具有干运转能力的聚合物滑动材料和具有干运转能力的滑环密封件的制作方法_3

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动对象,即静止配对环或同样旋转滑环,可由常规滑环密封件材料诸如陶瓷、石 墨、硬金属、金属或青铜构造。
[0068] 在另一个可能的实施例中,旋转滑环和静止配对环两者均由聚合物材料制成;优 选地,两种环均由根据本发明的聚合物滑动材料制成。通过这些手段,可更进一步降低滑环 密封件的总成本。
[0069] 优选地,根据本发明的滑环密封件的旋转滑环由根据本发明的聚合物滑动材料构 造。
[0070] 在根据本发明的滑环密封件的一个优选实施例中,旋转滑环由根据本发明的聚合 物滑动材料制成,并且配对环由钢制成。该实施例特别适用于油和液压应用。
[0071] 在根据本发明的滑环密封件的另一个优选实施例中,滑环由根据本发明的聚合物 滑动材料制成,并且配对环由紧密且细粒的烧结陶瓷诸如氧化铝制成。来自烧结碳化硅 (SSiC)的构造特别有利。合适的碳化硅材料可以商品名EKasic? F得自优司科高科技制陶 有限公司(ESK Ceramics GmbH&Co.KG),并且具有>120W/m*K的热导率。
[0072] 旋转滑环和/或静止配对环的滑动表面优选地应具有非常高的表面质量,即低粗 糙度值。可以表明摩擦系数和磨损可通过减少滑环和/或配对环的粗糙度值而显著降低。特 别优选的情形是滑环和配对环两者具有抛光的滑动表面。
[0073] 配对环的滑动表面应优选地以很小平整度偏差来构造。
[0074] 根据本发明的聚合物滑动材料可在干运转条件下连续使用。
[0075] 除了其用于滑环密封件之外,根据本发明的聚合物滑动材料还可用作湿运转和干 运转栗中的位移元件。位移元件的例子为位移栗诸如真空叶片栗中的滑动阀以及齿轮栗中 的压力板。此外,根据本发明的聚合物滑动材料还可用作径向轴承和轴向轴承中的部件。
[0076] 根据本发明的聚合物滑动材料的位移元件和根据本发明的滑环密封件可在热水 循环栗、饮用水栗、用于内燃机和电驱动器的冷水循环栗、用于冷凝冷却循环的压缩栗、用 于制动助力器的真空栗、用于制动流体(ESP和ABS系统)的位移栗、用于冷却控制柜的冷却 水循环栗、液压单元和激光装置中使用。
[0077] 除了干运转应用之外,根据本发明的聚合物滑动材料的位移元件还可用于腐蚀性 介质诸如碱性溶液和酸、溶剂、油、低粘度脂肪和制动流体中的应用。
[0078] 此外,根据本发明的滑环密封件还适用于电动机(尤其是小电机)中的密封件,只 要确保用油、脂肪或其他润滑剂实现持久润滑即可。
[0079] 根据本发明的聚合物滑动材料优选地通过热塑性注模工艺转化为诸如根据本发 明的滑环密封件的滑环和配对环之类的部件,以及转化为位移元件。具有苛刻的复杂性和 功能集成要求的部件也可在工业规模上通过热塑性注模工艺制备。本领域的惯用方法诸如 双螺杆挤出用于混合和配混聚合物滑动材料。
[0080] 为了改善分散特性,在混合和配混硬质材料粒子之前,可例如通过喷雾干燥,使硬 质材料粒子团聚。此处团聚体的平均尺寸优选地为70_150μπι。在用标准设置下的双螺杆挤 出进行配混期间团聚体容易解体,并且甚至在最多至30重量%的硬质材料粒子的高含量 下,也能实现有效挤出工艺。对于亚微米范围内的粒度而言对非团聚的硬质材料粒子的加 工不是优选的。
[0081] 制备聚合物基体材料的其他已知方法也可用于制备根据本发明的聚合物滑动材 料。
[0082] 实例和比较例
[0083] 实例 1
[0084] 通过热塑性双螺杆挤出来制备填充聚合物材料。用于通过双螺杆挤出来配混的组 合物包含60重量% PEEK (V ictrexK PEEK 150)、10重量%石墨、10重量% PTFE、10重量%碳纤 维和10重量%碳化硅粉末。
[0085] 碳化硅粉末具有>96%的纯度和150nm的平均粒度(d5Q)。为了改善分散特性,通过 从水性悬浮液喷雾干燥,使碳化硅粉末团聚。喷雾干燥的团聚体的平均尺寸为1 ΟΟμπι。
[0086] 在用标准设置下的双螺杆挤出进行配混期间团聚体容易解体,并且使得有效挤出 工艺成为可能。
[0087] 实例2
