PL197122B1

PL197122B1 - Warstwa materiału na łożyska i sposób wytwarzania materiału na łożyska

Info

Publication number: PL197122B1
Application number: PL345886A
Authority: PL
Inventors: Kenneth Macleod Mcmeekin; Janette Johnston
Original assignee: Glacier Garlock Bearings
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2008-03-31
Also published as: SK286913B6; GB2354560A; CN1141498C; CZ2001448A3; US6461679B1; BR9912798B1; GB2379485A; ATE428066T1; GB0101101D0; GB2354560B; EP1102937B1; PL345886A1; DE69940694D1; ZA200100523B; JP2002522593A; SK822001A3; WO2000008346A1; AU5176699A; GB9817249D0; BR9912798A

Abstract

1. Warstwa materia lu na lozyska na bazie tworzyw sztucznych, umieszczona na pod lo zu i zawieraj aca matryce z policzterofluoroetylenu, znamienna tym, ze matryca z policzterofluoro- etylenu zawiera rozproszone w niej w procen- tach objeto sciowych od 2 do 10% przetwarzal- nego w stanie stopionym fluoropolimeru, od 10 do 30% nieorganicznego materia lu wype lniaj a- cego w postaci drobnych cz astek o wielko sci od 0,1 do 10 µm i do 5% ceramicznego materia lu w postaci drobnych cz astek o wielko sci mniej- szej od 0,1 µm, przy czym warstwa ta jest w zasadzie wolna od porów i ma grubo sc nad pod lo zem od 25 µm do 100 µm. PL PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 197122 B1 (²¹) Numer zgłoszenia: 345886 (13) ⁽22) D^at^{a zg}ł^oszeni^a: 28.07.1999 ^(51)lntCL

F10C 33/20 (2006.01) (86) Date ⁱ numer zgtoszente m^iędzynarodowe^go: C08L27^0/8 (2006.0¹)

28.07.1999, PCT/GB99/02461 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

17.02.2000, WO00/08346 PCT Gazette nr 07/00 (54) Warstwa materiału nałożyska i sposób wytwarzania materiału na łożyska

(30) Pierwszeństwo: 07.08.1998,GB,9817249.7	(73) Uprawniony z patentu: Glacier Garlock Bearings, Inc., Wilmington,US
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 14.01.2002 BUP 02/02	(72) Twórca(y) wynalazku: Kenneth MacLeod McMeekin, Riccarton, GB Janette Johnston, Riccarton, GB
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.03.2008 WUP 03/08	(74) Pełnomocnik: Szlagowska-Kiszko Teresa, POLSERVICE, Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

(57) 1. Warstwa materiału na łożyska na bazie tworzyw sztucznych, umieszczona na podłożu i zawierająca matryce z policzterofluoroetylenu, znamienna tym, że matryca z policzterofluoroetylenu zawiera rozproszone w niej w procentach objętościowych od 2 do 10% przetwarzalnego w stanie stopionym fluoropolimeru, od 10 do 30% nieorganicznego materiału wypełniającego w postaci drobnych cząstek o wielkości od 0,1 do 10 pm i do 5% ceramicznego materiału w postaci drobnych cząstek o wielkości mniejszej od 0,1 pm, przy czym warstwa ta jest w zasadzie wolna od porów i ma grubość nad podłożem od 25 pm do 100 pm.

PL 197 122 B1

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy warstwy materiału na łożyska i sposobu wytwarzania materiału na łożyska.

