自润滑复合摩擦件的制作方法

文档序号:11111718
自润滑复合摩擦件的制造方法与工艺

本发明涉及一种自润滑复合摩擦件,其用于在该复合摩擦件与一个对抗件之间不使用润滑油的应用,因而该自润滑复合摩擦件与对抗件具有小摩擦系数,和/或涉及的温度高于250℃、可达300℃、甚至高达320℃。这种摩擦件尤其可以是铰接件或者滑轨。



背景技术:

为了满足这种限制条件,已经提出用浸渍以树脂的形成基体的加强件覆盖机械零件的表面,但是,这些覆盖层不能获得小摩擦系数结合良好的高温性能。

因此,文献GB-1439030提出一种摩擦覆盖层,尤其是用于轴承的摩擦覆盖层,其具有摩擦层,摩擦层由含有碳氟树脂的低摩擦系数的股线形成的邻接条带编织形成;这些条带的表面具有凹凸不平,具有凸起和凹陷部分,股股线和条带埋置在塑性材料中。股线由如聚四氟乙烯(PTFE)这样的材料制成的纤维形成,聚四氟乙烯这样的材料在化学上不与任何塑性材料粘合;但是,这些纤维固定在所述覆盖层中;PTFE纤维可与棉线混合。在所述的实施例中,织物螺旋延伸,由螺旋玻璃纤维束延展,螺旋玻璃纤维束埋置在环氧树脂或者聚酯中。玻璃纤维形成的层比PTFE股线形成的层厚。尤其是,由于用作基体的树脂的特性,可以理解的是,这种覆盖层在工作中几乎不能耐受200℃的温度。

因此,文献JP-H0425669中提出作用于PTFE纤维表面,以便使纤维固定在基体内,其中,这些纤维以最多勉强5%的密集度进行混合。这种构型在高温下不再获得摩擦系数小的良好机械性能。

重复文献US-2804886的某些教导,文献US-3804479提出了另一种类型的摩擦层,这种摩擦层具有特氟隆丝和涤纶制粘附丝,其纺织成足够松弛,以便由液态树脂进行良好的浸渍处理;该层由浸渍以树脂、带有玻璃纤维的带的卷绕予以延展。材料如制粘附丝的存在意味着覆盖层在工作中不能耐受200℃或者更高的温度。

US-4666318提出一种自润滑覆盖层,其用于航空领域的非常特殊的应用(低压和低温差),由含有PTFE的塑性材料形成,与具有平均高度最多0.050微米CLA的粗糙度的、至少1000VPN的硬度的对抗件相配合。

可以理解的是,结合有摩擦系数小、机械性能好(尤其是抗擦强度高)、在250℃至300℃之间(甚至瞬态高达320℃)的工作温度下保持良好机械摩擦性能的能力的摩擦覆盖层的确定意味着,在工业上允许的条件下以合理成本,能够结合在高于250℃的温度下保持良好机械性能、同时具有合乎要求的附着力的树脂,包括高于这个温度阈值,使用的加强件具有特别低的摩擦系数,因而先验地不大附着于该树脂。

本发明旨在解决这个需要。

发明目的

为此,本发明提出一种自润滑复合摩擦件,其能够在工作中耐受至少等于250℃的温度,沿摩擦表面具有单独一层由聚四氟乙烯制成的纬线和经线形成的织物;该织物浸渍以玻璃化转变温度至少等于250℃的耐热的树脂。

可注意到,与已经提出的解决方案相反,本发明提出使用单独一层织物,该织物的纬线和经线都是由聚四氟乙烯(PTFE)制成的。因此,本发明主张增大织物构成股线的截面(而最新公知的技术方案趋向于配置多薄层),以便有利于树脂良好固定、且仅使用PTFE股线,其中最新公知的技术方案趋向于在相同的织物中结合PTFE股线与不同的股线,与树脂具有很好的附着力。实际上,显示出在摩擦件的表面的保护层中,仅使用单独一层PTFE织物,由于在该保护层的整个厚度上的股线的连续性,该PTFE织物具有增大抗擦强度的优点,同时有利于该保护层借助于织物股线之间的空间良好地固定在树脂中。

