ES2219945T3 - Material de rodamiento compuesto con capa deslizante de material sintetico. - Google Patents

Material de rodamiento compuesto con capa deslizante de material sintetico.

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Abstract

SE DESCRIBE UN MATERIAL DE CAPAS COMPUESTAS QUE SIN MERMA DEL COEFICIENTE DE ROZAMIENTO PRESENTA BAJO ACEITE UNA MAYOR RESISTENCIA AL DESGASTE Y A LA DESLAMINACION. EL MATERIAL COMPUESTO ESTRATIFICADO CONTIENE EN LA CAPA DE DESLIZAMIENTO POR LO MENOS UNA POLIARAMIDA EN POLVO, SIENDO LA PROPORCION DE PTFE O DEL PTFE JUNTO CON LOS DEMAS FLUOROTERMOPLASTICOS QUE FORMAN EL MATERIAL DE LA MATRIZ, DEL 55-90% EN VOLUMEN, LA PROPORCION DE LOS RESTANTES MATERIALES DE CARGA DEL 9,5-44,5% EN VOLUMEN Y LA PROPORCION DE POLIARAMIDA DE 0,5-10% EN VOLUMEN.

Description

Material de rodamiento compuesto con capa deslizante de material sintético.
La invención se refiere a un material compuesto estratificado con una capa de apoyo metálica, una capa intermedia porosa, y una capa deslizante de PTFE o PTFE aplicada sobre esta, en combinación con otros termoplásticos fluorados, cuyo punto de fusión se sitúa por encima de 260ºC, en la que están alojadas las cargas.
A pesar de que tales mecanismos se pueden emplear también sin problema en casos sin lubricación, el material compuesto estratificado según la invención será apropiado especialmente para aquellos apoyos en presencia de aceite, para los que es de gran importancia un coeficiente de fricción muy reducido, con resistencia al desgaste y a la cavitación simultáneamente elevadas, como por ejemplo en amortiguadores, que se pueden emplear en la industria automovilística, o también en bombas de rueda dentada o motores hidráulicos. Debido al coeficiente de fricción necesario, según el actual estado de conocimientos, tales materiales deben estar constituidos en gran parte por PTFE, ya que todos los demás materiales sintéticos conocidos, aún siendo apropiados en sus propiedades restantes, no cumplen estos requisitos.
Ya que PTFE es demasiado blando en sí mismo, y presenta, por consiguiente, un elevado coeficiente de desgaste, se deben mezclar materiales que contrarrestan la cavitación y el desgaste, sin aumentar esencialmente el coeficiente de fricción.
Los materiales de rodamiento empleados con la mayor frecuencia en el citado sector de aplicación están constituidos por dorso de acero, capa de bronce porosa y un material sintético, que está constituido por PTFE en aproximadamente un 80% en volumen, y por plomo o disulfuro de molibdeno como resto. En este caso, el material sintético está indentado en la estructura de bronce, y forma además una capa delgada cerrada. Sin embargo, los materiales de esta estructura, bajo condiciones extremas, como por ejemplo en amortiguadores, debido a cargas elevadas, velocidades de deslizamiento y aceleraciones elevadas, y altas velocidades de circulación en la ranura de rodamiento, tienden a fenómenos de erosión y cavitación, y, por consiguiente, tienen sólo un periodo de vida limitado, especialmente en el caso de carga elevada.
Si bien es posible obtener materiales que presentan apenas desgaste, y que no presentan ningún tipo de propensión a la cavitación bajo las condiciones descritas si, en lugar de PTFE, se emplea otro material termoplástico, como por ejemplo PVDF o PEEK, no obstante, en tales casos se debe aceptar un claro aumento de la fricción en el caso de lubricado con aceite.
En muchos documentos se proponen composiciones a base de PTFE, pero que, hasta la fecha, representan sólo mejoras relativamente reducidas frente a los materiales estándar citados anteriormente, y en este caso presentan casi siempre un valor de fricción elevado, como en el caso de fluoruro de calcio en la EP 0 183 375 o de poliimidas, que se proponen en la DE 42 27 909 C2.
En la GB 2272029 A se atribuye una estabilidad a la cavitación elevada a una superficie específica especialmente elevada de un polvo de plomo empleado. No obstante, el empleo de plomo o compuestos de plomo se considera cada vez más crítico por los usuarios de elementos de deslizamiento, y no constituye, por consiguiente, una solución completamente satisfactoria.
La posibilidad de empleo de poli-(p-fenilentereftalamida) como carga en materiales de rodamiento autolubricantes a base de PTFE se menciona ciertamente con frecuencia, pero, sin excepción, en forma de fibras, como por ejemplo en la GB 2291879 A.
La EO 95/02772 describe un tipo de fibra fibrilado especial, que se incorpora en la matriz de PTFE. La forma de fibra provoca problemas en el mezclado homogéneo en la matriz de PTFE, y requiere correspondientes instalaciones especiales en la producción. Además, tales fibras tienen el inconveniente de contener fracciones accesibles a los pulmones, y están bajo la sospecha de ser cancerígenas.
Las fibras se alojan en la matriz como un tipo de trenzado irregular, y de este modo debilitan destrucción y erosión de la matriz de PTFE, blando por lo demás.
Las fibras de aramida aparecen nuevamente también como elemento neutro en forma de fibras, e intercambiables por otras fibras, y, por consiguiente, no forzosamente necesarias para la consecución de una determinada propiedad, como por ejemplo en la WO 97/03299 o la GB 2177099 A.
