自潤滑復合摩擦件的制作方法

本發明涉及一種自潤滑復合摩擦件，其用于在該復合摩擦件與一個對抗件之間不使用潤滑油的應用，因而該自潤滑復合摩擦件與對抗件具有小摩擦系數，和/或涉及的溫度高于250℃、可達300℃、甚至高達320℃。這種摩擦件尤其可以是鉸接件或者滑軌。

背景技術：

為了滿足這種限制條件，已經提出用浸漬以樹脂的形成基體的加強件覆蓋機械零件的表面，但是，這些覆蓋層不能獲得小摩擦系數結合良好的高溫性能。

因此，文獻GB-1439030提出一種摩擦覆蓋層，尤其是用于軸承的摩擦覆蓋層，其具有摩擦層，摩擦層由含有碳氟樹脂的低摩擦系數的股線形成的鄰接條帶編織形成；這些條帶的表面具有凹凸不平，具有凸起和凹陷部分，股股線和條帶埋置在塑性材料中。股線由如聚四氟乙烯(PTFE)這樣的材料制成的纖維形成，聚四氟乙烯這樣的材料在化學上不與任何塑性材料粘合；但是，這些纖維固定在所述覆蓋層中；PTFE纖維可與棉線混合。在所述的實施例中，織物螺旋延伸，由螺旋玻璃纖維束延展，螺旋玻璃纖維束埋置在環氧樹脂或者聚酯中。玻璃纖維形成的層比PTFE股線形成的層厚。尤其是，由于用作基體的樹脂的特性，可以理解的是，這種覆蓋層在工作中幾乎不能耐受200℃的溫度。

因此，文獻JP-H0425669中提出作用于PTFE纖維表面，以便使纖維固定在基體內，其中，這些纖維以最多勉強5％的密集度進行混合。這種構型在高溫下不再獲得摩擦系數小的良好機械性能。

重復文獻US-2804886的某些教導，文獻US-3804479提出了另一種類型的摩擦層，這種摩擦層具有特氟隆絲和滌綸制粘附絲，其紡織成足夠松弛，以便由液態樹脂進行良好的浸漬處理；該層由浸漬以樹脂、帶有玻璃纖維的帶的卷繞予以延展。材料如制粘附絲的存在意味著覆蓋層在工作中不能耐受200℃或者更高的溫度。

US-4666318提出一種自潤滑覆蓋層，其用于航空領域的非常特殊的應用(低壓和低溫差)，由含有PTFE的塑性材料形成，與具有平均高度最多0.050微米CLA的粗糙度的、至少1000VPN的硬度的對抗件相配合。

可以理解的是，結合有摩擦系數小、機械性能好(尤其是抗擦強度高)、在250℃至300℃之間(甚至瞬態高達320℃)的工作溫度下保持良好機械摩擦性能的能力的摩擦覆蓋層的確定意味著，在工業上允許的條件下以合理成本，能夠結合在高于250℃的溫度下保持良好機械性能、同時具有合乎要求的附著力的樹脂，包括高于這個溫度閾值，使用的加強件具有特別低的摩擦系數，因而先驗地不大附著于該樹脂。

本發明旨在解決這個需要。

發明目的

為此，本發明提出一種自潤滑復合摩擦件，其能夠在工作中耐受至少等于250℃的溫度，沿摩擦表面具有單獨一層由聚四氟乙烯制成的緯線和經線形成的織物；該織物浸漬以玻璃化轉變溫度至少等于250℃的耐熱的樹脂。

可注意到，與已經提出的解決方案相反，本發明提出使用單獨一層織物，該織物的緯線和經線都是由聚四氟乙烯(PTFE)制成的。因此，本發明主張增大織物構成股線的截面(而最新公知的技術方案趨向于配置多薄層)，以便有利于樹脂良好固定、且僅使用PTFE股線，其中最新公知的技術方案趨向于在相同的織物中結合PTFE股線與不同的股線，與樹脂具有很好的附著力。實際上，顯示出在摩擦件的表面的保護層中，僅使用單獨一層PTFE織物，由于在該保護層的整個厚度上的股線的連續性，該PTFE織物具有增大抗擦強度的優點，同時有利于該保護層借助于織物股線之間的空間良好地固定在樹脂中。

