專利名稱：復合軸承的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及復合軸承及制造該復合軸承的方法。
背景技術：
在多種高負載的應用中，復合軸承可用來提供低磨損率。復合軸承是通常有用的，其特征在于含纖維表面襯套的組合，該襯套包括設置在熱固性樹脂內的聚四氟乙烯和高強度纖維的受控纖維編織式樣或者其它的聚合物。例如，已知提供有一種熱固性樹脂軸承，其帶有含PTFE線和其它聚合織物的襯套，它們一起粘附在樹脂上，并提供了低摩擦系數(shù)，用于使磨損最小化。
PTFE纖維設置在自潤滑軸承表面上，在工作期間，該纖維會隨著溫度和纖維應力的增加而損壞。一種克服這種缺陷的嘗試已使PTFE纖維補充有石墨纖維、石墨粉末以及其它材料，以改善高溫磨損性能。
在某些應用中，由于石墨對用來制作軸、諸如碳鋼的材料會是腐蝕性的，因而含有石墨的自潤滑軸承的使用是不合要求的。例如，在水力發(fā)電應用中，應當避免鋼軸的電化腐蝕。
從而，存在對這樣一種自潤滑軸承的需要，該軸承不能包括對碳鋼腐蝕的材料，并且在諸如磨損壽命和散熱方面，但不限于這兩個方面，該軸承能夠表現(xiàn)得與含有石墨的自潤滑軸承相似。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了復合軸承和制造該復合軸承的方法。在聚合基體中，該復合軸承包括聚四氟乙烯(PTFE)顆粒和潤濕劑，它們與PTFE纖維和第二纖維狀材料結合在一起。
本發(fā)明還提供了制造復合軸承的方法，該方法包括以下步驟在心軸上設置多個包括聚四氟乙烯和樹脂粘合材料的纖維，所述纖維設置在包括聚四氟乙烯顆粒和潤濕劑的熱固性樹脂內；和使所述熱固性樹脂固化，以形成剛性復合物。
從而，提供一種復合軸承，該軸承在應當避免電化腐蝕的應用中會是有用的。在諸如磨損壽命和散熱方面，但不限于這兩個方面，該軸承可表現(xiàn)得與含有石墨的自潤滑軸承相似，或者更好。


附圖示出了本發(fā)明的實施例。
圖1是本發(fā)明所述的復合軸承實施例的透視圖；圖2是沿圖1中軸承的線2-2所得到的截面?zhèn)纫晥D的放大細節(jié)。
具體實施例方式
本發(fā)明的復合軸承包括具有表面的支撐殼；和設置在所述表面上的潤滑襯套，該襯套包括與第二纖維狀材料繞在一起的聚四氟乙烯纖維，所述纖維處于包括聚四氟乙烯顆粒和潤濕劑的聚合基體內。潤濕劑能操作減小樹脂材料的表面能，并能使樹脂材料潤濕PTFE顆粒，使得PTFE顆粒能夠均勻地遍布用來制備所述聚合基體的樹脂材料。潤濕的PTFE顆粒能夠減少設置在軸承聚合基體內的纖維的損壞。
現(xiàn)在參照

復合軸承。復合軸承100包括支撐殼10，其具有表面。在該表面上設置有潤滑襯套20，該襯套包括與第二纖維狀材料繞在一起的聚四氟乙烯纖維。在一個實施例中，襯套可以是自潤滑的。這些纖維被設置在包括PTFE顆粒和潤濕劑的聚合基體內。
本發(fā)明的第二纖維狀材料包括能夠粘合在襯套20的聚合基體上的任何聚合纖維材料。具體的聚合纖維材料可基于其價格、均勻性或者強度來選擇。在一個實施例中，第二纖維狀材料可包括能夠與聚四氟乙烯纖維纏繞在一起的聚合纖維?？捎迷诒景l(fā)明中的纏繞的聚合纖維可包括粘合樹脂紗線，而且可包括聚酯、尼龍、芳族聚酰胺或者纖維質材料。在一個實施例中，粘合樹脂紗線可包括DACRON聚酯。在另一個實施例中，粘合樹脂紗線可包括NOMEX尼龍。
