其他过程中的停机时间。本发明的另外的目的是提供在机械应用和生产过程中使用以替代金属或其他高磨损元件的低磨损圆柱形套。

饮料罐印刷系统或组件在本领域中经常可以被称为罐装饰器、罐装饰机器、高速连续涂布机等。在金属罐体例如像铝或钢的高速连续涂布、装饰和/或印刷中,罐体可以各自支撑在多个周向布置和隔开的主轴上。主轴通过主轴盘的连续旋转承载,以便使外周罐表面与装饰机器的旋转毛毡轮上的油墨转移毛毡段或与涂布机的涂布施用器接合。主轴和主轴盘在本领域中经常可以分别被称为心轴和心轴轮。

这种涂布机和装饰器机器的主轴盘和主轴通常具有相似的构造和设计。本领域中已知的这种类型的饮料罐印刷机器、系统和组件在以下美国专利中描述和示出,这些专利以其全文通过引用结合在此:sirvet4,037,530;mcmillin等人4,138,941;dugan等人4,222,479;stirbis4,267,771;han4,441,418;stribis4,445,431;stirbis4,491,068;stirbis4,498,387;stirbis4,509,555;和aichele6,490,969。此类饮料罐印刷系统由电动机装置和驱动装置连续地操作,其中各种轮装置同步旋转。该构造和安排使得当与毛毡段接触时,每个饮料罐在主轴盘装置的每360度旋转期间沿着预选范围进行装饰。这种类型的饮料罐印刷系统可以在每分钟约500个罐的相对低的速度与每分钟1200至2,000个罐或更多个罐的相对高的速度之间可操作。

通常,每个主轴可以包括通过可旋转主轴盘附接到圆周路径并承载在该圆周路径中的中心支撑主轴杆装置。主轴装置通过合适的轴承装置可旋转地安装在每个主轴杆装置上。这种类型的主轴在美国专利中描述和示出,这些专利以其全文通过引用结合在此:stirbis4,2677,771;sirvet4,037,530;demierre3,710,712;cohan3,388,686和zurick3,356,019;和metcalf4,926,788。

饮料罐印刷系统的实例包括但不限于从美国百年科罗拉多州的斯托勒机械公司(stollemachinerycompany,llcofcentennialcolorado,usa)可获得的concord/rutherford装饰器和基底涂布机;和从美铝公司(alcoa)可获得的ragsdale装饰器和基底涂布机。

在此描述的是非热塑性聚酰亚胺主轴套,适合于与主轴一起使用或作为饮料罐印刷系统中的元件。参考图1,示出了主轴套2。

主轴套2可以是中空圆筒,或者中空的并且在形状上大体上是圆柱形的。

主轴套2可以具有在从约15mm至约78mm的范围内的内径(id)4。在其他实施方案中,主轴套2可以具有在以下范围内的id4:从约18mm至约70mm;从约17mm至约64mm;从约16mm至约25mm;从约19mm至约22mm;从约30mm至约69mm;从约35mm至约67mm;从约40mm至约65mm;从约45mm至约55mm;从约49mm至约53mm;从约55mm至约68mm;或从约60mm至约66mm。在一个实施方案中,主轴套2可具有约20mm的id4。

主轴套2可以具有在从约25mm至约80mm的范围内的外径(od)6。在其他实施方案中,主轴套2可以具有在以下范围内的od6:从约28mm至约70mm;从约28mm至约66mm;从约26mm至约35mm;从约29mm至约31mm;从约40mm至约75mm;从约45mm至约71mm;从约49mm至约69mm;从约51mm至约67mm;从约60mm至约67mm;或从约48mm至约53mm。在一个实施方案中,主轴套2可具有约30mm的od6。

主轴套2具有在从约1mm至约10mm的范围内的壁厚(t)3。在其他实施方案中,主轴套2具有在以下范围内的t3:从约2mm至约8mm;4mm至约6mm;1mm至约7mm;2mm至约5mm;5mm至约10mm;或7mm至约10mm。在一个实施方案中,主轴套2具有约5mm的t3。具有这样的厚度,主轴套足以起到保护主轴免受摩擦力的作用。壁厚(t)3可以通过取主轴套2的od6与id4之间的差值的一半来定义或确定;t3=(od6-id4)/2。

