BRPI0407964B1 - Material for flat range mancal - Google Patents

Description

"MATERIAL PARA MANCAL PLANO PERFURÁVEL" DECLARAÇÃO DE PEDIDO CORRELATO O presente pedido reivindica prioridade de acordo com 35 U.S.C.§ 119(e) do Pedido Provisório US número de série 60/451.500, depositado em 3 de março de 2003, intitulado "Enhanced Metal/Polymer Bearing Construction", a revelação do mesmo sendo incorporada aqui como referência.

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção se refere aos mancais, materiais plásticos para mancais e aos processos para produção dos mesmos.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

Mancais com sobreposições a base de plástico são conhecidos como materiais compósitos de uma, duas ou três camadas. Os materiais para mancai de camada única incluem mancais plásticos sólidos. Os materiais para mancai de duas camadas incluem mancais com um forro metálico externo e plásticos diretamente aplicados ou aderidos. Os materiais para mancai de três camadas incluem mancais compreendendo um material de forro, uma camada porosa e uma camada de revestimento a base de plástico, formada nos poros. Cada um desses mancais pode ser útil em aplicações onde o uso de lubrificantes fornecidos externamente possa ser difícil ou indesejável.

Com relação aos materiais para mancais de três camadas, muitos tipos diferentes de materiais plásticos para mancais foram aplicados a um material de forro, tal como, aço, possuindo uma camada metálica porosa. A camada metálica porosa pode compreender partículas de bronze ou cobre sínte-rízadas a um forro de aço. 0 material plástico para mancai pode compreender um polímero de base e partículas de carga. Um material plástico para mancai útil pode incluir polite-trafluoretileno (PTFE) como o polímero base. 0 desenvolvimento do material para mancai seco, compósito, revestido com PTFE começou na Glacier Metal Co. em 1948 e as patentes foram concedidas para os materiais nos anos cinquenta. Um dos materiais desenvolvido era o DU™. DU é um material para mancai de sucesso comercial combinando as propriedades de desgaste a seco do PTFE e as propriedades mecânicas do material para mancai convencional.

Um processo para impregnação de um material plástico para mancai em uma camada metálica porosa sobre um forro de metal inclui o espalhamento de uma pasta ou pó seco sobre a camada metálica porosa e a pasta ou pó seco é compactado nos poros através de laminação. A pasta ou pó seco pode ser fabricado por mistura de uma dispersão aquosa de PTFE com um material de carga, em conjunto com um lubrificante orgânico (tal como, os compostos orgânicos voláteis "VQCs") e coagulando-se a dispersão para formar uma assim chamada "papa". Uma vez que o material plástico para mancai for compactado na camada porosa, o material de forro pode se aquecido usando um forno de indução para retirar qualquer água residual e lubrificante do material plástico para mancai. 0 aquecimento do material de forro pode também fundir ou sinterizar as partículas de PTFE em contato com a camada porosa e/ou material de forro. A retirada da água residual pode limitar a espessura da camada que pode ser formada acima da camada porosa ("sobreposição") devido a formação de bolhas que podem ocorrer quando camadas mais secas são tentadas. Adicionalmente, a evaporação dos VOCs do material plástico compactado para mancai pode degradar a integridade e porosidade da sobreposição. Uma sobreposição muito fina pode conduzir a resistência ao desgaste limitada.

Alternativas ao processo de espalhamento de uma dispersão de polímero coagulada sobre uma camada metálica porosa foram desenvolvidas, tais como, criação de uma fita de PTFE para impregnação em uma camada de metal porosa. Embora o PTFE possa ser classificado como um termoplástico, ele não funde como outros termoplásticos típicos. Em sua temperatura de transição, o PTFE muda para um estado semelhante a borracha que pode ser inadequado para processamento por fusão.

Em alguns processos, quando uma fita de PTFE é impregnada em uma camada porosa, o material de forro e a camada porosa podem ser aquecidos e uma porção da sobreposição pode ser deixada em uma forma não sinterizada. Em outras palavras, o PTFE pode não estar em uma forma consolidada contínua, dessa forma fornecendo propriedades de resistência ao desgaste potencialmente fracas aos mancais fabricados usando tal processo.

