專利名稱：：減少摩擦并增強(qiáng)耐磨性的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種減少摩擦并提高耐磨性的制品，特別是涉及一種具有減少摩擦和提高耐磨性的含氟樹脂制品，其適于非潤(rùn)滑軸承和動(dòng)力密封使用。含氟聚合物或樹脂，對(duì)化學(xué)藥品和熱具有較強(qiáng)的抵抗力，其已被廣泛用于工業(yè)和民用樹脂。然而，傳統(tǒng)的含氟聚合物，由于材料的磨損或蠕變變形，其不能在摩擦運(yùn)動(dòng)的環(huán)境中使用。為了克服此缺點(diǎn)，可在傳統(tǒng)的含氟聚合物中加入某種填充劑。然而，此種填充劑會(huì)破壞含氟樹脂的固有的優(yōu)良性質(zhì)。其結(jié)果，它的使用范圍受到環(huán)境的限制，且不能全部獲得滿意的效果。相應(yīng)地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種產(chǎn)品，其可降低摩擦并提高耐磨性，與此同時(shí)可保持聚合物的固有的優(yōu)良性能。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種產(chǎn)品，其可降低摩擦和提高耐磨性，同時(shí)也提高了負(fù)載電阻。根據(jù)本發(fā)明的第一特征，具有降低摩擦和增強(qiáng)耐磨性的產(chǎn)品，包含一成形樹脂，其包含至少一種電離輻射輻照的含氟聚合物。成形樹脂可以包括重量百分比從1％到100％的粉未狀的含氟聚合物，及從99％到0％的高分子聚合物，該高分子聚合物不受電離輻射的影響。該成形樹脂可通過(guò)對(duì)模壓粉末的混合物壓制而成。其中該混合物主要包含重量百分比從1％到100％的粉末狀的含氟聚合物，及從99％到0％的不受電離輻射影響的高分子聚合物。該含氟聚合物在有氧存在的情況下最好接受全部放射劑量為從1KGY到10MGY的電離輻射。且其最好能在不低于起始含氟聚合物熔點(diǎn)的溫度下接受電離輻射。根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)特征，具有降低摩擦和提高耐磨性的產(chǎn)品，其包含一種成形樹脂，該成形樹脂包含從1％到100％的粉末狀的電離輻射照射的含氟聚合物，電離輻射照射的含氟聚合物粉末的每一顆粒的直徑小于1毫米，其中該電離輻射照射的含氟聚合物粉末其具有如此的特性即包含重量百分比小于99％的高分子聚合物和多于1％的電離輻射照射含氟聚化物粉末的成形樹脂的磨損系數(shù)小于僅包含高分子聚合物的成形樹脂的一半。該電離輻射照射的含氟聚合物粉末最好在有氧存在的情況下接受總劑量為1KGY到10MGY的電離輻射。最好地，該電離輻射照射含氟聚合物粉末為這種含氟聚合物粉末，其在氧存在的情況下在不低于起始含氟聚合物熔點(diǎn)的溫度下接受電離輻射。根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)特征，具有降低摩擦和增強(qiáng)耐磨性的產(chǎn)品，其包含一成形樹脂，該成形樹脂包含電離輻射照射的含氟聚合物，其峰值結(jié)晶熔點(diǎn)低于325℃，結(jié)晶的熱量小于40J/g，且磨損系數(shù)小于包含非照射含氟聚合物的成形樹脂的一半。該電離輻射照射的含氟聚合物最好為一種含氟聚合物，其在氧存在的情況下在不低于起始含氟聚合物熔點(diǎn)的溫度下接受電離輻射。最好地，該成形樹脂通過(guò)模壓電離輻射照射的含氟聚合物粉末壓制而成，該電離輻射照射的含氟聚合物粉末是在氧存在的條件下在不低于起始含氟聚合物熔點(diǎn)的溫度下接受電離輻射的粉末。按照本發(fā)明的具有降低摩擦及增強(qiáng)耐磨性的產(chǎn)品，其特征在于具有一包含電離輻射照射的含氟聚合物的成形樹脂。該電離輻射照射的含氟聚合物為一種接受電離輻射的含氟聚合物。在日本公開專利申請(qǐng)No.6-116423(美國(guó)專利No.5,444,103)，No.7-118423和No.7-118424中揭示了一種制造電離輻射照射的聚四氟乙烯聚合物的工藝，(此后用PTFE代表)，其通過(guò)在特定條件下使PTFE接受電離輻射，從而在抗斷伸展和抗斷強(qiáng)度的輻射激發(fā)的衰減的降低方面有所提高。本發(fā)明中使用的含氟聚合物可包括PTFE，四氟乙烯-全氟(烷基乙烯醚)聚合物(此處指PFA)，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(此處指FEP)及其類似物。