Znane są różnego rodzaju materiały z tworzyw sztucznych na łożyska zawierające matrycę z tworzywa sztucznego, mające różne wypełniacze i nałożone na wytrzymałe materiały podkładowe takie jak stal, oraz posiadające porowatą pośrednią warstwę wiążącą, utworzoną z cząstek brązu spiekanych ze stalą. Jeden z takich materiałów zawiera policzterofluoroetylen (PTFE) z zawartymi w nim cząstkami ołowiu, którym to materiałem jest nasycana opisana powyżej porowata warstwa pośrednia z brązu w celu uzyskania cienkiej warstwy, zwykle cieńszej niż 25 pm, nad górną powierzchnią warstwy pośredniej z brązu. Materiał ten wytwarza się przez mieszanie wodnej dyspersji PTFE z materiałem wypełniającym razem z organicznym środkiem poślizgowym, takim jak toluen, koagulację dyspersji dla utworzenia tak zwanej „papki oraz zlanie wody znad osadu, rozprowadzenie mokrej papki na materiale podkładowym, przyłożenie nacisku do papki, tak, aby nasycić nią warstwę porowatą, ogrzewanie dla odprowadzenia resztek wody i środka poślizgowego i wreszcie ogrzewanie materiału do temperatury powyżej temperatury topnienia PTFE w celu spiekania ze sobą cząstek PTFE. Potrzeba usunięcia wody resztkowej ogranicza grubość warstwy, którą można formować nad porowatą warstwą pośrednią, ze względu na powstawanie pęcherzy wówczas, gdy próbuje się utworzyć grubsze warstwy. Jednak nawet wtedy, gdy warstwa powierzchniowa ograniczona jest do ogólnie przyjętych 25 pm lub bliska tej grubości, badanie mikroskopowe wykazuje porowatość w samym materiale łożyska.

Ogólnie porowatość taka nie ma zwykle znaczenia dla większości zastosowań inżynieryjnych, w których używany jest tego rodzaju materiał, jako że obciążenie jest zazwyczaj stosowane statycznie, to znaczy przyłożone w jednym kierunku, i przy obciążeniach swobodnie mieszczących się w zdolności materiału do ich wytrzymywania.

Ostatnio takie łożyska z tworzyw sztucznych zostały wykorzystane w zastosowaniach inżynieryjnych, gdzie obciążenie jest dynamiczne, to znaczy kierunek przyłożenia obciążenia stale się zmienia i obciążenie zastosowane na osi wzdłużnej ogólnie cylindrycznej tulei łożyska jest niejednolite przez to, że na końcach tulei zachodzi obciążenie krawędzi. Jedno z takich zastosowań stanowią hydrauliczne pompy zębate, które używane są do wielu różnych zastosowań, w tym w pojazdach samochodowych. Wraz z rosnącym skomplikowaniem i nowoczesnością wszystkich rodzajów pojazdów, takie pompy zębate mogą być używane do wielu zastosowań w jednym pojeździe i mogą zawierać na przykład pompę oleju silnikowego, pompę sterującą mocą, pompy dopasowujące położenie siedzenia i wiele innych. Konstrukcja takich pomp ogólnie zawiera dwa współpracujące koła zębate, z których każde wsparte jest końcami osiowymi na wałach krótkich, zaś same wały krótkie podparte są w tulejach łożyska opisanego powyżej rodzaju, które przytrzymywane są w obudowie tworzącej korpus pompy hydraulicznej. Materiały na łożyska z tworzyw sztucznych wykorzystywane do tych zastosowań zawiodły. Niepowodzenie wydaje się być spowodowane faktem, że na przykład olej pompowany pomiędzy współpracującymi kołami zębatymi wywiera duże obciążenie, mające tendencję do odpychania od siebie kół zębatych powodując przez to wyginanie i odchylenie nośnych wałów krótkich w tulejach podporowych łożyska i boczno-krawędziowe obciążenie końców tulei. Rezultatem tego obciążenia spowodowanego odchyleniem jest pełzanie samo przez się części materiału łożyska na skosie na czole w punkcie największego obciążenia i zapoczątkowanie pęknięcia w pobliżu skośnej krawędzi. Pęknięcie rozprzestrzenia się następnie w średnicy otworu tulei łożyska wskutek różnicy ciśnień oleju pomiędzy końcami tulei łożyska. Olej pod zwiększonym ciśnieniem wymywa tak utworzone pęknięcie i następuje erozja wykładziny łożyska. Przyczyna początkowego pełzania materiału polimerowego na zukosowanej krawędzi końcowej została zidentyfikowana, jako brak dostatecznej wytrzymałości samego materiału wykładziny, spowodowany po części porowatością występującą w materiale wykładziny z tworzyw sztucznych.

