動對象,即靜止配對環或同樣旋轉滑環,可由常規滑環密封件材料諸如陶瓷、石 墨、硬金屬、金屬或青銅構造。
[0068] 在另一個可能的實施例中,旋轉滑環和靜止配對環兩者均由聚合物材料制成;優 選地,兩種環均由根據本發明的聚合物滑動材料制成。通過這些手段,可更進一步降低滑環 密封件的總成本。
[0069] 優選地,根據本發明的滑環密封件的旋轉滑環由根據本發明的聚合物滑動材料構 造。
[0070] 在根據本發明的滑環密封件的一個優選實施例中,旋轉滑環由根據本發明的聚合 物滑動材料制成,并且配對環由鋼制成。該實施例特別適用于油和液壓應用。
[0071] 在根據本發明的滑環密封件的另一個優選實施例中,滑環由根據本發明的聚合物 滑動材料制成,并且配對環由緊密且細粒的燒結陶瓷諸如氧化鋁制成。來自燒結碳化硅 (SSiC)的構造特別有利。合適的碳化硅材料可以商品名EKasic? F得自優司科高科技制陶 有限公司(ESK Ceramics GmbH&Co.KG),并且具有>120W/m*K的熱導率。
[0072] 旋轉滑環和/或靜止配對環的滑動表面優選地應具有非常高的表面質量,即低粗 糙度值。可以表明摩擦系數和磨損可通過減少滑環和/或配對環的粗糙度值而顯著降低。特 別優選的情形是滑環和配對環兩者具有拋光的滑動表面。
[0073] 配對環的滑動表面應優選地以很小平整度偏差來構造。
[0074] 根據本發明的聚合物滑動材料可在干運轉條件下連續使用。
[0075] 除了其用于滑環密封件之外,根據本發明的聚合物滑動材料還可用作濕運轉和干 運轉栗中的位移元件。位移元件的例子為位移栗諸如真空葉片栗中的滑動閥以及齒輪栗中 的壓力板。此外,根據本發明的聚合物滑動材料還可用作徑向軸承和軸向軸承中的部件。
[0076] 根據本發明的聚合物滑動材料的位移元件和根據本發明的滑環密封件可在熱水 循環栗、飲用水栗、用于內燃機和電驅動器的冷水循環栗、用于冷凝冷卻循環的壓縮栗、用 于制動助力器的真空栗、用于制動流體(ESP和ABS系統)的位移栗、用于冷卻控制柜的冷卻 水循環栗、液壓單元和激光裝置中使用。
[0077] 除了干運轉應用之外,根據本發明的聚合物滑動材料的位移元件還可用于腐蝕性 介質諸如堿性溶液和酸、溶劑、油、低粘度脂肪和制動流體中的應用。
[0078] 此外,根據本發明的滑環密封件還適用于電動機(尤其是小電機)中的密封件,只 要確保用油、脂肪或其他潤滑劑實現持久潤滑即可。
[0079] 根據本發明的聚合物滑動材料優選地通過熱塑性注模工藝轉化為諸如根據本發 明的滑環密封件的滑環和配對環之類的部件,以及轉化為位移元件。具有苛刻的復雜性和 功能集成要求的部件也可在工業規模上通過熱塑性注模工藝制備。本領域的慣用方法諸如 雙螺桿擠出用于混合和配混聚合物滑動材料。
[0080] 為了改善分散特性,在混合和配混硬質材料粒子之前,可例如通過噴霧干燥,使硬 質材料粒子團聚。此處團聚體的平均尺寸優選地為70_150μπι。在用標準設置下的雙螺桿擠 出進行配混期間團聚體容易解體,并且甚至在最多至30重量%的硬質材料粒子的高含量 下,也能實現有效擠出工藝。對于亞微米范圍內的粒度而言對非團聚的硬質材料粒子的加 工不是優選的。
[0081] 制備聚合物基體材料的其他已知方法也可用于制備根據本發明的聚合物滑動材 料。
[0082] 實例和比較例
[0083] 實例 1
[0084] 通過熱塑性雙螺桿擠出來制備填充聚合物材料。用于通過雙螺桿擠出來配混的組 合物包含60重量% PEEK (V ictrexK PEEK 150)、10重量%石墨、10重量% PTFE、10重量%碳纖 維和10重量%碳化硅粉末。
[0085] 碳化硅粉末具有>96%的純度和150nm的平均粒度(d5Q)。為了改善分散特性,通過 從水性懸浮液噴霧干燥,使碳化硅粉末團聚。噴霧干燥的團聚體的平均尺寸為1 ΟΟμπι。
[0086] 在用標準設置下的雙螺桿擠出進行配混期間團聚體容易解體,并且使得有效擠出 工藝成為可能。
[0087] 實例2
