CZ297250B6

CZ297250B6 - Zpusob výroby materiálu pro kluzná loziska

Info

Publication number: CZ297250B6
Application number: CZ0459199A
Authority: CZ
Inventors: Ann McDonald@Julie; Edward Wheatley@John; Latkowski@Anthony; Geoffrey Hall@David
Original assignee: Glacier Garlock Bearings, Inc.
Priority date: 1997-06-21
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2006-10-11
Also published as: SK285414B6; EP0991700B1; ES2178226T3; SK167299A3; EP0991700A1; AU7926898A; ZA985230B; DE69804307T2; GB9929426D0; DK0991700T3; WO1998058986A1; KR20010014028A; JP2002510347A; CN1104457C; US6425977B2; PL337611A1; ATE214720T1; US20010031596A1; GB9713079D0; GB2341426A

Abstract

Zpusob výroby materiálu pro kluzná loziska zahrnuje: vytvárení kasovité suspenze na bázi vody s obsahem pevných cástic, obsahujících 30 az 80 % objemových fluorového polymeru; 10 az 30 % objemových zvláknováním fibrilací vytvorených vláken vytvárejících sítovanou strukturu; 5 az 40 % objemových alespon jednoho výplnového materiálu vybraného ze skupiny zahrnující anorganická vlákna; anorganický materiál ve forme pevných cástic, kovová vlákna, kovové prásky, organická vlákna, organické materiály ve forme pevných cástic a organická cinidla pro zpevnování matrice s tím, ze uvedené sítovanou strukturu tvorící a výplnové materiály jsou odolné vucipusobení teplot nacházejících se nad teplotou bodu tavení nebo teplotou vytvrzování fluorového polymeru; nanásení vrstvy kasovité suspenze na substrát za odstranování vody z této vrstvy, ve které zvláknováním fibrilací vytvorená vlákna tvorí sítovanou strukturu obsahující fluorový polymer a výplnový materiál; impregnování nanásené vrstvy na podkladovou vrstvu vybranou ze skupiny prulincitá vazební vrstva; derovaná kovová podkladová vrstva; a pletivo; a ohrev nanesené vrstvy na teplotu nacházející se nad teplotou teploty tavení fluorového polymeru za úcelem vytvrzení tohoto fluorového polymeru.

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká jednak způsobu výroby kluzných ložisek a jednak materiálů a ložisek za použití tohoto způsobu vyrobených.

Dosavadní stav techniky

Řada typů kluzných ložisek je opatřená funkční ložiskovou povrchovou vrstvou, která obsahuje vysoký podíl fluorového polymeru, například takového jako je polytetrafluorethylen (PTFE), a to zejména proto, že takové polymemí materiály vykazují dobré třecí vlastnosti (tj. nízký součinitel tření). Funkční ložiskové povrchové vrstvy, vytvořené z takových materiálů, jsou vzhledem ktomu, že se nanášejí na nosný substrát, který je obvykle vytvořený z kovu, zákonitě co do tloušťky slabé. Protože je však připevňování fluorových polymerů k nosnému substrátu velmi obtížné, je podle jednoho obecně známého typu kluzných ložisek do těchto materiálů začleněná mezilehlá vrstva, která je obvykle vytvořená ze spékaného kovu, například bronzu. Při výrobě tohoto typu ložiskových materiálů se fluorový polymer směšuje s rozpouštědlem, a výplňovým materiálem za vytvoření kašovité břečky, která vykazuje pastovitou konzistenci, a která se roztíráním rozprostírá na povrchovou plochu spékaného kovu a nucené zavádí do intersticiálních mezer tohoto spékaného kovu za vytváření vazebního spojení povrchové vrstvy ložiskového materiálu se spékaným kovem. Vzhledem k tomu, že je zcela nezbytné z materiálu odstranit v něm obsažené rozpouštědlo, může být takový materiál na spékaný kov nanášený v pouze relativně tenké povrchové vrstvě (o tloušťce přibližně 50 mikronů nebo menší), neboť jinak obsah rozpouštědla způsobuje nežádoucí výskyt tvorby puchýřků, neboli takzvané puchýřkování. Tloušťka povrchové vrstvy, vytvořené nad spékanou vazební vrstvou, je kromě toho ovlivňovaná skutečností, že se kašovitá břečka do intersticiálních mezer spékané vazební vrstvy zavádí navalováním, a že se z důvodu dosažení vyhovující impregnace pro zajištění naprosté eliminace odtrhování vrstvy fluorového polymeru od podkladové vrstvy při funkční aplikaci, může požadovat relativně vysoký tlak, jehož výsledkem je vytvoření povrchové vrstvy, nacházející se nad spékanou vazební vrstvou, vykazující malou tloušťku. Vzhledem k tomu, že je povrchová vrstva co do tloušťky relativně tenká, není možné, pro její zpracovávání za účelem zlepšení jakosti jejího povrchu nebo jejího obrábění na přesnou rozměrovou velikost z důvodu vytvoření ložiska vykazujícího absolutně přesnou tloušťku stěny a kalibrovaný průměr vrtání, využít obvykle používané strojní obrábění.

Patentový dokument EPA-0 708 892 popisuje ložisko vytvořené z vrstveného materiálu, tvořeného kovovou podkladovou vrstvou, nad ní opatřenou spékanou vazební vrstvou a obložením z ložiskového materiálu, který sestává z polytetrafluorethylenu a ze 2 až 10 % objemových zvlákňováním fibrilací vytvořených aromatických vláken infiltrovaných do intersticiálních mezer spékané vazební vrstvy. Uvedený dokument dále popisuje výrobu tenkého souvislého plátu ložiskového materiálu za použití technologického postupu podobného způsobu průmyslové výroby papíru, a následného tavení, slučování a vazebního spojování tenkého souvislého plátu tohoto materiálu ze spékané vazební vrstvy prostřednictvím působení tepla a tlaku. Konečná tloušťka uvedeným způsobem vytvořené vrstvy, nacházející se nad spékanou vazební vrstvou, uloženou na vrstvě podkladového materiálu, je však opět pouze jenom 25 pm.

