DE112014005493T5

DE112014005493T5 - Verbundwerkstofflager, umfassend eine Polyimidmatrix

Info

Publication number: DE112014005493T5
Application number: DE112014005493.3T
Authority: DE
Inventors: Nafih Mekhilef; Jeffrey H. Peet; Blair K. Brettmann; Boguslawa Czarnecka; Emeric Malefant; Hongxiang Teng
Original assignee: Saint Gobain Performance Plastics Corp
Current assignee: Saint Gobain Performance Plastics Corp
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2016-08-18
Also published as: JP2019113189A; WO2015103306A1; CN105980722A; JP7170072B2; JP2017503978A; CN105980722B; CN113685441A; JP2023011788A; TW201525316A; US20150184694A1; TWI567309B; US10266722B2; JP2021089074A; CN113685441B; US9890298B2; US20180134917A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Lager und Dichtungsvorrichtungen, umfassend eine Verbundwerkstoffstruktur, welche ein Substrat und eine auf dem Substrat abgeschiedene Schicht umfasst. Die Schicht, die auf dem Substrat abgeschieden ist, umfasst eine Polyimidmatrix und ein Füllmaterial, welches in der Polyimidmatrix dispergiert ist. Das Füllmaterial kann ein thermoplastisches Polymer sein, wie beispielsweise PTFE, und/oder ein organisches Füllmaterial. Die Lagervorrichtung kann eine synergistische Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und des Reibungskoeffizienten zeigen.