主轴套2可以具有在从约10mm至约200mm的范围内的长度(l)8。在其他实施方案中,主轴套2可以具有在以下范围内的l8:从约20mm至约190mm;25mm至约180mm;80mm至约195mm;85mm至约185mm;90mm至约175mm;10mm至约100mm;25mm至约80mm;28mm至约50mm;30mm至约110mm;40mm至约90mm;或45mm至约80mm。在一个实施方案中,主轴套2可具有约30mm的l8。

在其他实施方案中,主轴套2具有约以下的l8:11mm、13、mm、15mm、17mm、19mm、21mm、23mm、25mm、27mm、29mm、31mm、33mm、35mm、37mm、39mm、41mm、43mm、45mm、47mm、49mm、51mm、53mm、55mm、57mm、59mm、61mm、63mm、65mm、67mm、69mm、71mm、73mm、75mm、77mm、79mm、81mm、83mm、85mm、87mm、89mm、91mm、93mm、95mm、97mm、99mm、101mm、103mm、105mm、107mm、109mm、111mm、113mm、115mm、117mm、119mm、121mm、123mm、125mm、127mm、129mm、130mm、131mm、132mm、133mm、135mm、137mm、139mm、141mm、143mm、145mm、147mm、149mm、151mm、153mm、155mm、157mm、159mm、161mm、163mm、165mm、167mm、169mm、171mm、173mm、175mm、177mm、179mm、181mm、183mm、185mm、187mm、189mm、191mm、193mm、195mm、197mm、或199mm。

在其他实施方案中,主轴套2具有约以下的l8:10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、32mm、34mm、36mm、38mm、40mm、42mm、44mm、46mm、48mm、50mm、52mm、54mm、56mm、58mm、60mm、62mm、64mm、66mm、68mm、70mm、72mm、74mm、76mm、78mm、80mm、82mm、84mm、86mm、88mm、90mm、92mm、94mm、96mm、98mm、100mm、102mm、104mm、106mm、108mm、110mm、112mm、114mm、116mm、118mm、120mm、122mm、124mm、126mm、128mm、130mm、132mm、134mm、136mm、138mm、140mm、142mm、144mm、146mm、148mm、150mm、152mm、154mm、156mm、158mm、160mm、162mm、164mm、166mm、168mm、170mm、172mm、174mm、176mm、178mm、180mm、182mm、184mm、186mm、188mm、190mm、192mm、194mm、196mm、198mm、或200mm。

在一个实施方案中,主轴套2可以具有在从约15mm至约78mm的范围内的id4,在从25mm至约80mm的范围内的od6,和在从约10mm至约200mm的范围内的l8。在其他实施方案中,主轴套2可以具有:在从约15mm至约20mm的范围内的id4,在从约25mm至约20mm的范围内的od6,从约20mm至约30mm的l8;在从约15mm至约64mm的范围内的id4,在从约25mm至约67mm的范围内的od6,从约20mm至约190mm的l8;或在从约45mm至约78mm的范围内的id4,在从约55mm至约80mm的范围内的od6,从约88mm至约190mm的l8。

在另一个实施方案中,主轴套2可以具有约20mm的id4、约30mm的od6和约30mm的l8。

主轴套2的表面(s)可以被描述为平滑的并且可以具有接缝5。由于制造主轴套2的方法可能存在接缝5,虽然不一定是肉眼可见的。接缝5可以特征在于精加工的表面粗糙度。在一个实施方案中,s可以具有小于约1.6微米的精加工的表面粗糙度(ra,粗糙度轮廓的算术平均偏差)。

石墨填充的非热塑性聚酰亚胺组合物

在此所述的主轴套可以包含非热塑性聚酰亚胺。在一个实施方案中,可以在主轴套中使用的非热塑性聚酰亚胺组合物在美国专利号:3,179,614;3,179,631;和4,360,626中描述,这些专利以其全文通过引用结合在此。在一个实施方案中,适合用于在此披露的主轴套的非热塑性聚酰亚胺组合物可以含有石墨。石墨作为精细粉末以多种形式可商购,并且典型地可以在聚酰亚胺从溶液中沉淀之前与聚合物溶液混合。石墨的粒度可以广泛地变化,但通常在从约5微米(μm)至约75μm的范围内。在一个实施方案中,平均粒度可以为约5μm至约25μm。引入到聚酰亚胺树脂中的石墨的总浓度可以随着主轴套所希望的最终磨损性能而变化。在另一个实施方案中,主轴套可以另外包含基于主轴套的体积的约5体积%至约75体积%的石墨。

