本發(fā)明涉及一種自潤(rùn)滑復(fù)合摩擦件，其用于在該復(fù)合摩擦件與一個(gè)對(duì)抗件之間不使用潤(rùn)滑油的應(yīng)用，因而該自潤(rùn)滑復(fù)合摩擦件與對(duì)抗件具有小摩擦系數(shù)，和/或涉及的溫度高于250℃、可達(dá)300℃、甚至高達(dá)320℃。這種摩擦件尤其可以是鉸接件或者滑軌。

背景技術(shù)：

為了滿(mǎn)足這種限制條件，已經(jīng)提出用浸漬以樹(shù)脂的形成基體的加強(qiáng)件覆蓋機(jī)械零件的表面，但是，這些覆蓋層不能獲得小摩擦系數(shù)結(jié)合良好的高溫性能。

因此，文獻(xiàn)GB-1439030提出一種摩擦覆蓋層，尤其是用于軸承的摩擦覆蓋層，其具有摩擦層，摩擦層由含有碳氟樹(shù)脂的低摩擦系數(shù)的股線(xiàn)形成的鄰接條帶編織形成；這些條帶的表面具有凹凸不平，具有凸起和凹陷部分，股股線(xiàn)和條帶埋置在塑性材料中。股線(xiàn)由如聚四氟乙烯(PTFE)這樣的材料制成的纖維形成，聚四氟乙烯這樣的材料在化學(xué)上不與任何塑性材料粘合；但是，這些纖維固定在所述覆蓋層中；PTFE纖維可與棉線(xiàn)混合。在所述的實(shí)施例中，織物螺旋延伸，由螺旋玻璃纖維束延展，螺旋玻璃纖維束埋置在環(huán)氧樹(shù)脂或者聚酯中。玻璃纖維形成的層比PTFE股線(xiàn)形成的層厚。尤其是，由于用作基體的樹(shù)脂的特性，可以理解的是，這種覆蓋層在工作中幾乎不能耐受200℃的溫度。

因此，文獻(xiàn)JP-H0425669中提出作用于PTFE纖維表面，以便使纖維固定在基體內(nèi)，其中，這些纖維以最多勉強(qiáng)5％的密集度進(jìn)行混合。這種構(gòu)型在高溫下不再獲得摩擦系數(shù)小的良好機(jī)械性能。

重復(fù)文獻(xiàn)US-2804886的某些教導(dǎo)，文獻(xiàn)US-3804479提出了另一種類(lèi)型的摩擦層，這種摩擦層具有特氟隆絲和滌綸制粘附絲，其紡織成足夠松弛，以便由液態(tài)樹(shù)脂進(jìn)行良好的浸漬處理；該層由浸漬以樹(shù)脂、帶有玻璃纖維的帶的卷繞予以延展。材料如制粘附絲的存在意味著覆蓋層在工作中不能耐受200℃或者更高的溫度。

US-4666318提出一種自潤(rùn)滑覆蓋層，其用于航空領(lǐng)域的非常特殊的應(yīng)用(低壓和低溫差)，由含有PTFE的塑性材料形成，與具有平均高度最多0.050微米CLA的粗糙度的、至少1000VPN的硬度的對(duì)抗件相配合。

可以理解的是，結(jié)合有摩擦系數(shù)小、機(jī)械性能好(尤其是抗擦強(qiáng)度高)、在250℃至300℃之間(甚至瞬態(tài)高達(dá)320℃)的工作溫度下保持良好機(jī)械摩擦性能的能力的摩擦覆蓋層的確定意味著，在工業(yè)上允許的條件下以合理成本，能夠結(jié)合在高于250℃的溫度下保持良好機(jī)械性能、同時(shí)具有合乎要求的附著力的樹(shù)脂，包括高于這個(gè)溫度閾值，使用的加強(qiáng)件具有特別低的摩擦系數(shù)，因而先驗(yàn)地不大附著于該樹(shù)脂。

本發(fā)明旨在解決這個(gè)需要。

發(fā)明目的

為此，本發(fā)明提出一種自潤(rùn)滑復(fù)合摩擦件，其能夠在工作中耐受至少等于250℃的溫度，沿摩擦表面具有單獨(dú)一層由聚四氟乙烯制成的緯線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)形成的織物；該織物浸漬以玻璃化轉(zhuǎn)變溫度至少等于250℃的耐熱的樹(shù)脂。