Description

Fachgebiet der Offenlegung
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf Verbundwerkstoffe, und insbesondere auf Verbundwerkstoffe, die verwendet werden, um Lager und Dichtungen herzustellen.
Technisches Gebiet
Anordnungen, umfassend Lager und Dichtungen sind in der Industrie weit verbreitet als Schnittstelle zwischen einer beweglichen Oberfläche und einer stationären Oberfläche. Traditionell ist es erwünscht, die Beständigkeit eines Lagers gegen Verschleiß zu erhöhen und gleichzeitig einen möglichst geringen Reibungskoeffizienten zu erreichen. Allerdings haben die meisten Versuche, die Beständigkeit gegen Verschleiß zu erhöhen, in den meisten Fällen einen negativen Effekt auf den Reibungskoeffizienten und umgekehrt. Daher besteht ein Bedürfnis, eine neuartige Zusammensetzung aus Lager und Dichtung zu entwickeln, in der der Verbund sowohl eine verbesserte Beständigkeit gegen Verschleiß als auch einen verbesserten Reibungskoeffizienten aufweist.
Darüber hinaus hat das Verfahren zur Herstellung von Verbundlagern, und insbesondere von Verbundlagern, welche eine Polyimidmatrix umfassen, Nachteile. Insbesondere ist ein Verfahren zur in-situ oder kontinuierlichen Formung der Polyimidmatrix erwünscht. Solch eine in-situ-Imidisierung und Formung von Polyimidmatrices mit dispergierten Füllstoffen oder Thermoplastik in Verbundwerkstoffe, Lagern und Dichtungen wurde bisher weder offenbart noch vorgeschlagen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Anordnung von Verbundwerkstoffen zur Verfügung, die diese und andere Anforderungen erfüllt, wie es im Weiteren im Detail erläutert werden wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Ausführungsbeispiele sind in den beigefügten Zeichnungen in exemplarischer Weise dargestellt und sind nicht beschränkend.
1 beinhaltet eine Zeichnung eines Verbundwerkstoffs gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
2 beinhaltet eine Zeichnung eines Verbundwerkstoffes gemäß einer anderen Ausführungsform der Offenbarung.
3 beinhaltet eine Zeichnung einer Testvorrichtung für Verschleißraten und Reibungskoeffizienten gemäß ASTM G-77.
4 veranschaulicht die Aufnahme des Verschleiß und der Temperatur als eine Funktion der Zeit für Probe 1.
5 veranschaulicht die Aufnahme des Reibungskoeffizienten als eine Funktion der Zeit für Probe 1.
6 veranschaulicht eine Aufnahme des Verschleiß und der Temperatur als eine Funktion der Zeit für Probe 2.
7 veranschaulicht die Aufnahme des Reibungskoeffizienten als eine Funktion der Zeit für Probe 2.
8 veranschaulicht die Aufnahme des Abriebs und der Temperatur als eine Funktion der Zeit für Probe 3.
9 veranschaulicht die Aufnahme des Reibungskoeffizienten als eine Funktion der Zeit für Probe 3.
10 und 11 veranschaulichen die SEM von Probe 1.
12 und 13 veranschaulichen die SEM von Probe 2.
14 und 15 veranschaulichen die SEM von Probe 3.
16 veranschaulicht die Daten des trockenen Reibungskoeffizienten von Beispiel 3.
17 veranschaulicht die Daten für den feuchten Reibungskoeffizienten von Beispiel 3.
18 veranschaulicht einen Vor-Verbundwerkstoff für ein Lager gemäß einer Ausführungsform.
19 veranschaulicht einen Vor-Verbundwerkstoff für ein Lager gemäß einer anderen Ausführungsform.
20 veranschaulicht das Lager vor der Zusammensetzung von 19, wobei die Freisetzungsschicht gemäß einer Ausführungsform entfernt wurde.
Der Fachmann versteht, dass Elemente in den Zeichnungen zur Verständlichkeit und Klarheit abgebildet wurden und nicht notwendigerweise maßstabgerecht gezeichnet wurden. So können beispielsweise Dimensionen der Elemente in den Zeichnungen überproportional groß sein im Verhältnis zu anderen Elementen, um das Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung zu verbessern.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung in Kombination mit den Zeichnungen wird zur Verfügung gestellt, um das Verständnis der enthaltenen Lehre zu verbessern. Die folgende Diskussion wird sich auf spezifische Umsetzungen und Ausführungsbeispiele der Lehre fokussieren. Diese Fokussierung erfolgt, um die Beschreibung der Lehre zu unterstützen und soll nicht als Einschränkung des Umfanges oder der Anwendbarkeit der Lehre verstanden werden. So können auch andere Ausführungsbeispiele als die in dieser Anmeldung offenbarten für die Lehre verwendet werden.
Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „schließt ein“, „einschließend“, „hat“, „habend“ oder andere Variationen davon werden verwendet, um einen nicht ausschließlichen Einschluss zu bewirken. So ist beispielsweise eine Methode, ein Gegenstand oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Merkmalen umfasst, nicht notwendigerweise beschränkt nur auf diese Merkmale, sondern kann auch andere Merkmale umfassen, die nicht ausdrücklich genannt sind oder inhärent solch einer Methode, einem Gegenstand oder einer Vorrichtung innewohnt. Darüber hinaus, soweit nicht ausdrücklich entgegengesetzt dargestellt, bezieht sich der Begriff „oder“ auf ein einschließliches „oder“ und nicht auf ein ausschließliches „oder“. So ist zum Beispiel eine Bedingung A oder B bereits bei einem der folgenden Fälle erfüllt: A ist der Fall (oder gegenwärtig) und B ist nicht der Fall (oder nicht gegenwärtig), A ist nicht der Fall (oder nicht gegenwärtig) und B ist der Fall (oder gegenwärtig), und sowohl A als auch B sind der Fall (oder gegenwärtig).
Auch wurde die Verwendung des Begriffs „ein“ oder „einer“ vorgenommen, um Elemente und Bestandteile darin zu beschreiben. Dies wurde im Wesentlichen aus Gründen der Zweckdienlichkeit getan und um ein generelles Verständnis des Umfangs der Erfindung zu geben. Diese Beschreibung sollte so gelesen werden, dass eine, zumindest eine, oder der Singular als auch der Plural eingeschlossen werden, oder umgekehrt, soweit es klar ist, dass nicht das Gegenteil beabsichtigt ist. Wenn beispielsweise ein einzelner Gegenstand hierin beschrieben ist, können mehr als ein Gegenstand anstatt des einen Gegenstandes verwendet werden. Dem entsprechend können, wenn mehr als ein Gegenstand beschrieben ist, können diese durch einen Gegenstand ersetzt werden.
Solange es nicht entgegengesetzt definiert wurde, haben alle technischen und wissenschaftlichen Begriffe, die hier verwendet werden, die gleiche Bedeutung als die, die der Fachmann auf dem Gebiet dieser Erfindung darunter versteht. Die Materialien, Methoden und Beispiele sind ausschließlich veranschaulichend und nicht beabsichtigt, um einschränkend zu wirken. Viele Details in Bezug auf spezifisches Material und Vorgehensweisen sind konventionell und können in Fachbüchern und anderen Quellen im Bereich der Verbundwerkstoffe, Lager und Dichtungen gefunden werden, und erstrecken sich auf Bereiche, die hier nicht beschrieben werden.
Die folgende Offenbarung beschreibt Verbundwerkstoffe, und insbesondere Verbundwerkstofflager, die eine Polyimidmatrix, welche mit Materialien, wie Thermoplastik, welche innerhalb der Polyimidmatrix dispergiert ist, aufweisen. Ebenso beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffs, wobei eine Mischung, umfassend ein Polyimidprecursor oder Imidmonomere auf einem Substrat abgeschieden wird und auf dem Substrat imidiert wird. Solch eine in-situ-Imidisierung und Bildung einer Polyimidmatrix mit dispergierten Füllstoffen oder Thermoplastiken in Verbundwerkstoffen, Lagern und Dichtungen wurde noch nicht offenbart oder vorgeschlagen. Die Konzepte sind besser verständlich in Anbetracht der Ausführungsbeispiele, die unten beschrieben werden, die den Umfang der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und nicht einschränken.
1 veranschaulicht einen Verbundwerkstoff 100, enthaltend ein Substrat 20 und eine erste Schicht 30, die auf dem Substrat 20 abgeschieden ist. Wie dargestellt, kann die erste Schicht 30 direkt anliegend dem Substrat 20 abgeschieden sein, so dass die erste Schicht 30 das Substrat 20 direkt kontaktiert. Allerdings, wie weiter unten im Detail diskutiert werden wird, kann der Verbundwerkstoff eine oder mehrere Zwischenschichten umfassen, die zwischen dem Substrat und der ersten Schicht 30 angeordnet sind.
Das Substrat 20 kann aus jedem Material, welches in ein Lager oder eine Dichtung geformt werden kann, erstellt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das Substrat ein Metall, wie beispielsweise Stahl, Aluminium, Bronze, Kupfer, oder Kombinationen davon enthalten.
Die Oberfläche 22 des Substrats 20, welche an die Schicht 30 angrenzt, kann mechanisch behandelt werden, um die Haftung zwischen dem Substrat und der ersten Schicht 30 zu verbessern. Beispielsweise kann die mechanische Behandlung der Schicht 22 des Substrates 20 ein Abstrahlen oder mechanisches Ätzen der Oberfläche 22 des Substrates 20 mit einschließen. Die Oberfläche 22 des Substrates 20 kann mechanisch behandelt werden, so dass die Oberfläche 22 des Substrates 20 eine vorteilhafte Oberflächenrauigkeit aufweist.
Wieder bezüglich 1, benachbart zu dem Substrat 20, kann eine erste Schicht 30 sein. Die erste Schicht 30 kann aus einer Kombination von Materialien erstellt werden. In besonderen Ausführungsformen kann die erste Schicht 30 eine Polyimidmatrix und einen Füllstoff, welcher innerhalb der Polyimidmatrix dispergiert ist, enthalten.
„Polyimidmatrix“, soweit hier verwendet, bezieht sich auf ein quervernetztes Netzwerk von Polyimiden, wobei das Polyimid mindestens 25 Gew.-% der ersten Schicht ausmacht, basierend auf dem Gesamtgewicht der ersten Schicht 30.
Wie im Weiteren noch detaillierter diskutiert werden wird, kann die Polyimidmatrix durch Imidisierung eines Polyimidprecursors nach Abscheiden auf einem Substrat geformt werden. Ein passender Polyimidprecursor kann beispielsweise Poly(amid)säure (PAA) sein. Die Poly(amid)säure (PAA) kann ein Reaktionsprodukt einer Monomermischung, enthaltend mindestens zwei verschiedene Monomere, sein. In bestimmten Ausführungsformen können die mindestens zwei verschiedenen Monomere ausgewählt werden aus einer Gruppe bestehend aus: Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), 3,3‘-4,4‘-biphenyl-tetracarbonsäuredianhydrid (BPDA), 2,2-bis (3,4-dicarboxiphenyl) Hexafluorpropan Dianhydrid (6FDA), 2,2‘-bis[4-(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl] propandianhydrid (BPADA), Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid (BTDA), und 4,4‘-Oxydianilin (ODA), oder m-Phenyldiamin (m-PDA), 4,4‘-Diaminophenylsulfon (4,4‘-DDS), p-Phenylendiamin (p-PDA), und Methylendianilin (MDA). In speziellen Ausführungsbeispielen kann die Polyimidmatrix quervernetzt sein, und als solches ein Reaktionsprodukt von mindestens zwei verschiedenen der oben aufgelisteten Monomeren sein. In speziellen Ausführungsbeispielen kann die Polyimidmatrix eine reine Polyimidmatrix sein. Wie hierbei verwendet, kann die Formulierung reine Polyimidmatrix eine Polyimidmatrix sein, die im Wesentlichen frei ist von Copolymeren mit Imidmonomeren. In anderen Worten, in verschiedenen Ausführungsformen kann die Polyimidmatrix im Wesentlichen frei von Nicht-Imid-Monomeren sein.
Darüber hinaus kann die Polyaminosäure, in verschiedenen Ausführungsformen, von einem ersten Monomer und einem zweiten Monomer abgeleitet sein. Das erste Monomer kann ausgewählt sein aus einer Gruppe, bestehend aus Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), 3,3‘-4,4‘-Bifenyltetracarboxidianhydrid (BPDA), 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropandianhydrid (6FDA), 2,2‘-bis[4-(3,4-dicarboxyphenoxy)[phenyl]propandianhydrid (BPADA), Benzophenontetracarboxidianhydrid (BTDA) und jegliche Kombinationen davon. Das zweite Monomer kann ausgesucht sein aus einer Gruppe, bestehend aus 4,4‘-oxydianilin (ODA), oder m-Phenyldiamin (m-PDA), 4,4‘-Diamonophenylsulfon (4,4‘-DDS), p-Phenyldiamin (p-PDA), Methylendianilin (MDA) und sämtliche Kombinationen davon.
In speziellen Ausführungsformen kann die Polymidmatrix abgeleitet sein von einem Polyaminosäuresalz. So kann beispielsweise die Dipolyaminosäure in einem Lösungsmittel, wie n-Methylpyrolidon aufgelöst werden und beispielsweise mit einem tertiären Amin reagieren, um eine wasserlösliche Polyaminosäuresalzlösung zu erzielen. Die Polyaminosäuresalzlösung kann dann mit einer wässrigen Dispersion des Füllmittels gemischt werden und da die Polyaminosäuresalzlösung in Wasser ist, eine eher einheitliche Dispersion des Füllmittels mit der Polyimidmatrix hergestellt werden. Nach Aufbringen auf das Substrat und Aushärtung, werden volatile Materialien, die in der ersten Schicht anwesend sind, einschließlich der funktionellen Salzgruppe des Polyaminosäuresalzes, wie die Imidbindung während der Aushärtung ausgebildet.
Wie bereits oben diskutiert, kann die erste Schicht 30 auch ein Füllstoff der in der Polyimidmatrix dispergiert ist, enthalten. Füllstoffe können, ohne darauf beschränkt zu sein, Kohlenstoffgraphit enthalten, sowie Graphen, Kohlenstoffnanotubes, Ekonol, Glasfasern, einen polymeren Bestandstoff, wie beispielsweise Thermoplastik, einen organischen Komponenten, einen anorganischen Komponenten, oder Kombinationen davon.
In speziellen Ausführungsformen kann der Füllstoff ein thermoplastisches Material sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der Thermoplast ein Fluorpolymer sein, beispielsweise ein Perfluorpolymer. In noch spezielleren Ausführungsformen kann der Thermoplast PTFE, PVF, PVDF, PCTFE, PFA, FEP, ETFE, oder Kombinationen davon sein. In besonders speziellen Ausführungsformen kann der Thermoplast PTFE enthalten oder auch im Wesentlichen aus PTFE bestehen. Darüber hinaus kann der Thermoplast, wie beispielsweise PTFE, ein thermoplastisches Mahlgut sein.
In anderen speziellen Ausführungsformen kann das Füllmaterial ein organisches Füllmaterial sein. So kann beispielsweise in speziellen Ausführungsformen das organische Füllmaterial einen aromatischen Polyester enthalten, oder ein recyceltes Polyimid, Polyamidetherimid, Polyamidimid, PEEK, PEEK-artige Polymere aus der Polyarylfamilie, flüssigkristalline Polymere (LCP), Polybenzimidazole oder Kombinationen davon enthalten.
Das Füllmaterial kann in der Mischung anwesend sein in einem Anteil von größer als 0 bis 80 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Thermoplasts, Polyamidprecursors und des Füllmaterials. Beispielsweise, in bestimmten Ausführungsformen, kann das Füllmaterial in der Mischung anwesend sein in einer Menge von mindestens 1 Gew.-%, mindestens 3 Gew.-%, mindestens 5 Gew.-%, mindestens 7 Gew.-%, mindestens 8 Gew.-%, mindestens 10 Gew.-%, mindestens 12 Gew.-%, mindestens 14 Gew.-%, mindestens 16 Gew.-%, mindestens 18 Gew.-%, mindestens 20 Gew.-%, mindestens 22 Gew.-%, mmindestens 24 Gew.-%, mindestens 26 Gew.-%, mindestens 28 Gew.-%, oder auch mindestens 30 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Thermoplasts, des Polyimidprecursors und des Füllmaterials. Darüber hinaus kann in bestimmten Ausführungsformen das Füllmaterial in der Mischung anwesend sein in einer Menge von nicht mehr als 80 Gew.-%, nicht größer als 78 Gew.-%, nicht größer als 76 Gew.-%, nicht größer als 74 Gew.-%, nicht größer als 72 Gew.-%, nicht größer als 70 Gew.-%, nicht größer als 68 Gew.-%, nicht größer als 66 Gew.-%, nicht größer als 64 Gew.-%, nicht größer als 62 Gew.-%, oder auch nicht größer als 60 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Thermoplasts, des Polyimidprecursors und des Füllmaterials. Darüber hinaus kann in bestimmten Ausführungsformen das Füllmaterial in der Mischung anwesend sein in einem Bereich zwischen einem der minimalen und einem der maximalen oben bezeichneten Werte, wie beispielsweise in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 80 Gew.-%, oder auch von 10 Gew.-% zu 70 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Thermoplasts, des Polyimidprecursors und des Füllmaterials.
