JPS592839A - 積層複合材料及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属支持層を有し、炭素−短繊維を強化繊維
としてプラスチックから形成されたマトリックス中に場
合によっては摩擦特性ないしは滑り特性を改善する添加
剤を一緒にして含有する滑り層ないしは摩擦層を有する
積層複合材料に関する。更に、本発明は、このような積
層複合材料の製造法に関する。

首記した種類の積層複合材料の機能層を形成することが
できた有機摩擦材料は、西ドイツ国特許第３０１６０４
１号明細書の記載から公知である。これてよれば、摩擦
層のマトリックスを形成するフェノール／ホルムアルデ
ヒド樹脂、に平均長さ０２〜１０ｍｍ及び平均直径３〜
５０μを有する粉砕した炭素繊維１５〜５０容量％、鋼
繊維７〜２０容量％及び充填剤］−〇〜１５容量％を混
合しなければならない。このような摩擦材料から形成さ
れた摩擦層は、動的負荷下で完全に不十分な疲労強度を
示し、このことは、樹脂マトリックスの種類及び樹脂マ
トリックス中への鋼繊維の導入に原因を帰しうる。

西ドイツ国特許公開公報第２９３５２０５号の記載から
、良好な滑り特性を有する機能層のプラスチックマトリ
ックス中に短繊維、しかもとくに炭素−短繊維がプラス
チック−エン１２レス繊維を一緒にして埋蔵されている
ような積層複合材料及びその製造法は、公知である。西
ドイツ国特許公開公報に記載さ扛たこのような積層複合
材料の製造法は、勿論均しプレー１２のだめの導入装置
を介して並置せる繊維束を秩序正しく導入することが常
に再び著しい困難をまねくので、複雑であり、費用がか
かる。更に、西１ごイツ国特許公開公報第２９３５２０
５号の記載から公知の、完成部材、例えば滑り軸受及び
ブツシュを製造するための積層複合材料は、著しい欠陥
、殊に量的に著しく大きい変動を示した。西ドイツ国特
許公開公報第２９３５２０５号による積層複合材料−帯
状体の縦部分で、エンドレス繊維は剪断破損を受ける。

このような帯状体からの短冊金物を打貫く場合、エンド
レス繊維は、部分的に同様に、それがブツシュ又は滑り
軸受の部分面を介して突出する程度に制御できないで破
壊される。

従って、本発明の目的は、公知の積層複合材料の前記欠
陥を有しない、高度に負荷可能であり、殊に熱的に高度
に負荷可能であり、殊に支持層に対する機能層の高い耐
磨耗性及び高い結合強さの場合に水圧パルス負荷に対し
ても高い疲労強度を有する改善された積層複合材料を得
ることである。この場合、このような積層複合材料は、
特に簡単に製造することができなけ詐ばならない。

この目的は、本発明によれば、炭素６−短繊維が摩擦層
ないしは滑り層の唯１つの強化繊維材料でおり、マトリ
ックスがポリアリールエーテル、ポリアリールケトン、
ボリアリールスルフィＰ１ポリアリールスルホン及びポ
リアリールオキシＰの群からの１種類の熱可塑性プラス
チック又は２種類もしくはそｔ以上の熱可塑性プラスチ
ックの混合物から形成され、金属支持層の粗面上に結合
しており、かつ摩擦特性ないしは滑り特性を改善するた
めに存在していてもよい添加剤が粒度≦４−０　代を有
する固体粒子であるような首記した種類の積層複合材料
によって達成される。

沈積された炭素−短繊維及び固体粒子を有する機能層を
有する１種類のこのような熱可塑性プラスチック又は多
数のこのような熱可塑性プラスチックからなる１つのマ
トリックスは、支持層の粗面上に溶融することができ、
この場合には、支持層の表面上に特に堅固に結合し、実
際に細孔がないように形成さ扛る。短繊維の埋蔵は、特
に均一であり、プラスチックマトリックス中への短繊維
の良好な結合を示す。

