CN103443484B

CN103443484B - 用于在超高压力和速度环境中使用的聚合物轴承物品

Info

Publication number: CN103443484B
Application number: CN201180064759.0A
Authority: CN
Inventors: B.A.施特恩; Y.吴; S.埃斯特伯格; T.伯菲尔德
Original assignee: Solvay Specialty Polymers USA LLC
Current assignee: Solvay Specialty Polymers USA LLC
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: US20130334006A1; CN103443484A; KR20130129216A; JP2013543958A; WO2012062851A1; BR112013011554A2; US9121442B2; EP2638300A1

Abstract

用于在超高压力和速度环境中使用的聚合物轴承物品。在此提供了一种用于超高PV环境中的聚合物止推轴承。该聚合物止推轴承包括一个具有内周边和外周边的环形轴承主体，以及多个从该内周边到该外周边延伸穿过该环形轴承主体的润滑剂通道。该环形轴承主体包含一种聚合物组合物，该组合物包含一种典型地具有至少约140℃的玻璃化转变温度的如芳族聚酰亚胺或聚(芳基醚酮)的聚合物、以及至少一种摩擦和磨损添加剂。该聚合物止推轴承被配置成在其中速度和压力的乘积为约1,100,000psi‑fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大的润滑环境中承受该速度和该压力。

Description

用于在超高压力和速度环境中使用的聚合物轴承物品

相关申请的引用

本申请要求于2010年11月11日提交的美国临时申请61/412789的优先权，其披露内容通过引用结合在此。

技术领域

本披露总体上涉及多种轴承物品，并且更具体地说涉及用于在超高压力和速度环境中使用的多种聚合物轴承物品。

背景技术

轴承普遍用于减少与旋转曲面面对面的摩擦。在超高压力和速度(PV)环境中(即在其中压力和速度的乘积等于或超过约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)的环境中或条件下，例如在不同的现代汽车变速器和传动系统中)，轴承部件按惯例是由金属制成以便承受在这类环境中常见的负荷和速度，而同时具有适合的磨损性能。用于这类超高PV应用中的轴承的示例性类型包括钢滚针轴承和滚珠轴承。

发明内容

在一个方面，提供了用于超高PV环境中的聚合物止推轴承。该聚合物止推轴承包括一个具有内周边和外周边的环形轴承主体，以及多个从内周边到外周边延伸穿过环形轴承主体的润滑剂通道。该环形轴承主体包含一种聚合物组合物，该组合物包含至少一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物以及至少一种摩擦和磨损添加剂。该聚合物止推轴承被配置成在其中速度和压力的乘积为约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大的润滑环境中承受该速度和该压力。

在另一个方面，提供了一种在超高PV环境中使用一个聚合物轴承物品的方法。该方法包括使聚合物轴承物品经受一个速度和一个压力，这样使得该速度和该压力的乘积为约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大。该聚合物轴承物品包含一种聚合物组合物，该组合物包含至少一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物以及至少一种摩擦和磨损添加剂。

在本发明的又一方面，提供了一种包括一个聚合物轴承物品的动力系部件。该聚合物轴承物品包含一种聚合物组合物，该组合物包含至少一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物以及至少一种摩擦和磨损添加剂。该动力系部件被配置成使该聚合物轴承物品经受一个速度和一个压力，这样使得该速度和该压力的乘积为约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大。

仍然在另一个方面，提供一种包括一个动力系部件的系统，该动力系部件包括一个聚合物轴承物品。该聚合物轴承物品包含一种聚合物组合物，该组合物包含至少一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物以及至少一种摩擦和磨损添加剂。该动力系部件被配置成使该聚合物轴承物品经受一个速度和一个压力，这样使得该速度和该压力的乘积为约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大。该系统优选包括一种润滑剂。

又在其他方面，本发明涉及一种用于超高PV的环境中的聚合物止推轴承，该聚合物止推轴承包括：一个具有内周边和外周边的环形轴承主体；多个从该内周边到该外周边延伸穿过该环形轴承主体的润滑剂通道；其中该环形轴承主体包含一种聚合物组合物，该组合物一方面包含至少一种芳族聚酰亚胺和/或至少一种聚(芳基醚酮)，并且另一方面包含至少一种摩擦和磨损添加剂；并且其中该聚合物止推轴承被配置成在其中速度和压力的乘积为约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大的润滑环境中承受该速度和该压力。它还涉及一种方法，该方法包括：使一个聚合物轴承物品经受一个速度和一个压力，这样使得该速度和该压力的乘积为约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大，其中该聚合物轴承物品包含一种聚合物组合物，该组合物一方面包含至少一种芳族聚酰亚胺和/或至少一种聚(芳基醚酮)，并且另一方面包含至少一种摩擦和磨损添加剂。最后，本发明的最后一个方面涉及一种系统，该系统包括：一种包括一个聚合物轴承物品的动力系部件，该轴承物品包含一种聚合物组合物，该组合物一方面包含至少一种芳族聚酰亚胺和/或至少一种聚(芳基醚酮)，并且另一方面包含至少一种摩擦和磨损添加剂，其中该动力系部件被配置成使该聚合物轴承物品经受一个速度和一个压力，这样使得该速度和该压力的乘积为约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大。

在结合附加的权利要求书一起审阅以下详细说明时，本申请的这些以及其他特征对于本领域普通技术人员将是很清楚的。

附图说明

图1是根据本发明的一个或多个实施例的聚合物止推轴承的透视图。

图2是根据本发明的一个或多个实施例使用聚合物轴承的系统的横剖面图。

图3是用于测试聚合物组合物对于轴承应用的性能的测试装置的分解透视图。

图4是图解使用图3的测试装置并使用一个聚合物轴承物品进行试运行而测量的试样温度和摩擦系数(COF)的图表，该轴承物品在自动变速器油槽中经受了PV限度测试。

图5是图解使用图3的测试装置并使用一个聚合物轴承物品进行试运行而测量的PV和摩擦系数(COF)的图表，该轴承物品在自动变速器油槽中经受了PV限度测试。

图6是图解使用图3的测试装置并使用一个聚合物轴承物品进行试运行而测量的PV与试样温度的图表，该轴承物品在自动变速器油槽中经受了PV限度测试。

图7是图解使用图3的测试装置并使用一个聚合物轴承物品进行试运行而测量的PV和燃烧室温度的图表，该轴承物品在自动变速器油槽中经受了PV限度测试。

图8是图解使用图3的测试装置并使用一个聚合物物品进行试运行而测量的燃烧室温度和试样温度的图表，该物品在自动变速器油槽中经受了50小时的787psi(55.37kg/cm²)的轴向压力和1550fpm(472.44m/min)的速度。

图9是图解使用图3的测试装置并使用一个聚合物物品进行试运行而测量的摩擦系数和转矩的图表，该物品在自动变速器油槽中经受了50小时的787psi(55.37kg/cm²)的轴向压力和1550fpm(472.44m/min)的速度。

图10是图解使用图3的测试装置并使用一个聚合物物品进行试运行而测量的逆表面温度和试样温度的图表，该物品经受了利用自动变速器油再循环的PV限度测试。

图11是图解使用图3的测试装置并使用一个聚合物物品进行试运行而测量的逆表面温度和试样温度的图表，该物品经受了利用自动变速器油再循环的PV限度测试。

图12是图解使用图3的测试装置并使用一个聚合物物品进行试运行而测量的逆表面温度和试样温度的图表，该物品经受了利用自动变速器油再循环的PV限度测试。

图13是图解使用图3的测试装置并利用一个聚合物物品进行试运行而测量的逆表面温度和试样温度的图表，该物品经受了利用自动变速器油再循环的PV限度测试。

图14是图解使用图3的测试装置并使用一个聚合物轴承物品进行试运行而测量的PV、试样温度以及燃烧室温度的图表，该轴承物品经受了利用自动变速器油再循环的PV限度测试。

图15是图解使用图3的测试装置并使用一个聚合物轴承物品进行试运行而测量的PV和摩擦系数(COF)的图表，该轴承物品经受了利用自动变速器油再循环的PV限度测试。

具体实施方式

已经开发出用于在超高PV环境中使用的新聚合物轴承。如在此所使用的术语“超高PV”是指一些环境或条件，在这些环境中或条件下轴承被暴露于一个负荷和速度，这样使得负荷压力和速度的乘积等于或超过约1,100,000psi-fpm(磅每平方英寸英尺每分钟)(23540kg/cm²×m/min)。在很多现代的汽车变速器和传动系统中可以遇到这些超高PV条件。在某些实施例中，这些聚合物轴承承受在这类环境中常见的负荷和速度，而同时具有适合的磨损性能。还开发出使用这些聚合物轴承的多种新方法和系统。

该聚合物组合物的负荷和速度支承能力可以表示为使轴承表面的摩擦系数和温度不能稳定的负荷和速度的那种组合。如在此所使用的术语“PV限度”将用来表示压力-速度关系，该关系由使轴承表面的摩擦系数或温度不能稳定的负荷和速度的组合来确定，由基于计划的承载面积的单位压力P(以psi计或以(kg/cm²×m/min)计)和线速度V(以fpm计或以(m/min)计)的乘积来表示。这种转矩或温度的增加导致轴承损坏和/或过度磨损。对于一个聚合物止推轴承，线速度表示为平均线速度，该平均线速度在聚合物止推轴承的情况下是该轴承的角速度与内直径和外直径的函数。

出于本发明的目的，1psi对应于0.0703kg/cm²，1fpm对应于0.3048m/min，100psi-fpm对应于0.0214(kg/cm²×m/min)，1英寸(in)对应于2.54厘米(cm)、0.0254m或25.4mm。这些转换将用于整个文本中并在括号中指明。

如在此所使用，术语“磨损”总体上是指从轴承表面移除的聚合物组合物的量，这是轴承表面针对与该轴承表面相互作用的一个表面的相对运动的结果。聚合物组合物的磨损一般被报导为“磨损因子”。作为在相同操作条件下聚合物组合物性能的相对测度，已经证明磨损因子是高度可靠的。磨损因子是磨损速率(in/hr或(m/hr))除以P和V的乘积。多个聚合物轴承物品在它们的初始磨合期的期间与磨合后操作的期间相比可表现不同的磨损速率和磨损因子。除另外具体规定外，在此描述的磨损因子是指在初始磨合期之后这些聚合物轴承物品的性能特征。