[0088] 通過熱塑性雙螺桿擠出來制備填充聚合物材料。用于在雙螺桿擠出機中配混的組 合物包含55重量%??3(得自泰科納公司(1^(:〇1^)的?(^讓〇11 0203)、10重量%石墨、10重 量% PTFE、10重量%碳纖維和15重量%碳化硅粉末。實例1中使用的團聚粉末用作碳化硅粉 末。
[0089] 實例3
[0090] 通過熱塑性雙螺桿擠出來制備填充聚合物材料。用于在雙螺桿擠出機中配混的組 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%碳纖維和10重量%碳化硅粉末。實例1中使用的粉末用作碳化硅粉 末。
[0091] 實例4
[0092] 在環上環(ring-on-ring)類型的測試臺中進行干運轉測試。為此,通過對擠出的 桿進行機械加工,來制備用于定子的實例1的材料的環。所述環具有30mm的外徑D a和20mm的 內徑Di以及16mm的高度h。所述環的滑動表面經精細拋光,并且隨后將所述環插入干運轉測 試臺的定子樣品架中。將具有精細拋光表面的1.4713不銹鋼的環插入用于轉子的樣品架 中。將定子的滑動表面以〇.2MPa的接觸壓力氣動地按壓在轉子的滑動表面上。在啟動電機 之后,轉子以1000RPM旋轉,這對應于1.3m/s的平均滑動速度。安裝定子,使得其可旋轉并且 由線材保持,該線材引向測壓元件,從而可測量所傳遞的摩擦力。測量溫度的熱電偶也緊固 到定子。摩擦系數由測壓元件的測量信號來計算,并且與溫度一起被記錄為時間的函數。
[0093] 摩擦系數μ由如下計算:
[0094] μ= (FLMD*rLMD)/(P:F.l.achfi*AReib*rReib)
[0095] 其中
[0096] Flmd[N]為由測壓元件測量的摩擦力 [0097] rLMD[mm]為摩擦力測量處的半徑
[0098] pFlMie[N/mm2]為環的表面壓力
[0099] AReib[mm2]為接合表面積
[0100] rReib[mm]為摩擦表面的平均半徑。
[0101]由所獲得的測量值測定的整個運轉時間內的平均摩擦系數,以及實驗一小時后在 定子處測量的溫度,用作干運轉能力的評價參數。
[0102] 表1示出所獲得的測量值。
[0103] 摩擦系數越高,熱量形式的摩擦能就越大,并且溫度升高越快。溫度不僅取決于已 引入的摩擦熱,而且取決于摩擦對象的熱特性(熱容、熱導率、樣品中及樣品架上方、整個測 量設備中的熱流)。如果摩擦系數較低,則溫度僅緩慢上升,然后穩定在平臺值,所述平臺值 在表1的"注釋"列中由表述"平臺值"指示。對于根據本發明的所有實例均觀察到該行為。在 高摩擦系數下,溫度連續上升,直到在>150°c的溫度處,測試臺關閉。
[0104] 表1的實例對于干運轉的適合性在表2中單獨地針對應急操作模式和連續使用給 出。
[0105] 能在不過熱的情況下應對潤滑性介質的短暫失效的材料,被評定為能夠在不過熱 的情況下干運轉。就這一點而言,最多30分鐘的時間被視為短暫的。導致過熱或幾分鐘后失 效的材料不能夠以應急操作模式干運轉。
[0106] 可在無潤滑性介質且不過熱的情況下運轉更長時間的材料,被歸類為對于連續使 用而言能夠干運轉。一小時或一小時以上的時間被視為更長時間。持久性地干運轉的能力 的另一個基本標準是恒定溫度水平(平臺)調節到低于對于系統部件關鍵的溫度(例如,對 于此處進行的實驗,測試臺可允許的最大溫度為150°C)。當在干運轉期間引入系統中的摩 擦熱如此輕微以致該摩擦熱可被系統吸收或再一次耗散而不會使溫度進一步升高時,就是 這種情況。通過此類手段,確保了溫度持久性地保持較低。
[0107] 實例5
[0108]重復實例4;然而,定子由實例2的材料制備。
[0109]所獲得的測量值在表1中給出,并且干運轉能力的評價在表2中給出。
[0110] 實例6-8
[0111] 重復實例4;然而,接觸壓力和滑動速度有所變動,如表1中所示。
[0112]所獲得的測量值在表1中給出,并且干運轉能力的評價在表2中給出。
[0113] 即使在非常高