CN102597073A - 滑动面材料及具有该滑动面材料的多层滑动部件 - Google Patents

滑动面材料及具有该滑动面材料的多层滑动部件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种滑动面材料及在滑动面中具有该滑动面材料的多层滑动部件，该滑动面材料具有在水中等湿润环境下使用的低溶胀性和相同条件下的优异摩擦磨损特性，提高了在大气中的干燥摩擦条件下，尤其在轴颈振荡条件下的摩擦磨损特性。该滑动面材料(12)是将分散含有四氟乙烯树脂的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂浸渗到由编织织物形成的加强基底中而形成的，该编织织物是通过将至少2根氟树脂纤维的单捻纱和聚酯纤维的单捻纱并列，在与该单捻纱的单捻方向相反的方向上加捻而形成合股纱(ply yarn)，以该合股纱分别作为经纱和纬纱而形成的。多层滑动部件整体形状为平板状或圆筒状，并且至少在滑动面上具有上述滑动面材料。

Description

滑动面材料及具有该滑动面材料的多层滑动部件
技术领域
本发明涉及用于滑动轴承等滑动部件的滑动面材料以及在滑动面中具有该滑动面材料的多层滑动部件。
背景技术
现有技术中，公知的是，以棉布为加强基底(reinrorcing base)，使酚醛树脂、环氧树脂等热固化性合成树脂或者在该热固化性树脂中添加四氟乙烯树脂的树脂组合物浸渗到该加强基底中，获得树脂加工基材，将该树脂加工基材层叠成平板状或圆筒状，从而形成滑动部件(专利文献1)。由于该滑动部件具有优异的耐磨损性和耐负荷性，且刚性也优异，因此用于例如在油压缸等活塞外周面嵌合的磨损环(wearing ring)或水中用滑动轴承等广泛的领域中。尤其，酚醛树脂在水润滑中显示了优异的性能，这与其表面性质有很大关系，水分吸收到作为基材使用的棉布中以及酚醛树脂的OH基与水的亲和性良好被认为是一个原因。
然而，使用棉布与酚醛树脂形成的纤维增强树脂组合物制作的圆筒状的多层滑动部件在湿润的环境或水中使用时，由于溶胀而导致尺寸变化，具有难以与配合轴保持一定间隙(滑动间隙)的问题。该圆筒状的多层滑动部件的溶胀主要起因于作为加强基底的棉布的高吸水性。因此，在水中用途中，作为除棉布以外的加强基底，低吸水性的聚酯纤维和聚丙烯腈纤维等合成纤维布受到关注。而且，这些合成纤维布具有比较价廉、对树脂有补强效果等优点。
具有上述优点的合成纤维在获得对树脂的补强效果的同时，存在与树脂的粘接性下降的问题。
专利文献2中公开了一种纤维增强树脂组合物以及使用该组合物的滑动轴承，该组合物是以聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维或碳纤维等编织织物为加强基底，并浸渗添加了氟系聚合物的酚醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂或醇酸树脂等热固化性合成树脂而获得的。为了改善这些合成纤维与合成树脂的粘接性，添加作为合成树脂的粘接性改良剂的聚酰胺的共缩合产物和聚乙烯醇衍生物。
专利文献3中公开了一种增强塑料板，其是以聚酯纤维编织织物为加强基底，浸渗不饱和聚酯树脂并层叠而获得的。由于聚酯纤维缺乏官能团，因此存在难以直接与不饱和聚酯树脂粘接的问题。因此，在专利文献3中，为了改善聚酯纤维与树脂的粘接性或亲和性，在150℃以下的温度下将聚酯纤维在有机溶剂中与双酚系环氧树脂粘接剂热处理5～120分钟。
非专利文献1中，为了改善复合材料中作为基底的聚酯纤维编织织物与作为基质的树脂的界面粘接性，公开了如下所述的聚酯纤维的表面处理技术：
(1)利用聚酯纤维容易受到水解、胺分解、醇解等的性质，增加羧基、羟基、酰胺基的数目，改善其与RFL(间苯二酚·甲醛·胶乳)的润湿性，或赋予反应性、或提高粘接性的化学处理；
(2)利用电子束、紫外线、低温等离子体的物理处理；
(3)利用异氰酸酯系化合物的表面处理；
(4)利用乙烯脲、乙烯尿烷(ethylene urethane)、苯基尿烷等的表面处理；
(5)利用碱的表面处理。
在上述专利文献2、专利文献3和非专利文献1中公开的合成纤维的表面处理技术中，存在以下问题：
(1)有时操作性很差或毒性问题很明显；
(2)容易受处理用液的温度湿度影响，缺乏稳定性；
(3)由于需要大量处理液，成本增高；
(4)合成纤维自身有时劣化。
因此，还没有建立起来既能获得充分的粘接性改进效果且具有安全性的技术，以作为合成纤维的表面处理方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭39-14852号公报
专利文献2：日本特开平4-225037号公报
专利文献3：日本特公昭43-27504号公报
非专利文献
非专利文献1：材料技术研究协会编集委员会编“复合材料与界面”综合技术出版，1986年5月10日发行，161页～166页
发明内容
本发明要解决的课题
鉴于上述实际情况，本申请人以前提出了一种纤维增强树脂组合物以及使用该纤维增强树脂组合物制作的滑动轴承等多层滑动部件，该纤维增强树脂组合物不需要对作为加强基底的聚酯纤维进行表面处理，且可获得其与酚醛树脂的充分粘接性(日本特开2009-91446号公报)。即，配合了规定量的聚四氟乙烯树脂(polytetrafluoroethyleneresin)的特定的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂(the resol-type phenolicresin)，由于其与聚酯纤维编织织物的亲和性优异，因此能够提供与该聚酯纤维编织织物的粘接性优异的纤维增强树脂组合物，同时，由于摩擦磨损特性优异，刚性高，机械强度优异，且即使在油中或水中等湿润环境中使用，溶胀量也极小，因此，可以提供可应用于干燥摩擦条件、油脂润滑条件以及水润滑条件等广泛用途的多层滑动部件。