Um processo para produção de uma fita de PTFE sinterizada é a prensagem e sinterização de um bloco cilíndrico de polímero com ou sem a incorporação de cargas, e chanfra-gem de uma fita da superfície do cilindro. Alternativamente, a fita extrusada fundida compreendendo porções substancial-mente semelhantes em volume de sulfeto de polifenileno ("PPS") e PTFE pode ser impregnada em uma camada porosa a-guecida, disposta por um material de forro aquecido, conforme descrito na Patente US número 5.665.825. 0 processo de extrusão por fusão é conduzido a uma temperatura alta o bastante para fundir o PPS, porém baixa o suficiente para evitar a sinterização do PTFE. Esse processo pode formar redes interpenetrantes de PPS e PTFE. Alternativamente, é conhecido o uso de um transportador e um sistema de rolete de compressão para produzir folhas de fita a base de PTFE. Essas formas de fita de PTFE podem não ser apropriadas para impregnação por rolos no sinterizador de metal poroso, uma vez que, em alguns casos, o PTFE pode se suficientemente forte, mesmo acima de sua temperatura de transição, tal que, o processo de laminação pode danificar o sinterizador de metal poroso.

Como resultado, existe a necessidade de materiais para mancai de três camadas possuindo maior espessura de sobreposição que possam estender a vida útil do mancai aperfeiçoando a resistência ao desgaste e erosão, enquanto mantendo baixa fricção. As sobreposições mais espessas podem também permitir que operações de perfurações subsequentes sejam realizadas nas buchas enroladas. Adicionalmente, existe a necessidade de eliminar-se o uso de VOC nos materiais plásticos para mancai aplicados à camada porosa, uma vez que, evitando-se o uso de VOC a integridade e porosidade da sobreposição podem ser aperfeiçoadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção provê um mancai compreendendo: um material de forro, uma camada porosa sobre a camada de forro e uma camada de material para mancai extrusado impregnado na camada porosa, onde a camada de material para mancai é uma estrutura consolidada contínua, compreendendo uma matriz de politetrafluoretileno e partículas distintas de um material aditivo, onde a camada de material para mancai possui uma porção acima da camada porosa.

Em outro aspecto, a presente invenção provê um material plástico para mancai compreendendo uma fita ou tira não sinterizada extrusada, operável para ser impregnada em uma camada porosa disposta no um material de forro, onde a fita não sinterizada extrusada compreende uma matriz de politetrafluoretileno e partículas distintas de um material aditivo.

Em outro aspecto, a presente invenção prove um processo de fabricação compreendendo: provisão de uma fita ou tira não sinterizada, extrusada, compreendendo uma matriz de politetrafluoretileno e partículas distintas de um material aditivo; impregnação da fita não sinterizada, extrusada, em uma camada porosa disposta em um material de forro; sinterização da fita não sinterizada, impregnada, a uma temperatura acima do ponto de fusão do politetrafluoretileno, para formar uma camada de material para mancai consolidada, contínua.

Uma vantagem dos mancais e do processo de fabricação dos mancais da presente invenção é que os mancais podem ser substancialmente isentos de bolhas, uma vez que a fita não sinterizada, extrusada, pode não conter lubrificante liquido em uma quantidade que possa causar formação de bolhas sob as condições usadas para sinterizar a fita. Materiais a base de dispersão coagulada convencionais podem formar bolhas quando camadas superficiais de mais que 35 micra são tentadas. 0 processo da presente invenção pode também produzir um mancai possuindo desempenho ao desgaste aperfeiçoado. 0 processo pode também prover sobreposições de uma espessura que permita realização de operações de perfuração subsequentes nas buchas enroladas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Para a finalidade desse relatório descritivo, a menos que de outra forma indicado, todos os números expressando quantidade de ingredientes, condições de reação e assim por diante usados no relatório descritivo devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo "cerca de". Consequentemente, a menos que indicado ao contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos no relatório descritivo que se seguem são aproximações que podem variar, dependendo das propriedades desejadas buscadas pela presente invenção. De forma resumida e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina de equivalentes ao escopo das reivindicações, cada parâmetro numérico deverá, contudo, ser construído a luz dos vários dígitos significativos reportados e por aplicação de técnicas de arredondamento comuns. Não obstante, o fato de que as faixas numéricas e parâmetros que estabelecem o amplo escopo da invenção sejam aproximações, os valores numéricos estabelecidos nos exemplos específicos são reportados tão precisamente, quanto possível. Qualquer valor numérico, contudo, contém inerentemente, determinados erros, resultantes necessariamente do desvio padrão encontrado em suas respectivas medições de teste. Além disso, todas as variações reveladas aqui devem ser entendidas como englobando quaisquer e todas subfaixas apresentadas aqui, e cada número entre os pontos de extremidade. Por exemplo, uma faixa declarada de "1 a 10" seria considerada como incluindo quaisquer e todas subfaixas (e inclusive) o valor mínimo de 1 e o valor máximo de 10; isto é, todas as subfaixas começando com um valor mínimo de 1 ou mais, por exemplo, 1 a 6,1 e terminando com um valor máximo de 10 ou menos, por exemplo, 5,5 a 10, bem como todas as variações começando e terminando com os pontos de extremidade, por exemplo, 2a 9, 3a8, 3a 9, 4 a 7 e finalmente e finalmente para cada número 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10 contido dentro da faixa. Adicionalmente, qualquer referência citada como sendo "incorporada aqui" deve ser entendida como sendo incorporada em sua totalidade. É adicionalmente observado que, conforme usado nesse relatório descritivo, as formas singulares "um, uma" e "o, a" incluem referências plurais a menos que expressa e inequivocamente limitado a uma referência.