Es ist so zu verstehen, dass die Mischung sämtliche Kombinationen des Füllmaterials wie oben beschrieben einschließen kann. In speziellen Ausführungsformen kann die Mischung einen Thermoplastfüllstoff einschließen und einen organischen Füllstoff.
Die erste Schicht 30 kann auch jeden gewünschten Zusatzstoff enthalten. So können beispielsweise manche Zusatzstoffe einen Verdicker oder Stabilisierer enthalten. Beispielsweise können Stabilisatoren oberflächenaktive Stoffe einschließen, wie beispielsweise Perfluoralkoxy-Komponenten, oder Viskositätserhöher. Verdicker können beispielsweise Algocel und Glykole oder Kombinationen davon enthalten. Die Zusatzstoffe können in jeder gewünschten Menge hinzugefügt werden, um deren gewünschten Zusatzstoffeffekt zu erreichen.
In speziellen Ausführungsformen kann die erste Schicht 30 eine Dicke von nicht größer als 1 mm, nicht größer als 800 µm, nicht größer als 500 µm, nicht größer als 300 µm, nicht größer als 250 µm, nicht größer als 200 µm, oder auch nicht größer als 175 µm aufweisen. Darüber hinaus kann in bestimmten Ausführungsformen die erste Schicht 30 eine Dicke von mindestens ungefähr 0,01 µm, mindestens ungefähr 1 µm, mindestens ungefähr 50 µm, oder auch mindestens ungefähr 100 µm aufweisen. Es ist in dem Sinne zu verstehen, dass die erste Schicht 30 eine oder mehr als eine Schicht enthalten kann. In speziellen Ausführungsformen kann die erste Schicht 30 mehr als eine Schicht enthalten, die durch mehrfaches Passieren durch eine Beschichtungsmaßnahme geformt wird.
Die erste Schicht 30 kann eine bestimmte Porosität haben. So kann in bestimmten Ausführungsformen, beispielsweise die erste Schicht 30 eine Porosität von mindestens ungefähr 0,01 %, mindestens ungefähr 0,05 %, oder auch mindestens ungefähr 0,1 % aufweisen.
In bestimmten Ausführungsformen, wie insbesondere abgebildet in 2, können ein oder mehrere zusätzliche Zwischenschichten 40 zwischen dem Substrat 20 und der ersten Schicht 30 eingefügt werden. Eine Zwischenschicht 40 kann bereitgestellt werden, um, beispielsweise, die Anhaftung zwischen der ersten Schicht 30 und dem Substrat 20 zu verbessern. Wie von einem Fachmann bestätigt werden kann, wird die spezielle Auswahl der Zwischenschicht 40 vom Substrat 20 und der Zusammensetzung der ersten Schicht 30 abhängen. In speziellen Ausführungsformen kann die Zwischenschicht 40 Zink oder Zink-enthaltende Komponenten enthalten. Die zusätzliche Zwischenschicht kann bereitgestellt werden als Alternative zu oder in Ergänzung zu der mechanischen Behandlung der Oberfläche 22 des oben beschriebenen Substrates 20.
Ein spezieller Vorteil der vorliegenden Offenbarung ist das Erreichen von bestimmten Leistungseigenschaften, wie einen durchschnittlichen Reibungskoeffizienten, durchschnittliche Verschleißfestigkeit, und die Fähigkeit den Laminatoradhäsionstest (Erichsen) zu bestehen. Bisher war es nicht bekannt, wie die Leistungscharakteristiken erzielt werden können, und speziell die hierin beschriebenen Kombinationen von Leistungscharakteristiken.
Ein Charakteristikum, das die Leistung eines Lagers quantifiziert, kann der Reibungskoeffizient (COF) sein. Der durchschnittliche Reibungskoeffizient (COF) ist ein industrieller Standardbegriff und kann gemäß ASTM G-77 gemessen werden.
In speziellen Ausführungsformen kann ein Lager gemäß der Offenbarung hierin einen durchschnittlichen Reibungskoeffizienten (COF) von nicht größer als ungefähr 1, nicht größer als ungefähr 0,8, nicht größer als ungefähr 0,7, nicht größer als ungefähr 0,6, nicht größer als ungefähr 0,5, nicht größer als ungefähr 0,4, nicht größer als ungefähr 0,3, nicht größer als ungefähr 0,25, nicht größer als ungefähr 0,2, nicht größer als ungefähr 0,18, nicht größer als ungefähr 0,15, oder auch nicht größer als ungefähr 0,12, gemessen gemäß ASTM G-77 haben. Darüber hinaus können in bestimmten Ausführungsformen die Lager gemäß der Offenbarung einen durchschnittlichen Reibungskoeffizienten (COF) von nicht weniger als ungefähr 0,001, nicht weniger als ungefähr 0,01, oder auch nicht weniger als ungefähr 0,05, gemessen gemäß ASTM G-77 haben. Darüber hinaus können in bestimmten Ausführungsformen ein Lager gemäß der Offenbarung hierin einen durchschnittlichen Reibungskoeffizienten innerhalb eines Bereichs zwischen einem der minimalen und einem der maximalen Werte, wie oben beschrieben, aufweisen, wie in dem Bereich von 0,001 bis 1, oder auch von 0,01 bis 0,7.
Ein weiteres Charakteristikum, das die Leistung eines Lagers quantifiziert, ist seine durchschnittliche Verschleißfestigkeit. Die Verschleißbeständigkeit ist eine Messung der Menge des Materials, welches während des Verschleißtests, durchgeführt gemäß der ASTM G-77, von dem Lager entfernt wird.
In bestimmten Ausführungsformen kann ein Lager entsprechend der Offenbarung hierin eine mittlere Verschleißfestigkeit von nicht mehr als ungefähr 10 mm³, nicht größer als ungefähr 8 mm³, nicht größer als 5 mm³, nicht größer als ungefähr 4 mm³, nicht größer als ungefähr 3 mm³, nicht größer als ungefähr 2,9 mm³, nicht größer als ungefähr 2 mm³, nicht größer als ungefähr 1,5 mm³, nicht größer als ungefähr 1,3 mm³, nicht größer als ungefähr 1,1 mm³, nicht größer als ungefähr 1 mm³, nicht größer als ungefähr 0,8 mm³, nicht größer als ungefähr 0,6 mm³, nicht größer als ungefähr 0,5 mm³, nicht größer als ungefähr 0,3 mm³, oder auch nicht größer als ungefähr 0,2 mm³, gemessen gemäß der ASTM G-77. Weiterhin kann in bestimmten Ausführungsformen ein Lager gemäß dieser Offenbarung eine mittlere Verschleißfestigkeit von nicht weniger als ungefähr 0,001 mm³, nicht weniger als ungefähr 0,01 mm³, oder auch nicht weniger als ungefähr 0,05 mm³ haben, gemessen gemäß ASTM G-77. Darüber hinaus kann in bestimmten Ausführungsformen ein Lager gemäß der Offenbarung hierin eine mittlere Verschleißfestigkeit in einem Bereich von einem der oben angegebenen minimalen und einem der oben angegebenen maximalen Werte enthalten, so wie beispielsweise im Bereich von 0,001 mm³ bis 10 mm³, oder auch von 0,01 mm³ bis 4 mm³.
Ein drittes Charakteristikum, welches die Leistung eines Lagers quantifizieren kann, ist die Fähigkeit des Lagers den Laminatoradhäsionstest (Erichsen) zu bestehen. Der Laminatoradhäsionstest ist eine Messung der Adhärenz der ersten Schicht zu der zweiten Schicht in dem Lager und ist in der Technik gut bekannt.
In bestimmten Ausführungsformen kann ein Lager gemäß der Offenbarung hierin den Laminatoradhäsionstest (Erichsen) bestehen.
Entsprechend eines anderen Aspekts der Offenbarung sind Methoden zur Ausbildung einer Verbundwerkstoffschicht und zur Ausbildung eines Verbundwerkstofflagers beschrieben. In einer Ausführungsform kann die Methode enthalten: Bereitstellung eines Polyimidprecursors oder Imidmonomers; Bereitstellung eines Füllmaterials; Bereitstellung eines Lösungsmittels; Mischen des Füllmaterials, des Lösungsmittels und des Polyimidprecursors oder Imidmonomers, um eine Mischung herzustellen; Absccheiden der Mischung auf einem Substrat; und thermisches Aushärten des Substrats und der abgeschiedenen Mischung. Um ein Verbundwerkstofflager herzustellen, kann das Verfahren darüber hinaus die Erstellung eines Verbundwerkstofflagers aus der Verbundwerkstoffschicht umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Ausbildung des Verbundwerkstoffs ein kontinuierliches Verfahren sein. So kann beispielsweise die Imidisierung in-situ durchgeführt werden, so dass die Mischung mit einem Polyimidprecursor oder Monomer und einem Füllmaterial gemischt werden kann, und auf dem Substrat abgeschieden werden kann, und dann nach dem Aufbringen auf dem Substrat in-situ Imidisiert werden kann.
Das Verfahren kann ein Lager ausbilden, welches einen Reibungskoeffizienten und Verschleißfestigkeit, wie oben beschrieben, aufweist. So kann beispielsweise in bestimmten Ausführungsformen die Methode ein Lager ausformen, welches einen Reibungskoeffizienten von weniger als ungefähr 1 hat und eine Verschleißfestigkeit von weniger als 2,9 mm³.
Der Polyimidprecursor kann nicht-quervernetzte Polyimide oder Imidmonomere enthalten. So kann der Polyimidprecursor beispielsweise eine Polyaminosäure enthalten. Die Polyaminosäure kann abgeleitet sein aus der Reaktion von mindestens zwei verschiedenen Monomeren. In speziellen Ausführungsformen können die mindestens zwei verschiedenen Monomere ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus: Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), 3,3‘-5,4‘-Biphenyltetracarboxidianhydrid (BPDA), 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)Hexafluoropropandianhydrid (6FDA), 2,2‘-bis[4-3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]propandianhydrid (BPADA), Benzophenontetracarboxidianhydrid (BTDA), und 4,4‘-oxydianilin (ODA), oder m-Phenyldiamin (m-PDA), 4,4‘-diaminophenylsulphon (4,4‘-DDS), p-Phenylendiamin (p-PDA), und Methylendianilin (MDA).
In noch weiteren Ausführungsformen kann der erste Monomer ein Monomer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), 3,3‘-4,4‘-Biphenyltetracarboxidianhydrid (BPDA), 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropandianhydrid (6FDA), 2,2‘-bis[4-(3,4-dicarboxyphenoxy)Phenyl]propandianhydrid (BPADA), Benzophenontetracarboxidianhydrid (BTDA), und jegliche Kombination davon; und das zweite Monomer kann ein Monomer enthalten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 4,4‘-oxydianilin (ODA), oder m-Phenyldiamin (m-PDA), 4,4‘-diaminophenylsulphon (4,4‘-DDS), p-Phenylendiamin (p-PDA), Methylendianilin (MDA), und jegliche Kombination davon.
In speziellen Ausführungsformen kann die Polyaminosäure in Form eines Salzes, wie oben beschrieben, vorliegen. Darüber hinaus kann in bestimmten Ausführungsformen die Methode die Bereitstellung oder auch die Formung eines Polyaminosäuresalzes einschließen. So kann beispielsweise in bestimmten Ausführungsformen die Polyaminosäure mit einem tertiären Amin in einem Lösungsmittel kombiniert werden, so dass es damit reagiert, um eine wasserlösliche Polyaminosäuresalzmischung herzustellen. Eine wässrige Dispersion, enthaltend das Füllmaterial, kann dann hinzugefügt werden zu der Polyaminosäuresalz-Mischung und, da die Polyaminosäuresalz-Mischung wasserlöslich ist, kann das Füllmaterial auch gleichmäßig in dem Polyaminosäuresalz dispergiert werden und deren gleichmäßige Dispersion nach der Imidisierung während des Härtens beibehalten.
In speziellen Ausführungsformen kann der Polyimidprecursor in der Mischung in einem Anteil von 20 bis 99 Gew.-% anwesend sein, basierend auf dem kombinierten Gewicht von Thermoplast und Polyimidprecursor. Beispielsweise kann in bestimmten Ausführungsformen der Polyimidprecursor in der Mischung in einem Ausmaß von mindestens 20 Gew.-%, mindestens 22 Gew.-%, mindestsens 24 Gew.-%, mindestens 26 Gew.-%, mindestens 28 Gew.-%, mindestens 30 Gew.-%, mindestens 32 Gew.-%, mindestens 34 Gew.-%, mindestens 36 Gew.-%, mindestens 38 Gew.-%, mindestens 40 Gew.-% anwesend sein, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Thermoplasts und des Polyimidprecursors. Darüber hinaus kann in bestimmten Ausführungsformen der Polyimidprecursor anwesend sein in der Mischung in einem Anteil von nicht größer als 99 Gew.-%, nicht größer als 97 Gew.-%, nicht größer als 95 Gew.-%, nicht größer als 93 Gew.-%, nicht größer als 91 Gew.-%, nicht größer als 99 Gew.-%, nicht größer als 99 Gew.-%, nicht größer als 99 Gew.-%, nicht größer als 99 Gew.-%, nicht größer als 99 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Füllmaterials und des Polyimidprecursors.
Wie oben diskutiert, kann die Methode die Bereitstellung eines Füllmaterials und den Einschluss des Füllmaterials in die Mischung mit einschließen sowie das Halten der Polyimidmatrix nach Imidisierung und Härtung.
Wie oben diskutiert, kann das Füllmaterial eine Anzahl verschiedener Materialien sein, insbesondere können die Ausführungsbeispiele einen Thermoplasten beinhalten, ein organisches Füllmaterial, andere, oder Kombinationen davon. In verschiedenen Ausführungsbeispielen, wenn eine Kombination von Füllmaterialien verwendet wird, wie zum Beispiel Thermoplastik und/oder organische Füllmaterialien, können die Füllmaterialien miteinander kombiniert werden, bevor sie mit anderen Komponenten kombiniert werden.
In speziellen Ausführungsbeispielen kann das Füllmaterial, bevor es in das Lösungsmittel gemischt wird, in Partikelform vorliegen. In solchen Ausführungsbeispielen kann das Füllmaterial, und insbesondere ein thermoplastisches Füllmaterial, und noch mehr speziell PTFE, eine durchschnittliche Partikelgröße (D₅₀) von mindestens ungefähr 1 µm, mindestens ungefähr 3 µm, mindestens ungefähr 5 µm, mindestens ungefähr 10 µm, mindestens ungefähr 15 µm, oder auch mindestens ungefähr 20 µm aufweisen. Darüber hinaus kann das Füllmaterial in verschiedenen Ausführungsformen eine mittlere Partikelgröße (D₅₀) von nicht mehr als ungefähr 1000 µm, nicht größer als ungefähr 500 µm, nicht größer als ungefähr 50 µm, nicht größer als ungefähr 30 µm, nicht größer als ungefähr 20 µm, oder auch nicht größer als ungefähr 10 µm aufweisen. Darüber hinaus kann das Füllmaterial eine mittlere Teilchengröße (D₅₀) in einem Bereich zwischen einem der maximalen und einem der minimalen Werte hierin beschrieben aufweisen, wie beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1 µm bis 50 µm, von ungefähr 3 µm bis ungefähr 30 µm, oder auch von ungefähr 5 µm zu 20 µm.
Darüber hinaus kann das Füllmaterial, bevor es mit dem Polyimidprecursor oder dem Imidmonomer kombiniert wird, beispielsweise in Puderform, oder in anderen Ausführungsbeispielen, in einer dispergierten Phase im Lösungsmittel, wie Wasser, vorliegen. In weiteren Ausführungsformen kann die Mischung erstellt werden sowohl mit einem puderförmigen Füllmaterial als auch einem in einem Lösungsmittel dispergierten Füllmaterial.
In weiteren Ausführungsformen kann das Füllmaterial, wie beispielsweise ein thermoplastisches Füllmaterial, in der Mischung vorliegen in einem Maß von größer 0 bis 80 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Füllmaterials und des Polyimidprecursors. Beispielsweise kann in einer speziellen Ausführungsform das Füllmaterial in der Mischung vorliegen in einer Menge von mindestens 1 Gew.-%, mindestens 3 Gew.-%, mindestens 5 Gew.-%, mindestens 7 Gew.-%, mindestens 8 Gew.-%, mindestens 10 Gew.-%, mindestens 12 Gew.-%, mindestens 14 Gew.-%, mindesetns 16 Gew.-%, mindestens 18 Gew.-%, mindestens 20 Gew.-%, mindestens 22 Gew.-%, mindestens 24 Gew.-%, mindestens 26 Gew.-%, mindestens 28 Gew.-%, oder auch mindestens 30 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht von Füllmaterial und Polyimidprecursor. Weiterhin kann in speziellen Ausführungsformen das Füllmaterial in der Mischung vorliegen in einer Menge von nicht größer als 80 Gew.-%, nicht größer als 78 Gew.-%, nicht größer als 76 Gew.-%, nicht größer als 74 Gew.-%, nicht größer als 72 Gew.-%, nicht größer als 70 Gew.-%, nicht größer als 68 Gew.-%, nicht größer als 66 Gew.-%, nicht größer als 64 Gew.-%, nicht größer als 62 Gew.-%, oder auch nicht größer als 60 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht von Füllmaterial und Polyimidprecursor. Darüber hinaus können in speziellen Ausführungsformen das Füllmaterial in der Mischung vorliegen in einem Bereich zwischen einem der minimalen und einem der maximalen oben angegebenen Werte, wie beispielsweise in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 80 Gew.-%, oder auch von 10 Gew.-% bis 70 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Füllmaterials und des Polyimidprecursors.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Lösungsmittel zu Verfügung gestellt werden zusammen mit dem Füllmaterial, Polyimidprecursor oder Imidmonomers, oder kann individuell zu den Koponenten hinzugefügt werden oder nachdem das Füllmaterial und der Polyimidprecursor oder die Imidmonomere kombiniert wurden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Lösungsmittel gemixt werden mit dem Füllmaterial, bevor es mit dem Polyimidprecursor oder dem Imidmonomer gemischt wird. Darüber hinaus kann ein Lösungsmittel der Mischung zugefügt werden. In speziellen Ausführungsformen kann das Lösungsmittel N-Methylpyrrolidon (NMP), Dimenthylformamid, Dimethylacetamid, Diglyme, Dimenthylsulfoxid, Xylen, oder eine Kombination davon enthalten.