然而，上述多层滑动部件即使在油中或水中等湿润环境中使用时溶胀量也极小，另外在同样条件下的摩擦磨损特性也是优异的，但在大气中的干燥摩擦条件下，尤其在轴颈振荡条件下的摩擦磨损特性存在问题，期望提高在该条件下的摩擦磨损特性。
本发明是鉴于上述问题做出的，其目的是提供滑动面材料以及在滑动面中具有该滑动面材料的多层滑动部件，其具有上述滑动部件的优点，即，保留在水中等湿润环境下使用的低溶胀性和在相同条件下的优异的摩擦磨损特性不变的同时，提高了在大气中的干燥摩擦条件下，尤其轴颈振荡条件下的摩擦磨损特性。
用于解决课题的手段
本发明的滑动面材料特征是在于由加强基底和浸渗到该加强基底中的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂构成的，其中，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂分散含有聚四氟乙烯树脂(polytetrafluoroethylene resin)粉末，，该加强基底是由编织织物形成的，该编织织物是通过将至少2根含氟树脂纤维的单捻纱和聚酯纤维的单捻纱并列，在与该单捻纱的单捻方向相反的方向上加捻而形成合股纱(ply yarn)，以该合股纱分别作为经纱和纬纱而形成的。
上述含氟树脂纤维可以使用聚四氟乙烯(以下称为“PTFE”)纤维、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(以下称为“PFA”)纤维、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(以下称为“FEP”)纤维、乙烯-四氟乙烯共聚物(以下称为“ETFE”)纤维等。尤其，在滑动部件的用途中，要求有耐热性时，优选PTFE纤维。
形成上述加强基底的含氟树脂纤维的单捻纱优选为至少400旦尼尔(danier)的单捻纱，另外，聚酯纤维的单捻纱优选是至少30棉纱支数的单捻纱。
上述含氟树脂纤维和聚酯纤维的单捻纱优选是下加捻(lower-twisted)(Z捻)纱，含氟树脂纤维的单捻纱和聚酯纤维的单捻纱的捻数优选为260～300T/m。
将至少2根上述含氟树脂纤维的单捻纱与聚酯纤维的单捻纱并列，在与该单捻纱的单捻方向相反方向加捻(S方向)而形成的合股纱的捻数优选为255～295T/m。
作为将上述合股纱编织而形成的加强基底的编织织物优选是平纹织物，该平纹织物的密度优选为经纱(垂直方向的纱)36～44根/英寸，纬纱(水平方向的纱)36～44根/英寸。
上述本发明的滑动面材料优选由35～50质量％甲阶酚醛树脂型酚醛树脂、10～30质量％PTFE粉末和35～50质量％加强基底形成(其中，上述三种成分的合计为100质量％)。
本发明的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂优选是以胺类作为催化剂，由含有50～100摩尔％双酚A的酚类化合物和甲醛化合物合成的，通过凝胶渗透色谱法测定的数均分子量Mn为500～1000且作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分散度Mw/Mn为2.5～15的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂。
分散于上述甲阶酚醛树脂型酚醛树脂中的PTFE粉末优选使用分子量为数百万～数千万的高分子量PTFE或分子量为数千～数十万的低分子量PTFE的任何一种。
本发明的多层滑动部件的总体形状为平板状，且至少在例如纤维增强合成树脂制的方形背板的滑动面中具有上述滑动面材料，或者，总体形状为圆筒状，且至少在例如纤维增强合成树脂制的圆筒状背板的滑动面中具有上述滑动面材料。
发明效果
根据本发明，将至少2根含氟树脂纤维和聚酯纤维的单捻纱并列，在与该单捻纱的单捻方向相反的方向加捻，形成合股纱，以该合股纱分别作为经纱和纬纱而形成编织织物，以该编织织物构成的加强基底至少在构成滑动面的一个表面上，含氟树脂纤维与聚酯纤维以基本均等的面积比例露出，因此，可以提供与该加强基底中浸渗的PTFE粉末的低摩擦性互起作用，从而提高摩擦磨损特性的滑动面材料。
另外，以上述合股纱为经纱和纬纱编织的编织织布作为加强基底，能够以织布厚度厚于例如由使用单捻纱编织的平纹织物厚度的方式形成，因此，可以机械加工滑动面整体包括滑动面材料的多层滑动部件，从而能够提高该多层滑动部件的尺寸精度，所述滑动面材料是浸渗含有PTFE粉末的特定甲阶酚醛树脂型酚醛树脂而形成的。
适合在本发明中使用的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂以胺类为催化剂由含有50～100摩尔％双酚A的酚类化合物与甲醛类合成，是通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定的数均分子量Mn为500～1000，且作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分散度Mw/Mn为2.5～15的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂，该酚醛树脂与疏水性的聚酯纤维的亲和性优异，因此，该酚醛树脂可以充分浸渗到由上述平纹织物中，并与之牢固粘接。因此，不需要进行以往所必需的对包括聚酯纤维的编织织物的表面处理。
附图说明
图1所示为滑动面材料用预浸材料的制造装置的说明图。
图2所示为滑动面材料用预浸材料的立体图。
图3为形成层叠体(背板)的树脂加工材料(预浸材料)的立体图。
图4所示为使用图2所示的预浸材料和图3所示的预浸材料的平板状多层滑动部件的制造方法的一个例子的示意图。
图5所示为平板状的多层滑动部件的立体图。
图6所示为使用图2所示的预浸材料的圆筒状多层滑动部件的制造方法的一个例子的示意图。
图7为圆筒状的多层滑动部件的立体图。
图8所示为推力轴承(thrust bearing)试验方法的立体图。
图9所示为轴颈振荡试验方法的立体图。