炭素−短繊維、すなわち著しく高められた弾性率を達成
するたかに、付加的に組合された機械的熱処理を行なっ
たかかる炭素繊維は、有利に黒鉛繊維であることができ
る。積層複合材料の用途ないしはそれから製造される工
作物の用途に応じて、特別に高い弾性率を有する黒鉛繊
維を設けることができるか又は高い延性及び引張強度を
有する黒鉛繊維を設けることができる本発明の範囲内で
炭素−短繊維の含有量は、２０−４，５重量％が有利で
あることが判明した。好ましくは、長さ≦１　ｍｍであ
シかつ直径≦０゜１籠を有する炭素−短繊維が設けられ
ている。

特に好ましいのは、長さ０．０４−〜０．２　ｍｍ及び
直径０．００５〜Ｏ，０，３ｍｍを有する炭素−短繊維
である。

本発明による積層複合材料の摩擦層ないしは滑り層の層
厚は、有利に最大で０．１０期でなければならない。

マトリックスを形成する熱可塑性プラスチックとしての
ポリエーテルエーテルケトンは炭素−短繊維との組合せ
に特に有利であることが判明した。

西Ｐイツ国特許公開公報第２９３５２０５号の記載から
公知の積層複合材料とは異なり、本発明の場合には、意
外なことに、炭素−短繊維ないしは黒鉛−短繊維は複合
材料の摩擦値を、滑り特性を改善する添加剤がもはや必
ずしも必要でない程度に減少させることが示された。し
かし、常にこのような添加剤を、例えばＰＴＦＪＭＯ８
２のような固体滑剤として設けることは、十分に可能で
あり、好ましい。更に、ガラス粉及び／又は雲母、特に
合成雲母は、摩擦特性ないしは滑り特性を改善するだめ
の添加剤として設けることもできる。

本発明による積層複合材料の支持層は、選択的に多種多
様の金属材料、例えば鋼１．銅材料、例えば０ｕＳｎ　
８　、アルミニウム材料、例えばＡｌＺｎ５ＳｉＯｕＰ
ｂ又は相当するメッキした材料、・例えば鋼／Ａｌ又は
鋼／青銅からなることができる。

特に好ましい支持層は、鋼からなり、球状青銅からなる
多孔質焼結骨格を摩擦層ないしは滑り層を支持する表面
上に装備している。゛本発明による積層複合材料は、特
に簡単な方法で製造することができ、実際には、短繊維
と一緒にマトリックスを形成するプラスチック粒子及び
場合によっては摩擦特性ないしは滑り特性を改善する添
加剤からの粒子からなる混合物を、金属支持層の外に粗
面化さ扛かつ清浄化された表面上にもたらし、このプラ
スチックマトリックスを摩擦層ないしは滑り層に形成し
ながら一緒に溶融することから出発することができる。

本発明方法は、Ｒｔ　２０μの最小表面荒さを有する、
支持層を形成する金属帯状体の粗面上に、長さ≦１鮒の
炭素−短繊維と一緒にボリアリールエーテル、ボリアリ
ールケトン、ポリアリールスルフィド、ボリアリールス
ルホン及。

びボリアリールオキシＰの群からのマトリックスを形成
する熱可塑性プラスチック又は熱可塑性プラスチックの
混合物からの粒度≦１００μの粒子及び場合によっては
摩擦特性及び滑り特性を改善する添加剤の混合物を散布
し、均し棒又はドクターブレードを用いて所望の最終厚
さに相当して所定の厚さの形成すべき摩擦層ないしは滑
り層を有する均一な層に拡げ、引続きこの層を金属帯状
体の粗面上に溶融することを特徴とする。

摩擦層ないしは滑り層の溶融は、散布直後に均し棒又は
ドクターブレードを用いて行なうことができ、そのため
にこの均し棒又はドクタープレーＰは、マトリックスを
形成する熱可塑性プラスチックの溶融温度よりも高い５
０〜７０°にの温度に維持さｎる。それによって、均し
棒ないしはドクターブレードは、所望の最終厚さを得る
のに要求さ扛る散布規準を達成すること以外に既にプラ
スチックの溶融及び帯状体の移動方向への短繊維の配向
をも保証する。