Ulepszony materiał na łożyska w szczególnym zastosowaniu do pomp zębatych opisany jest w opisie patentowym GB-B-2 196 876. Opisany materiał zawiera żywicę czterofluoroetylenową i kopolimer czterofluoroetylenu z szesciofluoropropylenem i/lub kopolimer czterofluoroetylenu z eterem czterofluoroalkilowinylowym z wypełniaczem ze stopu ołowiu i cyny, którym to materiałem jest impregnowana porowatą spiekana warstwa pośrednia z brązu na stali, jak opisano powyżej. Chociaż materiał ten stanowi wyraźne ulepszenie w stosunku do znanych materiałów stosowanych w pompach zębatych, ma on tę wadę, że zawiera ołów, który jest niepożądany w środowisku, zwłaszcza wówczas,

PL 197 122 B1 gdy nadchodzi czas złomowania silników i części składowych, w których zastosowano łożyska zawierające ołów.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest zapewnienie warstwy materiału na łożyska mającego ulepszoną płynność i odporność na erozję kawitacyjną oraz odporność na zużywanie i zmęczenie przy zachowaniu własności małego tarcia porównywalnych z istniejącymi materiałami oraz jednocześnie uniknięcie stosowania ołowiu.

Kolejnym zadaniem jest zapewnienie takiego materiału na łożyska przy koszcie wytwarzania porównywalnym lub niższym niż dla istniejących materiałów.

Warstwa materiału na łożyska na bazie tworzyw sztucznych, umieszczona na podłożu i zawierająca matrycę z policzterofluoroetylenu odznacza się według wynalazku tym, że matryca z policzterofluoroetylenu zawiera rozproszone w niej w procentach objętościowych od 2 do 10% przetwarzalnego w stanie stopionym fluoropolimeru, od 10 do 30% nieorganicznego materiału wypełniającego w postaci drobnych cząstek o wielkości od 0,1 do 10 pm i do 5% ceramicznego materiału w postaci drobnych cząstek o wielkości mniejszej od 0,1 pm, przy czym warstwa ta jest w zasadzie wolna od porów i ma grubość nad podłożem od 25 pm do 100 pm.

Korzystnie przetwarzalny w stanie stopionym fluoropolimer jest wybrany jako jeden lub więcej z grupy obejmującej monofluoroalkoksypolimery (MFA), fluorowany propylen etylenowy (FEP), eter perfluoroalkilowinylowy (PFA).

Korzystnie przetwarzalny w stanie stopionym fluoropolimer obecny jest w ilości od 5 do 8% objętościowych.

Korzystnie nieorganiczny materiał wypełniający w postaci cząstek zawiera co najmniej jedną substancję wybraną z grupy obejmującej fluorek wapniowy, fluorek magnezowy, fluorek strontowy, tlenki metali i wodorotlenki metali.

Korzystnie nieorganiczny materiał wypełniający w postaci cząstek jest obecny w ilości od 15 do 25% objętościowych.

Korzystnie ceramiczny materiał wypełniający w postaci cząstek zawiera, co najmniej jedną substancję wybraną z grupy obejmującej tlenek glinowy, dwutlenek krzemu, tlenek cyrkonowy i diament.

Korzystnie zawartość materiału ceramicznego jest w zakresie od 0,5 do 3,5% objętościowych.

Korzystnie nieorganiczny materiał wypełniający ma wielkość cząstek w zakresie od 0,5 do 5 pm.

Korzystnie wielkość cząstek ceramicznego materiału wypełniającego jest mniejsza od 50 nanometrów.

Korzystnie podłoże jest warstwą porowatą.

Korzystnie materiał na łożyska jest impregnowany w warstwie porowatej.

Korzystnie warstwa porowata stanowi warstwę spiekanych cząstek brązu.

Sposób wytwarzania materiału na łożyska, charakteryzuje się według wynalazku tym, że miesza się wodną dyspersję policzterofluoroetylenu z wodną dyspersją przetwarzalnego w stanie stopionym fluoropolimeru, nieorganicznego materiału wypełniającego w postaci drobnych cząstek i materiału ceramicznego w postaci drobnych cząstek, wspólnie koaguluje się PTFE i przetwarzalny w stanie stopionym fluoropolimer, usuwa się nadmiar wody, i co najmniej częściowo suszy się mokry współskoagulowany materiał uzyskując, co najmniej częściowo wysuszony materiał proszkowy, rozprowadza się cząstki tego, co najmniej częściowo wysuszonego materiału na podłożu z utworzeniem warstwy materiału na łożyska, ubija się tę warstwę, suszy ubitą warstwę odprowadzając resztki cieczy i spieka się tę wysuszoną ubitą warstwę w temperaturze powyżej temperatury topnienia wymienionego składnika w postaci PTFE i uzyskuje się warstwę zawierającą matrycę z policzterofluoroetylenu zawierającą zdyspergowane w niej od 2 do 10% obj. przetwarzalnego w stanie stopionym fluoropolimeru, 10 do 30% objętościowych nieorganicznego materiału wypełniającego w postaci drobnych cząstek i 0,5 do 5% objętościowych materiału ceramicznego w postaci drobnych cząstek.