图10为用于说明合股纱的制造方法的一个例子的示意图。
附图标记的说明
2   加强基底
12  滑动面材料用的预浸材料
13  平板状的多层滑动部件
14  背板
17  背板用的预浸材料
21  滑动层
27  圆筒状的多层滑动部件
具体实施方式
以下详细说明使用本发明的滑动面材料和使用该滑动面材料的多层滑动部件。
本发明的滑动面材料是将分散含有PTFE粉末的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂浸渗到由编织织物形成的加强基底中而形成的，该编织织物是通过将至少2根含氟树脂纤维的单捻纱和聚酯纤维的单捻纱并列，在与该单捻纱的单捻方向相反的方向上加捻而形成合股纱(plyyarn)，以该合股纱分别作为经纱和纬纱而形成的。
在本发明，作为含氟树脂纤维，可以使用PTFE纤维、PFA纤维、FEP纤维、ETFE纤维等。其中，PTFE纤维具有耐热性(熔点327℃)，在多层滑动部件的用途中要求有耐热性时，其是特别优选的。这些含氟树脂纤维可以使用纺纱(spun yarn)或长丝纱(filament yarn)的任何一种，优选是纺纱。
含氟树脂纤维的单捻纱是至少400旦尼尔的长丝纱或纺纱，优选是以260～300T/m将纺纱下加捻(Z捻)而形成的。
一般，作为聚酯纤维，优选是将二羧酸成分与二醇成分缩聚而获得的聚酯纤维。作为聚酯的羧酸成分，可列举出对苯二甲酸、间苯二甲酸、萘-2，6-二羧酸等，作为聚酯的二醇成分，可列举出乙二醇、对苯二酚、双酚A、联苯等。另外，作为兼有两种成分的物质，可列举出p-羟基苯甲酸、2-羟基-6-萘甲酸等。聚酯纤维的单捻纱是至少30棉纱支数(换算为旦尼尔，大约177旦尼尔)的长丝纱或纺纱，优选是以260～300T/m将纺纱下加捻(Z捻)而形成的。
在本发明中，合股纱是将1根由上述含氟树脂纤维的纺纱或长丝纱形成的单捻纱和1根由聚酯纤维的纺纱或长丝纱形成的单捻纱并列，在与该单捻纱的单捻方向相反方向加捻(S捻)而形成的。
图10是用于说明合股纱的制造方法的一个例子的图。在图10中，对A纤维的单纱80加捻，制作A纤维的单捻纱100。与此独立地，对B纤维的单纱120加捻，制作B纤维的单捻纱140。将这些A纤维的单捻纱100与B纤维的单捻纱140并列，在与这些单捻纱100、140的加捻相反的方向上加捻，从而可以制造合股纱160。
通过以上述合股纱分别作为经纱(纵向纱)和纬纱(横向纱)来编织，可形成作为加强基底的编织织物。作为加强基底，适宜使用纵向(经纱)36～44根/英寸、横向(纬纱)36～44根/英寸的密度编织的平纹织物。在作为该加强基底的平纹织物中，在至少构成滑动面的一个表面上，含氟树脂纤维与聚酯纤维以几乎均等的面积比例露出，因此，与该编织织物中浸渗的PTFE粉末的低摩擦性互起作用，可以形成摩擦磨损特性提高的滑动面材料。另外，即使在机械加工时，由于构成滑动面的表面上，含氟树脂纤维与聚酯纤维以几乎均等的面积比例露出，从而可以长期维持加强基底的摩擦磨损特性。另外，作为以上述合股纱分别作为经纱和纬纱编织的加强基底的编织织物，可以形成厚的编织织物厚度。这可以机械加工在滑动面中一体化具有在该加强基底中浸渗分散含有PTFE的特定甲阶酚醛树脂型酚醛树脂而形成的滑动面材料的多层滑动部件的滑动面，因此产生了能够提高该多层滑动部件的尺寸精度的效果。
而且，由本发明的滑动面材料中含有的编织织物构成的加强基底的量适宜为35～50质量％。加强基底的量低于35质量％时，没有发挥充分的摩擦磨损特性，另外，超过50质量％时，下述甲阶酚醛树脂型酚醛树脂的量减少，有显著妨碍成型性的可能。
在本发明中，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂是以胺类为催化剂由含有50～100摩尔％双酚A的酚类物质与甲醛化合物合成的。而且，该甲阶酚醛树脂型酚醛树脂通过GPC测定的数均分子量Mn为500～1000，且作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分散度Mw/Mn优选为2.5～15。
如上所述，本发明中使用的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂在酚类化合物当中的双酚A(C15H16O2)的比例优选为50～100摩尔％。这是双酚A的摩尔数相对于合成开始时投入的全部酚类化合物的合计摩尔数的比率。
优选的是，合成后的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂通过GPC测定的数均分子量Mn为500～1000，且分子量分布的分散度Mw/Mn为2.5～15。该甲阶酚醛树脂型酚醛树脂与含有聚酯纤维的编织织物的亲和性显著增高。因此，不对聚酯纤维实施表面处理，也能获得与聚酯纤维的粘接性良好的滑动面材料。
在上述甲阶酚醛树脂型酚醛树脂中，双酚A低于50摩尔％时，不能获得其与聚酯纤维的充分亲和性，且不能获得其与含有聚酯纤维的编织织物的充分粘接性。另外，优选的是，通过GPC测定的数均分子量Mn为500～1000，且分散度Mw/Mn为2.5～15。数均分子量Mn低于500时，即使其与聚酯纤维的亲和性良好，也会导致机械强度降低，另外，数均分子量Mn超过1000时，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂的粘度过高，难以浸渗到含有聚酯纤维的编织织物中。此外，分散度Mw/Mn小于2.5时，不能获得其与聚酯纤维的充分粘接力，另外，分散度Mw/Mn超过15时，与数均分子量Mn超过1000时类似，难以浸渗到含有聚酯纤维的编织织物中。
因此，浸渗到含有聚酯纤维的编织织物中的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂中，通过将酚类化合物中的双酚A的摩尔比率、GPC测定的数均分子量Mn和分散度Mw/Mn设定为上述范围，可以确保甲阶酚醛树脂型酚醛树脂在含有聚酯纤维的编织织物中的浸渗性和粘接性，同时可确保滑动面材料的机械强度。