支撐殼10可包括對于制備剛性支撐殼10有用的任何材料。例如，支撐殼10可包括由適合金屬制成的背襯或者殼體，襯套20通過粘合劑方式能夠固定在支撐殼10上。在可用于水力發(fā)電應用的實施例中，本發(fā)明的支撐殼10和襯套20的聚合基體可包括諸如適于用在軸承中的任何公知的熱固性樹脂的樹脂材料，但不限定于熱固性樹脂。有用的熱固性樹脂殼包括在固化期間具有高強度和低收縮性的那些樹脂。在本發(fā)明中有用的樹脂材料的一個實例是環(huán)氧樹脂。在一個實施例中，環(huán)氧樹脂可包括聚醚樹脂，其最初通過對雙酚A和表氯醇進行聚合而形成。適合用來制造支撐殼10和襯套20的聚合基體的可能的材料進一步的實例是玻璃/環(huán)氧樹脂、玻璃/聚脂、玻璃/酚、亞麻/酚和棉/酚。
可能有用的兩類環(huán)氧樹脂配方包括與各種酐或者胺反應的那些配方種類，這兩類配方基于它們的硬化劑活性成分。在一個實施例中，本發(fā)明的環(huán)氧樹脂可包括大約1500份重量的EPON826或者828(殼牌化學公司)、1350份重量的硬化劑和30份重量的固化催化劑，硬化劑諸如甲基酐(酐&化學公司)或者NADIC甲基酐(Buffalo顏料公司)，但不限定于這些硬化劑，催化劑諸如“BDMA”苯甲基二甲胺催化劑DY062(Ciba-Geigy公司)，但不限定于該催化劑。
可使用任何PTFE顆粒，只要該顆粒具有足夠大的所要潤濕的總體表面積并且能夠均勻地分散在樹脂材料內。在一個實施例中，95％的PTFE顆粒的顆粒尺寸小于500微英寸(ASTM D4895)。在另一個實施例中，95％的PTFE顆粒的顆粒尺寸大于200微英寸(ASTM D4895)。可用在本發(fā)明中的、商業(yè)上能買到的PTFE顆粒的實例包括有特富龍62和600A(杜邦公司)；CD1和CD014(ICI公司)；特氟隆(Hostaflon)TF-2053和TF-2071(泰良(Dyneon)公司)，但不限于這些PTFE顆粒。PTFE量的上限可由多種因素確定，諸如價格、樹脂材料最后得到的粘性、復合材料最終的壓縮強度以及能夠與涂敷的纖維繞在一起的容易程度，但不限定于這些因素。在一個實施例中，PTFE顆粒在聚合基體內的量小于15％的重量比。在另一個實施例中，PTFE顆粒在聚合基體內的量大于1％的重量比。在另一個實施例中，PTFE顆粒在聚合基體內的量處于8％-12％之間的重量比。
在一個實施例中，可將PTFE顆?；旌显谝环N環(huán)氧樹脂配方成分中，以除去團。在固體分散業(yè)里，球磨機、輥磨機以及高剪切攪拌機是來完成這項任務的公知設備。
能操作使得用來制備聚合基體的樹脂材料的表面能減少的任何潤濕劑都可用來潤濕PTFE顆粒。潤濕后的PTFE顆?？梢员任礉櫇竦腜TFE顆粒更容易地懸浮和更均勻地分布在樹脂材料內。而且，潤濕后的PTFE顆?？梢员任礉櫇竦腜TFE顆粒有更低的團聚率。潤濕后的PTFE顆粒在樹脂材料內的分布甚至可以提高質量控制和復合軸承的性能特征。在本發(fā)明中特別有用的潤濕劑可基于用來制備聚合基體的樹脂材料和該樹脂材料的表面能?？赡苡杏玫臐櫇駝┑膶嵗ㄖT如非離子硅氧烷共聚物的非離子潤濕劑，非離子硅氧烷諸如TroySolTMS366和367(Troy化學公司)和Silwet L7600(聚二甲基硅氧烷甲基乙氧基化物，GE硅樹脂公司)。其它有用的非離子潤濕劑可包括Triton X-100和X-305(聚乙二醇辛基苯基醚，Dow化學公司)。在一個實施例中，其中，樹脂材料包括熱固性環(huán)氧樹脂，潤濕劑可包括非離子硅氧烷共聚物。
在一個實施例中，PTFE顆?？赏ㄟ^在室溫(25℃或以下)攪拌10分鐘的混合物來潤濕，該混合物包括NADIC甲基酐、PTFE顆粒和TroySolTMS366潤濕劑。該混合物可用工業(yè)“Jiffy”或者“快速推進式攪拌機”進行攪拌。24小時后，該混合物在室溫下重新攪拌另一個10分鐘。最后得到的分散可用來將襯套繞線的PTFE和粘合樹脂紗線繞成螺旋狀織物。