In speziellen Ausführungsformen kann das Lösungsmittel eine wässrige Komponente enthalten. In sehr speziellen Ausführungsformen kann das Lösungsmittel, zumindest, Wasser und NMP enthalten.
Wie oben diskutiert, kann das Verfahren das Mischen des Polyimitprecursors oder Imidmonomers, des Füllmaterials und möglichen Lösungsmittels enthalten, um eine Mixtur auszubilden.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Komponenten für einen Zeitraum von mindestens 1 Minute, mindestens 5 Minuten oder auch mindestens 15 Minuten gemischt werden.
Wie oben diskutiert, kann das Verfahren das Auftragen der Mischung auf ein Substrat einschließen. Das Substrat kann jedes Material, das oben diskutiert wurde, sein, insbesondere ein Metall, wie Stahl, Aluminium, Bronze, Kupfer, oder Kombinationen davon.
Die Mischung kann auf dem Substrat abgeschieden werden mit jeder verfügbaren Methode. Beispielsweise kann die Mischung in besonderen Ausführungsbeispielen auf dem Substrat abgeschieden werden mit Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung, Rakelbeschichtung, oder jeder anderen nützlichen Methode. In speziellen Ausführungsformen kann die Mischung auf dem Substrat mittels Tauchbeschichtung abgeschieden werden. Es ist möglich, dass die erste Schicht 30 mehr als eine Schicht enthält, so beispielsweise durch die mehrfachen Durchläufe durch die Beschichtungsmaßnahmen. Die Mischung kann zwischen den Schichten thermisch gehärtet werden.
Ein spezieller Vorteil von bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Fähigkeit, die erste Schicht 30 durch Beschichtungsmaßnahmen zu formen anstelle von, beispielsweise, Schälen oder Extrudieren. Bisher übliche Gleitschichten, welche durch Beschichtungsmaßnahmen geformt wurden, waren nicht in der Lage, die hier beschriebenen Leistungsmerkmale zu erreichen. Darüber hinaus kann bei Verwendung einer Beschichtungsmaßnahme das Füllmaterial, beispielsweise ein thermoplastisches Material, seine Morphologie beibehalten, im Gegensatz zu Extrusion oder Schälmaßnahmen, welche die Morphologie des Füllmaterials beeinträchtigen.
Die Mischung kann so abgeschieden werden, dass die erste Schicht 30 die erwünschte Dicke hat. Beispielsweise kann die Dicke der ersten Schicht 30 jede der oben beschriebenen Dicken aufweisen. Darüber hinaus kann in verschiedenen Ausführungsformen das Verfahren zusätzlich die Anpassung der Viskosität der Mischung miteinschließen, um die gewünschte Dicke der Mischung zu erreichen, wenn das Substrat beschichtet wird. Beispielsweise kann in manchen Ausführungsbeispielen die Viskosität der Mischung wie gewünscht angepasst werden durch Variierung des Prozentsatzes der Komponenten und/oder durch Hinzufügung eines die Viskosität beeinflussenden Wirkstoffes.
Nach Abscheiden auf der ersten Schicht kann das Verfahren die thermische Härtung der aufgebrachten Mischung aus Polyimidprecursor oder Imidmonomeren, Thermoplasten und Lösungsmittel einschließen. Eine thermische Härtung resultiert in der Ausbildung von Polyimiden (in dem Fall, dass Imidmonomere verwendet werden), und Quervernetzung des Polyimidprecursors beim Entfernen des Lösungsmittels. In speziellen Ausführungsformen kann die thermische Härtung eine stufenweise thermische Härtung einschließen. Beispielsweise kann das stufenweise thermische Härten eine Vielzahl von Schritten, die zwischen 10 und 6 Stunden dauern, einschließen, und wobei die Stufen einen Temperaturanstieg zwischen von ungefähr 10 Grad Celsius und 50 Grad Celsius. In speziellen Ausführungsformen kann die Temperatur während eines und/oder während aller Schritte zwischen ungefähr 80 Grad Celsius bis nicht größer als ungefähr 450 Grad Celsius sein.
Eine thermische Härtung kann so durchgeführt werden, dass die erwünschte Porosität der ersten Schicht 30 erreicht wird. Beispielsweise kann die thermische Härtung so durchgeführt werden, dass die Porosität der ersten Schicht 30 mindestens ungefähr 0,1 % ist.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren weiterhin das Aufbringen einer Zwischenschicht 90 zwischen dem Substrat und der ersten Schicht 30 beinhalten. Beispielsweise kann eine Zwischenschicht 90 zu Verfügung gestellt werden, um die Adhäsion zwischen der ersten Schicht 30 und dem Substrat zu verbessern. Wie von einem Fachmann abgeschätzt werden kann, hängt die spezielle Auswahl der Zwischenschicht 90 von dem Substrat und der Zusammensetzung der ersten Schicht 30 ab. In speziellen Ausführungsformen kann die Zwischenschicht 90 Zink oder eine Zink enthaltende Komponente enthalten.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Methode die mechanische Behandlung der Oberfläche der dem Substrat benachbarten ersten Schicht 30 beinhalten, um die Adhäsion zwischen der ersten Schicht 30 und dem Substrat zu verbessern. In solchen Ausführungsformen kann das Substrat direkt die erste Schicht 30 kontaktieren. Mechanische Behandlung der Oberfläche des Substrats kann beispielsweise das Strahlen oder mechanische Ätzen der Oberfläche des Substrates beinhalten. Tatsächlich ist ein spezieller Vorteil der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine exzellente Adhäsion zwischen einem Substrat und der ersten Schicht, wie hierin beschrieben, insbesondere Metallsubstrate, wie Stahl. Beispielsweise wurde davon ausgegangen, dass eine Adhäsion schwierig sein würde aufgrund des Unterschiedes der thermischen Ausdehnung der ersten Schicht und des Substrats. Wie dem auch sei, ohne an eine Theorie gebunden zu sein, waren die Erfinder in der Lage, sorgfältig die Härtungsbedingungen zu kontrollieren und ein Verbundmaterial herzustellen, mit einer exzellenten Adhäsion zwischen dem Substrat und der ersten Schicht durch einen in-situ, kontinuierlichen, verbundwerkstoffformenden Prozess.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Methode weiterhin die zu Verfügungsstellung eines Katalysators einschließen sowie das Mischen des Katalysators mit den anderen Bestandteilen in der Mischung. In speziellen Ausführungsformen kann der Katalysator erst mit dem Thermoplast kombiniert werden und diese Kombination kann mit den anderen Bestandteilen der Mischung gemixt werden. Der Katalysator kann die Imidisierung der Polyaminosäure beschleunigen.
In speziellen Ausführungsformen kann der Katalysator eine starke tertiäre aliphatische Base einschließen, wie beispielsweise 1,4-diazabicyclo[2.2.2]oktane (DABCO); 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en (DBU); eine Stickstoff enthaltende Base; Phenol; oder ein amphoteres Material.
Die Methode kann weiterhin das zu Verfügungsstellen und Mischen eines erwünschten Additivs zu der Mischung einschließen. Beispielsweise können einige Zusatzstoffe einen Verdicker oder Stabilisator mit einschließen.
In verschiedenen Ausführungsformen, und insbesondere in Bezug auf 18, kann die Polyimidschicht separat von dem Substrat geformt und gehärtet werden, und dann beispielsweise mit einem Laminierungsadhäsiv auf das Substrat laminiert werden. Beispielsweise, wie dargestellt in 18, kann der Verbundprecursor 100 ein erstes Substrat 105 einschließen, sowie eine Freisetzungsschicht, und die gehärtete Polyimid-basierte Schicht 110 benachbart zu dem ersten Substrat 105 aufgebracht werden. Anschließend, und in Bezug auf 19, kann der Verbundprecursor 101 eine adhäsive Schicht 120 einschließen, aufgebracht benachbart der Polyimid-basierten Schicht 100, und dann kann ein zweites Substrat 130, zum Beispiel ein metallisches Substrat, und mehr speziell ein Stahlsubstrat, benachbart der Adhäsivschicht 120 abgeschieden werden. Die Freisetzungsschicht kann dann entfernt werden von dem Verbund, so dass die Polyimid-basierte Schicht 110 eine äußere große Oberfläche des Verbundes 100, wie dargestellt in 20, ausbildet.
In speziellen Ausführungsformen kann die Freisetzungsschicht ein Film sein, beispielsweise ein Kapton-Film. Die Freisetzungsschicht kann behandelt werden, beispielsweise mit UV-Licht ionisiert werden.
Die Polyimidprecursorlösung kann dann auf die Freisetzungsschicht aufgebracht werden, beispielsweise durch Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung, Rakelauftrag, Rollbeschichtung, oder Kombinationen davon.
Die beschichtete Freisetzungsschicht kann dann gehärtet werden, um den Polyimidprecursor und die Füllermischung zu imidisieren.
Eine Adhäsivschicht kann dann auf die exponierte Polyimidschicht aufgebracht werden, oder auf das Substrat, und die gehärtete beschichtete Freisetzungsschicht kann auf das Substrat laminiert werden. Die Adhäsivschicht kann, beispielsweise, einen modifizierten ETFE-Film, und Epoxy, oder Kombinationen davon enthalten.
In speziellen Ausführungsformen kann die Adhäsivschicht einen Film einschließen, wie beispielsweise einen modifizierten ETFE-Film, und kann mit dem Verbund verbunden werden, beispielsweise durch Laminieren, wie Heißpressung.
Ein spezieller Vorteil verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Ausbildung eines Verbundwerkstoffs, der eine im Wesentlichen rissfreie Polyimidschicht aufweist. Beispielsweise bringen manche Verfahren zur Ausbildung von Verbundlagern die ungehärtete Lösung direkt auf das Substrat und härten es auf dem Substrat. Allerdings hat Polyimid einen Koeffizienten der thermischen Expansion, der deutlich verschieden ist von dem typisch metallischer Substrate, was dazu führt, dass die Polyimidschicht schrumpft und während des Härtens reißt, wenn sie direkt auf das metallische Substrat aufgebracht und dort gehärtet wird. Im Gegensatz dazu hat die Herstellung eines Verbundmaterials durch Formen und Härten des Polyimids auf einen Freisetzungs-Liner und anschließendem Laminieren zu dem metallischen Substrat einen Verbund hergestellt, der im Wesentlichen frei ist von stressinduzierten Mikrorissen und welcher nicht delaminiert.
Um ein Verbundwerkstofflager von dem Verbundwerkstoffschichtmaterial zu bilden, kann das Schichtmaterial zumindest teilweise geschnitten und gerollt werden, um ein Lager zu formen mit einer inneren Schicht (Substrat) und einer äußeren Schicht (erste Schicht 30).
Die vorliegende Offenbarung repräsentiert ein Abweichen vom Stand der Technik. Insbesondere war es bisher unbekannt, wie ein Verbundwerkstofflager hergestellt werden kann, welches die Leistungsmerkmale, und insbesondere die Kombination der Leistungsmerkmale, die hier beschrieben werden, hat. So veranschaulicht die vorliegende Offenbarung beispielsweise verschiedene Lager, Dichtungen und Ähnliches, die eine quervernetzte Polyimidmatrix mit verschiedenen Füllmaterialien haben, wie beispielsweise einem Thermoplast oder organischen Füllmaterial, welches in der Polyimidmatrix dispergiert ist. Solche Konstruktionen, wie sie hier im Detail beschrieben werden, haben überraschenderweise einen signifikant besseren Wert von Reibungskoeffizienten und Verschleißraten gezeigt, die bisher zu erreichen unmöglich waren.
Diese und andere unerwartete und herausragenden Eigenschaften sind in den unten stehenden Beispielen dargestellt, welche beispielhaft sind und nicht beschränkend, wie auch die darin beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Beispiel 1
Ein Zwei-Liter-Reaktor, ausgestattet mit einem mechanischen Rührer, einem Thermoelement, einem Dean-Stark-Adapter, und einem Rückflusskühler wurden mit Füllmaterial F4PN40 und Xylen (425 g) beladen. Die Mischung wurde bei 60 Grad Celsius und 150 rpm gerührt, um eine uniforme Dispersion von PTFE im Xylenlösungsmittel zu erreichen. Dann wurde Oxydianilin (ODA, 70 g, 0,350 mol) und N-methylpyrolidon (NMP, 433 g) zugefügt. Die Lösungsmischung wurde gerührt (150 rpm), und unter Stickstoff auf 160 Grad Celsius erhitzt, um restliches Wasser zu entfernen als ein Xylenazeotrop unter Verwendung des Dean-Stark-Adapters. Die Mischung wurde auf 60 Grad Celsius gekühlt und Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA, 76,9 g, 0,353 mol) wurden der Mischung hinzugefügt unter Reaktionsbedingungen im Verhältnis von 1.0000:1.0085 ODA zu PMDA. Nach der Hinzufügung wurde die Reaktionsmischung auf ungefähr 89 Grad Celsius erwärmt, und wurde extrem viskos. Die Zunahme in der Temperatur bestätigt die exotherme Natur der Polyaminosäurebildung. Die Reaktionsmischung wurde gerührt und auf 70 Grad Celsius für 2 Stunden erhitzt, anschließend wurde das Rühren auf 60 rmp verlangsamt und die Lösung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Eine 15 %-ige Lösung von Polyaminosäure wurde dann gebildet. Die Lösung wurde in einer sauberen und vorgetrockneten Glasflasche aufbewahrt.
Die Lösung von Polyaminosäure wurde auf 60 Grad Celsius erhitzt, und bei 12 rpm gerührt. Die Lösung wurde dann auf ein Aluminiumsubstrat gegossen. Das beschichtete Substrat ist das, welches thermisch gehärtet wurde bei 70 Grad Celsius für 1 Stunde, 100 Grad Celsius für 1 Stunde, 120 Grad Celsius für 1 Stunde, 140 Grad Celsius für 1 Stunde, 160 Grad Celsius für 30 Minuten und bei 250 Grad Celsius über Nacht in einem Vakuumofen unter Stickstoffluss. Die Verbundschicht wurde schrittweise über ungefähr 6 Stunden runtergekühlt und aus dem Ofen entfernt.
3 Proben wurden vorbereitet und getestet auf ihren Koeffizienten aus Reibung und Verschleißrate. Probe 1 wurde erstellt, wie oben beschrieben, mit einer 30 Gew.-%igen Ladung von PTFE und einer Schichtdicke von ungefähr 175 µm. Probe 2 wurde in derselben Weise erstellt wie Probe 1, bis auf den Unterschied einer PTFE-Ladung von 50 Gew.-% und einer Beschichtungsdicke von ungefähr 70 µm. Probe 3 wurde hergestellt wie Probe 2, mit dem Unterschied einer Beschichtungsdicke von ungefähr 285 µm. Vergleichsproben 4–6, welche von Saint-Gobain Corporation erworben wurden, wurden auch zur Verfügung gestellt und getestet.
Jede Probe wurde getestet auf ihren Koeffizienten aus Reibung und Verschleißrate gemäß ASTM G-77. Eine schematische Abbildung der Testkonfiguration ist dargestellt in 3. Während des Tests wurde eine Block-auf-Ring-Anordnung verwendet, um den Gleitverschleiß des Plastikmaterials zu bestimmen. Eine stationäre Blockprobe wurde mit einer konstanten Kraft gegen eine rotierende Ringprobe mit 90 Grad zu der Ringachse der Rotation gepresst. Reibung zwischen der Gleitoberfläche des Blocks und dem Ring resultierte in Materialverlust bei beiden Proben. Verschleiß ist kalkuliert über den Volumenverlust des Blocks und den Gewichtsverlust des Rings. Die Temperatur jeder Probe wurde ebenfalls gemessen, um die Hitzeentwicklung während des Testes zu veranschaulichen. Die Ergebnisse des Tests sind unten dargestellt sowie in 4–9. 4 veranschaulicht die Aufnahme des Verschleiß und der Temperatur als eine Funktion der Zeit für Probe 1; und 5 illustriert eine Aufnahme des Koeffizienten aus Reibung als eine Funktion der Zeit für Probe 1. 6 illustriert eine Aufnahme des Verschleiß und der Temperatur als eine Funktion der Zeit für Probe 2; und 7 illustriert eine Aufnahme des Koeffizienten aus Verschleiß als eine Funktion der Zeit für Probe 2. 8 illustriert eine Aufnahme des Verschleiß und der Temperatur als eine Funktion der Zeit für Probe 3; und 9 illustriert eine Aufnahme des Koeffizienten aus Verschleiß als eine Funktion der Zeit für Probe 3.
Proben 1–3 wurden darüber hinaus unter einem Mikroskop beobachtet und im Hinblick auf ihre Mikrostruktur mit einem SEM ausgewertet. Die Resultate sind in 10–15 dargestellt, in welchen 10 und 11 die SEM von Probe 1 darstellen; 12 und 13 die SEM von Probe 2 darstellen; und 14 und 15 die SEM von Probe 3 darstellen. Die SEM-Abbildungen illustrieren eine inhomogene Verteilung des PTFE-Füllmaterials in allen drei Proben. Tabelle 1