Em um primeiro aspecto, a presente invenção provê um mancai compreendendo: um material de forro, uma camada porosa sobre a camada de forro e uma camada de material para mancai extrusado impregnado na camada porosa, onde a camada de material para mancai é uma estrutura consolidada contínua compreendendo uma matriz de politetrafluoretileno contínua e partículas distintas de um material aditivo, onde a camada de material para mancai possui uma porção acima da camada porosa, referida como sobreposição. Em uma concretização, a superfície da camada de material para mancai pode ser substancialmente isenta de bolhas. Em uma concretização, as partículas de aditivo podem ser microscópica ou macroscópica e homogeneamente distribuídas dentro da matriz de polímero PTFE. 0 material para mancai pode compreender qualquer material operável para suportar a camada porosa e suportar os processos de impregnação e sinterização da camada de material para mancai. Em uma concretização, o material para forro do mancai ode compreender uma tira de metal. Em outra concretização, o material para mancai pode compreender uma tira de aço de baixo teor de carbono. Em outra concretização, o material para mancai pode compreender uma tira de metal sendo chapeada com níquel ou cobre para melhorar a adesão da camada porosa. 0 material poroso pode compreender qualquer material operável para chavetar a camada de material para mancai ao material de forro. Em uma concretização, a camada porosa do mancai pode compreender partículas de bronze sinterizadas em um material de forro de metal. Em outra concretização, a camada porosa pode compreender partículas de cobre sinterizadas em um material de forro de metal. 0 material aditivo pode compreender qualquer mate- rial apropriado para incorporação à fita não sínterizada, extrusada, tal que, a fita seja operável para ser impregnada na camada porosa disposta no material de forro e operável para suportar as temperaturas de processamento usadas para consolidar a camada de material para mancai. As fitas que são operaveis a serem impregnadas na camada porosa disposta em um material de forro podem incluir aquelas que são impregnadas sem compactação ou fechamento dos poros da camada porosa, ou aqueles que podem aderir, apropriadamente, à camada porosa. Qualquer quantidade de material aditivo pode ser incluída na camada de material para mancai, a medida que PTFE suficiente esteja presente para formar uma camada consolidada contínua.

Em uma concretização, o material aditivo pode compreender uma carga particulada inorgânica, tal como, porém não limitada aos fluoretos iônicos, incluindo fluoreto de cálcio, fluoreto de magnésio, fluoreto de estanho; óxidos de metal incluindo, por exemplo, óxido de ferro, oxido de alumínio, dióxido de titânio, óxido de zinco e hidróxidos de metal, tais como, hidróxido de alumínio. Em outra concretização, o material aditivo compreende uma carga particulada inorgânica compreendendo fluoreto de cálcio. 0 tamanho da partícula da carga particulada inorgânica pode ser determinado por um tamanho operável para aperfeiçoar a resistência a erosão por cavitação e resistência ao desgaste, enquanto mantendo as propriedades de fricção baixa desejáveis. Em uma concretização do mancai, onde o material aditivo compreende fluoreto de cálcio, o fluoreto de cálcio possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 10 micra. Em outra concretização, o fluoreto de cálcio possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 2 micra. Em outra concretização, a quantidade de carga em partícula inorgânica na camada de material para mancai está entre 10 a 30% em volume.