在本發(fā)明方法的一個實施例中，可將兩股聚酯(DACRON)或者尼龍(NOMEX)和一股PTFE纖維繞在一起，并以螺旋狀形式繞在鍍鉻的鋼心軸上。在又一個實施例中，纖維被繞成大約0.01-1.0英寸(0.025cm-2.54cm)的平均壁厚。在另一個實施例中，纖維被繞成大約0.025-0.035英寸(0.063cm-0.089cm)的平均壁厚。在另一個實施例中，卷繞之前，可將螺旋狀繞線浸入包括PTFE顆粒和潤濕劑的環(huán)氧樹脂中，以浸透所述的纖維。在另一個實施例中，本發(fā)明的軸承可使用以下方法來制造在用包括PTFE粉末和潤濕劑的環(huán)氧樹脂浸漬之前，或者之后，將纖維編織管套到心軸上或者將纖維織布纏繞在心軸上。
通過以下實例說明本發(fā)明的某些好處。每個實例都在GlacierGarlock(冰川格洛克)軸承公司研制的低擺幅(HOT)軸承試驗機上進行試驗，以試驗自潤滑軸承在一般大于4000psi的中位載荷和一般3英尺/分(91.4厘米/分)的中位速度的條件下的磨損壽命。對于該機器試驗的軸承產品而言，軸向±5°的擺動模式能夠模擬多種商業(yè)應用，諸如在水力發(fā)電機上的水閘門的樞軸機構。軸承載荷通過裝載重量的機械懸臂系統(tǒng)施加在包圍在殼體中的固定軸承上。軸支撐在超出試驗范圍的軸承兩側上，變速電動機通過保持在恒定載荷下的試驗軸承驅動該軸。磨損深度通過接觸區(qū)域中點的軸承壁厚的變化而測得。
實例實例1(對照)PTFE-Dacron纖維繞線復合軸承(新澤西州Thorofare的冰川格洛克公司生產的1620-11 MLG軸承)，該軸承不帶有PTFE顆?；蛘邼櫇駝贖OT試驗機上用以下試驗條件對該軸承進行試驗壓力＝4300psi、擺動＝10°(總共)+/-5°(從中央)、速度＝200循環(huán)/分、剛軸拋光＝7微英寸AA和大約100-200洛氏硬度“B”的表面硬度。該試驗作為“對照標準”，其進行了近似90小時的時間，在110萬次循環(huán)下造成了0.017英寸(0.043cm)的磨損深度。
實例2在相同的試驗條件下，對具有實例1的襯套復合物和結構的、但還包括在環(huán)氧樹脂襯套內的PTFE顆粒和潤濕劑的軸承進行HOT試驗，在試驗的最后造成了0.007英寸(0.018cm)的磨損深度。
以如下方式對PTFE顆粒進行潤濕。使用工業(yè)“Jiffy”或者“快速推進式攪拌機”攪拌包括NADIC甲基酐(8kg)、特富龍#62PTFE細粉末(2kg)和TroySolTMS366(0.2kg)的混合物10分鐘。24小時后，在將該混合物重新攪拌另一個10分鐘。將最后得到的分散與Epon 828環(huán)氧樹脂(9kg)和BDMA(0.2kg)再攪拌15分鐘。從而將PTFE-Dacron纖維繞線復合軸承制造成1620-11試驗軸承，該軸承具有實例1的襯套復合物和結構，但它還包括在環(huán)氧樹脂襯套內的PTFE顆粒和潤濕劑。
對根據(jù)實例1和2制備的軸承進行它們的低幅磨損(4.3ksi(千克每平方英寸)和110萬次循環(huán))試驗。實例1(對比)的軸承具有2.5×10-13的磨損率(英寸/循環(huán))/(psi×fpm(英尺每分))。包含PTFE顆粒的實例2的軸承具有1.0×10-13的磨損率(英寸/循環(huán))/(psi×fpm)。
權利要求
1.一種復合軸承，其包括具有表面的支撐殼；和設置在所述表面上的潤滑襯套，該潤滑襯套包括與第二纖維狀材料繞在一起的聚四氟乙烯纖維，所述纖維處于包括聚四氟乙烯顆粒和潤濕劑的聚合基體中。