Patentový dokument WO 97/06 204 popisuje výrobu ložiskového materiálu ve tvaru tenkého souvislého plátu, který jako základní složky obsahuje zvlákněný aromatický polyamid a fluorovou pryskyřici. Technologický postup výroby tohoto materiálu je podobný principu průmyslové výroby papíru. V tomto dokumentu však není, bohužel, uvedena žádná zmínka o způsobu vazebního spojování takto vytvořeného materiálu s kovovou podkladovou vrstvou. Je samozřejmé, že se vrstvením množství tenkých souvislých vrstev materiálu na sebe a jejich následným spékáním do kompaktního vrstveného laminátu za uplatňování tlaku dosáhne konečného materiálu o větší tloušťce. Výsledkem tohoto zpracování je však pouze monolitický blok materiálu, ze kterého může být příslušné ložisko vytvořeno například prostřednictvím strojního obrábění, který však, bohužel, vykazuje nepřítomnost zpevňovacího účinku nosné kovové podkladové vrstvy zejména v případech, ve kterých se pro vytvoření ložiska požadují tenké vrstvy ložiskového materiálu nebo stěny malé tloušťky.

Podstata vynálezu

Vzhledem ke shora uvedenému je základním cílem předloženého vynálezu poskytnout způsob výroby materiálu pro kluzná ložiska na bázi fluorových polymerů, který by jako takový umožnil vytváření co do tloušťky silnějších vrstev ložiskového materiálu, nacházejícího se nad libovolně volenou nosnou podkladovou nebo vazební kovovou vrstvou.

Podle prvního aspektu předloženého vynálezu se poskytuje způsob výroby ložiskového materiálu, přičemž tento způsob obsahuje kroky: vytváření kašovité suspenze na bázi vody s obsahem pevných částic, zahrnujících 30 až 80 % objemových fluorového polymeru; 5 až 30 % objemových zvlákňováním fibrilací vytvořených vláken, vytvářejících síťovanou strukturu; a 5 až 40 % objemových alespoň jednoho výplňového materiálu vybraného ze skupiny zahrnující anorganická vlákna; anorganický materiál ve formě pevných částic; kovová vlákna; kovové prášky; organická vlákna; organické materiály ve formě pevných částic a organická činidla pro zpevňování matrice s tím, že síťovanou strukturu vytvářející a výplňové materiály jsou odolné vůči působení teplot nacházejících se nad teplotou bodu tavení nebo teplotou vytvrzování fluorového polymeru; nanášení vrstvy kašovité suspenze na substrát za odstraňování vody z této vrstvy a následného vytvoření nanesené vrstvy, ve které zvlákňováním fibrilací vytvořená vlákna tvoří síťovanou strukturu obsahující fluorový polymer a výplňový materiál; a ohřev nanesené vrstvy na teplotu nacházející se nad teplotou bodu tavení fluorového polymeru za účelem vytvrzení tohoto fluorového polymeru.

Významnou výhodou způsobu podle předloženého vynálezu je skutečnost, že je možné vytvořit relativně co do tloušťky silnou povrchovou vrstvu ložiskového materiálu, kterou je dále možné zpracovávat strojním obráběním. Tloušťka vrstvy ložiskového materiálu nacházející se nad libovolně volenou podkladovou nebo vazební vrstvou, vytvořená tímto způsobem, se může pohybovat v rozmezí od 50 do 400 pm. Další výhodou způsobu podle předloženého vynálezu je skutečnost, že využití technologického postupu používaného pro výrobu papíru poskytuje ve svém důsledku nutnost mechanického zpracovávání fluorového polymeru v mnohem menším rozsahu a v důsledku toho nižší stupeň jeho vytvrzení, což výslovně umožňuje snazší uskutečňování impregnace ložiskového materiálu do intersticiálních mezer průlinčitých vazebních vrstev, například spékaného bronzu, a zároveň provádění této impregnace při mnohem nižších tlacích, což zase ve svém důsledku umožňuje dosahovat vytvoření z hlediska tloušťky silnějších povrchových vrstev, nacházejících nad spékanou vazební vrstvou. Standardní technologický postup na bázi kašovité břečky představuje relativně vysoký stupeň mechanického působení na polymemí materiál během jeho zpracovávání, přičemž současně nanášení této kašovité břečky na podkladovou vrstvu roztíráním způsobuje její ztužování a z toho vyplývající zvyšování odolnosti proti impregnaci do spékané vrstvy, což ve svém důsledku zákonitě vede k nezbytnému zvyšování požadovaného tlaku, který představuje jednu z příčin vytvoření z hlediska tloušťky slabé povrchové vrstvy, nacházející se nad spékanou vrstvou.

Způsob přípravy výchozí nanesené vrstvy může být uskutečňovaný za využití standardního zařízení, které se používá v papírenském průmyslu pro výrobu papíru a jehož typickým představitelem je papírenský stroj Fourdrinierova typu nebo bubnový papírenský stroj.

Nanesená vrstva, nacházející se na substrátu, získává po odstranění vody z výchozí kašovité suspenze, díky existenci síťované struktury zvlákňováním fibrilací vytvořených vláken, uvnitř

-2CZ 297250 B6 které jsou zachyceny a kolem níž jsou ve vazebním spojení obklopené fluorový polymer a výplňové materiály, požadovanou manipulační pevnost a vykazuje surovému papíru podobný vnější vzhled. Požadavek na dosažení uvedené manipulační pevnosti, která je nezbytná z hlediska následných kroků zpracovávání nanesené vrstvy, představuje minimální obsah 5 % objemových zvlákňováním fibrilací vytvořených vláken. Naproti tomu obsah těchto vláken nad 30 % objemových a vyšší zhoršuje již tak nízké třecí vlastnosti.

