層狀複合材料的製作方法
2023-04-28 17:56:01 3
專利名稱：層狀複合材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種層狀複合材料，其中包含一層金屬支承層，一層多孔的中間層，以及一層置於其上面的，由PTFE或其熔點高於260℃的其它氟熱塑性塑料與PTFE的結合物料所組成的，其中還嵌墊入填料物的滑移層。
雖然這類材料在未經潤滑的情況下使用也不成問題，但是本發明的層狀複合材料應該特別適用於使用油的軸承，為此，對其來說，具有非常低的磨擦係數，同時又保持較高的耐磨損性與耐氣蝕性是至關重要的。例如用於汽車製造業的減震緩衝器或者齒輪泵或液壓發動機由於所需求的摩擦係數。因此按已知知識的這種材料必須含有高含量的PTFE，因為所有已知的即使在其它性能上適合的其它塑料，都不能滿足上述要求。
由於PTFE本身過於柔軟，並具有較高的磨損係數，因此必須混入可抵制氣蝕與磨損的物質，同時又不會明顯提高其磨擦係數。
在應用領域最常用的軸承材料由鋼背，多孔青銅層與含約80％(體積)PTFE及其餘為二硫化鉬或鉛的塑料物質組成。該塑料物質被壓入到青銅構架中，從而在其上構成緻密薄層。然而如此構成的材料在極端條件下，例如在減震緩衝器中，由在軸承間隙中的高負載，高滑移速度與加速度，以及高流速會導致腐蝕與氣蝕現象。由此，特別在更高的應力下會導致有限的使用壽命。
雖然我們可以製備在上述條件下幾乎不磨損的又不具有氣蝕性的材料。其中可用其它的熱塑性材料，如PVDF或PEEK代替上述的PTFE。然而，在這種情況下，還將忍受在油潤滑中磨擦的明顯增加。
在許多文獻中，推薦了PTFE基的組合物。然而，迄今只顯示出比上述標準材料稍有改進，而且通常還具有增高的磨擦值，例如專利文獻EP0183375提出使用氟化鈣的情況或專利文獻DE4227909 C2提出的使用聚醯亞胺。
由專利文獻GB2272029A可知，由於採用的鉛粉的比表面很高，因此其耐氣蝕性能有所增高。但是滑移元件的用戶對使用鉛或鉛的化合物是執批評態度的。因此，該問題並未能獲得完全滿意的解決。
儘管經常提到可以用聚(對亞苯基對苯二醯胺)作為自潤滑的、以PTFE為基的軸承材料中的填料，但無例外地都是以纖維形式，例如在GB2291879A中所述。
專利文獻WO95/02772公開了一種加入到PTFE基體物質中的特殊原纖化的纖維。該纖維形式在PTFE基體中的均勻混合就會出現問題，並為此在生產中需用專門的特種設備。此外，該纖維也存在缺點，即含有進入肺部的成分，該成分疑為致癌性的。
上述纖維是作為非規則的編織物嵌墊在基體中，這樣就會削減對否則將很軟的PTFE基體的毀壞與腐蝕作用。
例如在專利文獻WO97/03299或GB2177099A中可知，也不斷提到芳醯胺纖維作為可置換成其它纖維並因此顯然對得到一定性質不是必需的纖維狀中性元件。
採用上述纖維的基本理由主要是機械參數--非常高的抗拉強度及E模數。這主要是由其在纖維縱向中的特別高的分子定向性，以及各個剛性分子鏈的堅固的物理平行連接決定的。
本發明的任務是製備一種層狀複合材料，其中不改變其製造流程，也不影響其在油滑潤中的磨擦值，並且具有更高的耐磨損性與耐剝離性。
本發明的任務通過一種層狀複合材料來解決，其中的滑移層至少含有一種粉末的聚芳族醯胺，其中的PTFE含量或結合其它的氟熱塑性塑料的PTFE含量為55-90％(體積)，其它填料的含量為9.5-44.5％(體積)，而聚芳族醯胺的含量為0.5-10％(體積)。
令人驚奇地是，添加這一較低量的聚芳族醯胺粉末可以大為減輕與相應的未添加該物質的組合物相比，由於腐蝕和氣蝕現象導致的滑移層表面的破壞。與此相反，在未使用潤滑劑的情況下，本發明的層狀複合材料相同或改善得不明顯。
優選地是，PTFE或與其它氟熱塑性塑料結合的PTFE的含量為65-80％(體積)，其它填料的含量為10-34％(體積)，聚芳族醯胺的含量為2-10％(體積)。
上述的聚芳族醯胺最好是聚(對亞苯基對苯二醯胺)(PPTA)和/或聚(對苯甲醯胺)(PBA)，它們具有高的分子剛性。
聚芳族醯胺粉末的粒徑宜為100微米以下。該聚芳族醯胺的粒徑最好是小於50微米。
上述的填料物質宜為鉛，氧化鉛，具有層狀結構的金屬硫化物，如硫化鉬，金屬氟化物，氮化硼，石墨，碳黑，焦炭，氧化鐵，其中可以單獨地或混合地使用。
