专利名称：用于滑动部件中的涂料组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于滑动部件中的涂料组合物及其制备过程。
背景技术：
例如，日本公开专利出版物No.2001-11372公开了一种用于滑动部件中的涂料组合物，其通过混合聚酰胺-酰亚胺、聚四氟乙烯和氧化铝粉末来制备。
这种类型的用于滑动部件中的涂料组合物应用到基底，然后加热到形成基底上的滑动膜。该形成的滑动膜具有好的耐磨损性和耐卡住性。例如，当设置在内燃机中的活塞的裙部的外表面上使用由这样的用于滑动部件中的涂料组合物形成的滑动膜时，该活塞适宜地通过内燃机中的缸膛滑动，且产生内燃机的高旋转、高压缩比等效果。
然而，在由上述的用于滑动部件中的涂料组合物形成的滑动膜中，虽然即使在较苛刻的条件下它也的确具有好的耐磨损性，但是仍然需要它进一步改进耐卡住性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种能够形成具有好的耐磨损性和耐卡住性的滑动膜的用于滑动部件中的涂料组合物，及其制备过程。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于滑动部件中的涂料组合物。该组合物通过混合粘合剂树脂、固体润滑剂、氧化钛粉末和偶联剂获得。
通过示例本发明的原理来说明，结合附图，本发明的其它方面和优点从下面的描述会很清楚。
参考下面的优选实施例的描述以及附图，可以很好地理解本发明，以及其目的和优点，其中图1是轴颈轴承测试器的主要部分的透视图；以及图2是推力型测试器的主要部分的透视图。
具体实施例方式
现在描述本发明的第一个实施例。
根据本发明的用于滑动部件中的涂料组合物首先应用到基底上，然后加热到形成基底上的滑动膜。该形成的滑动膜在其固化的粘合剂树脂中包含固体润滑剂、氧化钛粉末和偶联剂。该固体润滑剂和氧化钛散布在粘合剂树脂中。像传统的滑动膜一样，在滑动膜中的固体润滑剂确保了基底和基底的配套材料的耐卡住性。在滑动膜中的氧化钛粉末可能支撑作用在基底和配套材料之间的负荷。在滑动膜中的偶联剂可能将固体润滑剂和氧化钛粉末牢固地结合到粘合剂树脂，同时将滑动膜牢固地结合到基底。根据本发明人获得的测试结果，使用氧化铝粉末、硅石粉末或者碳化硅粉末的滑动膜具有好的耐磨损性，但是耐卡住性不好，所有这些粉末和氧化钛粉末一样是无机颗粒。相反地，使用氧化钛的滑动膜的耐磨损性和耐卡住性都好。这些膜中的耐磨损性的显著改进是由于氧化钛粉末在粘合剂树脂中具有极好的散布性，因此对为滑动膜提供表面平滑度和防止固体润滑剂从滑动膜脱落产生了极好的效果。作为氧化钛，可以使用锐钛矿、金红石或者板钛矿氧化钛粉末中的任何一种。然而，考虑到由于光催化产生的粘合剂树脂的降解和成本，在上述类型中，最适合使用金红石氧化钛。
作为粘合剂树脂，使用具有极好的耐热性的粘合剂树脂，诸如包括聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺等的聚酰亚胺树脂、环氧树脂或者酚树脂。在上面的树脂中，考虑到作为粘合剂树脂的成本和特性，最佳使用聚酰胺-酰亚胺。这些树脂在未固化的状态下用于用在本发明的滑动部件中的涂料组合物中。
作为固体润滑剂，使用聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、二硫化钼或者石墨。
氧化钛粉末的平均主要颗粒直径最好是1μm或者更小。具有1μm或者更小的平均主要颗粒直径的氧化钛粉末在粘合剂树脂中具有极好的散布性，且对为滑动膜提供表面平滑度和防止固体润滑剂从膜脱落产生了较大的效果。此外，具有1μm或者更小的平均主要颗粒直径的氧化钛粉末使得可以构成用于在第一部件的第一滑动表面和第二部件的第二滑动表面之间的间隙的最佳滑动膜，这些滑动表面通过该小间隙相互滑动。