Probe Verschleißvolumen (mm³) Reibungskoeffizient Temperatur (°C)

1 1,3 0,17 46

2 0,3 0,22 46

3 0,3 0,21 46

C4 7,8 0,3 60

C5 4,8 0,17 48

C6 2,9 0,16 45
Wie durch die Resultate in Tabelle 1 dargestellt wird, zeigten Proben 1–3 eine unerwartete und überraschende signifikante Verbesserung in der Kombination aus Verschleißvolumen und Reibungskoeffizienten. Bis dahin war es nicht bekannt, wie ein Lager hergestellt werden kann, welches das kombinierte herausragende Verschleißvolumen und den Reibungskoeffizienten der dargestellten Proben 1–3 aufweist.
Probe 2 – Polyaminosäuresalz
Drei Proben wurden vorbereitet und getestet im Hinblick auf den Koeffizienten aus Reibung in trockenem und befeuchtetem Zustand und verglichen mit dem kommerziell erhältlichen Norglide-Material, erhältlich vom Saint Gobain Performance Plastics. Die drei Proben gemäß zu den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wurden wie folgt zubereitet:
ODA wurde in einer Mischung von NMP und Xylen gelöst. Während gerührt wurde, wurde dieselbe molare Menge von PMDA der ODA-Lösung bei 60 Grad Celsius hinzugefügt, und eine Polyaminosäurelösung wurde nach zwei Stunden gewonnen. Die gleiche molare Menge von Triethylamin wurde langsam in die obige Polyaminosäurelösung hinzugegeben, um eine homogene viskose Polyaminosäuresalzlösung zu gewinnen. Bestimmte Mengen von PTFE-Suspensionen wurden mit der obigen Polyaminosalzlösung gemixt und verwendet, um ein Substrat zu bilden.
Der Test des Reibungskoeffizienten (COF) wurde auf einen Plint-Tester ausgeführt, auch bekannt als Ball-on-Flat-Gleittest. Der Test wurde unter zwei unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt: befeuchtet und trocken. Für den befeuchteten Test befindet sich die Probe in einem Ölbad während des gesamten Tests bei Raumtemperatur. Für den Trockentest ist der Ball in direktem Kontakt mit der Probe ohne jegliche Art von Befeuchtung, außer der die durch die Beschichtung selbst bewirkt wird. Die drei Proben gemäß den Ausführungsbeispielen der Offenbarung wurden wie folgt differenziert:

• 25% PTFE und eine Beschichtungsdicke von ungefähr 50 µm, zubereitet mit der folgenden Zusammensetzung:

	Masse (g)	% Festkörper
DI Wasser	2,3	100
PAA Salz	2,0	17
PTFE	0,27	50

• 35% PTFE und eine Beschichtungsdicke von ungefähr 90 µm, zubereitet mit der folgenden Zusammensetzung:

	Masse (g)	% Festkörper
DI Wasser	2,3	100
PAA Salz	2,0	17
PTFE	0,43	50

• 45% PTFE und eine Beschichtungsdicke von ungefähr 130 µm, zubereitet mit der folgenden Zusammensetzung:

	Masse (g)	% Festkörper
DI Wasser	2,3	100
PAA Salz (12 µm Partikel)	2,0	17
PTFE	0,66	50

Die Oszillationsfrequenz des Balles war 0,11 Hz, die während einer Periode durchschrittene Distanz war 3 cm (round trip), die Last war 25 N und die Testdauer war 5 Minuten. Der während des Tests auf die Beschichtung ausgeübte Druck sollte 53 MPa sein, um die gleichen Bedingungen zu erfüllen, welche für Test 1 aufgeführt sind.
Die Kontaktfläche zwischen der Beschichtung und dem Ball war ungefähr 5,10^–5 m², somit war der Druck (mit einer 25 N-Last) nahe 50 MPa.
In dem befeuchteten Test hatten alle der PTFE/PI-Proben ungefähr denselben COF als in Tabelle 8 unten dargestellt. Sie sind alle niedriger als der COF von Norglide. Tabelle 8 Ergebnisse des Plint-Tests für befeuchtete Bedingungen

Beschichtungszusammensetzung (in Festkörpern-%) Norglide 25 % PTFE 35 % PTFE 45 % PTFE

COF befeuchtet (+/–10%) 0,022 0,017 0,018 0,018
In dem Trockentest zeigten die COF-Werte mehr Unterschiede und Abnahme mit einer Zunahme in der Gewichtsprozent PTFE in der Beschichtung (Tabelle 9). Wiederum sind alle PTFE/PI-Proben besser als das Norglide-Material. Tabelle 9 Ergebnisse des Plint-Tests für trockene Bedingungen

Beschichtungszusammensetzung (in Festkörpern-%) Norglide 25 % PTFE 35 % PTFE 45 % PTFE

COF trocken (+/–10%) 0,028 0,023 0,018 0,016
Viele verschiedene Aspekte und Ausführungsformen sind möglich. Einige dieser Aspekte und Ausführungsformen sind unten beschrieben. Nach Lektüre dieser Beschreibung wird der Fachmann zustimmen, dass diese Aspekte und Ausführungsformen lediglich illustrativ sind und nicht den Schutzbereich der Erfindung beschränken sollen. Ausführungsbeispiele sollten in Übereinstimmung mit einem oder mehreren der unten stehenden Werte sein.
Beispiel 3 Laminierung
Proben wurden entsprechend den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung durch Beschichtung der 25% PTFE-Mischung, beschrieben in Beispiel 2 auf einem Corona-vorbehandeltem Kapton^® Freisetzungsfilm und gehärtet. Die Beschichtung hatte eine Dicke von ungefähr 70 bis 130 µm. Der Verbundwerkstoff wurde dann auf einem Zink-beschichteten Stahlsubstrat anstatt direkt auf das Strahlsubstrat, wie es in Beispiel 2 erfolgt ist, laminiert. In einem Beispiel wurde eine Schicht modifizierten ETFE-Film verwendet zwischen dem Stahlsubstrat und dem gehärteten Verbund, wobei die gehärtete Beschichtung indirektem Kontakt mit dem modifizierten ETFE-Film war. In einem anderen Beispiel war eine Schicht von Epoxyd verwendet zwischen dem Stahlsubstrat und dem gehärtete Komposit. Die Lagerproben wurden dann heißgepresst, um die modifizierten ETFE-Schichten oder Epoxy-Schichten zu härten. Die COF wurde dann in Trockenkonditionen, wie oben beschrieben, in dem Plint-Test, mit den folgenden Parametern gemessen:
Die Oszillationsfrequenz des Balls war 5 Hz, die während einer Periode durchlaufene Distanz war 3 cm (Rundkurs), die Last war 82 N und die Testdauer war 18 Minuten. Der auf die Beschichtung ausgeübte Druck während des Tests sollte 53 MPa sein, um die gleichen Bedingungen darzustellen wie für Test 1 aufgelistet. Die Kontaktfläche zwischen der Beschichtung und dem Ball war ungefähr 5,10^–5 m², so dass der Druck (mit einer 82 N-Last) nahe bei 53 MPa war.
Das Ergebnis des Trockentests der zwei Proben, die oben beschrieben wurden, ist in 16 wiedergegeben. Wie dargestellt, wurden ähnlich exzellente COF-Werte für beide Proben erhalten.
Die Probe enthaltend modifiziertes ETFE wurde dann gegen kommerziell erhältliches Norglide-Material gemessen und eine JBT-Probe erhalten von Saint-Gobain Pampus, Deutschland, unter dem Tradenamen Norglide T. Die Ergebnisse sind in 17 dargestellt. Wie dargestellt, übertraf die Probe gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung signifikant die Norglide-Probe und entsprach im Wesentlichen der JBT-Probe.
Beispiel 3 oben illustriert, zumindest, dass Proben durch Beschichtung auf einen Freisetzungsfilm zubereitet und gehärtet werden können und dann auf ein Substrat laminiert werden können ohne unter Schrumpfung aufgrund der Unterschiede der thermalen Ausdehnung zwischen dem Stahlsubstrat und der Beschichtung zu leiden. Dem entsprechend kann ein herausragendes und länger anhaltendes Lager erhalten werden.