可注意到，與已經(jīng)提出的解決方案相反，本發(fā)明提出使用單獨(dú)一層織物，該織物的緯線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)都是由聚四氟乙烯(PTFE)制成的。因此，本發(fā)明主張?jiān)龃罂椢飿?gòu)成股線(xiàn)的截面(而最新公知的技術(shù)方案趨向于配置多薄層)，以便有利于樹(shù)脂良好固定、且僅使用PTFE股線(xiàn)，其中最新公知的技術(shù)方案趨向于在相同的織物中結(jié)合PTFE股線(xiàn)與不同的股線(xiàn)，與樹(shù)脂具有很好的附著力。實(shí)際上，顯示出在摩擦件的表面的保護(hù)層中，僅使用單獨(dú)一層PTFE織物，由于在該保護(hù)層的整個(gè)厚度上的股線(xiàn)的連續(xù)性，該P(yáng)TFE織物具有增大抗擦強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)有利于該保護(hù)層借助于織物股線(xiàn)之間的空間良好地固定在樹(shù)脂中。

可以說(shuō)，這種織物是自潤(rùn)滑的。

根據(jù)本發(fā)明的有利特征：

●織物是由成對(duì)緯線(xiàn)和成對(duì)經(jīng)線(xiàn)交織形成的織物組織；其尤其可以是2/2斜紋組織，

●緯線(xiàn)或經(jīng)線(xiàn)由彼此連接的短纖維形成，

●織物的厚度為至少0.10毫米，有利地至少0.30毫米，優(yōu)選地至少0.50毫米，

●緯線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)的纖度為至少100分特，優(yōu)選地至少400分特，

●樹(shù)脂是熱固性聚酰亞胺，

●摩擦件還具有與摩擦表面相對(duì)地沿著織物延展的加強(qiáng)層，用與浸漬織物的樹(shù)脂相同的樹(shù)脂來(lái)浸漬該加強(qiáng)層，

●在各種可能的應(yīng)用中，自潤(rùn)滑復(fù)合摩擦件構(gòu)成軸承或者導(dǎo)軌。

本發(fā)明的產(chǎn)品表現(xiàn)出在高于250℃、持續(xù)可達(dá)300℃、甚至最高320℃的溫度下具有在工作中自潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有非常低的摩擦系數(shù)(0.01至0.2)，相當(dāng)于純PTFE(無(wú)添加物或者無(wú)增強(qiáng)劑)的摩擦系數(shù)，但是，耐負(fù)載強(qiáng)度大于40牛頓/平方毫米。

本發(fā)明同樣提出一種用于制造前述類(lèi)型的自潤(rùn)滑復(fù)合摩擦件的制造方法，其中，通過(guò)全部由聚四氟乙烯構(gòu)成的緯線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)形成的織物帶根據(jù)一卷繞角度螺旋卷繞在一個(gè)卷筒上形成一層織物，使得所述織物帶在每轉(zhuǎn)后與自身邊接邊；織物浸漬以玻璃化轉(zhuǎn)變溫度至少為250℃的耐熱的樹(shù)脂。該樹(shù)脂有利地是熱固性聚酰亞胺。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下參照附圖對(duì)作為非限制性實(shí)施例給出的說(shuō)明，本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯示出來(lái)，附圖如下：

圖1是本發(fā)明的摩擦件的透視圖；

圖2示出該摩擦件的摩擦層的編織的優(yōu)選實(shí)施例；

圖3是由一加強(qiáng)層延展的該摩擦層的剖面圖；以及

圖4是圖1至3所示摩擦件的成型方法的簡(jiǎn)化示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的摩擦件主要具有一摩擦層，該摩擦層具有用于與一個(gè)對(duì)抗件相對(duì)的自由表面S；有利地，該摩擦件還具有一加強(qiáng)層，該加強(qiáng)層與摩擦表面相對(duì)地沿著摩擦層延展，以增強(qiáng)該摩擦層的機(jī)械性能。