Přednostně se obsah zvlákňováním fibrilací vytvořených vláken pohybuje v rozmezí od 10 do 30 % objemových.

S výhodou zvlákňováním fibrilací vytvořená vlákna (obvykle, ve většině případů, označovaná jako vláknina) zahrnují aromatický materiál, například takový jako je Kevlar (obchodní označení) nebo Twaron (obchodní označení), a ještě výhodněji para-aromatický materiál.

Základním požadavkem na zvlákňováním fibrilací vytvořená vlákna je jejich nezbytná schopnost odolávat působení kroku ohřevu, prováděného za účelem vytvrzování fluorového polymeru, takže, vzhledem k uvedenému jsou pro tento účel použitelné jakékoliv další vláknité materiály vyhovující zmiňovanému požadavku.

Podle přednostního provedení předloženého vynálezu může fluorový polymer zahrnovat polytetrafluorethyien (PTFE), jehož vytvrzování vyžaduje ohřev na teplotu nacházející se nad teplotou bodu tavení, která je přibližně 330 °C.

Ačkoliv se pro účely použití v předloženém vynálezu jako fluorový polymer upřednostňuje shora zmiňovaný PTFE, je možné namísto nebo ještě vedle tohoto PTFE použít další fluorové polymery, například takové jako jsou perfluorovaný ethylen-propylen; methylperfluoralkoxy; perfluoralkoxy; polytetrafluorethylen; chlortrifluorethylen; tetrafluor-ethylen-ethylen; polyvinylidendifluorid.

Způsob výroby a materiál podle předloženého vynálezu dále jako součást zahrnuje použití výplňových materiálů, jejichž účelem zajištění zpevnění a/nebo vyztužení matrice materiálu a zároveň také zdokonalení skutečných charakteristických vlastností ložiskového materiálu, například takových jako jsou odolnost proti opotřebeni a součinitel tření.

Vhodná a pro uvedené účely vyhovující anorganická vlákna mohou zahrnovat například skleněná nebo uhlíková vlákna.

Vhodné a pro uvedené účely vyhovující anorganické materiály ve formě pevných částic nebo vláken mohou zahrnovat fluorid vápenatý, jílovou hlinku, disulfid molybdenu, disulfid wolframu, grafit, oxid křemíku, oxid olova, oxid mědi a oxid hliníku.

Vhodná a pro uvedené účely vyhovující kovová vlákna nebo kovové prášky mohou zahrnovat bronz, mosaz, olovo, cín a zinek.

Vhodné a pro uvedené účely vyhovující organické materiály mohou obsahovat výplňový materiál, například takový jako jsou teplem tvrditelné a teplem tvárné pryskyřičné materiály, jejichž použití může sloužit pro účely zajištění dalšího zpevňování matrice. Takové doplňkové polymerní materiály mohou zahrnovat například polyethylensulfid; polyethylensulfon; polyimid; nylon 4.6 (polyamid); polyetheretherketon; polyformaldehyd; polyester; polyurethan; polyamid-imid; polyethersulfon; polyethylen-terefitalát a polyetherimid.

Kašovitá suspenze může dále, z důvodu zlepšení manipulační pevnosti syrového, ještě nevytvrzeného naneseného materiálu, obsahovat latexové materiály. Přesto, že se takové doplňkové přísady, obsažené v kašovité suspenzi, budou během kroku ohřevu pro vytvrzování fluorového

- J CZ 297250 B6 polymeru rozkládat, nepředstavuje tato skutečnost škodlivý vliv na výsledné vlastnosti konečně dohotoveného vytvrzeného ložiskového materiálu.

Kašovitá suspenze bude, kromě uvedeného, obsahovat další doplňkové přísady, které jsou z hlediska vytváření této kašovité suspenze významné, a které napomáhají při nanášení a vytváření vrstvy tuhé fáze požadovaného složení na odvodňovacím substrátu zařízení pro výrobu papíru. Takové doplňkové přísady mohou zahrnovat koagulační a flokulační činidla, například takové jako jsou koloidní oxid křemíku, polymerní koagulanty a kamenec. Vzhledem k tomu, že takové materiály, určené pro uskutečňování požadovaného účinného působení, jsou osobám obeznámeným se stavem techniky dostatečně známé a z tohoto důvodu nebudou dále nijak podrobně popisované a objasňované.

Nanesená vrstva vykazuje po jejím sejmutí z odvodňovacího substrátu pórovitost v rozsahu kolem 50 % objemu. Tloušťka nanesené vrstvy syrového nezhuštěného a nevytvrzeného materiálu se může pohybovat v rozmezí od cca 200 pm do cca 2 mm. Spodní hodnota tloušťky, tj. velikost 200 pm, představuje prakticky využitelnou krajní mez, po jejímž překročení je pevnost materiálu v tahu pro snadnou a bezpečnou manipulaci příliš nízká, zatímco horní krajní mez (velikost 2 mm) je závislá na charakteristických parametrech odvodňování základního technologického postupu zpracovávání materiálu papírenským způsobem.

Pro účely výroby kluzného ložiska se přednostně požadovaná tloušťka nanesené vrstvy v dosud nezpevněném stavu může pohybovat v rozmezí od 200 do 800 pm.

Po vytvoření nanesené vrstvy se z hlediska kroku připevňování této vrstvy na podkladovou vrstvu a kroku ohřevu pro vytvrzení fluorového polymeru teoreticky nabízí několik technologických postupů zpracování, které je možné pro tento účel použít. Takto může být uvedená nanesená vrstva adhezně spojována s nosnou podkladovou vrstvou buď před, nebo po kroku ohřevu pro vytvrzení polymemího materiálu. Jako nosná podkladová vrstva může být použitý libovolný ze stavu techniky známý a pro uvedené účely vyhovující materiál, například takový jako je ocel, antikorozní ocel, bronz a hliník.

