專利名稱：塑料滑動層和具有這種滑動層的滑動件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種以具有塑料基質和作為加強件的塑料長絲的纖維 加強塑料作為基礎的滑動層。本發明此外還涉及一種具有這種滑動層 的滑動件。
背景技術：
公知滑動軸承，特別是環氧樹脂基礎上的巻繞塑料滑動軸承使用 纖維復合材料。這種滑動軸承由單層的滑動層材料或者由兩層，即一 個承載層和一個滑動層構成的軸承材料組成。滑動層根據與承載層相 關的使用情況內外置。承載層典型的特征在于玻璃纖維或者碳素纖維 加強的環氧樹脂基質，其具有非常高的負荷承受能力。滑動層大多由 特別是沒有或者很少磨粒磨損的塑料纖維或者長絲作為加強件、固體 潤滑材料并同時由環氧樹脂基質組成。成分這樣調整，使其出現所要 求的摩擦特性，這些特性根據對應運行件的材料和特性以及環境條件 (濕摩擦或者干摩擦)可以變化。作為自潤滑滑動層的固體潤滑材料其中公知使用PTFE(聚四氟乙 烯)或者石墨。這些物質或者以顆粒狀與塑料基質混合或者在PTFE的 情況下以絲的方式與其他塑料絲共同捻成滑動層的塑料長絲。作為長 絲塑料此外公知大多使用聚酯。典型地是將兩個聚酯絲和一個PTFE絲 相互捻成一個長絲。無論是滑動件的滑動層還是承載層，均通過利用人造樹脂浸漬的 塑料長絲或利用人造樹脂浸漬的玻璃纖維以雙層旋轉對稱體的方式巻 繞在一個旋轉心軸(巻繞芯)上制造。這樣產生的圓形橫截面的管在 塑料基質硬化后進一步加工成圓柱體的套筒、半圓形的軸瓦和諸如此
類的部件。雖然作為固體潤滑材料在纖維加強的塑料滑動層中使用PTFE由 于其非常好的滑動摩擦特性證明是有效的，但尚沒有取得對所有應用均令人滿意的摩擦和機械特性。PTFE即由于碳和氟原子很強的分子間 結合造成反應非常遲緩并具有非常小的表面張力。塑料基質與PTFE因 此不進行或者僅進行不明顯的化學反應。特別是在使用兩個聚酯絲和 一個PTFE絲的塑料長絲情況下確定，PTFE絲與塑料基質只能達到非 常小的附著結合。這一點的后果是，公知的滑動層只能很難或者根本 不能進行機械再加工，因為PTFE絲經常從復合纖維中脫落。大多數情 況下后果是滑動層脫層、滑動層的摩擦特性和耐磨性變差。發明內容本發明的目的因此在于，提供一種以纖維加強塑料作為基礎的滑 動層或一種具有這種滑動層的滑動件，其易于制造、易于再加工并在 良好的滑動特性情況下具有很高的耐磨強度。該目的通過一種具有權利要求1所述特征的滑動層并通過一種具 有權利要求13所述特征的滑動件得以實現。本發明此外通過使用具有 權利要求20所述特征的塑料長絲得以實現。具有優點的進一步構成在 從屬權利要求中予以說明。纖維加強塑料基礎上的滑動層依據本發明具有作為加強件的塑料 長絲，其含有里面加入，特別是織入PTFE顆粒的聚酯絲。這一點與公知的加捻纖維相比優點是長絲/纖維的單個成分含量，特別是其PTFE的含量具有更大的可變性。因此在制造塑料長絲時其特 性就可以非常精確地改變。出于PTFE顆粒與PTFE絲相反不能連接， 也就是通過隨機設置和固定在聚酯絲內部的PTFE顆粒的原因，塑料長 絲起毛現象更高并在塑料長絲與塑料基質之間達到更好的附著結合。