Korzystnie podłoże, na którym rozprowadza się, co najmniej częściowo wysuszony materiał proszkowy jest taśmą metalową mającą warstwę porowatą, którą impregnuje się warstwą rozprowadzaną.

Korzystnie warstwa porowata zawiera cząstki brązu spiekane z podłożem metalowym.

Korzystnie dyspersja wodna PTFE jest w postaci nie utrwalonego PTFE.

Korzystnie wszystkie składniki materiału miesza się ze sobą jednocześnie.

Korzystnie etap rozprowadzania, co najmniej częściowo wysuszonego materiału proszkowego na podłożu zastępuje się etapem wytłaczania mieszaniny dla utworzenia monolitycznego paska lub taśmy, którą następnie suszy się i spieka.

PL 197 122 B1

Korzystnie co najmniej częściowo wysuszony materiał zawiera ponadto dodatek oddzielnego ciekłego środka poślizgowego.

Korzystnie mokry, skoagulowany materiał suszy się w zasadzie całkowicie do utworzenia proszku.

Korzystnie proszek miesza się z ciekłym środkiem poślizgowym przed rozprowadzeniem na podłożu.

Korzystnie ciekły środek poślizgowy stanowi węglowodór.

Korzystnie koagulacja PTFE powodowana jest małą wielkością cząstek ceramicznego materiału o drobnych cząstkach.

Korzystnie dodaje się do mieszaniny oddzielny materiał koagulujący.

Przetwarzalny w stanie stopionym fluoropolimer może stanowić jedynie przetwarzalny w stanie stopionym fluoropolimer, który jest dostępny w dyspersji wodnej lub może on być na przykład wybrany jako jeden lub więcej z grupy obejmującej: monofluoroalkoksypolimery (MFA), fluorowany propylen etylenowy (FEP), eter czterofluoroalkilowinylowy (PFA). Jednak zalecany jest MFA.

Korzystnie przetwarzalny w stanie stopionym polimer obecny jest w ilości od 4 do 8% objętościowych.

Przetwarzalny w stanie stopionym fluoropolimer zwiększa ciągliwość matrycy materiału z tworzyw sztucznych i poprawia odporność na erozję kawitacyjną.

Nieorganiczny materiał wypełniający w postaci drobnych cząstek może zawierać, co najmniej jedną substancję wybraną z grupy obejmującej fluorek wapniowy, fluorek magnezowy, fluorek strontowy, tlenki metali, w tym na przykład tlenek żelaza, tlenek glinowy, dwutlenek tytanu i wodorotlenki metali, takie jak wodorotlenek glinowy. Może zostać zastosowany każdy materiał znany w stanie techniki, jako odpowiedni wypełniacz dla materiałów z tworzyw sztucznych na łożyska. Jednak materiałem zalecanym jest fluorek wapniowy.

Korzystnie nieorganiczny materiał wypełniający ma wielkość cząstek leżącą w zakresie od 0,1 do 10 pm. Bardziej korzystnie wielkość cząstek może pozostawać w zakresie od 0,5 do 5 pm.

Korzystnie, nieorganiczny materiał wypełniający jest obecny w ilości od 15 do 25% objętościowych.

Korzystnie ceramiczny materiał wypełniający w postaci cząstek może zawierać, co najmniej jedną substancję wybraną z grupy obejmującej: tlenek glinowy, dwutlenek krzemu, tlenek cyrkonowy i na przykład diament. Jednak zalecaną substancję stanowi tlenek glinowy.

Korzystnie ceramiczny materiał wypełniający w postaci drobnych cząstek jest obecny w postaci cząstek o wielkości mniejszej od 100 nanometrów, a bardziej korzystnie mniejszej od 50 nanometrów (to znaczy mniejszej od 0,1 pm, a bardziej korzystnie mniejszej od 0,05 pm).