此外，除另外具体规定外，磨损因子数值是以(in³min)/(hr lb ft)*10^-10或可替代地以(kg/cm²×m/min)*10^-10的单位报导或引用。

图3中图解了用于分析聚合物轴承物品的性能特性如PV限度、摩擦系数、以及磨损因子的一个测试装置40。测试装置40包括一个旋转转轴42，该旋转转轴通过一个旋转试样夹持器44将转矩(τ)提供给一个测试试样46。测试试样46与容纳在一个固定的试样夹持器50中并由其保持固定的一个钢垫圈48配合。通过固定的试样夹持器50将一个轴向负荷(F)应用到测试试样46上。因为接触钢垫圈48的测试试样46的表面面积、测试试样46的旋转速度、以及应用到测试试样46上的力是已知的，所以可以分析聚合物组合物的各种性能，包括聚合物组合物的摩擦系数(COF)、磨损因子(WF)、以及PV限度。例如，可以根据各种ASTM测试方案，包括ASTM D3702和D3706，来分析测试试样46。在一些情况下，测试装置40可以包括用于在润滑环境中分析测试试样46的性能特性的一个润滑剂槽。例如，可以在测试试样46和钢垫圈48周围提供一个储存器，并且该储存器可以至少部分充满如传动油的一种润滑剂。在某些情况下，可以使用一种强制再循环系统来从储存器中排空润滑剂并且在该润滑剂已经冷却之后将润滑剂再循环到该储存器中。

如在此所使用，术语“转矩”总体上是指由于在一个圆形路径中行进的试样之间的摩擦力而产生转动趋势的反应。它是保持力和其用来平衡摩擦转矩时的半径的乘积。该转矩以lb*in或N*m的单位报导或引用。

在一个具体实施例中，按照一种测试方法测定该磨损速率和摩擦系数(COF)，该测试方法源自于现行的ASTM D3702标准测试方法(ASTM D3702_94(2009年再审定)，其全部内容通过引用结合在此)。在其余的文本中，为了本发明目的将措辞“修改的ASTM D3702方法”理解为源自于现有ASTM D3702标准测试方法的这种测试方法。在下文中，仅描述了与ASTMD3702标准测试方法的差异。

在修改的ASTM D3702方法中，使用测试试样46运行测试机，具体来说是如ASTMD3702中描述并与图3测试装置相对应的计算机控制版本的Multi-Specimen测试机(序列号800635001766；法列克司公司(Falex Corporation)，糖林(Sugar Grove)，伊利诺伊州(Illinois))，该测试试样在负荷下利用一种润滑剂、抵靠在固定钢垫圈(例如固定钢垫圈是固定的具有16±2uin Ra表面粗糙度的1018钢)上旋转，该润滑剂具体来说是Valvoline Dexron自动变速器油(胜牌石油化工公司(Valvoline Oil Company))。该负荷是通过一个气动系统而不是将净重应用到10∶1的杠杆臂上来施用的。为了测量转矩(τ)，可将0-100lb(kg)测力元件连接在试样桌的底部。对于每个单位负荷，由测试机来监测转矩(τ)值。典型地，将试样热电偶靠近逆表面(例如离样品1.5mm)放置而不接触它。

由Leeson Speed Master齿轮泵从2加仑温度控制储存器中在90℃温度下供给润滑剂。润滑剂流速是0.2L/min并且由具有0.1-0.75L/min流动能力的黑德兰(Hedland)流量计来控制。将润滑剂递送到试样桌的基底中，并且使其从该试样的中心向上流动并流过旋转的测试表面。然后将润滑剂通过底部中的孔排放出该腔室，并且通过重力而再循环到油储存器中。每次测试由以下组成：25小时而不是40小时的初始磨合期，接着是25小时测试期，重复该测试期直到达到总计100小时测试时间，每次重复在相同选择的负荷和速度下进行。每次25小时测试期之后，测量测试试样的厚度变化。与ASTM D3702标准方法相似，考虑在测量厚度之前在室温下进行最少1小时的测试试样的调理。如ASTM D3702中所描述的，在九个位置而不是四个位置处执行测试试样46的厚度测量。在9个位置处标记测试试样46(例如轻度蚀刻至测试试样46的一侧中)，这样使得随后的厚度测量能够在相同的9个位置处进行。

修改的ASTM D3702方法的并与本发明的聚合物止推轴承物品相对应的测试试样46可以根据已知的加工方法进行制备，这些方法包括注塑模制、挤出、吹塑模制、泡沫加工等等。如果需要，可以任选地进一步处理测试试样46。进一步将该试样钻一个中心和偏移的孔以便配合到测试机的大的止推垫圈试样夹持器中。

修改的ASTM D3702方法的测试试样46具有1.869”(cm)的内直径、2英寸(5.08cm)的外直径、以及作为润滑剂通道的26个径向凹槽。每个径向凹槽具有0.04英寸(1mm)的宽度以及0.012英寸(300微米)的深度。接触面积是0.326in²(cm²)并且平均半径(r)为0.967in(2.456cm²)。出于本发明的目的，术语“平均半径”是指测试试样46的内和外直径的平均值。

出于本发明的目的，以磨损每小时(in/hr(m/hr))表示的磨损速率，是从以下来计算的：在25小时磨合的磨损之后(在第一个25小时测试期之前)执行的、以X_1a、X_1b、X_1c、X_1d、X_1e、X_1f、X_1g、X_1h以及X_1i值得注意地表示的、在测试试样46上的八个厚度测量，以及在第一个25小时的测试期(T)之后执行的、以X_2a、X_2b、X_2c、X_2d、X_2e、X_2f、X_2g、X_2h以及X_2i值得注意地表示的、在测试试样46上的九个厚度测量。

确切地说通过以下计算方法计算磨损速率：

以m/hr(in./hr)计的磨损速率＝[(X_1a+X_1b+X_1c+X_1d+X_1e+X_1f+X_1g+X_1h+X_1i，)-(X_2a+X_2b+X_2c+X_2d+X_2e+X_2f+X_2g+X_2h+X_2i，)]/9*T

其中T＝25小时

X是以英寸(m)计的厚度

相应地可以如上文所述从磨损速率计算磨损因子。

出于本发明的目的，确切地说通过以下计算方法计算摩擦系数：

COF＝转矩(τ)/(平均半径*负荷)

其中该转矩(τ)如上文所述进行测量，该平均半径(r)为0.967in(2.456cm²)。

多种聚合物止推轴承

已经开发出用于在超高PV环境中使用的多种聚合物止推轴承。例如，根据本发明的一个或多个实施例的聚合物止推轴承可以用于其中压力和速度的乘积等于或超过约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)的环境中。

在一些实施例中，该聚合物止推轴承是处于具有内周边和外周边的环形轴承主体的形式。该环形轴承主体可包括多个从内周边到外周边延伸穿过该环形轴承主体的润滑剂通道。该环形轴承主体可以由一种聚合物组合物形成，该组合物包含至少一种具有至少为约140℃的玻璃化转变温度的聚合物。由聚合物组合物形成的聚合物止推轴承可以在其中速度和压力的乘积至少为约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)的润滑环境中承受该速度和该压力。

如在此所使用，术语“润滑剂”是指一种物质，例如一种液体，该物质可以布置在两个移动的表面之间以便减少表面之间的摩擦，这两表面之一可以包括止推轴承的表面。在一些实施例中，该润滑剂可以包括一种油，例如机油或传动油。这些润滑剂在本领域内是熟知的。

发明的聚合物止推轴承的该环形轴承主体包含一种聚合物组合物，该组合物包含至少一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物以及至少一种摩擦和磨损添加剂。聚合物组合物的重量，基于该环形轴承主体的重量，通常超过10％，并且经常高于50％，或甚至高于90％；在很多实施例中，该环形轴承主体由聚合物组合物组成。该环形轴承主体可以由一个部分组成，或者它可以由多个部分组成。该环形轴承主体可值得注意地由多个部分组成，其中所述部分的至少一个，以及可能它们中的所有，是由该聚合物组合物组成；当一个多部分式的环形轴承主体的至少一个部分由不是该聚合物组合物的一种材料(例如金属或钢)组成时[在下文中，另一个部分]，所述另一个部分的重量，基于环形轴承主体的重量，通常小于90％，并且经常小于50％，或者甚至是小于10％。根据本发明，一个特定优选的环形轴承主体是由聚合物组合物组成的一个单一零件。

在图1中图解了一个示例性聚合物止推轴承10。聚合物止推轴承10总体上可以是环形的形状，具有用于接收一个轴的外周边14和内周边16。在至少一侧上，一个配合表面12在外周边14和内周边16之间延伸。配合表面12可以包括多个润滑剂通道18。在说明的实施例中，多个润滑剂通道18是在径向方向上定向的直线凹槽；然而，也可以使用其他配置。此外，这些润滑剂通道18可以具有不同的截面几何图形，包括但不限于三角形的、梯形的以及圆形的。聚合物止推轴承10还可以包括沿着内周边16的一个或多个润滑剂通道20。当聚合物止推轴承10位于润滑环境中的一个轴上时，这些润滑剂通道18和20有助于润滑剂围绕着聚合物止推轴承10流动。

在一些实施例中，这些润滑剂通道18占有配合表面12约5％至约25％的表面积。在某些实施例中，这些润滑剂通道18占有配合表面12约10％到约20％的表面积、或者该配合表面约15％的表面积。当聚合物止推轴承10用于润滑环境中时，这些润滑剂通道18可以提供用于聚合物止推轴承10的流体动力升力以及冷却。在某些实施例中，这些润滑剂通道18具有以下的一个深度：约50μm至约1000μm、约250μm至约750μm、或者约500μm。在一些实施例中，聚合物止推轴承10具有一个与配合表面12垂直的以下厚度：约1mm至约3.5mm、或者约1.5mm至约2mm。

在一个示例性实施例中，聚合物止推轴承10是由一种聚合物组合物形成，该组合物包含：具有至少约140℃的玻璃化转变温度的一种单一聚合物或多种聚合物的一种可混溶共混物，其中该可混溶共混物的每种聚合物单个来看时具有至少约140℃的玻璃化转变温度，所述单一聚合物或所述多种聚合物的可混溶共混物形成该聚合物组合物的基质；以及改善该聚合物基质的性能特性的一种或多种摩擦和磨损添加剂，所述摩擦和磨损添加剂是分散在聚合物基质之中。

