DE60024579T2

DE60024579T2 - Harzzusammensetzung für Gleitelement und daraus hergestelltes Gleitelement

Info

Publication number: DE60024579T2
Application number: DE60024579T
Authority: DE
Inventors: Sumihide Ebina-shi Yanase; Takashi Aikou-gun Nakamaru
Original assignee: Oiles Corp; Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Oiles Corp; Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2020-06-17
Also published as: CN1180029C; US6548188B1; EP1132634B1; EP1132634A3; CN1312330A; EP1132634A2; DE60024579D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Harzzusammensetzung für ein Gleitelement, ein Gleitelement hergestellt aus der Harzzusammensetzung und genauer gesagt eine Harzzusammensetzung geeignet zur Herstellung eines Gleitelements, welches in der Lage ist, einen stabilen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine extrem geringe Menge an Abnützung unter Trockenreibungsbedingungen oder unter ölimmergierten oder ölgeschmierten Bedingungen aufzuweisen, und ein Gleitelement, welches in der Lage ist, einen stabilen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine extrem geringe Menge an Abnützung unter Trockenreibungsbedingungen oder unter ölimmergierten oder ölgeschmierten Bedingungen aufzuweisen, welches aus einer solchen Harzzusammensetzung hergestellt wurde.
Bis jetzt wurden Polytetrafluorethylenharze (im nachfolgenden einfach als "PTFE-Harz" bezeichnet) im allgemeinen für Gleitelemente wie Lager verwendet, da diese Harze nicht nur exzellente selbstschmierende Eigenschaften und einen geringen Reibungskoeffizienten sondern auch chemische und Hitzeresistenz aufweisen.
Da jedoch ein alleine aus PTFE-Harz hergestelltes Gleitelement bei der Abnützungsresistenz und der Lastaufnahmekapazität schlecht ist, wird ein solcher Nachteil dadurch kompensiert, daß zum Beispiel (a) ein festes Schmiermittel wie Graphit und Molybdändisulfid und/oder ein Verstärkungsmaterial wie Glasfasern oder Carbonfasern in das PTFE-Harz inkorporiert werden, (b) das PTFE-Harz in die Poren einer porösen gesinterten Metallschicht, hinterlegt mit einer Stahlrückenplatte, gefüllt wird und die Oberfläche der gesinterten Metallschicht damit beschichtet wird, oder (c) das PTFE-Harz in die Maschen eines Metallnetzes gefüllt wird und die Oberfläche des Metallnetzes damit beschichtet wird, abhängig von den Anwendungen des Gleitelements.
Die durch das Verfahren (b) geformten Gleitelemente sind als sogenannte mehrschichtige Gleitelemente bekannt und werden z.B. im US-Patent 2,689,380 (1954) und den japanischen Patentveröffentlichungen (Kokoku) 31-2452 (1956), 39-16950 (1964) und 41-1868 (1966) beschrieben. Die in diesen Veröffentlichungen beschriebenen mehrschichtigen Gleitelemente wurden hergestellt durch Einfüllen des PTFE-Harzes oder des PTFE-Harzes, enthaltend einen Füllstoff zusammengesetzt aus Blei oder einem Bleioxid, in die Poren einer porösen gesinterten Metallschicht, hinterlegt mit einer Stahlrückenplatte, und Beschichten der Oberfläche der gesinterten Metallschicht damit.
Die durch das Verfahren (c) hergestellten Gleitelemente werden z.B. in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) 55-23740 (1980) beschrieben. In der Veröffentlichung wird ein Gleitelement aus einer selbstschmierenden Beschichtungsfolie, umfassend ein Metalldrahtgewebe, ein Fluoro-Plastik und ein verstärkendes Material aus anorganischer Faser, offenbart.
In den oben beschriebenen Gleitelementen wurden Füllstoffe selektiv gemäß verschiedenen unterschiedlichen Arbeitsbedingungen ausgewählt, z.B. unter Trockenreibungsbedingung, ölimmergierten Bedingung oder ölgeschmierten Bedingung, aber diese Gleitelemente erfüllen die Anforderungen nicht vollständig unter allen Arbeitsbedingungen.
