CN101144504B - 滑动层、滑动件以及塑料长丝在制造滑动层中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以具有塑料基质和作为加强件的塑料长丝(10)的纤维加强塑料作为基础的滑动层(22)以及具有这种滑动层(22)的滑动件(20)。塑料长丝(10)具有里面在方法技术上加入PTFE颗粒(14)的聚酯丝(12)。

Description

滑动层、滑动件以及塑料长丝在制造滑动层中的应用
技术领域
本发明涉及一种以具有塑料基质和作为加强件的塑料长丝的纤维加强塑料作为基础的滑动层。本发明此外还涉及一种具有这种滑动层的滑动件。
背景技术
公知滑动轴承，特别是环氧树脂基础上的卷绕塑料滑动轴承使用纤维复合材料。这种滑动轴承由单层的滑动层材料或者由两层，即一个承载层和一个滑动层构成的轴承材料组成。滑动层根据与承载层相关的使用情况内外置。承载层典型的特征在于玻璃纤维或者碳素纤维加强的环氧树脂基质，其具有非常高的负荷承受能力。滑动层大多由特别是没有或者很少磨粒磨损的塑料纤维或者长丝作为加强件、固体润滑材料并同时由环氧树脂基质组成。成分这样调整，使其出现所要求的摩擦特性，这些特性根据对应运行件的材料和特性以及环境条件(湿摩擦或者干摩擦)可以变化。
作为自润滑滑动层的固体润滑材料其中公知使用PTFE(聚四氟乙烯)或者石墨。这些物质或者以颗粒状与塑料基质混合或者在PTFE的情况下以丝的方式与其他塑料丝共同捻成滑动层的塑料长丝。作为长丝塑料此外公知大多使用聚酯。典型地是将两个聚酯丝和一个PTFE丝相互捻成一个长丝。
无论是滑动件的滑动层还是承载层，均通过利用人造树脂浸渍的塑料长丝或利用人造树脂浸渍的玻璃纤维以双层旋转对称体的方式卷绕在一个旋转心轴(卷绕芯)上制造。这样产生的圆形横截面的管在塑料基质硬化后进一步加工成圆柱体的套筒、半圆形的轴瓦和诸如此类的部件。
虽然作为固体润滑材料在纤维加强的塑料滑动层中使用PTFE由于其非常好的滑动摩擦特性证明是有效的，但尚没有取得对所有应用均令人满意的摩擦和机械特性。PTFE即由于碳和氟原子很强的分子间结合造成反应非常迟缓并具有非常小的表面张力。塑料基质与PTFE因此不进行或者仅进行不明显的化学反应。特别是在使用两个聚酯丝和一个PTFE丝的塑料长丝情况下确定，PTFE丝与塑料基质只能达到非常小的附着结合。这一点的后果是，公知的滑动层只能很难或者根本不能进行机械再加工，因为PTFE丝经常从复合纤维中脱落。大多数情况下后果是滑动层脱层、滑动层的摩擦特性和耐磨性变差。
发明内容
本发明的目的因此在于，提供一种以纤维加强塑料作为基础的滑动层或一种具有这种滑动层的滑动件，其易于制造、易于再加工并在良好的滑动特性情况下具有很高的耐磨强度。
该目的通过一种滑动层得以实现，其以具有塑料基质和作为加强件的塑料长丝的纤维加强塑料作为基础，其中，塑料长丝具有里面加入PTFE颗粒的聚酯丝。
本发明还通过一种滑动件得以实现，其具有前述的滑动层。
本发明此外通过塑料长丝在制造滑动件的滑动层中的应用得以实现，该塑料长丝在纤维加强塑料中作为加强件并含有聚酯丝和织入其中的PTFE颗粒。
纤维加强塑料基础上的滑动层依据本发明具有作为加强件的塑料长丝，其含有里面加入，特别是织入PTFE颗粒的聚酯丝。
这一点与公知的加捻纤维相比优点是长丝/纤维的单个成分含量，特别是其PTFE的含量具有更大的可变性。因此在制造塑料长丝时其特性就可以非常精确地改变。出于PTFE颗粒与PTFE丝相反不能连接，也就是通过随机设置和固定在聚酯丝内部的PTFE颗粒的原因，塑料长丝起毛现象更高并在塑料长丝与塑料基质之间达到更好的附着结合。最后PTFE颗粒与塑料长丝的结合首先通过造型连接加强其机械稳定性。
滑动层因此可以进行良好的机械加工，也就是车削加工。在依据本发明的滑动层上使用含有PTFE颗粒的塑料长丝因此特别适用于例如必须通过钻孔、珩磨或者诸如此类的方法再加工到最终尺寸的精密滑动轴承。依据本发明的滑动层或依据本发明的滑动件还开辟了其他应用领域，因为例如润滑槽或者排污槽可以加工到滑动层内，借助于它可以将颗粒或者润滑剂有针对性地排出或者输送。除了更好的可加工性外，通过提高PTFE颗粒的结合还改善了摩擦值，特别是在深度磨损方面。