可以说,这种织物是自润滑的。

根据本发明的有利特征:

●织物是由成对纬线和成对经线交织形成的织物组织;其尤其可以是2/2斜纹组织,

●纬线或经线由彼此连接的短纤维形成,

●织物的厚度为至少0.10毫米,有利地至少0.30毫米,优选地至少0.50毫米,

●纬线和经线的纤度为至少100分特,优选地至少400分特,

●树脂是热固性聚酰亚胺,

●摩擦件还具有与摩擦表面相对地沿着织物延展的加强层,用与浸渍织物的树脂相同的树脂来浸渍该加强层,

●在各种可能的应用中,自润滑复合摩擦件构成轴承或者导轨。

本发明的产品表现出在高于250℃、持续可达300℃、甚至最高320℃的温度下具有在工作中自润滑的优点,同时具有非常低的摩擦系数(0.01至0.2),相当于纯PTFE(无添加物或者无增强剂)的摩擦系数,但是,耐负载强度大于40牛顿/平方毫米。

本发明同样提出一种用于制造前述类型的自润滑复合摩擦件的制造方法,其中,通过全部由聚四氟乙烯构成的纬线和经线形成的织物带根据一卷绕角度螺旋卷绕在一个卷筒上形成一层织物,使得所述织物带在每转后与自身边接边;织物浸渍以玻璃化转变温度至少为250℃的耐热的树脂。该树脂有利地是热固性聚酰亚胺。

附图说明

通过以下参照附图对作为非限制性实施例给出的说明,本发明的目的、特征和优点将显示出来,附图如下:

图1是本发明的摩擦件的透视图;

图2示出该摩擦件的摩擦层的编织的优选实施例;

图3是由一加强层延展的该摩擦层的剖面图;以及

图4是图1至3所示摩擦件的成型方法的简化示意图。

具体实施方式

本发明的摩擦件主要具有一摩擦层,该摩擦层具有用于与一个对抗件相对的自由表面S;有利地,该摩擦件还具有一加强层,该加强层与摩擦表面相对地沿着摩擦层延展,以增强该摩擦层的机械性能。

在图1所示的实施例中,摩擦件是轴承1,其用于在其纵向孔1A中接纳一个未示出的轴。在实施变型中,摩擦件也可以是接纳一个平移杆的滑轨。沿着摩擦表面延展(因而沿着内表面延展)的摩擦层用附图标记2标示,而加强层用附图标记3标示。这里,该层3的厚度远远大于摩擦层的厚度;实际上,摩擦层具有最多约为数毫米(实际上不超过3毫米)的厚度,而加强层可具有数毫米的厚度,根据需要,甚至具有数厘米的厚度。但是,加强层存在时,其相对于摩擦层可具有任意相对厚度。

摩擦层的作用是以尽可能小的摩擦力控制对抗件,例如前述轴,同时尽可能长时间地保持其工作中的物理完整性,包括连续耐受至少250℃、最高可超过300℃(例如直到约320℃)的工作温度。

为此,摩擦层由单独一层由聚四氟乙烯(或PTFE)制成的股线形成的织物组成,该织物埋置在耐热的树脂形成的基体中,该耐热的树脂的玻璃化转变温度高于最高连续工作温度,因而高于至少250℃,甚至也可能接近300℃。

这里,聚四氟乙烯或PTFE的概念指的是该化合物的各种形式,包括以“ePTFE”公知的泡沫型聚四氟乙烯。

织物组织即该织物的构成股线的相对构型选择成,在各种股线之间形成可由耐热的树脂充填的通道。事实上,可以理解的是因为PTFE与其他材料实际上没有任何附着力,所以织物在基体中的固定仅可通过由充填穿过织物的各种通道的树脂构成的不规则丝的混杂进行,所述丝在摩擦表面附近沿PTFE股线连接。

可理解的是,取决于应用的折衷方案在于穿过织物的树脂通道的截面和数量;这些通道越多越大,PTFE股线的固定越好,但是由PTFE股线形成的摩擦表面的部分越小。相反,由PTFE股线形成的摩擦表面的部分越大,摩擦件的摩擦性能越好,但是织物在基体中的固定越差。

