專利名稱：免維護的滑動軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種免維護的滑動軸承，包括一個金屬支撐體、一個直接施加在其上
的中間層以及一個施加在該中間層上的滑動層。
背景技術(shù)：
很長時間從現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)知道多種形式的免維護滑動軸承，這些滑動軸承包括 具有一種金屬支撐體材料、一個中間層以及一個施加在其上的滑動層的一種層結(jié)構(gòu)，并且 這些滑動軸承被用在眾多的技術(shù)領(lǐng)域中，例如在汽車工程領(lǐng)域中。 EP 0 394 518 Al描述了一種多層滑動軸承材料，其中金屬支撐體材料優(yōu)選地包 括冷軋鋼，在其上施加了一層全氟代(甲基乙烯醚)和四氟乙烯的聚合物作為中間層。包 括一種PTFE復(fù)合材料的一個滑動層進而被施加在該中間層上。在這種滑動軸承材料中，中 間層具有的功能是建立滑動層到支撐體材料的牢固粘合。首先為了保證中間層到支撐體材 料的粘合，在這種已知的滑動軸承材料中的金屬支撐體材料的表面必須通過濕法化學(xué)設(shè)備 以一種適當(dāng)?shù)姆绞竭M行預(yù)處理。到目前為止最好的結(jié)果是通過鉻酸鹽處理該金屬支撐體的 表面實現(xiàn)的。然而，這種方法因為環(huán)境保護的原因是有問題的并且因此就中期而言應(yīng)該被 替換。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的一個目的是提供一種免維護的滑動軸承，它包括一個金 屬支撐體、一個直接施加在其上的中間層以及一個施加在該中間層上的滑動層，其中保證 了該滑動層到該支撐體材料的長期的優(yōu)異的粘著性并且它的生產(chǎn)在不使用生態(tài)學(xué)上有問 題的表面預(yù)處理方法而完成的。 根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的一種免維護的滑動軸承 實現(xiàn)的，是通過使中間層包括至少一種功能化的熱塑性聚合物，該功能化的熱塑性聚合物 結(jié)合了多個功能基團，這些基團具有式 -C=0, +0-R, 一COH, —C00H禾口 /或一C00R， 其中基團R是具有從1到20個碳原子的環(huán)狀的或者直鏈的有機基團。如果該有機
基團R(例如)僅包含一個碳原子，那么功能基團-(:-o-R優(yōu)選地具有以下化學(xué)式^-0-^:-。 這些功能基團可以通過至少一種改性劑(B)而被結(jié)合到熱塑性聚合物(A)之中。 適當(dāng)?shù)母男詣┦?，例如，馬來酸及其衍生物，具體是它們的酸酐；衣康酸及其衍生物，具體是 它們的酸酐；和/或檸康酸及其衍生物，具體是它們的酸酐。在此，聚合物(A)與改性劑(B) 的比例優(yōu)選地是從99. 9mol% (A) : 0.1mol% (B)到80molX (A) : 20mol% (B)。熔體體 積流動速率(MVR在50°C >在熔點時，并且在7千克載入量情況下)是在從0. 1到1000mm3/ sec的級別。該MVR是聚合物的熔體流動的一種指標(biāo)并且因此可以被用作分子質(zhì)量的一種 粗略的估計。理想的是，該MVR是在5-500mmVsec的級別，特別優(yōu)選地是在從10到200mm3/sec的范圍中。 本發(fā)明的滑動軸承是以由該中間層引起的該滑動層到該支撐體材料的優(yōu)異的粘 附性為特征，根據(jù)本發(fā)明該中間層被配置為一種功能化的熱塑性聚合物(具有上述類型的 功能基團)。由于甚至到該金屬支撐體(具體是冷軋鋼、冷軋以及隨后的電解鍍鋅的鋼、鋁 或者不銹鋼)的一種未經(jīng)處理的表面上的這種優(yōu)異的粘著性，可以省去生態(tài)學(xué)上有問題的 并且處理-密集的濕法化學(xué)預(yù)處理方法(具體是鉻酸鹽處理)。如由本申請人實施的研究 已經(jīng)表明，在例如EP 0 848 031 Bl(其中一種功能化的熱塑性氟聚合物同樣被描述為一種 層壓板的組分)中描述的用于表面預(yù)處理的多種物理方法(例如，通過電暈放電的等離子 體預(yù)處理)不再是必須的。因此，生產(chǎn)本發(fā)明的滑動軸承的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比可以在明 顯更低的成本下進行。 本發(fā)明的一個第一實施方案提供了使該中間層的至少一個功能化的熱塑性聚合 物作為一種功能化的熱塑性氟聚合物，具體是亞乙基四氟乙烯聚合物(ETFE)、全氟烷氧 基-乙烯(PFA)或者四氟乙烯-全氟代(甲基乙烯醚)聚合物(MFA)，特別優(yōu)選地是亞乙基 四氟乙烯聚合物(ETFE)。 該中間層優(yōu)選地不僅包括至少一種功能化的熱塑性聚合物，而且還包括具有以下 化學(xué)式的一種全氟代(甲基乙烯醚)的共聚物