在圖1所示的實(shí)施例中，摩擦件是軸承1，其用于在其縱向孔1A中接納一個(gè)未示出的軸。在實(shí)施變型中，摩擦件也可以是接納一個(gè)平移桿的滑軌。沿著摩擦表面延展(因而沿著內(nèi)表面延展)的摩擦層用附圖標(biāo)記2標(biāo)示，而加強(qiáng)層用附圖標(biāo)記3標(biāo)示。這里，該層3的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于摩擦層的厚度；實(shí)際上，摩擦層具有最多約為數(shù)毫米(實(shí)際上不超過(guò)3毫米)的厚度，而加強(qiáng)層可具有數(shù)毫米的厚度，根據(jù)需要，甚至具有數(shù)厘米的厚度。但是，加強(qiáng)層存在時(shí)，其相對(duì)于摩擦層可具有任意相對(duì)厚度。

摩擦層的作用是以盡可能小的摩擦力控制對(duì)抗件，例如前述軸，同時(shí)盡可能長(zhǎng)時(shí)間地保持其工作中的物理完整性，包括連續(xù)耐受至少250℃、最高可超過(guò)300℃(例如直到約320℃)的工作溫度。

為此，摩擦層由單獨(dú)一層由聚四氟乙烯(或PTFE)制成的股線(xiàn)形成的織物組成，該織物埋置在耐熱的樹(shù)脂形成的基體中，該耐熱的樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于最高連續(xù)工作溫度，因而高于至少250℃，甚至也可能接近300℃。

這里，聚四氟乙烯或PTFE的概念指的是該化合物的各種形式，包括以“ePTFE”公知的泡沫型聚四氟乙烯。

織物組織即該織物的構(gòu)成股線(xiàn)的相對(duì)構(gòu)型選擇成，在各種股線(xiàn)之間形成可由耐熱的樹(shù)脂充填的通道。事實(shí)上，可以理解的是因?yàn)镻TFE與其他材料實(shí)際上沒(méi)有任何附著力，所以織物在基體中的固定僅可通過(guò)由充填穿過(guò)織物的各種通道的樹(shù)脂構(gòu)成的不規(guī)則絲的混雜進(jìn)行，所述絲在摩擦表面附近沿PTFE股線(xiàn)連接。

可理解的是，取決于應(yīng)用的折衷方案在于穿過(guò)織物的樹(shù)脂通道的截面和數(shù)量；這些通道越多越大，PTFE股線(xiàn)的固定越好，但是由PTFE股線(xiàn)形成的摩擦表面的部分越小。相反，由PTFE股線(xiàn)形成的摩擦表面的部分越大，摩擦件的摩擦性能越好，但是織物在基體中的固定越差。

緯線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)的每個(gè)交叉點(diǎn)要求具有一條樹(shù)脂通道。

在常見(jiàn)的織物組織中，設(shè)有斜紋組織，更確切地說(shuō)，是成對(duì)的緯線(xiàn)和成對(duì)的經(jīng)線(xiàn)交織而成的2/2斜紋組織，使充填以樹(shù)脂的通道網(wǎng)絡(luò)的股線(xiàn)之間的結(jié)構(gòu)足夠密集，以確保盡管股線(xiàn)和樹(shù)脂之間不存在附著力，織物也很好地固定，同時(shí)向?qū)辜峁┯蒔TFE形成的很大的表面。

這種2/2斜紋組織示于圖2和3，或者緯線(xiàn)用附圖標(biāo)記5標(biāo)示，經(jīng)線(xiàn)標(biāo)用附圖標(biāo)記6標(biāo)示，樹(shù)脂通道的間隙7保持暢通，條件是編織不過(guò)度緊密。采用2/2斜紋組織，效果很好。

更有利地，緯線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)都由彼此絞合連接的PTFE纖維形成的單獨(dú)一根絲形成，這意味著，這些絲，因而所述緯線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)，具有凹凸不平的表面，有助于織物良好地固定在基體中。

采用由平均直徑為0.1至0.14毫米的纖維形成的這種單絲織造，效果很好。

優(yōu)選地，這些纖維的纖度超過(guò)400分特；有利地至少750分特；非常合乎要求的試驗(yàn)用833分特的纖維獲得。

在實(shí)施變型中，織物由每個(gè)都由多絲、長(zhǎng)絲或如同前述實(shí)施例中那樣的短纖維形成的股線(xiàn)形成；在這種情況下，絲的纖度可較低，例如對(duì)于雙絲股線(xiàn)來(lái)說(shuō)約為350至450分特，甚至更低。編織可由具有兩截或三截的股線(xiàn)雙股絹絲而成，絞合或者不絞合。