在由用于滑动部件中的涂料组合物形成的滑动膜中，在粘合剂树脂中的固体润滑剂的含量最好在15％的质量百分比到100％的质量百分比之间的范围中，且包含15％和100％在内，更优选的在30％的质量百分比和80％的质量百分比之间的范围中，且包含30％和80％在内。如果在粘合剂树脂中的固体润滑剂的含量小于15％的质量百分比，该滑动膜的耐卡住性变差，而如果在粘合剂树脂中的固体润滑剂的含量大于100％的质量百分比，该滑动膜的耐卡住性的改进变小，且该固体润滑剂易于从膜脱落，导致滑动膜的磨损深度增加。
在由用于滑动部件中的涂料组合物形成的滑动膜中，在粘合剂树脂中的氧化钛粉末的含量最好在5％的质量百分比到35％的质量百分比之间的范围中，且包含5％和35％在内，更优选的在10％的质量百分比和20％的质量百分比之间的范围中，且包含10％和20％在内。如果在粘合剂树脂中的氧化钛粉末的含量小于5％的质量百分比，减少滑动膜的磨损深度的效果变得不充分，而如果在粘合剂树脂中的氧化钛粉末的含量大于35％的质量百分比，减少滑动膜的磨损深度的效果变小。
此外，在由用于滑动部件中的涂料组合物形成的该滑动膜中，在粘合剂树脂中的偶联剂含量最好在0.1％的质量百分比到10％的质量百分比之间的范围中，且包含0.1％和10％在内，更优选的在2％的质量百分比和8％的质量百分比之间的范围中，且包含2％和8％在内。如果在粘合剂树脂中的偶联剂的含量小于0.1％的质量百分比，滑动膜的耐卡住性变得不充分，而如果在粘合剂树脂中的偶联剂的含量大于10％的质量百分比，增加滑动膜的耐卡住的效果变小。
作为偶联剂，使用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或者铝酸酯偶联剂。根据由本发明人获得的测试结果，最好使用硅烷偶联剂。可使用的硅烷偶联剂包括例如，乙烯三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、p-苯乙烯基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、N-2(氨乙基)3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2(氨乙基)3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-2(氨乙基)3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1，3-二甲基-亚丁基)丙胺、N-苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(乙烯苄基)-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷的盐酸盐、特殊的氨基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、二(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物，以及3-异氰酰丙基三乙氧基硅烷。当聚酰胺-酰亚胺用作粘合剂树脂时，最好使用2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1，3-二甲基-亚丁基)丙胺、N-苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷和/或3-异氰酰丙基三乙氧基硅烷作为硅烷偶联剂。使用具有作为官能团的环氧基团的2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷和3-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷是尤其优选的。这四种试剂的存储稳定性也极好。