摩擦層ないしは滑り層の溶融に引続いて、好ましくは、
連続加熱炉中で形成された積層複合材料−帯状体を金属
帯状体の側から加熱しかつマトリックスを形成する熱可
塑性プラスチックの溶融温度よりも高い５０〜７０°Ｋ
に維持することによって摩擦層ないしは滑シ層中に散布
によって不可避的に含有される空気を該層の細孔がなく
なるまで駆出することかできる。連続加熱炉中での形成
された積層複合材料−帯状体の加熱は、支持層上での摩
擦層ないしは滑り層の特に良好な結合強さを得るために
、有利に下面からの加熱又は誘導加熱によって行なわな
ければならない。

収縮による亀裂を回避するためには、形成された積層複
合材料−帯状体を連続加熱炉を去った後に熱風を摩擦層
ないしは滑り層上に作用させながら冷却するのが望まし
い。

支持層を形成する金属帯状体の被覆すべき表面の粗面化
は、全てのこれまでの方法で、例えば研削、ブラシ掛は
又は噴射、例えば鋼砂利又は鋼球を用いる噴射によって
行なうことができる。こうして機械的に粗面化された表
面は、有利に被覆前にアルカリ性又は有機の冷たい清浄
剤を用いて清浄化し、脱脂しなければならない。支持層
を形成する金属帯状体の被覆すべき表面を粗面化するも
う１つの好ましい方法は、支持体粗面、例えば球状青銅
からなる多孔質焼結骨格を焼結することにある。

次に、本発明による積層複合材料の１実施例及びこの積
層複合材料の製造法を図面につき詳説する： 多孔質焼結骨格に焼結させた球状青銅からなる設けられ
た支持体粗面を有する金属支持材料の帯状帯１１、例え
ば片側を銅メッキした鋼帯状体は、場合によっては例え
ばポリイミＰ及び／又はポリアクリル化合物で少量糊付
けされ、案内ロール１２で粉末漏斗１３の下を通過し、
この粉末漏斗から粒度≦１００μを有するポリエーテル
エーテルケトンと、長さ１．Ｏ，ｍｍ以下及び直径０．
００５ｍｍ−０，０３ｍｍを有する黒鉛−短繊維とから
なる粉末混合物が散布される。この粉末混合物は、マト
リックスを形成する熱可塑性プラスチック特にポリエー
テルエーテルケトンを液体窒素を添加する際に前記粒度
に粉砕することによって準備される。こうして製造され
たシラスチック粉末には、粉末混合物を粉末漏斗１３に
供給する前に炭素−短繊維及び摩擦特性ないしは滑り特
性を改善する固体粒子が混合される。

金属支持材料帯状体１１は、粉末漏斗１３の直ぐ後方で
加熱したドクタープレー１−’１４−の下を通過し、こ
のドクターブレードは、そのつどマトリックスを形成す
るプラスチック、すなわチコのｔ１ポリエーテルエーテ
ルケトンの溶融温度を越える５０〜７０にの温度に維持
さする。このドクターブレードは、差当り粉末混合物の
均一の分布を支持材料帯状体１１の全幅にわたって、摩
擦層ないしは滑り層の所望の最終厚さを得るのに相当す
るような均一の散布規準で生ぜしぬる。それと同時に、
マトリックスを形成する熱可塑性プラスチックは、加熱
したドクタープレーｒによって溶融され、炭素−短繊維
は、支持層帯状体１１の走行方向に配向される。