另外，酚类化合物中的双酚A低于100摩尔％时，含有除双酚A以外的酚类化合物。作为除双酚A以外的酚类化合物，可列举出苯酚、甲酚、乙基苯酚、氨基苯酚、间苯二酚、二甲酚、丁基苯酚、三甲基苯酚、儿茶酚、苯基苯酚等，其中，苯酚因其特性而优选使用。这些除双酚A以外的酚类化合物各自可以单独使用，另外，也可以作为两种以上的混合物使用。
作为甲醛类，可列举出甲醛水溶液(formalin)、仲甲醛、水杨醛、苯甲醛、p-羟基苯甲醛等。尤其，从合成的容易性考虑，优选使用甲醛水溶液或仲甲醛。这些甲醛化合物可以分别单独使用，另外可以作为两种以上的混合物使用。
作为用作催化剂的胺类，可列举出三乙胺、三乙醇胺、苄基二甲基胺、氨水等，其中，三乙胺和氨水因容易合成而优选使用。
本发明的滑动面材料能够含有的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂的含量适宜为35～50质量％。甲阶酚醛树脂型酚醛树脂的含量低于35质量％时，对滑动面材料的成型性(制造)造成障碍，另外，超过50质量％时，使滑动面材料的机械强度降低。
作为在上述甲阶酚醛树脂型酚醛树脂中配合的PTFE粉末，可以使用成型用的模塑粉(molding powder)(以下简称为“高分子量PTFE”)、通过放射线照射等使分子量低于高分子量PTFE的PTFE(以下简称为“低分子量PTFE”)的任何一种。低分子量PTFE主要作为添加材料使用，容易粉碎，分散性良好。
作为高分子量PTFE的具体例子，可列举出Du Pont-MitsuiFluorochemicals Co.，Ltd.制造的“Teflon(注册商标)7-J”、“Teflon(注册商标)7A-J”、“Teflon(注册商标)70-J”等，DAIKIN INDUSTRIES，Ltd.制造的“Polyflon M-12(商品名)”等，旭硝子公司制造的“FluonG163(商品名)”、“Fluon G190(商品名)”等。
另外，作为低分子量PTFE的具体例子，可列举出Du Pont-MitsuiFluorochemicals Co.，Ltd.制造的“TLP-10F(商品名)”等，DAIKININDUSTRIES，Ltd.制造的“RUBURON L-5(商品名)”等，旭硝子公司制造的“Fluon L150J(商品名)”、“Fluon L169J(商品名)”等，喜多村公司制造的“KTL-8N(商品名)”、“KTL-2N(商品名)”等。
在本发明中，高分子量PTFE和低分子量PTFE均可使用，在与甲阶酚醛树脂型酚醛树脂混合时，低分子量PTFE的粉末均一分散、不容易生成空隙因而是优选的。另外，从均一分散、防止空隙生成的观点考虑，PTFE粉末的平均粒径优选为1～50μm，更优选为1～30μm。
而且，滑动面材料中含有的PTFE的量适宜为10～30质量％。PTFE的量低于10质量％时，不能获得摩擦磨损特性的改进效果，另外，如果超过30重量％，在成型时，树脂粘度增大，有可能生成空隙，而且，有可能的是，使上述甲阶酚醛树脂型酚醛树脂的粘接性降低，导致作为滑动面材料或多层滑动部件的强度降低，或者引起层间剥离。
从以上说明可以看出，本发明的滑动面材料是由35～50质量％加强基底、10～30质量％PTFE和35～50质量％甲阶酚醛树脂型酚醛树脂构成的，其中加强基底是由合股纱分别作为经纱(warp)和纬纱(weft)形成的编织织物构成的，该合股纱由含氟树脂纤维的单捻纱与聚酯纤维的单捻纱形成，获得了成型性、机械强度和摩擦磨损特性均良好的滑动面材料。
接着，参照示出了优选实施例的图来说明上述滑动面材料和使用该滑动面材料的多层滑动部件。
<滑动面材料>
图1所示为滑动面材料的预浸材料(树脂加工基材)的制造方法的一个例子的示意图。在图1所示的制造装置中，在开卷机(uncoiler)1上卷绕的由编织织物形成的加强基底2(该编织织物是以含氟树脂纤维的单捻纱与聚酯纤维的单捻纱构成的合股纱分别作为经纱(warp)和纬纱(weft)形成的)，通过输送辊3，输送到贮存有PTFE粉末和甲阶酚醛树脂型酚醛树脂清漆的混合液4的容器5中，经由设置在容器5内的导向辊6和7，使其在容器5内贮存的混合液4内通过，从而将该混合液4涂布于该加强基底2的表面上。接着，涂布有混合液4的加强基底2通过输送辊8输送到压缩辊9和10，通过该压缩辊9和10，使加强基底2的表面上涂布的混合液4浸渗到纤维组织间隙中。而且，浸渗涂布该混合液4的加强基底2在干燥炉11内蒸发溶剂的同时，进行该甲阶酚醛树脂型酚醛树脂清漆的反应，由此，制作可成型的滑动面材料的预浸材料(树脂加工基材)12。图2所示为切断为方形的滑动面材料用的预浸材料12的立体图。
甲阶酚醛树脂型酚醛树脂溶解在挥发性溶剂中而制备的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂4的固体分相对于全体树脂清漆为约30～65质量％，树脂清漆的粘度优选为约800～5000cP，特别优选为1000～4000cP。
<平板状的多层滑动部件>
根据图3～图5来说明使用上述滑动面材料预浸材料12的多层滑动部件13。多层滑动部件13的背板14可通过与在上述滑动面材料的预浸材料12的制造方法中使用的图1所示的制造装置同样的制造装置，通过同样的制造方法来制作。即，在开卷机1上卷绕的由有机纤维或无机纤维形成的编织织物15通过输送辊3输送到贮存甲阶酚醛树脂型酚醛树脂清漆16的容器5中，通过容器5内设置的导向辊6和7，使其在容器5内贮存的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂清漆内通过，从而将该树脂清漆涂布于该编织织物15的表面上。接着，涂布有树脂清漆的编织织物15通过输送辊8输送到压缩辊9和10，通过该压缩辊9和10，浸渗涂布了该树脂清漆的编织织物15在干燥炉11内蒸发溶剂的同时，进行该树脂清漆的反应，由此，制作可成型的背板14的预浸材料17。图3所示为切断为方形的多个背板用预浸材料17的立体图。