可以說，這種織物是自潤滑的。

根據本發明的有利特征：

●織物是由成對緯線和成對經線交織形成的織物組織；其尤其可以是2/2斜紋組織，

●緯線或經線由彼此連接的短纖維形成，

●織物的厚度為至少0.10毫米，有利地至少0.30毫米，優選地至少0.50毫米，

●緯線和經線的纖度為至少100分特，優選地至少400分特，

●樹脂是熱固性聚酰亞胺，

●摩擦件還具有與摩擦表面相對地沿著織物延展的加強層，用與浸漬織物的樹脂相同的樹脂來浸漬該加強層，

●在各種可能的應用中，自潤滑復合摩擦件構成軸承或者導軌。

本發明的產品表現出在高于250℃、持續可達300℃、甚至最高320℃的溫度下具有在工作中自潤滑的優點，同時具有非常低的摩擦系數(0.01至0.2)，相當于純PTFE(無添加物或者無增強劑)的摩擦系數，但是，耐負載強度大于40牛頓/平方毫米。

本發明同樣提出一種用于制造前述類型的自潤滑復合摩擦件的制造方法，其中，通過全部由聚四氟乙烯構成的緯線和經線形成的織物帶根據一卷繞角度螺旋卷繞在一個卷筒上形成一層織物，使得所述織物帶在每轉后與自身邊接邊；織物浸漬以玻璃化轉變溫度至少為250℃的耐熱的樹脂。該樹脂有利地是熱固性聚酰亞胺。

附圖說明

通過以下參照附圖對作為非限制性實施例給出的說明，本發明的目的、特征和優點將顯示出來，附圖如下：

圖1是本發明的摩擦件的透視圖；

圖2示出該摩擦件的摩擦層的編織的優選實施例；

圖3是由一加強層延展的該摩擦層的剖面圖；以及

圖4是圖1至3所示摩擦件的成型方法的簡化示意圖。

具體實施方式

本發明的摩擦件主要具有一摩擦層，該摩擦層具有用于與一個對抗件相對的自由表面S；有利地，該摩擦件還具有一加強層，該加強層與摩擦表面相對地沿著摩擦層延展，以增強該摩擦層的機械性能。

在圖1所示的實施例中，摩擦件是軸承1，其用于在其縱向孔1A中接納一個未示出的軸。在實施變型中，摩擦件也可以是接納一個平移桿的滑軌。沿著摩擦表面延展(因而沿著內表面延展)的摩擦層用附圖標記2標示，而加強層用附圖標記3標示。這里，該層3的厚度遠遠大于摩擦層的厚度；實際上，摩擦層具有最多約為數毫米(實際上不超過3毫米)的厚度，而加強層可具有數毫米的厚度，根據需要，甚至具有數厘米的厚度。但是，加強層存在時，其相對于摩擦層可具有任意相對厚度。

摩擦層的作用是以盡可能小的摩擦力控制對抗件，例如前述軸，同時盡可能長時間地保持其工作中的物理完整性，包括連續耐受至少250℃、最高可超過300℃(例如直到約320℃)的工作溫度。

為此，摩擦層由單獨一層由聚四氟乙烯(或PTFE)制成的股線形成的織物組成，該織物埋置在耐熱的樹脂形成的基體中，該耐熱的樹脂的玻璃化轉變溫度高于最高連續工作溫度，因而高于至少250℃，甚至也可能接近300℃。

這里，聚四氟乙烯或PTFE的概念指的是該化合物的各種形式，包括以“ePTFE”公知的泡沫型聚四氟乙烯。

織物組織即該織物的構成股線的相對構型選擇成，在各種股線之間形成可由耐熱的樹脂充填的通道。事實上，可以理解的是因為PTFE與其他材料實際上沒有任何附著力，所以織物在基體中的固定僅可通過由充填穿過織物的各種通道的樹脂構成的不規則絲的混雜進行，所述絲在摩擦表面附近沿PTFE股線連接。

可理解的是，取決于應用的折衷方案在于穿過織物的樹脂通道的截面和數量；這些通道越多越大，PTFE股線的固定越好，但是由PTFE股線形成的摩擦表面的部分越小。相反，由PTFE股線形成的摩擦表面的部分越大，摩擦件的摩擦性能越好，但是織物在基體中的固定越差。