为了确定本发明的用于滑动部件中的涂料组合物的效果，执行下面的物理特性测试。在图1和2的帮助下，将在下面描述该物理特性的测试。
首先，准备下面的成分。
固体润滑剂PTFE粉末(平均主要颗粒直径0.3μm)、二硫化钼(平均主要颗粒直径1μm)、石墨(平均主要颗粒直径5μm)无机颗粒金红石氧化钛粉末(平均主要颗粒直径0.3μm)、碳化硅粉末(平均主要颗粒直径0.3μm)、硅石粉末(平均主要颗粒直径0.3μm)硅烷偶联剂2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1，3-二甲基-亚丁基)丙胺、N-苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酰丙基三乙氧基硅烷粘合剂树脂聚酰胺-酰亚胺(PAI)树脂漆(PAI树脂30％质量百分比，溶剂(n-甲基-2-吡咯烷酮56％质量百分比，二甲苯14％质量百分比)70％质量百分比)
PAI树脂漆与固体润滑剂(PTFE、MoS2等)，氧化钛粉末，以及偶联剂混合，完全搅拌，且通过三辊辊轧机，以制备用于滑动部件中的涂料组合物。根据使用的涂覆方法的类型(喷涂、辊涂等)，该用于滑动部件中的涂料组合物选择性地用作为溶剂的n-甲基-2-吡咯烷酮或者二甲苯，或者它们的混合溶剂来稀释，以调节粘度、固体材料的浓度等。用于滑动部件中的涂料组合物还可以以这样的方式来制备，即，首先将固体润滑剂和氧化钛粉末与偶联剂混合，以制备处理过的粉末，然后将该处理过的粉末与PAI树脂漆混合。这样，该固体润滑剂和氧化钛粉末合适地在PAI树脂漆中散布，不会在由用于滑动部件中的涂料组合物形成的滑动膜中分配不均，且通过偶联剂牢固地结合到粘合剂树脂。
然后，制备去除了油污的铝合金A390铸块，且作为第一部件的多个基底1形成为如图1所示，其具有垂直于轴线的C形形状的截面且长度为20mm。在这些基底中，选择两个，且组合为使得它们相互面对，以形成内径20mm的轴套。已经制备为使得滑动膜C1到C37具有在表1到表4中显示的各组合物的用于滑动部件中的涂料组合物，通过空气喷涂来涂覆到各基底1的内表面1a上，以形成25μm厚的涂膜。表1到表4还显示了每100％质量百分比的PAI树脂中的每种固体润滑剂、无机颗粒或者硅烷偶联剂的质量百分比的量。涂覆还可以通过辊涂转移来替代空气喷涂来执行。每个具有形成在它们的内表面上的涂层的基底1在大气条件下在200℃下加热持续60分钟，以固化PAI树脂。这样，滑动膜C1到C37被应用到各基底1上。
表1
表2
表3
表4
此外，通过将上述铸块切割成30mm长、30mm宽和5mm厚的来制备作为第一部件的多个基底3，如图2所示。通过空气喷涂，基底3的表面3a涂覆有用于滑动部件C1到C37的各涂料组合物，以形成25μm厚的涂膜，这些滑动部件已经制备为具有在表1到表4中显示的组合物。涂覆还可以通过辊涂转移来替代空气喷涂来执行。每个具有形成在它们的内表面上的涂层的基底3在大气条件下在200℃下加热持续60分钟，以固化PAI树脂。这样，滑动膜C1到C37被应用到各基底3上。
测量每个滑动膜C21到C28的表面粗糙度(Rz)。
通过在图1中显示的轴颈轴承测试器来获得磨损深度(μm)。在使用轴颈轴承测试器的磨损深度的测量中，首先，作为第二部件的由碳钢(S55C)制成且具有20mm直径的轴2插入且通过包括一对基底1的轴套。这样执行测量，设置轴套负荷为1000N，测试时间为1小时，轴92靠着轴套的转数为5000rpm(5.2米/秒)且在轴套和轴92之间的恒定地供给润滑油。
