WO2009071223A1 - Composite material with lubricating properties - Google Patents

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WO2009071223A1
WO2009071223A1 PCT/EP2008/009987 EP2008009987W WO2009071223A1 WO 2009071223 A1 WO2009071223 A1 WO 2009071223A1 EP 2008009987 W EP2008009987 W EP 2008009987W WO 2009071223 A1 WO2009071223 A1 WO 2009071223A1
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WO
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composite
lubricating properties
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composite material
epoxy
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PCT/EP2008/009987
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Inventor
Jiri Rasner
Original Assignee
Eads Deutschland Gmbh
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/06Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material using pretreated fibrous materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/046Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with synthetic macromolecular fibrous material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/20Sliding surface consisting mainly of plastics
    • F16C33/201Composition of the plastic

Definitions

  • the present invention relates to a composite having lubricating properties based on polymeric matrices and lubricants having an activated surface.
  • the invention further relates to a method for producing these composite materials and their use for coating plain bearings, shafts, spherical bearings, press connections, spacer plates, bolts, sleeves, friction seals, self-adhesive insulation and films, seat rails, door closing mechanisms, steel fabric mats, ceramics or plastic, or as wear protection for fiber composites.
  • Composites with lubricating properties or sliding properties are known in different embodiments. Typically, these composites consist of a polymeric matrix and one embedded therein
  • Lubricant The lubricating properties should in the case of a coating of different support materials for their required lubricity or lubricity, especially in dry running, i. without additional liquid lubricant.
  • DE 195 45 425 describes a two-layer slide bearing material which has a lubricant-containing plastic sliding layer.
  • the polymeric matrix here comprises a polyamide which is mixed with polytetrafluoroethylene (PTFE) and other additives in a proportion of 3 to 40% by volume.
  • DE 42 17 319 discloses a sliding bearing in which the sliding layer consists of PTFE, which is embedded in a thermosetting epoxy resin;
  • the sliding layer comprises, in addition to PTFE fibers, polyethersulfone fibers with a twisted structure, which are provided with an epoxy resin.
  • U.S. U.S. Patent No. 5,325,732 also describes self-lubricating composites composed of a polymer such as an epoxy resin and a
  • Lubricants such as PTFE may exist.
  • a coating material for the production of Slide bearing elements which consists of an epoxy resin and a mixture of PTFE and a textile structure, is described in DE 26 54 644 Al.
  • U.S. Patent No. 4,867,889 describes self-lubricating sliding bearings, the PTFE, and another fibrous material that can be bonded to a polymeric material, such as an epoxy, and further comprises at least 5% by weight carbon powder.
  • Another object is that the composite is easy to apply and to work mechanically and thus the contact surfaces can be optimally adapted geometrically.
  • the composite material has improved lubricating properties particularly under pressure (up to 100 MPa) or at low temperatures ( ⁇ - 40 0 C) or high temperatures (> 150 ° C). Yet another object is that the composite optimally compensates for geometrical mismatches and tolerance deviations of the contacting surface during operation.
  • Another object is that the composite material is particularly suitable for the repair of wear points, especially on site, since no auxiliaries are needed.
  • Another object is that the composite material is attenuation-reducing up to> 100 MPa under shock load.
  • the composite material further additives such as
  • This composite with lubricating properties can be applied in desired strength and concentration to surfaces of friction loaded components, particularly in aerospace applications. More preferably, this composite can be applied as a coating to rigid and flexible substrates or can be made and used as a freestanding component (e.g., a socket).
  • the lubricating-type composite of the present invention comprises a polymeric matrix of a suitable polymer, preferably an epoxy resin, and a lubricant embedded therein, the lubricant having an activated surface.
  • the composite of the present invention has a number of improved properties.
  • the composite material according to the invention has excellent sliding properties, especially without additional liquid lubricant. These excellent sliding properties are also reflected in a prolonged durability, wherein the lubrication caused by the material remains constant with increasing wear of the sliding layer and thus the time to replacement or repair of corresponding coated components is extended.
  • the composite of the present invention also has excellent properties under wear conditions such as reciprocation, which may be caused by, among other things, vibrations.
  • This composite material is also high pressure resistant, resistant to high and low temperatures, wear-resistant and maintenance-free and also easy to repair and machine.
  • the composite material has a resistance to water, corrosion, hydraulic
  • the new composite material may also be applied to plain bearings, bolts, sleeves, door closing mechanisms, steel plates, self-adhering insulation, seat adjusters, cylinder-piston complexes, friction seals, gears, etc., or components to be coated thereof, optionally at a greater thickness which results in their weight being reduced at the same strength.
  • the composite material can also be produced and provided as bulk material.
  • the new composite material is preferably applied only to a component of the component that is in relative movement to another. Furthermore, the new composite material can be processed substantially without affecting the sliding properties, ie the Sliding properties are not adversely affected by mechanical processing substantially. This mechanical workability of the composite material allows individual adaptation to carrier materials coated with the sliding layer, so that any desired or required strength and / or any desired or required running clearance can be adjusted, for example, by subsequent processing.
  • This composite material has a low coefficient of friction and is resistant to water, corrosion, hydraulic fluids such as Skydrol®, kerosene and antifreeze.
  • polymeric matrix of the composite of the present invention those polymers can be used that will not melt, deform, or dissolve substantially under pressure or higher and lower temperatures encountered in industrial applications.
  • the matrix can be selected according to its polymer properties to provide properties such as plasticity, flexibility, strength, elasticity, ductility, high or low density,
  • organic polymers having thermoset properties and crosslinked structures are useful for the inventive matrix. These include phenolic or phenol-formaldehyde (PF) polymer resins, melamine-formaldehyde (MF) resins, urea-formaldehyde resins, allyl esters such as diallyl phthalate (DAP) or diallyl isophthalate (DAIP), polyimide resins, polyamide resins and epoxy resins.
  • PF phenolic or phenol-formaldehyde
  • MF melamine-formaldehyde
  • urea-formaldehyde resins allyl esters such as diallyl phthalate (DAP) or diallyl isophthalate (DAIP), polyimide resins, polyamide resins and epoxy resins.
  • DAP diallyl phthalate
  • DAIP diallyl isophthalate
  • polyimide resins polyamide resins and epoxy resins.
  • the polymeric matrix of the present composite is one of the widely used thermoset resins commonly used for such purposes.
  • this matrix may comprise an epoxy resin, for example a polyether resin formed by the polymerization of bisphenol A and epichlorohydrin, which has a high resistance and low
  • suitable epoxy resins are all epoxy resins which have the epoxide equivalent weights described below (determined according to ISO 3001), preferably two components are epoxy resin matrices with suitable hardeners.
  • the epoxy matrix in one embodiment comprises at least one low molecular weight epoxy resin having an epoxide equivalent weight (EEW) of up to 500 g / mol, preferably 100-400 g / mol, more preferably 100-300 g / mol, most preferred an epoxy resin with an EEW of 125-225 g / mol.
  • the epoxy matrix comprises a mixture of corresponding epoxy resins.
  • the epoxy resin may further optionally be modified with at least one reactive diluent. Preferred embodiments include bifunctional and trifunctional reactive diluents. Other embodiments do not include reactive diluents.
  • the polymeric matrix preferably epoxy matrix
  • Another embodiment of the present invention uses an epoxy resin having an EEW of 100-500 g / mol, preferably 125-300 g / mol, and most preferably 155-170 g / mol. Furthermore, this embodiment be modified with a trifunctional reactive diluent.
  • a further embodiment uses an epoxy resin having an EEW of 100-450 g / mol, preferably 150-300 g / mol and very particularly preferably 185-200 g / mol. Furthermore, this embodiment may be modified with a bifunctional reactive diluent.
  • Another embodiment uses an epoxy resin having an EEW of 100-400 g / mol, preferably 150-250 g / mol, and most preferably 180-195 g / mol. Furthermore, this embodiment is not modified with a reactive diluent.
  • An embodiment of the present invention comprises CHS-EPOXY 619 from Spolchemie® (Czech Republic) as epoxide matrix.
  • This epoxy resin is a low molecular weight epoxy resin modified with a trifunctional reactive diluent.
  • CHS-EPOXY 531 from Spolchemie® (Czech Republic) can be used as the epoxide matrix.
  • This epoxy matrix is a low molecular weight epoxy resin modified with a bifunctional reactive diluent.
  • CHS-EPOXY 520 from Spolchemie® (Czech Republic) can be used as the epoxide matrix.
  • This epoxy matrix is a low molecular weight epoxy resin which is not modified with a reactive diluent.
  • the epoxy matrix comprises a hardener such as aliphatic amines, polyaminoamines, Mannich bases, etc., preferably hardeners based on polyalkyleneamines and epoxy resins.
  • exemplary hardeners include TELALIT hardeners such as TELALIT 1203 or TELALIT 0600 from Spolchemie® (Czech Republic).
  • Preferred embodiments include an epoxy resin and a hardener in a ratio of 100:20 to 100:80 (epoxy resin: hardener).
  • epoxy resin: hardener In further Embodiments uses an epoxy resin and a hardener in a ratio of 100: 50 to 100: 60 (epoxy resin: hardener) or 100: 33 to 100: 40 (epoxy resin: hardener).
  • the lubricants usable for the production of the composite material according to the invention comprise at least one substance selected from the group comprising polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroethylene propylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy polymers (PFA), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), ethylene tetrafluoroethylene ( ETFE) or polytrifluorochloroethylene (E-CTFE), with polytetrafluoroethylene (PTFE) being a preferred embodiment.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • FEP perfluoroethylene propylene copolymer
  • PFA perfluoroalkoxy polymers
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVF polyvinyl fluoride
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene
  • E-CTFE polytrifluorochloroethylene
  • the lubricant is preferably powdery or fibrous.
  • PTFE fibers and powders are commercially available from E.I. DuPont de Nemours and Company or Toray Fluorofibers America under the trade name Teflon®.
  • PTFE is available in various forms such as powder or fibers.
  • Teflon flock fibers are available in various lengths of e.g. 0.1 to about 6.35 mm average length available.
  • the lubricant should be added in an amount sufficient to achieve the desired lubricity of the coating.
  • the amount of lubricant should be at least 3% by weight, more preferably at least 5% by weight, based on the total weight of the composite.
  • the lubricant should also be added in amounts such that segregation of the epoxy matrix and lubricant is avoided to obtain a uniform, substantially uniform viscosity of the material.
