CN105088489B - 一种含聚四氟乙烯纤维的双层织物及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含聚四氟乙烯纤维的双层织物及其用途，该双层织物是通过接结点将聚四氟乙烯纤维层及其他纤维所形成的纤维层接结成一体的，其中形成所述聚四氟乙烯纤维层的纤维的纤度为50～1400dtex、捻度为0～800t/m，其他纤维为棉、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚中的一种或几种。本发明的低摩擦系数织物具有摩擦系数小、剥离强度高、受力形变小、工艺简单的特点，该双层织物可应用于机械运动部件。

Description

一种含聚四氟乙烯纤维的双层织物及其用途

本申请是发明名称为“一种含聚四氟乙烯纤维的双层织物及其用途”的中国专利申请201210497960.4的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种含聚四氟乙烯纤维的双层织物及其用途。

背景技术

传统的滑动轴承一般都由金属材料制作而成，而该类轴承在某些场合是被限制使用的，比如水下作业。由于传统轴承中加入了润滑油，为了防止漏油、滴油等现象，从而极大地限制了传统轴承在不能使用润滑油的场合中的应用。因此，很有必要开发出一种无油润滑的轴承。随着技术的发展，人们开发出了一种采用纯聚四氟乙烯树脂作为压制面，应用于无油润滑轴承中。然而，在实际使用过程中，由于聚四氟乙烯树脂的耐磨性不好，导致滑动轴承的磨损较为严重，大大缩短了其使用寿命。特别是在高负载作业下，表面自润滑耐磨塑料层(聚四氟乙烯树脂层)很容易被磨穿，导致传统轴承或轴就会出现破裂的现象，在严重的情况下，甚至会威胁到作业人员的生命安全。虽然目前已开发出了一种采用聚四氟乙烯和其他纤维交织成的单层织物并应用于滑动轴承中，但是该种单层织物只是满足了滑动性较好的要求，对于织物与金属轴套之间的粘结性并不能满足。在轴承运转时，该织物受外力就容易发生剥离，从而导致自润滑轴承的失效。

如中国公开专利CN 1O2535167A中公开了一种轴承用自润滑复合材料衬垫及其制备方法，该织物是由PTFE纤维和至少一种其他纤维编织而成的纤维交织物，并在交织物表面包覆有浸渍材料。虽然该复合材料具有强度高，摩擦系数小的特点，但是该发明采用酚醛树脂、二硫化钼、纳米氧化铝、聚四氟乙烯超细粉配制成浸渍材料，然后涂敷到交织物表面，制得PTFE复合材料，由于PTFE复合材料表面张力小，其张力仅为0.019N/m，是目前表面张力最小的一种固体材料，很难与其他材料粘贴，所以采用粘结剂将上述PTFE复合材料粘贴于钢表面时，在运动过程中受外力后，容易使复合材料与金属表面之间发生剥离，从而导致自润滑轴承等运动部件失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摩擦系数小、剥离强度高、受力变形小、工艺简单的含聚四氟乙烯纤维的双层织物及其用途。

本发明的技术解决方案如下：本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物，包括表层和里层，该双层织物是通过接结点将聚四氟乙烯纤维层及其他纤维所形成的纤维层接结成一体的，其中形成上述聚四氟乙烯纤维层的纤维的纤度为50～1400dtex、捻度为0～800t/m，其他纤维为棉、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚中的一种或几种。如果采用聚四氟乙烯纤维与其他纤维交织制得单层交织物的话，该单层织物虽然兼顾了滑动性和粘结性的特点，如果将该单层织物应用于轴承时，由于单层织物一面的组织点数量并非全部都是聚四氟乙烯组织点的数量，所以不能充分发挥聚四氟乙烯优异的自润滑性，而且还存在着该单层织物与金属表面之间接着性差的缺点。如果聚四氟乙烯纤维的纤度小于50dtex的话，由于纤维太细，织造困难，且还会导致制得的织物耐磨耗性变差；如果聚四氟乙烯纤维的纤度大于1400dtex的话，会导致织物摩擦系数变大，应用于轴承时，聚四氟乙烯纤维层作为摩擦面润滑效果不佳。构成该织物的聚四氟乙烯纤维捻度为0～800t/m。如果构成该织物的聚四氟乙烯纤维捻度大于800t/m的话，由于施加了较大的捻度，沿着长丝的长度方向，各单丝会出现强烈的扭转现象，因此制得的织物就会产生很大的摩擦力，影响该织物摩擦面的自润滑效果，而且捻度越大各单丝间的排列越紧密，当双层织物中的聚四氟乙烯纤维层作为摩擦面应用于轴承等时，由于构成织物的单丝集中受力，极易被磨断，同时导致滑动轴承的磨损较为严重，大大缩短了其使用寿命。