該P(yáng)TFE可包含摩爾百分比小于0.2％的單體，其可以為諸如全氟(烷基乙烯醚)，六氟丙烯，全氟(烷基乙烯)及三氟氯乙烯的共聚物。如果含氟聚合物包含前述的共聚物，則它們的分子結(jié)構(gòu)中也可包含少量的其它元素。根據(jù)本發(fā)明，該產(chǎn)品不僅可由單一的含氟聚合物的化合物組成，也可為兩種或更多化合物的混合物構(gòu)成。此外，高分子聚合物，而非含氟聚合物，特別是具有熱電阻特性的高分子聚合物可混入含氟聚合物的單一化合物中，或混入兩種或更多化合物的混合物中。在此情況下，不僅合成的混合物可接受電離輻射，而且單一的含氟聚合物也可接受電離輻射，然后其與高分子聚合物混合。該高分子聚合物在氧存在的情況下最好具有高于300℃的熱阻。此種高分子聚合物包含諸如乙烯-四氟乙烯共聚物，乙烯-氟氯乙烯共聚物，丙烯-四氟乙烯共聚物和亞乙烯氟化物-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物；聚酰亞胺，芳族酰胺，聚芳烯硫化物和芳族聚酯的含氟聚合物。為了制造本發(fā)明的產(chǎn)品，其工藝步驟包括將含氟聚合物預(yù)制成預(yù)先設(shè)定的形狀，然后焙燒該預(yù)制品，接著使其接受一般使用的電離輻射。根據(jù)不同的情況，該產(chǎn)品可以通過(guò)其它的包含不同步驟的工藝制造，例如(a)通過(guò)受壓來(lái)模壓預(yù)先接受電離輻射的含氟聚合物，(b)通過(guò)受壓來(lái)模壓預(yù)先接受電離輻射的含氟聚合物和其它未被照射的聚合物粉末的混合物(c)通過(guò)壓制來(lái)將含氟聚合物粉末和具有熱阻特性的高分子聚合物的混合物預(yù)制成一預(yù)先設(shè)定的形狀及(D)制成一含氟聚合物薄片，將該薄片接受電離輻射，然后將該薄片模沖成一預(yù)先設(shè)定的形狀。在本發(fā)明中，輻射出的電離輻射可以為r射線，電子束，x射線，中子束及高能離子。電離輻射最好在有氧存在的情況下進(jìn)行，且總的輻射劑量最好在1KGY到10MGY的范圍內(nèi)。因此，就減少摩擦、增強(qiáng)耐磨性及負(fù)載電阻特性而言較好的全部輻射劑量是處于10KGY到1500KGY的范圍內(nèi)。當(dāng)含氟聚合物接受電離輻射時(shí)，該聚合物最好在不低于起始含氟聚合物熔點(diǎn)的溫度下加熱。例如，為獲得一離子輻射照射的PTFE，起始PTFE最好在高于其結(jié)晶熔點(diǎn)327℃的溫度下接受電離輻射。如果PFA，或FEP被用作起始含氟聚合物，它們最好分別在高于其熔點(diǎn)327℃和275℃的溫度下接受電離輻射。將起始含氟聚合物在不低于其結(jié)晶熔點(diǎn)的溫度下加熱，激發(fā)含氟樹脂的主鏈內(nèi)的分子的運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果是便于分子間的交聯(lián)反應(yīng)。過(guò)度的加熱會(huì)導(dǎo)致鏈分子間的斷開和分離。因此，加熱溫度應(yīng)該在比起始含氟樹脂的結(jié)晶熔點(diǎn)高10度到30度的范圍內(nèi)，從而控制此脫聚合現(xiàn)象的發(fā)生。按照本發(fā)明的具有降低摩擦及增強(qiáng)耐磨性的產(chǎn)品適合于多種用途，例如非潤(rùn)滑軸承和動(dòng)力密封，復(fù)印機(jī)的滾軸，及軸承襯墊，而傳統(tǒng)的含氟聚合物產(chǎn)品不適用于這些情況。下面提供實(shí)例的目的在于更深入闡述本發(fā)明并不受此限制。[實(shí)例1-6]將0.5mm厚的商用PTFE薄片在低于0.01乇(即有氧存在的情況下)的真空度下在340℃的高溫接受不同總量電子束輻射來(lái)獲得本發(fā)明的薄片產(chǎn)品。全部劑量分別為50KGY(實(shí)例1)，100KGY.(實(shí)例2)，300KGY(實(shí)例3)，500KGY(實(shí)例4)，1000KGY(實(shí)例5)和1500KGY(實(shí)例6)。對(duì)實(shí)例1-6和沒(méi)接受任何電離輻射(比較1)的高用PTFE薄片進(jìn)行摩擦和磨損測(cè)量實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果顯示在表1中。該實(shí)驗(yàn)使用了推進(jìn)型摩擦和磨損測(cè)量?jī)x，其中這些薄片的每一樣品是通過(guò)一柱狀環(huán)(外徑和內(nèi)徑分別為25.6mm和20.6mm)以2.5Kg/cm2的壓力下壓，并以0.5m/sec的速度移動(dòng)測(cè)量2小時(shí)。