CF2二CF-0-R" 其中&是一個全氟乙基、全氟-n-丙基或者全氟-n- 丁基的基團、以及四氟乙烯。
該中間層的厚度本質(zhì)上對應(yīng)于該金屬支撐體的粗糙度，該金屬支撐體的粗糙度被 定義為該金屬支撐體的表面的粗糙度輪廓的最大輪廓峰值高度與最大輪廓凹陷深度之間 的距離Rmax。以此方式，這首先保證了一種足夠厚的粘合層被施加在該金屬支撐體上，這樣 保證了在該滑動層與該金屬支撐體之間的一種全區(qū)域粘結(jié)。其次，該粘合層還不應(yīng)該制得 太厚。在這種情況下，將會存在一種危險是在連接這些層時，部分的粘合層的會從該粘結(jié)中 壓出或者當(dāng)該滑動軸承受到剪切應(yīng)力時，粘聚力斷裂可能發(fā)生在凸出在該金屬支撐體表面 的粗糙度輪廓之上的該粘合層的一些部分中。 根據(jù)本發(fā)明的一個特別有利的傳授內(nèi)容，它提供了該中間層包括兩層功能化 的熱塑性聚合物，該功能化的熱塑性聚合物具有多個功能化的基團，這些基團具有式
-i-O 、 -<|:-0-R、-々OH、 -COOH和/或-COOR，其中一種金屬性中間層被包埋在這兩層之
間。以此方式實現(xiàn)該材料的改進的可調(diào)整能力。該金屬中間層在此可以被配置為多孔金屬 網(wǎng)。它優(yōu)選地包括不銹鋼、鋁或者銅。 為了改進該滑動軸承的機械以及總體物理特性，該中間層優(yōu)選地包含用來增加和 /或改進熱傳導(dǎo)性和/或耐磨損性的多種填充劑。作為填充劑，給予優(yōu)選的是使用纖維類， 具體是玻璃纖維、碳纖維或者芳族聚酰胺；無機材料類，具體是陶瓷材料類、碳、玻璃、石墨、 氧化鋁、硫化鉬、青銅或者碳化硅，所有無機材料均處于織物、粉末、小球或者纖維的形式； 熱塑材料類，具體是聚酰亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚亞苯基硫化物(PPS)、聚亞苯基 砜(PPS02)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮類(PEEK)、或者芳香族聚酯類(Ekonol);或者礦物 材料類，具體是硅灰石或硫酸鋇；或者它們的混合物。在該中間層中的填充劑的優(yōu)選的比例 是按體積計1% _40%，具體是按體積計5% -30%。該中間層的厚度優(yōu)選地是在從O. 01到0. 1mm的范圍中，具體是從0. 01mm到0. 5mm。 在本發(fā)明的滑動軸承中使用的金屬支撐體可以具有一種不同性質(zhì)的表面。由于該
中間層(包括功能化的熱塑性聚合物)的優(yōu)異粘合特性，該金屬支撐體可以具有一種光滑
表面或者一種粗糙化或有結(jié)構(gòu)的表面(例如通過一種結(jié)構(gòu)的擦刷、噴砂、壓紋來實現(xiàn))。不
管該表面粗糙度如何，該表面還可以是一種表面升級的、具體是電解鍍鋅的表面。 至于所使用的材料，該金屬支撐體可以包括鋼，具體是冷軋鋼，優(yōu)選材料號1. 0338
或者1.0347，或者鍍鋅鋼，不銹鋼，優(yōu)選材料號1.4512或者1.4720，或者鋁或者它們的合金。 施加在該中間層上的滑動層進而優(yōu)選包括一種氟聚合物，具體是聚四氟乙烯、聚 酰胺、聚醚醚酮(PEEK)或者它們的一種混合物。給予特別優(yōu)選的是被配置為一個PTFE化 合物層的滑動層。在此，該滑動層可以被配置為一種多孔塑料薄膜以增加傳導(dǎo)性。