在某些实施例中，该聚合物组合物包含一种并且只有一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度(T_g)的聚合物。在某些其他实施例中，该聚合物组合物包含多种聚合物，当单个来看(即未组合的)时，它们中的每一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度(T_g)。在某些实施例中，这至少一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度(T_g)的聚合物具有以下的T_g：约170℃或更大、约200℃或更大、约240℃或更大、或者约270℃或更大。因此，例如，一种示例性聚合物组合物包含一种并且只有一种具有至少约240℃的玻璃化转变温度(T_g)的聚合物；其他示例性聚合物组合物包含两种、三种或更多种聚合物，当单个来看时，它们中的每一种具有至少约170℃的玻璃化转变温度(T_g)。

为人所熟知的是，对具体聚合物可以获得的T_g的具体值取决于用于测定T_g的具体方法。出于在此的目的，通过使用在此所描述的方法的差式扫描量热法(DSC)测定玻璃化转变温度。确切地说，使用下文所述的具体参数，根据ISO 13357-2(玻璃化转变温度的测定)和ASTM D-3418(用差式扫描量热法测量聚合物的转变温度以及熔化和结晶焓的标准测试方法)进行DSC分析。

使用来自TA仪器公司的Q1000或Q20DSC、使用Thermal Advantage版本5.1.2.进行DSC测量。载气是流速为50ml/min的纯度为99.998％的氮气。辅助设备(例如冷却单元和流量计)可以根据标准程序来使用。有待分析的聚合物样品是处于粉末、小球或颗粒的形式。如果需要，可以使用手动刀具将例如小球的这些样品形式切割成小片。将10mg样品称量到铝DSC盘中，并且使用适当的卷边器将DSC盘用铝盖密封起来。

将样品放置在DSC仪器中，并且然后根据以下方案进行加热：(1)以20℃/min的加热速率使温度从30℃匀变至450℃，(2)在450℃下保持等温1分钟，(3)以20℃/min的冷却速率使温度从450℃匀变至30℃，(4)在30℃下保持等温1分钟，并且(5)以20℃/min的加热速率使温度从30℃匀变至450℃。从在第二次加热匀变期间产生的数据确定玻璃化转变温度。对于这些DSC实验，通过定义为曲线与一条直线相交叉处的一点的中点温度的中点分析来确定T_g，该直线在两个外推基线之间是等距的。当由DSC测量没有T_g是清楚的时候，那么使用动态力学分析(DMA)。

使用来自TA仪器公司的ARES RDA3、使用Orchestrator Software版本V7.2.0.2进行DMA测量。炉气净化是流量设置为40psi的纯度为99.998％的氮气(其中炉子开启)。发动机空气和RSA-III发动机传感器空气的典型设置分别为60psi和60psi。辅助设备(例如冷却单元和流量计)可以根据标准程序来使用。

测试试样是有以下几何学范围的矩形形状：样品长度(Ls)＝50mm，宽度(W)＝10-12mm，以及厚度(T)＝3-4mm。由注塑模制工艺、使用用于ASTM或ISO拉伸或弯曲杆的标准模来制备标准测试样品。可使用Buehler ISOMET低速锯将这些模塑样品切割为适当的尺寸。在测试之前，将所有的样品在空气循环炉中、在取决于聚合物组合物的指定温度下退火超过1小时。

在有应变控制的矩形几何学的扭转模式下进行DMA实验。将空隙长度设置为希望的适当测试长度(L＝30-35mm)。将该测试试样的宽度和厚度测量至最近的0.01mm并记录测量值。将测试试样夹在上部(可移动的)与下部(固定的)测试用夹具之间。在这个工艺期间，可以使用限度设定值为70cN.m的转矩驱动器。将0.05％的应变％和10rad/sec的测试频率用于所有的实验。以5℃/min的动态加热速率在从30℃至450℃的温度范围上实施所有的测试。针对所述的测试条件收集作为温度函数的储能模量(G’)、损失模量(G”)、以及tan-δ(G”/G’)的热-力学谱。然后确定T_g并报导为与tanδ峰中的最大值相对应的温度。

在一些实施例中，聚合物止推轴承10包含一种聚合物组合物，该组合物在润滑系统中具有约0.04或更小的摩擦系数(COF)。在某些实施例中，聚合物止推轴承10包含一种聚合物组合物，该组合物在润滑系统中具有约0.03或更小、0.02或更小、或者0.01或更小的COF。在一些实施例中，聚合物止推轴承10有利地具有约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大的PV限度。在某些实施例中，聚合物止推轴承10优选具有以下PV限度：约1,500,000psi-fpm(32,100kg/cm²×m/min)或更大、更优选约1,750,000psi-fpm(37450kg/cm2×m/min)或更大、还更优选约2,000,000psi-fpm(42,800kg/cm²×m/min)或更大、最优选约2,500,000psi-fpm(53,500kg/cm²×m/min)或更大、或者还可能约3,000,000psi-fpm(64,200kg/cm²×m/min)或更大。在一些实施例中，聚合物止推轴承10具有约0.2或更小的磨损因子(WF)。在某些实施例中，聚合物止推轴承10具有约0.1或更小、0.05或更小、或者0.01或更小的WF。在一个优选实施例中，聚合物止推轴承10具有以下的WF：约1.0或更小、0.80或更小、0.60或更小、0.50或更小、0.20或更小、0.10或更小、0.08或更小、0.05或更小、或者0.01或更小。

应了解的是，根据如上文所述的修改的ASTM D3702方法测量了摩擦系数(COF)和磨损因子(WF)。

这至少一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物，可以是如聚酰胺-酰亚胺(PAI)或聚醚酰亚胺的芳族聚酰亚胺；或者聚苯并咪唑(PBI)；或者如聚(醚醚酮)(PEEK)聚合物、磺化PEEK或者磺酰胺化(sulfamidated)聚(醚醚酮)的聚(芳基醚酮)(PAEK)聚合物。示例性芳族聚酰亚胺包括杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Company)的不可熔融加工的聚醚酰亚胺、以及三井化学公司(Mitsui Chemicals，Inc)的可熔融加工的聚醚酰亚胺、苏威高性能塑料公司(Solvay AdvancedPolymers，LLC)的可熔融加工的芳族聚酰胺-酰亚胺。示例性聚(芳基醚酮)是苏威高性能塑料公司的PEEK聚合物。

聚合物组合物可包含一种含有任何一种或多种先前或在此描述的聚合物的聚合物组合。该聚合物组合可以是一种可混溶共混物、部分可混溶共混物或不可混溶共混物。例如，该聚合物组合物可以包含如4000T PAI的聚酰胺-酰亚胺与磺化聚(醚醚酮)、磺酰胺化聚(醚醚酮)、5218聚酰亚胺、或者聚苯并咪唑(PBI)的一种共混物。可替代地，该聚合物组合物可包含聚(醚醚酮)和如4000T PAI的聚酰胺-酰亚胺的一种不可混溶共混物。还可能是其他聚合物共混物。

这至少一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物的重量，基于聚合物组合物的总重量，通常是至少约25％并且优选至少约50％。在某些实施例中，它是至少约60％、至少约70％、至少约80％、或者至少约90％。在某些其他的实施例中，它基于该聚合物组合物总重量是在从约50％至约99％、从约60％至约98％、从约70％至约97％、从约80％至约96％、或者从约90％至约95％的范围内。

不同的摩擦和磨损添加剂可以结合在该聚合物组合物中。根据本发明，“摩擦和磨损添加剂”旨在表示该聚合物组合物的一种组分，该组分提供具有与不包含这种减摩组分的可比较的聚合物相比具有减小的摩擦系数的所得聚合物组合物。因此，该减摩添加剂使得该所得聚合物组合物以及包含所述聚合物组合物的物品具有更光滑的或柔滑的或平滑的感觉，在该聚合物组合物(或包括所述聚合物组合物的物品)与将要和该聚合物组合物进行接触的材料之间具有减少的摩擦。

一种或多种摩擦和磨损添加剂的重量，基于该聚合物组合物总重量，通常为至少约0.5％，并且优选至少约1％。基于该聚合物组合物的总重量，它可以是至少约2％、至少约5％、至少约10％、或者至少约20％；此外，它可以是至多约50％、至多约40％、至多约30％、至多约20％、至多约10％、或者至多约5％。仍然在某些其他实施例中，它基于该聚合物组合物总重量是在从约1％至约50％、从约2％至约40％、从约3％至约30％、从约4％至约20％、或者从约5％至约10％的范围内。

该减摩添加剂优选地选自下组，该组由以下各项组成：如聚(四氟乙烯)的氟聚合物类、碳纤维、无机纤维、聚合物纤维、石墨、硅油、硅氧烷聚合物类、二硫化钼、氮化硼、碳化硅、硅石、氮化硅、氧化锆、氧化铝、以及其混合物。它更优选地选自下组，该组由以下各项组成：氟聚合物类、碳纤维、聚合物纤维、石墨、二硫化钼、以及其混合物。

适合用于在本发明的实践中使用的氟聚合物类可以是本领域已知的用作润滑剂的任何氟聚合物类，并且优选地会是聚四氟乙烯(PTFE)。PTFE树脂以其耐化学性以及润滑性和韧性而众所周知，并且PTFE粉末已经长期用来改善多种多样的材料的润滑性。PTFE小球或小珠可以结合在模制树脂配制品中，以便充当内部润滑剂并且形成具有增强的摩擦和磨损特性的平滑、光滑的表面。适合的氟聚合物树脂可轻易从多种来源商购，包括来自社邦公司(DuPont Company)的氟添加剂、来自美国大金公司(Daikin America Inc)的Daikin-Polyflon^TM PTFE、来自苏威公司(Solvay Solexis)的 PTFE、以及来自丹尼昂公司(Dyneon)的Polylube PA 5956。

如在此所使用，术语“碳纤维”旨在包括石墨化的、部分石墨化的、以及未石墨化的碳增强纤维或其混合物。可用于本发明中的碳纤维可以有利地通过对例如像人造纤维、聚丙烯腈(PAN)、芳族聚酰胺、或酚醛树脂的不同聚合物前体进行热处理和热解而获得；可用于本发明中的碳纤维还可以从沥青材料中获得。术语“石墨纤维”旨在表示通过碳纤维高温热解(2000℃以上)而获得的碳纤维，其中碳原子以与石墨结构相似的方式摆放。可用于本发明中的碳纤维优选地选自下组，该组由以下各项组成：基于PAN的碳纤维、基于沥青的碳纤维、石墨纤维、以及其混合物。