Korzystnie zawartość materiału ceramicznego w warstwie materiału jest w zakresie od 0,5 do 3,5% objętościowych.

Chociaż możliwe jest, że substancje jako takie są zdublowane w nieorganicznym materiale wypełniającym i wypełniaczu ceramicznym (na przykład tlenek glinowy może być obecny zarówno jako wypełniacz nieorganiczny, jak i wypełniacz ceramiczny), to wielkości cząstek obu składników są różne, jak zaznaczono powyżej. Uważa się, że wypełniacz nieorganiczny pomaga utrzymywać obciążenie i poprawia odporność na zużycie łożyska, podczas gdy wypełniacz ceramiczny zwiększa wytrzymałość materiału i odporność na erozję kawitacyjną matrycy polimerowej.

W etapie wspólnej koagulacji cząstki materiału wypełniacza nieorganicznego i ceramicznego otaczane są przez PTFE i przetwarzalny w stanie stopionym fluoropolimer. Kolejną zaletą małej wielkości cząstek składnika ceramicznego wypełniacza jest to, że on sam działa jak środek koagulujący. A zatem można uniknąć dodawania oddzielnej substancji koagulującej, takiej na przykład jak azotan glinowy, i w rezultacie uczynić wytwarzanie materiału prostszym i bardziej ekonomicznym.

Po zlaniu nadmiaru wody, mokry, skoagulowany materiał musi zostać co najmniej częściowo wysuszony dla usunięcia masy pozostającej wody. Jednak pewna ilość wody może pozostać w uzyskanym skoagulowanym materiale działając jak środek poślizgowy na składowe cząstki proszku podczas rozprowadzania i ubijania na podłożu. Korzystnie, można dodawać małą ilość dodatkowej substancji poślizgowej dla zapewnienia akceptowalnych własności pod względem rozprowadzania i ubijania. Środkiem poślizgowym może być na przykład ciekły węglowodór.

Alternatywnie, skoagulowany materiał może być w zasadzie całkowicie suszony i może być dodawany oddzielny środek poślizgowy, taki jak węglowodór, w celu smarowania wysuszonych cząstek proszku w etapach rozprowadzania i ściskania.

PL 197 122 B1

W zalecanym przykładzie wykonania niniejszego wynalazku podłożem, na którym rozprowadzana jest mieszanina proszku i środka poślizgowego może być pasek metalu, na którym znajduje się porowata warstwa, którą impregnuje się rozprowadzaną warstwą. Warstwę porowatą mogą stanowić cząstki brązu spiekane na podkładzie metalowym, takim na przykład jak stal, jak to jest znane w stanie techniki. W ten sposób można wytwarzać materiał na łożyska w postaci wstęgi, z którego można produkować znanymi metodami przykładowo łożyska walcowe lub półwalcowe.

Częściowo wysuszony proszek lub mieszanina proszku i środka poślizgowego może być ubijana lub impregnowana nią warstwa porowata za pomocą na przykład walcarki ubijającej.

Tak utworzony materiał na łożyska z podkładem metalowym można poddać operacji walcowania do finalnego wymiaru w celu wytworzenia materiału o dokładnej grubości ścianki.

Szczególną zaletą materiału na łożyska według niniejszego wynalazku jest to, że jest ona w zasadzie wolna od porów dzięki temu, iż większość wody z początkowej dyspersji wodnej jest usuwana we wczesnym etapie procesu, a w każdym razie przed ubijaniem do zasadniczo stałej postaci. Zatem po ubijaniu tylko stosunkowo niewielka ilość wody i/lub stosunkowo znacznie większa ilość lotnego środka poślizgowego musi być usuwana, co nie powoduje porowatości i w znaczący sposób umożliwia tworzenie znacznie grubszej warstwy powierzchniowej do około 100 pm nad porowatą warstwą wiążącą, bez powstawania pęcherzy na powłoce. W bezpośrednim wyniku sposobu według niniejszego wynalazku można wytwarzać wykładzinę łożyska z tworzyw sztucznych, która nadaje się do wiercenia, umożliwiając dokładne wymiarowanie przy obróbce skrawaniem. W przypadku typowych materiałów uzyskiwanych drogą papki powstają pęcherze, gdy próbuje się uzyskać warstwy powierzchniowe grubsze niż 40 pm.

