專利名稱：Ptfe系滑動(dòng)材料、軸承和ptfe系滑動(dòng)材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及PTFE系滑動(dòng)材料、軸承、特別是涉及車用冷氣機(jī)壓縮機(jī)用軸承、以及 PTFE系滑動(dòng)材料的制備方法。
背景技術(shù)：
PTFE(聚四氟乙烯)是代表性的低摩擦的摩擦材料，具有如下特征。(1)熔點(diǎn)有人發(fā)表了以下的研究熔點(diǎn)為固定的327°C或者具有幅度等。(2)熔融粘度熔融粘度在327°C下為IOll-IO12泊，非常高，市售PTFE即使在熔點(diǎn)以上也幾乎不流動(dòng)。因此燒結(jié)后容易殘留孔洞。(3)結(jié)晶性被分類為結(jié)晶性樹脂，分子量大。(4)處理方法將含有PPFE的微粒、表面活性劑和水等的PTFE分散液含浸在多孔燒結(jié)層中，進(jìn)行燒結(jié)，作為軸承使用。(5)組織若對(duì)燒結(jié)前的PTFE進(jìn)行剪切，則可以容易地進(jìn)行纖維化(原纖化)。纖維組織在燒結(jié)后可見部分消失，但若提高精度進(jìn)行觀察，則可見殘留。因此，如上述(4)那樣進(jìn)行處理的PTFE滑動(dòng)材料呈現(xiàn)纖維狀晶體的形態(tài)。提高PTFE耐磨損性的技術(shù)大致分為通過(guò)添加劑和改良PTFE本身的組織來(lái)進(jìn)行。首先列舉通過(guò)添加劑提高耐磨損性的以往的技術(shù)。專利文獻(xiàn)1 日本特開平1-108413號(hào)公報(bào)提出在背襯金屬的多孔層中含浸被覆芳族聚醚酮、PTFE和氟化金屬。專利文獻(xiàn)2 日本特開平8-41484號(hào)公報(bào)中公開了添加下述成分A、B、C的PTFE系滑動(dòng)材料。成分A 磷酸鹽、硫酸鋇。成分B:硅酸鎂、云母。成分C :Pb、Sn、Pb-Sn合金。根據(jù)實(shí)施例，將PTFE和石油系溶劑含浸在背襯金屬(裏金back metal)鋼板的多孔層中，在 200°C下使溶劑蒸發(fā)，接著進(jìn)行輥壓，在370°C下加熱10分鐘，再次進(jìn)行輥壓。作為固體潤(rùn)滑劑具有優(yōu)異特性的1 由于環(huán)境問(wèn)題，其使用受到限制，因此專利文獻(xiàn)3 日本特開2002-20568號(hào)公報(bào)中提出了在PTFE中添加硫酸鋇、二硫化鉬、石墨等作為其對(duì)策。該專利文獻(xiàn)的實(shí)施例中，將硫酸鋇等添加劑與PTFE樹脂(通過(guò)乳液聚合得到的球狀膠體疏水性樹脂)混合，通過(guò)輥將混合物含浸在背襯金屬的多孔層內(nèi)，在370-420°C下燒結(jié)。接著給出改良PTFE系材料的結(jié)構(gòu)的以往的技術(shù)。專利文獻(xiàn)4 日本特開2007-09216號(hào)公報(bào)提出PTFE系樹脂的耐磨損性、耐燒結(jié)性在如壓縮機(jī)用主軸承的不平衡載荷那樣的嚴(yán)格條件下不能令人滿意，作為其對(duì)策，通過(guò)進(jìn)行二次燒結(jié)，使邊界層(鏡界層)消失，可強(qiáng)化PTFE。作為不屬于上述兩種分類的任何一種的方法，專利文獻(xiàn)5 日本特開2008-69196 號(hào)公報(bào)中記載少量含有全氟辛酸作為制備時(shí)的助劑、將用丙烯酸樹脂系分散劑分散的 PTFE分散液含浸在背襯金屬的多孔層內(nèi)，在380-430°C下燒結(jié)的方法。另外，丙烯酸樹脂分散劑中所含的羧基對(duì)軸承性能產(chǎn)生不良影響。不過(guò)，在PTFE的燒結(jié)溫度下，丙烯酸樹脂完