  • this includes Lubricant less than 75% by weight, more preferably less than 60% by weight and most preferably less than 20% by weight, based in each case on the total weight of the material.
  • Certain embodiments therefore comprise from 3 to 75% by weight and more preferably from 5 to 20% by weight of the lubricant, each based on the total weight of the composite.
  • the lubricants have an activated surface, whereby harder and stronger composite materials can be achieved.
  • Composites also have improved stability and compatibility of the filler with the polymeric matrix, which can improve quality assurance. This can be accomplished by methods of etching the surface of the fluoropolymers such as PTFE, FEP, PFA, PVDF, ETFE, E-CTFE, etc. to achieve improved adhesion to other materials such as the polymeric matrix.
  • U.S. Pat. For example, U.S. Patent No. 4,744,857 describes an etching process in which fluoropolymer fibers such as polytetrafluoroethylene are etched by immersing the fibers in a sodium naphthalene etching solution. Another etching method using sodium in liquid ammonia is disclosed in U.S. Pat. Patent No. 2,789,063. Through these procedures, a
  • Particular embodiments of the present invention include an epoxy resin and 5-60% by weight activated surface PTFE fibers, based on the total weight of the composite.
  • other embodiments include an epoxy resin, 5-20% by weight lubricant, eg PTFE fibers with activated surface and 10 - 20% by weight of a filler, in each case based on the total weight of the composite material.
  • Other embodiments optionally comprise a second filler at 10-20% by weight based on the total weight of the composite.
  • Preferred fibers comprise a length of about 0.05-6.5 mm, more preferably fibers with a length of about 0.05-3.5 mm, most preferably fibers with a length of about 0.075-0.2 mm ,
  • a polymeric matrix with the at least one lubricant having an activated surface and optionally other fillers are mixed. If desired, this mixture can be applied to a carrier material and cured to form the composite material.
  • one of the matrix components e.g. an epoxy resin or a hardener with which at least one lubricant having an activated surface and optionally further fillers are mixed.
  • this mixture is optionally mixed with the second matrix component. If desired, this mixture can be applied to a carrier material and cured to form the composite material.
  • the composite material according to the invention with lubricating properties may comprise one or more fillers.
  • the main task of the fillers in lubricating composites is usually to reduce abrasion in dynamic applications Contact with a mating partner. Since such composites typically have a higher coefficient of friction than PTFE alone, that is, without matrix, it may be desirable to add additional internal lubricant or other functional fillers.
  • Suitable fillers are in principle all crosslinked or uncrosslinked, organic or organometallic polymers, inorganic compounds, salts or ceramic materials or organically modified ceramic materials or mixtures of these substances, preferably those which show no melting and / or decomposition during the post-processing of the moldings.
  • the organic polymers and inorganic compounds are preferred. These may be natural or synthetic polymers and / or inorganic compounds.
  • suitable inorganic compounds are metal oxides, metal carbides and metal sulfides, such as tungsten disulfide, molybdenum disulfide, preferably in powder form, graphite, carbon, bronze, steel powder, alumina, calcium fluoride, calcium carbonate, calcium phosphate, borax and mica or mixtures thereof.
  • the sulfides are preferably used as fillers in the present invention in some embodiments.
  • Suitable organic polymers include at least one selected from the group consisting of polyamide (PA), polyphenylsulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyoxymethyl copolymer (POM), polyimide (PI), polyphenylene sulfide (PPS), polyamide-imide (PAI), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfone (PPSO 2 ), aromatic polyester and aramid, or mixtures thereof.
  • PA polyamide
  • PPS polyphenylsulfide
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • POM polyoxymethyl copolymer
  • PI polyimide
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PAI polyamide-imide
  • PEEK polyetheretherketone
  • PPSO 2 aromatic polyester and aramid, or mixtures thereof.
  • the fillers of the composite material according to the invention having lubricating properties may in certain embodiments be present in an amount of 0-50% by weight, preferably 10-40% by weight, based in each case on the total weight of the composite material according to the invention.
  • the organic fillers have a particle size of ⁇ 200 .mu.m, preferably a particle size of ⁇ 150 .mu.m, more preferably a particle size of ⁇ 75 .mu.m.
  • the inorganic fillers usable in the present invention may have a particle size of> 0.1 ⁇ m, preferably a particle size of> 0.25 ⁇ m, more preferably a particle size of> 0.4 ⁇ m.
  • Epoxy resin, 5 to 20% by weight of surface-activated PTFE fibers and 10 to 20% by weight of PPS powder as filler In contrast, other embodiments include, in addition to an epoxy resin and 5-20% by weight activated surface PTFE fibers, 10-20% by weight PA powder or 10-20% by weight PTFE powder as filler. Other embodiments may include, in addition to an epoxy resin and 10-20% by weight activated surface PTFE fibers, again 10-20% by weight WS 2 powder. In some embodiments, the composites may include a second filler. For example, a composite comprising an epoxy resin, 5-20% by weight activated surface PTFE fibers, and as fillers 10-20% by weight WS 2 powder and 10-20% by weight PA powder or PPS powder.
  • Weight% are each based on the total weight of the composite material.
  • the composite material according to the invention can be used for coating molded parts made of metal, glass, temperature-resistant plastics or synthetic and natural mineral materials or composite materials thereof. They are therefore used for the coating of components subject to friction and wear inside and outside of furniture, doors, window frames, industrial components for private and industrial use, including containers and components for the production of transport devices of all kinds, including Motor vehicles and airplanes into consideration.
  • Support materials include metal alloys, steel, aluminum and titanium alloys, polymeric materials, ceramics and glass.
  • the metal substrate may be roughened prior to coating with the composite by chemical surface activation, eg, by phosphating or anodizing, or mechanically, eg, by sand or wet blasting or sanding to improve the adhesion of the composite.
  • the composite coating having lubricating properties can be applied in any form that ensures that the composite coats the surface of the substrate in the desired manner.
  • the coating may be applied to the surface by spraying or by a brush or roller, by molding or by casting.
  • the carrier material to be coated is immersed in the composite material with lubricating properties.
  • the curing of the composite material on the substrate to be coated can be carried out at room temperature or elevated temperatures, depending on the application, for a sufficient period of time, depending on the material, for example 20-36 h, for example 24 h, optionally followed by a heat treatment, for example at about 110. 190 ° C for 2 - 10 h.
  • the curing of the composite on the substrate occurs at room temperature for a period of 24 hours, followed by a heat treatment at 120 ° C for 5 hours.
  • the curing of the composite on the substrate may be at room temperature for a period of 24 hours, followed by heat treatment at 180 ° C. for 3-4 hours.
  • the curing of the composite on the substrate may be at room temperature for a period of 24 hours, followed by heat treatment at 140 ° C for 4 hours. Subsequently, the material can be like machined as described above and brought to the desired strength.
  • the coating may finally have a thickness of about 0.05-2.0 mm, more preferably 0.05-1.5 mm and most preferably a thickness of 0.1-0.3 mm.
  • the epoxy matrix CHS-EPOXY 619 (EEW 155-170 g / mol) is mixed with 10% by weight activated surface PTFE fibers and 10% by weight WS 2 powder and 10% by weight PPS powder as fillers, and evacuated the mixture to remove trapped air. Thereafter, the hardener TELALIT 1203 in a ratio of 100:60 (epoxy resin: hardener) is added to the mixture and the composite material is applied to a support material.
  • the epoxy matrix CHS-EPOXY 619 (EEW 155-170 g / mol) is mixed with 10 wt% activated surface PTFE fibers and the mixture is evacuated to remove trapped air. Thereafter, the hardener TELALIT 1203 in a ratio of 100:60 (epoxy resin: hardener) is added to the mixture and the composite material is applied to a support material.
  • the invention is not limited to the embodiments described above.
  • the following figures show some exemplary applications. It shows:
  • Fig. 2. a fiber composite material with an inventive
  • Fig. 3 is a bolt which is coated with a wear protection according to the invention.
  • Fig. Ia and Ib the dimensions of a socket 10 are shown, which is used for example in the aircraft or helicopter.
  • the bushing is coated on both the inside and on the front side of the flange 11 with a coating (liner) 1 according to the invention.
  • the corresponding finished component is shown in Fig. 1 c.
  • the embodiment according to FIG. Ib only the interior of the bushing 10 is provided with the liner 1; the finished component is shown in Fig. Id accordingly.
  • Fig. 2 shows a fiber composite material (e.g., a CFRP component) 20 and its coating 1 shown in the right half of the figure for different thicknesses (0.3mm, 0.5mm and 1mm).
  • the coating 1 is very easy to work and can be adapted to the particular application.
  • FIG. 3 shows a bolt 30 with a bushing 31, wherein the bolt 30 is provided with a wear protection 1 according to the invention.
  • the invention is of course not limited to the application examples described in connection with FIG.

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Abstract

The present invention relates to a composite material having lubricating properties based on polymeric matrices and lubricants having an active surface. The invention further relates to a method for the production of said composite materials and the use thereof for coating sliding bearings, joint bearings, press connections, distancing plates, pins, bushings, frictional seals, self-adhesive insulations and films, seat rails, door-closing mechanisms, woven mats made of steel, ceramic, or plastic, and anti-friction protection for CFRP components.

Description

Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften Composite material with lubricating properties
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften auf der Basis von polymeren Matrizes und Schmiermitteln, die eine aktivierte Oberfläche aufweisen. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Verbundwerkstoffe und deren Verwendung zur Beschichtung von Gleitlagern, Wellen, Gelenklagern, Pressverbindungen, Abstandsblechen, Bolzen, Muffen, Reibdichtungen, selbst-klebende Isolierungen und Folien, Sitzschienen, Türschließmechanismen, Gewebematten aus Stahl, Keramik oder Kunststoff, oder als Verschleißschutz für Faserverbundwerkstoffe.The present invention relates to a composite having lubricating properties based on polymeric matrices and lubricants having an activated surface. The invention further relates to a method for producing these composite materials and their use for coating plain bearings, shafts, spherical bearings, press connections, spacer plates, bolts, sleeves, friction seals, self-adhesive insulation and films, seat rails, door closing mechanisms, steel fabric mats, ceramics or plastic, or as wear protection for fiber composites.