Em outra concretização, o material aditivo pode compreender partículas de sulfeto de polifenileno. Em uma concretização, a quantidade de sulfeto de polifenileno na camada de material para mancai está entre 30 e 70% em volume. Em outra concretização, a quantidade de sulfeto de polifenileno é de 501 em volume. Em outra concretização, o sulfeto de polifenileno possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 60 micra. Em outra concretização, o sulfeto de polifenileno possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 20 micra.

Em outra concretização, a camada de material para mancai pode compreender, adicionalmente, um material de carga orgânica, tal como, porém não limitado aos copolímeros de tetrafluoretileno-éter perfluoralquilvinílico, copolímero tetrafluoretileno-hexafluorpropileno, polímero éter tetra-fluoretileno propileno, copolímeros tetrafluoretileno-etileno. Polímeros políclorotrifluoretileno, copolímeros po-liclorotrifluoretileno-etileno, polímeros hexafluorisobuti-leno, copolímeros fluoreto de hexafluorisobutileno-vinileno ou polímero hexafluor propileno. Um material de carga orgânico processável em fusão, tal como um daqueles listados a-cima, pode ser incluído para modificar a cristalinidade de PTFE na fita não sinterizada, extrusada e/ou a camada de material para mancai. A porção da camada de material para mancai acima da camada porosa (isto é, sobreposição) pode ser determinada por vários fatores. Por exemplo, o limite inferior da espessura da sobreposição pode ser determinado pelo uso pretendido do material para mancai ou pela espessura mínima que pode se usinada, sem uma redução significativa no desempenho do mancai ou resistência ao desgaste. Em uma concretização, a espessura de sobreposição é de pelo menos 25 micra. Em outra concretização, a espessura da sobreposição é de pelo menos 50 micra. 0 limite superior da espessura da sobreposição pode ser; determinado pelo limite superior da espessura da fita que é operável para ser impregnado na camada porosa disposta no material de forro. 0 limite superior da espessura da sobreposição pode também ser determinado pelo limite superior da espessura da fita que pode se seca para remover quaisquer lubrificantes líquidos. Em uma concretização, a espessura da sobreposição é inferior a 300 micra. Em outra concretização, a espessura da sobreposição é inferior a 150 micra.

Em outro aspecto, a presente invenção provê um material plástico para mancai compreendendo uma fita ou tira não sinterizada, extrusada, operável para ser impregnada na camada porosa disposta em um material de forro, onde a fita não sinterizada, extrusada compreende uma matriz de polite-trafluoretileno e partículas distintas de um material aditivo. Em uma concretização, as partículas de aditivo são microscópica, macroscópica e homogeneamente distribuídas den- tro da matriz de politetrafluoretileno. 0 material plástico do mancai possui uma espessura operável para produzir um mancai possuindo uma porção da camada de material para mancai acima da superfície de uma camada porosa. Em uma concretização, o material plástico do mancai possui uma espessura de cerca de 600 micra. A fita não sinterizada, extrusada, pode ser produzida por processos descritos na Patente US número 5.697.390 (incorporada aqui como referência) onde as partículas de PTFE e partículas de aditivo são misturadas com um pulverizador de impacto ao ar e são então extrusadas para formar uma fita. 0 material aditivo pode compreender qualquer material apropriado para incorporação à fita não sinterizada, extrusada, tal que, a fita e operável para ser impregnada em uma camada porosa disposta sobre um material de forro. Qualquer quantidade de material aditivo pode ser incluída no material plástico para mancai, de modo que a quantidade de PTFE é operável para formar uma matriz de PTFE consolidada, contínua.