3全分解需要數(shù)小時(shí)-數(shù)十小時(shí)，所以完全分解丙烯酸樹脂是不可能實(shí)施的，因此，將最終燒結(jié)品中丙烯酸樹脂的殘留量規(guī)定為相對(duì)于PTFE為0. 5%以下。車用冷氣機(jī)壓縮機(jī)用主軸承以及推力滾針軸承(二一卜^ 7，7卜軸受)中大多采用如下得到的PTFE系滑動(dòng)材料在背襯金屬上，將氟樹脂與Pb、Zn、硫酸鋇、石墨等固體潤(rùn)滑材料的混合物含浸在多孔銅合金燒結(jié)層中并干燥、燒結(jié)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平1-108413號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開平8-41484號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2002-20568號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本特開2007-9216號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 日本特開2008-69196號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所需解決的課題從確保對(duì)PTFE系滑動(dòng)材料特別要求的耐磨損性的角度考慮，通常的提高耐磨損性的方法有除PTFE樹脂之外還混合聚醚醚酮等硬質(zhì)樹脂或耐磨損添加材料等的方法，但這些方法對(duì)汽車壓縮機(jī)用軸承而言無(wú)法保障足夠的性能。使用本發(fā)明的PTFE系滑動(dòng)材料的車用冷氣機(jī)壓縮機(jī)用軸承結(jié)構(gòu)是常規(guī)結(jié)構(gòu)。所述軸承設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)上施加不平衡載荷(片荷重urAalanced load)，是含浸PTFE系軸承材料的多孔銅合金燒結(jié)層承受局部載荷、在PTFE系樹脂層上滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)。PTFE系軸承材料利用 PTFE的轉(zhuǎn)移帶來(lái)的降低摩擦的效果。在壓縮機(jī)的使用環(huán)境下，形成邊界潤(rùn)滑，PTFE的轉(zhuǎn)移效果弱，另外，PTFE與硬質(zhì)樹脂或耐磨損性添加材料的界面的結(jié)合力弱，因此無(wú)法獲得耐磨損性。因此，必須通過(guò)多孔燒結(jié)層上樹脂皮膜的強(qiáng)化來(lái)提高滑動(dòng)性能。專利文獻(xiàn)4所提出的二次燒結(jié)法可以滿足上述要求，但是有導(dǎo)致成本增加的問(wèn)題。因此，本發(fā)明的目的在于對(duì)施加了不平衡載荷、容易發(fā)生偏磨損的部件中所使用的PTFE系樹脂的特性進(jìn)行改良。特別是本發(fā)明的目的在于對(duì)用于車用冷氣機(jī)的壓縮機(jī)主軸承的PTFE系滑動(dòng)材料的性能進(jìn)行改良，所述主軸承因結(jié)構(gòu)上承受不平衡載荷，以磨損部分為起點(diǎn)，摩擦增大，從而形成導(dǎo)致扭矩增加的問(wèn)題，如果這樣持續(xù)使用下去則導(dǎo)致燒損。解決課題的手段本發(fā)明人對(duì)于PTFE的強(qiáng)化材料進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)若在盡量阻斷氧的狀態(tài)下、在PTFE燒結(jié)溫度附近，從表面活性劑等的有機(jī)材料中除去碳以外的氧、氫、氮等，使表面活性劑等碳化，則碳化的物質(zhì)與PTFE纖維相互纏結(jié)，且與在PTFE分散液中添加碳化物或石墨顆粒并燒結(jié)所得的材料相比，碳化物非常微細(xì)地分散，因此PTFE被膜得到強(qiáng)化，結(jié)果耐磨損性提高。這也是由于，本發(fā)明中所使用的低聚物或聚合物具有親水基團(tuán)，均勻地分散于PTFE分散液中。