本發(fā)明的免維護滑動軸承當(dāng)該滑動層的厚度是從0. 01到1. 5mm、具體是從0. 1到 0. 35mm時具有優(yōu)異的滑動特性以及長使用壽命。施加在該中間層上的滑動層進而還可以包 含用來增加和/或改進熱傳導(dǎo)性和/或耐磨損性的多種填充劑。這些優(yōu)選地是纖維類，具 體是玻璃纖維、碳纖維或者芳族聚酰胺；無機材料類，具體是陶瓷材料類、碳、玻璃、石墨、氧 化鋁、硫化鉬、青銅或者碳化硅，所有無機材料均處于織物、粉末、小球或者纖維的形式；熱 塑材料類，具體是聚酰亞胺(PI)，聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚亞苯基硫化物(PPS)、聚亞苯基砜 (PPS02)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮類(PEEK)、或者芳香族聚酯類(Ekonol);或者礦物材 料類，具體是硅灰石或硫酸鋇；或者它們的混合物。在該滑動層中的填充劑的比例按體積計 特別優(yōu)選地是從1 %到40 % ，具體是按體積計從5 %到30 % 。 就方法而言，在最初提到的目的是通過如權(quán)利要求1到22中任一項所述的一種用 于生產(chǎn)免維護的滑動軸承的方法來實現(xiàn)的，這是通過將該中間層以及該滑動層在壓力下并 且通過引入熱量在它們的區(qū)域上連接到該支撐體上而實現(xiàn)的。 在此方法中，該金屬支撐體還有該中間層和滑動層都是在每種情況下被作為連續(xù) 的材料從一個巻上巻下并且在一種疊層軋輥裝置中在壓力作用下并且在升高的溫度下彼 此相連接。為了實現(xiàn)中間層到金屬支撐體的進一步改進的粘附性連同金屬支撐體的改進的 腐蝕特性，本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選實施方案提供了在施加該中間層之前使金屬支撐體表 面的進行粗糙化和/或表面升級(例如通過電解鍍鋅)。此外，該金屬支撐體的表面可以通 過機械結(jié)構(gòu)化處理來增強，例如通過擦刷、噴砂、一種結(jié)構(gòu)的壓紋，由于交互重疊的可能性 這在生成的結(jié)合力上具有一種積極的作用。


通過描繪了一個實例的附圖在以下對本發(fā)明進行說明。在附圖中 圖1以示意性的截面視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的滑動軸承，并且 圖2示出了在根據(jù)本發(fā)明的滑動軸承上依照DIN 1895的粘合強度測試的實驗結(jié)
果的圖表。
具體實施例方式
在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的免維護滑動軸承的結(jié)構(gòu)。這里，以1表示該金屬支撐體，同時2表示該中間層并且3表示施加在其上的滑動層。 根據(jù)本發(fā)明，中間層2包括至少一個功能化的熱塑性聚合物，該聚合物具有多個
功能基團，這些基團具有式-i-O 、-々-O-R、-々OH、 -C00H和/或-COOR，其中這些基團R
是具有1到20個碳原子的環(huán)狀的或者直鏈的有機基團。這些功能基團可以通過加入至少 一種改性劑(B)被結(jié)合到熱塑性聚合物(A)中。適合的改性劑是(例如)馬來酸及其衍 生物，具體是它們的酸酐，衣康酸及其衍生物，具體是它們的酸酐，和/或檸康酸以及其衍 生物，具體是它們的酸酐。在此，聚合物(A)與改性劑(B)的比率優(yōu)選地是從99.9molX (A) : 0. lmol% (B)至lj80molX (A) : 20mol% (B)。 在本發(fā)明的情況下，施加在中間層2上的滑動層3被配置為一條PTFE復(fù)合帶，具 體是一種表面預(yù)處理的(優(yōu)選蝕刻的)PTFE復(fù)合帶。所使用的PTFE復(fù)合層3可以包含不 同的填充劑以改進其機械特性，例如纖維類，具體是玻璃纖維、碳纖維或者芳族聚酰胺；無 機材料類，具體是陶瓷材料類、碳、玻璃、石墨、氧化鋁、硫化鉬、青銅或者碳化硅，所有無機 材料均處于織物、粉末、小球或者纖維的形式；熱塑材料類，具體是聚酰亞胺(PI)、聚酰胺 酰亞胺(PAI)、聚亞苯基硫化物(PPS)、聚亞苯基砜(PPS02)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮類 (PEEK)、或者芳香族聚酯類(Ekonol);或者礦物材料類，具體是硅灰石或硫酸鋇；或者它們 的混合物。 在根據(jù)本發(fā)明的免維護的滑動軸承的情況下所實現(xiàn)的改進的粘合強度是由使用 多個夾層的疊層板的180°剝離試驗來確定的。