Pro připevňování vrstvy ložiskového materiálu k pevnému nosnému substrátu existuje množství různých alternativ. V zásadě však existují dvě základní alternativy, které obsahují: (i) mechanické připevňování vrstvy ložiskového materiálu na kovovou podkladovou vrstvu, ve kterém se vrstva ložiskového materiálu impregnací zavádí do průlinčité povrchové plochy podkladové vrstvy nebo zabírá s a je spřahována s podkladovou vrstvou prostřednictvím tělesných znaků, vytvořených na povrchu této podkladové vrstvy, například takových jako jsou kovové drátěné pletivo nebo děrovaná kovová podkladová vrstva; nebo (ii) připevňování vrstvy ložiskového materiálu na pevnou podkladovou vrstvu prostřednictvím adhezních prostředků; a nebo (iii) připevňování vrstvy ložiskového materiálu za použití libovolné kombinace mechanických a adhezních prostředků. Kromě toho v každé z těchto alternativ existuje libovolná možnost volby konkrétně využitelných technologických kroků nebo postupného sledu pro uvedený účel použitých technologických kroků.

V případech, ve kterých se ložiskový materiál k průlinčité spékané vazební vrstvě připevňuje za použití mechanických prostředků, může být syrová nanesená vrstva zaváděná do povrchu spékané vazební vrstvy impregnací s následným ohřevem za účelem jeho vytvrzování. Podkladový substrát je obvykle vytvořený z kovu, takže v případě, kdy se nanesená vrstva připevňuje na uvedený substrát ještě před krokem ohřevu, pak tento substrát podporuje přenos tepla vedením do všech částí vrstvy. Tato cesta současně vede k a zajišťuje úplné zpevnění průlinčité vrstvy ložiskového materiálu během uvedeného kroku impregnace.

Tloušťka vrstvy ložiskového materiálu, nacházejícího se nad spékanou vazební vrstvou nebo nad podkladovou vrstvou po provedení impregnace a následného zpevňování se může před

-4CZ 297250 B6 jakýmkoliv libovolně zvoleným krokem zpracovávání strojním obráběním s výhodou pohybovat v rozmezí od 50 pm do 400 pm, a ještě výhodněji v rozmezí 100 pm do 250 pm.

Naproti tomu v případech, ve kterých se ložiskový materiál na podkladovou vrstvu připevňuje za použití adhezních prostředků, může být syrová nanesená vrstva (a) nejdříve zpevňována za účelem odstranění nebo redukce pórovitosti, například prostřednictvím zpracování válcováním, které je následované vytvrzováním a nakonec adhezním připevňováním na vrstvu podkladového materiálu za použití adhezních prostředků; nebo se může (b) průlinčitá vrstva ložiskového materiálu adhezně připevňovat na vrstvu podkladového materiálu za použití adhezních prostředků, následně zpevňovat, a nakonec vytvrzovat; nebo se může (c) průlinčitá vrstva ložiskového materiálu nejdříve zpevňovat, poté adhezně připevňovat na vrstvu podkladového materiálu za použití adhezních prostředků a nakonec vytvrzovat; nebo se může (d) vrstva ložiskového materiálu adhezně připevňovat na vrstvu podkladového materiálu, poté vytvrzovat, a následně zpevňovat; nebo se může (e) vrstva ložiskového materiálu vytvrzovat, adhezně připevňovat na vrstvu podkladového materiálu, a nakonec zpevňovat; nebo se může (f) vrstva ložiskového materiálu vytvrzovat, zpevňovat, a adhezně připevňovat na vrstvu podkladového materiálu.

V případě použití postupových variant (b), (c), a (d) musí adhezní prostředek vykazovat schopnost odolávat působení teploty vytvrzování, zatímco v případě postupových variant (b), (d) a (e) musí zase vrstva adhezního prostředku vykazovat schopnost odolávat ovlivňování během kroku zhutňování, který může být prováděný například prostřednictvím přetváření válcováním nebo jakéhokoliv dalšího libovolně voleného a pro uvedené účely použitelného technologického postupu. Postupové varianty (b), (d) a (e) mají výhodu v tom, že pórovitost vrstvy ložiskového materiálu může být zužitkovávána pro zvýšení vazebního spojení s adhezním prostředkem.

Vhodné a pro tento účel použitelné adhezní prostředky mohou zahrnovat epoxidové pryskyřice, akrylové polymery, kyanoakryláty, polyurethany, fenolové pryskyřice, izopreny, styren butadieny, fluorové polymery, polyestery a polyamidy. Způsoby aplikace uvedených adhezních prostředků mohou zahrnovat nanášení navalováním, clonové nanášení, nanášení rozprašováním nebo pokrývání ve formě tenké vrstvy adhezního prostředku (například teplem tavitelného, samolepicího nebo kontaktního typu). V případě použití adhezních prostředků může ložiskový materiál vyžadovat předběžné zpracování, například takové jako je chemické leptání, zpracování plasmou, ozařování, Či zpracování za použití chemických spojovacích prostředků nebo přísad zlepšujících adhezní přilnavost, prováděné ještě před aplikací adhezních prostředků.

Kromě toho je možné vrstvu ložiskového materiálu nanášet v několika vrstvách tak, že se každá další vrstva nanáší na vrchní stranu předcházející vrstvy za vytvoření z hlediska tloušťky silnější nanesené vrstvy.

Rovněž tak je možné, prostřednictvím řízeného ovládání složení a nanášení kašovité suspenze během technologického postupu jejího zpracovávání papírenským způsobem, vytvářet nanesenou vrstvu s proměnlivým složením, což, jinak řečeno, znamená existenci dvou nebo více oblastí nanášení, ve kterých se na předchozí nanesenou vrstvu kašovité suspenze určitého složení nanáší další vrstva kašovité suspenze jiného složení. Alternativně se mohou vyrábět jednotlivé vrstvy s odlišným složením kašovité suspenze, které se následně slisují do jediného celku a vytvrdí.