[0088] 通过热塑性双螺杆挤出来制备填充聚合物材料。用于在双螺杆挤出机中配混的组 合物包含55重量%??3(得自泰科纳公司(1^(:〇1^)的?(^让〇11 0203)、10重量%石墨、10重 量% PTFE、10重量%碳纤维和15重量%碳化硅粉末。实例1中使用的团聚粉末用作碳化硅粉 末。
[0089] 实例3
[0090] 通过热塑性双螺杆挤出来制备填充聚合物材料。用于在双螺杆挤出机中配混的组 合物包含60重量%PESU(聚醚砜;Ultrason Ε 1010,巴斯夫公司(BASF))、10重量%石墨、10 重量% PTFE、10重量%碳纤维和10重量%碳化硅粉末。实例1中使用的粉末用作碳化硅粉 末。
[0091] 实例4
[0092] 在环上环(ring-on-ring)类型的测试台中进行干运转测试。为此,通过对挤出的 杆进行机械加工,来制备用于定子的实例1的材料的环。所述环具有30mm的外径D a和20mm的 内径Di以及16mm的高度h。所述环的滑动表面经精细抛光,并且随后将所述环插入干运转测 试台的定子样品架中。将具有精细抛光表面的1.4713不锈钢的环插入用于转子的样品架 中。将定子的滑动表面以〇.2MPa的接触压力气动地按压在转子的滑动表面上。在启动电机 之后,转子以1000RPM旋转,这对应于1.3m/s的平均滑动速度。安装定子,使得其可旋转并且 由线材保持,该线材引向测压元件,从而可测量所传递的摩擦力。测量温度的热电偶也紧固 到定子。摩擦系数由测压元件的测量信号来计算,并且与温度一起被记录为时间的函数。
[0093] 摩擦系数μ由如下计算:
[0094] μ= (FLMD*rLMD)/(P:F.l.achfi*AReib*rReib)
[0095] 其中
[0096] Flmd[N]为由测压元件测量的摩擦力 [0097] rLMD[mm]为摩擦力测量处的半径
[0098] pFlMie[N/mm2]为环的表面压力
[0099] AReib[mm2]为接合表面积
[0100] rReib[mm]为摩擦表面的平均半径。
[0101]由所获得的测量值测定的整个运转时间内的平均摩擦系数,以及实验一小时后在 定子处测量的温度,用作干运转能力的评价参数。
[0102] 表1示出所获得的测量值。
[0103] 摩擦系数越高,热量形式的摩擦能就越大,并且温度升高越快。温度不仅取决于已 引入的摩擦热,而且取决于摩擦对象的热特性(热容、热导率、样品中及样品架上方、整个测 量设备中的热流)。如果摩擦系数较低,则温度仅缓慢上升,然后稳定在平台值,所述平台值 在表1的"注释"列中由表述"平台值"指示。对于根据本发明的所有实例均观察到该行为。在 高摩擦系数下,温度连续上升,直到在>150°c的温度处,测试台关闭。
[0104] 表1的实例对于干运转的适合性在表2中单独地针对应急操作模式和连续使用给 出。
[0105] 能在不过热的情况下应对润滑性介质的短暂失效的材料,被评定为能够在不过热 的情况下干运转。就这一点而言,最多30分钟的时间被视为短暂的。导致过热或几分钟后失 效的材料不能够以应急操作模式干运转。
[0106] 可在无润滑性介质且不过热的情况下运转更长时间的材料,被归类为对于连续使 用而言能够干运转。一小时或一小时以上的时间被视为更长时间。持久性地干运转的能力 的另一个基本标准是恒定温度水平(平台)调节到低于对于系统部件关键的温度(例如,对 于此处进行的实验,测试台可允许的最大温度为150°C)。当在干运转期间引入系统中的摩 擦热如此轻微以致该摩擦热可被系统吸收或再一次耗散而不会使温度进一步升高时,就是 这种情况。通过此类手段,确保了温度持久性地保持较低。
[0107] 实例5
[0108]重复实例4;然而,定子由实例2的材料制备。
[0109]所获得的测量值在表1中给出,并且干运转能力的评价在表2中给出。
[0110] 实例6-8
[0111] 重复实例4;然而,接触压力和滑动速度有所变动,如表1中所示。
[0112]所获得的测量值在表1中给出,并且干运转能力的评价在表2中给出。
[0113] 即使在非常高
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