為此目的，生產(chǎn)了具有一種五層結(jié)構(gòu)的多個 樣品，在這種五層結(jié)構(gòu)中的中間層是由一個金屬支撐體形成并且一個中間層2被施加在金 屬支撐體1的每一側(cè)上并且一個外滑動層3被施加在每個中間層2上。確切地說， 一種功 能化的ETFE被選作用于中間層2的材料，等級號1. 0338的冷軋鋼被選作金屬支撐體1并 且具有25%的填充劑含量的一種PTFE復(fù)合帶被選作滑動層3。 在生產(chǎn)夾層結(jié)構(gòu)之后，這些樣品被切成具有25mm寬度的條狀并且隨后依照DIN 1895經(jīng)受一種180°剝離試驗以確定拉伸強度。 如在圖2中給出的試驗結(jié)果所示，與標(biāo)準(zhǔn)ETFE相比可以實現(xiàn)粘合強度的明顯的改 進，具體是在室溫下當(dāng)使用一種功能化的ETFE時，并且這種改進在高溫下仍然存在。如本 申請人:所進行的進一步研究已經(jīng)表明，根據(jù)材料的成分，通過該氟聚合物層的功能化可以 實現(xiàn)粘合強度增加高達(dá)大約800%。
權(quán)利要求
一種免維護的滑動軸承，包括一個金屬支撐體(1)、一個直接施加在其上的中間層(2)以及一個施加在該中間層(2)上的滑動層(3)，其特征在于，該中間層(2)包括至少一個功能化的熱塑性聚合物，該功能化的熱塑性聚合物具有多個功能基團，這些基團具有式-COOH和/或-COOR，其中基團R是具有1到20個碳原子的環(huán)狀的或者直鏈的有機基團。F2007800530133C00011.tif,F2007800530133C00012.tif
2. 如權(quán)利要求l所述的滑動軸承，其特征在于，該中間層(2)的至少一種功能化的熱塑 性聚合物是一種功能化的熱塑性氟聚合物，具體是一種乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、全 氟代烷氧基乙烯(PFA)或一種四氟乙烯-全氟代(甲基乙烯醚)共聚物(MFA)，其中特別優(yōu) 選乙烯_四氟乙烯共聚物(ETFE)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的滑動軸承，其特征在于，包括至少一種功能化的熱塑性聚合 物的該中間層(2)進一步包括一種具有以下化學(xué)式的全氟代(烷基乙烯醚)的共聚物<formula>formula see original document page 2</formula>其中&是一個全氟乙基、全氟-n-丙基、或者全氟-n- 丁基，以及四氟乙烯。
4. 如權(quán)利要求1到3中任一項所述的滑動軸承，其特征在于，該中間層(2)的厚度實質(zhì) 上對應(yīng)該金屬支撐體(1)的粗糙度，該金屬支撐體的粗糙度被定義為該金屬支撐體(1)的 表面的粗糙度輪廓的最大輪廓峰值高度與最大輪廓凹陷深度之間的距離。
5. 如權(quán)利要求1到3中任一項所述的滑動軸承，其特征在于，該中間層(2)包括兩層該 功能化的熱塑性聚合物，該功能化的熱塑性聚合物具有多個功能基團，這些功能基團具有以下化學(xué)式-i-0、 0-R、-々OH、-C00H和/或-C00R，其中，一種金屬性中間層被包埋 在這兩層之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的滑動軸承，其特征在于，該金屬性中間層被配置為多孔金屬網(wǎng)。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的滑動軸承，其特征在于，該金屬性中間層包括不銹鋼、鋁或青銅。
8. 如權(quán)利要求1到7中任一項所述的滑動軸承，其特征在于，該中間層(2)包含用來增 加和/或改進熱傳導(dǎo)和/或耐磨損性的多種填充劑。
9. 如權(quán)利要求8所述的滑動軸承，其特征在于，該中間層(2)包含作為填充劑的纖維 類，具體是玻璃纖維、碳纖維或者芳族聚酰胺；無機材料類，具體是陶瓷材料類、碳、玻璃、石 墨、氧化鋁、硫化鉬、青銅或者碳化硅，所有無機材料均處于織物、粉末、小球或者纖維的形 式；熱塑材料類，具體是聚酰亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚亞苯基硫化物(PPS)、聚亞 苯基砜(PPS02)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮類(PEEK)、或者芳香族聚酯類(Ekonol);或者 礦物材料類，具體是硅灰石或硫酸鋇；或者它們的混合物。