V případě, kdy je ložiskový materiál vytvořený z množství samostatných nanesených vrstev, může každá z těchto vrstev vykazovat odlišné složení kašovité suspenze. Například, vrstva, která je zamýšlená pro použití jako kluzná povrchová plocha ložiska může zahrnovat větší obsah fluorového polymeru než vrstva, která je určená pro vytvoření spodní povrchové plochy, přiléhající k substrátu, a která může zahrnovat další polymery vykazující mnohem účinnější vazební přilnavost k materiálu substrátu. Jinak řečeno, složení ložiskového materiálu se mění skrze jeho tloušťku od složení, které zaručuje mnohem snadnější vazební spojování se substrátem, až ke složení, které poskytuje dosažení dokonalých vlastností ložiskového materiálu.

-5 CZ 297250 B6

Tloušťka každé nanášením vytvořené nanesené vrstvy se může měnit v závislosti na její zamýšlené funkci při použití v kombinaci s finálním ložiskem. Vzhledem k tomu jsou využitelné i tenčí vrstvy, které jsou jinak jako takové, z hlediska nemožnosti manipulace s nimi, nevyužitelné, například prostřednictvím vazební vrstvy, uspořádané mezi vlastním kluzným ložiskovým materiálem a pevnou podkladovou vrstvou.

Pevná podkladová vrstva může být opatřená další na ní nanesenou vrstvou polymemího materiálu, který je kompatibilní s fluorovým polymerem, podporující adhezní soudržnosti mezi uvedenou podkladovou vrstvou a nanesenou vrstvou.

Další možnost představuje použití dutého výplňového materiálu, který za tohoto stavu může obsahovat kapalnou látku nebo jiné mazivo postupně se uvolňující během opotřebovávání se ložiskového materiálu.

Podle druhého aspektu předloženého vynálezu se poskytuje ložiskový materiál vytvořený za použití způsobu podle prvního aspektu předloženého vynálezu.

Podle třetího aspektu předloženého vynálezu se poskytuje kluzné ložisko obsahující materiál vytvořený za použití způsobu podle druhého aspektu předloženého vynálezu a vazebně spřažený s materiálem pevné podkladové vrstvy.

Přehled obrázků na výkresech

Předložený vynález bude, za účelem jeho pochopení v širších souvislostech, blíže objasněn prostřednictvím názorných příkladů jeho konkrétních provedení pouze s odvoláním na připojený diagram, který představuje porovnání ze stavu techniky známého ložiskového materiálu, uloženého na pletivu a zpracovaného impregnací, a ložiskového materiálu podle předloženého vynálezu v závislosti na míře opotřebení jako funkce času.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Tento příklad ilustruje způsob výroby kluzného ložiska. Způsob zahrnuje vytváření kašovité suspenze na bázi vody vykazující obsah pevných částic v množství 2 % hmotnostní na celkové objemové množství (tj. 10 kg pevných částic na 5001 vody). Uvedený obsah pevných částic sestává ze 73 % objemových fluorového polymeru (PTFE) (ve formě vodné směsi, ve které je 55% hmotnostních PTFE dispergováno ve vodě), 10% objemových zvlákňováním fibrilací vytvořených vláken z para-aromatického materiálu (vlákna vykazují průměrnou délku 0,74 mm a průměr 12 až 15 pm), 4 % objemová grafitového prášku, a 13 % objemových skleněných vláken (vlákna vykazují průměrnou délku 150 pm a průměr 15 pm). V alternativní variantě pro účely ilustrace uváděného příkladného provedení způsobu byl ve složení kašovité suspenze vypuštěn grafit, obsah PTFE byl snížen na 67 % objemových, obsah skleněných vláken byl ponechán na 13 % objemových, a obsah vláken z para-aromatického materiálu byl zvýšen na 20 % objemových.

Vlákna z para-aromatického materiálu byla fibrilací zvlákňována tak, aby byla schopná vytvářet síťovanou strukturu. Zahrnutá skleněná vlákna byla použita jako vyztužovací vlákna. Vzhledem k uváděným skutečnostem by mělo být zřejmé, že použitá vlákna jsou odolná proti působení teplot pohybujících se kolem teploty bodu tavení PTFE (tj. teploty přibližně 330 °C).

-6CZ 297250 Β6

Kromě toho způsob dále obsahuje nanášení kašovité suspenze na drátěné pletivo za účelem odstranění vody obsažené v kašovité suspenzi odvodňováním za vytvoření nanesené vrstvy, ve které vlákna z para-aromatického materiálu tvoří síťovanou strukturu, obsahující PTFE, grafit, a skleněná vlákna. Uvedená síťovaná struktura, vytvořená prostřednictvím vláken para-aromatického materiálu, vykazuje nahodile orientovaná, a adhezně navzájem spojená vlákna a slouží pro vytvoření nosné vyztužené struktury, která ve svém důsledku umožňuje manipulaci s vytvořenou nanesenou vrstvou. Nanášení vodné kašovité suspenze bylo prováděno prostřednictvím jejího nastříkávání na drátěné pletivo během za současného přemísťování tohoto drátěného pletiva. Nanesená vrstva je, po odstranění vody jejím odvodňováním skrze drátěné pletivo a vystupování z uvedené vrstvy, samonosná a za tohoto stavu je možné ji zdvihat a stahovat z pásu drátěného pletiva, vysoušet a svinovat navíjením.