适合在本发明实践中使用的碳纤维包括由沥青产生的具有高导热度以及低或负热膨胀系数的高度石墨化碳纤维。示例性碳纤维包括基于沥青的碳纤维，并且通常会有约140W/mK或更大的导热度。优选地，该碳纤维会具有大于约300W/mK的导热度。在本发明的某些实施例中，该碳纤维会具有大于约600W/mK的导热度。其他实施例会使用具有大于900W/mK以及大于1000W/mK的导热度的碳纤维。具有还要更大的导热度的纤维，即从1300W/mK到单晶体石墨的导热度1800W/mK以及更高的纤维，也会是适合的。

这些石墨化的基于沥青的碳纤维是可轻易从商业来源购买的，这些碳纤维包含至少约50重量百分比的石墨碳、大于约75重量百分比的石墨碳、以及高达基本上100％的石墨碳。特别地适合在本发明实践中使用的高度石墨化碳纤维可以进一步被表征为高度传导性的，并且通常使用具有约80至约120百万磅每平方英寸、即百万lbs/in²(MSI)的模量的这种纤维。在某些实施例中，该高度石墨化的碳纤维具有约85至约120MSI的模量，并且在其他某些实施例中具有约100至约115MSI的模量。

在某些实施例中，具有一个轴承表面的物品包括至少两种摩擦和磨损添加剂的混合物。至少两种减摩添加剂的混合物可以由以下组成：至少一种选自如石墨的微粒固体型减摩添加剂的减摩添加剂，以及至少一种选自润滑性增强纤维和/或PTFE的其他减摩添加剂。

在一些实施例中，该聚合物组合物，具体来说是聚合物止推轴承10包含结合在聚合物基质材料中或其上的PTFE、石墨、以及任选地二硫化钼(MoS₂)。在某些实施例中，PTFE基于该聚合物组合物总重量的可以存在的浓度是约1％至约20％、或者优选约2％至约10％。在某些实施例中，石墨基于该聚合物组合物总重量的可以存在的浓度是约1％至约55％、或者优选约2％至约20％。在一些实施例中，该聚合物组合物，具体来说是聚合物止推轴承10可以包含碳纤维。在某些实施例中，该碳纤维基于该聚合物组合物总重量的可以存在的浓度是约1％至约40％。

任选地，除了具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物以及摩擦和磨损添加剂之外的一种或多种成分可以结合在该聚合物组合物中。这些成分可以是聚合物性质的或者不是。

因此，例如增强或填充添加剂可以结合在该聚合物组合物中，以便改善聚合物组合物的某些特性，值得注意地是：短期机械能力(即机械强度、韧度、硬度、刚度)、导热度、蠕变强度和抗断裂性、高温尺寸稳定性、耐疲劳性等。除了摩擦和磨损添加剂之外的添加剂可以包括玻璃纤维；石棉纤维；硼纤维(例如通过硼微粒在钨或碳酸盐纱线上的沉积而获得的)、金属纤维；陶瓷纤维如氮化硅Si₃N₄；滑石粉-玻璃纤维；硅酸钙纤维如硅灰石微纤维；碳化硅纤维；金属硼化物纤维(例如TiB₂)、以及其混合物。如二氧化钛和/或群青的颜料也可以结合在该聚合物组合物中。

在根据本发明的一个具体实施例中，该聚合物组合物进一步包含一种或多种具有基本上低于140℃、例如低于135℃或甚至低于100℃的玻璃化转变温度的聚合物，例如聚苯硫醚(T_g典型地为88℃)或者聚苯二甲酰胺(T_g典型地在从约85℃至约130℃的范围)。在某些情况下，添加一种或多种具有基本上低于140℃的玻璃化转变温度的聚合物到该聚合物组合物中是有用的，特别是对于最优化该聚合物组合物的成本-特性平衡的目的，这种平衡是该聚合物止推轴承有待满足的技术要求的函数。的确，基于申请人的专门知识，具有基本上低于140℃的玻璃化转变温度的、通常基本上比具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物更有成本吸引力的某些聚合物，例如聚苯硫醚和聚苯二甲酰胺，可以结合在聚合物组合物中，而不实质上折损由具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物所提供的高水平的耐摩擦和磨损性。至少一种具有基本上低于140℃的玻璃化转变温度的聚合物的重量，基于至少一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物的重量，有利地为至多1.0、优选至多0.75、仍然更优选至多0.5、并且最优选至多0.2；它可以是至少0.01、至少0.02、至少0.05、至少0.1、至少0.2或者至少0.5。另外，根据本具体实施例，至少一种具有至少约140℃玻璃化转变温度的聚合物以及至少一种具有实质上低于140℃的玻璃化转变温度的聚合物的组合重量，基于聚合物组合物的总重量，可以在从约50％至约99％、从约60％至约98％、从约70％至约97％、从约80％至约96％、或者从约90％至约95％的范围内。

在一些实施例中，该聚合物组合物，具体来说是聚合物止推轴承10(或者其他轴承物品)可以包含聚(芳基醚酮)聚合物。如在此所使用的术语“聚(芳基醚酮)”(PAEK)包含这样的任何聚合物：其超过50wt％的重复单元是含有至少一个亚芳基、至少一个醚基(-O-)以及至少一个酮基[-C(＝O)-]的一种或多种化学式的重复单元(R1)。

重复单元(R1)总体上包含至少一个-Ar-CO-Ar-部分，具体来说是至少一个部分，并且可以值得注意地选自：

以及

以及其混合物，其中：

Ar独立地是选自亚苯基、联亚苯基或亚萘基的一个二价芳族基，

X独立地是O、C(＝O)、或一个直连键，

n是从0至3的一个整数，

b、c、d、以及e是0或1，

a是1至4的一个整数，并且

优选地，当b是1时，d是0。

更优选地，重复单元(R1)是选自：

以及其混合物。

仍然更优选地，重复单元(R1)是选自：

以及

以及其混合物。

最优选地，重复单元(R1)是：

聚(醚醚酮)聚合物(PEEK)旨在表示这样的任何聚合物：其超过50wt％的重复单元是具有化学式(7)的重复单元(R1)。一种PEK聚合物旨在表示这样的任何聚合物：其超过50wt％的重复单元是具有化学式(6)的重复单元(R1)。

一种PEEK均聚物旨在表示这样的任何聚合物：其基本上全部的(如果不是全部的)重复单元是具有化学式(7)的重复单元(R1)。一种PEK均聚物旨在表示这样的任何聚合物：其基本上全部的(如果不是全部的)重复单元是具有化学式(6)的重复单元(R1)。

聚(芳基醚酮)可以值得注意地是一种均聚物、一种无规的、交替的或嵌段的共聚物。当聚(芳基醚酮)是一种共聚物时，它可以值得注意地包含(i)选自化学式(6)至(25)的至少两种不同化学式的重复单元(R1)、或(ii)具有一种或多种化学式(6)至(25)的重复单元(R1)、以及不同于重复单元(R1)的重复单元(R1*)。

优选地，聚(芳基醚酮)的超过70wt.％、更优选地超过85wt.％的重复单元是重复单元(R1)。还更优选地，聚(芳基醚酮)的基本上所有的重复单元是重复单元(R1)。最优选地，聚(芳基醚酮)的基本上所有、或甚至所有的重复单元是重复单元(R1)。

该聚醚醚酮(P1)可以具有至少0.60dl/g、至少0.65dl/g或至少0.70dl/g的比浓粘度(RV)，该比浓粘度是在95％至98％的硫酸(d＝1.84g/ml)中在聚醚醚酮浓度为1g/100ml下进行测量的。使用No 50Cannon-Fleske粘度计进行测量；在溶解后小于4小时的时间内在25℃下测量RV。此外，聚醚醚酮(P1)的RV可以值得注意地为至多1.20dl/g或者至多1.10dl/g。该聚醚醚酮(P1)还可以具有从0.70至0.90dl/g、或者从0.90至1.10dl/g的RV。

该聚醚醚酮(P1)在400℃下以及1000s^-1的剪切速率下具有以下熔融粘度：有利地为至少0.12kPa.s、优选至少0.25kPa.s、更优选至少0.32kPa.s、还更优选至少0.38kPa.s，该熔融粘度是根据ASTM D3835使用毛细管流变仪来进行测量的。对于毛细胞流变仪，可以使用Kayeness Galaxy V流变仪(型号8052DM)。此外，该聚醚醚酮(P1)在400℃下以及1000s^-1的剪切速率下具有的熔融粘度有利地为至多1.00kPa.s、优选至多0.50kPa.s、更优选至多0.44kPa.s，该熔融粘度是根据ASTM D3835使用毛细管流变仪来进行测量的。

一种本领域熟知的生产聚(芳基醚酮)(P1)，具体来说是聚醚醚酮(P1)的方法，包括以下步骤：使至少一种双酚与至少一种二卤代苯型化合物、和/或至少一种卤代苯酚化合物的通常基本上等摩尔的混合物反应(亲核缩聚反应)。在这个方法中优选的双酚是对苯二酚；在这个方法中优选的二卤代苯型化合物是4，4′-二氟代二苯甲酮；在这个方法中优选的卤代苯酚化合物是4-(4-氟代苯甲酰基)苯酚。另一种本领域熟知的生产聚醚醚酮(P1)的方法包括以下步骤：使用链烷磺酸作为溶剂并且在缩合剂存在下使苯氧基苯氧基苯甲酸或类似物亲电子聚合。聚醚醚酮可值得注意地从苏威高性能塑料公司商购为PEEK。

在一些实施例中，该聚合物组合物，具体来说是聚合物止推轴承10(或者其他轴承物品)可以包含一种芳族聚酰亚胺聚合物。根据本发明的芳族聚酰亚胺(P2)是这样的任何聚合物：其超过50wt％的重复单元(R1)包含至少一个芳环以及至少一个酰亚胺基团。芳族聚酰亚胺(P2)可以分为例如芳族聚酰胺酰亚胺或聚醚酰亚胺。