PV值(用壓力乘以速度計(jì)算)為1.25Kg·m/cm2·sec。測(cè)試完成后，對(duì)每一樣品測(cè)量其減少的重量。每個(gè)樣品減少的重量轉(zhuǎn)換為所減少的體積，其被柱狀環(huán)的接觸面積相除而計(jì)算出摩擦深度。最終的磨損系數(shù)K(m·sec/MPa/m/hr×10-6)用如下公式來(lái)計(jì)算W＝KPVT，其中W為磨損深度(m)，P為負(fù)載(MPa)，V為速度(m/sec)，及T為時(shí)間(hr)。表1<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="757">摩擦系數(shù)磨損系數(shù)實(shí)例10.320.9實(shí)例20.280.03實(shí)例30.320.1實(shí)例40.340.1實(shí)例50.420.2實(shí)例60.390.2比較10.28非正常磨損</table></tables>[實(shí)例7-10]具有50μm厚度的商用PFA薄膜(AFLONP-63P，由ASAHIGLASS有限公司制造)被粘結(jié)到SUS304片上，并在不同溫度下用不同的總輻射劑量在真空度低于0.01乇(即有氧存在的情況下)的條件下接受電子束輻射來(lái)獲得本發(fā)明的薄膜產(chǎn)品。溫度和總的劑量分別為315°，100KGY(實(shí)例7)；315℃，1000KGY(實(shí)例8)；315℃，500KGY(實(shí)例9)；及310℃，100KGY(實(shí)例10)。對(duì)實(shí)例7-10和沒(méi)接受離子輻射的商用PFA薄膜(比較2)進(jìn)行摩擦和磨損測(cè)量試驗(yàn)，其測(cè)量結(jié)果示于表2中。用于測(cè)量實(shí)例7和8的磨損系數(shù)的推進(jìn)型摩擦和磨損測(cè)量?jī)x器與表7中的用來(lái)測(cè)量實(shí)例1-6的相同，而實(shí)例9和10的磨損性質(zhì)的測(cè)量使用的是盤上帶銷型摩擦及磨損測(cè)量?jī)x。用磨損深度表示磨損性質(zhì)，該磨損深度的測(cè)量條件為球的直徑為1/4英寸(6.350mm)，負(fù)載為0.2Kg，圓周線速度為5m/min，測(cè)量時(shí)間為10小時(shí)。對(duì)于比較2，其摩擦系數(shù)和磨損深度分別采用推進(jìn)型摩擦和磨損測(cè)量?jī)x和盤上帶銷型摩擦和磨損測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。表2摩擦系數(shù)磨損深度(μm)實(shí)例70.09--實(shí)例80.09--實(shí)例9--11實(shí)例10--10比較20.2031</table></tables>[實(shí)例11]PTFE模壓粉末(TEFLON70)，由DuPONT-MITSUIFLUORO-CHFMICALS公司制造)，其主要包含四氟乙烯和全氟(烷基乙烯醚)，其中前者單體與后者單體的摩爾比為99.9∶0.1，且粉末的平均微粒直徑為50μm，其預(yù)先被模壓和焙燒制得直徑100mm高度為100mm的柱狀塊。然后從塊上切去0.5mm厚的樣品片并使其在低于0.01乇(即在有氧存在的情況下)的真空度下在340℃的高溫下接受總劑量為100KGY的電子束輻射來(lái)獲得本發(fā)明的薄片產(chǎn)品。[實(shí)例12]PTFE模壓粉末(FLuoNG190，由ASAHIGLASS公司生產(chǎn))，其平均顆粒直徑為40μm，使其在低于0.01乇真空度(即在有氧存在的情況下)下在350℃的高溫下接受總劑量為100KGY的電子束輻射。此后通過(guò)氣流式研磨機(jī)將粉末研磨成平均顆粒直徑大約為20μm的更細(xì)粉末，然后在300℃下進(jìn)行12小時(shí)的熱處理以將高揮發(fā)物質(zhì)蒸發(fā)掉(大約0.1％)。準(zhǔn)備重量百分比為10％的接受輻射的精細(xì)粉末和重量百分比為90％的非照射的PTFE模壓粉末的混合物，然后預(yù)先模壓并焙燒以獲得本發(fā)明的薄片制品。表3表示了對(duì)實(shí)例11和實(shí)例12所測(cè)量的摩擦系數(shù)和磨損系數(shù)。表3還顯示了對(duì)于樣品(比較3)的磨損系數(shù)的測(cè)試結(jié)果，該樣品是從塊狀樣品11上切取且未接受電子束輻射。