Verbundwerkstoffe mit schmierenden Eigenschaften oder Gleiteigenschaften, sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. In der Regel bestehen diese Verbundwerkstoffe aus einer polymeren Matrix und einem darin eingebettetenComposites with lubricating properties or sliding properties are known in different embodiments. Typically, these composites consist of a polymeric matrix and one embedded therein
Schmiermittel. Die schmierenden Eigenschaften sollen im Falle einer Beschichtung von unterschiedlichen Trägermaterialien für deren erforderliche Gleit- oder Schmierfähigkeit, insbesondere auch bei Trockenlauf, d.h. ohne zusätzliche flüssige Schmiermittel, sorgen.Lubricant. The lubricating properties should in the case of a coating of different support materials for their required lubricity or lubricity, especially in dry running, i. without additional liquid lubricant.
Die DE 195 45 425 beschreibt einen Zweischicht-Gleitlagerwerkstoff, der eine schmierstoffhaltige Kunststoffgleitschicht aufweist. Die polymere Matrix umfasst hierbei ein Polyamid, das mit einem Anteil von 3 - 40 Vol-% mit Polytetrafluorethylen (PTFE) und weiteren Additiven versetzt ist. Auch die DE 42 17 319 offenbart ein Gleitlager, bei dem die Gleitschicht aus PTFE besteht, die in ein warm aushärtendes Epoxidharz eingebettet ist; in der internationalen Patentanmeldung WO 03/048594 umfasst die Gleitschicht neben PTFE-Fasern noch Polyethersulfon-Fasern mit Zwirnstruktur, die mit einem Epoxidharz versehen sind. Das U.S. Patent Nr. 5,325,732 beschreibt ebenfalls selbst-schmierende Verbundwerkstoffe, die aus einem Polymer wie einem Epoxidharz und einemDE 195 45 425 describes a two-layer slide bearing material which has a lubricant-containing plastic sliding layer. The polymeric matrix here comprises a polyamide which is mixed with polytetrafluoroethylene (PTFE) and other additives in a proportion of 3 to 40% by volume. Also, DE 42 17 319 discloses a sliding bearing in which the sliding layer consists of PTFE, which is embedded in a thermosetting epoxy resin; In the international patent application WO 03/048594, the sliding layer comprises, in addition to PTFE fibers, polyethersulfone fibers with a twisted structure, which are provided with an epoxy resin. U.S. U.S. Patent No. 5,325,732 also describes self-lubricating composites composed of a polymer such as an epoxy resin and a
Schmiermittel wie PTFE bestehen können. Ein Schichtwerkstoff zur Herstellung von Gleitlagerelementen, der aus einem Epoxidharz und einem Gemisch aus PTFE und einer textilen Struktur besteht, ist in der DE 26 54 644 Al beschrieben. Das US Patent Nr. 4,867,889 beschreibt selbst-schmierende Gleitlager, die PTFE und ein weiteres faseriges Material, das an ein polymeres Material wie ein Epoxidharz gebunden werden kann und ferner mindestens 5 Gewichts-% Kohlenstoff-Pulver umfasst.Lubricants such as PTFE may exist. A coating material for the production of Slide bearing elements, which consists of an epoxy resin and a mixture of PTFE and a textile structure, is described in DE 26 54 644 Al. U.S. Patent No. 4,867,889 describes self-lubricating sliding bearings, the PTFE, and another fibrous material that can be bonded to a polymeric material, such as an epoxy, and further comprises at least 5% by weight carbon powder.
Die DE 21 04 605 beschreibt Gleitlager, in denen die Lagerflächenschicht ein festes Schmiermittel aus Polytetrafluorethylen sowie Fasern aus einem aromatischen Polysulfon oder Graphit enthalten. Das U.S. Patent Nr. 6,180,574 offenbart dagegen Gleitlager und Beschichtungen, bei denen die Beschichtung aus einem festen Schmiermittel besteht, das in einem Acrylat verteilt ist. Auch das U.S. Patent Nr. 3,996,143 beschreibt Beschichtungsmaterialien aus Acrylaten, festen Schmierstoffen wie PTFE und Füllstoffen.DE 21 04 605 describes slide bearings in which the bearing surface layer contains a solid lubricant of polytetrafluoroethylene and fibers of an aromatic polysulfone or graphite. U.S. On the other hand, Patent No. 6,180,574 discloses sliding bearings and coatings in which the coating consists of a solid lubricant dispersed in an acrylate. Also U.S. U.S. Patent No. 3,996,143 describes coating materials of acrylates, solid lubricants such as PTFE and fillers.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften bereit zu stellen, der kostengünstig hergestellt werden kann und hohe (1000 Stunden Ablagerung in 70 °C Skydrol ® Hydraulikflüssigkeit und 2 Wochen Wasserablagerung (T=23 0C)) chemische und korrosive Beständigkeit aufweist.Is an object of the present invention is therefore to provide a composite material with lubricating properties that can be manufactured at low cost and high (1000 hours deposition in 70 ° C Skydrol ® hydraulic fluid and 2 weeks of water deposit (T = 23 0 C)) chemically and corrosive Resistant.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass der Verbundwerkstoff leicht aufzutragen und mechanisch zu bearbeiten ist und damit die Kontaktflächen bestens geometrisch angepasst werden können.Another object is that the composite is easy to apply and to work mechanically and thus the contact surfaces can be optimally adapted geometrically.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass der Verbundwerkstoff verbesserte Schmiereigenschaften besonders unter Druckbelastung (bis 100 MPa) oder bei niedrigen Temperaturen (< - 40 0C) bzw. hohen Temperaturen (> 150 °C) aufweist. Noch eine weitere Aufgabe besteht darin, dass der Verbundwerkstoff geometrische Fehlanpassungen und Toleranzabweichungen der kontaktierenden Fläche im Betrieb bestens ausgleicht.Another object is that the composite material has improved lubricating properties particularly under pressure (up to 100 MPa) or at low temperatures (<- 40 0 C) or high temperatures (> 150 ° C). Yet another object is that the composite optimally compensates for geometrical mismatches and tolerance deviations of the contacting surface during operation.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass der Verbundwerkstoff sich besonders für die Reparatur von Verschleißstellen eignet, insbesondere vor Ort, da keine Hilfsstoffe benötigt werden.Another object is that the composite material is particularly suitable for the repair of wear points, especially on site, since no auxiliaries are needed.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, dass der Verbundwerkstoff dämpfungsmindernd bis > 100 MPa bei Schockbeanspruchung ist.Another object is that the composite material is attenuation-reducing up to> 100 MPa under shock load.
Diese und weitere Aufgaben wurden nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass ein Schmiermittel mit aktivierter Oberfläche in eine polymere Matrix eingebettet wird. Hierbei kann der Verbundwerkstoff ferner weitere Additive wieThese and other objects have been achieved according to the present invention by embedding an activated surface lubricant in a polymeric matrix. In this case, the composite material further additives such as
Füllstoffe umfassen. Dieser Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften kann in gewünschter Stärke und Konzentration auf Oberflächen reibungsbelasteter Bauteile, insbesondere bei Anwendungen in der Luftfahrtindustrie aufgetragen werden. Besonders bevorzugt kann dieser Verbundwerkstoff als Beschichtung auf starre und flexible Trägern (Substraten) aufgebracht oder als freistehende Komponente (z.B. Buchse) hergestellt und verwendet werden.Fillers include. This composite with lubricating properties can be applied in desired strength and concentration to surfaces of friction loaded components, particularly in aerospace applications. More preferably, this composite can be applied as a coating to rigid and flexible substrates or can be made and used as a freestanding component (e.g., a socket).
Im Unterschied zum Stand der Technik umfasst der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften eine polymere Matrix aus einem geeigneten Polymer, vorzugsweise einem Epoxidharz, und einem darin eingebetteten Schmiermittel, wobei das Schmiermittel eine aktivierte Oberfläche aufweist. Durch die Verwendung von Schmiermitteln mit aktivierter Oberfläche weist der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff eine Reihe von verbesserten Eigenschaften auf. Zunächst ist festzuhalten, dass der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff hervorragende Gleiteigenschaften, insbesondere auch ohne zusätzliche Flüssigschmiermittel aufweist. Diese hervorragenden Gleiteigenschaften spiegeln sich auch in einer verlängerten Haltbarkeit wieder, wobei die von dem Material bewirkte Schmierung auch mit zunehmendem Verschleiß der Gleitschicht konstant bleibt und so die Zeitdauer bis zum Austausch bzw. bis zur Reparatur entsprechend beschichteter Bestandteile verlängert wird. Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff weist außerdem hervorragende Eigenschaften unter Abnutzungsbedingungen, wie z.B. einer Hin- und Herbewegung, die unter anderem durch Vibrationen entstehen kann, auf. Dieser Verbundwerkstoff ist außerdem hochdruckbelastbar, beständig gegen hohe und niedrige Temperaturen, verschleißfest und wartungsfrei und zusätzlich leicht reparierbar und maschinell bearbeitbar. Ferner weist der Verbundwerkstoff eine Beständigkeit gegen Wasser, Korrosion, hydraulischeUnlike the prior art, the lubricating-type composite of the present invention comprises a polymeric matrix of a suitable polymer, preferably an epoxy resin, and a lubricant embedded therein, the lubricant having an activated surface. Through the use of activated surface lubricants, the composite of the present invention has a number of improved properties. First, it should be noted that the composite material according to the invention has excellent sliding properties, especially without additional liquid lubricant. These excellent sliding properties are also reflected in a prolonged durability, wherein the lubrication caused by the material remains constant with increasing wear of the sliding layer and thus the time to replacement or repair of corresponding coated components is extended. The composite of the present invention also has excellent properties under wear conditions such as reciprocation, which may be caused by, among other things, vibrations. This composite material is also high pressure resistant, resistant to high and low temperatures, wear-resistant and maintenance-free and also easy to repair and machine. Furthermore, the composite material has a resistance to water, corrosion, hydraulic
Flüssigkeiten wie Skydrol®, Kerosin und Frostschutzmittel auf. Des weiteren kann der neue Verbundwerkstoff auch, gegebenenfalls in einer höheren Dicke auf Gleitlager, Bolzen, Muffen, Türschließmechanismen, Stahlplatten, selbst-klebende Isolierungen, Sitzverstell-Auflagen, Zylinder-Kolben-Komplexen, Reibdichtungen, Getrieben etc. oder zu beschichtende Bestandteile davon aufgetragen werden, was dazu führt, dass deren Gewicht bei gleicher Stärke reduziert werden kann. Der Verbundwerkstoff kann aber auch als Massengut hergestellt und bereitgestellt werden.Liquids such as Skydrol®, kerosene and antifreeze on. Furthermore, the new composite material may also be applied to plain bearings, bolts, sleeves, door closing mechanisms, steel plates, self-adhering insulation, seat adjusters, cylinder-piston complexes, friction seals, gears, etc., or components to be coated thereof, optionally at a greater thickness which results in their weight being reduced at the same strength. The composite material can also be produced and provided as bulk material.