通过使用具有小于约0.15重量百分比(wt%)的反应性杂质的石墨,非热塑性聚酰亚胺组合物可以具有显著改善的(有利于在此使用)物理特性。在一个实施方案中,非热塑性聚酰亚胺组合物可以含有具有小于约0.01wt%的有害反应性杂质的石墨。有害反应性杂质的实例可包括硫化铁,以及钡、钙和铜的氧化物和硫化物。

在一个实施方案中,石墨可以含有小于约0.15wt%的至少一种选自下组的反应性杂质,该组由以下各项组成:硫化铁、硫化钡、硫化钙、硫化铜、氧化钡、氧化钙、氧化铜及其混合物。

所使用的石墨可以是天然存在的石墨或合成石墨。天然石墨通常可具有宽范围的杂质浓度;而合成生产的石墨可以是可商购的,具有低反应性杂质浓度。含有高浓度杂质的石墨可以通过用无机酸的化学处理来纯化。例如,可以使用在升高或回流温度下用硫酸、硝酸或盐酸处理不纯石墨以将杂质降低到可接受的水平。可替代地,商业石墨组合物可以是可获得的,其典型地满足可用于主轴套的非热塑性聚酰亚胺组合物所需的纯度水平,例如从美国佛罗里达州希思罗约瑟夫狄克逊坩埚公司(thejosephdixoncrucibleco.,heathrow,florida,u.s.a)可商购的“dixonairspunks-5”。

用于制造在此披露的主轴套的非热塑性聚酰亚胺组合物可以在一个实施方案中根据本领域中已知的并描述于美国专利号3,179,614(该专利以其全文通过引用结合在此)中的程序由均苯四酸二酐和4,4’-二氨基二苯醚制备。

在一个实施方案中,在沉淀之前可以将石墨结合到聚合物溶液中,从而产生包含石墨的非热塑性聚酰亚胺树脂。

含有石墨的非热塑性聚酰亚胺树脂是从美国特拉华州威尔明顿杜邦公司(e.i.dupontdenemoursandcompanyofwilmington,de,u.s.a.)以杜邦tm品牌,s级材料可商购的。杜邦tm品牌,s级材料的实例包括:sp-1、sp-3、sp-21、sp-22、sp-211、sp-214、sp-224和sp-2515,所有这些适合于在此披露和描述的主轴套。

氧化稳定的、刚性的、芳族的、非热塑性聚酰亚胺组合物

在另一个实施方案中,适合于在此所述的主轴套中使用的非热塑性聚酰亚胺可以包含含有氧化稳定的刚性芳族聚酰亚胺的组合物。上述芳族聚酰亚胺组合物的制备是本领域已知的并且如美国专利号3,249,588和5,886,129中所述,这些专利以其全文通过引用结合在此。当使用溶液酰亚胺化方法时,芳族四甲酸二酐组分可以与对苯二胺(ppd)和间苯二胺(mpd)作为二胺组分的混合物反应以形成反应溶液,该反应溶液然后可以随后在溶液中酰亚胺化并沉淀,使得所得聚酰亚胺组合物显示出出乎意料地改善的氧化稳定性和优异的拉伸强度特性。

术语刚性聚酰亚胺意味着在聚酰亚胺单元中没有柔性连接。

可用于制备氧化稳定的刚性芳族聚酰亚胺的芳族四甲酸二酐组分包括均苯四酸二酐(pmda);3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(bpda);和任何其他刚性芳族二酐。在一个实施方案中,bpda可以用作二酐组分。

溶液酰亚胺化方法可用于提供具有以下重复单元的刚性芳族聚酰亚胺组合物

其中r可以是大于约60摩尔%至约85摩尔%ppd单元和约15摩尔%至小于约40摩尔%mpd单元。在一个实施方案中,聚酰亚胺组分可以具有约70摩尔%ppd和约30摩尔%mpd。

在氧化稳定的刚性芳族聚酰亚胺组合物的制备中,根据以下可以使用溶液酰亚胺化方法。二胺(ppd和mpd)通常首先溶解在溶剂中以形成在所需浓度的溶剂中的二胺组分;可以将二酐以基本上等摩尔量加入到反应溶液中以形成聚酰胺酸(paa)聚合物溶液。稍微摩尔过量的二酐或二胺组分可以是可能的。可以使用摩尔过量的约0.5%至约1.0%的二胺组分。