測(cè)試所使用的推進(jìn)型摩擦和磨損測(cè)量?jī)x與表1中實(shí)例1-6所使用的相同。表3</tables>[實(shí)例13]PTFE模壓粉末(G-163，由ASAHIGLASS有限公司制造)其中粉末的平均顆粒直徑為40μm，且比重為2.16，在真空度低于0.01乇(即在有氧存在情況下)在350℃的高溫下接受總劑量為100KGY的電子束輻射。此后，該粉末通過(guò)氣流式研磨機(jī)研靡成更細(xì)的平均直徑大約為20μm的粉末，然后在300℃進(jìn)行12小時(shí)的熱處理以將高揮發(fā)物質(zhì)蒸發(fā)掉(大約為0.1％)。被照射的PTFE粉末被裝入一金屬模具中，并預(yù)先用200-700kg/cm2的壓力壓制成型，然后放入電子爐中并在350℃-400℃的溫度下焙燒以獲得本發(fā)明的50mm(長(zhǎng))×50mm(寬)×10mm(厚)的塊狀制品。該塊狀制品的比重為2.18。[實(shí)例14]將用與實(shí)例13相似工藝生產(chǎn)的重量百分比為50％的經(jīng)過(guò)電子束照射過(guò)的PTFE粉末與和實(shí)例13的起始PTFE粉末相同的重量百分比為50％的非照射PTFE粉末通過(guò)混合機(jī)混合。然后，將該混合物填入一金屬模具中并用200-700kg/cm2的壓力壓制成型，然后放入電子爐中并在350-400℃的溫度下進(jìn)行熱處理以獲得本發(fā)明的50mm(長(zhǎng))×50mm(寬)×10mm(厚)的塊狀制品。該塊狀制品的比重為2.17。[比較4]非照射的PTFE粉末(與實(shí)例13的起始PTFE粉末相同)被填入金屬模具中并用200-700kg/cm2的壓力壓制成型，然后放入電子爐中并在350℃-400℃的溫度下熔燒以獲得作為對(duì)比的50mm(長(zhǎng))×50mm(寬)×10mm(厚)的塊狀制品。表4顯示了對(duì)實(shí)例13和14及比較4的所測(cè)量的摩擦系數(shù)和磨損系數(shù)。其所使用的推進(jìn)型摩擦及磨損測(cè)試儀與表1中實(shí)例1-6所使用的相同。表4實(shí)例15，16]PTFE模壓粉末(G-163，由ASAHI玻璃有限公司生產(chǎn))，其中粉末的平均顆粒直徑為40μm，其比重為2.16，使其在低于0.01乇(即在有氧存在的情況下)的真空度下在350℃的高溫下來(lái)接受50KGY(實(shí)例15)和100KGY(實(shí)例16)兩種不同總劑量的電子束輻射。此后，每一粉末用氣流式研磨機(jī)研磨成平均直徑為20μm的更細(xì)粉末。然后在300℃下進(jìn)行12小時(shí)的熱處理以蒸發(fā)掉高揮發(fā)物質(zhì)(0.1％)。每一照射過(guò)的PTFE粉末被填入金屬模具中并用200-700kg/cm2的壓力預(yù)先壓制成型，然后放入電子爐中并在350-400℃的溫度下焙燒以獲得本發(fā)明的50mm(長(zhǎng))×50mm(寬)×10mm(厚)的塊狀制品。該塊狀制品的比重為2.1-2.3。對(duì)于實(shí)例15和16，除了用與表1中實(shí)例1-6所使用的相同的推進(jìn)式摩擦和磨損測(cè)試僅測(cè)試磨損系數(shù)外，從每一塊上切除大約10mg的樣品，并放入一專用盤內(nèi)來(lái)測(cè)其熔點(diǎn)和結(jié)晶熱量。為此測(cè)量，使用了一種專門的掃描測(cè)熱儀(DSC7，由FERIN-ELMER制造)。表5中示出了測(cè)試結(jié)果。表5熔點(diǎn)(℃)結(jié)晶熱量(J/g)磨損系數(shù)實(shí)例15323.834.21.6實(shí)例16321.034.30.2</table></tables>通過(guò)比較實(shí)例和對(duì)比制品的前述結(jié)果可明顯看出，按照本發(fā)明的制品顯示了較低的摩擦系數(shù)，其證明了制品的優(yōu)良潤(rùn)滑特性，并增強(qiáng)了耐磨損性，而每個(gè)比較樣品則顯示了超常的磨損或相當(dāng)大的磨損深度。由于這些優(yōu)點(diǎn)，按照本發(fā)明的制品證實(shí)了在摩擦運(yùn)動(dòng)環(huán)境中具有非常廣泛的用途。雖然為了完全并清楚地揭示本發(fā)明，已結(jié)合特定實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，所附的權(quán)利要求不只局限于此，而對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所做的全部修改和替代都全部落入這里所描述的基本技術(shù)范圍之中。