2.如權利要求1所述的復合軸承，其中，95％的聚四氟乙烯顆粒具有小于500微英寸的顆粒尺寸。
3.如權利要求1所述的復合軸承，其中，95％的聚四氟乙烯顆粒具有大于200微英寸的顆粒尺寸。
4.如權利要求1所述的復合軸承，其中，所述聚合基體包括重量比小于15％的聚四氟乙烯顆粒。
5.如權利要求1所述的復合軸承，其中，所述聚合基體包括重量比大于1％的聚四氟乙烯顆粒。
6.如權利要求1所述的復合軸承，其中，所述潤濕劑包括非離子硅氧烷共聚物。
7.如權利要求1所述的復合軸承，其中，所述第二纖維狀材料包括與所述聚四氟乙烯纖維卷繞在一起的聚合纖維。
8.如權利要求7所述的復合軸承，其中，所述聚合纖維包括可粘合樹脂紗線。
9.如權利要求7所述的復合軸承，其中，所述聚合纖維包括聚酯、尼龍、芳族聚酰胺或者纖維質纖維。
10.如權利要求7所述的復合軸承，其中，所述聚合纖維和聚四氟乙烯纖維被設置在樹脂材料內。
11.如權利要求7所述的復合軸承，其中，所述樹脂材料包括熱固性聚合物。
12.如權利要求9所述的復合軸承，其中，所述聚合物殼包括樹脂材料。
13.如權利要求9所述的復合軸承，其中，所述聚合物殼包括熱固性聚合物。
14.如權利要求13所述的復合軸承，其中，所述聚合物殼還包括玻璃纖維。
15.一種自潤滑復合軸承，其包括具有增強的熱固性樹脂的殼，其上具有表面；和設置在所述殼的所述表面上的襯套，所述襯套包括設置在熱固性聚合基體內的聚四氟乙烯顆粒、潤濕劑和多個纏繞纖維，其中，所述的多個纖維包括聚四氟乙烯以及聚酯或者尼龍中的至少一個。
16.如權利要求15所述的自潤滑復合軸承，其中，所述的多個纖維以螺旋狀纏繞。
17.如權利要求15所述的自潤滑復合軸承，其中，所述潤濕劑包括非離子硅氧烷共聚物。
18.如權利要求15所述的自潤滑復合軸承，其中，95％的聚四氟乙烯顆粒具有200微英寸到500微英寸范圍之間的顆粒尺寸。
19.一種制造復合軸承的方法，其包括以下步驟在心軸上設置多個包括聚四氟乙烯和第二纖維狀材料的纖維，所述纖維被設置在包括聚四氟乙烯顆粒和潤濕劑的熱固性樹脂內；和固化所述熱固性樹脂，以形成剛性復合物。
20.如權利要求19所述的方法，其中，所述方法還包括將所述剛性復合物從所述心軸上除去的步驟。
21.如權利要求19所述的方法，其中，所述的設置步驟包括以螺旋狀繞線形式提供所述的多個纖維。
22.如權利要求19所述的方法，其中，所述熱固性樹脂包括環(huán)氧樹脂。
23.如權利要求19所述的方法，其中，所述的設置步驟還包括抽出所述螺旋狀繞線，通過包括聚四氟乙烯顆粒和潤濕劑的環(huán)氧樹脂浴。
24.如權利要求19所述的方法，其中，95％的聚四氟乙烯顆粒具有小于500微英寸的顆粒尺寸。
25.如權利要求19所述的方法，其中，95％的聚四氟乙烯顆粒具有大于200微英寸的顆粒尺寸。
26.如權利要求19所述的方法，其中，所述聚合基體包括重量比小于15％的聚四氟乙烯顆粒。
27.如權利要求19所述的方法，其中，所述聚合基體包括重量比大于1％的聚四氟乙烯顆粒。
全文摘要
提供了復合軸承及制造該復合軸承的方法，在該復合軸承中，包括聚四氟乙烯顆粒和潤濕劑的聚合基體內設置有包括聚四氟乙烯纖維和第二纖維狀材料的襯套。由于石墨對碳鋼會是腐蝕性的，因而該復合軸承可用于水力發(fā)電應用，在水力發(fā)電中，含有石墨的自潤滑軸承是不合要求的。
文檔編號F16C33/20GK1768209SQ200480008848
公開日2006年5月3日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權日2003年4月23日
發(fā)明者邁克爾·R·金, 彭遠鴻, 邁克爾·霍許克 申請人:格萊西爾加洛克軸承公司