最后PTFE顆粒與塑料長絲的結合首先通過造型連接加強其機械穩定性。滑動層因此可以進行良好的機械加工，也就是車削加工。在依據本發明的滑動層上使用含有PTFE顆粒的塑料長絲因此特別適用于例 如必須通過鉆孔、珩磨或者諸如此類的方法再加工到最終尺寸的精密 滑動軸承。依據本發明的滑動層或依據本發明的滑動件還開辟了其他 應用領域，因為例如潤滑槽或者排污槽可以加工到滑動層內，借助于 它可以將顆粒或者潤滑劑有針對性地排出或者輸送。除了更好的可加 工性外，通過提高PTFE顆粒的結合還改善了摩擦值，特別是在深度磨 損方面。與在塑料基質中具有PTFE顆粒作為固體潤滑材料的公知滑動層 相比，依據本發明的滑動層也是具有優點的。作為塑料基質上的固體 潤滑材料，PTFE還具有降低強度的作用，由此對高負荷下和含水環境 中的摩擦特性產生不利影響并與塑料基質上的PTFE通過不同的材料 密度大多數情況下不均勻分布相反，顆粒的分布在整個滑動面上看非 常均勻，因為顆粒與纖維/長絲固定結合。由于提高了均勻性并提高了 機械結合，最終也提高了摩擦特性。這一點既適用于干摩擦也適合于 在含水環境中使用。具有優點的是，塑料長絲中PTFE顆粒的重量百分比在2 GeW.-% 和40 Gew.-。/。之間和塑料長絲中聚酯絲的重量百分比在60 Gew.-。/。和 98 Gew.-。/。之間。特別優選塑料長絲內PTFE顆粒的重量百分比在30 Gew.-。/。和36 Gew,。/。之間，而塑料長絲中聚酯絲的重量百分比在64 Gew,。/。和70 Gew,。/。之間。在這種重量關系上，塑料長絲與塑料基質之間的附著足夠高，從 而取得良好的可加工性。另一方面，PTFE顆粒的比例高得足以取得良 好的滑動特性。
在滑動層一種具有優點的實施方式中，加強件具有由塑料長絲產 生的織物或者針織物的結構。依據另一種優選的實施方式，加強件具有通過塑料長絲巻繞在一 個巻繞芯上產生的巻繞結構。在這種情況下，依據本發明所使用的塑料長絲的優點是特別良好 的承重。由于其起毛性，它非常適用于以巻繞方法制造滑動層，在這 種方法中，首先將長絲導過含有人造樹脂的浸漬槽并與此同時由人造 樹脂足夠地完全浸透。該巻繞方法提供的優點是，由此可以產生根據 滑動件或滑動層有目的的應用確定的巻繞結構。這樣纖維可以盡可能 地符合要求，也就是說，力和張力分布相應地在纖維復合材料內定位。塑料基質優選由人造樹脂和特別優選由環氧樹脂組成。為某些用途-作為對織入塑料長絲內的PTFE顆粒的附加 - 優 選為塑料基質添加PTFE顆粒。塑料基質中PTFE顆粒的比例在此方面 最高為40 Gew-%。在一種可選擇的實施方式中，塑料基質可以含有石墨顆粒。塑料 基質中石墨顆粒的重量百分比優選在1 Gew-。/。和40 Gew-。/。之間。此外，塑料基質既可以添加PTFE顆粒，也可以添加石墨顆粒， 其總重量百分比最好不超過40 Gew-%。依據本發明的滑動件具有此前所述的滑動層。優選滑動件此外具 有一個由纖維加強塑料組成的承載層。但在薄壁滑動軸承的情況下，也存在該軸承由(單層)滑動層組 成的可能性。雖然機械可負荷性下降，但這種結構在低負荷情況下出 于成本和位置原因可以優選。承載層纖維加強的塑料在一種優選的實施方式中由具有作為加強 件的玻璃纖維的塑料基質組成，其中，塑料基質優選由人造樹脂，特 別優選由環氧樹脂組成。正如適用于滑動層的塑料基質那樣，環氧樹脂作為塑料基質由于 突出的附著特性、機械和動態特性也適用于承載層。環氧樹脂此外根 據其分子結構具有非常好的耐潮濕性和比較低的膨脹傾向。由于在滑 動層和承載層上使用相同的塑料基質，為此提高了滑動層與承載層之 間的結合力。承載層的加強件優選也具有由玻璃纖維產生的織物或者針織物結 構，或者在另一種優選的實施方式中具有通過玻璃纖維巻繞在巻繞心 軸上產生的巻繞結構。如果滑動層和承載層以巻繞方法依次放置在巻繞心軸上，那么這 樣可以提高制造軸承復合材料的效率。