Des weiteren ist versucht worden, in einer PTFE-Harzzusammensetzung für ein Gleitelement Füllstoffe für technische Kunststoffe, z.B. Graphit, Molybdändisulfid oder andere Metallsulfide, Metalloxide oder anorganische Fasern, wie Glasfasern und Carbonfasern, zu verwenden. Obwohl diese Füllstoffe zu einer Verbesserung der Abriebresistenz der Harzschicht beitragen, tendieren die Füller dazu das Problem zu verursachen, daß ihre Verwendung die dem PTFE-Harz eigene Niedrig-Reibungseigenschaft negativ beeinflußt wird. Insbesondere wurde Blei weit verbreitet als ein Füllstoff in diesen Harzen verwendet, um die Abriebresistenz einer Gleitschicht zu verbessern. Jedoch muß aus sekundären Gründen, wie der jüngsten Umweltverschmutzung und öffentlicher Ablehnung, die Verwendung von Blei vermieden werden.
Als Ergebnis der ernsthaften Studien der gegenwärtigen Erfinder wurde gefunden, daß durch das Ausfüllen der Poren einer porösen gesinterten Metallschicht, gebildet auf einer Stahlrückenplatte, und Beschichten der Oberfläche der gesinterten Metallschicht mit einer Harzzusammensetzung, zubereitet durch Mischen von PTFE mit einer spezifischen Menge von Bariumsulfat, einem Phosphat, einem Polyimidharz, einem Phenolharz-calcinierten Produkt oder einem Polyphenylensulfonharz, oder durch Ausfüllen der Maschen eines Metallnetzes und Beschichten der Oberfläche des Metallnetzes mit einer Harzzusammensetzung, hergestellt durch Mischen von PTFE mit einer spezifischen Menge von Bariumsulfat, einem Phosphat, einem Polyimidharz, einem Phenolharz-calcinierten Produkt oder einem Polyphenylensulfonharz, das erhaltene Gleitelement exzellente Reibungs- und Abriebeigenschaften unter Trockenreibungsbedingungen oder unter ölimmergierten oder ölgeschmierten Bedingungen aufweisen kann. Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis dieser Ergebnisse erhalten.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Harzzusammensetzung für ein Gleitelement zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, exzellente Reibungs- und Abriebeigenschaften unter verschiedenen unterschiedlichen Arbeitsbedingungen aufzuweisen, d.h. unter Trockenreibungsbedingung, ölimmergierter Bedingung oder ölgeschmierter Bedingung.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gleitelement zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, exzellente Reibungs- und Abriebeigenschaften unter verschiedenen Arbeitsbedingungen aufzuweisen, d.h. unter Trockenreibungsbedingung, ölimmergierter Bedingung oder ölgeschmierter Bedingung, welches hergestellt ist unter Verwendung der Harzzusammensetzung.
Um diese Ziele zu erreichen, wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Harzzusammensetzung für ein Gleitelement zur Verfügung gestellt, umfassend 5 bis 40 Gew.-% Bariumsulfat, 1 bis 30 Gew.-% Phosphat, 1 bis 10 Gew.-% von zumindest einem, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Polyimidharz, einem Phenolharz-calcinierten Produkt und einem Polyphenylensulfonharz, und dem Rest aus einem Polytetrafluorethylenharz. In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gleitelement zur Verfügung gestellt, umfassend:
ein Substrat, umfassend eine stählerne Rückenplatte und eine poröse gesinterte Metallschicht, gebildet auf besagter Stahlrückenplatte, oder umfassend ein Metallnetz, und
eine Harzzusammensetzung aufgetragen auf die Poren oder Maschen und eine Oberfläche von besagtem Substrat, umfassend 5 bis 40 Gew.-% Bariumsulfat, 1 bis 30 Gew.-% Phosphat, 1 bis 10 Gew.-% von zumindest einem, ausgewählt aus der Gruppe aus einem Polyimidharz, einem Phenolharz-calcinierten Produkt und einem Polyphenylensulfonharz, und dem Rest aus einem Polytetrafluorethylenharz.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Gleitelements der vorliegenden Erfindung illustriert.