In einer Ausführungsform wird der neue Verbundwerkstoff dabei vorzugsweise nur auf einen Bestandteil des Bauteils, der in einer relativen Bewegung zu einem anderen steht, aufgetragen. Des Weiteren kann der neue Verbundwerkstoff im Wesentlichen ohne Beeinträchtigung der Gleiteigenschaften bearbeitet werden, d.h. die Gleiteigenschaften werden durch eine mechanische Bearbeitung im Wesentlichen nicht nachteilig beeinträchtigt. Diese mechanische Bearbeitbarkeit des Verbundwerkstoffs ermöglicht eine individuelle Anpassung an mit der Gleitschicht beschichtete Trägermaterialien, so dass beispielsweise durch eine nachträgliche Bearbeitung jede beliebige bzw. erforderliche Stärke und/oder jedes beliebige bzw. erforderliche Laufspiel eingestellt werden kann. Dieser Verbundwerkstoff weist dabei einen geringen Reibungskoeffizienten auf und ist beständig gegen Wasser, Korrosion, hydraulische Flüssigkeiten wie Skydrol®, Kerosin und Frostschutzmittel.In one embodiment, the new composite material is preferably applied only to a component of the component that is in relative movement to another. Furthermore, the new composite material can be processed substantially without affecting the sliding properties, ie the Sliding properties are not adversely affected by mechanical processing substantially. This mechanical workability of the composite material allows individual adaptation to carrier materials coated with the sliding layer, so that any desired or required strength and / or any desired or required running clearance can be adjusted, for example, by subsequent processing. This composite material has a low coefficient of friction and is resistant to water, corrosion, hydraulic fluids such as Skydrol®, kerosene and antifreeze.
Für die polymere Matrix des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes können solche Polymere verwendet werden, die im Wesentlichen bei einer Belastung durch Druck oder höhere und niedrigere Temperaturen, wie sie in industriellen Anwendungen auftreten, nicht schmelzen, sich verformen oder auflösen. Die Matrix kann nach ihren Polymereigenschaften ausgewählt werden, um Eigenschaften wie Plastizität, Flexibilität, Stärke, Elastizität, Verformbarkeit, hohe oder niedrige Dichte,For the polymeric matrix of the composite of the present invention, those polymers can be used that will not melt, deform, or dissolve substantially under pressure or higher and lower temperatures encountered in industrial applications. The matrix can be selected according to its polymer properties to provide properties such as plasticity, flexibility, strength, elasticity, ductility, high or low density,
Temperaturwiderstand bei hohen oder niedrigen Temperaturen oder Haftfähigkeit zu verändern. In bestimmten Ausführungsformen sind organische Polymere für die erfindungsgemäße Matrix verwendbar, die duroplastische Eigenschaften und quervernetzte Strukturen aufweisen. Dazu gehören phenolische oder Phenol- Formaldehyd- (PF)-Polymerharze, Melamin-Formaldehyd-(MF) Harze, Harnstoff- Formaldehydharze, Allylester wie z.B. Diallylphthalat (DAP) oder Diallylisophthalat (DAIP), Polyimidharze, Polyamidharze und Epoxidharze. Weitere Beispiele von polymeren Matrizen, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen Glas/Epoxid, Glas/Polyester u.a. Des Weiteren kann jedes organische Polymer, das eine ausreichende einheitliche Mischung mit dem erfindungsgemäßen Schmiermittel bildet, für die erfindungsgemäße Erfindung verwendet werden. Vorzugsweise ist die polymere Matrix des vorliegenden Verbundwerkstoffs eines der weit-verbreiteten duroplastischen Harze, die üblicherweise für solche Zwecke verwendet werden. Diese Matrix kann in einer Ausführungsform ein Epoxidharz umfassen, z.B. ein Polyetherharz, das durch die Polymerisierung von Bisphenol A und Epichlorhydrin gebildet wird, das eine hohe Beanspruchbarkeit und geringeTemperature resistance at high or low temperatures or adhesiveness to change. In certain embodiments, organic polymers having thermoset properties and crosslinked structures are useful for the inventive matrix. These include phenolic or phenol-formaldehyde (PF) polymer resins, melamine-formaldehyde (MF) resins, urea-formaldehyde resins, allyl esters such as diallyl phthalate (DAP) or diallyl isophthalate (DAIP), polyimide resins, polyamide resins and epoxy resins. Other examples of polymeric matrices suitable for the present invention include glass / epoxy, glass / polyester, etc. Further, any organic polymer that forms a sufficiently uniform blend with the inventive lubricant may be used in the invention. Preferably, the polymeric matrix of the present composite is one of the widely used thermoset resins commonly used for such purposes. In one embodiment, this matrix may comprise an epoxy resin, for example a polyether resin formed by the polymerization of bisphenol A and epichlorohydrin, which has a high resistance and low
Schrumpfung während des Aushärtens aufweist. Als Epoxidharze kommen außerdem alle Epoxidharze in Betracht, die die nachstehend beschriebenen Epoxid- Äquivalentgewichte (bestimmt nach ISO 3001) aufweisen, bevorzugt sind zwei Komponenten Epoxidharz-Matrizen mit geeigneten Härtern.Has shrinkage during curing. Other suitable epoxy resins are all epoxy resins which have the epoxide equivalent weights described below (determined according to ISO 3001), preferably two components are epoxy resin matrices with suitable hardeners.
Die Epoxid-Matrix umfasst in einer Ausführungsform mindestens ein niedermolekulares Epoxidharz mit einem Epoxid-Äquivalentgewicht (EEW) von bis zu 500 g/mol auf, vorzugsweise 100 - 400 g/mol, noch bevorzugter 100 - 300 g/mol, am meisten bevorzugt ist ein Epoxidharz mit einem EEW von 125 - 225 g/mol. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Epoxid-Matrix eine Mischung aus entsprechenden Epoxidharzen. Das Epoxidharz kann des weiteren gegebenenfalls mit mindestens einem Reaktiwerdünner modifiziert sein. Bevorzugte Ausführungsformen umfassen dabei bi- und trifunktionale Reaktivverdünner. Weitere Ausführungsformen umfassen keine Reaktivverdünner.The epoxy matrix in one embodiment comprises at least one low molecular weight epoxy resin having an epoxide equivalent weight (EEW) of up to 500 g / mol, preferably 100-400 g / mol, more preferably 100-300 g / mol, most preferred an epoxy resin with an EEW of 125-225 g / mol. In another embodiment, the epoxy matrix comprises a mixture of corresponding epoxy resins. The epoxy resin may further optionally be modified with at least one reactive diluent. Preferred embodiments include bifunctional and trifunctional reactive diluents. Other embodiments do not include reactive diluents.
Die polymere Matrix, vorzugsweise Epoxid-Matrix kann in dem Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften in einer Menge von 30 - 98 Gew-%, bevorzugt sind 40 - 95 Gew-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs vorliegen.The polymeric matrix, preferably epoxy matrix, may be present in the composite with lubricating properties in an amount of 30-98% by weight, preferably 40-95% by weight, based in each case on the total weight of the composite material according to the invention.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ein Epoxidharz mit einem EEW von 100 - 500 g/mol, vorzugsweise 125 - 300 g/mol und ganz besonders bevorzugt 155 - 170 g/mol. Ferner kann diese Ausführungsform mit einem trifunktionalen Reaktivverdünner modifiziert sein. Eine weitere Ausfuhrungsform verwendet ein Epoxidharz mit einem EEW von 100 - 450 g/mol, vorzugsweise 150 - 300 g/mol und ganz besonders bevorzugt 185 - 200 g/mol. Des Weiteren kann diese Ausführungsform mit einem bifunktionalen Reaktivverdünner modifiziert sein. Eine weitere Ausführungsform verwendet ein Epoxidharz mit einem EEW von 100 - 400 g/mol, vorzugsweise 150 - 250 g/mol und ganz besonders bevorzugt 180 - 195 g/mol. Des Weiteren ist diese Ausführungsform nicht mit einem Reaktivverdünner modifiziert.Another embodiment of the present invention uses an epoxy resin having an EEW of 100-500 g / mol, preferably 125-300 g / mol, and most preferably 155-170 g / mol. Furthermore, this embodiment be modified with a trifunctional reactive diluent. A further embodiment uses an epoxy resin having an EEW of 100-450 g / mol, preferably 150-300 g / mol and very particularly preferably 185-200 g / mol. Furthermore, this embodiment may be modified with a bifunctional reactive diluent. Another embodiment uses an epoxy resin having an EEW of 100-400 g / mol, preferably 150-250 g / mol, and most preferably 180-195 g / mol. Furthermore, this embodiment is not modified with a reactive diluent.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst CHS-EPOXY 619 der Firma Spolchemie® (Tschechische Republik) als Epoxid-Matrix. Dieses Epoxidharz stellt ein niedermolekulares Epoxidharz dar, das mit einem trifunktionalen Reaktivverdünner modifiziert ist. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann CHS-EPOXY 531 der Firma Spolchemie® (Tschechische Republik) als Epoxid-Matrix verwendet werden. Diese Epoxid-Matrix stellt ein niedermolekulares Epoxidharz dar, das mit einem bifunktionalen Reaktivverdünner modifiziert ist. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann CHS-EPOXY 520 der Firma Spolchemie® (Tschechische Republik) als Epoxid-Matrix verwendet werden. Diese Epoxid-Matrix stellt ein niedermolekulares Epoxidharz dar, das nicht mit einem Reaktivverdünner modifiziert ist.An embodiment of the present invention comprises CHS-EPOXY 619 from Spolchemie® (Czech Republic) as epoxide matrix. This epoxy resin is a low molecular weight epoxy resin modified with a trifunctional reactive diluent. In a further embodiment of the present invention, CHS-EPOXY 531 from Spolchemie® (Czech Republic) can be used as the epoxide matrix. This epoxy matrix is a low molecular weight epoxy resin modified with a bifunctional reactive diluent. In a further embodiment of the present invention, CHS-EPOXY 520 from Spolchemie® (Czech Republic) can be used as the epoxide matrix. This epoxy matrix is a low molecular weight epoxy resin which is not modified with a reactive diluent.