与在塑料基质中具有PTFE颗粒作为固体润滑材料的公知滑动层相比，依据本发明的滑动层也是具有优点的。作为塑料基质上的固体润滑材料，PTFE还具有降低强度的作用，由此对高负荷下和含水环境中的摩擦特性产生不利影响并与塑料基质上的PTFE通过不同的材料密度大多数情况下不均匀分布相反，颗粒的分布在整个滑动面上看非常均匀，因为颗粒与纤维/长丝固定结合。由于提高了均匀性并提高了机械结合，最终也提高了摩擦特性。这一点既适用于干摩擦也适合于在含水环境中使用。
具有优点的是，塑料长丝中PTFE颗粒的重量百分比在2Gew.-％和40Gew.-％之间和塑料长丝中聚酯丝的重量百分比在60Gew.-％和98Gew.-％之间。  特别优选塑料长丝内PTFE颗粒的重量百分比在30Gew.-％和36Gew.-％之间，而塑料长丝中聚酯丝的重量百分比在64Gew.-％和70Gew.-％之间。
在这种重量关系上，塑料长丝与塑料基质之间的附着足够高，从而取得良好的可加工性。另一方面，PTFE颗粒的比例高得足以取得良好的滑动特性。
在滑动层一种具有优点的实施方式中，加强件具有由塑料长丝产生的织物或者针织物的结构。
依据另一种优选的实施方式，加强件具有通过塑料长丝卷绕在一个卷绕芯上产生的卷绕结构。
在这种情况下，依据本发明所使用的塑料长丝的优点是特别良好的承重。由于其起毛性，它非常适用于以卷绕方法制造滑动层，在这种方法中，首先将长丝导过含有人造树脂的浸渍槽并与此同时由人造树脂足够地完全浸透。该卷绕方法提供的优点是，由此可以产生根据滑动件或滑动层有目的的应用确定的卷绕结构。这样纤维可以尽可能地符合要求，也就是说，力和张力分布相应地在纤维复合材料内定位。
塑料基质优选由人造树脂和特别优选由环氧树脂组成。
为某些用途-作为对织入塑料长丝内的PTFE颗粒的附加-优选为塑料基质添加PTFE颗粒。塑料基质中PTFE颗粒的比例在此方面最高为40Gew-％。
在一种可选择的实施方式中，塑料基质可以含有石墨颗粒。塑料基质中石墨颗粒的重量百分比优选在1Gew-％和40Gew-％之间。
此外，塑料基质既可以添加PTFE颗粒，也可以添加石墨颗粒，其总重量百分比最好不超过40Gew-％。
依据本发明的滑动件具有此前所述的滑动层。优选滑动件此外具有一个由纤维加强塑料组成的承载层。
但在薄壁滑动轴承的情况下，也存在该轴承由(单层)滑动层组成的可能性。虽然机械可负荷性下降，但这种结构在低负荷情况下出于成本和位置原因可以优选。
承载层纤维加强的塑料在一种优选的实施方式中由具有作为加强件的玻璃纤维的塑料基质组成，其中，塑料基质优选由人造树脂，特别优选由环氧树脂组成。
正如适用于滑动层的塑料基质那样，环氧树脂作为塑料基质由于突出的附着特性、机械和动态特性也适用于承载层。环氧树脂此外根据其分子结构具有非常好的耐潮湿性和比较低的膨胀倾向。由于在滑动层和承载层上使用相同的塑料基质，为此提高了滑动层与承载层之间的结合力。
承载层的加强件优选也具有由玻璃纤维产生的织物或者针织物结构，或者在另一种优选的实施方式中具有通过玻璃纤维卷绕在卷绕心轴上产生的卷绕结构。
如果滑动层和承载层以卷绕方法依次放置在卷绕心轴上，那么这样可以提高制造轴承复合材料的效率。
附图说明
下面借助附图的实施例对本发明的其他目的、特征和优点进行说明。其中：
图1示出在依据本发明的滑动层上使用的塑料长丝横截面；
图2示出向心滑动轴承方式的依据本发明滑动件的透视图；
图3a、b示出依据本发明的向心滑动轴承在干摩擦的不同负荷下摩擦系数的两个曲线图；以及
图4a、b示出依据本发明的向心滑动轴承在湿摩擦的不同负荷下摩擦系数的两个曲线图。
具体实施方式
图1以放大剖面图示出依据本发明作为加强件用于滑动层的塑料长丝10。该塑料长丝由沿长丝定向的聚酯丝12组成并包括作为第二组成部分的PTFE颗粒14，该PTFE颗粒在随机设置下织入聚酯丝12内。在制造过程中，存在改变长丝特性的大量可能性。例如，每个长丝10的聚酯丝12的数量根据使用情况可以变化。但在此方面应考虑与所结合的PTFE颗粒14足够的造型连接。