2 ist eine flächige Ansicht eines expandierten Metalls als Substrat.
3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Gleitelements gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, worin das Streckmetall, das in 2 gezeigt ist, als Substrat verwendet wird; und
4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Gleitelements gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, worin ein gewebtes Drahtnetz als Substrat verwendet wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird im Detail nachstehend beschrieben.
Zunächst wird die Harzzusammensetzung für ein Gleitelement gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt.
Als das PTFE-Harz als Hauptkomponente der Harzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein feines Pulver, z.B. kommerziell erhältliche Produkte wie "Teflon 6CJ" (Handelsname, hergestellt von Mitsui duPont Fluorochemical Co., Ltd.), "Polyflon F201" (Handelsname, hergestellt von Daikin Kogyo Co., Ltd.) und "Fluon CD-076" und Fluon CD-1" (Handelsnamen, beide hergestellt von Asahi Glass Co., Ltd.) verwendet werden.
Es kann eine PTFE-Harzzusammensetzung verwendet werden, umfassend das obige feine Pulver und ein Formpulver, z.B. "Teflon 7AJ" (Handelsname, hergestellt von Mitsui duPont Fluorochemical Co., Ltd.), welches damit in einer Menge von nicht mehr als 20 Gew.-% auf Basis der Harzzusammensetzung vermischt ist.
Der Gehalt des PTFE-Harzes in der Harzzusammensetzung ist der Rest (verbleibende Menge), welche berechnet wird durch Abziehen der Menge des Füllstoffs wie Bariumsulfat, Phosphat, Polyimidharz, Phenolharz-calciniertes Produkt, Polyphenylensulfonharz, Graphit und Molybdändisulfid von der Gesamtmenge der Harzzusammensetzung. Der Gehalt an PTFE-Harz ist vorzugsweise 50 bis 93 Gew.-%.
Wenn Bariumsulfat (BaSO₄) als Füllstoff in das PTFE-Harz inkorporiert ist, ist die erhaltene Harzzusammensetzung frei von den Nachteilen eines herkömmlichen Gleitelements, hergestellt nur aus PTFE-Harz, wie verschlechterte Abriebresistenz und Lastaufnahmefähigkeit, und kann als wesentlich verbessert in der Abriebresistenz und Lastaufnahmefähigkeit angesehen werden. Die Effekte des Hinzufügens von Bariumsulfat werden deutlicher vor allem unter Niedriglast-Arbeitsbedingungen des Gleitelements gezeigt.
Als Bariumsulfat (BaSO₄) kann entweder präzipitiertes Bariumsulfat oder Baryt-Bariumsulfat verwendet werden. Derartiges Bariumsulfat ist leicht erhältlich, z.B. von Sakai Chemical Industry Co., Ltd.. Die durchschnittliche Teilchengröße von Bariumsulfat ist üblicherweise nicht mehr als 10 μm, vorzugsweise zwischen 1 bis 5 μm. Die Menge des eingemischten Bariumsulfats ist üblicherweise von 5 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-%, noch bevorzugter 15 bis 25 Gew.-%, auf Basis des Gewichts der Harzzusammensetzung.
Wenn die Menge des eingemischten Bariumsulfats weniger als 5 Gew.-% ist, ist es schwierig, die obigen Effekte der verbesserten Abriebresistenz und Lastaufnahmefähigkeit der Harzzusammensetzung zu erreichen. Im Gegensatz dazu besteht eine Tendenz zu einer geringeren mechanischen Stärke und Lastaufnahmefähigkeit, wenn die eingemischte Menge von Bariumsulfat mehr als 40 Gew.-% beträgt.