本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物中其他纤维为棉、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚中的一种或几种。采用上述纤维制得的纤维层作为双层织物的表层和里层，应用于轴承等运动部件时，将该层粘贴于轴承表面，具有良好的接着性，剥离强度高，在高负荷的使用条件下也不易发生剥离。同时该双层织物在摩擦过程中可以抵抗一定的形变，也就是本发明的双层织物受力变形小，有利于维持机械部件的正常运动。考虑到与金属之间的接着性以及受力变形方面，上述其他纤维优选棉纤维和聚苯硫醚纤维。

本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物的结构为聚四氟乙烯纤维层作为表层、其他纤维所形成的纤维层作为里层或者其他纤维所形成的纤维层作为表层、聚四氟乙烯纤维层作为里层。通过特定的织造方法制得的双层织物应用于轴承等运动部件时，聚四氟乙烯纤维层作为摩擦层，其他纤维所形成的纤维层作为接着层粘贴于轴承等运动部件表面，具有良好的接着性，剥离强度高，在高负荷的使用条件下也不易发生剥离。

本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物的表组织为平纹、斜纹、缎纹及其变化组织，里组织为平纹、斜纹、缎纹及其变化组织。优选斜纹或缎纹及其变化组织。采用斜纹或缎纹及其变化组织的话，织物表面具有一定的浮长，可以较好地掩盖起接结作用的纤维。从而使该双层织物发挥最好的性能，表层或里层的聚四氟乙烯纤维层，该层的摩擦系数低，具有较好的自润滑性能；另一层为棉、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚中的一种或几种构成的其他纤维层，具有较高的剥离强度。

本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物的接结方法为里经接结、表经接结、接结经接结、接结纬接结或联合接结。在织表层时，里经提起与表纬交织构成接结，这种接结方法称为里经接结，或称“下接上”接结法；在织里层时，表经下降与里纬交织构成接结，这种接结方法称为表经接结，或称“上接下”接结法；采用附加的接结经与表里纬交织，把两层织物连接起来，这种接结方法称为接结经接结法；采用附加的接结纬与表里经纱交织，把两层织物连接起来，这种接结方法称为接结纬接结；在织表纬时，里经提起与表纬交织，在织里纬时，表经下降与里纬交织共同构成接结，这种接结方法称为联合接结。其中优选表经接结、里经接结或联合接结，因为该三种接结方法使用自身的经纱或纬纱进行接结，织造工艺较为简单，操作方便。更优选联合接结，因为可使表、里经缩趋于一致，而且表里两层的接结也更加牢固。而采用接结经接结和接结纬接结法，就需要采用附加线接结，会使上机工作复杂。另外，采用接结经接结法时，由于接结经织缩较大，必须采用双织轴。采用接结纬接结法时，必须使用可以更换多种纬纱的投纬装置的织机进行织造。因此，接结经接结和接结纬接结这两种方法应用较少。

本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物，所述聚四氟乙烯纱线中含有30～196根单丝。如果单丝根数少于30根的话，当双层织物与机械运动部件接触时，单数根数越少，所得织物的耐磨耗性就会变差；如果单丝根数多于196根，这样就会增加纺丝难度，导致生产成本增加。