纬线和经线的每个交叉点要求具有一条树脂通道。

在常见的织物组织中,设有斜纹组织,更确切地说,是成对的纬线和成对的经线交织而成的2/2斜纹组织,使充填以树脂的通道网络的股线之间的结构足够密集,以确保尽管股线和树脂之间不存在附着力,织物也很好地固定,同时向对抗件提供由PTFE形成的很大的表面。

这种2/2斜纹组织示于图2和3,或者纬线用附图标记5标示,经线标用附图标记6标示,树脂通道的间隙7保持畅通,条件是编织不过度紧密。采用2/2斜纹组织,效果很好。

更有利地,纬线和经线都由彼此绞合连接的PTFE纤维形成的单独一根丝形成,这意味着,这些丝,因而所述纬线和经线,具有凹凸不平的表面,有助于织物良好地固定在基体中。

采用由平均直径为0.1至0.14毫米的纤维形成的这种单丝织造,效果很好。

优选地,这些纤维的纤度超过400分特;有利地至少750分特;非常合乎要求的试验用833分特的纤维获得。

在实施变型中,织物由每个都由多丝、长丝或如同前述实施例中那样的短纤维形成的股线形成;在这种情况下,丝的纤度可较低,例如对于双丝股线来说约为350至450分特,甚至更低。编织可由具有两截或三截的股线双股绢丝而成,绞合或者不绞合。

根据另一实施变型,丝的表面有意成凹凸不平,例如通过微切口成形。

织物的厚度为至少0.30毫米,甚至至少0.5毫米;超过一毫米的数值可考虑;这样可确定待用股线的截面。纬线和经线有利地是相同的。在图2和3所示的实施例中,截面是一个圆盘的截面。在未示出的实施例中,该截面为矩形,例如形状因数(最大尺寸与最小尺寸之比)优选至少为2。

耐热的树脂有利地选自热固性聚酰亚胺、氰酸酯基树脂,或者选自聚醚酮(尤其是聚醚醚酮(PEEK)或聚醚酮酮(PEKK))。这些树脂具有最小高于280℃的玻璃化转变温度。在热固性聚酰亚胺中,可举出聚铋基酰亚胺或者铋基酰亚胺(BMI)。

没有显示出将一种填充料混合成到耐热的树脂中是有用的。

当加强层存在时,不管摩擦件与对抗件之间施加的压力如何,包括高温下,因为加强层的作用是强化摩擦层以保持其形状,可以理解的是,该加强层由有利地热膨胀系数非常小、通常最多等于13×10-6K-1(相当于钢的热膨胀系数)的材料构成;在本领域技术人员力所能及的范围内,根据需要,限定该加强层的结构的几何形状。其尤其可以是碳丝或碳纤维、玻璃丝或玻璃纤维、芳族聚酸胺丝或芳族聚酸胺纤维、单体丝或单体纤维、或者编织成织物的丝或纤维(有时称之为粗纱)。

摩擦层的织物有利地可作为带使用,这赋予很大自由度以构型摩擦层,必要时,使用一种半成品,该半成品的型面与待制摩擦表面的形状互反。带的宽度可根据需要加以选择;带的宽度有利地在5毫米至2米之间进行选择,例如在1厘米至10厘米之间,优选地,在1.5厘米至3厘米之间。

在摩擦件是轴承的前述情况下,其制造可开始于围绕一个卷筒卷绕这种织物带,卷筒的外径等于待制轴承的内径;带螺旋卷绕成确保在卷筒上形成的相继的螺旋圈边接边接触(见图4)。可以理解的是,带10的宽度调节纬线和经线相对于卷筒轴线、因而相对于未来的轴承的倾斜度。实际上,纬线和经线分别与织物带呈纵向和横向布置。

可以理解的是,摩擦层中纬线和经线两者的连续性有助于在轴承工作过程中保持良好的完整性;这些股线相对于轴承的纵向轴线的40°至60°的倾斜度为此显得是很有利的。在边接边卷绕和多于一织物(不是一根股线)的情况下,优选地沿在65°至89°之间的角度卷绕。