權(quán)利要求1.一種具有降低摩擦和增強(qiáng)耐磨性的制品，其特征在于，包含一成形樹脂，其包含至少一種電離輻射照射的含氟聚合物。2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于所述的成形樹脂為一電離輻射照射的含氟聚合物的壓模。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制品，其特征在于所述的成形樹脂是在含氟聚合物的模壓之后接受電離輻射來(lái)制得的。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制品，其特征在于所述的成形樹脂在有氧存在的情況下接受全部劑量為從1KGY到10MGY的所述電離輻射。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制品，其特征在于所述的成形樹脂在不低于起始含氟聚合物的熔點(diǎn)的溫度下來(lái)接受電離輻射。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于所述的成形樹脂包含重量百分比從1％到100％的所述接受電離輻射的所述含氟聚合物粉末，和重量百分比從99％到0％的未接受所述電離輻射的高分子聚合物。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其特征在于所述含氟聚合物粉末具有小于1mm的平均顆粒直徑。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其特征在于所述的成形樹脂是通過(guò)壓制粉末的混合物模壓而成，所述的混合物主要包括重量百分比從1％到100％的所述電離輻射照射的含氟聚合物，和從99％到0％的未接受所述電離輻射的高分子聚合物粉末。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制品，其特征在于所述電離輻射照射的含氟聚合物粉末是在有氧存在的情況下使其接受總劑量從1KGY到10MGY的電離輻射而制得.10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制品，其特征在于所述電離輻射照射含氟聚合物粉末是在有氧存在的條件下在不低于起始含氟聚合物的熔點(diǎn)的溫度下接受電離輻射而制得的。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于所述含氟聚合物是從包含四氟乙烯聚合物，四氟乙烯-全氧(烷基乙烯醚)共聚物和四氟乙烯-六氟丙烯共聚物的基團(tuán)中選擇的。12.一種具有降低摩擦和增強(qiáng)耐磨性的制品，其特征在于包含一種包含一種電離輻射照射的含氟聚合物的成形樹脂，其熔點(diǎn)低于325℃，結(jié)晶熱量低于40J/g，磨損系數(shù)小于包含非照射含氟聚合物成形樹脂的一半。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制品，其特征在于所述的成形樹脂是通過(guò)模壓含氟聚合物，然后在有氧存在的情況下在不低于起始含氟聚合物的熔點(diǎn)的溫度下接受電離輻射而制得。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制品，其特征在于所述的成形樹脂是通過(guò)壓制電離輻射照射的含氟聚合物粉末模壓而成，所述的電離輻射照射的含氟聚合物粉末是在有氧存在的條件下在不低于起始含氟聚合物的熔點(diǎn)的溫度下接受電離輻射的粉末。全文摘要一種具有降低摩擦和增強(qiáng)耐磨性的制品，其包含一成型樹脂，該成型樹脂包含至少一種接受了電離輻射的含氟聚合物。成型樹脂可以包含重量百分比從1％到100％的粉末狀含氟聚合物和從99％到0％的未接受電離輻射的高分子聚合物。含氟聚合物最好在氧存在的情況下在不低于起始含氟聚合物的熔點(diǎn)的溫度下接受總劑量從1KGY到10MGY的電離輻射。文檔編號(hào)B29C71/04GK1164541SQ9710398公開日1997年11月12日申請(qǐng)日期1997年4月11日優(yōu)先權(quán)日1996年4月11日發(fā)明者瀨口忠男,笠井升,中山明成,柳生秀樹,田畑米穗,乙幡和重,池田重利,大島明博,兩角三春,野村真澄申請(qǐng)人:日立電線株式會(huì)社,雷泰克株式會(huì)社,旭硝子株式會(huì)社