Das Phosphat als Füllstoff für die Harzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung weist keine schmierende Eigenschaft auf, anders als feste Schmierstoffe wie Graphit oder Molybdändisulfid. Wenn jedoch das Phosphat mit dem PTFE-Harz gemischt wird, weist das Phosphat den Effekt auf, die schmierende filmbildende Eigenschaft von PTFE-Harz auf der Oberfläche der Paßfläche (Gleitfläche) zu fördern und dadurch die Gleiteigenschaften des Gleitelements, wie eine geringe Reibungseigenschaft und die Abriebresistenz, zu verbessern.
Als das in der vorliegenden Erfindung verwendete Phosphat können Metallsalze, wie sekundäres Metallphosphat, tertiäres Metallphosphat, Metallpyrophosphat, Metallphosphit, Metallmetaphosphat, und eine Mischung davon beispielhaft genannt werden. Unter diesen Phosphaten werden sekundäres Metallphosphat, tertiäres Metallphosphat und Metallpyrophosphat bevorzugt. Als salzbildendes Metall werden Alkalimetalle und Erdalkalimetalle bevorzugt, und Lithium (Li) und Calcium (Ca) sind bevorzugter.
Spezifische Beispiele der Phosphate können Trilithiumphosphat (Li₃PO₄), Lithiumhydrogenphosphat (Li₂HPO₃), Lithiumpyrophosphat (Li₄P₂O₇), Tricalciumphosphat (Ca₃(PO₄)₂), Calciumpyrophosphat (Ca₂P₂O₇), Calciumhydrogenphosphat (CaHPO₄) und dergleichen umfassen. Unter diesen Phosphaten ist Calciumpyrophosphat (Ca₂P₂O₇) bevorzugt.
Selbst wenn nur eine geringe Menge, z.B. 1 Gew.-% auf Basis des Gewichts der Harzzusammensetzung, des Phosphats dem PTFE-Harz beigemischt wird, kann der obige Effekt der Förderung der Bildung einer schmierenden Filmschicht beobachtet werden und wird beibehalten, bis die Menge des eingemischten Phosphats 30 Gew.-% erreicht. Wenn jedoch die Menge des beigemischten Phosphats 30 Gew.-% auf Basis des Gewichts der Harzzusammensetzung überschreitet, kann eine zu große Menge des schmierenden Films auf der Oberfläche der Paßfläche gebildet werden und dadurch eher eine Verschlechterung der Abriebresistenz des Gleitelements bewirken. Daher ist die Menge des beigemischten Phosphats üblicherweise 1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-%, noch bevorzugter 10 bis 20 Gew.-%, auf Basis des Gewichts der Harzzusammensetzung. Wenn die Menge des beigemischten Phosphats weniger als 1 Gew.-% beträgt, ist es schwierig, den Effekt der Förderung einer Bildung eines schmierenden Films zu erreichen.
Wenn das Polyimidharz, Phenolharz-calcinierte Produkt oder Polyphenylensulfonharz als Füllstoff in die Harzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung eingemischt sind, tragen diese Füllstoffe dazu bei, die Abriebresistenz und Hitzeresistenz des dadurch erhaltenen Gleitelements zu verbessern. Der Effekt der Verbesserung der Abriebresistenz tritt deutlicher zutage, wenn das Gleitelement unter Hochlast-Arbeitsbedingungen verwendet wird. Diese Füllstoffe kompensieren die Nachteile, die beobachtet werden, wenn das Gleitelement, welches nur Bariumsulfat als Füllstoff enthält, unter den Hochlast-Arbeitsbedingungen verwendet wird. Wenn somit das obige Polyimidharz, Phenolharz-calcinierte Produkt oder Polyphenylensulfonharz zusammen mit Bariumsulfat in die Harzzusammensetzung gemischt wird, kann das erhaltene Gleitelement unter extensiveren Arbeitsbedingungen verwendet werden.