所得的paa聚合物溶液可以在一段时间内转移到溶剂的加热溶液中。转移的paa聚合物溶液可以进行连续加热和搅拌以完成可溶性paa至不溶性聚酰亚胺浆料的反应。

所得聚酰亚胺浆料可用溶剂洗涤并在约100℃至约230℃下、在约140℃至约190℃下、或在约180℃下干燥,以将聚酰亚胺浆料转变为具有高表面积的呈粉末形式的聚酰亚胺树脂。取决于聚酰胺酸从反应溶液中沉淀而产生的粒度,例如可以通过合适的研磨技术进一步改性聚酰亚胺颗粒,以提供用于处理和随后模制的令人希望的粒度。

可用于合成paa聚合物溶液的溶液聚合方法中的溶剂可以是其官能团将不与任何反应物(bpda或二胺)反应到任何明显的程度的有机溶剂。溶剂可以表现出约8至约10的ph,其可以通过将溶剂与少量水混合并且然后用ph纸或探针测量来测量。此类溶剂包括例如吡啶和β-甲基吡啶。在美国专利号3,249,588和3,179,614中披露的溶剂中,吡啶(kb=1.4×10-9)可以是聚合反应中这些反应物的有用溶剂以及用作催化剂。为了使二酐和二胺反应以形成paa聚合物溶液,可能需要碱性催化剂。由于吡啶是碱性化合物,因此它可以在此作为催化剂和溶剂两者起作用。

溶剂可以存在的量为使得paa聚合物溶液的浓度可为约1wt%至约15wt%。在一个实施方案中,该量可以为从约8wt%至约12wt%。

由聚酰亚胺组合物得到的聚酰亚胺树脂的表面积可以为至少约20m2/g。在一个实施方案中,表面积可以为至少约75m2/g以实现可接受的物理特性并且易加工性。

在paa的制备中,可能必要的是分子量为使得paa聚合物溶液的固有粘度(iv)可为至少约0.2dl/g。在一个实施方案中,iv可以为约2.0dl/g。

用于制造在此所述的主轴套的氧化稳定的刚性芳族非热塑性聚酰亚胺组合物可以另外包含填料,特别是碳质填料如石墨,以改善磨损和摩擦特性,同时保持聚酰亚胺的优异的拉伸和氧化稳定性。其他合适的是选自下组,该组由以下各项组成:二硫化钼、高岭土和聚四氟乙烯聚合物、共聚物、以及其组合。填料可以以从约0.1wt%至约80wt%的范围内的量存在。所选择的特定的一种或多种填料以及所使用的量可取决于最终组合物中所需的效果,如对本领域普通技术人员将明显的。

这些填料典型地可以在转移paa聚合物溶液之前结合到加热的溶剂中,使得聚酰亚胺可以在填料的存在下沉淀,该填料然后可以结合在其中。填料的形式可取决于主轴套中的填料的功能。例如,填料可以是呈微粒或纤维的形式。

用于在主轴套中使用的氧化稳定的刚性芳族聚酰亚胺组合物可以在升高的压力下模制成多种构型。在一个实施方案中,聚酰亚胺组合物可以在环境温度下在约50,000psi至约100,000psi(约345mpa至约690mpa)的压力下模制。

包含氧化稳定的刚性芳族聚酰亚胺的非热塑性聚酰亚胺树脂是从美国特拉华州威尔明顿杜邦公司以杜邦tm品牌,s级材料可商购的。杜邦tm品牌,s级材料的实例包括:scp-5000、scp-5009、scp-50094和scp-5050,所有这些适合于在此描述的主轴套。

片状硅酸盐、非热塑性聚酰亚胺组合物

在另一个实施方案中,可用于在此所述的主轴套中的非热塑性聚酰亚胺可以是含有无机低硬度热稳定的片状硅酸盐的聚酰亚胺组合物。与不含片状硅酸盐添加剂的相同组合物相比,含有片状硅酸盐(即使在低浓度下)的聚酰亚胺组合物可大大降低对金属配合表面(例如钢)的磨损和摩擦。上述聚酰亚胺组合物的实例和制备是本领域已知的并且描述于美国专利号5,789,523中,该专利以其全文通过引用结合在此。

上述聚酰亚胺组合物可含有(a)从约70wt%至约99.9wt%的至少一种聚酰亚胺,但通常约90wt%至约99wt%;和(b)从约0.1wt%至约30wt%的至少一种无机低硬度热稳定的片状硅酸盐,这些重量百分比基于组分(a)和(b)的重量。聚酰亚胺可以包含聚酰亚胺组合物,该组合物可以是以下各项的共混物:约20wt%至约30wt%的至少一种聚酰亚胺;从约45wt%至约79.9wt%的至少一种聚合物,该聚合物在小于约400℃的温度下是可熔融加工的并且可以选自聚酰胺树脂和/或聚酯树脂;和从约0.1wt%至约30wt%的至少一种无机低硬度热稳定的片状硅酸盐。