聚酯丝12与PTFE颗粒14之间的重量比例同样可以改变。但特别优选在考虑到附着、摩擦和滑动特性的情况下证明有益的是，塑料长丝内PTFE颗粒14的重量百分比在30Gew-％和36Gew-％之间且聚酯丝12的重量百分比在64Gew-％和70Gew-％之间。
依据图1塑料长丝10的纤度优选具有100dtex和600dtex之间，特别是400dtex和550dtex之间的优选值(1dtex＝1g/1000m)。
通过这种参数达到PTFE颗粒14与聚酯丝12足够牢固结合的目的，这种聚酯丝既有益于耐磨强度，对进行加工也具有足够的强度。因此滑动层在其例如通过铣削槽或者通过钻孔进行再加工的情况下也能保持其良好的摩擦特性。
PTFE颗粒14此外在长丝长度上并因此在加强件的全部纺织、针织或者卷绕的结构上均匀分布。长丝10由于形成大量通道的部分松散连接而可以出色地浸润并因此良好加工。基质伸入通道深处的网状连接有助于提高附着结合。
整体上看塑料长丝10与成品滑动层同样起毛或者纤维状。这种感官上的粗糙度源于随机定向的PTFE颗粒14并由于其非常好的滑动特性与提高的摩擦系数无关。依据本发明的滑动层整体上在不同的使用中即使长时间持续负荷滑动特性仍然良好，正如结合图3和4的曲线图可看到的那样。
应用举例示出滑动件，在这种情况下依据图2为向心滑动轴承套20。该轴承套在其内侧上具有一个滑动层22并在其外侧上具有一个承载层24。滑动层22径向比承载层24更薄地构成。
两个层22、24依次以卷绕方法放置在一个卷绕心轴上，由此形成通过交叉阴影线所示的卷绕结构23或25。此外可以看出，长丝在承载层24卷绕结构25上的距离大于在滑动层22的卷绕结构23上的距离。由此表明，这些结构可单独与不同的要求相配合。卷绕对于旋转对称的滑动件来说是一种特别简单和低成本的制造方法，其中，滑动层22以及承载层24的加强件的卷绕结构23或25均可以按照简单方式与轴承的机械要求相配合。除了所示的简单交叉结构外，长丝不仅可以单独卷绕，而且也可以例如成束分组卷绕，由此可以产生承载层的加强件，其具有分组卷绕在卷绕心轴上的长丝或者纤维束交叉结构。
滑动层在其对着内部的面上具有排污槽26，其在成品卷绕体硬化和轴承套通过拉削、钻孔、车削或者诸如此类的方法分离后在滑动层上加工出来。这一点根据此前所述依据本发明作为加强件所使用的长丝特性可以实现，而对滑动层的摩擦特性没有不利影响。
滑动层22和承载层24上使用不同的加强件，即图1所示承载层24上的塑料长丝或玻璃纤维，而两个层上的塑料基质优选相同，即使用环氧树脂。环氧树脂由于其突出的附着特性、机械特性以及较低的价格而非常适用。但例如也可以选择使用不饱和的聚酯树脂或者乙烯树脂。
对承载层24除了证明可靠的玻璃纤维外，例如还可以考虑碳素纤维作为加强件。长丝也可以首先预加工成织物、针织物或者其他布。
滑动层22的塑料基质在许多应用情况下添加例如像石墨颗粒或者PTFE颗粒这样的固体润滑材料。而承载层24相反一般情况下则具有不添加附加成分的塑料基质。
除了图2所示的向心滑动轴承外，依据本发明的滑动件此外也可以构成线卷轴承、起动盘、浮动轴承或者固定轴承、轴瓦或者滑动板。据此为制造可以使用不同的层压方法。例如在所谓的预浸渍体方法中，织物、针织物或者其他布的预浸渍加强件可以在随后的压制或者压热方法中拼合成成品滑动件。但它们也可以注模方法制造，其中，将预加工的织物垫置入一个模内，该模随后在压力下利用人造树脂填充。预加工的织物、针织物或者其他布也可以卷绕方法继续加工。
图3a、b示出依据本发明的向心滑动轴承套与支承在其中的轴之间在干摩擦试验中测定的摩擦系数状况。在这种情况下，粗糙度Ra＝0.4-0.8的轴以45°角和0.01m/s的圆周速度往复旋转。与此同时产生的径向单位负荷在上部测量曲线的情况下为25MPa(图3a)。在下部测量曲线(图3b)的情况下在其他方面条件相同时产生50MPa的径向单位负荷。