下面借助附圖的實施例對本發明的其他目的、特征和優點進行說 明。其中圖1示出在依據本發明的滑動層上使用的塑料長絲橫截面； 圖2示出向心滑動軸承方式的依據本發明滑動件的透視圖； 圖3a、 b示出依據本發明的向心滑動軸承在干摩擦的不同負荷下摩擦系數的兩個曲線圖；以及圖4a、 b示出依據本發明的向心滑動軸承在濕摩擦的不同負荷下摩 具體實施方式
圖1以放大剖面圖示出依據本發明作為加強件用于滑動層的塑料 長絲10。該塑料長絲由沿長絲定向的聚酯絲12組成并包括作為第二組成部分的PTFE顆粒14，該PTFE顆粒在隨機設置下織入聚酯絲12內。 在制造過程中，存在改變長絲特性的大量可能性。例如，每個長絲10 的聚酯絲12的數量根據使用情況可以變化。但在此方面應考慮與所結 合的PTFE顆粒14足夠的造型連接。聚酯絲12與PTFE顆粒14之間的重量比例同樣可以改變。但特 別優選在考慮到附著、摩擦和滑動特性的情況下證明有益的是，塑料 長絲內PTFE顆粒14的重量百分比在30 Gew-。/。和36 Gew-。/。之間且聚 酯絲12的重量百分比在64 Gew-。/。和70 Gew-。/。之間。依據圖1塑料長絲10的纖度優選具有100 dtex和600 dtex之間， 特別是400 dtex和550 dtex之間的優選值(1 dtex = 1 g/1000 m)。通過這種參數達到PTFE顆粒14與聚酯絲12足夠牢固結合的目 的，這種聚酯絲既有益于耐磨強度，對進行加工也具有足夠的強度。 因此滑動層在其例如通過銑削槽或者通過鉆孔進行再加工的情況下也 能保持其良好的摩擦特性。PTFE顆粒14此外在長絲長度上并因此在加強件的全部紡織、針 織或者巻繞的結構上均勻分布。長絲10由于形成大量通道的部分松散 連接而可以出色地浸潤并因此良好加工。基質伸入通道深處的網狀連 接有助于提高附著結合。整體上看塑料長絲10與成品滑動層同樣起毛或者纖維狀。這種感 官上的粗糙度源于隨機定向的PTFE顆粒14并由于其非常好的滑動特 性與提高的摩擦系數無關。依據本發明的滑動層整體上在不同的使用 中即使長時間持續負荷滑動特性仍然良好，正如結合圖3和4的曲線 圖可看到的那樣。應用舉例示出滑動件，在這種情況下依據圖2為向心滑動軸承套20。該軸承套在其內側上具有一個滑動層22并在其外側上具有一個承 載層24。滑動層22徑向比承載層24更薄地構成。兩個層22、 24依次以巻繞方法放置在一個巻繞心軸上，由此形成 通過交叉陰影線所示的巻繞結構23或25。此外可以看出，長絲在承載 層24巻繞結構25上的距離大于在滑動層22的巻繞結構23上的距離。 由此表明，這些結構可單獨與不同的要求相配合。巻繞對于旋轉對稱 的滑動件來說是一種特別簡單和低成本的制造方法，其中，滑動層22 以及承載層24的加強件的巻繞結構23或25均可以按照簡單方式與軸 承的機械要求相配合。除了所示的簡單交叉結構外，長絲不僅可以單 獨巻繞，而且也可以例如成束分組巻繞，由此可以產生承載層的加強 件，其具有分組巻繞在巻繞心軸上的長絲或者纖維束交叉結構。滑動層在其對著內部的面上具有排污槽26，其在成品巻繞體硬化 和軸承套通過拉削、鉆孔、車削或者諸如此類的方法分離后在滑動層 上加工出來。