作为背板14中使用的增强纤维编织织物，玻璃纤维编织织物、碳纤维编织织物等无机纤维编织织物或芳族聚酰胺(aramid)树脂纤维编织织物(共聚对亚苯基-3，4’-氧基二亚苯基-对苯二甲酰胺(copolyparaphenylene-3，4’-oxydiphenylene terephthalamide)树脂纤维编织织物)等有机纤维编织织物各自可以根据多层滑动部件的用途例如干燥摩擦条件、水中摩擦条件、边界摩擦条件等来适当选择使用。
如上述图3所示，只需要准备获得所需最终厚度的件数的切断为获得所需平板面积的方形的背板14用的预浸材料17。另外，上述滑动面材料用的预浸材料12也准备至少1件切断为与背板14用的预浸材料17同样的方形的材料。接着，如图4所示，在加热加压装置的模具18的方形凹处19内，将预定件数的背板用的预浸材料17叠合、层叠之后，在其上面载置滑动面材料用的预浸材料12，将它们在模具18内加热至140～160℃的温度，在4.9～7MPa的压力下通过压头(ram)20在层叠方向上加压成型，获得方形的多层成型物。将层叠的滑动面材料用的预浸材料12与背板用的预浸材料17相互接合，形成融合的状态。对于所得多层成型物，如图5所示，实施机械加工，制作平板状的多层滑动部件13。这样制作的平板状的多层滑动部件13具有由无机纤维编织织物或有机纤维编织织物的层叠体形成的背板14和在该背板14的一个表面上一体化接合的由滑动面材料用的预浸材料12形成的滑动层21。在该多层滑动部件13中，在背板14上一体化接合的由滑动面材料用的预浸材料12构形成的滑动层21具有优异的摩擦磨损特性，同时耐负荷性提高。此外，即使在油中或水中等湿润环境下使用，溶胀量也是极小的，因此，可应用于干燥摩擦条件、边界摩擦条件以及水润滑条件等广泛用途。
<圆筒状的多层滑动部件>
图6和图7所示为上述滑动面材料在滑动面(内周面)上一体化接合的圆筒状多层滑动部件的制造方法的一个例子的示意图。圆筒状的多层滑动部件可以通过使用轧制成型装置的轧制成型来制作。该成型方法如下所述：图6所示的轧制成型装置通常以使得2个加热辊22与一个加压辊23分别位于三角形的顶点的方式配置，在其中心放置型芯(模芯)24，将上述预浸材料12和17卷取到该型芯24上，使该型芯24按一定方向驱动旋转的同时来成型，通过上述三根辊22、22和23加热、加压的同时，获得圆筒状的多层滑动部件。
在图6所示的轧制成型装置中，在预先加热至120～200℃的温度的型芯24的外周面上，将切断为规定宽度的上述滑动面材料用的预浸材料12卷绕至少1周之后，经由加热至120～200℃的温度的加热辊22将上述背板用的预浸材料17由卷绕辊25供给该外周面，施加2～6MPa的压力，用加压辊23卷绕至所需的最终厚度(直径)，轧制成型。将这样成型的圆筒状的多层成型体26保持在型芯24上的状态下，用调整至120～180℃的环境温度的加热炉使之加热固化之后，冷却，拔掉型芯24，成型圆筒状的多层成型体26。接着，对这样制作的圆筒状的多层成型体26进行机械加工，如图7所示，形成具有所需尺寸的圆筒状的多层滑动部件27。在这样形成的圆筒状的多层滑动部件27中，具有由与圆筒状的背板28的内表面一体化接合的滑动面材料用的预浸材料12构成的滑动层29。滑动层29的内周面起着滑动面的作用。圆筒状的多层滑动部件27具有优异的摩擦磨损特性，同时耐负荷性增高，此外，即使在油中或水中等湿润环境中使用，溶胀量也是极小的，因此，可以应用于干燥摩擦条件、边界摩擦条件以及水润滑条件等广泛的用途。
实施例
以下通过各实施例来详细说明本发明，应理解只要不超出本发明的精神的情况下，本发明不受以下实施例的限制。
<平板状的多层滑动部件>
实施例1～3
(滑动面材料用的加强基底)
准备使用PTFE纤维作为含氟树脂纤维，以280T/m的条件下对400旦尼尔的纺纱施加下加捻(Z捻)而形成的单捻纱，以及以280T/m的条件下对30棉纱支数的聚酯纤维的纺纱下加捻(Z捻)而形成的单捻纱。将各自1根的这些单捻纱并列，这二根单捻纱在与该单捻纱的加捻方向(Z方向相反一侧(S方向)以275T/m加捻(S捻)，形成合股纱。以该合股纱分别作为经纱(warp)和纬纱(weft)，制作以纬纱的每英寸纬密为40根/英寸、经纱的每英寸经密为40根/英寸的密度平织的平纹织物，以该平纹织物作为滑动面材料用的加强基底。
(甲阶酚醛树脂型酚醛树脂)
在设有搅拌机、温度计和冷却管的可分式烧瓶中，投入300g双酚A和192g 37％甲醛水溶液，边搅拌边投入9g 25％氨水溶液，之后在常压下升温，达到90℃的温度之后，缩合反应2.5小时。此后，在0.015MPa的减压下升温到80℃的温度，除去水分。添加64g甲醇，在常压下升温至85℃的温度，缩合反应4小时，浓缩，用甲醇稀释，使得树脂固体分为60质量％，制作甲阶酚醛树脂型酚醛树脂(固体分60质量％的清漆)。在实施例1～3中，所使用的酚类化合物中的双酚A的摩尔比率为100摩尔％。所得甲阶酚醛树脂型酚醛树脂通过GPC测定的数均分子量Mn为900，分子量分布的分散度Mw/Mn为5.6。
使用低分子量PTFE(喜多村公司制KTL-2N(商品名))作为PTFE，各实施例中在上述甲阶酚醛树脂型酚醛树脂清漆中配合规定量的该低分子量PTFE粉末，使之分散含有，准备该树脂清漆与低分子量PTFE粉末的混合液。
而且，使用图1所示的制造装置，通过输送辊3，将在拆卷机1上卷绕的由平纹织物形成的加强基底2输送到贮存有上述混合液4的容器5中，通过容器5内设置的导向辊6和7，使之在容器5内贮存的混合液4内通过，从而在加强基底2的表面上涂布混合液4。接着，通过输送辊8，将涂布有混合液4的加强基底2输送到压缩辊9和10，通过压缩辊9和10，将加强基底2的表面上涂布的混合液4浸渗到纤维组织间隙中。而且，将涂布浸渗有混合液4的加强基底2输送到干燥炉11，将溶剂蒸发的同时，进行该混合液4的反应，由此制备具有下列组成成分的滑动面材料用的预浸材料(树脂基底)：