Una razón especial para la aptitud y empleo de tales fibras son los extraordinarios valores característicos mecánicos -resistencia a la tracción muy elevada y módulo E-, que se basan en la orientación molecular especialmente elevada en el sentido longitudinal de fibras, así como la fuerte unión física paralela de las barras moleculares rígidas aisladas.
Es tarea de la invención poner a disposición un material compuestos estratificado, que presenta una resistencia al desgaste y al deslaminado más elevada, sin modificación del proceso de producción, y sin reducción del valor de fricción bajo aceite.
Se soluciona este problema con un material compuesto estratificado, en el que la capa deslizante contiene al menos una poliaramida pulverulenta, y en el que la fracción de PTFE o de PTFE, junto con los demás termoplásticos fluorados, asciende a un 55 a un 90% en volumen, la fracción de otras cargas asciende a un 9,5 - 44,5% en volumen, y la fracción de poliaramida asciende a un 0,5 - 10% en volumen.
Sorprendentemente se ha mostrado que la adición de estas cantidades de polvo de poliaramida, relativamente reducidas, es apropiada para debilitar en gran medida la destrucción de la superficie de la capa deslizante debido a fenómenos de erosión y cavitación, frente a las correspondientes composiciones exentas de aditivos. Por el contrario, en el empleo sin ausencia de substancias lubricantes, los materiales compuestos estratificados según la invención dan un resultado igual, o mejorado de manera insignificante.
La fracción de PTFE o de PTFE junto con los demás termoplásticos fluorados asciende preferentemente a un 65 - 80% en volumen, la fracción de cargas adicionales asciende a un 10 - 34% en volumen, y la fracción de poliaramida asciende a un 2 - 10% en volumen.
En el caso de las poliaramidas se trata preferentemente de poli-(p-fenilentereftalamida) (PPTA) y/o poli-(p-benzamida) (PBA), que presentan una rigidez molecular elevada.
EL tamaño de grano de polvo de poliaramida se sitúa preferentemente por debajo de 100 \mum. Ventajosamente, el tamaño de grano del polvo de poliaramida es < 50 \mum.
Como cargas adicionales son apropiados especialmente plomo, óxido de plomo, sulfuros metálicos con estructura estratificada, como sulfuro de molibdeno, fluoruros metálicos, nitruro de boro, grafito, hollín, coque, óxido de hierro, por separado o en mezclas.
Adicionalmente a las cargas ya citadas, se pueden emplear aún cargas constituidas por uno o varios del grupo de materiales duros, de pigmentos, de materiales fibrosos, de substancias lubricantes sólidas, de duroplásticos o termoplásticos a temperatura elevada, de poliimidas o de duroplásticos.
Una combinación de cargas preferente está constituida por sulfuros metálicos con estructura estratificada, nitruro de boro hexagonal y óxido de hierro(III).
Si está contenido Fe_{2}O_{3} en combinación con otra carga, la fracción asciende preferentemente a un 1 - 6% en volumen.
Si además de PTFE se emplean aún otros termoplásticos fluorados como material de matriz, son ventajosamente apropiados PFA, FEP, ETFE o EPE. Su fracción puede ser, a lo sumo, de la misma magnitud que la de PTFE.
Un empleo preferente del material compuesto estratificado es para elementos deslizantes para el empleo en amortiguadores, u otras aplicaciones hidráulicas.
A modo de ejemplo se confrontan posibles formas de ejecución de los correspondientes materiales sin adición de polvo de poli-(p-feniletereftalamida) o polvo de poli-(p-benzamida). Las composiciones se indican en la tabla 1.
TABLA 1
1
La obtención de los materiales se puede efectuar de modo conocido:
-
suspensión homogénea de cargas y de polvo de poliaramida en agua con ayuda de un agente humectante no iónico,
-
adición de una dispersión de PTFE al 30%, y mezclado homogéneo,
-
producción de la coagulación de la mezcla con ayuda de disolución de nitrato de aluminio,
-
eliminación de agua excedente y agitación hasta consistencia de la masa apropiada para revestimiento,
-
sobrelaminado de la mezcla en la estructura de bronce porosa aplicada sobre acero,
-
sinterizado de PTFE a 380ºC,
-
compactado en caliente de la estructura total mediante cilindros.
Se someten manguitos de estos materiales a un ensayo de amortiguador, y a continuación se determina el desgaste. En este caso se trata de un programa de ensayo de 30 horas a base de una función en rampa con 80 mm de elevación y 0,5 Hz. Además se midieron los valores de fricción de los materiales bajo lubricado por goteo de aceite con 1.000N de carga, y la velocidad de deslizamiento de 20 mm/s.
Los datos se reúnen en la tabla 2. En esta se confrontan, en el ejemplo 1-6, materiales comparables respectivamente con y sin adición de polvo de poliaramida. El ejemplo 7 documenta que, para provocar el efecto según la invención, también son apropiados materiales polímeros similares estructuralmente a PPTA.
TABLA 2
2
Estos resultados ilustran la influencia positiva del polvo de poliamida sobre la resistencia al desgaste, y demuestran que el valor de fricción se reduce sólo de manera insignificante.