各种各样的聚酰亚胺可以适合使用,包括本领域已知的和描述于美国专利号3,179,614中的那些,该专利以其全文通过引用结合在此。其中描述的聚酰亚胺可以由至少一种二胺和至少一种酸酐制备。

在一个实施方案中,该二胺可以选自下组,该组由以下各项组成:间苯二胺(mpd)、对苯二胺(ppd)、二氨基二苯醚(oda)、亚甲基二苯胺(mda)、甲苯二胺(tda)及其混合物。在另一个实施方案中,该二胺可以是4,4’-二氨基二苯醚(oda)。

在一个实施方案中,该酸酐可以选自下组,该组由以下各项组成:二苯甲酮四甲酸二酐(btda)、联苯二酐(bpda)、偏苯三酸酐(tma)、均苯四酸二酐(pmda)、马来酸酐(ma)、纳迪克酸酐(na)及其混合物。在另一个实施方案中,该酸酐可以是均苯四酸二酐(pmda)。

可以使用的聚酰亚胺包括由酸酐和二胺的以下组合制备的那些:btda-mpd;ma-mda、btda-tda-mpd;btda-mda-na;tma-mpd和tma-oda;bpda-oda;bpda-mpd;bpda-ppd、btda-4,4’-二氨基二苯甲酮;和btda-双(对苯氧基)-p,p’-联苯。聚酰亚胺可以由均苯四酸二酐和4,4’-二氨基二苯醚(pmda-oda)制备。

聚酰亚胺组合物可以含有从约0.1wt%至约30wt%的无机低硬度热稳定的片状硅酸盐,如白云母[kal3si3o10]、滑石[mg3si4o10(oh)2]和高岭石[al2si2o5(oh)4]及其混合物。这种片状硅酸盐可在硅酸盐层内具有强烈的二维结合,但弱的层间结合,这可能产生板状化合物如石墨的润滑特性。术语无机可包括自然发生的片状硅酸盐以及可在实验室中合成的那些。可能希望低硬度以预防对配合表面的磨蚀。硬度是矿物抵抗其光滑表面的刮擦的能力。本领域技术人员已知莫氏硬度是以下标度,其中滑石具有1(最不硬)的硬度并且金刚石具有10(最硬)的硬度。

在片状硅酸铝聚酰亚胺组合物的制备中;组分的添加顺序可能不是关键的。可以使用常规的研磨技术将这两种基本组分,即聚酰亚胺和无机片状硅酸盐以所需量共混。在作为聚酰亚胺沉淀之前,片状硅酸盐也可以(作为研磨的替代方案)通过共混到聚酰亚胺前体的聚合物溶液中而方便地结合到聚酰亚胺中。

对于在此所述的聚酰亚胺组合物,低硬度应理解为在莫氏硬度上小于5。另外,保持片状硅酸盐的晶体结构的相稳定性可能是关键的,与保持片状硅酸盐的结构水在高达450℃的温度下的热稳定性一样,如通过热重分析(tga)所示。在聚酰亚胺组合物的处理期间的结构水的热损失可能对聚酰亚胺完整性造成损害,并且可能改变片状硅酸盐的晶体结构,获得更硬更易磨损的化合物。可能不足够稳定以被包括在本发明的聚酰亚胺组合物中的片状硅酸盐的实例是蒙脱石[(1/2ca.na)0.35(a1.mg)2(si.al)4o10(oh)2.nh2o]、蛭石[(mg.ca)0.35(mg.fe.al)3(al.si)4)o10(oh)24h2o]和叶蜡石[al2si4o10(oh)2]。此外,具有3-d结构而不是片状结构的无机化合物,例如二氧化硅(sio)2、重晶石(baso4)和方解石(caco3))可能不具有聚酰亚胺组合物中包含的化合物的有益效果。

聚酰亚胺组合物的磨损和摩擦特性的显著改善可以用约1wt%的片状硅酸盐之一表现出来。在一个实施方案中,聚酰亚胺组合物可以包含约0.1wt%至约20wt%的片状硅酸盐。在另一个实施方案中,聚酰亚胺组合物可以包含约1wt%至约10wt%的片状硅酸盐。