分别制作由以下材料形成的滑动面材料用的预浸材料：
(实施例1)加强基底(平纹织物)43.5质量％，PTFE13质量％，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂43.5质量％
(实施例2)加强基底(同上)40质量％，PTFE20质量％，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂40质量％
(实施例3)加强基底(同上)37质量％，PTFE26质量％，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂37质量％。
(背板)
作为补强纤维编织织物，使用玻璃纤维平纹织物，该玻璃纤维平纹织物是使用由单纤维(单根长丝)直径为5μm、集束根数100根构成的玻璃纤维单纱，以纬纱(weft)的每英寸纬密为65根/英寸、经纱(warp)的每英寸经密为65根/英寸的密度平织而获得的。作为热固化性合成树脂，使用与上述同样的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂(固体分60质量％的清漆)。通过输送辊3，将在图1所示的制造装置的拆卷机1上卷绕的玻璃纤维平纹织物15输送到贮存有甲阶酚醛树脂型酚醛树脂清漆的容器5中，通过容器5内设置的导向辊6和7，使之在容器5内贮存的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂清漆16内通过，从而将该树脂清漆涂布于该平纹织物15的表面上。接着，通过输送辊8，将涂布有树脂清漆的编织织物15输送到压缩辊9和10，通过该压缩辊9和10，将浸渗涂布该树脂清漆的平纹织物15输送到干燥炉11内，在该干燥炉11内，将溶剂蒸发的同时，进行该树脂清漆的反应，制作由40质量％玻璃纤维平纹织物、60质量％甲阶酚醛树脂型酚醛树脂构成的可成型的背板用预浸材料17。
(多层滑动部件)
将上述背板用的预浸材料切断为边长为31mm的方形，在上述图4所示的加热加压装置的模具18的方形凹处19内重叠、层压10件所得方形的背板用的预浸材料。另一方面，将上述实施例1到实施例3的滑动面材料用的预浸材料分别切断为边长为31mm的方形，在模具的凹处19内层叠的背板用的预浸材料上重叠、层压3件所得方形的滑动面材料用的预浸材料，之后，在模具18内在层叠方向上在160℃的温度下加热10分钟，用7MPa的压力加压成型，获得方形的多层成型体，对其实施机械加工，制作边长30mm、厚度5mm的由背板14和在背板14的表面上一体化接合的滑动面材料的滑动层21构成的多层滑动部件13。
实施例4～6
(滑动面材料用的加强基底)
准备含氟树脂纤维和聚酯纤维的单捻纱：作为含氟树脂纤维，使用FEP纤维(实施例4)、PFA纤维(实施例5)和ETFE纤维(实施例6)，分别以300T/m将400旦尼尔的纺纱下加捻(Z捻)，形成单捻纱；以300T/m将30棉纱支数的聚酯纤维的纺纱下加捻(Z捻)，形成单捻纱。将各自1根的这些单捻纱并列，并将这二根单捻纱在该单捻纱的单捻方向(Z方向)相反一侧上(S方向)以295T/m加捻(S捻)，形成合股纱。以该合股纱分别作为经纱(warp)和纬纱(weft)，以纬纱的每英寸纬密为40根/英寸、经纱的每英寸经密为40根/英寸的密度平织，制作平纹织物，以该平纹织物作为滑动面材料用的加强基底2。
(甲阶酚醛树脂型酚醛树脂)
在与上述实施例同样的可分式烧瓶中，投入160g双酚A和79g37％甲醛水溶液，边搅拌边投入1.3g三乙胺，之后在常压下升温，在100℃的回流条件下缩合反应1小时。此后，一旦冷却，投入32g苯酚、30g 37％甲醛水溶液和0.3g三乙胺。接着，在常压下升温，在100℃的回流条件下进行2小时缩合反应，之后，在0.015MPa的减压下升温至80℃的温度下脱水。接着，添加24g甲醇，在常压下升温至90℃的温度，缩合反应4小时，浓缩，将其用甲醇稀释，使得将树脂固体含量调整为60质量％，制作甲阶酚醛树脂型酚醛树脂(固体含量60质量％的清漆)。在实施例4～6中，所使用的酚类化合物中的双酚A的摩尔比率为67.4摩尔％。所得甲阶酚醛树脂型酚醛树脂通过GPC测定的数均分子量为720，分子量分布的分散度Mw/Mn为14.3。
使用低分子量PTFE(与上述实施例相同)作为PTFE，将各实施例的规定量的该低分子量PTFE混合并分散入上述甲阶酚醛树脂型酚醛树脂清漆中，从而准备该树脂清漆与低分子量PTFE粉末的混合液。
与上述实施例类似地，使用图1所示的制造装置，通过输送辊3，将在拆卷机1上卷绕的由平纹织物形成的加强基底2输送到贮存有上述混合液4的容器5中，通过容器5内设置的导向辊6和7，使之在容器5内贮存的混合液4内通过，从而在加强基底2的表面上涂布混合液4。接着，通过输送辊8，将涂布有混合液4的加强基底2输送到压缩辊9和10，通过压缩辊9和10，使加强基底2的表面上涂布的混合液4浸渗到纤维组织间隙中。而且，将涂布浸渗有混合液4的加强基底2输送到干燥炉11，将溶剂蒸发的同时，进行该混合液4的反应，因此制备具有下列组成成分的滑动面材料用的预浸材料(树脂基底)：
分别制作由以下材料形成的滑动面材料用的预浸材料：
(实施例4)加强基底(平纹织物)43.5质量％，PTFE13质量％，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂43.5质量％
(实施例5)加强基底(同上)40质量％，PTFE20质量％，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂40质量％
(实施例6)加强基底(同上)37质量％，PTFE26质量％，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂37质量％。
(背板)
背板使用由40质量％与上述实施例相同的玻璃纤维平纹织物和60质量％甲阶酚醛树脂型酚醛树脂构成的可成型的背板用的预浸材料。