此外，通过在图2中显示的推力型测试器来获得卡住比压(MPa)。在使用推力型测试器的卡住比压的测量中，作为第二部件的由弹簧钢(SUJ2)制成的圆柱形部件4在每个基底3的表面3a(第一滑动表面)上旋转。当圆柱形部件4在以固定的周期(1MPa/2分钟)来增加1.2米/秒的旋转速度下旋转时，也就是，增加从圆柱形件4到基底3的负荷，获得了在当每个基底3的表面3a和与表面3a相对的圆柱形部件4的表面(第二滑动表面)之间出现卡住的时刻的负荷。在1.2米/秒的滑动速度和9.8MPa的比压的条件下，在刚开始测试时以及开始测试100小时后，也测量每个基底3的动摩擦系数。对于滑动膜C1到C20和C29到C37，没有测量动摩擦系数。结果显示在表5到表7中。
表5
表6
表7
在表5中显示的滑动膜C1到C4和C20，以及表7中显示的C37的数据表明，当滑动膜由包含固体润滑剂且其中部分固体润滑剂被氧化钛粉末替代的粘合剂树脂形成时，没有令人满意地改进耐磨损性和耐卡住性。此外，在表5中显示的滑动膜C1、C5到C7和C20，以及表7中显示的C37的数据表明，当滑动膜由包含固体润滑剂且其中部分固体润滑剂被硅烷偶联剂替代的粘合剂树脂形成时，没有令人满意地改进耐磨损性和耐卡住性。
在表5中显示的滑动膜C1、C8到C10和C20，以及表7中显示的C37的数据表明，当滑动膜由包含固体润滑剂、氧化钛粉末和硅烷偶联剂的粘合剂树脂形成时，显著地改进耐磨损性和耐卡住性。
在表5中显示的滑动膜C11到C19，在表6中显示的C30，以及表7中显示的C31到C36的数据表明，当滑动膜由包含固体润滑剂、氧化钛粉末和硅烷偶联剂的粘合剂树脂形成时，如果硅烷偶联剂相对于PAI树脂的百分比在0.1％质量百分比到10％质量百分比之间的范围内，包含0.1％和10％在内，且居中在3％质量百分比，那么显著地改进耐磨损性和耐卡住性。另一方面，在表5中显示的滑动膜C14和C15的数据表明，即使与滑动膜C12和C13相比，它们的粘合剂树脂的量下降了，只要膜包含氧化钛粉末和硅烷偶联剂，它们的耐磨损性就极好，且它们的耐卡住性不显著地破坏。
在表5中显示的滑动膜C9和C16到C19，以及表7中显示的C34到C36的数据表明，只要硅烷偶联剂是2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1，3-二甲基-亚丁基)丙胺、N-苯基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酰丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷或者3-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷，滑动膜都具有极好的耐磨损性和耐卡住性。根据它们的存储稳定性，那些使用2-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷或者3-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷的尤其是优选的。
在表5中显示的滑动膜C20，在表6中显示的C21到C25，以及表7中显示的C37的数据表明，由包含氧化钛粉末的用于滑动部件中的涂料组合物形成的滑动膜的耐磨损性比那些由不包含氧化钛粉末的用于滑动部件中的涂料组合物形成的滑动膜要更加出色。在PAI树脂中的氧化钛的粉末的含量多于35％质量百分比的滑动膜在减小磨损深度方面不很有效。
在表5中显示的滑动膜C20，在表6中显示的C23、C26和C27，以及表7中显示的C37的数据表明，由包含无机颗粒的用于滑动部件中的涂料组合物形成的滑动膜的耐磨损性比那些由不包含无机颗粒的用于滑动部件中的涂料组合物形成的滑动膜要更加出色；然而，使用碳化硅粉末或者硅石粉末作为无机颗粒的滑动膜某种程度上具有好的耐磨损性，但是耐卡住性较差。对于使用氧化铝粉末的滑动膜也同样。相反，使用氧化钛粉末的滑动膜的耐磨损性和耐卡住性都好。