包含在重复单元(R1)中的这些酰亚胺基团可以是照原样的[化学式(26)]和/或处于它们的酰胺酸形式[化学式(27)]的酰亚胺基团：

照原样的和/或处于它们相对应的酰胺酸形式的这些酰亚胺基团有利地被连接到一个芳环上，如以下所展示的：

其中Ar’表示含有至少一个芳环的一个部分。

这些酰亚胺基团有利地是作为缩合的芳族体系存在，产生了带有例如像苯[苯二甲酰亚胺型结构，化学式(30)]以及萘[萘二甲酰亚胺型结构，化学式(31)]的一个五或六元的杂芳族环。

在一个第一具体实施方案中，芳族聚酰亚胺(P2)的重复单元(R1)没有醚基，并且没有除可能包含在这些酰亚胺基团的酰胺酸形式中的那些之外的酰胺基团[重复单元(R1a)]。

重复单元(R1a)是优选地选自具有以下化学式(32)、(33)以及(34)的重复单元、以及其混合物：

其中：

-Ar是选自：

以及其混合物，

其中X是选自(其中n＝1、2、3、4或5)、以及其混合物；

-R是选自：

以及其混合物，

其中Y是选自(其中n＝0、1、2、3、4或5)、以及其混合物。

在一个第二具体实施例中，芳族聚酰亚胺(P2)是一种芳族聚酰胺-酰亚胺。出于本发明的目的，芳族聚酰胺-酰亚胺旨在表示这样的任何聚合物：其超过50wt％的重复单元(R1)包含至少一个芳环、至少一个照原样和/或处于其酰胺酸形式的酰亚胺基团、以及至少一个不是以酰亚胺基团的酰胺酸形式被包含的酰胺基团[重复单元(R1b)]。

重复单元(R1b)是优选地选自重复单元(35)、(36)以及其混合物

其中：

Ar是选自：

以及其混合物，

其中X是选自(其中n＝1、2、3、4或5)、(其中n＝1、2、3、4或5)、以及其混合物；

-R是选自：

以及其混合物，

其中Y是选自(其中n＝1、2、3、4或5)、(其中n＝1、2、3、4或5)、以及其混合物。更优选地，重复单元(R1b)是选自：

(R1b-1)

和/或相对应的含有酰胺-酰胺酸的重复单元：

其中如化学式(38)中所示的两个酰胺基团至芳环上的连接应理解为代表了1，3及1，4聚酰胺-酰胺酸构型；

(R1b-2)

和/或相对应的含有酰胺-酰胺酸的重复单元：

其中如化学式(40)中所示的两个酰胺基团至芳环上的连接应理解为代表了1，3及1，4聚酰胺-酰胺酸构型；以及

(R1b-3)

和/或相对应的含有酰胺-酰胺酸的重复单元：

其中如化学式(42)中所示的两个酰胺基团至芳环上的连接应理解为代表了1，3及1，4聚酰胺-酰胺酸构型。

重复单元(R1b)优选地是重复单元(R1b-2)以及(R1b-3)的一种混合物。基本上全部的(如果不是全部的)重复单元遵循这个基准的聚酰胺-酰亚胺获得了优异的结果，这些聚酰胺-酰亚胺可值得注意地从苏威高性能塑料公司商购为聚酰胺-酰亚胺。

该芳族聚酰胺-酰亚胺可以值得注意地通过一种方法来制造，该方法包括在以下各项之间的缩聚反应：(i)选自偏苯三酸酐以及偏苯三酸酐一酰基卤中的至少一种酸单体、与(ii)选自二胺及二异氰酸酯中的至少一种共聚单体。

在这些偏苯三酸酐一酰基卤之中，偏苯三酸酐一酰基氯是优选的。

该共聚单体优选地包含至少一个芳环。此外，它优选地包含至多两个芳环。更优选地，该共聚单体是一种二胺。还更优选地，该二胺是选自下组，该组由以下各项组成：4，4′-二氨基二苯基甲烷、4，4′-二氨基二苯醚、间苯二胺以及其混合物。

在一个第三实施例中，该芳族聚酰亚胺(P2)是一种芳族聚醚酰亚胺。出于本发明的目的，芳族聚醚酰亚胺旨在表示这样的任何聚合物：其超过50wt％的重复单元(R1)包含至少一个芳环、至少一个照原样和/或处于其酰胺酸形式的酰亚胺基团、以及至少一个醚基团[重复单元(R1c)]。

重复单元(R1-c)可以任选地进一步包含至少一个不是以酰亚胺基团的酰胺酸形式被包含的酰胺基团。

第一类别的芳族聚醚酰亚胺由其中重复单元(R1)选自以下各项的那些组成：

(R1c-1)

以及

(R1c-2)

其中：

-Ar是选自：

以及其混合物，

其中X是选自(其中n＝1、2、3、4或5)、以及其混合物；

-R是一种选自以下各项的含醚部分：

以及其混合物。

在关注的这个第一类芳族聚醚酰亚胺范围内，

优选的Ar基团是

属于这个第一类芳族聚醚酰亚胺的非常优选的芳族聚酰亚胺(P2)是其中重复单元(R1)具有以下化学式的那些：

和/或它的两种相对应的酰胺酸形式[见化学式(44)以及(45)对比具有化学式(43)的完全酰亚胺形式]。

其中基本上全部(如果不是全部的)的重复单元是具有化学式(48-a)的芳族聚醚酰亚胺类、和/或它的两个相对应的酰胺酸的形式值得注意地可从三井公司(Mitsui)商购为聚酰亚胺。

属于这个第一类芳族聚醚酰亚胺的其他非常优选的芳族聚酰亚胺(P2)是其中重复单元(R1)具有以下化学式的那些：

其中基本上全部的(如果不是全部的)重复单元是具有化学式(48-b)的芳族聚醚酰亚胺类、和/或它的两个相对应的酰胺酸的形式值得注意地可从杜邦公司(DuPont)商购为聚酰亚胺。

第二类别的芳族聚醚酰亚胺由重复单元(R1)是重复单元(R1c-4)的那些组成

照原样、和/或处于它们的酰胺酸形式

其中：

-→表示同分异构，这样使得在任何重复单元中这些箭头所指的基团可以如所示的或在互换的位置中存在；

-E是选自：

(E-i)

其中R’彼此独立地是包含从1至6个碳原子的烷基、芳基或卤素；

(E-ii)其中n＝从1到6的整数；

(E-iii)其中R’彼此独立地是包含从1至6个碳原子的烷基、芳基或卤素；

(E-iv)其中R’彼此独立地是包含从1至6个碳原子的烷基、芳基或卤素；

并且Y是选自：

(Y-i)具有1到6个碳原子的亚烷基，具体来说是以及其中n＝从1至6的整数的

(Y-ii)具有从1至6个碳原子的全氟亚烷基，具体来说是以及

其中n＝从1至6的整数的

(Y-iii)具有4至8个碳原子的亚环烷基；

(Y-iv)具有1至6个碳原子的亚烷基；

(Y-v)具有4至8个碳原子的环亚烷基；

(Y-vi)(Y-vii)(Y-viii)

(Y-ix)

(Y-x)

-Ar”是选自：

(Ar”-i)具有6至20个碳原子的芳族烃基、以及其卤化取代的、或其烷基取代的衍生物，其中该烷基取代基含有1至6个碳原子，例如：

以及其卤化取代的、或其烷基取代的衍生物，其中该烷基取代基含有从1至6个碳原子；

(Ar”-ii)

其中Y是选自如上所定义的(Y-i)、(Y-ii)、(Y-iii)、(Y-iv)、(Y-v)、(Y-vi)、(Y-vii)、(Y-viii)、(Y-ix)以及(Y-x)，

(Ar”-iii)具有2至20个碳原子的亚烷基以及亚环烷基、以及

(Ar”-iv)封端的聚二有机硅氧烷。

其中重复单元(R1)是重复单元(R1c-4)的这些芳族聚醚酰亚胺可以通过本领域技术人员熟知的任何方法进行制备，包括以下反应：具有以下化学式的任何芳族双(醚酸酐)

其中E如此前所定义的，与一种具有以下化学式的二氨基化合物

H₂N-Ar”-NH₂(53)

其中Ar”是如此前所定义的。通常，这些反应可以有利地采用普遍已知的溶剂来进行，如邻二氯苯、间甲苯酚/甲苯、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)等，来在该溶剂中在从约20℃至约250℃的温度下来完成这些二酐与二胺之间的相互作用。

可替代地，这些聚醚酰亚胺可以通过具有化学式(52)的任何二酐与具有化学式(53)的任何二氨基化合物的熔融聚合反应来制备，而同时在提高的温度下加热这些成分的混合物并同时进行混合。

具有化学式(52)的芳族双(醚酸酐)包含例如：

-2，2-双[4-(2，3-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐；

-4，4′-双(2，3-二羧基苯氧基)二苯基醚二酐；

-1，3-双(2，3-二羧基苯氧基)苯二酐；

-4，4′-双(2，3-二羧基苯氧基)二苯基硫二酐；

-1，4-双(2，3-二羧基苯氧基)苯二酐；

-4，4′-双(2，3-二羧基苯氧基)二苯甲酮二酐；

-4，4′-双(2，3-二羧基苯氧基)二苯基砜二酐；

-2，2-双[4(3，4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐；

-4，4′-双(3，4-二羧基苯氧基)二苯基醚二酐；

-4，4′-双(3，4-二羧基苯氧基)二苯基硫二酐；

-1，3-双(3，4-二羧基苯氧基)苯二酐；

-1，4-双(3，4-二羧基苯氧基)苯二酐；

-4，4′-双(3，4-二羧基苯氧基)二苯甲酮二酐；

-4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯基-2，2-丙烷二酐；等以及这些二酐类的混合物。

具有化学式(53)的有机二胺包含例如：间苯二胺、对苯二胺、2，2-双(对氨基苯基)丙烷、4，4′-二氨基二苯基-甲烷、4，4′-二氨基二苯基硫醚、4，4′-二氨基二苯砜、4，4′-二氨基二苯基醚、1，5-二氨基萘、3，3′-二甲基联苯胺、3，3′-二甲氧基联苯胺。

在重复单元(R1c-4)中，E优选地选自(E-i)

其中R’彼此独立地是包含从1至6个碳原子的烷基、芳基或卤素；更优选地，E是未取代的间亚苯基。

此外，在重复单元(R1c-4)中，Ar”优选地选自(Ar”-ii)