圖1是示意性地表示通過(guò)掃描式電子顯微鏡觀察基于上述認(rèn)識(shí)得到的試驗(yàn)材料的結(jié)果的圖，圖中，1為纖維狀PTFE，由于PTFE分散液的混合而相互纏結(jié)形成帶狀，2是具有親水基團(tuán)的低聚物或聚合物碳化后得到的物質(zhì)(以下稱為“碳化物”)。即，若著眼于纖維狀PTFEl來(lái)觀察碳化物2，則1在其彎曲部夾持2，或者2存在于1的附近。著眼于碳化物2來(lái)觀察纖維狀PTFE，則1以包圍2的方式存在。若觀察全體，則在相互纏結(jié)的 PTFE纖維1之間混有碳化物2。本發(fā)明的PTFE系滑動(dòng)材料的特征在于在背襯金屬表面的多孔燒結(jié)層中含浸 PTFE并且燒結(jié)而成、并且根據(jù)情況進(jìn)一步含浸固體潤(rùn)滑劑和耐磨損添加劑的任一種或兩者而成的PTFE系滑動(dòng)材料中，上述纖維狀PTFE的相互纏結(jié)結(jié)構(gòu)中混有將低聚物或聚合物碳化所得的碳，本發(fā)明的PTFE系滑動(dòng)材料的制備方法是將含有具親水基團(tuán)的低聚物和聚合物的1種或2種而成的PTFE分散液進(jìn)行燒結(jié)的制備方法，其特征在于在非氧化性氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，由此可以使上述具親水基團(tuán)的低聚物和聚合物的1種或2種碳化，作為強(qiáng)化成分殘留。以下詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。如上所述，PTFE分散液是以PTFE微粒和活性劑(表面活性劑)為基本成分，在聚合物固形成分較多時(shí)添加，根據(jù)情況向其中添加硫酸鋇、石墨、鐵磷化合物等。將PTFE分散液含浸在背襯金屬表面的多孔層中，在通常的PTFE的熔點(diǎn)附近燒結(jié)，在該階段，將水或表面活性劑蒸發(fā)。根據(jù)本發(fā)明人的試驗(yàn)可知，通過(guò)控制燒結(jié)條件，在燒結(jié)中，存在于PTFE分散液中的聚合物固形成分以及表面活性劑的氧、氫、氮等碳以外的物質(zhì)被除去，實(shí)質(zhì)上只有碳，即，被碳化。該氧、氫等的除去處理中，含浸PTFE層的表面中，揮發(fā)成分呈焦油狀，若進(jìn)一步持續(xù)燒結(jié)，則焦油狀物質(zhì)被除去，燒結(jié)材料全體中，表面活性劑等實(shí)質(zhì)上形成碳。這樣形成的物質(zhì)是碳化物。對(duì)本發(fā)明的碳化物進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)X射線衍射分析，其結(jié)構(gòu)并不形成石墨等的晶體結(jié)構(gòu)，是無(wú)定形結(jié)構(gòu)。碳化物是在低聚物分子中的揮發(fā)成分除去后，碳之間形成聚集微粒，所述微粒不是被覆PTFE纖維的形態(tài)，而是夾雜在更粗的PTFE纖維的相互纏結(jié)結(jié)構(gòu)之間，并且附著或接近于纖維的表面，即，由于是混于上述相互纏結(jié)結(jié)構(gòu)中，因此碳化物顆粒使PTFE纖維難以移動(dòng)，得到強(qiáng)化，并且PTFE纖維和碳化微粒分別與對(duì)磨材料(相手材 counterpart material)滑動(dòng)。本發(fā)明中使用的低聚物優(yōu)選具有非離子系親水基團(tuán)的表面活性劑，具體是脂肪酸系，例如聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺等；高級(jí)醇系，聚氧乙烯烷基醚、烷基糖苷等；烷基酚系，例如聚氧乙烯烷基苯基醚等。進(jìn)一步優(yōu)選的是高級(jí)醇系、烷基酚系。本發(fā)明中，兩性表面活性劑也可以使用烷基胺氧化物。聚合物優(yōu)選使用聚乙烯醇、聚丙烯酸等聚合物。優(yōu)選這些低聚物、聚合物為水溶性的，溶解于PTFE分散液中的水，為不損害分散穩(wěn)定性的物質(zhì)。即使只使市售的聚合物分散液中所含的表面活性劑碳化也具有效果，可以將上述表面活性追加添加到市售的聚合物分散液中，也可以在通常的燒結(jié)時(shí)間內(nèi)同時(shí)進(jìn)行燒結(jié)和碳化物的形成。