こうして、準備された積層複合材料−帯状体１５は、焼
結炉１６中に到達し、この焼結炉中で金属帯状体の側か
ら、すなわち下面からの加熱又は有利に誘導加熱によっ
て熱可塑性プラスチック、すなわちポリエーテルエーテ
ルケトンの溶融温度よりも高い５０〜７０にの範囲内の
温度に加熱され、この温度に維持さ扛る。焼結炉ないし
は連続加熱炉１６中での前記加熱により、場合によって
は低圧又は真空の使用下で粉末混合物の散布で不可避的
に貯蔵さ扛る空気は、形成される摩擦層ないしは滑り層
の細孔が実際に完全になくなるまで駆出される。連続加
熱炉ないしは焼結炉１６を去った後、完成積層複合材料
１７の帯状体は、形成された摩擦層ないしは滑り層を熱
風噴射流１８で掻き取られながら案内ロール１９を通過
し、ノξツケージ又はロール２０に巻き取られる。

この製造法の変法では、別の支持材料帯状体、例えば銅
材料帯状体、アルミニウム材料帯状体又はメッキした材
料帯状体から出発することもできる。この支持材料帯状
体は、噴射（鋼砂利又は鋼球）、ブラシ掛は又は研削ベ
ルトでの研削によって機械的に粗面化することができる
、しかし、全ての場合にＲｔ　２０μの最小表面荒さは
達成しなければならない。更に、固有の被覆の直前に有
機又はアルカリ性の冷たい清浄剤での清浄化工程も設け
なけ肛ばならない。

第２図及び第３図に呈示した、積層複合材料１７による
断面は、鋼からなる支持層２１を示し、この支持層は、
その摩擦層ないしは滑り層２２を支持する表面２３上に
薄層２牛を銅メッキしている。この薄い銅メツキ層２＋
上には、球状青銅から々る支持体粗面２５が多孔質焼結
骨格として焼結されている。この支持体粗面２５にわた
って固有の摩擦層ないしは滑り層は溶融し、該層は、ポ
リエーテルエーテルケトンからなるマトリックス２６を
有する。この場合、このマ）　ＩＪラックス６は、焼結
骨格２５の空所中に溶融されている。マトリックス２６
中には黒鉛−短繊維２７が埋蔵されている。第２図は、
この埋蔵された黒鉛−短繊維２７を縦断面写１真で示し
、したがってそれを主に長い構成体として示し、第３図
は、黒鉛−短繊維を横断面写真で示し、したがってそれ
を点状で示す。

別の実施例では、黒鉛−短繊維以外になお摩擦特性ない
しは滑り特性を改善するか又はそれに影響を及ぼす添加
剤、例えばＰＴＦＫ−粒子、ガラス粉又は合成雲母から
の粒子等をマトリックス２６中に埋蔵することもできた
。

前記の黒鉛−短繊維の代りに、種々の種類の殊素繊維、
例えばレーヨン又はビチューメンから製造された炭素繊
維を７トリツクス２６中に埋蔵することができる。前記
の実施例で使用した黒鉛−短繊維は、一般にポリアクリ
ルニトリルから製造された。黒鉛繊維は、それが提案し
た刊行物中に記載された付加的な黒鉛化過程に高められ
た温度及び機械的負荷の作用下で付加されたことによっ
て残りの炭素繊維と区別さｔ、したがってそ扛は残りの
炭素繊維に比して高められた弾性率を有する。黒鉛化過
程の導入に応じて、このような黒鉛繊維は、特に高い弾
性率に調節することができるか又は特に高い延性ないし
は引張強度に調節することができる。更に、マトリック
ス２６中に埋蔵すべき黒鉛繊維２７は、積層複合材料の
設けられた用途に応じて前記の特別に調節された黒鉛繊
維から選択することができる。

前記の積層複合材料から形成された緩衝ブツシュを用い
て試験は行なわれ、この試験により公知の積層複合材料
からなる比較可能な緩衝ブツシュの相当する試験の場合
よりも著しく有利な負荷値及び著しく低い破損率が得ら
扛た。