Des Weiteren umfasst die Epoxid-Matrix einen Härter, wie z.B. aliphatische Amine, Polyaminoamine, Mannichbasen, etc., vorzugsweise auf Polyalkylenaminen und Epoxidharzen basierte Härter. Beispielhafte Härter umfassen TELALIT-Härter wie z.B. TELALIT 1203 oder TELALIT 0600 der Firma Spolchemie® (Tschechische Republik). Bevorzugte Ausführungformen umfassen ein Epoxidharz und einen Härter in einem Verhältnis von 100:20 bis 100:80 (Epoxidharz:Härter). In weiteren Ausführungsformen wird ein Epoxidharz und ein Härter in einem Verhältnis von 100:50 bis 100:60 (Epoxidharz:Härter) oder 100:33 bis 100:40 (Epoxidharz:Härter) verwendet.Furthermore, the epoxy matrix comprises a hardener such as aliphatic amines, polyaminoamines, Mannich bases, etc., preferably hardeners based on polyalkyleneamines and epoxy resins. Exemplary hardeners include TELALIT hardeners such as TELALIT 1203 or TELALIT 0600 from Spolchemie® (Czech Republic). Preferred embodiments include an epoxy resin and a hardener in a ratio of 100:20 to 100:80 (epoxy resin: hardener). In further Embodiments uses an epoxy resin and a hardener in a ratio of 100: 50 to 100: 60 (epoxy resin: hardener) or 100: 33 to 100: 40 (epoxy resin: hardener).
Die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs verwendbaren Schmiermittel umfassen mindestens eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluorethylenpropylen-Copolymer (FEP), Perfluoralkoxy-Polymere (PFA), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid (PVF), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) oder Polytrifluorchlorethylen (E-CTFE), wobei Polytetrafluorethylen (PTFE) eine bevorzugte Ausführungsform darstellt.The lubricants usable for the production of the composite material according to the invention comprise at least one substance selected from the group comprising polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroethylene propylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy polymers (PFA), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), ethylene tetrafluoroethylene ( ETFE) or polytrifluorochloroethylene (E-CTFE), with polytetrafluoroethylene (PTFE) being a preferred embodiment.
Das Schmiermittel ist vorzugsweise pulver- oder faserförmig.The lubricant is preferably powdery or fibrous.
PTFE-Fasern und -Pulver ist beispielsweise kommerziell erhältlich von E.I. DuPont de Nemours and Company oder Toray Fluorofibers America unter dem Handelsnamen Teflon®. PTFE ist in verschiedenen Formen wie Pulver oder Fasern erhältlich. Teflon-Flockfasern sind in verschiedenen Längen von z.B. 0,1 bis ca. 6,35 mm mittlerer Länge erhältlich.For example, PTFE fibers and powders are commercially available from E.I. DuPont de Nemours and Company or Toray Fluorofibers America under the trade name Teflon®. PTFE is available in various forms such as powder or fibers. Teflon flock fibers are available in various lengths of e.g. 0.1 to about 6.35 mm average length available.
Das Schmiermittel sollte in einer ausreichenden Menge hinzugegeben werden, um die gewünschte Schmierfahigkeit der Beschichtung zu erzielen. In einigen Ausführungsformen sollte der Mengenanteil des Schmiermittels mindestens 3 Gewichts-% betragen, noch bevorzugter mindestens 5 Gewichts-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs. Das Schmiermittel sollte außerdem in Mengen hinzugegeben werden, so dass eine Entmischung der Epoxid-Matrix und dem Schmiermittel vermieden wird, um eine gleichmäßige im wesentlichen einheitliche Viskosität des Materials zu erhalten. Bevorzugterweise umfasst das Schmiermittel weniger als 75 Gewichts-%, noch bevorzugter weniger als 60 Gewichts-% und am meisten bevorzugt weniger als 20 Gewichts-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials.The lubricant should be added in an amount sufficient to achieve the desired lubricity of the coating. In some embodiments, the amount of lubricant should be at least 3% by weight, more preferably at least 5% by weight, based on the total weight of the composite. The lubricant should also be added in amounts such that segregation of the epoxy matrix and lubricant is avoided to obtain a uniform, substantially uniform viscosity of the material. Preferably, this includes Lubricant less than 75% by weight, more preferably less than 60% by weight and most preferably less than 20% by weight, based in each case on the total weight of the material.
Bestimmte Ausfuhrungsformen umfassen daher 3 - 75 Gewichts-% und noch bevorzugter 5 - 20 Gewichts-% des Schmiermittels, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs.Certain embodiments therefore comprise from 3 to 75% by weight and more preferably from 5 to 20% by weight of the lubricant, each based on the total weight of the composite.
Erfindungsgemäß weisen die Schmiermittel eine aktivierte Oberfläche auf, wodurch härtere und festere Verbundwerkstoffe erreicht werden können. DieAccording to the invention, the lubricants have an activated surface, whereby harder and stronger composite materials can be achieved. The
Verbundwerkstoffe weisen außerdem eine verbesserte Stabilität und Kompatibilität des Füllstoffs in bzw. mit der polymeren Matrix auf, wodurch die Qualitätssicherung verbessert werden kann. Dies kann durch Verfahren erreicht werden, bei denen die Oberfläche der Fluorpolymere wie PTFE, FEP, PFA, PVDF, ETFE, E-CTFE etc. angeätzt wird, um eine verbesserte Haftung zu anderen Materialien wie der polymeren Matrix zu erreichen. So beschreibt das U.S. Patent Nr. 4,744,857 ein Ätzverfahren, bei dem Fluorpolymer-Fasern wie Poytetrafluorethylen durch Eintauchen der Fasern in eine Natrium-Naphthalen-Ätzlösung angeätzt werden. Ein anderes Ätzverfahren, bei dem Natrium in flüssigem Ammoniak verwendet wird, ist im U.S. Patent Nr. 2,789,063 beschrieben. Durch diese Verfahren kann eineComposites also have improved stability and compatibility of the filler with the polymeric matrix, which can improve quality assurance. This can be accomplished by methods of etching the surface of the fluoropolymers such as PTFE, FEP, PFA, PVDF, ETFE, E-CTFE, etc. to achieve improved adhesion to other materials such as the polymeric matrix. Thus, U.S. Pat. For example, U.S. Patent No. 4,744,857 describes an etching process in which fluoropolymer fibers such as polytetrafluoroethylene are etched by immersing the fibers in a sodium naphthalene etching solution. Another etching method using sodium in liquid ammonia is disclosed in U.S. Pat. Patent No. 2,789,063. Through these procedures, a
Oberflächenaktivierung von bis zu 98% erreicht und je nach Bedarf variiert werden, um unterschiedliche Oberflächenaktivierungen zu erhalten, wie sie in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendbar sind.Surface activation of up to 98% can be achieved and varied as needed to obtain different surface activations as are useful in embodiments of the present invention.
Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein Epoxidharz und 5 - 60 Gewichts-% PTFE-Fasern mit aktivierter Oberfläche, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffes. Andere Ausführungsformen umfassen dagegen ein Epoxidharz, 5 - 20 Gewichts-%-Schmiermittel, z.B. PTFE-Fasern mit aktivierter Oberfläche und 10 - 20 Gewichts-% eines Füllstoffes, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffes. Andere Ausführungsformen umfassen gegebenenfalls einen zweiten Füllstoff zu 10 - 20 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs.Particular embodiments of the present invention include an epoxy resin and 5-60% by weight activated surface PTFE fibers, based on the total weight of the composite. By contrast, other embodiments include an epoxy resin, 5-20% by weight lubricant, eg PTFE fibers with activated surface and 10 - 20% by weight of a filler, in each case based on the total weight of the composite material. Other embodiments optionally comprise a second filler at 10-20% by weight based on the total weight of the composite.
Bevorzugte Fasern umfassen eine Länge von etwa 0,05 - 6,5 mm, noch bevorzugter sind Fasern mit einer Länge von etwa 0,05 - 3,5 mm, am meisten bevorzugt sind Fasern mit einer Länge von etwa 0,075 - 0,2 mm.Preferred fibers comprise a length of about 0.05-6.5 mm, more preferably fibers with a length of about 0.05-3.5 mm, most preferably fibers with a length of about 0.075-0.2 mm ,
Allgemein kann bei der Herstellung der Verbundwerkstoffe der vorliegendenIn general, in the manufacture of the composites of the present
Erfindung eine polymere Matrix mit dem mindestens einen Schmiermittel, das eine aktivierte Oberfläche aufweist und gegebenenfalls weiteren Füllstoffen vermischt werden. Diese Mischung kann gegebenenfalls auf ein Trägermaterial aufgetragen und zum Verbundwerkstoff ausgehärtet werden.Invention, a polymeric matrix with the at least one lubricant having an activated surface and optionally other fillers are mixed. If desired, this mixture can be applied to a carrier material and cured to form the composite material.
In einer besonderen Ausführungsform kann bei der Herstellung der Verbundwerkstoffe der vorliegenden Erfindung zunächst eine der Matrix- Komponenten, z.B. ein Epoxidharz oder ein Härter, mit dem mindestens einen Schmiermittel, das eine aktivierte Oberfläche aufweist und gegebenenfalls weiteren Füllstoffen vermischt werden. Anschließend wird dieses Gemisch gegebenenfalls mit der zweiten Matrix-Komponente vermischt. Diese Mischung kann gegebenenfalls auf ein Trägermaterial aufgetragen und zum Verbundwerkstoff ausgehärtet werden.In a particular embodiment, in preparing the composites of the present invention, one of the matrix components, e.g. an epoxy resin or a hardener with which at least one lubricant having an activated surface and optionally further fillers are mixed. Subsequently, this mixture is optionally mixed with the second matrix component. If desired, this mixture can be applied to a carrier material and cured to form the composite material.
Als weiteren Bestandteil kann der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften einen oder mehrere Füllstoffe umfassen.As a further component, the composite material according to the invention with lubricating properties may comprise one or more fillers.