若事后添加的表面活性劑量多，則碳化物的量增多，并且提高皮膜強(qiáng)度，因此優(yōu)選。不過(guò)，若添加過(guò)多的親水性有機(jī)物，則PTFE分散液的粘度提高，在多孔燒結(jié)層中的含浸性變差，因此必須調(diào)節(jié)添加量。上述以外的背襯金屬、多孔燒結(jié)層、含浸層的厚度等是公知的，可以適當(dāng)采用專利文獻(xiàn)4 (段落號(hào)0007)中說(shuō)明的材料。本發(fā)明的PTFE系滑動(dòng)材料可以進(jìn)一步含有固體潤(rùn)滑劑和耐磨損添加劑的任一種
5或兩者，所述固體潤(rùn)滑劑優(yōu)選為選自、石墨、BaS04、ai和1 的至少一種，所述耐磨損添加劑優(yōu)選為選自A1203、BN、鐵磷系化合物、SiO2和芳族聚酯的至少一種。并且進(jìn)一步優(yōu)選背襯金屬為鋼板、且多孔燒結(jié)層為銅合金。本發(fā)明的PTFE系滑動(dòng)材料可優(yōu)選用于汽車或家用壓縮機(jī)的主軸承。本發(fā)明的PTFE系滑動(dòng)材料可以防止不平衡載荷導(dǎo)致的偏磨損，其理由可以認(rèn)為起因于碳化物的(1)分散均勻性、(2)微粒形態(tài)、(3)相互纏結(jié)結(jié)構(gòu)中的分散、(4)碳化物導(dǎo)致的強(qiáng)化。S卩，本發(fā)明的表面活性劑的碳化所形成的碳化物是在分散液中均勻分散的液狀表面活性劑的幾乎所有成分揮發(fā)而殘留的物質(zhì)，含浸后仍可保持微細(xì)分散形態(tài)。并且，碳化物分散于PTFE纖維的相互纏結(jié)結(jié)構(gòu)中，使該纖維在滑動(dòng)時(shí)難以移動(dòng)，從而使材料整體強(qiáng)化。 因此，即使在無(wú)法期待PTFE的轉(zhuǎn)移的狀況下，仍可發(fā)揮足夠的耐磨損性。與此相對(duì)，硫酸鋇和石墨由于其物性而具有使耐磨損性提高的作用，但是由于是粉末狀物體的添加混合，因此不具有使PTFE均勻分散的功能，因此缺乏起因于該性質(zhì)的全部上述(1)-(4)。接著，平均15 μ m左右的本末芳族聚酯形成全體與PTFE混合的狀態(tài)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)⑵、(3)、(4)。與此相對(duì)，本發(fā)明的碳化物使PTFE纖維纏結(jié)存在，因此不僅不妨礙PTFE 與對(duì)磨材料接觸的接觸狀態(tài)，而且在滑動(dòng)時(shí)使PTFE纖維難以移動(dòng)。以下通過(guò)實(shí)施例更具體地說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施發(fā)明的最佳方式
實(shí)施例在厚度0. 85mm的低碳鋼(S15C)的背襯金屬上層合厚度0. 3mm青銅燒結(jié)層。使用以下材料作為滑動(dòng)材料的成分。PTFE(大金工業(yè)制備商品名水。-J 7 α > rM ^ "一 ” 3 > D1E，相對(duì)于100重量份摻混3重量份非離子系表面活性劑(日油化學(xué)產(chǎn)品，非離子HS-204. 5)作為碳化強(qiáng)化材料)。需說(shuō)明的是，PTFE分散液不會(huì)分離成水和其它成分。另外，表中的比較例1是不添加上述非離子系表面活性劑、使燒結(jié)氣氛為空氣、不進(jìn)行碳化強(qiáng)化的實(shí)例。MoS2 平均粒徑1. 0 μ m(住礦潤(rùn)滑劑社制備商品名PA粉末)石墨平均粒徑1. 0 μ m(日本石墨社制備商品名CSSP)BaSO4 平均粒徑10 μ m(堺化學(xué)社制備商品名BMH-100)Al2O3 平均粒徑0. 