其中Y是选自如上所定义的(Y-i)、(Y-ii)、(Y-iii)、(Y-iv)、(Y-v)、(Y-vi)、(Y-vii)、(Y-viii)、(Y-ix)以及(Y-x)

更优选地，Ar”是

当重复单元(R1c-4)是具有化学式(54)照原样的、处于酰亚胺形式的、和/或处于酰胺酸形式[化学式(55)以及(56)]的重复单元时，获得了良好的结果：

其中在化学式(55)以及(56)中，→表示同分异构，这样使得在任何重复单元中这些箭头所指的基团可以如所示的或在互换位置中存在。

当重复单元(R1c-4)是具有化学式(54)照原样的、处于酰亚胺形式的、和/或处于酰胺酸形式[化学式(55)以及(56)]的重复单元时，获得了优良的结果。

其中基本上全部的(如果不是全部的)重复单元具有化学式(54)的芳族聚醚酰亚胺、和/或它们的相对应酰胺酸形式(55)和/或(56)可从通用电气公司(GeneralElectric)、现在的沙特基础工业公司(SABIC)商购为聚醚酰亚胺。

当重复单元(R1c-4)是具有化学式(57)照原样的、处于酰亚胺形式的、和/或处于如下所表示的酰胺酸形式[化学式(58)以及(59)]的重复单元时，也可以得到良好的结果：

其中：

-(58)和(59)是与具有化学式(57)的酰亚胺形式相对应的酰胺酸形式；

-Ar”是在以下结构内进行选择：

其中这些连接基团是在邻、间或对位上，并且R’是一个氢原子或是包含从1至6个碳原子的烷基；

其中R是具有高达6个碳原子的一个脂肪族二价基团，如亚甲基、亚乙基、亚异丙基等等，

以及其混合物。

其中基本上全部的(如果不是全部的)重复单元具有化学式(57)的芳族聚醚酰亚胺、和/或它们具有化学式(58)和/或化学式(59)的相对应酰胺酸形式可从通用电气公司(General Electric)、现在的沙特基础工业公司(SABIC)商购为聚醚酰亚胺。

芳族聚酰亚胺(P2)的重复单元优选超过75wt％并且更优选超过90wt％是重复单元(R1)。还更优选地，该芳族聚酰亚胺(P2)的基本上全部的(如果不是全部的)重复单元是重复单元(R1)。

该聚合物组合物可以包含一种且仅仅一种芳族聚酰亚胺(P2)。可替代地，它可以包含两种、三种、或甚至超过三种的芳族聚酰亚胺(P2)。

系统

已经开发出使用聚合物轴承物品的新动力系部件系统，这些聚合物轴承物品被暴露在该系统中的超高PV条件下。这些动力系部件系统可以包括一个发动机(例如内燃机)、一个变速器、或一个差动器的几个部件系统。在一个具体的实施例中，该动力系部件系统是一个变速器，例如自动变速器、手动变速器、无级变速器、或者双离合变速器。例如，该聚合物轴承物品可以用作离合器、转矩变换器、转矩减震器(torque damper)、或者同心从动缸的部件。这些聚合物轴承物品可以用于小功率变速器部件系统、大功率变速器部件系统、以及越野变速器部件系统中。

术语“轴承物品”是指具有经受相对高负荷、相对高速度、或两者的轴承表面的物品。如在此所使用的“轴承物品”和“轴承”是指任何具有在相对运动中与一个表面互相作用的表面的物品，例如通过滑动、枢转、摆动、往复运动、旋转等等。这些物品的实例包括但不限于止推轴承、套筒轴承、轴颈轴承、止推垫圈、摩擦条、轴承垫、滚针轴承、滚珠轴承，这些滚珠轴承包括滚珠、阀座、活塞环、阀引导、压缩机导流片、以及密封件，既可以是固定的又可以是动态的。在某些实施例中，该轴承物品可以是轴向轴承，例如一个止推轴承。目前披露的轴向轴承可有利地替换超高PV系统中的滚针轴承。

该聚合物轴承物品包含一种聚合物组合物，该组合物包含至少一种具有至少约140℃的玻璃化转变温度的聚合物以及至少一种摩擦和磨损添加剂。聚合物组合物的重量，基于聚合物轴承物品的重量，通常超过10％，并且经常高于50％，或甚至高于90％；在很多实施例中，该环形轴承物品由聚合物组合物组成。该聚合物轴承物品可以由一个部分组成，或者它可以由多个部分组成。该聚合物轴承物品可以值得注意地由多个部分组成，其中所述部分的至少一个、以及可能它们中的所有是由聚合物组合物组成；当一个多部分式的聚合物轴承物品的至少一个部分由一种除聚合物组合物之外的材料(例如金属或钢)组成[在下文中，另一个部分]时，所述另一个部分的重量，基于聚合物轴承物品的重量，通常小于90％，并且经常小于50％，或者甚至是小于10％。根据本发明，一种特定优选的聚合物轴承物品是由该聚合物组合物组成的一个单一零件；另一个优选聚合物轴承物品由多个部分组成，这些部分由该聚合物组合物组成。

优选地，该系统还包括一种润滑剂，例如机油或传动油。

本发明的另一个方面涉及一种包括这些聚合物轴承物品的动力系部件，当这些物品如上文所述在动力系部件系统中使用时被暴露在超高PV环境下。术语“聚合物轴承物品”表示如上文所述的那些聚合物轴承物品。例如，该动力系部件可以是离合器、转矩变换器、转矩减震器、或者同心从动缸。

图2图解了一个系统30，如动力系部件，它使用了一个聚合物轴承物品38，如聚合物止推轴承，如图1的聚合物止推轴承10。在所示例的实施例中，聚合物轴承物品38被设置在旋转部件34和固定部件36之间的轴32上。在一些实施例中，固定部件36可以可替代地是反向旋转部件或者是以与同轴32一起旋转的旋转部件34相比不同的角速度旋转的部件。系统30可以包括一种如机油或传动油的润滑剂，该润滑剂提供在聚合物轴承物品38、固定部件36、旋转部件34、以及轴32的界面接触表面之间。在饥饿(starved-fed)润滑方案下或在完全润滑方案下，系统30可以例如在这些界面接触表面之间来回循环该润滑剂。在饥饿方案中，该润滑剂可以按约0.025L/min或更小的流速进行循环。在一个优选的完全润滑方案中，该润滑剂可以按以下流速进行循环：约0.025L/min或更大、例如约0.025L/min至约1L/min、或者约0.025L/min至约0.1L/min、或者约0.025L/min至约0.05L/min。在一些实施例中，该系统将聚合物轴承物品38暴露到以下润滑剂温度下：约90℃或更大、约120℃或更大、或者约130℃或更大。

在一个示例性实施例中，聚合物轴承物品38由一种聚合物基质材料以及一种或多种改善该聚合物基质材料的性能特性的添加剂组成。在一些实施例中，该聚合物基质材料包含一种具有约140℃或更大的T_g的聚合物。在某些实施例中，该聚合物具有约200℃或更大、约240℃或更大、或者约270℃或更大的T_g。在一些实施例中，聚合物轴承物品38包含一种在润滑系统中具有约0.04或更小的COF的材料。在某些实施例中，聚合物轴承物品38包含一种在润滑系统中具有以下COF的材料：约0.03或更小、0.02或更小、或者0.01或更小。在一些实施例中，聚合物轴承物品38具有约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大的PV限度。在某些实施例中，聚合物轴承物品38具有以下PV限度：约1,500,000psi-fpm(32,100kg/cm²×m/min)或更大、约1,750,000psi-fpm(37,450kg/cm²×m/min)或更大、或者约2,000,000psi-fpm(42,800kg/cm²×m/min)或更大、最优选约2,500,000psi-fpm(53,500kg/cm²×m/min)或更大、或者约3,000,000psi-fpm(64,200kg/cm²×m/min)或更大。在一些实施例中，聚合物轴承物品38具有约0.2或更小的WF。在某些实施例中，聚合物止推轴承38具有约0.1或更小、0.05或更小、或者0.01或更小的WF。在一个优选实施例中，聚合物止推轴承10具有以下WF：约1.0或更小、0.80或更小、0.60或更小、0.50或更小、0.20或更小、0.10或更小、0.08或更小、0.05或更小、或者0.01或更小。

应了解的是，摩擦系数(COF)和磨损因子(WF)是根据如上文所述的修改的ASTMD3702方法来进行测量的。

该聚合物基质材料可以包含一种PI(如芳族PAI)、PAEK(如PEEK)、或者PPA聚合物。不同的添加剂可以结合在聚合物基质材料中。在一些实施例中，聚合物轴承物品38包含结合在该聚合物基质材料中或其上的PTFE、石墨、和/或MoS₂。在一些实施例中，聚合物轴承物品38可以包含结合在该聚合物基质材料中的碳纤维。

在一些实施例中，系统30使聚合物轴承物品38经受一个速度和一个压力，这样使得该速度和该压力的乘积为约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大。在某些实施例中，系统30使聚合物轴承物品38经受一个速度和一个压力，这样使得该速度和该压力的乘积为：约1,500,000psi-fpm(32,100kg/cm²×m/min)或更大、约1,750,000psi-fpm(37,450kg/cm²×m/min)或更大、约2,000,000psi-fpm(42,800kg/cm²×m/min)或更大、最优选约2,500,000psi-fpm(53,500kg/cm²×m/min)或更大、或者约3,000,000psi-fpm(64,200kg/cm²×m/min)。

在一个示例性实施例中，系统30使聚合物轴承物品38经受一个以下压力：约200psi(14.06kg/cm²)或更大、约300psi(21.09kg/cm²)或更大、400psi(28.12kg/cm²)或更大、500psi(35.15kg/cm²)或更大、600psi(42.18kg/cm²)或更大、或者700psi(49.21kg/cm²)或更大。在一个示例性实施例中，系统30使聚合物轴承物品38经受一个以下的速度：约2800fpm(853.44m/min)或更大、3000fpm(914.40m/min)或更大、或者3200fpm(975.36m/min)或更大。在一些实施例中，系统30使聚合物轴承物品38经受一个约200psi(14.06kg/cm²)至约2500psi(175.75kg/cm²)的压力以及一个约440fpm(134.11m/min)至约5500fpm(1676.40m/min)的速度，其中P和V的乘积是约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大。在一个示例性实施例中，系统30使聚合物轴承物品38经受一个约300psi(21.09kg/cm²)至约900psi(63.27kg/cm²)的压力、以及一个约2800fpm(853.44m/min)至约3600fpm(1097.28m/min)的速度。