Em uma concretização, o material aditivo pode compreender uma carga particulada inorgânica, tal como, porém não limitado aos fluoretos iônicos incluindo fluoreto de cálcio, fluoreto de magnésio, fluoreto de estanho; óxidos de metal incluindo, por exemplo, óxido de ferro, ôxido de alumínio, dióxido de titânio, óxido de zinco e hidróxidos de metal, tais como, hidróxido de alumínio. Em outra concretização, o material aditivo compreende uma carga particulada inorgânica compreendendo fluoreto de cálcio. 0 tamanho da partícula da carga particulada inorgânica pode ser determinado por um tamanho operável para aperfeiçoar a resistência a erosão por cavitação e resistência ao desgaste, enquanto mantendo propriedades de fricção baixas. Em uma concretização, onde a fita não sinterizada, extrusada compreende fluoreto de cálcio, o fluoreto de cálcio possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 10 micra. Em outra concretização, o fluoreto de cálcio possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 2 micra. Em outra concretização, a quantidade de carga em partícula inorgânica na camada de material para mancai está entre 10 a 30% em volume.

Em outra concretização, o material aditivo pode compreender um material polimêrico compreendendo sulfeto de polifenileno. Em uma concretização, a quantidade de sulfeto de polifenileno na fita não sinterizada, extrusada está entre 30 e 70% em volume. Em outra concretização, a quantidade de sulfeto de polifenileno é de 50% em volume. Em outra concretização, o sulfeto de polifenileno possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 60 micra. Em outra concretização, o sulfeto de polifenileno possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 20 micra.

Em outra concretização, a fita não sinterizada, extrusada, pode compreender, adicionalmente, um material de carga orgânica, tal como, porém não limitado aos copolímeros de tetrafluoretileno-éter perfluoralquilvinílico, copolímero tetrafluoretileno-hexafluorpropileno, polímero éter tetra-fluoretileno propileno, copolímeros tetrafluoretileno-etileno, polímeros policlorotrifluoretileno, copolímeros po-liclorotrifluoretileno-etileno, polímeros hexafluorisobuti-leno, copolímeros fluoreto de hexafluorisobutileno-vinileno e polímero hexafluor propileno.

Em outro aspecto, a presente invenção provê um processo para fabricação compreendendo: provisão de uma fita ou tira não sínterizada, extrusada, compreendendo uma matriz de politetrafluoretileno e partículas distintas de um material aditivo; impregnação da fita não sínterizada, extrusada, em uma camada porosa disposta em um material de forro; sínterização da fita não sínterizada, impregnada, a uma temperatura acima do ponto de fusão do politetrafluoretileno, para formar uma camada de material para mancai consolidada, contínua. A fita não sínterizada, extrusada, pode ser produzida por processos descritos na Patente US número 5.697.390 (incorporada aqui como referência) onde as partículas de PTFE e partículas de aditivo são misturadas com um pulverizador de impacto ao ar e são então extrusadas para formar uma fita. Outros processos conhecidos dos versados na técnica podem ser usados para misturar as partículas de PTFE e partículas de aditivos antes da extrusão da mistura para formar uma fita não sínterizada, extrusada. O tamanho de partícula das partículas de PTFE usadas para prover uma fita não sínterizada, extrusada, pode ser qualquer tamanho, à medida que as partículas de PTFE sejam operáveis para formar uma matriz de polímero consolidada, contínua, quando usada em uma camada de material para mancai. Em uma concretização, o tamanho de partícula das partículas de PTFE está entre 500 e 600 micra. Em outra concretização, o material aditivo é microscópica, macroscópica e homogeneamente distribuído dentro da matriz de politetrafluoretileno. 0 material aditivo pode compreender qualquer material apropriado para incorporação à fita não sinterizada, extrusada, tal que, a fita é operável para ser impregnada na camada porosa disposta no material de forro. Qualquer quantidade de material aditivo pode ser incluída na fita não sinterizada, extrusada, à medida que PTFE suficiente esteja presente para formar uma matriz de PTFE consolidada, contínua.

Em uma concretização, o material aditivo pode compreender uma carga particulada inorgânica, tal como, porém não limitada aos fluoretos iônicos, incluindo fluoreto de cálcio, fluoreto de magnésio, fluoreto de estanho; óxidos de metal incluindo, por exemplo, oxido de ferro, óxido de alumínio, dióxido de titânio, oxido de zinco e hidróxidos de metal, tais como, hidróxido de alumínio. Em outra concretização, o material aditivo compreende uma carga particulada inorgânica compreendendo fluoreto de cálcio. O tamanho da partícula da carga particulada inorgânica pode ser determinado por tamanhos operáveis para aperfeiçoar a resistência a erosão por cavitação e resistência ao desgaste, enquanto mantendo as propriedades de fricção baixa desejáveis. Em uma concretização onde a fita não sinterizada, extrusada compre- ende fluoreto de cálcio, o fluoreto de cálcio possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 10 micra. Em outra concretização, o fluoreto de cálcio possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 2 micra. Em outra concretização, a quantidade de carga em partícula inorgânica na fita não sinterizada, extrusada está entre 10 a 30% em volume.