10. 如權(quán)利要求8或者9所述的滑動軸承，其特征在于，填充劑的比例按體積計是從 1 %到40 % ，具體是按體積計從5 %到30 % 。
11. 如權(quán)利要求1到10中任一項所述的滑動軸承，其特征在于，該中間層(2)具有的厚 度是從0. 01到0. lmm，具體是從0. 01到0. 05mm。
12. 如權(quán)利要求1到11中任一項所述的滑動軸承，其特征在于，該金屬支撐體(1)具有 一個光滑的表面。
13. 如權(quán)利要求1到11中任一項所述的滑動軸承，其特征在于，該金屬支撐體(1)具有一種粗糙化的表面。
14. 如權(quán)利要求1到13中任一項所述的滑動支撐體，其特征在于，該金屬支撐體(1)具有一種表面升級的、具體是電解鍍鋅的表面。
15. 如權(quán)利要求1到14中任一項所述的滑動軸承，其特征在于，該金屬支撐體(1)包括鋼，具體是冷軋鋼，具體是材料號1. 0338或者1. 0347，或者鵬光鍍鋅鋼、不銹鋼、優(yōu)選地是材料號1. 4512或者1. 4720，或者鋁或者它們的合金。
16. 如權(quán)利要求1到15中任一項所述的滑動軸承，其特征在于，施加在該中間層(2)上的滑動層(3)包括聚四氟乙烯、聚酰胺、聚醚醚酮或者它們的一種混合物。
17. 如權(quán)利要求16所述的滑動軸承，其特征在于，該滑動層(3)被配置為一種PTFE化合物的層。
18. 如權(quán)利要求1到17中任一項所述的滑動軸承，其特征在于，該滑動層(3)被配置為一個多孔的和/或透氣的塑料薄膜。
19. 如權(quán)利要求1到18中任一項所述的滑動軸承，其特征在于，該滑動層(3)具有的厚度是從0. 01到1. 5mm，具體是從0. 1到0. 35mm。
20. 如權(quán)利要求1到19中任一項所述的滑動軸承，其特征在于，該滑動層(3)包含用來增加和/或改進熱傳導(dǎo)和/或耐磨損性的多種填充劑。
21. 如權(quán)利要求20所述的滑動軸承，其特征在于，這些填充劑是纖維類，具體是玻璃纖維、碳纖維或者芳族聚酰胺；無機材料類，具體是陶瓷材料類、碳、玻璃、石墨、氧化鋁、硫化鉬、青銅或者碳化硅，所有無機材料均處于織物、粉末、小球或者纖維的形式；熱塑材料類，具體是聚酰亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚亞苯基硫化物(PPS)、聚亞苯基砜(PPS02)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮類(PEEK)、或者芳香族聚酯類(Ekonol);或者礦物材料類，具體是硅灰石或硫酸鋇；或者它們的混合物。
22. 如權(quán)利要求20或21之一所述的滑動軸承，其特征在于，填充劑的比例按體積計是從1 %到40 % ，具體是按體積計從5 %到30 % 。
23. 用于生產(chǎn)如權(quán)利要求1到22中任一項所述的一種免維護的滑動軸承的方法，其特征在于，該中間層(2)以及該滑動層(3)是隨后在壓力下并且利用熱傳導(dǎo)在它們的區(qū)域上連接到該金屬支撐體(1)上。
24. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，在施加該中間層(2)之前對該金屬支撐體(1)的表面進行粗糙化和/或表面升級(例如，通過電解鍍鋅)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種免維護的滑動軸承，它包括一個金屬支撐體(1)、直接施加在其上的一個中間層(2)、以及施加在該中間層(2)上的一個滑動層(3)。根據(jù)本發(fā)明的滑動軸承的特征在于該中間層(2)包括至少一種功能化的熱塑性聚合物，該聚合物具有式(I)、(II)、(III)和/或-COOR的多個功能基團，其中R表示具有1到20個碳原子的環(huán)狀的或者直鏈的有機基團。
文檔編號F16C33/20GK101715392SQ200780053013
公開日2010年5月26日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者J·赫德曼, O·施密特杰斯 申請人:圣戈班性能塑料帕姆普斯有限公司