Za tohoto stavu se nanesená vrstva, která vykazuje tloušťku přibližně 500 mikronů, stáhne z drátěného pletiva a umístí na kovový substrát. Tímto substrátem byl hliníkový plát o tloušťce 0,3 mm. Substrát byl předběžně zpracovaný tvarováním a opatřený kovovými vyvýšeninami, vystupujícími z tohoto substrátu do výšky o velikosti přibližně 0,4 mm. Uvedené vyvýšeniny tvoří okraje děr, procházejících skrze substrát a vytvořených děrováním. Kovový substrát a nanesená vrstva byly podrobeny zpracovávání průchodem mezi stlačovacími válci za účelem nalisování uvedených vyvýšenin do nanesené vrstvy za pevného spřažení nanesené vrstvy se substrátem. Pro účely ilustrace uváděné příkladné provedení způsobu dále obsahuje krok ohřevu, ve kterém se nanesená vrstva z důvodu zajištění vytvrzení PTFE ohřívá na teplotu nacházející se nad teplotou teploty tavení PTFE. Tento krok ohřevu, který se uskutečňuje až po provedení vzájemného spřažení nanesené vrstvy se substrátem, se provádí v peci při teplotě 380 °C po dobu trvání 10 minut.

Konečně dohotovený ložiskový materiál vykazuje funkční ložiskovou povrchovou vrstvu, která je vytvořená z nanesené vrstvy jejím vytvrzením a která vykazuje tloušťku 250 mikronů.

Příklad 2

Kašovitá suspenze byla vytvořena způsobem, který se shoduje se způsobem popsaným v souvislosti s Příkladem 1, avšak s tím, že vykazovala následující konečný obsah pevných částic: 65 % objemových PTFE; 20% objemových Kevlarových vláken (obchodní označení); a 15 % objemových fluoridu vápenatého (+ stabilizátory a chemické přísady, například takové jako jsou koagulační činidla) ve vysušené vrstvě naneseného materiálu, který vykazoval tloušťku 0,49 mm. Pevnost v tahu dosud nezpevněného materiálu po jeho nanesení, ale ještě před jeho vytvrzováním, byla 0,7 MPa. Tento dosud nezpevněný materiál byl impregnací, uskutečňovanou prostřednictvím průchodu dvou uvedených materiálů mezi stlačovacími válci, zaváděn do průlinčité spékané bronzové vrstvy o tloušťce 0,25 mm, uložené na ocelové podkladové vrstvě. Během tohoto kroku přetváření materiálů jejich průchodem mezi válci dochází kromě zpevňování naneseného materiálu k jeho současné impregnaci do objemu spékané bronzové vrstvy. Impregnací zpracovaný ložiskový materiál byl následně podroben ohřevu na teplotu 380 °C a ponechán na této teplotě po dobu 10 minut za účelem dosažení vytvrzení PTFE. Konečně zpracovaný materiál vykazoval vrstvu ložiskového materiálu, nacházející se nad spékanou průlinčitou vazební vrstvou, o tloušťce 0,165 mm.

Zpracovávání materiálu způsobem podle shora popisovaného příkladu provedení bylo uskutečňováno za použití poloprovozního zkušebního vybavení. Podobně byla výroba tohoto materiálu prováděna na hromadné výrobní lince, na které bylo vytvrzování materiálu dosahováno prostřednictvím indukčního ohřevu, uskutečňovaného přes kovovou podkladovou vrstvu při teplotě 380 °C po dobu přibližně 1 minuty.

-7 CZ 297250 B6

Příklad 3

Kašovitá suspenze byla vytvořena způsobem, který je v podstatě stejný jako způsob popsaný v souvislosti s Příkladem 1, avšak s tím, že vykazovala následující konečný obsah pevných částic: 61,8 % objemových PTFE; 20 % objemových Kevlarových vláken (obchodní označení); 13 % objemových skleněných vláken; 3,2 % objemových koloidního oxidu křemíku (jako koagulačního činidla); a 2 % objemová sazí (jako pigmentu) a dalších doplňkových přísad, například stabilizátorů. Pevnost v tahu dosud nezpevněného materiálu po jeho nanesení, ale ještě před jeho vytvrzováním, byla 0,9 MPa. Tento dosud nezpevněný materiál byl impregnací zaváděn do průlinčité spékané bronzové vrstvy o tloušťce 0,25 mm, nanesené na ocelové podkladové vrstvě, průchodem uvedených dvou materiálů skrze válce. Během tohoto kroku přetváření materiálů jejich průchodem mezi válci dochází kromě zpevňování naneseného materiálu k jeho současné impregnaci do objemu spékané bronzové vrstvy. Impregnací zpracovaný ložiskový materiál byl následně podroben ohřevu na teplotu 380 °C a ponechán za této teploty po dobu 10 minut za účelem dosažení vytvrzení PTFE. V alternativním provedení, ve kterém byl proces vytvrzování uskutečňován na průmyslové výrobní lince, byl zpracovávaný materiál podrobován působení indukčního ohřevu, přičemž požadované vytvrzování probíhalo při teplotě 380 °C po dobu přibližně 1 minuty.

Konečně dohotovený materiál vykazoval vrstvu ložiskového materiálu, nacházející se nad spékanou průlinčitou vazební vrstvou, o tloušťce 0,165 mm.

Rychlost opotřebení a charakteristické třecí parametry tohoto materiálu, které byly zjištěné měřením, jsou srovnatelné s charakteristickými parametry dalších, ze stavu techniky známých ložiskových materiálů a výrobků.

Viz Tabulka 1.

Tabulka 1

Charakteristické parametry (míra opotřebení a součinitel tření) třecích materiálů

	Opotřebení (v pm)	Součinitel tření
Ložiskový materiál vytvořený podle předloženého vynálezu	17	0,12
Polymemí ložiskový materiál, vytvořený papírenským způsobem a obsahující PTFE a skleněná vlákna jako výplňový materiál	16	0,15
Standardní ložiskový materiál 1, uložený na pletivu a obsahující PTFE a skleněná a grafitová vlákna jako výplňový materiál	23	0,12
Standardní ložiskový materiál 2, uložený na pletivu a obsahující PTFE a skleněná a grafitová vlákna jako výplňový materiál	42	0,11

Velikost opotřebení byla měřena na válcových ložiskových pánvích za použití zkušebního testu, spočívajícího v podrobování ložiskové pánve vibračnímu kmitání při PV = 0,18 po dobu 130,000 cyklů. Součinitel tření byl měřený za použití jehlového (pin-on-disc) tribometru.