Em outra concretização, o material aditivo pode compreender sulfeto de polifenileno. Em uma concretização, a quantidade de sulfeto de polifenileno na fita não sinterizada, extrusada está entre 30 e 70% em volume. Em outra concretização, a quantidade de sulfeto de polifenileno é de 50% em volume. Em outra concretização, o sulfeto de polifenileno possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 60 micra. Em outra concretização, o sulfeto de polifenileno possui um tamanho de diâmetro de partícula médio inferior ou igual a 20 micra.

Em outra concretização, a fita não sinterizada, extrusada pode compreender, adicionalmente, um material de carga orgânica, tal como, porém não limitado aos copolímeros de tetrafluoretileno-éter perfluoralquilvinílico, copolímero tetrafluoretileno-hexafluorpropileno, polímero éter tetra-fluoretileno propíleno, copolímeros tetrafluoretíleno-etileno, polímeros policlorotrífluoretíleno, copolímeros po-líclorotrifluoretíleno-etileno, polímeros hexafluorisobuti-leno, copolímeros fluoreto de hexafluorisobutíleno-viníleno ou polímero hexafluor propíleno.

Conforme descrito na Patente US número 5.697.390, os lubrificantes líquidos podem ser usados quando combinando e/ou extrusando a mistura de partículas combinadas para ex-trusão por embolo, de modo a formar a fita não sinterizada, extrusada. 0 lubrificante pode funcionar para assegurar ex-trusão aceitável da fita não sinterizada. Qualquer lubrificante líquido conhecido dos versados na técnica pode ser u-sado, à medida que o lubrificante possa ser removido da fita não sinterizada, extrusada, sem tornar a fita inoperável para ser impregnada em uma camada porosa. 0 processo de extrusão é conduzido sob condições e temperaturas que não fundem qualquer material polimérico dentro da mistura de partículas combinada. Em uma concretização, uma mistura de partículas combinada de partículas de PTFE e partículas de aditivo á extrusada por embolo, sob condições que não fundem qualquer material polimérico dentro da mistura de partículas combinada. A fita resultante é macia e pregueável, além de ser operável para ser impregnada em uma camada porosa, sem aquecimento e/ou pressão excessiva. Em uma operação, as partículas distintas de material a-ditivo na fita não sinterizada, extrusada, podem ser distribuídas homogeneamente através da fita e uma matriz de PTFE contínua é mantida.

Antes da impregnação da fita não sinterizada, extrusada, a fita pode ser seca, especialmente se a mistura de partícula combinada de partículas de PTFE e material aditivo tiver incluído um lubrificante líquido. As condições e temperatura nas quais a fita não sinterizada, extrusada pode ser seca, não operam para sinterizar ou fundir qualquer ma- terial polimérico dentro, da fita, tais como, partículas de politetrafluoretileno ou sulfeto de polifenileno. A etapa de secagem é operãvel para remover lubrificante líquido suficiente para impedir formação de bolhas durante processamento adicional. Em uma concretização, a fita não sinterizada, ex-trusada está substancialmente livre de um lubrificante líquido. A fita não sinterizada, extrusada pode se seca usando os processos descritos na Patente US número 5.697.390. A fita não sinterizada, extrusada pode ser impregnada na camada porosa, por meio de um laminador, por exemplo. A etapa de impregnação é conduzida sob condições e temperaturas que não sinterizam a fita ou fundem qualquer material polimérico na fita. A camada porosa na qual a fita é impregnada pode ser constituída de partículas de bronze sinterizadas a um forro de metal, tal como, aço, por exemplo, conforme é conhecido na técnica. Dessa forma, um material para mancai de fita pode ser formado, onde os mancais cilíndricos ou semi-cilíndricos, por exemplo, podem ser produzidos por processos conhecidos.

Após impregnação da fita não sinterizada, extrusada em uma camada porosa para formar uma camada de material para mancai, a camada de material para mancai é sinterizada para produzir um material compósito de três camadas compreendendo uma camada de material para mancai consolidada, contínua. Em uma concretização, todo o PTPE na camada de material para mancai é sinterizadc.