此外，在使用氧化钛粉末的滑动膜中，它们的表面粗糙度比使用碳化硅粉末或者硅石粉末的滑动膜要小，且它们的表面平滑度比使用碳化硅粉末或者硅石粉末的滑动膜要出色。与显示在表6中的滑动膜C28和C29的数据相比表明，与使用增加量的固体润滑剂的滑动膜相比，使用氧化钛粉末的滑动膜对于防止固体润滑剂从膜脱落发挥了更加出色的效果，且更加显著地改进耐磨损性。这是因为氧化钛粉末在粘合剂树脂中具有极好的散布性。尽管在这些测试中使用了具有0.3μm平均主要颗粒直径的氧化钛粉末，但是，即使氧化钛粉末具有小于或者大于0.3μm平均主要颗粒直径，只要它具有1μm或者更小的平均直径，该氧化钛粉末在粘合剂树脂中就具有极好的散布性，且对于防止固体润滑剂从膜脱落发挥了极好的效果，从而它可以显著地改进耐磨损性。
在表6中显示的滑动膜C30以及在表7中显示的C31的数据显示，使用硅烷偶联剂的滑动膜对于那些没有使用硅烷偶联剂的滑动膜来说具有出众的耐磨损性。这可能因为硅烷偶联剂用于将固体润滑剂和氧化钛粉末牢固地结合到粘合剂树脂，且将其同样牢固地结合到基底。
如到此所描述的，由本实施例的用于滑动部件中的涂料组合物形成的滑动膜即使在苛刻的条件下也具有极好的耐磨损和耐卡住性。
这些例子和实施例被认为是示例性的，不是限制性的，且本发明不局限于这里给出的细节，而可以在后附的权利要求书的范围和等价物内修改。
权利要求
1.一种用于滑动部件中的涂料组合物，其特征在于该组合物通过混合粘合剂树脂、固体润滑剂、氧化钛粉末和偶联剂来获得。
2.根据权利要求1的涂料组合物，其特征在于氧化钛粉末的平均主要颗粒直径是1μm或者更小。
3.根据权利要求1的涂料组合物，其特征在于在由该涂料组合物形成的滑动膜中，氧化钛粉末相对于粘合剂树脂的含量在5％的质量百分比和35％的质量百分比之间的范围中，且包含5％和35％在内。
4.根据权利要求1的涂料组合物，其特征在于在由该涂料组合物形成的滑动膜中，氧化钛粉末相对于粘合剂树脂的含量在10％的质量百分比和20％的质量百分比之间的范围中，且包含10％和20％在内。
5.根据权利要求1的涂料组合物，其特征在于在由该涂料组合物形成的滑动膜中，偶联剂相对于粘合剂树脂的含量在0.1％的质量百分比和10％的质量百分比之间的范围中，且包含0.1％和10％在内。
6.根据权利要求1的涂料组合物，其特征在于在由该涂料组合物形成的滑动膜中，偶联剂相对于粘合剂树脂的含量在2％的质量百分比和8％的质量百分比之间的范围中，且包含2％和8％在内。
7.根据权利要求1的涂料组合物，其特征在于该粘合剂树脂是聚酰胺-酰亚胺。
8.根据权利要求1到7中的任何一项的涂料组合物，其特征在于该固体润滑剂是聚四氟乙烯。
9.根据权利要求1到7中的任何一项的涂料组合物，其特征在于该偶联剂是硅烷偶联剂。
10.根据权利要求9的涂料组合物，其特征在于该硅烷偶联剂的官能团是环氧基团。
11.根据权利要求1到6中的任何一项的涂料组合物，其特征在于该粘合剂树脂是聚酰胺-酰亚胺，该固体润滑剂是聚四氟乙烯，该偶联剂是硅烷偶联剂。
12.根据权利要求11的涂料组合物，其特征在于该硅烷偶联剂的官能团是环氧基团。
全文摘要
一种用于滑动部件中的涂料组合物通过混合没有固化的聚酰胺－酰亚胺、固体润滑剂、氧化钛粉末和硅烷偶联剂来获得。由该用于滑动部件中的涂料组合物形成的滑动膜具有极好的耐磨损性和耐卡住性。
文档编号C09D5/00GK1537909SQ20041003297
公开日2004年10月20日 申请日期2004年4月14日 优先权日2003年4月14日
发明者佐伯晓生, 神德哲行, 马场敬明, 下俊久, 村濑仁俊, 山口哲司, 山下二郎, 俊, 司, 明, 行, 郎 申请人:株式会社丰田自动织机, 道康宁亚洲株式会社