聚酰亚胺与聚酰胺和聚酯树脂的共混物可以在结合片状硅酸盐时表现出大大降低的磨损和摩擦特性。在此所述的片状硅酸盐聚酰亚胺组合物可以是至少一种聚酰亚胺(范围为从约20wt%至约30wt%)和至少一种在小于约400℃的温度下可熔融加工的其他聚合物的共混物,并且可以选自聚酰胺和聚酯树脂,并且可以以从约45wt%至约79.9wt%的浓度存在。可熔融加工以其常规意义使用,即聚合物可以在指定温度下在挤出设备中加工而不会使聚合物显著降解。此种聚合物可以包括聚酰胺或聚酯。

多种多样的聚酰胺和/或聚酯可以与聚酰亚胺共混。例如,可以使用的聚酰胺包括尼龙6;尼龙6,6;尼龙6,10;和尼龙6,12。可以使用的聚酯包括聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。可熔的或可熔融加工的聚酰胺或聚酯可以是呈液晶聚合物(lcd)的形式。lcp通常是聚酯,包括但不限于聚酯酰胺和聚酯酰亚胺。合适的lcp在美国专利号4,169,933;4,242,496;和4,238,600,并且在“液晶聚合物:vi取代的氢醌的液晶聚酯(liquidcrystalpolymers:viliquidcrystallinepolyestersofsubstitutedhydroquinones)”中描述。

在另外包含聚酰胺或聚酯树脂的聚酰亚胺组合物的制备中,组分的添加顺序仍然不是关键的。可以使用常规的研磨技术将这三种基本组分,即聚酰亚胺、无机片状硅酸盐、聚酰胺或聚酯树脂以所需量共混。在作为聚酰亚胺沉淀之前,片状硅酸盐也可以(作为研磨的替代方案)通过共混到聚酰亚胺前体的聚合物溶液中而方便地结合到聚酰亚胺中。

在此所述的片状硅酸盐聚酰亚胺组合物可以进一步包含不会使在此所述的最终主轴套的总体特性降低的其他添加剂、填料和干润滑剂。基于聚酰亚胺、硅酸盐片和添加剂组分的总重量,添加剂可以以从0wt%至约29.9wt%的量存在。在一个实施方案中,将石墨结合到聚酰亚胺组合物中可以延伸其用作耐磨材料的范围。在另一个实施方案中,基于聚酰亚胺、硅酸盐片和添加剂组分的总重量,聚酰亚胺组合物可含有在从0wt%至约5wt%范围内的碳纤维添加剂。

包含无机低硬度热稳定的片状硅酸盐的非热塑性聚酰亚胺树脂是从美国特拉华州威尔明顿杜邦公司以杜邦tm品牌,s级材料可商购的。杜邦tm品牌,s级材料的实例包括scp-50094,其适合于在此描述的主轴套。

在此所述的主轴套的实施方案包括:含有石墨的非热塑性聚酰亚胺;氧化稳定的刚性芳族聚酰亚胺;含有无机低硬度热稳定的片状硅酸盐的非热塑性聚酰亚胺;或在此所述的任何聚酰亚胺组合物可以通过在此所述的方法的实施方案形成。

图2示出了根据本发明的主轴套2的实施方案。图3示出了与主轴30一起使用的主轴套2的横截面的实施方案。参见图1、2和3,在此所述的非热塑性聚酰亚胺组合物的树脂可以通过在约100,000psi的压力下直接形成组合物来加工以形成环16a、16b、16c、16d和16e。所得到的模制环16a-e可以在大气压下在氮气下在约400℃的温度下烧结3小时。环16a-e可以直接形成为具有预选内径(id)4和预选长度(l)18,进而用于形成主轴套2。环16a-e的id4对应于主轴套2的id4并且各个环16a-e的长度18的总和(参见图3)对应于主轴套2的l8(参见图1)。上述环可以从美国特拉华州威尔明顿杜邦公司购买。

在直接形成环16a-e之后,这些环可以被加热以使环16a-e的id4膨胀,并且然后主轴30可以插入穿过加热环16a-e。主轴30典型地可以包含聚合物材料32,例如像聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。聚合物材料32典型地覆盖在其中具有滚珠或滚针轴承单元36的中空金属主体34。在将主轴30插入穿过加热环16a-e之前,可以机械加工可以支撑加热环16a-e以及随后形成的主轴套2的聚合物材料32的区域以除去预选量的聚合物材料32,使得主轴30的机械加工的区域的od38与主轴套2的id4大约或者基本上相同。