前記の積層複合材料からなる緩衝ブツシュ及び比較可能
な公知の積層複合材料からなる緩衝ブツシュは、水圧ノ
ξルス装置での試験で次の条件下で試験された： ｂ、＝ＩＩＩＺで±４０闘 ｈ２　＝１２１（ｚで±８闘 この場合、ストロークｈ、にストロークｈ２を重ねた。

機能二三角 速度：ｈ１＝０．１６ｍ／５ ｈ２＝０：４０ｍ／Ｂ 試験時間：２７８時間 交番負荷：ｈ１＝１．００ｏ、ｏＯＯストロークｈ２＝
　１２．○ｏｏ、ｏｏ０ストローク全滑シ長さ：　３２
０．○ＱＱｍ 面負荷：１分間に　　　６９ＯＮ １５秒間Ｋ　　　　３．７０ＯＮ この試験は、前記の積層複合材料からなる緩衝ブツシュ
によシ２％よシも低い破損率を生じた。これに対して、
マトリックス中に埋蔵されたエンｒレス繊維を有する積
層複合材料からなる緩衝ブツシュは、全ての場合に７５
％の振動亀裂を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による方法の１実施例を示す略図、第
２図は、本発明による積層複合材料を倍率１００倍で、
長手方向、すなわち被覆方向に撮影した縦断面写真、か
つ第３図は、本発明による積層複合材料を倍率１０．、
．０倍で被覆力向に対して横方向に撮影した横断面写真
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属支持層を有し、炭素−短繊維を強化繊維として
   プラスチックから形成されたマトリックス中に、場合に
   よっては摩擦特性ないしは滑り特性を改善する添加剤を
   一緒にして含有する滑り層ないしは摩擦層を有する積層
   複合材料において、炭素−短繊維（２７）が摩擦層ない
   しは滑り層の唯１つの強化繊維材料であり、マトリック
   ス（２６）がポリアリ−Ｓ ルエーテル、ポリアリールケトン、ポリアリールスルフ
   ィド、ボリアリールスルホン及びポリアリールオキシド
   の群からの１種類の熱可塑性プラスチック又は２種類も
   しくはそれ以上の熱可塑性プラスチックの混合物から形
   成され、金属支持層（２１）の粗面（２３）上に結合し
   ており、かつ摩擦特性々いしは滑り特性を改善するため
   に存在していてもよい添加剤が粒度≦１０μを有する固
   体粒子であることを特徴とする、積層複合材料、 ２、　炭素−短繊維（２７）が黒鉛繊維である、特許請
   求の範囲第１項記載の積層複合材料。 ３、摩擦層ないしは滑多層（２２）中の炭素−短繊維（
   ２７）の含有量が２０−牛５重量％である、特許請求の
   範囲第１項又は第２項に記載の積層複合材料。 先　炭素−短繊維（２７）が長さ≦１朋、特に０．０牛
   ｉｎｍ〜０．２　ｍｍ及び直径≦０．１　ｍｍ　％特に
   ０゜００５１ｍ〜０．３　ｍｍを有する、特許請求の範
   囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の積層複合材料
   。 ５、　マトリックス（２６）を形成する熱可塑性プラス
   チックがポリエーテルエーテルケトンである、特許請求
   の範囲第１項〜第Φ項のいずれが１項に記載の積層複合
   材料。 ６、摩擦層ないしは滑り層（２２）の最大層厚がＯ，ｌ
   　Ｏｍｍである、特許請求の範囲第１項〜第５項のいず
   れか１項に記載の積層複合材料。 ７、摩擦特性ないしは滑り特性を改善するための添加剤
   がＰＴＦｆｆｉ　、、ＭｏＳ２のような固体滑剤を特徴
   する特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項に記
   載の積層複合材料。 ８、摩擦特性ないしは滑り特性を改善するための添加剤
   がガラス粉及び／又は雲母、特に合成雲母を特徴する特
   許請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載の積