(多层滑动部件)
与上述实施例类似地，制作边长30mm、厚度5mm的由背板和在背板的表面上一体化接合的滑动面材料的滑动层构成的多层滑动部件。
(圆筒状的多层滑动部件)
实施例7～9
在图6所示的轧制成型装置中，预先加热至150℃的温度，在外径60mm的型芯24的外周面上，将切断为宽度51mm的与上述实施例1到实施例3同样的滑动面材料用的预浸材料12卷绕3周，之后，经由加热至150℃的温度的加热辊22，将与上述实施例同样的背板用的预浸材料17由卷绕辊25供给该外周面，施加5MPa的压力，用加压辊23卷绕15周，进行轧制成型。将这样成型的圆筒状的多层成型体26保持在型芯24上的状态下，用调整至150℃的环境温度的加热炉使之加热固化之后，冷却，拔掉型芯24，制作圆筒状的多层成型体26。对该圆筒状的多层成型体26实施机械加工，制作具有内径60mm、外径75mm、长度50mm的尺寸的如图7所示的圆筒状的多层滑动部件27。使用与实施例1同样的滑动面材料的圆筒状的多层滑动部件27为实施例7，使用与实施例2同样的滑动面材料的圆筒状的多层滑动部件27为实施例8，使用与实施例3同样的滑动面材料的圆筒状的多层滑动部件27为实施例9。
(圆筒状的多层滑动部件)
实施例10～12
在图6所示的轧制成型装置中，在预先加热至150℃的温度、外径60mm的型芯24的外周面上，将切断为宽度51mm的与上述实施例4到实施例6同样的滑动面材料用的预浸材料12卷绕3周，之后，经由加热至150℃的温度的加热辊21，将与上述实施例同样的背板用的预浸材料17由卷绕辊25供给该外周面，施加5MPa的压力，用加压辊23卷绕15周，进行轧制成型。将这样成型的圆筒状的多层成型体26保持在型芯24上的状态下，用调整至150℃的环境温度的加热炉使之加热固化之后，冷却，拔掉型芯24，制作圆筒状的多层成型体26。对该圆筒状的多层成型体26实施机械加工，制作具有内径60mm、外径75mm、长度50mm的尺寸的如图7所示的圆筒状的多层滑动部件27。使用与实施例4同样的滑动面材料的圆筒状的多层滑动部件27为实施例10，使用与实施例5同样的滑动面材料的圆筒状的多层滑动部件27为实施例11，使用与实施例6同样的滑动面材料的圆筒状的多层滑动部件27为实施例12。
<平板状的多层滑动部件>
比较例1～3
作为滑动面材料用的加强基底，使用平纹织物，该平纹织物是使用20棉纱支数的聚酯纤维的纺纱分别作为经纱(warp)和纬纱(weft)，以经纱的每英寸经密为43根/英寸、纬纱的每英寸纬密为42根/英寸的密度纺织的平纹织物。使用含有与上述实施例1到3同样的含PTFE的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂，分别制作由下述材料构成的滑动面材料用的预浸材料：
(比较例1)加强基底(平纹织物)43.5质量％，PTFE13质量％，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂43.5质量％
(比较例2)加强基底(同上)40质量％，PTFE20质量％，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂40质量％
(比较例3)加强基底(同上)37质量％，PTFE26质量％，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂37质量％。
作为背板用的预浸材料，使用由40质量％与上述实施例1到实施例3同样的玻璃纤维平纹织物、60质量％甲阶酚醛树脂型酚醛树脂构成的可成型的背板用的预浸材料16。将上述背板用的预浸材料17切断为边长为31mm的方形，在上述图4所示的加热加压装置的模具18的方形凹处19内重叠、层压10件所得方形的背板用的预浸材料。另一方面，将上述比较例1的滑动面材料用的预浸材料12分别切断为边长为31mm的方形，在模具的凹处19内层叠的背板用的预浸材料17上重叠、层压3件所得方形的滑动面材料用的预浸材料，之后，在模具18内在层叠方向上在160℃的温度下加热10分钟，用7MPa的压力加压成型，获得方形的多层成型体，对其实施机械加工，制作边长30mm、厚度5mm的由背板14和在背板14的表面上一体化接合的滑动面材料的滑动层21构成的多层滑动部件13。
<圆筒状的多层滑动部件>
比较例4～6
在图6所示的轧制成型装置中，在预先加热至150℃的温度、外径60mm的型芯24的外周面上，将切断为宽度51mm的与上述比较例1到比较例3同样的滑动面材料用的预浸材料12卷绕3周，之后，经由加热至150℃的温度的加热辊22，将与上述实施例1到实施例3同样的背板用的预浸材料176由卷绕辊25供给该外周面，施加5MPa的压力，用加压辊23卷绕15周，进行轧制成型。将这样成型的圆筒状的多层成型体26保持在型芯24上的状态下，用调整至150℃的环境温度的加热炉使之加热固化之后，冷却，拔掉型芯24，制作圆筒状的多层成型体26。对该圆筒状的多层成型体26实施机械加工，制作具有内径60mm、外径75mm、长度50mm的尺寸的如图7所示的圆筒状的多层滑动部件27。使用与比较例1同样的滑动面材料的圆筒状的多层滑动部件27为比较例4，使用与比较例2同样的滑动面材料的圆筒状的多层滑动部件27为比较例5，使用与比较例3同样的滑动面材料的圆筒状的多层滑动部件27为比较例6。
接着，关于上述实施例和比较例的多层滑动部件，说明摩擦磨损特性和水中溶胀量(％)的试验结果。
实施例1～6和比较例1～3的平板状多层滑动部件的摩擦磨损特性
(1)推力试验(Thrust Bearing Test)
测定表1中记载的试验条件下的摩擦系数和磨损量。关于磨损量，用试验时间30小时结束之后的尺寸变化量表示。
[表1]
Figure BPA00001530430300211
实施例7～12和比较例4～6的圆筒状多层滑动部件的摩擦磨损特性
(1)轴颈振荡试验
在表2和表3所记载的试验条件下，测定摩擦系数和磨损量。磨损量用试验时间100小时结束后的尺寸变化量表示。