本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物中聚四氟乙烯纤维层的经、纬向滑动摩擦系数在0.10以下，优选0.08以下，更优选0.06以下。如果聚四氟乙烯纤维层的经、纬向滑动摩擦系数高于0.10，说明该织物的自润滑效果并不显著，当织物与机械运动部件接触时，摩擦力较大，会影响摩擦金属部件的正常运转，织物会很容易被磨损，从而导致滑动轴承的磨损较为严重，大大缩短了其使用寿命。

本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物中其他纤维所形成的纤维层的剥离强度大于0.5N/mm。如果剥离强度低于0.5N/mm的话，织物与金属的粘结性能变差，工作时受外力后易发生剥离，导致机械运动部件的失效。

本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物的克重为500～1500g/m²。如果该双层织物的克重低于500g/m²的话，织物过于单薄柔软，耐磨耗性不好，容易在摩擦过程中发生破裂；如果该织物的克重高于1500g/m²的话，织造难度增加，生产成本上升。

本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物的经向密度为30～250根/英寸，纬向密度为30～250根/英寸。如果该织物的经、纬向密度低于30根/英寸，织物的耐磨耗性降低，容易在摩擦过程中发生破裂；如果该织物的经、纬向密度高于250根/英寸，生产成本就会增加，且织造难度增加。

本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物的厚度为0.50～1.20mm。如果该织物的厚度低于0.50mm，织物太薄，耐磨耗性不好，容易在摩擦过程中发生破裂；如果该织物的厚度高于1.20mm，织造困难，生产成本增加。

本发明的含聚四氟乙烯纤维的双层织物具有摩擦系数小、剥离强度高、受力变形小的特点，而且本发明的双层织物的生产方法简单、生产成本低。该双层织物克应用于机械运动部件，特别是应用于低速度、高载荷的环境下的机械运动部件。

附图说明

图1为采用里经接结法的双层织物示意图，其中1、2、3、4、5、6为表层经纱，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ为里层经纱，A为表层纬纱，a为里层纬纱。

具体实施方式

通过以下实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于实施例，实施例中的各物性由以下方法测定。

【纤度】

根据JIS L-1017-2002 8.3的测试标准，使用缕纱测长仪卷绕100圈试样，每圈长度为1米，转速为120rpm，然后将试样取下打结，放入烘箱中，在温度为105±2℃，时间为2小时以上进行干燥处理。将试样取出后，使用精密天平称重，得到绝对干重。纤度的计算公式如下：d＝M’×10000×(1+Rc/100)/L，

其中d：纤度(dtex)；

Rc：公定回潮率(％)；

M’：试样的绝对干重(g)；

L：试样的长度(m)。

【捻度】

根据JIS L-1017-2002 8.4的测试标准，将0.5米的长丝样品固定在捻度仪上，通过反向退捻方法将长丝中的捻度退去，直至长丝中所有单丝呈平行排列。将捻度仪记录的退绕回数乘于2，即得到该长丝样品的捻度，单位为t/m。

【滑动摩擦系数】

在摩擦系数测试仪(型号：IT-RC INTEC制造)上进行测试。具体测试方法如下：在温度20±2℃、湿度65±4％条件下将50mm×150mm的织物试样紧贴固定在摩擦台上，并使用SUS304BA金属板作为摩擦对手材。在摩擦台上加上250g重量的砝码，以50mm/min的速度进行测试。摩擦系数的计算公式如下：μ＝f/N，