方法

已经开发出用于在超高PV环境中使用聚合物轴承物品的新方法。在一个示例性实施例中，该方法包括使一个聚合物轴承物品经受一个速度和一个压力，这样使得该速度和该压力的乘积至少为约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)。例如，该聚合物轴承物品可以用于经受超高PV环境的动力系部件系统中。在某些实施例中，该聚合物轴承物品可以在一个系统中经受超高PV条件，以便减少旋转部件之间的摩擦，例如在图2中图解的系统30中。在一些实施例中，该聚合物轴承物品是一种聚合物止推轴承，例如图1中的聚合物止推轴承10。在一个示例性实施例中，该聚合物轴承物品是用于润滑环境中，在该环境中在聚合物轴承物品的界面接触表面上布置了一种润滑剂。在饥饿润滑方案下或在完全润滑方案下，该方法可以包括例如在这些界面接触表面之间来回循环该润滑剂。在饥饿方案中，该润滑剂可以按约0.025L/min或更小的流速进行循环。在完全润滑方案中，该润滑剂可以按约0.025L/min或更大的流速进行循环，例如约0.025L/min至约1L/min、或者约0.025L/min至约0.1L/min、或者约0.025L/min至约0.05L/min。在一些实施例中，该方法可以包括将聚合物轴承物品暴露到以下润滑剂温度下：约90℃或更大、约120℃或更大、或者约130℃或更大。

在一个示例性实施例中，该聚合物轴承物品由一种聚合物基质材料以及一种或多种改善该聚合物基质材料的性能特性的添加剂组成。在一些实施例中，该聚合物基质材料包含一种具有约140℃或更大的T_g的聚合物。在某些实施例中，该聚合物具有约200℃或更大、约240℃或更大、或者约270℃或更大的T_g。在一些实施例中，该聚合物轴承物品包含一种在润滑系统中具有约0.04或更小的COF的材料。在某些实施例中，该聚合物轴承物品包括一种在润滑系统中具有以下COF的材料：约0.03或更小、0.02或更小、或者0.01或更小。在一些实施例中，该聚合物轴承物品具有约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大的PV限度。在某些实施例中，该聚合物轴承物品具有以下PV限度：约1,500,000psi-fpm(32,100kg/cm²×m/min)或更大、约1,750,000psi-fpm(37,450kg/cm2×m/min)或更大、约2,000,000psi-fpm(42,800kg/cm²×m/min)或更大、最优选约2,500,000psi-fpm(53,500kg/cm²×m/min)或更大、或者约3,000,000psi-fpm(64,200kg/cm²×m/min)或更大。在一些实施例中，该聚合物轴承物品具有约0.2或更小的WF。在某些实施例中，该聚合物止推轴承具有约0.1或更小、0.05或更小、或者0.01或更小的WF。在一个优选实施例中，聚合物止推轴承10具有以下WF：约1.0或更小、0.80或更小、0.60或更小、0.50或更小、0.20或更小、0.10或更小、0.08或更小、0.05或更小、或者0.01或更小。

该聚合物基质材料可以包含一种PI(如芳族PAI)、PAEK(如PEEK)、或者PPA聚合物。不同的添加剂可以结合在聚合物基质材料中。在一些实施例中，该聚合物轴承物品包含结合在该聚合物基质材料中的PTFE、石墨、和/或MoS₂。在一些实施例中，该聚合物轴承物品可以包含结合在该聚合物基质材料中的碳纤维。

在一些实施例中，该方法包括使聚合物轴承物品38经受一个速度和一个压力，这样使得该速度和该压力的乘积为约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大。在某些实施例中，该方法包括使聚合物轴承物品经受一个速度和一个压力，这样使得该速度和该压力的乘积为：约1,500,000psi-fpm(32,100kg/cm²×m/min)或更大、约1,750,000psi-fpm(37,450kg/cm²×m/min)或更大、约2,000,000psi-fpm(42,800kg/cm²×m/min)或更大、最优选约2,500,000psi-fpm(53,500kg/cm²×m/min)或更大、或者约3,000,000psi-fpm(64,200kg/cm²×m/min)或更大。该聚合物轴承物品可以在大量的时间内间歇地或持续地暴露在这样的超高PV条件下。

在一个示例性实施例中，该方法包括使该聚合物轴承物品经受一个以下的压力：约200psi(14.06kg/cm²)或更大、约300psi(21.09kg/cm²)或更大、400psi(28.12kg/cm²)或更大、500psi(35.15kg/cm²)或更大、600psi(42.18kg/cm²)或更大、或者700psi(49.21kg/cm²)或更大。在一个示例性实施例中，该方法包括使该聚合物轴承物品经受一个以下的速度：约2800fpm(853.44m/min)或更大、3000fpm或更大、或者3200fpm(975.36m/min)或更大。在一些实施例中，该方法包括使该聚合物轴承物品经受一个约200psi(14.06kg/cm²)至约2500psi(175.75kg/cm²)的压力以及一个约440fpm(134.11m/min)至约5500fpm的速度，其中P和V的乘积是约1,100,000psi-fpm(23540kg/cm²×m/min)或更大。在一个示例性实施例中，该方法包括使该聚合物轴承物品经受一个约300psi(21.09kg/cm²)至约900psi(63.27kg/cm²)的压力、以及一个约2800fpm(853.44m/min)至约3600fpm(1097.28m/min)的速度。

实例一

使用图3的测试装置40分析一个由以下组成的聚合物轴承物品：按重量计85％的Torlon纯树脂4000T(苏威高性能塑料公司)、按重量计12％的石墨、以及3％的PTFE。该聚合物轴承物品具有1.1英寸(2.79cm²)的直径以及四个径向凹槽。每个径向凹槽具有0.14英寸的宽度、以及0.115英寸的深度。进行两次试运行以便分析该聚合物轴承物品的PV限度。在每次运行中，将速度保持在800ft/min并且压力匀升至约，而同时将该聚合物轴承物品保持在Valvoline Dexron自动变速器油(胜牌石油化工公司)槽中。在图4中图解了这些试运行的结果。该聚合物轴承物品在2,000,000psi-fpm(42,800kg/cm²×m/min)下是稳定的。

实例二

使用图3的测试装置40分析一个由实例一的配制品形成的聚合物轴承物品。该聚合物轴承物品具有1.1英寸(2.79cm²)的直径以及四个径向凹槽。每个径向凹槽具有0.14英寸(3.56cm)的宽度以及0.115英寸(2921微米)的深度。该聚合物轴承物品在ValvolineDexron自动变速器油槽(胜牌石油化工公司)中经受一个1550fpm(472.75m/min)的速度，并且该压力在6小时的时间内匀升。在试运行期间测量PV、COF、试样温度、以及燃烧室温度。在图5、6以及7中图解了试运行的结果。该PV限度大于2,000,000psi-fpm(42,800kg/cm²×m/min)。

实例三

使用图3的测试装置40分析一个由实例一的配制品形成的聚合物轴承物品。该聚合物轴承物品具有1.1英寸(2.79cm²)的直径以及四个径向凹槽。每个径向凹槽具有0.14英寸(3.56cm)的宽度以及0.115英寸(2921微米)的深度。该聚合物轴承物品在ValvolineDexron自动变速器油槽(胜牌石油化工公司)中经受一个787psi的压力以及一个1550fpm(472.75m/min)的速度。测量燃烧室温度、试样温度、COF、以及转矩。在图8和9中图解了试运行的结果。该试样的磨损因子为约0.2。

实例四

使用图3的测试装置40分析一个由实例一的配制品形成的聚合物轴承物品。该聚合物轴承物品具有1.1英寸(2.79cm²)的直径以及四个径向凹槽。每个径向凹槽具有0.14英寸(3.56cm)的宽度以及0.115英寸(2921微米)的深度。该聚合物轴承物品在0.025L/min下的Valvoline Dexron自动变速器油(胜牌石油化工公司)再循环下经受一个超过1000psi的压力以及1770fpm(539.496m/min)的速度。测量燃烧室温度以及逆表面温度。在图10中图解了试运行的结果。该样品在约1,840,000psi-fpm(39376kg/cm2×m/min)处熔化。

实例五

使用图3的测试装置40分析一个由实例一的配制品形成的聚合物轴承物品。该聚合物轴承物品具有1.1英寸(2.79cm²)的直径以及四个径向凹槽。每个径向凹槽具有0.14英寸(3.56cm)的宽度以及0.115英寸(2921微米)的深度。该聚合物轴承物品在0.25L/min下的ValvolineDexron自动变速器油(胜牌石油化工公司)再循环下经受一个超过1700psi的压力以及1770fpm(539.496m/min)的速度。测量燃烧室温度以及逆表面温度。在图11中图解了试运行的结果。该测试在3,000,000psi-fpm(64,200kg/cm2×m/min)处停止。

实例六

使用图3的测试装置40分析一个由实例一的配制品形成的聚合物轴承物品。该聚合物轴承物品具有1.1英寸(2.79cm²)的直径以及二十个径向凹槽。每个径向凹槽具有1mm的宽度、以及100微米的深度。该聚合物轴承物品在0.025L/min下的Valvoline Dexron自动变速器油(胜牌石油化工公司)再循环下经受一个高达约2000psi的压力以及1770fpm(539.496m/min)的速度。测量燃烧室温度以及逆表面温度。在图12中图解了试运行的结果。该测试在约2000psi处停止。

实例七

使用图3的测试装置40分析一个由实例一的配制品形成的聚合物轴承物品。该聚合物轴承物品具有2英寸(5.08cm)的直径以及十个径向凹槽。每个径向凹槽具有4mm的宽度、以及500微米的深度。该聚合物轴承物品在0.025L/min下的Valvoline Dexron自动变速器油(胜牌石油化工公司)再循环下经受一个高达约2000psi(140.60kg/cm²)的压力以及3222fpm(982.066m/min)的速度。测量燃烧室温度以及逆表面温度。在图13中图解了试运行的结果。由于测试装置的发动机的过转矩(overtorquing)，该测试在约1,840,000psi-fpm(39376kg/cm2×m/min)处停止。