這一點根據此前所述依據本發明作為加強件所使用的長 絲特性可以實現，而對滑動層的摩擦特性沒有不利影響。滑動層22和承載層24上使用不同的加強件，即圖1所示承載層 24上的塑料長絲或玻璃纖維，而兩個層上的塑料基質優選相同，即使 用環氧樹脂。環氧樹脂由于其突出的附著特性、機械特性以及較低的 價格而非常適用。但例如也可以選擇使用不飽和的聚酯樹脂或者乙烯 樹脂。對承載層24除了證明可靠的玻璃纖維外，例如還可以考慮碳素纖 維作為加強件。長絲也可以首先預加工成織物、針織物或者其他布。 滑動層22的塑料基質在許多應用情況下添加例如像石墨顆粒或者PTFE顆粒這樣的固體潤滑材料。而承載層24相反一般情況下則具 有不添加附加成分的塑料基質。除了圖2所示的向心滑動軸承外，依據本發明的滑動件此外也可 以構成線巻軸承、起動盤、浮動軸承或者固定軸承、軸瓦或者滑動板。 據此為制造可以使用不同的層壓方法。例如在所謂的預浸漬體方法中， 織物、針織物或者其他布的預浸漬加強件可以在隨后的壓制或者壓熱 方法中拼合成成品滑動件。但它們也可以注模方法制造，其中，將預 加工的織物墊置入一個模內，該模隨后在壓力下利用人造樹脂填充。 預加工的織物、針織物或者其他布也可以巻繞方法繼續加工。圖3a、 b示出依據本發明的向心滑動軸承套與支承在其中的軸之 間在干摩擦試驗中測定的摩擦系數狀況。在這種情況下，粗糙度Ra=0.4 -0.8的軸以45。角和0.01 m/s的圓周速度往復旋轉。與此同時產生的徑 向單位負荷在上部測量曲線的情況下為25MPa (圖3a)。在下部測量 曲線(圖3b)的情況下在其他方面條件相同時產生50 MPa的徑向單位 負荷。結果表明，在約2000轉的短啟動階段后達到最小摩擦系數，該摩 擦系數在較高負荷的情況下在60000轉的整個檢測時間上基本恒定在 0.05。在負荷較低的情況下，摩擦系數在達到最小值后首先從約0.06 緩慢上升，但在約15000轉的持續時間后達到約0.1的飽和。在較低負 荷情況下，略有增加的摩擦系數與摩損率一致。該摩損率在25MPa時 處于5.1 /mi/km (滑動距離)的值。而它在50 MPa的較高負荷情況下 達到10.7 )xm/km的值。通過與較小負荷17.5/mi相比在較大負荷35 /mi 整體提高磨損，釋放出使摩擦值下降的更多的固體潤滑材料。因此首 先在較高負荷情況下，也可以確定承受壓力的滑動軸承面本質上仍然 平滑。
圖4a和4b示出支承在向心滑動軸承套內的軸在濕摩擦條件下，也就是在水中的摩擦系數的狀況。試驗條件其他方面與上述相同。在這種情況下也表明，摩擦系數在圖4b下部曲線圖所示的50 MPa較高 負荷情況下低于圖4a上部曲線圖所示的25 MPa較低負荷情況。摩擦 系數在與25MPa干摩擦相比略微延長的啟動階段后，大致達到相同數 值O.l。在50 MPa時，測定與干摩擦相比略有增加的中間值0.06。在 這里可以確定，與50 MPa時的27.2 /xm/km或70 jum相比，25 MPa時 的較低摩擦率8.1 /mi/km以及因此在約47000轉的整個撿測持續時間上 摩損降低到21.25 pm。首先在較高負荷情況下，也可以確定承受壓力 的滑動軸承面本質上仍然平滑。但在兩種負荷情況下，沒有看到滑動層本質上的分離。摩擦值明 顯低于公知的塑料滑動件。