5 μ m (和光純藥社制備商品名M60G-B)BN 平均粒徑1 μ m(電氣化學(xué)工業(yè)社制備商品名SP_1)將上述滑動(dòng)材料成分摻混并混合形成表1的組成，然后平穩(wěn)地進(jìn)行混煉，使PTFE 不聚集，將使PTFE纖維化得到的漿含浸在于背襯金屬上燒結(jié)銅合金粉末得到的多孔層內(nèi)， 在約100°C下干燥，然后，對(duì)于實(shí)施例，在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行380°C、5分鐘的燒結(jié)。通過(guò)顯微鏡觀察實(shí)施例的樣品時(shí)，如圖1所示的那樣，在纖維狀PTFE的相互纏結(jié)結(jié)構(gòu)中混有碳化物，另一方面，對(duì)于比較例，只觀察到纖維狀PTFE的相互纏結(jié)結(jié)構(gòu)。由該結(jié)果可知，原來(lái)在PTFE 分散液中添加的表面活性劑完全分解并揮發(fā)。接著如圖2所示，配置薄板試驗(yàn)材料3和圓筒狀對(duì)磨材料4，進(jìn)行磨損量的測(cè)定。 試驗(yàn)條件如下。
速度0.3m/ 秒載荷5MPa試驗(yàn)時(shí)間3小時(shí)溫度室溫對(duì)磨材料JISSCM415潤(rùn)滑無(wú)試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。[表 1]
權(quán)利要求
1.PTFE系滑動(dòng)材料，該材料是將PTFE含浸在背襯金屬表面的多孔燒結(jié)層中并燒結(jié)而成的、是含浸纖維狀PTFE以及根據(jù)情況進(jìn)一步含浸固體潤(rùn)滑劑和耐磨損添加劑的任一種或者兩者而成的PTFE系滑動(dòng)材料，其特征在于上述纖維狀PTFE的相互纏結(jié)結(jié)構(gòu)中混有低聚物或聚合物的碳化物。
2.權(quán)利要求1的PTFE系滑動(dòng)材料，其中，上述固體潤(rùn)滑劑是選自、石墨、BaS04、Zn 和1 的至少一種。
3.權(quán)利要求1或2的PTFE系滑動(dòng)材料，其中，上述耐磨損添加劑是選自A1203、BN、鐵磷系化合物、SiO2和芳族聚酯的至少一種。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的PTFE系滑動(dòng)材料，其中，上述聚合物是聚乙烯醇或聚丙烯酸。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的PTFE系滑動(dòng)材料，其中，上述低聚物是非離子系表面活性劑。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的PTFE系滑動(dòng)材料，其中，背襯金屬是鋼板，且上述多孔燒結(jié)層是銅合金。
7.汽車或家用壓縮機(jī)用軸承，該軸承中使用了權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的PTFE系滑動(dòng)材料。
8.PTFE系滑動(dòng)材料的制備方法，該方法是將含有具親水基團(tuán)的低聚物和聚合物的1種或2種而成的PTFE分散液進(jìn)行燒結(jié)，其特征在于通過(guò)使上述燒結(jié)氣氛為非氧化性氣氛，使上述具親水基團(tuán)的低聚物和聚合物的1種或2種碳化，作為強(qiáng)化成分殘留。
全文摘要
本發(fā)明涉及PTFE系滑動(dòng)材料，所述材料是將PTFE含浸在背襯金屬表面的多孔燒結(jié)層中并燒結(jié)而成的、是含浸纖維狀PTFE以及根據(jù)情況進(jìn)一步含浸固體潤(rùn)滑劑和耐磨損添加劑的任一種或者兩者而成的PTFE系滑動(dòng)材料，該材料可以提高在作為空調(diào)軸承使用時(shí)所要求的對(duì)偏磨損的耐磨損性。在纖維狀PTFE1的相互纏結(jié)結(jié)構(gòu)中混有低聚物或聚合物的碳化物2。
文檔編號(hào)C08J5/16GK102216633SQ20098014246
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者上田弘, 吉川勝, 澤本章 申請(qǐng)人:大豐工業(yè)株式會(huì)社