根據(jù)另一實(shí)施變型，絲的表面有意成凹凸不平，例如通過(guò)微切口成形。

織物的厚度為至少0.30毫米，甚至至少0.5毫米；超過(guò)一毫米的數(shù)值可考慮；這樣可確定待用股線(xiàn)的截面。緯線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)有利地是相同的。在圖2和3所示的實(shí)施例中，截面是一個(gè)圓盤(pán)的截面。在未示出的實(shí)施例中，該截面為矩形，例如形狀因數(shù)(最大尺寸與最小尺寸之比)優(yōu)選至少為2。

耐熱的樹(shù)脂有利地選自熱固性聚酰亞胺、氰酸酯基樹(shù)脂，或者選自聚醚酮(尤其是聚醚醚酮(PEEK)或聚醚酮酮(PEKK))。這些樹(shù)脂具有最小高于280℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在熱固性聚酰亞胺中，可舉出聚鉍基酰亞胺或者鉍基酰亞胺(BMI)。

沒(méi)有顯示出將一種填充料混合成到耐熱的樹(shù)脂中是有用的。

當(dāng)加強(qiáng)層存在時(shí)，不管摩擦件與對(duì)抗件之間施加的壓力如何，包括高溫下，因?yàn)榧訌?qiáng)層的作用是強(qiáng)化摩擦層以保持其形狀，可以理解的是，該加強(qiáng)層由有利地?zé)崤蛎浵禂?shù)非常小、通常最多等于13×10^-6K^-1(相當(dāng)于鋼的熱膨脹系數(shù))的材料構(gòu)成；在本領(lǐng)域技術(shù)人員力所能及的范圍內(nèi)，根據(jù)需要，限定該加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)的幾何形狀。其尤其可以是碳絲或碳纖維、玻璃絲或玻璃纖維、芳族聚酸胺絲或芳族聚酸胺纖維、單體絲或單體纖維、或者編織成織物的絲或纖維(有時(shí)稱(chēng)之為粗紗)。

摩擦層的織物有利地可作為帶使用，這賦予很大自由度以構(gòu)型摩擦層，必要時(shí)，使用一種半成品，該半成品的型面與待制摩擦表面的形狀互反。帶的寬度可根據(jù)需要加以選擇；帶的寬度有利地在5毫米至2米之間進(jìn)行選擇，例如在1厘米至10厘米之間，優(yōu)選地，在1.5厘米至3厘米之間。

在摩擦件是軸承的前述情況下，其制造可開(kāi)始于圍繞一個(gè)卷筒卷繞這種織物帶，卷筒的外徑等于待制軸承的內(nèi)徑；帶螺旋卷繞成確保在卷筒上形成的相繼的螺旋圈邊接邊接觸(見(jiàn)圖4)?？梢岳斫獾氖牵瑤?0的寬度調(diào)節(jié)緯線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)相對(duì)于卷筒軸線(xiàn)、因而相對(duì)于未來(lái)的軸承的傾斜度。實(shí)際上，緯線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)分別與織物帶呈縱向和橫向布置。

可以理解的是，摩擦層中緯線(xiàn)和經(jīng)線(xiàn)兩者的連續(xù)性有助于在軸承工作過(guò)程中保持良好的完整性；這些股線(xiàn)相對(duì)于軸承的縱向軸線(xiàn)的40°至60°的傾斜度為此顯得是很有利的。在邊接邊卷繞和多于一織物(不是一根股線(xiàn))的情況下，優(yōu)選地沿在65°至89°之間的角度卷繞。

加強(qiáng)層可由碳絲或玻璃絲或者任何其他適當(dāng)?shù)牟牧暇砝@形成，傾角可以是任意的。在股線(xiàn)卷繞的情況下，最佳角度似乎在40°至60°之間，但是，該角度可根據(jù)應(yīng)用和所需機(jī)械特征進(jìn)行變化。

一方面織物帶，另一方面加強(qiáng)層的股線(xiàn)，有利地預(yù)先用耐熱的樹(shù)脂浸漬；但是，可理解的是，如果加強(qiáng)層使用與摩擦層相同的樹(shù)脂形成，那么，隨后的熱處理可有助于使基體彼此固連在一起。