緯線和經線的每個交叉點要求具有一條樹脂通道。

在常見的織物組織中，設有斜紋組織，更確切地說，是成對的緯線和成對的經線交織而成的2/2斜紋組織，使充填以樹脂的通道網絡的股線之間的結構足夠密集，以確保盡管股線和樹脂之間不存在附著力，織物也很好地固定，同時向對抗件提供由PTFE形成的很大的表面。

這種2/2斜紋組織示于圖2和3，或者緯線用附圖標記5標示，經線標用附圖標記6標示，樹脂通道的間隙7保持暢通，條件是編織不過度緊密。采用2/2斜紋組織，效果很好。

更有利地，緯線和經線都由彼此絞合連接的PTFE纖維形成的單獨一根絲形成，這意味著，這些絲，因而所述緯線和經線，具有凹凸不平的表面，有助于織物良好地固定在基體中。

采用由平均直徑為0.1至0.14毫米的纖維形成的這種單絲織造，效果很好。

優選地，這些纖維的纖度超過400分特；有利地至少750分特；非常合乎要求的試驗用833分特的纖維獲得。

在實施變型中，織物由每個都由多絲、長絲或如同前述實施例中那樣的短纖維形成的股線形成；在這種情況下，絲的纖度可較低，例如對于雙絲股線來說約為350至450分特，甚至更低。編織可由具有兩截或三截的股線雙股絹絲而成，絞合或者不絞合。

根據另一實施變型，絲的表面有意成凹凸不平，例如通過微切口成形。

織物的厚度為至少0.30毫米，甚至至少0.5毫米；超過一毫米的數值可考慮；這樣可確定待用股線的截面。緯線和經線有利地是相同的。在圖2和3所示的實施例中，截面是一個圓盤的截面。在未示出的實施例中，該截面為矩形，例如形狀因數(最大尺寸與最小尺寸之比)優選至少為2。

耐熱的樹脂有利地選自熱固性聚酰亞胺、氰酸酯基樹脂，或者選自聚醚酮(尤其是聚醚醚酮(PEEK)或聚醚酮酮(PEKK))。這些樹脂具有最小高于280℃的玻璃化轉變溫度。在熱固性聚酰亞胺中，可舉出聚鉍基酰亞胺或者鉍基酰亞胺(BMI)。

沒有顯示出將一種填充料混合成到耐熱的樹脂中是有用的。

當加強層存在時，不管摩擦件與對抗件之間施加的壓力如何，包括高溫下，因為加強層的作用是強化摩擦層以保持其形狀，可以理解的是，該加強層由有利地熱膨脹系數非常小、通常最多等于13×10^-6K^-1(相當于鋼的熱膨脹系數)的材料構成；在本領域技術人員力所能及的范圍內，根據需要，限定該加強層的結構的幾何形狀。其尤其可以是碳絲或碳纖維、玻璃絲或玻璃纖維、芳族聚酸胺絲或芳族聚酸胺纖維、單體絲或單體纖維、或者編織成織物的絲或纖維(有時稱之為粗紗)。

摩擦層的織物有利地可作為帶使用，這賦予很大自由度以構型摩擦層，必要時，使用一種半成品，該半成品的型面與待制摩擦表面的形狀互反。帶的寬度可根據需要加以選擇；帶的寬度有利地在5毫米至2米之間進行選擇，例如在1厘米至10厘米之間，優選地，在1.5厘米至3厘米之間。

在摩擦件是軸承的前述情況下，其制造可開始于圍繞一個卷筒卷繞這種織物帶，卷筒的外徑等于待制軸承的內徑；帶螺旋卷繞成確保在卷筒上形成的相繼的螺旋圈邊接邊接觸(見圖4)。可以理解的是，帶10的寬度調節緯線和經線相對于卷筒軸線、因而相對于未來的軸承的傾斜度。實際上，緯線和經線分別與織物帶呈縱向和橫向布置。

可以理解的是，摩擦層中緯線和經線兩者的連續性有助于在軸承工作過程中保持良好的完整性；這些股線相對于軸承的縱向軸線的40°至60°的傾斜度為此顯得是很有利的。在邊接邊卷繞和多于一織物(不是一根股線)的情況下，優選地沿在65°至89°之間的角度卷繞。