Připojený Diagram velikosti opotřebení jako funkce času znázorňuje výsledky zkušebního testování nově vytvořeného ložiskového materiálu impregnovaného do spékané bronzové vrstvy v porovnání s dosavadními ze stavu techniky známými ložiskovými materiály na bázi drátěného pletiva. Zkušební testy byly prováděny na plochých zkušebních vzorcích za použití zkušební aparatury pro měření opotřebení (block-on-ring).

-8CZ 297250 B6

Příklad 4

Použitá kašovitá suspenze vykazovala stejné složení jako v Příkladu 3 (61,8% objemových PTFE atd.). Tloušťka a pevnost materiálu v tahu byla rovněž tak stejná jako v Příkladu 3.

Dosud nezpevněný materiál byl impregnací, uskutečňované průchodem těchto materiálů skrze válce, zaváděn do bronzového pletiva o tloušťce 0,39 mm. Během tohoto kroku přetváření materiálu průchodem mezi válci byl materiál kromě jeho zpevňování současně impregnací zaváděn do bronzového pletiva. Konečná tloušťka ložiskovým materiálem impregnovaného bronzového pletiva byla 0,39 mm. Vytvrzování tohoto materiálu bylo prováděno při teplotě 380 °C po dobu 10 minut.

Příklad 5

Kašovitá suspenze byla vytvořena způsobem, který se v podstatě shoduje se způsobem popsaným v souvislosti s Příkladem I, avšak s tím, že vykazovala následující konečný obsah pevných částic: 61,8% objemových PTFE; 20% objemových Kevlarových vláken (obchodní označení); 13 % objemových skleněných vláken; 3,2 % objemových koloidního oxidu křemíku (jako koagulačního činidla); a 2 % objemová sazí (jako pigmentu) a dalších doplňkových přísad, například stabilizátorů. Tloušťka zpracovávaného materiálu před zhutňováním byla 0,53 mm a pevnost tohoto materiálu v tahu v naneseném stavu byla 0,9 MPa. Na povrch ložiskového materiálu byl, prostřednictvím navalovacích válců, nanesen adhezní prostředek na bázi fenolové pryskyřice. Povlakem adhezního prostředku opatřený materiál byl předehřát za účelem aktivace adhezního prostředku a následně, společně s tenkým plátem z antikorozní oceli jako podkladovou vrstvou o tloušťce 0,3 mm, podroben průchodu skrze stiskovou linii kalandrových válců za vytvoření vrstveného materiálu. Takto vytvořený vrstvený materiál byl poté podroben dvěma průchodům skrze ohřáté válce z důvodu požadovaného zpevnění ložiskového materiálu. Následně, po zpevnění, byl vrstvený materiál ohříván na teplotu 380 °C za účelem vytvrzení PTFE. Takto zpracovaný vrstvený materiál byl následně, pro účely zkušebního testování, zpracovaný do válcové ložiskové pánve. Tloušťka zpevněného ložiskového materiálu po vytvrzování vykazovala hodnotu 0,23 mm. Použití adhezního prostředku na bázi fenolové pryskyřice bylo výhodné zejména proto, že tento adhezní prostředek je schopný udržovat dobrou adhezní vazbu mezi substrátem a ložiskovým materiálem i po provedení kroku vytvrzování PTFE.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob výroby materiálu pro kluzná ložiska, vyznačující se tím, že obsahuje kroky:

vytváření kašovité suspenze na bázi vody s obsahem pevných částic, zahrnujících 30 až 80 % objemových fluorového polymeru; 10 až 30% objemových zvlákňováním fibrilací vytvořených vláken, vytvářejících síťovanou strukturu; a 5 až 40 % objemových alespoň jednoho výplňového materiálu vybraného ze skupiny zahrnující anorganická vlákna, anorganický materiál ve formě pevných částic, kovová vlákna, kovové prášky, organická vlákna organické materiály ve formě pevných částic a organická činidla pro zpevňování matrice s tím, že uvedené síťovanou strukturu tvořící a výplňové materiály jsou odolné vůči působení teplot nacházejících se nad teplotou teploty tavení nebo teplotou vytvrzování fluorového polymeru;

-9CZ 297250 B6 nanášení vrstvy kašovité suspenze na substrát za odstraňování vody z této vrstvy a následného vytvoření nanesené vrstvy, ve které zvlákňováním fíbrilací vytvořená vlákna tvoří síťovanou strukturu obsahující fluorový polymer a výplňový materiál;

impregnování nanášené vrstvy na podkladovou vrstvu vybranou ze skupiny průlinČitá vazební vrstva; děrovaná kovová podkladová vrstva; a pletivo;

ohřev impregnovaného materiálu na teplotu nacházející se nad teplotou bodu tavení fluorového polymeru za účelem vytvrzení tohoto fluorového polymeru;

tloušťka nanášené vrstvy je volena tak, aby tloušťka vrstvy ložiskového materiálu, nacházejícího se nad průlinčitou vazební vrstvou, se po impregnaci a následném zpevňování pohybovala v rozmezí od 50 pm do 400 pm.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zvlákňováním fíbrilací vytvořená vlákna zahrnují aromatický materiál.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že zvlákňováním fíbrilací vytvořená vlákna zahrnují para-aromatický materiál.

4. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že fluorový polymer zahrnuje polytetrafluorethylen.

5. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků laž3, vyznačující se tím, že uvedeným fluorovým polymerem je alespoň jeden fluorový polymer vybraný ze skupiny zahrnující perfluorovaný ethylenpropylen; methylperfluoroalkoxy; perfluoroalkoxy; polytetrafluorethylen; chlortrifluorethylen; tetrafluorethylenethylen; polyvinylidendifluorid.

6. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že výplňový materiál ve formě anorganických vláken zahrnuje skleněná nebo uhlíková vlákna.

7. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že anorganické materiály ve formě pevných částic nebo vláken jsou vybrané ze skupiny zahrnující fluorid vápenatý, jílovou hlinku, disulfid molybdenu, disulfid wolframu, grafit, oxid křemíku, oxid olova, oxid mědi a oxid hliníku.

8. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že kovová vlákna nebo kovové prášky jsou vybrané ze skupiny zahrnující bronz, mosaz, olovo, cín a zinek.

9. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že organický výplňový materiál je vybraný ze skupiny teplem tvrditelných a teplem tvárných pryskyřičných materiálů zahrnující polyethylensulfid; polyethylensulfon; polyimid; nylon 4.6 (polyamid); polyetheretherketon; polyformaldehyd; polyester; polyurethan; polyamid-imid; polyethersulfon; polyethylenterefitalát a polyetherimid.

10. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že kašovitá suspenze dále obsahuje latexový materiál.

- 11 CZ 297250 B6

11. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že kašovitá suspenze dále obsahuje koagulační a flokulační činidla.

12. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že tloušťka nanesené vrstvy po jejím nanesení se pohybuje v rozmezí od asi 200 pm do asi 2 mm.

13. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že tloušťka ložiskového materiálu, nacházejícího se nad průlinčitou vazební vrstvou, se před libo

- 10CZ 297250 B6 volně voleným krokem zpracovávání strojním obráběním pohybuje v rozmezí od 100 pm do 250 pm.

14. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že jako průlinčitá vazební vrstva je poskytnuta spékaná bronzová vrstva uložená na ocelové podkladové vrstvě.

15. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že impregnační krok se nahrazuje zpevňováním nanesené vrstvy ložiskového materiálu prostřednictvím stlačování ještě před krokem vytvrzování, vytvrzováním a následným připevněním za použití adhezních prostředků na pevnou podkladovou vrstvu.

16. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že impregnační krok se nahrazuje nanášením vrstvy ložiskového materiálu připevňováním na podkladovou vrstvu za použití adhezních prostředků ještě před krokem vytvrzování, nanášená vrstva se poté zpevňuje prostřednictvím stlačování, a následně je vytvrzována.

17. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že impregnační krok se nahrazuje zpevňováním nanesené vrstvy ložiskového materiálu prostřednictvím stlačování, poté se připevňuje na podkladovou vrstvu za použití adhezních prostředků ještě před krokem vytvrzování, a následně se vytvrzuje.

18. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že impregnační krok se nahrazuje adhezním spojováním nanesené vrstvy ložiskového materiálu s podkladovou vrstvou, poté se vytvrzuje, a následně zpevňuje.

19. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků lažl4, vyznačující se tím, že impregnační krok se nahrazuje vytvrzováním nanesené vrstvy ložiskového materiálu, která se adhezně spojuje s podkladovou vrstvou, a následně zpevňuje.

20. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků lažl4, vyznačující se tím, že impregnační krok se nahrazuje vytvrzováním nanesené vrstvy ložiskového materiálu, která se zpevňuje, a následně adhezně spojuje s podkladovou vrstvou.

21. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků 15 až 20, vyznačující se tím, že adhezním prostředkem je fenolová pryskyřice.

22. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že se vrstva ložiskového materiálu nanáší ve více vrstvách tak, že se každá další vrstva kašovité suspenze nanáší na vrchní stranu předcházející vrstvy kašovité suspenze.

23. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že se složení uvedené další vrstvy kašovité suspenze odlišuje od složení uvedené předcházející vrstvy kašovité suspenze.

24. Způsob podle nároku 22 nebo23, vyznačující se tím, že tloušťka každé nanesené vrstvy je odlišná.

25. Způsob podle kteréhokoli z předcházejících nároků 15až24, vyznačující se tím, že pevná podkladová vrstva je opatřená vrstvou dalšího polymeru, který je kompatibilní s fluorovým polymerem, podporující adhezní soudržnost mezi podkladovou vrstvou a nanesenou vrstvou.

26. Způsob podle kteréhokoli z předcházející nároků, vyznačující se tím, že výplňový materiál obsahuje kapalnou látku nebo jiné mazivo, která se během opotřebovávání se ložiskového materiálu postupně uvolňuje.

27. Ložiskový materiál vytvořený za použití způsobu podle kteréhokoli jednoho z předcházejících nároků 1 až 14.

5

28. Ložiskový materiál vytvořený za použití způsobu podle kteréhokoli jednoho z předcházejících nároků 15 až 27.

29. Ložiskový materiál, mající podkladovou vrstvu vybranou ze skupiny průlinčitá vazební vrstva, děrovaná kovová podkladová vrstva, a pletivo, přičemž podkladová vrstva je impregío nována plastickým ložiskovým materiálem obsahujícím 30 až 80% objemových fluorového polymeru, 10 až 30% objemových zvlákňováním fibrilací vytvořených vláken, vytvářejících síťovanou strukturu a 5 až 40 % objemových alespoň jednoho výplňového materiálu vybraného ze skupiny zahrnující anorganická vlákna, anorganický materiál ve formě pevných částic, kovová vlákna, kovové prášky organická vlákna, organické materiály ve formě pevných částic a orga15 nická činidla pro zpevňování matrice s tím, že uvedené síťovanou strukturu tvořící a výplňové materiály jsou odolné vůči působení teplot nacházejících se nad teplotou bodu tavení nebo teplotou vytvrzování fluorového polymeru, vyznačující se tím, že vrstva plastického ložiskového materiálu je v rozmezí od 50 pm do 400 pm tloušťky na povrchu podkladové vrstvy.