其中μ：滑动摩擦系数；

f：动摩擦力(N)；

N：样品上所承受的法向压力(N)。

【剥离强度】

根据GB/T 2790-1995，测试速度为100±10mm/min。剥离强度的计算公式如下：б_l80°＝F/B，

其中б_l80°：180°剥离强度，kN/m；

F：剥离力，N；

B：试样宽度，mm。

【克重】

根据JIS L 1096-19998.4，使用电子天平称取10cm×10cm的试样的重量，然后将所得数据乘100，得到换算后每平方米织物的重量。

【经纬向密度】

根据JIS L 1096-1999 8.6密度法，用密度镜来测量织物的经纬密度。

【厚度】

根据JIS L 1096-1999 8.5，测试的压力为23.5kPa(240gf/cm²)。

实施例1

表经、表纬纱均采用纤度为440dtex、捻度为190t/m、单丝根数为60根的聚四氟乙烯长丝，里经、里纬纱均采用纤度为470dtex、单丝根数为72根、拉伸强力为39.8N、断裂伸长率为23.3％的聚酰胺全牵伸丝，设定表层、里层均采用3/3斜纹组织、通过联合接结法将上述聚四氟乙烯纤维层与聚酰胺纤维层接结成一体，然后通过剑杆织机进行织造，制得表层经纱密度为120根/英寸、纬纱密度为90根/英寸，里层经纱密度为120根/英寸、纬纱密度为90根/英寸的双层织物。将制得的双层织物放在温度20±2℃、湿度65±4％条件下进行调湿处理。评价该织物的特性，并示于表1中。该双层织物应用于轴承时，作为表层的聚四氟乙烯纤维层为摩擦面、作为里层的聚酰胺纤维层为贴合面粘贴于轴承表面。

实施例2

表经、表纬纱均采用40S/2的棉纱，里经、里纬纱均采用纤度为440dtex、捻度为190t/m、单丝根数为60根的聚四氟乙烯长丝，设定表层、里层均采用2/2斜纹组织、通过里经接结法将上述棉纤维层与聚四氟乙烯纤维层接结成一体，然后通过剑杆织机进行织造，制得表层经纱密度为90根/英寸、纬纱密度为90根/英寸，里层经纱密度为90根/英寸、纬纱密度为90根/英寸的双层织物。将制得的双层织物放在温度20±2℃、湿度65±4％条件下进行调湿处理。评价该织物的特性，并示于表1中。该双层织物应用于轴承时，作为里层的聚四氟乙烯纤维层为摩擦面、作为表层的棉纤维层为贴合面粘贴于轴承表面。

实施例3

表经、表纬纱均采用纤度为890dtex、捻度为300t/m、单丝根数为120根的聚四氟乙烯长丝，里经、里纬纱均采用20S/2的聚苯硫醚纱线，设定表层、里层均采用2/1斜纹组织、通过表经接结法将上述聚四氟乙烯纤维层与聚苯硫醚纤维层接结成一体，然后通过剑杆织机进行织造，制得表层经纱密度为90根/英寸、纬纱密度为60根/英寸，里层经纱密度为90根/英寸、纬纱密度为60根/英寸的双层织物。将制得的双层织物放在温度20±2℃、湿度65±4％条件下进行调湿处理。评价该织物的特性，并示于表1中。该双层织物应用于轴承时，作为表层的聚四氟乙烯纤维层为摩擦面、作为里层的聚苯硫醚纤维层为贴合面粘贴于轴承表面。

实施例4

表经、表纬纱均采用纤度为440dtex、捻度为无捻、单丝根数为60根的聚四氟乙烯长丝，里经、里纬纱均采用纤度为280dtex、单丝根数为48根的聚酯全牵伸丝，设定表层、里层均采用5/2缎纹组织、通过表经接结法将上述聚四氟乙烯纤维层与聚酯纤维层接结成一体，然后通过剑杆织机进行织造，制得表层经纱密度为200根/英寸、纬纱密度为90根/英寸，里层经纱密度为200根/英寸、纬纱密度为90根/英寸的双层织物。将制得的双层织物放在温度20±2℃、湿度65±4％条件下进行调湿处理。评价该织物的特性，并示于表1中。该双层织物应用于轴承时，作为表层的聚四氟乙烯纤维层为摩擦面、作为里层的聚酯纤维层为贴合面粘贴于轴承表面。

实施例5

表经、表纬纱均采用纤度为110dtex、捻度为190t/m、单丝根数为15根的聚四氟乙烯长丝，里经采用20S/2的聚苯硫醚纱线、里纬采用80S/2的棉纱，设定表层、里层均采用2/2斜纹组织、通过里经接结法将上述聚四氟乙烯纤维层与聚苯硫醚纱线及棉纱线形成的纤维层接结成一体，然后通过剑杆织机进行织造，制得表层经纱密度为90根/英寸、纬纱密度为150根/英寸，里层经纱密度为90根/英寸、纬纱密度为150根/英寸的双层织物。将制得的双层织物放在温度20±2℃、湿度65±4％条件下进行调湿处理。评价该织物的特性，并示于表1中。该双层织物应用于轴承时，作为表层的聚四氟乙烯纤维层为摩擦面、作为里层的聚苯硫醚纱线及棉纱线形成的纤维层为贴合面粘贴于轴承表面。