Als Polyimidharze können aromatische Polyimidharze wie "P84 Polyimid" (Handelsname, hergestellt von Lenzing AG) oder wärmehärtbare Polyimidharze wie "Bismaleimid" (Handelsname, hergestellt von Ciba Geigy AG), "Techmight" (Handelsname, hergestellt von Mitsui Kagaku Co., Ltd.) und "Carbodiimid" (Handelsname, hergestellt von Nisshin Boseki Co., Ltd.) verwendet werden.
Als die Phenolharz-calcinierten Produkte können Produkte erhalten durch Carbonieren (Calcinieren) von Phenol/Formaldehydharz-Teilchen bei einer hohen Temperatur von 400 bis 2.200°C in einer inerten Atmosphäre beispielhaft genannt werden, z.B. "Bellpearl C-800" und "Bellpearl C-2000" (Handelsnamen, beide hergestellt von Kanebo Co., Ltd.).
Als die Polyphenylensulfonharze können Polymere zusammengesetzt hauptsächlich aus einer sich wiederholenden Einheit, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (I), beispielhaft genannt werden. Des weiteren ist es bevorzugt, daß in der sich wiederholenden Einheit (I) eine strukturelle Einheit, dargestellt durch die folgende Formel (II), in einer Menge von nicht weniger als 60% enthalten ist.
worin x 0, 1 oder 2 ist.
Spezifische Beispiele des Polyphenylensulfonharzes können "Ceramer" (Handelsname, hergestellt von Hoechst AG) und dergleichen umfassen.
Die Polyimidharze, Phenolharz-calcinierten Produkte und Polyphenylensulfonharze können einzeln oder in Form einer Mioschung von je zwei oder mehreren davon verwendet werden. Die Menge an Polyimidharz, calciniertem Produkt von Phenolharz oder Polyphenylensulfonharz, die beigemischt wird, ist üblicherweise 1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 7 Gew.-%, noch bevorzugter 2 bis 5 Gew.-%, auf Basis des Gewichts der Harzzusammensetzung.
Wenn die Menge an beigemischtem Polyimidharzen, Phenolharz-calcinierten Produkten oder Polyphenylensulfonharz weniger als 1 Gew.-% ist, ist es schwierig, die oben beschriebenen Effekte der verbesserten Abriebresistenz und Hitzeresistenz der Harzzusammensetzung zu erreichen.
Um die Abriebresistenz weiter zu verbessern, kann die Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung des weiteren zusätzlich zu den obigen Komponenten einen festen Schmierstoff, ausgewählt aus Graphit und Molybdändisulfid, in einer Menge von üblicherweise nicht mehr als 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 3 Gew.-%, noch bevorzugter 0,5 bis 2 Gew.-%, auf Basis des Gewichts der Harzzusammensetzung, enthalten.
Als nächstes wird das Gleitelement gemäß der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zur Herstellung des Gleitelements erklärt.
Als erstes wird das mehrschichtige Gleitelement (I) unter Verwendung eines Substrats umfassend eine Rückenplatte, hergestellt aus einer dünnen Stahlplatte und einer porösen gesinterten Metallschicht, die unterlegt ist mit der Rückenplatte, und das Verfahren zur Herstellung eines solchen mehrschichtigen Gleitelements erklärt.
Als Rückenplatte des Substrats kann ein allgemeines Walzblech aus Formstahl verwendet werden. Als Stahlplatte wird ein fortlaufender Stahlstreifen, zur Verfügung gestellt in Form eines aufgerollten Bandmaterials, bevorzugt, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Es können jedoch auch Stahlstreifenmaterialien, die in eine passende Länge geschnitten sind, in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Diese Stahlstreifen können kupferbeschichtet oder verzinkt sein, falls benötigt, um ihre Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
Als Metallpulver zur Bildung der porösen gesinterten Metallschicht können geeigneterweise Kupferlegierungen verwendet werden, die in der Lage sind, durch ein etwa 100 Maschen-Sieb hindurchzutreten, wie Bronze, Bleibronze und Phosphorbronze, die inhärent hervorragend in ihren Reibungs- und Abriebeigenschaften sind. Es können jedoch auch andere Metallpulver, z.B. solche aus Aluminiumlegierungen oder Eisen, verwendet werden, in Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendungen. Das Metallpulver kann jede Teilchenform haben, wie eine massive Form, kugelförmige Form oder andere unregelmäßige Formen. Es ist notwendig, daß die Metallpulverpartikel der porösen gesinterten Metallschicht stark aneinander gebunden sind und daß die gesinterte Metallschicht stark an den Rückplatten-Stahlstreifen gebunden ist und daß die gesinterte Metallschicht eine vorherbestimmte Dicke und Porosität aufweist. Die Dicke der porösen gesinterten Metallschicht ist üblicherweise 0,15 bis 0,40 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,3 mm. Die Porosität der porösen gesinterten Metallschicht ist üblicherweise nicht weniger als 10 Vol.-%, vorzugsweise 15 bis 40 Vol.-%.