Proszek, po co najmniej częściowym wysuszeniu, zawiera cząstki zawierające wyżej wymienione składniki materiału na łożyska o w zasadzie jednorodnym rozkładzie.

W innej postaci wykonania zamiast rozprowadzania proszku na podłożu, mieszanina może być na przykład wytłaczana dla utworzenia monolitycznej taśmy czy paska, który może być suszony i spiekany jak opisano powyżej.

Zgodnie ze sposobem według niniejszego wynalazku wszystkie składniki materiału są korzystnie jednocześnie mieszane razem przed wspólną koagulacją. Stwierdzono, że jednoczesne mieszanie wszystkich składników pozwala wytworzyć bardziej jednorodne ziarenka proszku.

W niniejszym wynalazku mały rozmiar cząstek ceramicznego materiału wypełniającego działa sam skutecznie jako koagulant. Jednak nie wyklucza to dodawania oddzielnego środka koagulującego, jeśli jest to pożądane, jako wspomaganie procesu.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia schemat pokazujący etapy sposobu wytwarzania materiału na łożyska według wynalazku, fig. 2 - wykres kolumnowy pokazujący właściwości zmęczeniowe materiału według wynalazku w porównaniu z innymi znanymi materiałami, fig. 3 - wykres kolumnowy pokazujący właściwości zużywania się tych samych materiałów jak na fig. 2, i fig. 4 przedstawia w widoku schematycznym urządzenie do testów „Vulcan” stosowane dla uzyskania wyników przedstawionych na fig. 2 i fig. 3.

Na fig. 1 przedstawiono schematycznie etapy produkcyjne przy wytwarzaniu materiału na łożyska sposobem według niniejszego wynalazku, który to materiał ma po końcowym spiekaniu następujący skład: PTFE, 5% objętościowych MFA, 19% objętościowych fluorku wapniowego, 2% objętościowych tlenku glinowego.

Wodną dyspersję nie utrwalonego PTFE zmieszano z odpowiednią ilością wodnej dyspersji MFA, proszkiem fluorku wapniowego i koloidalnym tlenkiem glinowym w dyspersji wodnej w mieszalniku 10 z mieszadłem (etap A). Turbulencja w mieszalniku powoduje, że dochodzi do kontaktu cząstek PTFE i cząstek innych składników, przy czym cząstki PTFE przywierają do siebie i powiększają rozmiary oraz pociągają za sobą cząstki wypełniacza nieorganicznego i ceramicznego, co powoduje w rezultacie współkoagulację. Nadmiar wody był usuwany ze współskoagulowanego materiału a mokra substancja stała przenoszona na tace 12 w piecu suszącym 14 (etap B). Daje to w wyniku suchy proszek mający cząstki 20 zawierające wszystkie zmieszane składniki (etap C). Wysuszony proszek jest następnie mieszany z węglowodorowym środkiem poślizgowym w mieszalniku 24 (etap D). Daje to w wyniku proszek zawierający cząstki 20, mające środek poślizgowy 28 zaabsorbowany na powierzchni cząstek proszku i w szczelinach cząstek (etap E).

Mieszanina 30 proszku i środka poślizgowego jest następnie przenoszona do dyszy rozprowadzającej 32 dla osadzenia warstwy 34 o wstępnie określonej grubości na podłożu 36. Podłoże 36 zawiera podkład stalowy 38 mający na sobie znaną warstwę porowatą 40 ze spiekanych cząstek brązu

PL 197 122 B1 (etap F). Podłoże 36 i warstwa 34 jest następnie przepuszczana przez walcarkę 44, która powoduje zarówno ściskanie warstwy 34, jak również i impregnowanie nią porów warstwy 40 w celu pozostawienia cienkiej warstwy 48 nad powierzchnią brązu (etap G). Impregnowana taśma 50 jest następnie łagodnie ogrzewana poprzez przepuszczenie przez piec suszący (nie pokazany) w celu odprowadzenia środka poślizgowego 28 (etap H). Wysuszona taśma 50 jest następnie przepuszczana przez piec do spiekania 56 w warunkach, które są porównywalne z czasem spiekania 10 minut przy około 380°C, na przykład przez indukcyjny piec grzewczy (etap I). Tak spiekana taśma jest następnie przepuszczana przez drugą walcarkę 60 w celu przeprowadzenia operacji walcowania wymiarowego taśmy 50 dla uzyskania dokładnej grubości całej ścianki (etap J).