Claims (11)

1. Material compuesto estratificado con una capa de apoyo metálica, una capa media porosa, y una capa deslizante aplicada sobre la misma, con una matriz de PTFE o PTFE, en combinación con ETFE, en la que están alojadas las cargas, caracterizado porque la capa deslizante contiene al menos una poliaramida pulverulenta,
y porque la fracción de PTFE o de PTFE, junto con ETFE, asciende a un 55 - 90% en volumen, la fracción de cargas adicionales asciende a 9,5 - 44,5% en volumen, y la fracción de poliaramida asciende a un 0,5 - 10% en volumen.
2. Material compuesto estratificado según la reivindicación 1, caracterizado porque la fracción de PTFE o de PTFE, junto con ETFE, asciende a un 65 - 80% en volumen, la fracción de cargas asciende a un 10 - 34% en volumen, y la fracción de poliaramida asciende a un 2 - 10% en volumen.
3. Material compuesto estratificado según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque en el caso de poliaramida, se trata de poli-(p-fenilentereftalamida) y/o poli-(p-benzamida).
4. Material compuesto estratificado según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el tamaño de grano del polvo de poliaramida asciende a< 100 \mum.
5. Material compuesto estratificado según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el tamaño de grano del polvo de poliaramida asciende a< 50 \mum.
6. Material compuesto estratificado según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la fracción de ETFE es, a lo sumo, igual que la de PTFE.
7. Material compuesto estratificado según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque, en el caso de las cargas, se trata de plomo, sulfuros metálicos con estructura estratificada, como sulfuro de molibdeno, fluoruros metálicos, nitruro de boro, grafito, hollín, coque, óxido de hierro, por separado o en mezclas.
8. Material compuesto estratificado según la reivindicación 7, caracterizado porque, están contenidas adicionalmente cargas constituidas por uno o varios del grupo de materiales duros, de pigmentos, de materiales fibrosos, de substancias lubricantes sólidas, de duroplásticos o termoplásticos a temperatura elevada, de poliimidas o de duroplásticos.
9. Material compuesto estratificado según una de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizado porque está contenido un 1 a un 6% en volumen de Fe_{2}O_{3} junto con al menos una carga adicional.
10. Material compuesto estratificado según una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque, en el caso de las cargas, se trata de una mezcla de sulfuros metálicos con estructura estratificada, nitruro de boro y Fe_{2}O_{3}.
11. Empleo del material compuesto estratificado según una de las reivindicaciones 1 a 10 para elementos deslizantes para el empleo de amortiguadores, u otras aplicaciones hidráulicas.
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