[表2]
Figure BPA00001530430300221
[表3]
  表面压力  29.4N/mm2(300kgf/cm2)
  滑动速度  0.012m/s(1.13m/min)
  振荡速度  12cpm
  振荡角度  90°(±45°)
  环境气氛  大气中
  润滑  无润滑
  试验方法  与上述表2所示的试验方法相同
<溶胀量的试验方法>
在水温20℃的水中浸渍120天，此后取出，测定尺寸变化率。
<试验结果>
上述摩擦磨损试验和溶胀量的试验结果示于表4～表6中。在表4～6中，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂的数均分子量Mn和分散度Mw/Mn通过GPC测定，数值由聚苯乙烯标准物质的校正曲线算出。测量装置等如下所述。
GPC装置：TOSOH CORPORATION制HLC-8120
柱：使用1根TOSOH CORPORATION制TSKgel G3000HXL[尺寸排阻极限分子量(聚苯乙烯基)1×103]和与之连接的2根TSKgelG2000HXL[尺寸排阻极限分子量(聚苯乙烯基)1×104]
检测器：TOSOH CORPORATION制UV-8020
[表4]
Figure BPA00001530430300231
[表5]
Figure BPA00001530430300241
[表6]
Figure BPA00001530430300242
[表7]
表4～表7中的双酚A的摩尔比率为：摩尔比率＝(投入时的双酚A的摩尔数/投入时的酚类化合物的合计摩尔数)×100(摩尔％)。
比较上述试验结果，尤其表6和表7中的轴颈振荡条件下的摩擦磨损特性时，可以看出，实施例7～实施例12的多层滑动部件与比较例4～6的现有多层滑动部件相比，摩擦系数更小而耐磨损性提高。尤其可以看出，在轴颈振荡角度为90°(±45°)的试验中，实施例7～实施例12的多层滑动部件的耐磨损性相比于比较例4～比较例6的现有多层滑动部件大幅度提高。另外，实施例的多层滑动部件与比较例的多层滑动部件表现出大致同等的的溶胀量。
产业上的可利用性
如上所述，将至少2根构成本发明的滑动面材料的含氟树脂纤维和聚酯纤维的单捻纱并列，在与该单捻纱的单捻方向相反的方向加捻，形成合股纱，以该合股纱分别作为经纱和纬纱而形成编织织物，以该编织织物构成的加强基底至少在构成滑动面的一个表面上，含氟树脂纤维与聚酯纤维以基本均等的面积比例露出，因此，与该编织织物中浸渗的PTFE粉末的低摩擦性互起作用，从而提高摩擦磨损特性。在滑动面中具有该滑动面材料的多层滑动部件具有优异的摩擦磨损特性，同时，刚性高，机械强度优异。而且，该多层滑动部件即使在水中等湿润环境下使用，溶胀量也极小，因此，因溶胀引起的尺寸变化也变得极小，可应用于干燥摩擦条件、油脂润滑条件以及水润滑条件等广泛用途。

Claims (13)

1.一种滑动面材料，其是将分散含有四氟乙烯树脂的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂浸渗到由编织织物形成的加强基底中而形成的，该编织织物是以合股纱分别作为经纱和纬纱而形成的，所述合股纱通过将至少2根含氟树脂纤维的单捻纱和聚酯纤维的单捻纱并列，在与该单捻纱的单捻方向相反的方向上加捻而形成。
2.根据权利要求1所述的滑动面材料，其中，含氟树脂纤维选自聚四氟乙烯纤维、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物纤维、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物纤维和乙烯-四氟乙烯共聚物纤维。
3.根据权利要求1或2所述的滑动面材料，其中，含氟树脂纤维的单捻纱为至少400旦尼尔的纱。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的滑动面材料，其中，聚酯纤维的单捻纱是至少30棉纱支数的纱。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的滑动面材料，其中，单捻纱是下加捻(Z捻)纱。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的滑动面材料，其中，单捻纱的捻数为260～300T/m。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的滑动面材料，其中，合股纱的捻数为255～295T/m。
8.根据权利要求1～7的任一项所述的滑动面材料，其中，编织织物是平纹织物，该平纹织物的密度为经纱(径向纱)36～44根/英寸，纬纱(横向纱)36～44根/英寸。
9.根据权利要求1～8的任一项所述的滑动面材料，其含有35～50质量％甲阶酚醛树脂型酚醛树脂、10～30质量％四氟乙烯树脂和35～50质量％加强基底。
10.根据权利要求1～9的任一项所述的滑动面材料，其中，甲阶酚醛树脂型酚醛树脂是以胺类作为催化剂，由含有50～100摩尔％双酚A的酚类化合物和甲醛类合成的，通过凝胶渗透色谱法测定的数均分子量Mn为500～1000且作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分散度Mw/Mn为2.5～15的甲阶酚醛树脂型酚醛树脂。
11.根据权利要求1～10的任一项所述的滑动面材料，其中，四氟乙烯树脂为高分子量四氟乙烯树脂或低分子量四氟乙烯树脂的任何一种。
12.一种多层滑动部件，其总体形状为平板状且至少在滑动面中具有根据权利要求1～11的任一项所述的滑动面材料。
13.根据权利要求1～11的任一项所述的多层滑动部件，其总体形状为圆筒状，且至少在滑动面中具有根据权利要求1～11的任一项所述的滑动面材料。
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