附圖標記10塑料長絲12聚酯絲14 PTFE顆粒20向心滑動軸承套 22滑動層23 (22的)巻繞結構 24承載層25 (24的)巻繞結構 26排污槽
權利要求
1. 滑動層(22)，其以具有塑料基質和作為加強件的塑料長絲(10) 的纖維加強塑料作為基礎，其特征在于，塑料長絲(10)具有里面加 入PTFE顆粒(14)的聚酯絲(12)。
2. 按權利要求1所述的滑動層(22)，其中，PTFE顆粒(14) 織入聚酯絲(12)內。
3. 按權利要求1或2所述的滑動層(22)，其中，塑料長絲內PTFE 顆粒(14)的比例在2 Gew,。/。和40 Gew,。/。之間且聚酯絲(12)的比 例在60 Gew.-。/。和98 Gew.-。/。之間。
4. 按權利要求3所述的滑動層(22)，其中，塑料長絲內PTFE 顆粒(14)的比例在30Gew,。/。和36Gew.-。/。之間且聚酯絲(12)的比 例在64 Gew.-o/o和70 Gew.-。/o之間。
5. 按前述權利要求之一所述的滑動層(22)，其中，加強件具有 由塑料長絲產生的織物或者針織物。
6. 按權利要求l - 4之一所述的滑動層(22)，其中，加強件具 有通過塑料長絲巻繞在巻繞心軸上產生的巻繞結構(23)。
7. 按前述權利要求之一所述的滑動層(22)，其中，塑料基質由 人造樹脂組成。
8. 按權利要求7所述的滑動層(22)，其中，塑料基質由環氧樹 脂組成。
9. 按前述權利要求之一所述的滑動層(22)，其中，塑料基質包 括PTFE顆粒。
10. 按權利要求9所述的滑動層(22)，其中，塑料基質中PTFE 顆粒的比例最高為40 Gew-%。
11. 按前述權利要求之一所述的滑動層(22)，其中，塑料基質 包括石墨顆粒。
12. 按權利要求ll所述的滑動層(22)，其中，塑料基質中石墨 顆粒的比例在1 Gew-。/。和40 Gew-。/。之間。
13. 滑動件，具有按權利要求1-12之一所述的滑動層(22)。
14. 按權利要求13所述的滑動件(20)，其特征在于纖維加強塑 料構成的承載層(24)。
15. 按權利要求14所述的滑動件(20)，其中，承載層(24)的 纖維加強塑料具有塑料基質和作為加強件的玻璃纖維。
16. 按權利要求15所述的滑動件(20)，其中，承載層(24)的 加強件具有由玻璃纖維產生的織物或者針織物的結構。
17. 按權利要求15所述的滑動件(20)，其中，承載層(24)的 加強件具有通過玻璃纖維巻繞在巻繞心軸上產生的巻繞結構(25)。
18. 按權利要求14-17之一所述的滑動件(20)，其中，塑料基 質由人造樹脂組成。
19. 按權利要求18所述的滑動件(20)，其中，塑料基質由環氧 樹脂組成。
20.塑料長絲(10)在制造滑動件(20)的滑動層(20)中的應用，該塑料長絲在纖維加強塑料中作為加強件并含有聚酯絲(12)和 織入其中的PTFE顆粒(14)。
全文摘要
本發明涉及一種以具有塑料基質和作為加強件的塑料長絲(10)的纖維加強塑料作為基礎的滑動層(22)以及具有這種滑動層(22)的滑動件(20)。塑料長絲(10)具有里面在方法技術上加入PTFE顆粒(14)的聚酯絲(12)。
文檔編號F16C33/20GK101144504SQ20071015369
公開日2008年3月19日 申請日期2007年9月14日 優先權日2006年9月14日
發明者烏多·魯斯, 卡姆蘭·洛·里亞希, 阿明·林克爾 申請人:菲特爾莫古德瓦有限公司