Conforme usado aqui, a sinterização ou consolida- ção de uma fita ou camada de material para mancai se refere ao aquecimento de PTFE ao seu ponto de fusão ou acima. Quando PTFE é aquecido acima de seu ponto de fusão, que pode estar entre 350 e 425°C, o PTFE ê consolidado ou densifiçado. Antes do aquecimento acima de seu ponto de fusão, o PTFE é relativamente macio e pode ser manipulado em estruturas, tais como, uma camada porosa com força mínima aplicada e sem aquecimento.

Em uma concretização, o processo de fabricação pode produzir um material de três camadas ou compósito, onde a camada de material para mancai é substancialmente isenta de bolhas. Em outra concretização, o processo de fabricação pode produzir um material de três camadas possuindo uma porção da camada de material para mancai acima da superfície da camada porosa. A espessura da porção da camada de material para mancai acima da superfície da camada porosa (isto é, sobreposição) pode ser de pelo menos 25 micra. Em uma concretização, a espessura de sobreposição é de pelo menos 25 micra. Em outra concretização, a espessura da sobreposição pode ser de pelo menos 50 micra. Em outra concretização, a espessura da sobreposição pode ser inferior a 300 micra. Em outra concretização, a espessura da sobreposição pode ser inferior a 150 micra. Para fabricar, de modo correto, um material de três camadas possuindo uma espessura de sobreposição consistente, o material de três camadas formado pode receber uma operação de laminação do tamanho final. Cada etapa no processo da presente invenção pode ser realizada como parte de um processo contínuo.

Uma vantagem dos mancais e do processo para fabricação dos mancais da presente invenção é que os mancais podem ser substancialmente isentos de bolhas, uma vez que a fita não sinterizada, extrusada não contém lubrificante liquido em uma quantidade que cause formação de bolhas sob as condições usadas para sinterizar ou consolidar a fita. Nos vários processos da técnica anterior, os lubrificantes líquidos, tais como, água e/ou VOCs são removidos após impregnação, o que pode causar aumento da porosidade e formação de bolhas. Adicionalmente, os materiais com base em dispersão coagulada convencionais podem formar bolhas quando as camadas superficiais superiores a 35 micra são tentadas. 0 processo da presente invenção pode também produzir um mancai que é tolerável para permitir dimensionamento acertado por usinagem.

Os resultados de teste para materiais preparados pelo processo de fabricação descrito aqui mostraram que sobreposições mais espessas podem ser obtidas, permitindo a realização de operações de perfuração subsequentes nas buchas enroladas. Adicionalmente, o material e a tecnologia de processo podem resultar na obtenção de aperfeiçoamentos no desempenho de desgaste a seco e resistência à erosão aperfeiçoada, enquanto mantendo níveis aceitáveis de fricção.

EXEMPLOS

Exemplo 1 Uma mistura em pó granular compreendendo cerca de 80% de PTFE em volume e cerca de 20% de CaF2 em volume foi adicionada a um extrusor por embolo. O PTFE tinha um tamanho de partícula entre 500 e 600 micra. O fluoreto de cálcio tinha um tamanho de partícula de diâmetro médio de cerca de 2 micra. A mistura em pó granular também incluiu um lubrificante líquido. A mistura em pó granular foi combinada usando técnicas de combinação. A mistura em pó granular foi passada através de uma matriz de um extrusor por embolo para produzir uma fita ou tira de fita não sinterizada, extrusada. A fita tinha uma espessura de cerca de 300 micra. Seguindo-se a extrusão, a fita foi seca no processo de extrusão e calandragem. A fita foi impregnada na camada metálica de bronze porosa, disposta em um material para forro de aço a uma temperatura abaixo do ponto de fusão do PTFE, para formar uma camada de material para mancai. A fita não sinterizada, extrusada foi impregnada por passagem da fita e do material de forro através de um laminador que faz com que a camada de material para mancai seja impregnada na porosidade da camada porosa. A etapa de impregnação também deixa uma porção da camada de material para mancai acima da superfície da camada porosa de bronze. A fita não sinterizada, extrusada e impregnada foi então passada através de um forno de sinterização contínua, a uma temperatura de cerca de 400°C, o que permitiu um tempo de residência nessa temperatura de cerca de 30 segundos. 0 tempo de residência era um período operável para sinterizar a fita extrusada, impregnada, para formar uma camada de material para mancai consolidada e contínua. A tira composta foi então passada através de um segundo laminador para efe- tuar uma operação de laminação do tamanho na tira, de modo a produzir uma espessura total acertada. 0 material compósito final tinha uma espessura total de cerca de 65 micra.