Die Hauptaufgabe der Füllstoffe in schmierenden Verbundwerkstoffen ist üblicherweise die Reduzierung des Abriebs bei dynamischen Anwendungen im Kontakt mit einem Gegenlaufpartner. Da solche Verbundwerkstoffe üblicherweise einen höheren Reibungskoeffizienten aufweisen als PTFE alleine, also ohne Matrix, kann es gegebenenfalls erwünscht sein, ein zusätzliches internes Schmiermittel oder andere funktionale Füllstoffe zuzusetzen.The main task of the fillers in lubricating composites is usually to reduce abrasion in dynamic applications Contact with a mating partner. Since such composites typically have a higher coefficient of friction than PTFE alone, that is, without matrix, it may be desirable to add additional internal lubricant or other functional fillers.
Als Füllstoffe kommen grundsätzlich alle vernetzten oder unvernetzten, organischen oder metallorganischen Polymere, anorganischen Verbindungen, Salze oder Keramikmaterialien oder organisch modifizierte Keramikmaterialien oder Gemische dieser Stoffe in Betracht, vorzugsweise solche, die bei der Nachbearbeitung der Formteile kein Aufschmelzen und/oder keine Zersetzung zeigen.Suitable fillers are in principle all crosslinked or uncrosslinked, organic or organometallic polymers, inorganic compounds, salts or ceramic materials or organically modified ceramic materials or mixtures of these substances, preferably those which show no melting and / or decomposition during the post-processing of the moldings.
Unter diesen sind in einigen Ausführungsformen die organischen Polymere und anorganischen Verbindungen bevorzugt. Hierbei kann es sich um natürliche oder synthetische Polymere und/oder anorganische Verbindungen handeln.Among these, in some embodiments, the organic polymers and inorganic compounds are preferred. These may be natural or synthetic polymers and / or inorganic compounds.
Beispiele für geeignete anorganische Verbindungen sind Metalloxide, Metallcarbide und Metallsulfide, wie beispielsweise Wolframdisulfϊd, Molybdändisulfid, vorzugsweise in Pulverform, Graphit, Kohle, Bronze, Stahlpulver, Aluminiumoxid, Calciumfluorid, Calciumcarbonat, Calciumphosphat, Borax und Glimmer oder Gemische hiervon. Von diesen werden insbesondere die Sulfide in einigen Ausführungsformen als Füllstoffe in der vorliegenden Erfindung bevorzugt verwendet.Examples of suitable inorganic compounds are metal oxides, metal carbides and metal sulfides, such as tungsten disulfide, molybdenum disulfide, preferably in powder form, graphite, carbon, bronze, steel powder, alumina, calcium fluoride, calcium carbonate, calcium phosphate, borax and mica or mixtures thereof. Of these, in particular, the sulfides are preferably used as fillers in the present invention in some embodiments.
Geeignete organische Polymere umfassen mindestens einen Stoff ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polyamid (PA), Polyphenylsulfid (PPS), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyoxymethyl-Copolymer (POM), Polyimid (PI), Polyphenylensulfid (PPS), Polyamidimid (PAI), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfon (PPSO2), aromatischer Polyester und Aramid oder Gemische hiervon.Suitable organic polymers include at least one selected from the group consisting of polyamide (PA), polyphenylsulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyoxymethyl copolymer (POM), polyimide (PI), polyphenylene sulfide (PPS), polyamide-imide (PAI), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfone (PPSO 2 ), aromatic polyester and aramid, or mixtures thereof.
Die Füllstoffe des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes mit schmierenden Eigenschaften können in bestimmten Ausführungsformen in einer Menge von 0 - 50 Gew-%, bevorzugt 10 - 40 Gew-% vorliegen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs.The fillers of the composite material according to the invention having lubricating properties may in certain embodiments be present in an amount of 0-50% by weight, preferably 10-40% by weight, based in each case on the total weight of the composite material according to the invention.
Im Allgemeinen weisen die organischen Füllstoffe eine Partikelgröße von <200 μm auf, bevorzugt ist ein Partikelgröße von <150 μm, noch bevorzugter ist eine Partikelgröße von <75 μm. Die in der vorliegenden Erfindung verwendbaren anorganischen Füllstoffe können dagegen eine Partikelgröße von >0.1 μm, bevorzugt eine Partikelgröße von >0.25 μm, noch bevorzugter eine Partikelgröße von >0.4 μm aufweisen.In general, the organic fillers have a particle size of <200 .mu.m, preferably a particle size of <150 .mu.m, more preferably a particle size of <75 .mu.m. On the other hand, the inorganic fillers usable in the present invention may have a particle size of> 0.1 μm, preferably a particle size of> 0.25 μm, more preferably a particle size of> 0.4 μm.
Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen einParticular embodiments of the present invention include
Epoxidharz, 5 - 20 Gewichts-% PTFE-Fasern mit aktivierter Oberfläche und 10 - 20 Gewichts-% PPS-Puder als Füllstoff. Dagegen umfassen andere Ausführungsformen, neben einem Epoxidharz und 5 - 20 Gewichts-% PTFE-Fasern mit aktivierter Oberfläche, 10 - 20 Gewichts-% PA-Puder oder 10 - 20 Gewichts-% PTFE-Puder als Füllstoff. Andere Ausführungsformen können, neben einem Epoxidharz und 10 - 20 Gewichts-% PTFE-Fasern mit aktivierter Oberfläche, wiederum 10 - 20 Gewichts-% WS2-Puder umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Verbundwerkstoffe einen zweiten Füllstoff umfassen. Beispielsweise ein Verbundwerkstoff, der ein Epoxidharz, 5 - 20 Gewichts-% PTFE-Fasern mit aktivierter Oberfläche und als Füllstoffe 10 - 20 Gewichts-% WS2-Puder und 10 - 20 Gewichts-% PA-Puder oder PPS-Puder umfasst. Gewichts-% sind jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffes. Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff kann zur Beschichtung von Formteilen aus Metall, Glas, temperaturbeständigen Kunststoffen oder synthetischen und natürlichen mineralischen Werkstoffen oder Verbundmaterialien hieraus verwendet werden. Sie kommen daher für die Beschichtung von Bauteilen, die Reibung und Verschleiß ausgesetzt sind, im Innen- und Außenbereich von Möbeln, Türen, Fensterrahmen, industriellen Bauteilen für den privaten und industriellen Gebrauch, inklusive Container und Bauteile für die Herstellung von Transportvorrichtungen jeglicher Art, inklusive Kraftfahrzeuge und Flugzeuge in Betracht.Epoxy resin, 5 to 20% by weight of surface-activated PTFE fibers and 10 to 20% by weight of PPS powder as filler. In contrast, other embodiments include, in addition to an epoxy resin and 5-20% by weight activated surface PTFE fibers, 10-20% by weight PA powder or 10-20% by weight PTFE powder as filler. Other embodiments may include, in addition to an epoxy resin and 10-20% by weight activated surface PTFE fibers, again 10-20% by weight WS 2 powder. In some embodiments, the composites may include a second filler. For example, a composite comprising an epoxy resin, 5-20% by weight activated surface PTFE fibers, and as fillers 10-20% by weight WS 2 powder and 10-20% by weight PA powder or PPS powder. Weight% are each based on the total weight of the composite material. The composite material according to the invention can be used for coating molded parts made of metal, glass, temperature-resistant plastics or synthetic and natural mineral materials or composite materials thereof. They are therefore used for the coating of components subject to friction and wear inside and outside of furniture, doors, window frames, industrial components for private and industrial use, including containers and components for the production of transport devices of all kinds, including Motor vehicles and airplanes into consideration.
Besonders bevorzugt sind Anwendungen im Bereich der Luftfahrttechnik, z.B. als Verschleißschutz für CFRP (carbon fiber reinforced plastics) Bestandteile, Türschließmechanismen, Bolzen-Muffen- Vorrichtungen, Sitzschienen oder Isolierungen auf Tragflächen und andere Bestandteile, die einer Reibung ausgesetzt sind. Vor allem aber können sie zur Beschichtung von Formteilen verwendet werden, die nach ihrer Beschichtung mechanisch formgebend nachbearbeitet werden, beispielsweise durch Fräsen, Schleifen und/oder Bohren. Ganz besondere Vorteile entfaltet der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff bei Beschichtungen, insbesondere lokaler Beschichtung, von reib- und verschleißbeanspruchten Komponenten, wie zum Beispiel Gleitlagern, Wellen, Gelenklagern, Muffen, Pressverbindungen, Bolzen, Abstandsblechen, Reibdichtungen („rubbing Strips"), Getrieben,Particular preference is given to applications in the field of aviation technology, e.g. as wear protection for CFRP (carbon fiber reinforced plastics) components, door closing mechanisms, bolt and socket devices, seat rails or insulation on wings and other components subject to friction. Above all, however, they can be used for coating moldings which are mechanically finished after their coating, for example by milling, grinding and / or drilling. The composite according to the invention exhibits very particular advantages in coatings, in particular local coating, of friction and wear-stressed components, such as slide bearings, shafts, spherical bearings, sleeves, press connections, bolts, spacer plates, rubbing strips, gears,
Gleitführungen, Zylinder-Kolben-Komplexen, selbst-klebenden Isolierungen oder Folien, Sitzschienen, Verschleißschutz für CFRP (carbon fiber reinforced plastics) Komponenten (z.B. Streben), Türschließmechanismen (z.B. Scharniere), Gewebematten aus Stahl, Keramik oder Kunststoff. Trägermaterialien umfassen Metall-Legierungen, Stahl, Aluminium- und Titan-Legierungen, polymere Materialien, Keramik und Glas. Bei Ausführungen mit metallischen Trägermaterialien kann das Metallsubstrat vor der Beschichtung mit dem Verbundwerkstoff durch eine chemische Oberflächenaktivierung, z.B. durch Phosphatieren oder Anodisieren oder mechanisch, z.B. durch Sand- oder Nassstrahlen oder Schleifen aufgeraut werden, um die Haftung des Verbundwerkstoffes zu verbessern.Slide guides, cylinder-piston complexes, self-adhesive insulation or films, seat rails, wear protection for CFRP (carbon fiber reinforced plastics) components (eg struts), door closing mechanisms (eg hinges), fabric mats made of steel, ceramic or plastic. Support materials include metal alloys, steel, aluminum and titanium alloys, polymeric materials, ceramics and glass. In embodiments with metallic substrates, the metal substrate may be roughened prior to coating with the composite by chemical surface activation, eg, by phosphating or anodizing, or mechanically, eg, by sand or wet blasting or sanding to improve the adhesion of the composite.