环16a-e然后可以被定向成使得环16a-e可以彼此齐平并且具有接缝24(环16a-e之间的接触点)。在冷却至室温后,环16a-e然后可通过压配合或使用螺钉固定到主轴30上。在一个实施方案中,所有环16a-e可以被压配合到主轴30上。在另一个实施方案中,所有环16a-e可以通过使用螺钉固定到主轴30上。在另一个实施方案中,环16a-e中的任一个可以通过压配合和使用螺钉或其他合适的紧固装置的组合固定到主轴30上。

环16a-e现在可以例如使用车床在接缝24上或围绕接缝24进行机械加工,以实现主轴套2的od;到预选od;并且使环16a-e的表面平滑,导致形成主轴套2,该主轴套具有平滑和/或均匀表面、整体外观,以及可具有显著小于在机械加工之前的接缝24的深度和宽度的接缝5;并且在机械加工之前,表面s可具有显著更平滑的表面粗糙度。在一个实施方案中,s可以具有小于约1.6微米的最终ra。

用于形成主轴套2的环16a-e的id4可以预选为任何直径以便匹配主轴套2的id4,而无需任何过度的实验。同样地,用于形成主轴套2的环16的单个l18可以被预选为任何长度,使得环16的l18的总和匹配最终主轴套2制品的l8而无需任何过度的实验,并且环16a-e的od可以被机械加工以匹配主轴套2的预选od6,该预选od可对应于经受印刷的罐的内径或更小。

在此描述了根据本发明的形成主轴套2的实施方案的实例。参见图1、2和3,在此所述的非热塑性聚酰亚胺组合物的树脂可以通过在约100,000psi的压力下直接形成组合物来加工以形成环16a、16b、16c、16d和16e。所得到的模制环16a-e可以在大气压下在氮气下在约400℃的温度下烧结3小时。环16a-e可以直接形成为具有约50mm的id4和约40mm的l18。

在直接形成环16a-e之后,这些环可以被加热以使环16a-e的id4膨胀,并且然后具有约50mm的id的主轴30可以插入穿过加热环16a-e。主轴30可以包含聚合物材料32,例如像聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。聚合物材料32典型地覆盖在其中具有滚珠或滚针轴承单元36的中空金属主体34。在将主轴30插入穿过加热环16a-e之前,可以机械加工可以支撑加热环16a-e以及随后形成的主轴套2的聚合物材料32的区域以除去预选量的聚合物材料32,使得主轴30的机械加工的区域的od38可以是约50mm。

环16a-e然后可以被定向成使得环16a-e可以彼此齐平并且具有接缝24(环16a-e之间的接触点)。在冷却至室温后,环16a-d然后可通过压配合固定到主轴20上,并且环16e可以使用螺钉(未示出)固定。

环16a-e现在可以例如使用车床在接缝24上或围绕接缝24机械加工,以实现约67mm的主轴套2的外径,并使环16a-e的表面平滑,从而导致形成主轴套2,该主轴套具有平滑和/或均匀表面、整体外观;约200mm的l8(环16a-e的长度的总和);以及可具有显著小于在机械加工之前的接缝24的深度和宽度的接缝5,并且表面s可以在机械加工之前具有显著更平滑的表面粗糙度。在一个实施方案中,s可以具有小于约1.6微米的最终ra。

参考图4,示出了具有安装在其上的主轴套2的主轴30的局部横截面的实施方案。在此已经披露了包含非热塑性聚酰亚胺的主轴套2的实施方案。主轴30可以是饮料罐印刷系统(未示出)的元件。主轴30典型地可以包括聚合物材料32,例如像聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。聚合物材料30典型地覆盖在其中具有滚珠或滚针轴承单元36的中空金属主体34。主轴30典型地可以进行精密机械加工。

包含在此披露的非热塑性聚酰亚胺的主轴套2可以与主轴30一起使用,以减少和/或消除在饮料罐印刷系统的操作过程中与主轴30相关的磨损,并且从而:减少和/或消除一个或多个主轴30的更换;减少和/或消除不合格罐的生产;并且当主轴套2可以是可移除的,并且如果在主轴套2上发生不希望的磨损量可以用另一个更换时,显著地减少机器停机时间。在另一个实施方案中,主轴套2可以从主轴或从罐印刷组件中可移除。例如,如果主轴套2通过螺钉固定到主轴30,则可以简单地移除螺钉以将主轴套2与主轴30分离。此外,包含在此披露的非热塑性聚酰亚胺的主轴套2可以与主轴30一起使用以减少和/或消除对在饮料罐印刷过程中使用的软饮料罐的不想要的损坏。