Tak wytworzony materiał taśmy 50 formowano w tuleje łożyskowe i badano w znanym urządzeniu 70 „Vulcan” (nazwa handlowa), jak pokazano na fig. 4. Urządzenie 70 do testów zawiera wał 72 do prób ruchomy w łożyskach 74, które mają być testowane, i napędzany za pomocą silnika elektrycznego 76 przez pasy klinowe 78. Obciążenie przykładane jest do łożysk 74 poprzez walec obciążający 80, do którego przykłada się rzeczywiste obciążenie hydraulicznie za pomocą pompy (nie pokazanej) przez zawory regulacyjne 84. Obciążenie łożysk mierzy się czujnikami tensometrycznymi 88.

Warunki próby były następujące: prędkość wału dająca powierzchniową prędkość poślizgu 4,95 m/s, warunki obciążenia jak pokazano na fig. 2 i 3. Stopień zmęczenia oceniano przez porównanie ze znanymi normami.

Stosowanymi w teście materiałami były:

(1) 78 PTFE, 20 CaF2, 2 Kevlar (nazwa handlowa), (2) 71 PTFE, 7 FEP, 18 CaF2, 4 Kevlar (nazwa handlowa), (3) opisany powyżej materiał według wynalazku i, (4) dostępny w handlu materiał znany jako NDC FR150 (nazwa zgodny z opisanym w GB-B-2 196 876 zawierający PTFE, FEP, stop Pb Sn w proszku.

Jak widać na fig. 2, wyniki zmęczenia materiału 3 według wynalazku są bardzo zgodne, niezależnie od zastosowanego obciążenia, i nieco lepsze niż materiału 4, zwłaszcza przy obciążeniach pośrednich pomiędzy 80 i 120 MPa, przy których stopień zmęczenia nie jest już mniej więcej podobny.

Gdy jednak rozpatruje się wyniki pokazane na fig. 3, jasne jest, że stopień zużycia materiału według wynalazku przy obciążeniach pośrednich jest znacznie lepszy niż materiału 4, stanowiąc jedynie około jednej trzeciej tego stopnia zużycia. Zużycie jest istotne, jako że określa ono, kiedy łożysko powinno być wymienione lub jego elementy składowe złomowane. A więc im niższy jest stopień zużycia, tym dłużej przetrwają łożyska i elementy składowe, w których je zastosowano.

Zatem można stwierdzić na podstawie tych wyników, że warstwa materiału na łożyska i sposób wytwarzania materiału na łożyska według niniejszego wynalazku zapewniają znaczące ulepszenie pod względem własności łożyska w stosunku do materiałów znanych dotychczas.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Wars swa materiału na jożyska na bazie tworzyw sztucznych, na podłożu i zawierająca matryce z policzterofluoroetylenu, znamienna tym, że matryca z policzterofluoroetylenu zawiera rozproszone w niej w procentach objętościowych od 2 do 10% przetwarzalnego w stanie stopionym fluoropolimeru, od 10 do 30% nieorganicznego materiału wypełniającego w postaci drobnych cząstek o wielkości od 0,1 do 10 pm i do 5% ceramicznego materiału w postaci drobnych cząstek o wielkości mniejszej od 0,1 pm, przy czym warstwa ta jest w zasadzie wolna od porów i ma grubość nad podłożem od 25 pm do 100 pm.
2. Warstwa materiału na łożyska według zastrz. 1, znamienna tym, że przetwarzalny w stanie stopionym fluoropolimer jest wybrany jako jeden lub więcej z grupy obejmującej monofluoroalkoksypolimery (MFA), fluorowany propylen etylenowy (FEP), eter perfluoroalkilowinylowy (PFA).
3. Warstwa materiału na łożyska według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że przetwarzalny w stanie stopionym fluoropolimer obecny jest w ilości od 5 do 8% objętościowych.
4. Warstwa materiału na łożyska według zastrz. 1, znamienna tym, że nieorganiczny materiał wypełniający w postaci cząstek zawiera, co najmniej jedną substancję wybraną z grupy obejmującej fluorek wapniowy, fluorek magnezowy, fluorek strontowy, tlenki metali i wodorotlenki metali.
5. Warstwa materiału na łożyska według zastrz. 1 albo 4, znamienna tym, że nieorganiczny materiał wypełniający w postaci cząstek jest obecny w ilości od 15 do 25% objętościowych.