Exemplo 2 Uma fita não sinterizada, extrusada compreendendo cerca de 50% de PTFE em volume e cerca de 50% de PPS em volume foi preparada, conforme descrito acima, com as seguintes exceções. O PTFE e o PPS foram combinados usando um pulverizador de impacto ao ar e a temperatura do forno foi de cerca de 365°C. O material compósito final tinha uma espessura de sobreposição de cerca de 65 micra.

As tiras de material compósito produzidas de acordo com o Exemplo 2 foram conformadas em buchas do mancai e testadas quanto ao desgaste seco usando um aparelho semelhante aquele descrito na figura 2 e o teste relatado em "Materials for Plain Bearings: Review 174", Int. Metallurgi-cal Rev., volume 18 (1973). Foram também testados materiais para mancai disponíveis comercialmente DUrM (PTFE e papa de Pb) e DP4™ (PTFE e fita extrusada em fusão PPS, vide Patente US número 5.911.514. Vide resumo dos resultados do teste na Tabela 1.

As condições de teste variáveis a seco foram: Carga: 115 psi e Velocidade do Eixo: 53,34 m/min; 20.000 psi-fpm; 0,7 MPa-m/s.

Tabela 1 - Resumo dos Teste de Desgaste a Seco Assim, deve ser visto dos resultados que o material e o processo da presente invenção fornecem um aperfeiçoamento significativo no desempenho em desgaste a seco em relação aos materiais conhecidos na técnica, i Em resumo, foram descritos vários benefícios que resultam do emprego dos conceitos da invenção. A descrição precedente das concretizações da invenção foi apresentada com o fim de ilustração e descrição. Não se pretende ser e-xaustivo ou limitar a invenção á forma precisa revelada. Modificações ou variações óbvias são possíveis a luz dos ensinamentos acima. As concretizações foram escolhidas e descritas a fim de ilustrar melhor os princípios da invenção e sua aplicação prática para, dessa forma, permitir a um versado na técnica utilizar a invenção nas várias concretizações e com várias modificações conforme apropriado ao uso específico contemplado. Pretende-se que o escopo da invenção seja definido pelas reivindicações apensas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (10)

1. Processo para fabricação CARACTERIZADO por compreender : preparar uma mistura de partículas de politetra-fluoretileno (PTFE), material de carga particulado inorgânico e lubrificante liguido; forçar a referida mistura através de uma extrusora de êmbolo para formar uma fita ou tira de fita não sinterizada, extrusada, de formato constante; impregnar a referida fita ou tira não sinterizada, extrusada, em uma camada porosa disposta em um material de forro, em que a impregnação é realizada de tal forma que uma espessura de sobreposição de pelo menos 25 micra seja fornecida; e sinterizar a fita não sinterizada, impregnada, a uma temperatura acima do ponto de fusão do politetrafluore-tileno, para formar uma camada de material para mancai, em que nenhuma secagem da fita não sinterizada, impregnada, seja realizada antes da sinterização da fita não sinterizada, impregnada.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do material de carga particulado inorgânico ser microscopicamente, macroscopicamente e homo-geneamente distribuído dentro do politetrafluoretileno na fita ou tira não sinterizada, extrusada.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do material de forro ser uma tira de metal.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato da camada porosa compreender partículas de bronze sinterizadas ao forro de metal.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da fita não sinterizada, extrusada compreender 10 a 30% em volume de material de carga particu-lado inorgânico.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da fita não sinterizada, extrusada, compreender, ainda, um material polimérico.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da fita não sinterizada, extrusada compreender ainda sulfeto de polifenileno.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato da fita não sinterizada, extrusada compreender 30 a 70% em volume de sulfeto de polifenileno.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da camada de fita não sinterizada, extrusada, ser impregnada a uma temperatura abaixo do ponto de fusão do politetrafluoretileno.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato das etapas serem um processo contínuo .