Die Beschichtung mit dem Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften kann in jeder Form aufgetragen werden, die sicherstellt, dass der Verbundwerkstoff die Oberfläche des Trägermaterials in der gewünschten Weise beschichtet. Z.B. kann die Beschichtung durch Sprühen oder durch eine Bürste oder Walze, durch Formen oder Giessen auf die Oberfläche aufgebracht werden. Eine andere Möglichkeit ist, dass das zu beschichtende Trägermaterial in den Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften eingetaucht wird.The composite coating having lubricating properties can be applied in any form that ensures that the composite coats the surface of the substrate in the desired manner. For example, For example, the coating may be applied to the surface by spraying or by a brush or roller, by molding or by casting. Another possibility is that the carrier material to be coated is immersed in the composite material with lubricating properties.
Das Aushärten des Verbundwerkstoffs auf dem zu beschichtenden Trägermaterial kann je nach Anwendungszweck bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen erfolgen, für eine ausreichende Zeitdauer, je nach Material z.B. von 20 - 36 h, beispielsweise 24 h, gegebenenfalls gefolgt von einer Wärmebehandlung, z.B. bei etwa 110 - 190 °C für 2 - 10 h. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt das Aushärten des Verbundwerkstoffs auf dem Trägermaterial bei Raumtemperatur für eine Zeitdauer von 24 h, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 120 °C für 5 h. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Aushärten des Verbundwerkstoffs auf dem Trägermaterial bei Raumtemperatur für eine Zeitdauer von 24 h erfolgen, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 180 0C für 3 - 4 h. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Aushärten des Verbundwerkstoffs auf dem Trägermaterial bei Raumtemperatur für eine Zeitdauer von 24 h erfolgen, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 140 °C für 4 h. Anschließend kann das Material wie oben beschrieben maschinell geformt und in die gewünschte Stärke gebracht werden. Die Beschichtung kann schließlich eine Stärke von etwa 0,05 - 2,0 mm, noch bevorzugter 0,05 - 1,5 mm und ganz besonders bevorzugt eine Stärke von 0,1 - 0,3 mm aufweisen.The curing of the composite material on the substrate to be coated can be carried out at room temperature or elevated temperatures, depending on the application, for a sufficient period of time, depending on the material, for example 20-36 h, for example 24 h, optionally followed by a heat treatment, for example at about 110. 190 ° C for 2 - 10 h. In one embodiment of the present invention, the curing of the composite on the substrate occurs at room temperature for a period of 24 hours, followed by a heat treatment at 120 ° C for 5 hours. In another embodiment of the present invention, the curing of the composite on the substrate may be at room temperature for a period of 24 hours, followed by heat treatment at 180 ° C. for 3-4 hours. In another embodiment of the present invention, the curing of the composite on the substrate may be at room temperature for a period of 24 hours, followed by heat treatment at 140 ° C for 4 hours. Subsequently, the material can be like machined as described above and brought to the desired strength. The coating may finally have a thickness of about 0.05-2.0 mm, more preferably 0.05-1.5 mm and most preferably a thickness of 0.1-0.3 mm.
Im Folgenden sind einige Beispiele vorteilhafter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Materials aufgeführt, dabei sind % als Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs angegeben:The following are some examples of advantageous embodiments of the material according to the invention,% being given as% by weight, based on the total weight of the composite:
Beispiel 1example 1
Die Epoxid-Matrix CHS-EPOXY 619 (EEW 155 - 170 g/mol) wird mit 10 Gewichts-% PTFE-Fasern mit aktivierter Oberfläche und 10 Gewichts-% WS2-Puder und 10 Gewichts-% PPS-Puder als Füllstoffe vermischt und das Gemisch zum Entfernen von eingeschlossener Luft evakuiert. Anschließend wird zu dem Gemisch der Härter TELALIT 1203 in einem Verhältnis von 100:60 (Epoxidharz: Härter) hinzugegeben und der Verbundwerkstoff auf ein Trägermaterial aufgetragen.The epoxy matrix CHS-EPOXY 619 (EEW 155-170 g / mol) is mixed with 10% by weight activated surface PTFE fibers and 10% by weight WS 2 powder and 10% by weight PPS powder as fillers, and evacuated the mixture to remove trapped air. Thereafter, the hardener TELALIT 1203 in a ratio of 100:60 (epoxy resin: hardener) is added to the mixture and the composite material is applied to a support material.
Beispiel 2Example 2
Die Epoxid-Matrix CHS-EPOXY 619 (EEW 155 - 170 g/mol) wird mit 10 Gewichts-% PTFE-Fasern mit aktivierter Oberfläche vermischt und das Gemisch zum Entfernen von eingeschlossener Luft evakuiert. Anschließend wird zu dem Gemisch der Härter TELALIT 1203 in einem Verhältnis von 100:60 (Epoxidharz: Härter) hinzugegeben und der Verbundwerkstoff auf ein Trägermaterial aufgetragen.The epoxy matrix CHS-EPOXY 619 (EEW 155-170 g / mol) is mixed with 10 wt% activated surface PTFE fibers and the mixture is evacuated to remove trapped air. Thereafter, the hardener TELALIT 1203 in a ratio of 100:60 (epoxy resin: hardener) is added to the mixture and the composite material is applied to a support material.
Beispiel 3Example 3
Reibungskoeffizienten des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs werden anhand des Beispiels 1 gezeigt. Ball-On-Disk Gleitprüfungen wurden bei Raumtemperatur und einer schrittweisen Erhöhung der Belastung von 1 N auf 2 N, 5 N und 10 N mit jeweils 266 Umdrehungen und einer Gleitgeschwindigkeit von 1 cm/s durchgeführt, so dass 4 x 266 Zyklen = 1064 Zyklen mit einer Gesamttestdauer von 40 min erzielt wurden. Unter den gleichen Bedingungen wurde außerdem ein Vergleichsmaterial getestet, das kommerziell erhältlich ist. In der nachfolgenden Tabelle I sind die entsprechenden Reibungskoeffizienten für die Gleitprüfungen mit unterschiedlichen Belastungen dargestellt.Coefficients of friction of the composite according to the invention are shown by way of example 1. Ball-on-disk slip tests were carried out at room temperature with a gradual increase in load from 1 N to 2 N, 5 N, and 10 N, respectively each performed 266 turns and a sliding speed of 1 cm / s, so that 4 x 266 cycles = 1064 cycles were achieved with a total test duration of 40 min. Under the same conditions, a comparative material which is commercially available was also tested. Table I below shows the corresponding coefficients of friction for the sliding tests with different loads.
Tabelle I:Table I:
Reibungskoeffizient μ für den Reibungskoeffizient μ für ein Verbundwerkstoff aus Beispiel Vergleichsmaterial 1Coefficient of friction μ for the coefficient of friction μ for a composite material from Example Comparison Material 1
I N 0.075 0.068I N 0.075 0.068
2 N 0.073 0.0702N 0.073 0.070
5 N 0.073 0.0745N 0.073 0.074
IO N 0.076 0.077IO N 0.076 0.077
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es ist beispielsweise möglich, eine andere polymere Matrix, andere Schmiermittel oder Füllstoffe oder verschiedene Kombinationen daraus zu verwenden.The invention is not limited to the embodiments described above. For example, it is possible to use another polymeric matrix, other lubricants or fillers or various combinations thereof.
Beispiel 4Example 4
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff aus Beispiel 2 wurde Pin-On-Plate Gleitprüfungen mit Hin- und Herbewegungen bei 50 °C, einer Frequenz von 1 Hz und Oberflächendrücken von 5, 10, 15, 25 und 30 MPa auf rostfreiem Stahl unterzogen. Die Gesamttestdauer betrug jeweils ca. 1,2 h. Niedrige Reibungskoeffizienten von μ = 0,05 wurden dabei unter Oberflächendrücken von 5 MPa erhalten. In den nachstehenden Figuren sind einige beispielhafte Anwendungen dargestellt. Es zeigt:The composite of Example 2 according to the invention was subjected to pin-on-plate sliding tests with oscillations at 50 ° C., a frequency of 1 Hz and surface pressures of 5, 10, 15, 25 and 30 MPa on stainless steel. The total test duration was approx. 1.2 h in each case. Low coefficients of friction of μ = 0.05 were obtained under surface pressures of 5 MPa. The following figures show some exemplary applications. It shows:
Fig. 1 a) - d) eine Buchse mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung;Fig. 1 a) - d) a socket with a coating according to the invention;
Fig. 2. einen Faserverbundwerkstoff mit einem erfindungsgemäßenFig. 2. a fiber composite material with an inventive
Verschleißschutz; undWear protection; and
Fig. 3 einen Bolzen, der mit einem erfindungsgemäßen Verschleißschutz beschichtet ist.Fig. 3 is a bolt which is coated with a wear protection according to the invention.
In Fig. Ia und Ib sind die Abmessungen einer Buchse 10 dargestellt, die beispielsweise im Flugzeug oder Hubschrauber eingesetzt wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. Ia ist die Buchse sowohl innen als auch an der Stirnseite des Flansches 11 mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung (Liner) 1 beschichtet. Das entsprechende fertige Bauteil ist in Fig. 1 c dargestellt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. Ib ist lediglich das Inner der Buchse 10 mit dem Liner 1 versehen; das fertige Bauteil ist entsprechend in Fig. Id dargestellt.In Fig. Ia and Ib, the dimensions of a socket 10 are shown, which is used for example in the aircraft or helicopter. In the embodiment according to FIG. 1a, the bushing is coated on both the inside and on the front side of the flange 11 with a coating (liner) 1 according to the invention. The corresponding finished component is shown in Fig. 1 c. In the embodiment according to FIG. Ib, only the interior of the bushing 10 is provided with the liner 1; the finished component is shown in Fig. Id accordingly.
Fig. 2 zeigt einen Faserverbundwerkstoff (z.B. eine CFRP- Komponente) 20 sowie dessen Beschichtung 1, die in der rechten Hälfte der Abbildung für unterschiedliche Dicken (0,3 mm, 0,5 mm und 1 mm) dargestellt ist. Die Beschichtung 1 ist sehr gut bearbeitbar und kann an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst werden.Fig. 2 shows a fiber composite material (e.g., a CFRP component) 20 and its coating 1 shown in the right half of the figure for different thicknesses (0.3mm, 0.5mm and 1mm). The coating 1 is very easy to work and can be adapted to the particular application.