   層複合材料９　支持層（２１）が鋼、銅材料、例えば０
   ｕＳｎ、アルミニウム材料、例えばＡｌＺｎ　５ＳｉＯ
   ｕＰｂ又は相当するメッキした材料、例えば＠／Ａｌ又
   は鋼／青銅からなる、特許請求の範囲第１項〜第８項の
   いずｎか１項に記載の積層複合材料。 １０、支持層（２１）が球状青銅からなる多孔質焼結骨
   格（２５）を支持体粗面として有する鋼からなり、その
   支持体粗面上に摩擦層ないしは滑り層（２２）が設けら
   れている、特許請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１
   項に記載の積層複合材材。 １１、積層複合材料を、短繊維と一緒にマトリックスを
   形成するプラスチック粒子及び場合によっては摩擦特性
   ないしは滑り特性を改善する添加剤からの粒子からなる
   混合物を金属支持層の先に粗面化しかつ清浄化した表面
   上にもたらし、このプラスチックマトリックスを摩擦層
   ないしは滑り層に形成しながら一緒に溶融することによ
   シ製造する方法において、８　　　Ｒｔ２０μの最小表
   面荒さを有する、支持層を形成する金属帯状体の粗面上
   に、長さ≦１ｍｍの炭素−短繊維と一緒にポリアリール
   エーテル、ポリアリールケトン、ポリアリールスルフィ
   ）−ＩＸ　ポリアリールスルボン及びボリアリールオキ
   シｒの群からの１種類の熱可塑性プラスチック又は２種
   類もしくはそ扛以上の熱可塑性プラスチックの混合物か
   らの粒度≦１００μの粒子及び場合によっては摩擦特性
   及び滑り特性を改善する添加剤の混合物を散布し、均し
   俸又はドクターシレーｒを用いて所望の最終厚さに相当
   して所定の厚さの形成すべき摩擦層ないしは滑シ層を有
   する均一な層に拡げ、引続きこの層を金属帯状体の粗面
   上に溶融することを特徴とする、積層複合材料の製造法
   。 １２、摩擦層ないしは滑シ層の溶融を散布直後に均し棒
   又はドクタープレーＰを用いて行ない、そのためにこの
   均し棒又はＰフタ−ブレードをマトリックスを形成する
   熱可塑性プラスチックの溶融温度よシも高い５０〜７Ｑ
   Ｋの温度に維持する、特許請求の範囲第１１項記載の方
   法。 １３、摩擦層ないしは渭シ層の溶融に引続いて連続加熱
   炉中で形成された積層複合材料−帯状体を金属帯状体の
   側から加熱しかつマ）　ＩＪソックス形成する熱可塑性
   プラスチックの溶融温度よりも高い５０〜７０Ｋに維持
   するこｙによって摩擦層ないしは滑シ層中に含有される
   空気を該層に細孔がなくなるまで駆出する、特許請求の
   範囲第１１項又は第１２項に記載の方法。 １４、形成された積層複合材料−帯状体を連続加熱炉中
   で下面からの加熱又は誘導加熱によって加熱する、特許
   請求の範囲第１３項記載の方法。 １５、形成された積層複合材料−帯状体を連続加熱炉を
   去った後に熱風を摩擦層ないしは滑り層上に作用させ鹿
   から徐々に冷却する、特許請求の範囲第１３項又は第１
   Φ項に記載の方法。 １６、金属帯状体の被覆すべき表面を研削、ブラシ掛は
   又は噴射、例えば鋼砂利又は鋼球での噴射によって粗細
   化する、特許請求の範囲第１１項〜第１５項のいずれが
   １項に記載の方法。 １７、金属帯状体の機械的に粗面化された表面を被覆前
   にアルカリ性又は有機の冷たい清浄剤、例えばベルクロ
   ルエチレン又はトリクロルエチレンを用いて清浄化し、
   脱脂する、特許請求の範囲第１６項記載の方法。 １８　金属帯状体の被覆すべき表面を支持体粗面、例え
   ば球状青銅から形成さｎた多孔質焼結骨格を焼結させる
   ことによって粗面化する、特許請求の範囲第１１項〜第
   １５項のいず扛か１・項に記載の方法。