加強層可由碳絲或玻璃絲或者任何其他適當的材料卷繞形成，傾角可以是任意的。在股線卷繞的情況下，最佳角度似乎在40°至60°之間，但是，該角度可根據應用和所需機械特征進行變化。

一方面織物帶，另一方面加強層的股線，有利地預先用耐熱的樹脂浸漬；但是，可理解的是，如果加強層使用與摩擦層相同的樹脂形成，那么，隨后的熱處理可有助于使基體彼此固連在一起。

在實施變型中，PTFE織物不是由帶卷繞形成，而是由管狀編織套構成。

容易理解的是，對于滑軌類型的摩擦件來說，摩擦層可僅僅通過使前述織物固定于下層加強層形成。

作為實施例，摩擦軸承按以下方式形成。

厚0.3毫米的PTFE織物選擇成具有2/2斜紋組織的織物組織，呈寬3厘米的帶的形式。該帶浸入一個浸漬處理槽中，浸漬處理槽保持在110℃，含有聚鉍基酰亞胺(BMI)類型的具有285℃的玻璃化轉變溫度的耐熱的樹脂。

該浸漬帶卷繞在一個卷筒上，考慮覆蓋卷筒的整個表面，相鄰的螺旋圈之間不搭疊，即在卷筒的整個表面上形成單獨一連續層，用以形成一個軸承(或者多個軸承)。有利地，卷筒也保持在浸漬處理槽的溫度。

接著，卷繞預先浸漬有相同樹脂的環氧樹脂玻璃絲(稱為粗紗型玻璃絲)。

后續聚合作用周期在170℃下進行4小時的處理(持續時間可較長)、脫模、在230℃至250℃的溫度下進行4小時的焙燒補充處理(持續時間可較長)。

應注意到，在機加工后處理時，難以切割PTFE纖維，這使其整體具有良好的耐磨強度。

摩擦試驗已在下列條件下進行：

－擺幅軸線的擺動：100°；

－設計壓力：80兆帕；

－平均速度：8毫米/秒；

－平均PV(壓力×速度)：0.64兆帕×米/秒；

－軸/軸承的初始間隙：0.1至0.2毫米之間

－軸承尺寸：φ_內30×φ_外36×Lg20；

－初期潤滑：無

－試驗方案的對抗軸線：16NC6淬火滲碳處理；

－最大試驗持續時間：1個月(350000周期)

－環境溫度。

當公知的軸承(由埋置于帶有PTFE的樹脂中的聚酯織物或者由聚酯股線和含有最大至少50％的PTFE的PTFE股線形成的織物形成)的摩擦系數增大到0.04甚至0.08時，本發明的軸承的摩擦系數基本上在0.02的數值保持不變，直至350000周期。

監視對抗件的軸線中央的溫度變化，可以注意到，使用公知的軸承，該溫度增加至大約50℃，甚至60℃，使用本發明的軸承，溫度不超過40℃；這表明使用本發明的軸承消耗的能量少于使用公知的軸承消耗的能量。

但是，可以注意到，本發明的軸承的總耐磨性高于公知軸承的耐磨性，而對抗件非常不容易用壞；但是，可以假定，這種磨損僅實際上說明存在摩擦層在施加的接觸壓力下的擠壓現象。

本發明的軸承也在下列條件下進行過試驗：

－擺幅軸線的擺動：100°；

－設計壓力：80兆帕；

－平均速度：8毫米/秒；

－平均PV(壓力×速度)：0.64兆帕×米/秒；

－軸/軸承的初始間隙：0.1至0.2毫米之間；

－軸承尺寸：φ_內30×φ_外36×Lg20；

－初期潤滑：無；

－試驗方案的對抗軸線：16NC6淬火滲碳處理；

－最大試驗持續時間：1個月(350000周期)；

－從50℃變化至280℃的溫度(環境溫度)；在溫度水平期間，難以保持恒定溫度。

盡管增加到280℃，摩擦系數基本上保持不變。

這些試驗表明，本發明的軸承使非常小的溫度系數和高于250℃的在250℃至280℃范圍內的良好耐溫性進行很好的結合。