除了上述提及的填料物質外，也可以使用由下列一個或多個物質，如硬質材料，顏料，纖維材料，固態潤滑劑，熱固性或高溫熱塑性塑料所組成的填料物質。
最好採用由具有層狀結構的金屬硫化物，六方晶系的氮化硼與三價的氧化鐵所組成的填料組合物。
當選擇Fe2O3與其它的填料物質一起結合使用時，其含量最好為1-6％(體積)。
當選用的基體物料除了PTFE外，還使用其它氟熱塑性塑料時，該塑料可以是PFA,FEP,ETFE，或EPE，而且其含量至多是與PTFE含量相等。
上述製備的層狀複合材料最好是應用於減震緩衝器中的滑移元件或用於其它的液壓裝置。
藉助實例將可能的實施方案與不合有聚(對亞苯基對苯二醯胺)粉末或聚(對苯甲醯胺)粉末的相應物料進行比較。表1中給出了幾個組合物。
表1
用已知方法製備上述物料--藉助於非離子型潤溼劑，使填料物與聚芳族醯胺粉末均勻地懸浮於水中，--加入30％的PTFE分散液，並均勻混合，--藉助於硝酸鋁溶液體使上述混合物聚凝，--除去多餘的水分，並最終攪拌至適於塗敷的物料濃度，--將混合物軋制在塗於鋼背上的多孔的青銅架構內，--在380℃中燒結PTFE，--軋制，使總體結構被熱壓緊縮。
把由上述物料製成的軸套經受減震緩衝器試驗並檢測其磨損性。其中，涉及30個小時的試驗過程，經受80毫米行程與頻率0.5赫茲的斜坡道作用。此外，在滴油潤滑條件下，在1000N負載與20毫米/秒的滑移速度下，測得該材料的摩擦值。
表2顯示了上述測得的數據，其中實例1-6各代表含有或不含有聚芳族醯胺粉末的可比較的物料。實例7證實了，採用結構上類似於PPTA的聚合物，也可以達到本發明的目的。
表2<
>上述試驗結果表明聚芳族醯胺粉末對耐磨損性具有明顯的有利影響，並且證實了，其摩擦值只受到微小的影響。
權利要求
1.層狀複合材料，其中含有一層金屬支墊層，一層多孔的中間夾層，以及一層置於其上面的、由PTFE或其熔點高於260℃的其它的氟熱塑性塑料與PTFE的結合物料基體組成的、其中還嵌墊入填料物的滑移層，其特徵是該滑移層至少含有一種粉末狀的聚芳族醯胺，其中的PTFE含量或結合其它的氟熱塑性塑料的PTFE含量是55-90％(體積)，填料的含量是9.5-44.5％(體積)，而聚芳族醯胺的含量為0.5-10％(體積)
2.根據權利要求1的層狀複合材料，其特徵是該PTFE含量或結合其它的氟熱塑性塑料的PTFE含量為65-80％(體積)，填料含量為10-34％(體積)，而聚芳族醯胺含量為2-10％(體積)。
3.根據權利要求1或2的層狀複合材料，其特徵是該聚芳族醯胺是聚(對亞苯基對苯二醯胺)和/或聚(對苯甲醯胺)。
4.根據權利要求1-3中之一的層狀複合材料，其特徵是該聚芳族醯胺粉末的粒徑小於100微米。
5.根據權利要求1-3中之一的層狀複合材料，其特徵是該聚芳族醯胺粉末的粒徑小於50微米。
6.根據權利要求1-5中之一的層狀複合材料，其特徵是上述的氟熱塑性塑料是PFA,FEP,ETFE或EPE，其含量至多與PTFE含量相等。
7.根據權利要求1-6中之一的層狀複合材料，其特徵是上述的填料可以是鉛，氧化鉛，具有層狀結構的金屬硫化物如硫化鉬，金屬氟化物，氮化硼，石墨，碳黑，焦炭，氧化鐵，其中可單獨地或多個混合地使用。
8.根據權利要求7的層狀複合材料，其特徵是上述的填料還可以是單個或多個的下列物質硬質材料，顏料，纖維物質，固態潤滑劑，熱固性或高溫熱塑性的塑料。
9.根據權利要求7或8的層狀複合材料，其特徵是含有1-6％(體積)的Fe2O3及至少一種其它的填料。
10.根據權利要求6-9中之一的層狀複合材料，其特徵是該填料是一個由具有層狀結構的金屬硫化物，氮化硼與Fe2O3所組成的混合物。
11.根據權利要求1-10中之一的層狀複合材料的用途，其中可用於減震緩衝器內的滑移元件或其它的液壓裝置。
全文摘要
本發明涉及層狀複合材料,它對油潤滑下的摩擦值沒有負面影響,並且具有更高的耐磨損性與耐剝離性。在該層狀複合材料中的滑移層內至少含有粉末狀的聚芳族醯胺,其中的作為基體物料的PTFE含量或結合其它的氟熱塑性塑料的PTFE含量是55—90%(體積),填料含量為9.5—44.5%(體積),而聚芳族醯胺的含量為0.5—10%(體積)。
文檔編號C08K3/00GK1234334SQ9910628
公開日1999年11月10日 申請日期1999年2月26日 優先權日1998年2月28日
發明者A·阿達姆 申請人:聯合莫古爾威斯巴登有限公司