参考图5,示出了与主轴盘40一起使用的具有安装在其上的主轴套2的主轴30的实施方案。主轴盘40可以是饮料罐印刷系统的元件并且参考标号45表示在主轴盘40与典型的饮料罐印刷系统之间的典型附接点,例如杆。在此描述了主轴盘40和饮料罐印刷系统的实施方案。包含非热塑性聚酰亚胺的主轴套2可以与如在此所述的主轴30一起使用。在此描述了主轴套2的实施方案。

在一个实施方案中,主轴30可以与主轴盘40一起使用。在另一个实施方案中,主轴30可以是罐印刷系统/机器的元件。

术语“第一”、“第二”等在此不表示任何顺序、量或重要性,而是用于区分一种元素与另一种元素,并且术语“一个/一种(a/an)”在此不表示数量的限制,而是表示存在至少一个引用项。与数量结合使用的修饰词“约”包括所述值,并具有上下文所指定的含义(例如包括与特定数量的测量相关的误差程度)。如在此所用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数二者,由此包括一个或多个该术语(例如,金属(s)包括一种或多种金属)。在此披露的范围是包括性的且可独立组合的(例如,范围“至约25wt%,或更具体地,约5wt%至约20wt%”包括端点和范围“约5wt%至约25wt%”的所有中间值,等)。

虽然在此描述了各种实施方案,但是从说明书将理解的是,本领域技术人员可以做出其中的元素、变型或改进的各种实施方案,并且在本发明的范围内。此外,可以作出许多修改以使特定情况或材料适合于本发明的传授内容,而不脱离本发明的实质性范围。因此,本发明旨在不受限于作为进行本发明所考虑的最佳模式而披露的具体实施方案,但本发明将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施方案。

实施例

本发明通过但不限于以下实施例来说明。

实施例1

直接形成非热塑性聚酰亚胺(sp-21,美国特拉华州威尔明顿杜邦公司)的中空圆筒并且然后通过机械加工进行后处理以制造主轴套。主轴套具有20mm的内径(id)、30mm的外径(od)、5mm的厚度(t)和30mm的长度(l)。实施例1的主轴套是单件。

参考图6,制备直径为20mm的由pet制成的主轴61。主轴套62通过压配合固定到主轴61上。

将其上具有主轴套62的主轴61设置在往复滑动机器中的铝板63上。铝板63在竖直方向66上在0.65n的负荷下在水平方向65上来回地滑动以由于铝板63与主轴套62之间的摩擦的结果而在主轴套62上给予磨损。滑动的行程距离为30mm。由于摩擦导致的磨损体积越少,可以越久地使用主轴套62。

参考图7,分别测量在3,000次、24,000次和120,000次滑动行程后的主轴套62的磨损体积71。磨损体积71用以下方程计算,其中主轴套62的外侧的半径(r)为15mm,磨损高度(h)以及连接主轴套62的中心72和磨损的外周边的中点75的线a与连接中心72和磨损的外周边的一端76的线b之间的角度(θ)。角度(θ)计算为[cos-1((r-h)/r)]。

磨损体积(mm3)=磨损面积(mm2)×30mm(主轴套长度)

磨损面积(mm2)=πr2/2-r×(r-h)×sinθ-2×πr2×(90°-θ)/360°

实施例2

制造包含两个非热塑性聚酰亚胺(sp-21,美国特拉华州威尔明顿杜邦公司)的主轴套,每个长度为15mm。这些环用于通过在此所述的方法形成主轴套。与实施例1一样测量往复滑动试验中的磨损体积,并且结果示于图8和表1中。在120,000次滑动行程后的磨损体积为0.1mm3,其也足够小。

对比实施例1

在往复滑动试验中设定具有30mm的直径的由pet制成的主轴套以与实施例1相同的方式测量磨损体积。测量磨损体积并示于图7以及实施例1中。磨损体积在3,000次滑动行程之后已经为0.1mm3,在24,000次滑动行程之后为0.17mm3,在120,000次滑动行程之后为0.25mm3,这超过实施例1和2中的磨损体积的两倍,如图8和表1所示。

在120,000次滑动行程之后的磨损体积为0.12mm3,如图8和表1所示,其足够小。在被采用到罐印刷系统中的情况下,包含非热塑性聚酰亚胺的主轴套将被使用更长的一段时间。

实施例2

表1

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