Punkt 1: Ein Lager umfassend: a. ein Substrat; und b. eine Schicht auf dem Substrat abgeschieden, wobei die Schicht umfasst i. eine Polyimidmatrix; und ii. ein Füllmaterial dispergiert in der Polyimidmatrix, wobei das Füllmaterial einen Thermoplast oder ein organisches Füllmaterial umfasst.
Punkt 2: Ein Lager umfassend: a. ein Substrat; und b. eine Schicht auf dem Substrat abgeschieden, wobei die Schicht umfasst: i. eine Polyimidmatrix, abgeleitet von einem Polyaminsäuresalz; und ii. ein Thermoplast und/oder ein organisches Füllmaterial, dispergiert in der Polyimidmatrix.
Punkt 3: Ein Lager umfassend: a. ein Substrat; und b. eine erste Schicht, abgeschieden auf dem Substrat, wobei die erste Schicht eine Polyimidmatrix und eine Füllsubstanz dispergiert in der Polyimidmatrix umfasst; c. wobei das Lager einen Reibungskoeffizienten von weniger als ungefähr 1, und eine Verschleißfestigkeit von weniger denn ungefähr 2,9 mm³ aufweist.
Punkt 4. Ein Lager aufweisend einen Reibungskoeffizienten von weniger als ungefähr 1, und eine Verschleißfestigkeit von weniger als 2, 9 mm³.
Punkt 5. Das Lager von einer der Punkte 1–3, wobei das Substrat ein Metall umfasst.
Punkt 6. Das Lager von Punkt 4, wobei das Metall Stahl, Aluminium, Bronze oder Kupfer umfasst.
Punkt 7. Das Lager von einer der Punkte 1–3, wobei das Lager einen durchschnittlichen Reibungskoeffizienten (COF) von nicht größer als ungefähr 1 aufweist, nicht größer als ungefähr 0,8, nicht größer als ungefähr 0,7, nicht größer als ungefähr 0,6, nicht größer als ungefähr 0,5, nicht größer als ungefähr 0,4, nicht größer als ungefähr 0,3, nicht größer als ungefähr 0,25, nicht größer als ungefähr 0,2, nicht größer als ungefähr 0,18, nicht größer als ungefähr 0,15, oder sogar nicht größer als ungefähr 0,12, wenn gemessen gemäß ASTM G-77.
Punkt 8. Das Lager von einer der Punkte 1–3, wobei das Lager einen durchschnittlichen Reibungskoeffizienten (COF) von nicht weniger als ungefähr 0,001 aufweist, nicht weniger als ungefähr 0,01, oder auch nicht weniger als ungefähr 0,05, wenn gemessen gemäß ASTM G-77.
Punkt 9. Das Lager von einer der Punkte 1–3, wobei das Lager eine Verschleißfestigkeit von nicht größer als ungefähr 10 mm³, nicht größer als ungefähr 8 mm³, nicht größer als 5 mm³, nicht größer als ungefähr 4 mm³, nicht größer als ungefähr 3 mm³, nicht größer als ungefähr 2,9 mm³, nicht größer als ungefähr 2 mm³, nicht größer als ungefähr 1,5 mm³, nicht größer als ungefähr 1,3 mm³, nicht größer als ungefähr 1,1 mm³, nicht größer als ungefähr 1 mm³, nicht größer als ungefähr 0,8 mm³, nicht größer als ungefähr 0,6 mm³, nicht größer als ungefähr 0,5 mm³, nicht größer als ungefähr 0,3 mm³, oder auch nicht größer als ungefähr 0,2 mm³ aufweist, gemessen gemäß ASTMN G-77.
Punkt 10. Das Lager von einem der Punkte 1–3, wobei das Lager eine Verschleißfestigkeit von nicht weniger als ungefähr 0,001 mm³ aufweist, nicht weniger als ungefähr 0,01 mm³, oder auch nicht weniger als ungefähr 0,05 mm³, wenn gemessen gemäß ASTM G-77.
Punkt 11. Das Lager von einem der Punkte 1–3, wobei die Schicht, die auf dem Substrat abgeschieden ist, den Laminator-Adhäsions-Test (Erichsen) besteht.
Punkt 12. Das Lager von einem der Punkte 1–3, wobei die auf dem Substrat abgeschiedene Schicht eine Dicke von nicht größer als ungefähr 1 mm aufweist, nicht größer als ungefähr 800 µm, nicht größer als ungefähr 500 µm, nicht größer als ungefähr 300 µm, nicht größer als ungefähr 250 µm, nicht größer als ungefähr 200 µm, oder auch nicht größer als ungefähr 175 µm.
Punkt 13. Das Lager von einem der Punkte 1–3, wobei die auf dem Substrat abgeschiedene Schicht eine Dicke von mindestens ungefähr 0,01 µm, mindestens ungefähr 1 µm, mindestens ungefähr 50 µm, oder auch mindestens ungefähr 100 µm aufweist.
Punkt 14. Das Lager von einem der Punkte 1–3, wobei die auf dem Substrat abgeschiedene Schicht eine Porosität von mindestens ungefähr 0,01 %, mindestens ungefähr 0,05 %, oder auch mindestens ungefähr 0,1 % aufweist.
Punkt 15. Das Lager von einem der Punkte 1–3, wobei die Polyimidmatrix eine quervernetzte und imidisierte Polyaminosäure umfasst.
Punkt 16. Das Lager von Punkt 14, wobei die Polyaminosäure oder das Polyaminosäuresalz ein Reaktionsprodukt umfasst von zwei verschiedenen Monomeren, ausgewählt von der Gruppe, bestehend aus: Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), 3,3‘-4,4‘-Biphenyltetracarboxidianydrid (BPDA), 2,2-bis(3,4-Dicarboxyphenyl)hexafluoropropandianhydrid (6FDA), 2,2‘-bis[4-(3,4-Dicarboxyphenoxy)phenyl]propandianhydrid (BPADA), Benzophenontetracarboxidianhydrid (BTDA), und 4,4‘-Oxydianilin (ODA), oder m-Phenylendiamine (m-PDA), 4,4‘-diaminophenylsulphon (4,4‘-DDS), p-Phenylendiamin (p-PDA), und Methylendianilin (MDA).
Punkt 17. Das Lager von Punkt 14, wobei die Polyaminosäure oder das Polyaminosäuresalz ein Reaktionsprodukt umfasst eines ersten Monomers und eines des zweiten Monomers, wobei das erste und das zweite Monomer verschieden sind.
Punkt 18. Das Lager von Punkt 16, wobei das erste Monomer ein Monomer umfasst, ausgewählt von der Gruppe, bestehend aus Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), 3,3‘-4,4‘-Biphenyltetracarboxydianhydrid (BPDA), 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)Hexafluoropropandianhydrid (6FDA), 2,2‘-bis[4-(3,4-dicarboxyphenoxy)Phenyl]propandianhydrid (BPADA), Benzophenontetracarboxylicdianhydrid (BTDA), und jede Kombination davon; und wobei das zweite Monomer ein Monomer umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 4,4‘-Oxydianilin (ODA), oder m-Phenylendiamin (m-PDA), 4,4‘-Diaminophenylsulphon (4,4‘-DDS), p-Phenylendiamin (p-PDA), Methylendianilin (MDA) und jede Kombination davon.
Punkt 19. Das Lager von einer der vorhergehenden Punkte, wobei die Polyimidmatrix von einem Polyaminosäuresalz abgeleitet ist.
Punkt 20. Das Lager von einer der vorstehenden Punkte, wobei die Polyimidmatrix ein imidisiertes Reaktionsprodukt eines Polyaminosäuresalzes umfasst.
Punkt 21. Das Lager von einem der Punkte 1–3, wobei der Thermoplast einen Fluoropolymer umfasst.
Punkt 22. Das Lager von Punkt 18, wobei der Thermoplast ein Perfluoropolymer umfasst.
Punkt 23. Das Lager von Punkt 18, wobei der Thermoplast PTFE umfasst.
Punkt 24. Das Lager von Punkt 20, wobei der Thermoplast nachgeschliffenes PTFE umfasst.
Punkt 25. Das Lager von einem der Punkte 1–3, wobei der Thermoplast in der Schicht in einem Anteil von größer als 0 bis 80 Gew.-% anwesend ist, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Thermoplasts und der Polyimidmatrix.
Punkt 26. Das Lager von einem der Punkte 1–3, wobei die Polyimidmatrix in der Schicht in einem Anteil von 20 bis 100 Gew.-% anwesend ist, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Thermoplasten und der Polyimidmatrix.
Punkt 27. Das Lager von einem der Punkte 1–3, wobei die auf dem Substrat angeordnete Schicht zusätzlich ein organisches Füllmaterial umfasst.
Punkt 28. Das Lager von Punkt 24, wobei das organische Füllmaterial in der Schicht in einem Ausmaß von größer als 0 % bis 80 Gew.-% anwesend ist, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Thermoplasten, der Polyimidmatrix, und dem organischen Füllmaterial.
Punkt 29. Das Lager von einem der Punkte 1–3, wobei das Lager zusätzlich eine Zwischenschicht umfasst, die zwischen dem Substrat und der Schicht angeordnet ist.
Punkt 30. Das Lager von Punkt 26, wobei die Zwischenschicht Zink oder einen Zink enthaltenden Stoff umfasst.
Punkt 31. Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstofflagers, umfassend: a. Bereitstellen eines Polyimidprecursors oder Imidmonomers; b. Bereitstellen eines Thermoplasten; c. Mischen des Thermoplasten, des Polyimidprecursors oder Imidmonomers, und eines Lösungsmittels um eine Mischung herzustellen; d. Abscheiden der Mixtur auf einem Substrat; e. thermisches Härten des Substrates und der abgeschiedenen Mischung, um damit den Polyimidprecursor zu imidisieren und eine Verbundschicht zu formen.
Punkt 32. Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstofflagers, das Verfahren umfassend: a. Bereitstellen eines Polyimidprecursors oder eines
Imidmonomers; b. Bereitstellen eines organischen Füllmaterials; c. Mischen des Füllmaterials, des Polyimidprecursors oder Imidmonomers, und eines Lösungsmittels, um eine Mischung herzustellen; d. Abscheiden der Mischung auf einem Substrat; e. thermisches Härten des Substrates und der abgeschiedenen Mischung, um hiermit den Polyimidprecursor zu imidisieren und eine Verbundschicht zu formen. f. Ausbilden eines Lagers aus der Verbundschicht.
Punkt 33: Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstofflagers, das Verfahren umfassend: a. Bereitstellen eines Polyimidprecursors oder Imidmonomers; b. Bereitstellen eines organischen Füllmaterials und/oder eines Thermoplasten; c. Mischen des organischen Füllmaterials und/oder Thermoplasten, des Polyimidprecursors oder Imidmonomers, und eines Lösungsmittels, um eine Mischung herzustellen; d. Abscheiden der Mischung auf einem Substrat, e. thermisches Härten des Substrates und der abgeschiedenen Mischung, um hiermit den Polyimidprecursor zu imidisieren und eine Verbundschicht zu formen; und f. Ausbildung eines Lagers aus der Verbundwerkstoffschicht; g. wobei das Lager einen Reibungskoeffizienten von weniger als 1, und eine Verschleißfestigkeit von weniger als 2,9 mm³ aufweist.
Punkt 34. Das Verfahren von einer der Punkte 28–30, wobei das thermische Härten ein schrittweises thermisches Härten umfasst.
Punkt 35. Das Verfahren von Punkt 31, wobei das schrittweise thermische Härten eine Vielzahl von Schritten umfasst, wobei jeder Schritt zwischen ungefähr 10 Minuten und 6 Stunden dauert, und wobei jeder Schritt eine Temperaturzunahme zwischen sukzessiven Schritten von zwischen ungefähr 10 Grad Celsius und 50 Grad Celsius aufweist.
Punkt 36. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei das Lösungsmittel N-Methyl-pyrrolidon (NMP) umfasst, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Diglyme, Dimethylsulfoxid, Xylen, oder jede Kombination davon.
Punkt 37. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Polyimidprecursor Polyaminosäure umfasst.
Punkt 38. Das Verfahren von einem der vorhergehenden Punkte, wobei der Polyimidprecursor Polyaminosäuresalz umfasst.
Punkt 39. Das Verfahren von Punkt 34, wobei die Polyaminosäure oder das Polyaminosäuresalz abgeleitet ist von mindestens zwei verschiedenen Monomeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), 3,3‘-4,4‘-Biphenyltetracarboxidianhydrid (BPDA), 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)Hexafluoropropandianhydrid (6FDA), 2,2‘-bis[4-(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]Propandianhydrid (BPADA), Benzophenontetracarboxidianhydrid (BTDA), und 4,4‘-Oxydianilin (ODA), oder m-Phenylendiamin (m-PDA), 4,4‘-Diaminophenylsulfon (4,4‘-DDS), p-Phenylendiamin (p-PDA), und Methylendianilin (MDA).
Punkt 40. Das Verfahren von Punkt 34, wobei die Polyaminosäure oder das Polyaminosäuresalz abgeleitet ist von einem ersten Monomer und einem zweiten Monomer, und wobei das erste und das zweite Monomer unterschiedlich sind.
Punkt 41. Das Verfahren von Punkt 36, wobei das erste Monomer ein Monomer umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), 3,3‘-4,4‘-Biphenyltetracarboxidianhydrid (BPDA), 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)Hexafluorpropandianhdrid (6FDA), 2,2‘-bis[4-(3,4)dicarboxyphenoxy)phenyl]Propandianhydrid (BPADA), Benzophenontetracarboxidianhydrid (BTDA), und jede Kombination davon; und wobei das zweite Monomer ein Monomer umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus 4,4‘-Oxydianilin (ODA), oder m-Phenylendiamin (m-PDA), 4,4‘-Diaminophenylsulfon (4,4‘-DDS), p-Phenylendiamin (p-PDA), Methylendianilin (MDA), und jede Kombination davon.
Punkt 42. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast ein Fluoropolymer umfasst.
Punkt 43. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast ein Perfluoropolymer umfasst.
Punkt 44. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast PTFE umfasst.
Punkt 45. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast PTFE-Mahlgut umfasst.
Punkt 46. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast eine durchschnittliche Partikelgröße (D₅₀) von mindestens 1 ungefähr 1 µm, von mindestens ungefähr 3 µm, von mindestens ungefähr 5 µm, von mindestens ungefähr 10 µm, von mindestens ungefähr 15 µm, oder noch von mindestens ungefähr 20 µm aufweist.
Punkt 47. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast eine durchschnittliche Partikelgröße (D₅₀) von nicht größer als ungefähr 50 µm aufweist, nicht größer als ungefähr 30 µm, nicht größer als ungefähr 20 µm, oder auch nicht größer als 10 µm.
Punkt 48. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast eine mittlere Partikelgröße (D₅₀) aufweist mit einem Bereich zwischen ungefähr 1 µm und 50 µm, ungefähr 3 µm bis ungefähr 30 µm, oder auch ungefähr 5 µm bis 20 µm.
Punkt 49. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast in Puderform vorliegt.
Punkt 50. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast in einer dispergierten Phase vorliegt.
Punkt 51. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast eine mittlere Partikelgröße von mindestens 0,05 µm aufweist, mindestens ungefähr 0,1 µm, oder auch mindestens ungefähr 2 µm.
Punkt 52. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast eine mittlere Partikelgröße von nicht größer als ungefähr 1000 µm aufweist, nicht größer als ungefähr 500 µm, oder auch nicht größer als ungefähr 100 µm.
Punkt 53. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei die Viskosität der Mischung darauf angeglichen ist, eine vorbestimmte Dicke der Mischung, die auf dem Substrat abgeschieden ist, auszuformen.
Punkt 54. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei der Thermoplast in der Mischung in einem Anteil von größer als 0 bis 80 Gew.-% vorliegt, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Thermoplasten und des Polyimidprecursors.
Punkt 55. Das Verfahren von einer der Punkte 28–30, wobei der Polyimidprecursor in der Mischung anwesend ist in einem Anteil von 20 bis 100 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Thermoplasten und des Polyimidprecursors.
Punkt 56. Das Verfahren von einer der Punkte 28–30, weiterhin umfassend das zur Verfügungstellen eines organischen Füllmaterials, und Mischen des organischen Füllmaterials mit dem Thermoplasten.
Punkt 57. Das Verfahren von Punkt 52, wobei das organische Füllmaterial in der Mischung vorliegt in einem Anteil von größer als 0 % bis 80 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht des Thermoplasten, des Polyimidprecursors und des organischen Füllmaterials.
Punkt 58. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei das Substrat ein Metall umfasst.
Punkt 59. Das Verfahren von Punkt 54, wobei das Metall Stahl, Aluminium, Bronze, Kupfer oder Kombinationen davon umfasst.
Punkt 60. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, darüber hinaus umfassend das Behandeln des Substrates, um die Adhäsion zwischen der abgeschiedenen Mixtur und dem Substrat vor der Abscheidung der Mixtur auf dem Substrat zu verbessern.
Punkt 61. Das Verfahren von Punkt 56, wobei die Behandlung eine chemische Behandlung der Oberfläche des Substrates, benachbart der Schicht vor der Abscheidung der Mischung auf dem Substrat umfasst.
Punkt 62. Das Verfahren von Punkt 57, wobei die chemische Behandlung die Beschichtung der Oberfläche des Substrates mit einer Zusammensetzung, umfassend Zink oder ein Zink enthaltenden Stoff umfasst.
Punkt 63. Das Verfahren von Punkt 56, wobei die Behandlung die mechanische Behandlung einer Oberfläche des Substrates, benachbart der Schicht vor der Abscheidung der Mischung auf dem Substrat umfasst.
Punkt 64. Das Verfahren von Punkt 59, wobei die mechanische Behandlung Sandstrahlen oder ein mechanisches Ätzen der Oberfläche des Substrates umfasst.
Punkt 65. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, darüber hinaus umfassend die Ausformung von mehr als einer Schicht, umfassend eine Polyimidmatrix auf dem Substrat.
Punkt 66. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, darüber hinaus umfassend das Hinzufügen eines zweiten Füllmaterials zu der Mischung.
Punkt 67. Das Verfahren von Punkt 62, wobei das zweite Füllmaterial ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Kohlenstoffgraphit, Grapheme, Kohlenstoffnanotubes, Ekonol, Glasfiber, einem polymeren Stoff, einem anorganischen Stoff, und Kombinationen davon.
Punkt 68. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei die thermische Härtung das Kontrollieren der Temperatur umfasst, so dass der Verbundwerkstoff eine Porosität von mindestens ungefähr 0,1 % umfasst.
Punkt 69. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, weiterhin umfassend die Bereitstellung eines Katalysators und Mischen des Katalysators mit dem Thermoplasten.
Punkt 70. Das Verfahren von Punkt 65, wobei der Katalysator die Imidisierung der Polyaminosäure beschleunigt.
Punkt 71. Das Verfahren von Punkt 65, wobei der Katalysator eine starke tertiäre aliphatische Base umfasst.
Punkt 72. Das Verfahren von Punkt 65, wobei der Katalysator 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan (DABCO) umfasst; 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU); eine Stickstoff enthaltende Base, Phenol, oder ein amphoteres Material.
Punkt 73. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, wobei das Verfahren ein kontinuierlicher Prozess ist.
Punkt 74. Das Verfahren von einem der Punkte 28–30, weiterhin umfassend ein mindestens teilweises Schneiden des beschichteten Substrates.
Punkt 75. Das Lager oder Verfahren von einem der vorhergehenden Punkte, wobei das Füllmaterial einen aromatischen Polyester umfasst, ein recyceltes Polyimid, Polyamidetherimid, Polyamidimid, PEEK, PEEK-ähnliche Polymere der Polyaryl-Familie, flüssigekristalline Polymere (LCP), Polybenzimidazol, oder Kombinationen davon.
Punkt 76. Das Lager oder Verfahren von einem der vorhergehenden Punkte, wobei das organische Füllmaterial einen aromatischen Polyester umfasst, ein recyceltes Polyimid, Polyamidetherimid, Polyamidimid, PEEK, PEEK-ähnliche Polymere der Polyaryl-Familie, flüssigekristalline Polymere (LCP), Polybenzimidazol, oder Kombinationen davon.
Punkt 77. Das Verfahren von einem der vorhergehenden Punkte, wobei das Substrat ein Freisetzungsfilm ist, und wobei das Verfahren weiterhin das Härten der Mischung auf dem Freisetzungsfilm, und danach, Ausbildung des Verbundwerkstoffs mit einem Stahlsubstrat umfasst.
Punkt 78. Das Verfahren von Punkt 77, wobei das Verfahren weiterhin die Entfernung des Freisetzungsfilms nach Ausbildung des Verbundes mit einem zweiten Substrat umfasst, so dass die gehärtete Mischung einer äußeren Oberfläche des Lagers ausbildet.
Punkt 79. Das Verfahren von Punkt 78, wobei das zweite Substrat ein metallisches Substrat umfasst.
Punkt 80. Das Verfahren von Punkt 79, wobei das zweite Substrat Stahl umfasst.
Punkt 81. Das Verfahren von einem der vorhergehenden Punkte, wobei der Freisetzungsfilm vor Abscheidung auf der Mischung oberflächenbehandelt wurde.
Punkt 82. Das Verfahren von einem der vorhergehenden Punkte, wobei das zweite Substrat ein Zink beschichtetes Stahlsubstrat ist.