应了解的是，前述内容只涉及本申请的优选实施例，以及在不背离由随后的权利要求书以及其等效物所定义的本发明的总体精神和范围下，在此可做出众多的变化和修改。

实例八

使用图3的测试装置40分析一种由以下组成的聚合物轴承物品：按重量计78％的Torlon纯树脂4000T(苏威高性能塑料公司)、按重量计20％的石墨、以及2％的PTFE。该聚合物轴承物品具有2英寸(5.08cm)的直径以及二十六个径向凹槽。每个径向凹槽具有1mm的宽度、以及300微米的深度。该聚合物轴承物品在90℃下并以0.20L/min的流速下的ValvolineDexron自动变速器油(胜牌石油化工公司)再循环下经受一个3222fpm(982.066m/min)的速度，并且该压力在6小时的时间内匀升。在试运行期间测量PV、COF、试样温度、以及燃烧室温度。按照上文所提到的修改的ASTM D3702方法测定COF。在图14和15中图解了试运行的结果。PV限度是大于2,500,000psi-fpm(53,500kg/cm²×m/min)。

实例九

测定由以下组成的聚合物轴承物品的磨损、磨损速率、以及磨损因子：按重量计78％Torlon纯树脂4000T(苏威高性能塑料公司)、按重量计20％的石墨、以及2％的PTFE。

按照上文提到的修改的ASTM D3702方法测定磨损、磨损速率、以及磨损因子，该方法如下文所详细描述的来执行。

由包含按重量计78％Torlon纯树脂4000T(苏威高性能塑料公司)、按重量计20％石墨、以及2％的PTFE的组合物制成的一个注塑模制板来制备具有以下各项的测试试样：1.869英寸(4.747cm)的内直径、2英寸(5.08cm)的外直径、0.326in²的接触面积、0.967in的平均半径、以及26个径向凹槽，其中每个径向凹槽具有1mm的宽度以及300微米的深度。将测试试样进行再处理。进一步将该试样钻一个中心和偏移的孔以便配合到测试机(计算机控制版本的Multi-Specimen测试机(序列号900631001816R；法列克司公司，糖林，伊利诺伊州)的大的止推垫圈试样夹持器中，并且将其用甲醇清洁以便除去任何残留油类。使用测试试样运行如方法ASTM D3702中所述的并与图3的测试装置40相对应的Multi-Specimen测试机，该测试试样在负荷下、利用Valvoline Dexron自动变速器油(胜牌石油化工公司)的再循环作为润滑剂、抵靠在固定钢垫圈(例如固定钢垫圈是如ASTMD3702中所述的并且购买自原装设备厂商法列克司公司的、有16±2uin Ra表面粗糙度的1018钢)上旋转。负荷是通过一个气动系统而不是将净重应用到10∶1的杠杆臂上来施用的。将试样热电偶靠近逆表面(例如离样品1.5mm)放置而不接触该样品。

由Leeson Speed Master齿轮泵在90℃温度下从2加仑温度控制储存器中供给具有0.20L/min流速的Valvoline Dexron自动变速器油。通过具有0.1至0.75L/min的流动能力的黑德兰流量计来控制流速。将变速器油递送到试样桌的基底中，并且使其向上流动，并从试样的中心流过旋转的测试表面。将变速器油通过底部中的孔排放出该储存器，并且通过重力再循环到油储存器中。

测试条件选择如下：6365rpm的旋转速度；用于获得400psi(28.12kg/cm²)的压力P的131lbs(59.4kg)的负荷、3222ft/min(982.066m/min)的速度(V)、以及1,300,000psi-fpm(27820kg/cm²×m/min)的PV。每次测试由以下组成：25小时初始磨合期，接着是25小时测试期，重复该测试期直到达到总共100小时测试时间，每次重复在相同选择的负荷和速度下进行。每个25小时测试期之后，停止测试，将试样夹持器从测试台上移出，并且将测试试样从该夹持器上移出。在室温下至少1小时之后，用能够测量到0.0001in的测微计测量测试试样的厚度变化。

如ASTM D3702所描述的，在九个位置而不是四个位置执行测试试样的厚度测量。因此在9个位置标记该测试试样(例如轻度蚀刻至测试试样的一侧中)，这样使得随后的厚度测量能够在相同的8个位置进行。将该试样放回到该试样夹持器上，放置在测试台上，并且重复该程序直到达到总共100小时的测试时间，并且重复每25小时后的测量。以磨损每小时(in/hr)表示的磨损速率，是从以下计算的：在25小时磨合的磨损之后(在第一个25小时测试期之前)执行的、以X_1a、X_1b、X_1c、X_1d、X_1e、X_1f、X_1g、X_1h以及X_1i值得注意地表示的在该测试试样上的九个厚度测量、以及在第一个25小时测试期之后执行的、以X_2a、X_2b、X_2c、X_2d、X_2e、X_2f、X_2g、X_2h以及X_2i值得注意地表示的在测试试样46上的九个厚度测量。

确切地说通过以下计算方法计算磨损速率：

以m/hr(in./hr)计的磨损速率＝[(X_1a+X_1b+X_1c+X_1d+X_1e+X_1f+X_1g+X_1h+X_1i，)-(X_2a+X_2b+X_2c+X_2d+X_2e+X_2f+X_2g+X_2h+X_2i，)]/9XT

其中T＝25小时

X是以英寸(m)计的厚度

磨损因子＝磨损速率/PV＝磨损速率/1,300,000

在表1中总结了这些结果。

表1

Claims

1.一种用于超高PV环境中的聚合物止推轴承，包括：

具有内周边和外周边的环形轴承主体；

多个从该内周边到该外周边延伸穿过该环形轴承主体的润滑剂通道，并且其中所述润滑剂通道占有该环形轴承主体的配合表面5%至25%的表面积；

其中该环形轴承主体包含聚合物组合物，该组合物包含至少一种具有至少140°C的玻璃化转变温度的聚合物以及至少一种摩擦和磨损添加剂；并且

其中该聚合物止推轴承被配置成在其中速度和压力的乘积为1,100,000 psi-fpm或更大的润滑环境中承受该速度和该压力，

其中该聚合物止推轴承具有0.04或更小的摩擦系数，并且其中该摩擦系数是通过修改的ASTM D 3702方法来测定的，

其中该聚合物止推轴承具有1或更小的磨损因子，并且其中该磨损因子是通过修改的ASTM D 3702方法来测定的，

在修改的ASTM D3702方法中，使用测试试样运行测试机，该测试试样在负荷下利用润滑剂、抵靠在固定钢垫圈上旋转，修改的ASTM D3702方法的测试试样具有1.869英寸的内直径、2英寸的外直径，以及作为润滑剂通道的26个径向凹槽，每个径向凹槽具有0.04英寸的宽度以及0.012英寸的深度，接触面积是0.326 in²并且平均半径为0.967 in。

2.如权利要求1所述的聚合物止推轴承，其中该至少一种具有至少140°C的玻璃化转变温度的聚合物是芳族聚酰亚胺、聚芳基醚酮、聚苯并咪唑、或其组合。

3.如权利要求2所述的聚合物止推轴承，其中该芳族聚酰亚胺是聚酰胺-酰亚胺。

4.如权利要求1所述的聚合物止推轴承，其中该至少一种摩擦和磨损添加剂是选自下组，该组由以下各项组成：聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼、碳纤维、或其组合。

5.如权利要求1所述的聚合物止推轴承，其中该环形轴承主体是由该聚合物组合物组成的单一零件。

6.一种包括权利要求1所述的聚合物止推轴承的动力系部件。

7.如权利要求6所述的动力系部件，该动力系部件是离合器、转矩变换器、转矩减震器、或同心从动缸。

8.一种用于超高PV环境中的聚合物止推轴承，包括：

具有内周边和外周边的环形轴承主体；

其中该环形轴承主体包含聚合物组合物，该组合物一方面包含至少一种芳族聚酰亚胺和/或至少一种聚芳基醚酮，并且另一方面包含至少一种摩擦和磨损添加剂；并且

9.如权利要求8所述的聚合物止推轴承，其中该至少一种摩擦和磨损添加剂是选自下组，该组由以下各项组成：聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼、碳纤维、或其组合。

10.如权利要求8所述的聚合物止推轴承，其中该环形轴承主体是由该聚合物组合物组成的单一零件。

11.一种使用聚合物止推轴承的方法，包括：

使根据权利要求1所述的聚合物止推轴承经受速度和压力，使得该速度和该压力的乘积为1,100,000 psi-fpm或更大，

并且其中所述聚合物止推轴承是位于动力系部件系统之中。

12.如权利要求11所述的方法，其中该聚合物止推轴承包含聚合物组合物，该组合物包含至少一种芳族聚酰亚胺、以及至少一种摩擦和磨损添加剂。

13.一种动力系系统，包括：

包括聚合物轴承物品的动力系部件，该轴承物品包括具有内周边和外周边的环形轴承主体；多个从该内周边到该外周边延伸穿过该环形轴承主体的润滑剂通道，并且其中所述润滑剂通道占有该环形轴承主体的配合表面5%至25%的表面积，该轴承物品包含聚合物组合物，该组合物包含具有至少140°C的玻璃化转变温度的聚合物以及至少一种摩擦和磨损添加剂，

其中该动力系部件被配置成使该聚合物轴承物品经受速度和压力，使得该速度和该压力的乘积为1,100,000 psi-fpm或更大，

其中该聚合物轴承物品具有0.04或更小的摩擦系数，并且其中该摩擦系数是通过修改的ASTM D 3702方法来测定的，

其中该聚合物轴承物品具有1或更小的磨损因子，并且其中该磨损因子是通过修改的ASTM D 3702方法来测定的，

14.如权利要求13所述的系统，其中该动力系部件包括与该聚合物轴承物品邻近并界面接触的旋转部件。

15.如权利要求14所述的系统，其中该旋转部件使该聚合物轴承物品经受200 psi至2500 psi的负荷以及440 fpm至5500 fpm的速度。

16.如权利要求15所述的系统，其中该速度为3000 fpm至5500 fpm。

17.如权利要求13所述的系统，其中该聚合物轴承物品包含聚合物组合物，该组合物包含至少一种芳族聚酰亚胺、以及至少一种摩擦和磨损添加剂。