实施例6

表经、表纬纱均采用纤度为1330dtex、捻度为760t/m、单丝根数为180根的聚四氟乙烯长丝，里经、里纬纱均采用20S/6的棉纱，设定表层、里层均采用3/1斜纹组织、通过里经接结法将上述聚四氟乙烯纤维层与棉纤维层接结成一体，然后通过剑杆织机进行织造，制得表层经纱密度为60根/英寸、纬纱密度为45根/英寸，里层经纱密度为60根/英寸、纬纱密度为45根/英寸的双层织物。将制得的双层织物放在温度20±2℃、湿度65±4％条件下进行调湿处理。评价该织物的特性，并示于表1中。该双层织物应用于轴承时，作为表层的聚四氟乙烯纤维层为摩擦面、作为里层的棉纤维层为贴合面粘贴于轴承表面。

比较例1

经纱采用纤度为440dtex、单丝根数为60根、捻度为300t/m的聚四氟乙烯长丝，纬纱采用纤度为470dtex、单丝根数为72根、拉伸强力为39.8N、断裂伸长率为23.3％的聚酰胺全牵伸丝。通过剑杆织机进行织造，制得经纱密度为62根/英寸、纬纱密度为62根/英寸的1/1平纹单层织物。将制得的单层织物放在温度20±2℃、湿度65±4％条件下进行调湿处理。评价该织物的特性，并示于表1中。该单层织物应用于轴承时，单层织物的一面作为摩擦面、另一面作为贴合面粘贴于轴承表面。

比较例2

经、纬纱均采用纤度为440dtex、捻度为190t/m、单丝根数为60根的聚四氟乙烯长丝。通过剑杆织机进行织造，制得经纱密度为120根/英寸、纬纱密度为90根/英寸的3/1斜纹单层织物。将制得的单层织物放在温度20±2℃、湿度65±4％条件下进行调湿处理。评价该织物的特性，并示于表1中。该单层织物应用于轴承时，单层织物的一面作为摩擦面、另一面作为贴合面粘贴于轴承表面。

表1

Claims (5)

1.一种含聚四氟乙烯纤维的双层织物，包括表层和里层，其特征是：该双层织物是通过接结点将聚四氟乙烯纤维层及其他纤维所形成的纤维层接结成一体的，其中形成所述聚四氟乙烯纤维层的纤维的纤度为50～1400dtex、捻度为0～800t/m，其他纤维为棉、聚酯、聚酰胺、聚苯硫醚中的一种或几种；该双层织物的接结法为里经接结法、表经接结法、接结经接结法、接结纬接结法或联合接结法，该双层织物的表组织为平纹、斜纹、缎纹及其变化组织，里组织为平纹、斜纹、缎纹及其变化组织，该双层织物中聚四氟乙烯纤维层的经、纬向滑动摩擦系数在0.10以下，且该双层织物中其他纤维所形成的纤维层的剥离强度大于0.5N/mm，该双层织物的经向密度为30～250根/英寸，纬向密度为30～250根/英寸。

2.根据权利要求1所述的含聚四氟乙烯纤维的双层织物，其特征是：该双层织物的结构为聚四氟乙烯纤维层作为表层、其他纤维所形成的纤维层作为里层或者其他纤维所形成的纤维层作为表层、聚四氟乙烯纤维层作为里层。

3.根据权利要求1所述的含聚四氟乙烯纤维的双层织物，其特征是：聚四氟乙烯纱线中含有30～196根单丝。

4.根据权利要求1或2所述的含聚四氟乙烯纤维的双层织物，其特征是：该双层织物的厚度为0.50～1.20mm。

5.一种权利要求1所述的含聚四氟乙烯纤维的双层织物在机械运动部件中的应用。