加强层可由碳丝或玻璃丝或者任何其他适当的材料卷绕形成,倾角可以是任意的。在股线卷绕的情况下,最佳角度似乎在40°至60°之间,但是,该角度可根据应用和所需机械特征进行变化。

一方面织物带,另一方面加强层的股线,有利地预先用耐热的树脂浸渍;但是,可理解的是,如果加强层使用与摩擦层相同的树脂形成,那么,随后的热处理可有助于使基体彼此固连在一起。

在实施变型中,PTFE织物不是由带卷绕形成,而是由管状编织套构成。

容易理解的是,对于滑轨类型的摩擦件来说,摩擦层可仅仅通过使前述织物固定于下层加强层形成。

作为实施例,摩擦轴承按以下方式形成。

厚0.3毫米的PTFE织物选择成具有2/2斜纹组织的织物组织,呈宽3厘米的带的形式。该带浸入一个浸渍处理槽中,浸渍处理槽保持在110℃,含有聚铋基酰亚胺(BMI)类型的具有285℃的玻璃化转变温度的耐热的树脂。

该浸渍带卷绕在一个卷筒上,考虑覆盖卷筒的整个表面,相邻的螺旋圈之间不搭叠,即在卷筒的整个表面上形成单独一连续层,用以形成一个轴承(或者多个轴承)。有利地,卷筒也保持在浸渍处理槽的温度。

接着,卷绕预先浸渍有相同树脂的环氧树脂玻璃丝(称为粗纱型玻璃丝)。

后续聚合作用周期在170℃下进行4小时的处理(持续时间可较长)、脱模、在230℃至250℃的温度下进行4小时的焙烧补充处理(持续时间可较长)。

应注意到,在机加工后处理时,难以切割PTFE纤维,这使其整体具有良好的耐磨强度。

摩擦试验已在下列条件下进行:

-摆幅轴线的摆动:100°;

-设计压力:80兆帕;

-平均速度:8毫米/秒;

-平均PV(压力×速度):0.64兆帕×米/秒;

-轴/轴承的初始间隙:0.1至0.2毫米之间

-轴承尺寸:φ30×φ36×Lg20;

-初期润滑:无

-试验方案的对抗轴线:16NC6淬火渗碳处理;

-最大试验持续时间:1个月(350000周期)

-环境温度。

当公知的轴承(由埋置于带有PTFE的树脂中的聚酯织物或者由聚酯股线和含有最大至少50%的PTFE的PTFE股线形成的织物形成)的摩擦系数增大到0.04甚至0.08时,本发明的轴承的摩擦系数基本上在0.02的数值保持不变,直至350000周期。

监视对抗件的轴线中央的温度变化,可以注意到,使用公知的轴承,该温度增加至大约50℃,甚至60℃,使用本发明的轴承,温度不超过40℃;这表明使用本发明的轴承消耗的能量少于使用公知的轴承消耗的能量。

但是,可以注意到,本发明的轴承的总耐磨性高于公知轴承的耐磨性,而对抗件非常不容易用坏;但是,可以假定,这种磨损仅实际上说明存在摩擦层在施加的接触压力下的挤压现象。

本发明的轴承也在下列条件下进行过试验:

-摆幅轴线的摆动:100°;

-设计压力:80兆帕;

-平均速度:8毫米/秒;

-平均PV(压力×速度):0.64兆帕×米/秒;

-轴/轴承的初始间隙:0.1至0.2毫米之间;

-轴承尺寸:φ30×φ36×Lg20;

-初期润滑:无;

-试验方案的对抗轴线:16NC6淬火渗碳处理;

-最大试验持续时间:1个月(350000周期);

-从50℃变化至280℃的温度(环境温度);在温度水平期间,难以保持恒定温度。

尽管增加到280℃,摩擦系数基本上保持不变。

这些试验表明,本发明的轴承使非常小的温度系数和高于250℃的在250℃至280℃范围内的良好耐温性进行很好的结合。

再多了解一些
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