In Fig. 3 ist ein weiteres Beispiel dargestellt, das einen Bolzen 30 mit einer Buchse 31 zeigt, wobei der Bolzen 30 mit einem Verschleißschutz 1 gemäß der Erfindung versehen ist. ie Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die im Zusammenhang mit Figuren 1 beschriebenen Anwendungsbeispiele beschränkt. In Fig. 3, another example is shown, which shows a bolt 30 with a bushing 31, wherein the bolt 30 is provided with a wear protection 1 according to the invention. The invention is of course not limited to the application examples described in connection with FIG.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften, umfassend eine polymere Matrix und ein Schmiermittel, wobei das Schmiermittel eine aktivierte Oberfläche aufweist.A composite having lubricating properties comprising a polymeric matrix and a lubricant, the lubricant having an activated surface.
2. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Matrix mindestens ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe umfassend phenolisches Polymerharz, Phenol-2. Composite having lubricating properties according to claim 1, characterized in that the polymeric matrix comprises at least one polymer selected from the group comprising phenolic polymer resin, phenolic
Formaldehyd-(PF) Polymerharz, Melamin-Formaldehyd-(MF) Harz, Harnstoff- Formaldehyd-Harz, Allylesterharz, Polyimidharz, Polyamidharz, oder Epoxidharz.Formaldehyde (PF) polymer resin, melamine-formaldehyde (MF) resin, urea-formaldehyde resin, allyl ester resin, polyimide resin, polyamide resin, or epoxy resin.
3. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Matrix ein3. Composite material with lubricating properties according to one of claims 1 or 2, characterized in that the polymeric matrix
Epoxidharz umfasst.Epoxy resin includes.
4. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel ausgewählt ist aus Fasern von mindestens einem Schmiermittel ausgewählt aus der Gruppe umfassend Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluorethylenpropylen-Copolymer (FEP), Perfluoralkoxy-Polymere (PFA), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid (PVF), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) oder Polytrifluorchlorethylen (E-CTFE).4. Composite having lubricating properties according to one of claims 1-3, characterized in that the lubricant is selected from fibers of at least one lubricant selected from the group comprising polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroethylene propylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy polymers (PFA ), Polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) or polytrifluorochloroethylene (E-CTFE).
5. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Fasern durch Ätzverfahren aktiviert ist. 5. Composite material with lubricating properties according to claim 4, characterized in that the surface of the fibers is activated by etching.
6. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel aktivierte PTFE-Fasern mit einer Länge von etwa 0,05 bis 6,5 mm, bevorzugt mit einer Länge von 0,075 bis 0,2 mm umfasst.6. Composite having lubricating properties according to one of claims 4 or 5, characterized in that the lubricant comprises activated PTFE fibers with a length of about 0.05 to 6.5 mm, preferably with a length of 0.075 to 0.2 mm ,
7. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel in einer Konzentration von 3 - 75 Gewichts-%, bevorzugt in einer Konzentration von 3 - 20 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs vorliegt.A composite having lubricating properties according to any one of claims 1-6, characterized in that the lubricant is present in a concentration of 3 to 75% by weight, preferably in a concentration of 3 to 20% by weight, based on the total weight of the composite ,
8. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach einem der Ansprüche 3 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Epoxid-Matrix ein Epoxy- Äquivalentgewicht von bis zu 500 g/mol, vorzugsweise von 125 bis 225 g/mol umfasst.8. Composite with lubricating properties according to any one of claims 3-7, characterized in that the epoxy matrix has an epoxy equivalent weight of up to 500 g / mol, preferably from 125 to 225 g / mol.
9. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach Anspruch 8, wobei die Epoxid-Matrix ein Epoxid-Äquival entgewicht von 155 bis 170 g/mol umfasst.A composite having lubricating properties according to claim 8, wherein the epoxy matrix comprises an epoxide equivalent weight of 155 to 170 g / mol.
10. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach Anspruch 9, wobei die Epoxid-Matrix ferner mit einem trifunktionalen Reaktivverdünner modifiziert ist.The composite having lubricating properties of claim 9, wherein the epoxy matrix is further modified with a trifunctional reactive diluent.
11. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach Anspruch 8, worin die Epoxid-Matrix ein Epoxid-Äquivalentgewicht von 185 bis 200 g/mol aufweist.11. A composite having lubricating properties according to claim 8, wherein the epoxy matrix has an epoxide equivalent weight of 185 to 200 g / mol.
12. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach Anspruch 1 1, worin die Epoxid-Matrix ferner mit einem bifunktionalen Reaktivverdünner modifiziert ist. A composite having lubricating properties according to claim 1 1, wherein the epoxy matrix is further modified with a bifunctional reactive diluent.
13. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach Anspruch 8, wobei die Epoxid-Matrix ein Epoxid-Äquivalentgewicht von 180 bis 195 g/mol umfasst.13. A composite having lubricating properties according to claim 8, wherein the epoxy matrix comprises an epoxide equivalent weight of 180 to 195 g / mol.
14. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff eine Epoxid- Matrix und einen Härter umfasst, wobei die Epoxid-Matrix in einem Verhältnis von 100:20 bis 100:80 zum Härter, noch bevorzugter in einem Verhältnis von 100:50 bis 100:60 oder 100:33 bis 100:40 zum Härter vorliegt.A composite having lubricating properties according to any of claims 1-13, characterized in that the composite comprises an epoxy matrix and a hardener, the epoxy matrix being in a ratio of 100: 20 to 100: 80 to the hardener, more preferably in a ratio of 100: 50 to 100: 60 or 100: 33 to 100: 40 to the curing agent.
15. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach einem der15. Composite material with lubricating properties according to one of
Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff ferner einen organischen und/oder anorganischen Füllstoff umfasst, vorzugsweise ausgewählt aus mindestens einem Stoff aus der Gruppe umfassend Polyamid (PA), Polyphenylsulfid (PPS), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyoxymethyl-Copolymer (POM) und Wolframdisulfid (WS2).Claims 1-14, characterized in that the composite material further comprises an organic and / or inorganic filler, preferably selected from at least one substance from the group comprising polyamide (PA), polyphenylsulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyoxymethyl copolymer ( POM) and tungsten disulfide (WS 2 ).
16. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtkonzentration des Füllstoffes in einem Bereich von 0 - 50 Gewichts-%, bevorzugt in einem Bereich von 10 - 20 Gewichts- %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffes liegt.16. The composite having lubricating properties according to claim 15, characterized in that the total concentration of the filler is in a range of 0-50% by weight, preferably in a range of 10-20% by weight, based on the total weight of the composite.
17. Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff einen Reibungskoeffizienten von μ = 0,04 bis 0,08, bevorzugt einen Reibungskoeffizienten von μ = 0,045 bis 0,055 aufweist.17. Composite material with lubricating properties according to one of claims 1-16, characterized in that the composite material has a coefficient of friction of μ = 0.04 to 0.08, preferably a coefficient of friction of μ = 0.045 to 0.055.
18. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes mit schmierenden Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass eine polymere Matrix mit mindestens einem Schmiermittel mit aktivierter Oberfläche vermischt wird und die Mischung ausgehärtet wird.18. A method for producing a composite material with lubricating properties, characterized in that a polymeric matrix with at least a lubricant with activated surface is mixed and the mixture is cured.
19. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Matrix ein Epoxidharz ist und (a) eine Komponente der Epoxid-Matrix mit mindestens einem Schmiermittel mit aktivierter Oberfläche vermischt wird, (b) die zweite Komponente der Epoxid-Matrix damit vermischt wird und (c) die Mischung ausgehärtet wird.19. A method for producing a composite material according to claim 18, characterized in that the polymeric matrix is an epoxy resin and (a) a component of the epoxy matrix is mixed with at least one lubricant with activated surface, (b) the second component of the epoxy Matrix is mixed with it and (c) the mixture is cured.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei die Mischung auf eine Oberfläche eines Trägermaterials aufgetragen wird, anschließend unter Bildung einer Beschichtung auf dem Trägermaterial ausgehärtet wird, und nachfolgend maschinell bearbeitet wird, wobei die Beschichtung eine Dicke von 0,05 bis 2,00 mm, noch bevorzugter eine Dicke von 0,1 bis 0,3 mm aufweist.20. The method according to any one of claims 18 or 19, wherein the mixture is applied to a surface of a substrate, then cured to form a coating on the substrate, and is subsequently machined, wherein the coating has a thickness of 0.05 to 2 , 00 mm, more preferably has a thickness of 0.1 to 0.3 mm.
21. Verwendung eines Verbundwerkstoffs mit schmierenden Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Beschichtung von Gleitlagern, Wellen, Gelenklagern, Pressverbindungen, Abstandsblechen, Bolzen, Muffen, Reibdichtungen, selbst-klebende Isolierungen und Folien, Sitzschienen, Türschließmechanismen, Gewebematten aus Stahl, Keramik oder Kunststoff,21. Use of a composite material with lubricating properties according to one of claims 1 to 17 for coating plain bearings, shafts, spherical bearings, press connections, spacer plates, bolts, sleeves, friction seals, self-adhesive insulation and films, seat rails, door closing mechanisms, fabric mats made of steel, ceramic or plastic,
Verschleißschutz für CFRP Bestandteile, insbesondere für die Anwendung in der Luftfahrttechnik.Wear protection for CFRP components, in particular for use in aviation technology.
22. Vorrichtung ausgewählt aus Gleitlagern, Wellen, Gelenklagern, Pressverbindungen, Abstandsblechen, Bolzen, Muffen, Reibdichtungen, selbstklebende Isolierungen und Folien, Sitzschienen, Türschließmechanismen, Gewebematten aus Stahl, Keramik oder Kunststoff, Verschleißschutz für CFRP Bestandteile, umfassend eine Beschichtung aus einem Verbundwerkstoff mit schmierenden Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 bis 17. 22. Device selected from plain bearings, shafts, spherical bearings, press joints, spacer plates, bolts, sleeves, friction seals, self-adhesive insulation and foils, seat rails, door closing mechanisms, fabric mats made of steel, ceramic or plastic, wear protection for CFRP Ingredients comprising a coating of a composite having lubricating properties according to any one of claims 1 to 17.
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