PL 197 122 B1
6. Warstwa materiału na łożyska według z;^^ti^^. 1, znamienna tym, że m^t^^r^i^ł wypełniający w postaci cząstek zawiera, co najmniej jedną substancję wybraną z grupy obejmującej tlenek glinowy, dwutlenek krzemu, tlenek cyrkonowy i diament.
7. Wa^wa η^βηθΗ,ι na łooyska weeług zaatrz. 1 albo6, znamiennatym, że zawartoóć ι^βriału ceramicznego jest w zakresie od 0,5 do 3,5% objętościowych.
8. Warstwa materiału na łożyska według zastrz. 1 albo 4, znamienna tym, że nieorganiczny materiał wypełniający ma wielkość cząstek w zakresie od 0,5 do 5 pm.
9. Warsswa materiału na łożyska według 1 albo 6, znamienna tym, że wielkość cząstek ceramicznego materiału wypełniającego jest mniejsza od 50 nanometrów.
10. Warstwa materiału na łożyska według zastrz. 1, znamienna tym, ye podłoże jest warstwą porowatą.
11. Warstwa materiału na łożyska według zastrz. 10, znamienna tym, ye materiał na łożyska jest impregnowany w warstwie porowatej.
12. Warstwa materiału na łożyska według zastrz. 11, znamienna tym, że warstwa porowata stanowi warstwę spiekanych cząstek brązu.
13. Sposób wytwarzania materiału na łożyska, znamienny tym, że miesza się wodną dyspersję policzterofluoroetylenu z wodną dyspersją przetwarzalnego w stanie stopionym fluoropolimeru, nieorganicznego materiału wypełniającego w postaci drobnych cząstek i materiału ceramicznego w postaci drobnych cząstek, wspólnie koaguluje się PTFE i przetwarzalny w stanie stopionym fluoropolimer, usuwa się nadmiar wody, i co najmniej częściowo suszy się mokry współskoagulowany materiał uzyskując co najmniej częściowo wysuszony materiał proszkowy, rozprowadza się cząstki tego co najmniej częściowo wysuszonego materiału na podłożu z utworzeniem warstwy materiału na łożyska, ubija się tę warstwę, suszy ubitą warstwę odprowadzając resztki cieczy i spieka się tę wysuszoną ubitą warstwę w temperaturze powyżej temperatury topnienia wymienionego składnika w postaci PTFE i uzyskuje się warstwę zawierającą matrycę z policzterofluoroetylenu, zawierającą zdyspergowane w niej od 2 do 10% obj. przetwarzalnego w stanie stopionym fluoropolimeru, 10 do 30% objętościowych nieorganicznego materiału wypełniającego w postaci drobnych cząstek i 0,5 do 5% objętościowych materiału ceramicznego w postaci drobnych cząstek.
14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że podłoże, na którym rozprowadza się co najmniej częściowo wysuszony materiał proszkowy jest taśmą metalową mającą warstwę porowatą, którą impregnuje się warstwą rozprowadzaną.
15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że warstwa porowata zawiera cząstki brązu spiekane z podłożem metalowym.
16. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że dyspersja wodna PTFE jest w postaci nie utrwalonego PTFE.
17. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że wszystkie składniki materiału miesza się ze sobą jednocześnie.
18. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że etap rozprowadzania co najmniej częściowo wysuszonego materiału proszkowego na podłożu zastępuje się etapem wytłaczania mieszaniny dla utworzenia monolitycznego paska lub taśmy, którą następnie suszy się i spieka.
19. Sposób według zastrz. 13 albo 14, znamienny tym, że co najmniej częściowo wysuszony materiał zawiera ponadto dodatek oddzielnego ciekłego środka poślizgowego.
20. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że mokry, skoagulowany materiał suszy się w zasadzie całkowicie do utworzenia proszku.
21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że proszek miesza się z ciekłym środkiem poślizgowym przed rozprowadzeniem na podłożu.
22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że ciekły środek poślizgowy stanowi węglowodór.
23. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że koagulacja PTFE powodowana jest małą wielkością cząstek ceramicznego materiału o drobnych cząstkach.
24. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że dodaje się do mieszaniny oddzielny materiał koagulujący.