结果表明，在约2000转的短启动阶段后达到最小摩擦系数，该摩擦系数在较高负荷的情况下在60000转的整个检测时间上基本恒定在0.05。在负荷较低的情况下，摩擦系数在达到最小值后首先从约0.06缓慢上升，但在约15000转的持续时间后达到约0.1的饱和。在较低负荷情况下，略有增加的摩擦系数与摩损率一致。该摩损率在25 MPa时处于5.1μm/km(滑动距离)的值。而它在50MPa的较高负荷情况下达到10.7μm/km的值。通过与较小负荷17.5μm相比在较大负荷35μm整体提高磨损，释放出使摩擦值下降的更多的固体润滑材料。因此首先在较高负荷情况下，也可以确定承受压力的滑动轴承面本质上仍然平滑。
图4a和4b示出支承在向心滑动轴承套内的轴在湿摩擦条件下，也就是在水中的摩擦系数的状况。试验条件其他方面与上述相同。在这种情况下也表明，摩擦系数在图4b下部曲线图所示的50MPa较高负荷情况下低于图4a上部曲线图所示的25MPa较低负荷情况。摩擦系数在与25MPa干摩擦相比略微延长的启动阶段后，大致达到相同数值0.1。在50MPa时，测定与干摩擦相比略有增加的中间值0.06。在这里可以确定，与50MPa时的27.2μm/km或70μm相比，25MPa时的较低摩擦率8.1μm/km以及因此在约47000转的整个检测持续时间上摩损降低到21.25μm。首先在较高负荷情况下，也可以确定承受压力的滑动轴承面本质上仍然平滑。
但在两种负荷情况下，没有看到滑动层本质上的分离。摩擦值明显低于公知的塑料滑动件。
附图标记
10    塑料长丝
12    聚酯丝
14    PTFE颗粒
20    向心滑动轴承套
22    滑动层
23    (22的)卷绕结构
24    承载层
25    (24的)卷绕结构
26    排污槽

Claims (20)

1.滑动层(22)，其以具有塑料基质和作为加强件的塑料长丝(10)的纤维加强塑料作为基础，其特征在于，塑料长丝(10)具有里面加入PTFE颗粒(14)的聚酯丝(12)。
2.按权利要求1所述的滑动层(22)，其中，PTFE颗粒(14)织入聚酯丝(12)内。
3.按权利要求1或2所述的滑动层(22)，其中，塑料长丝内PTFE颗粒(14)的比例在2Gew.-％和40Gew.-％之间且聚酯丝(12)的比例在60Gew.-％和98Gew.-％之间。
4.按权利要求3所述的滑动层(22)，其中，塑料长丝内PTFE颗粒(14)的比例在30Gew.-％和36Gew.-％之间且聚酯丝(12)的比例在64Gew.-％和70Gew.-％之间。
5.按权利要求1或2所述的滑动层(22)，其中，加强件具有由塑料长丝产生的织物。
6.按权利要求1或2所述的滑动层(22)，其中，加强件具有通过塑料长丝卷绕在卷绕心轴上产生的卷绕结构(23)。
7.按权利要求1或2所述的滑动层(22)，其中，塑料基质由人造树脂组成。
8.按权利要求7所述的滑动层(22)，其中，塑料基质由环氧树脂组成。
9.按权利要求1或2所述的滑动层(22)，其中，塑料基质包括PTFE颗粒。
10.按权利要求9所述的滑动层(22)，其中，塑料基质中PTFE颗粒的比例最高为40Gew.-％。
11.按权利要求1或2所述的滑动层(22)，其中，塑料基质包括石墨颗粒。
12.按权利要求11所述的滑动层(22)，其中，塑料基质中石墨颗粒的比例在1Gew.-％和40Gew.-％之间。
13.滑动件，具有按权利要求1-12之一所述的滑动层(22)。
14.按权利要求13所述的滑动件(20)，其特征在于纤维加强塑料构成的承载层(24)。
15.按权利要求14所述的滑动件(20)，其中，承载层(24)的纤维加强塑料具有塑料基质和作为加强件的玻璃纤维。
16.按权利要求15所述的滑动件(20)，其中，承载层(24)的加强件具有由玻璃纤维产生的织物的结构。
17.按权利要求15所述的滑动件(20)，其中，承载层(24)的加强件具有通过玻璃纤维卷绕在卷绕心轴上产生的卷绕结构(25)。
18.按权利要求14-17之一所述的滑动件(20)，其中，塑料基质由人造树脂组成。
19.按权利要求18所述的滑动件(20)，其中，塑料基质由环氧树脂组成。
20.塑料长丝(10)在制造滑动件(20)的滑动层(20)中的应用，该塑料长丝在纤维加强塑料中作为加强件并含有聚酯丝(12)和织入其中的PTFE颗粒(14)。
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