在實(shí)施變型中，PTFE織物不是由帶卷繞形成，而是由管狀編織套構(gòu)成。

容易理解的是，對(duì)于滑軌類(lèi)型的摩擦件來(lái)說(shuō)，摩擦層可僅僅通過(guò)使前述織物固定于下層加強(qiáng)層形成。

作為實(shí)施例，摩擦軸承按以下方式形成。

厚0.3毫米的PTFE織物選擇成具有2/2斜紋組織的織物組織，呈寬3厘米的帶的形式。該帶浸入一個(gè)浸漬處理槽中，浸漬處理槽保持在110℃，含有聚鉍基酰亞胺(BMI)類(lèi)型的具有285℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的耐熱的樹(shù)脂。

該浸漬帶卷繞在一個(gè)卷筒上，考慮覆蓋卷筒的整個(gè)表面，相鄰的螺旋圈之間不搭疊，即在卷筒的整個(gè)表面上形成單獨(dú)一連續(xù)層，用以形成一個(gè)軸承(或者多個(gè)軸承)。有利地，卷筒也保持在浸漬處理槽的溫度。

接著，卷繞預(yù)先浸漬有相同樹(shù)脂的環(huán)氧樹(shù)脂玻璃絲(稱(chēng)為粗紗型玻璃絲)。

后續(xù)聚合作用周期在170℃下進(jìn)行4小時(shí)的處理(持續(xù)時(shí)間可較長(zhǎng))、脫模、在230℃至250℃的溫度下進(jìn)行4小時(shí)的焙燒補(bǔ)充處理(持續(xù)時(shí)間可較長(zhǎng))。

應(yīng)注意到，在機(jī)加工后處理時(shí)，難以切割PTFE纖維，這使其整體具有良好的耐磨強(qiáng)度。

摩擦試驗(yàn)已在下列條件下進(jìn)行：

－擺幅軸線(xiàn)的擺動(dòng)：100°；

－設(shè)計(jì)壓力：80兆帕；

－平均速度：8毫米/秒；

－平均PV(壓力×速度)：0.64兆帕×米/秒；

－軸/軸承的初始間隙：0.1至0.2毫米之間

－軸承尺寸：φ_內(nèi)30×φ_外36×Lg20；

－初期潤(rùn)滑：無(wú)

－試驗(yàn)方案的對(duì)抗軸線(xiàn)：16NC6淬火滲碳處理；

－最大試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間：1個(gè)月(350000周期)

－環(huán)境溫度。

當(dāng)公知的軸承(由埋置于帶有PTFE的樹(shù)脂中的聚酯織物或者由聚酯股線(xiàn)和含有最大至少50％的PTFE的PTFE股線(xiàn)形成的織物形成)的摩擦系數(shù)增大到0.04甚至0.08時(shí)，本發(fā)明的軸承的摩擦系數(shù)基本上在0.02的數(shù)值保持不變，直至350000周期。

監(jiān)視對(duì)抗件的軸線(xiàn)中央的溫度變化，可以注意到，使用公知的軸承，該溫度增加至大約50℃，甚至60℃，使用本發(fā)明的軸承，溫度不超過(guò)40℃；這表明使用本發(fā)明的軸承消耗的能量少于使用公知的軸承消耗的能量。

但是，可以注意到，本發(fā)明的軸承的總耐磨性高于公知軸承的耐磨性，而對(duì)抗件非常不容易用壞；但是，可以假定，這種磨損僅實(shí)際上說(shuō)明存在摩擦層在施加的接觸壓力下的擠壓現(xiàn)象。

本發(fā)明的軸承也在下列條件下進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)：

－擺幅軸線(xiàn)的擺動(dòng)：100°；

－設(shè)計(jì)壓力：80兆帕；

－平均速度：8毫米/秒；

－平均PV(壓力×速度)：0.64兆帕×米/秒；

－軸/軸承的初始間隙：0.1至0.2毫米之間；

－軸承尺寸：φ_內(nèi)30×φ_外36×Lg20；

－初期潤(rùn)滑：無(wú)；

－試驗(yàn)方案的對(duì)抗軸線(xiàn)：16NC6淬火滲碳處理；

－最大試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間：1個(gè)月(350000周期)；

－從50℃變化至280℃的溫度(環(huán)境溫度)；在溫度水平期間，難以保持恒定溫度。

盡管增加到280℃，摩擦系數(shù)基本上保持不變。

這些試驗(yàn)表明，本發(fā)明的軸承使非常小的溫度系數(shù)和高于250℃的在250℃至280℃范圍內(nèi)的良好耐溫性進(jìn)行很好的結(jié)合。