Es ist festzuhalten, dass nicht alle der in der allgemeinen Beschreibung oben beschriebene Aktivitäten oder die Beispiele benötigt werden, dass ein Teil einer spezifischen Aktivität möglicherweise nicht benötigt wird, und dass ein oder mehrere weitere Aktivitäten ausgeführt werden können in Ergänzung zu den beschriebenen. Weiterhin ist die Reihenfolge, in der die Aktivitäten beschrieben werden, nicht zwangsläufig die Reihenfolge, in der diese ausgeführt werden.
Nutzen, andere Vorteile, und Lösung von Problemen sind oben beschrieben worden im Hinblick auf spezifische Ausführungsbeispiele. Allerdings können die Nutzen, Vorzüge, Lösungen von Problemen, und andere Merkmale, die andere Nutzen, Vorteile oder Lösungen, die vorkommen, oder mehr ausgeprägt sind, nicht zu verstehen als kritisch, benötigt oder notwendiges Merkmal für eine oder alle Ansprüche.
Die Beschreibung und Abbildungen der Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, beabsichtigen ein allgemeines Verständnis der Struktur der verschiedenen Ausführungsbeispiele zu bewirken. Die Beschreibung und Abbildungen sind nicht beabsichtigt als erschöpfende und vollständige Beschreibung aller Elemente und Merkmale der Vorrichtung und Systeme, die die Strukturen oder darin beschriebene Methoden verwenden. Verschiedene Ausführungsbeispiele können auch bereitgestellt werden in Kombination mit einem einzelnen Ausführungsbeispiel und entgegengesetzt, verschiedene Merkmale, die, aus Gründen der Kürze, die in dem Zusammenhang einer einzelnen Ausführungsbeispiel beschrieben sind, können auch getrennt oder in jeder Unterkombination bereitgestellt werden. Darüber hinaus schließen Bezüge zu Werten, die in Bereichen ausgedrückt werden, jeden und alle Werte innerhalb des Bereichs mit ein. Viele weitere Ausführungsbeispiele sind dem Fachmann erst nach Studium dieser Beschreibung zugänglich. Andere Ausführungsbeispiele können verwendet und abgeleitet werden von der Offenbarung, so dass ein struktureller Ersatz, logischer Ersatz, oder eine Änderung gemacht werden kann, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Schließlich ist die Offenbarung mehr als Veranschaulichung denn als Einschränken anzusehen.

Claims

Ein Lager, umfassend: a. ein Substrat; und b. eine erste Schicht, angeordnet auf dem Substrat, wobei die Schicht umfasst i. eine Polyimidmatrix; und ii. ein Füllmaterial, welches in der Polyimidmatrix dispergiert ist, wobei das Füllmaterial einen Thermoplasten und/oder ein organisches Füllmaterial umfasst.
Das Lager von Anspruch 1, wobei das Substrat ein metallisches Substrat umfasst.
Das Lager von Anspruch 1, wobei das Substrat Stahl, Aluminium, Bronze oder Kupfer umfasst.
Das Lager von Anspruch 1, wobei die Polyimidmatrix eine quervernetzte und imidisierte Polyaminosäure oder Polyaminosäuresalz umfasst.
Das Lager von Anspruch 4, wobei die quervernetzte und imidisierte Polyaminosäure oder das Polyaminosäuresalz ein Reaktionsprodukt umfasst von zwei verschiedenen Monomeren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), 3,3‘-4,4‘-Biphenyltetracarboxidianhydrid (BPDA), 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)-Hexafluoropropandianhydrid (6FDA), 2,2‘-bis[4-(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]-Propandianhydrid (BPADA), Benzophenontetracarboxidianhydrid (BTDA), und 4,4‘-Oxydianilin (ODA), oder m-Phenylendiamin (m-PDA), 4,4‘-Diaminophenylsulfon (4,4‘-DDS), p-Phenylendiamin (p-PDA), und Methylendianilin (MDA).
Das Lager von Anspruch 1, wobei das Füllmaterial einen thermoplastischen Fluoropolymer umfasst.
Das Lager von Anspruch 1, wobei das Füllmaterial einen thermoplastischen Perfluoropolymer umfasst.
Das Lager von Anspruch 1, wobei das Füllmaterial PTFE umfasst.
Das Lager von Anspruch 1, wobei das Füllmaterial ein organisches Füllmaterial umfasst.
Das Lager von Anspruch 1, wobei das Füllmaterial ein thermoplastisches Füllmaterial umfasst und ein organisches Füllmaterial.
Das Lager von Anspruch 1, wobei das Füllmaterial in der ersten Schicht in einem Anteil von größer als 0 bis 80 Gew.-% vorliegt, basierend auf dem kombinierten Gewicht von Füllmaterial und Polyimidmatrix.
Das Lager von Anspruch 1, a. wobei das Substrat Stahl umfasst; b. wobei die Polyimidmatrix eine quervernetzte und imidisierte Polyaminosäure oder Polyaminosäuresalz umfasst; und c. wobei das Füllmaterial PTFE umfasst.
Ein Lager, umfassend: a. ein Metallsubstrat; und b. eine erste Schicht, wobei die erste Schicht eine Polyimidmatrix umfasst und ein Füllmaterial dispergiert in der Polyimidmatrix; c. wobei das Lager einen Reibungskoeffizienten von weniger als ungefähr 1, und eine Verschleißbeständigkeit von weniger als ungefähr 2,9 mm³ aufweist.
Das Lager von Anspruch 13, wobei das Lager darüber hinaus eine Adhäsivschicht umfasst, die zwischen dem Metallsubstrat und der ersten Schicht angeordnet ist.
Das Lager von Anspruch 14, wobei das Lager darüber hinaus eine Freisetzungsschicht umfasst, die benachbart zu der ersten Schicht angeordnet ist, und dadurch die erste Schicht und die Adhäsivschicht zwischen der Freisetzungsschicht und dem Metallsubstrat diese einschließt.