Eine Harzzusammensetzung mit Befeuchtbarkeit kann erhalten werden durch Mischen eines PTFE-Harzpulvers mit den obigen Füllstoffen und dann Beimischen, unter Rühren, eines Erdöl-basierten Lösungsmittels in die resultierende Mischung. Das PTFE-Harz und die Füllstoffe werden bei einer Temperatur von nicht mehr als dem Raumtemperatur-Übergangspunkt (19°C) des PTFE-Harzes gemischt, vorzugsweise zwischen 10 bis 18°C. Des weiteren wird die sich ergebende Mischung und das Erdöl-basierte Lösungsmittel auch unter Rühren bei derselben Temperatur wie oben beschrieben gemischt. Unter solchen Temperaturbedingungen kann die Fibrillierung des PTFE-Harzes verhindert werden, wodurch eine homogene Mischung erhalten wird.
Als Erdöl-basiertes Lösungsmittel kann Naphtha, Toluol, Xylol, ein aliphatisches Lösungsmittel oder ein gemischtes Lösungsmittel aus einem aliphatischen Lösungsmittel und einem naphthenischen Lösungsmittel verwendet werden. Die verwendete Menge des Erdöl-basierten Lösungsmittel ist zwischen 15 bis 30 Gew.Teilen auf Basis von 100 Gew.Teilen der Mischung des PTFE-Harzpulvers und der Füllstoffe. Wenn die verwendete Menge an Erdöl-basiertem Lösungsmittel weniger als 15 Gew.Teile ist, ist die Extensionsfähigkeit der Harzzusammensetzung mit Befeuchtbarkeit im Füll- und Beschichtschritt der porösen gesinterten Metallschicht mit der Harzzusammensetzung, wie später beschrieben wird, mangelhaft, so daß ungleichmäßiges Füllen und Beschichten der porösen gesinterten Metallschicht mit der Harzzusammensetzung aufzutreten tendiert. Wenn auf der anderen Seite die Menge des Erdöl-basierten Lösungsmittels 30 Gew.Teile überschreitet, wird der Füll- und Beschichtvorgang schwierig und die Gleichmäßigkeit der aufgebrachten Harzzusammensetzung und die Haftung zwischen der Harzzusammensetzung und der porösen gesinterten Metallschicht werden beeinträchtigt.
Das Gleitelement (I) gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Schritte (a) bis (d) hergestellt.

(a) Eine Harzzusammensetzung mit Befeuchtbarkeit wird über eine poröse gesinterte Metallschicht, gebildet auf einer dünnen Stahlrückenplatte, ausgebreitet und gewalzt, um die Harzzusammensetzung in die Poren der porösen gesinterten Metallschicht zu füllen und gleichzeitig und Oberfläche der porösen gesinterten Metallschicht zu beschichten, um eine Beschichtungsschicht der Harzzusammensetzung mit einer gleichmäßigen Dicke darauf zu bilden. In diesem Schritt ist die Dicke der Beschichtungsschicht 2 bis 2,5 mal die Dicke der Harzschicht, die für das Endprodukt benötigt wird. Das Füllen der Harzzusammensetzung in die Poren der porösen gesinterten Metallschicht wird im wesentlichen während diesem Schritt erreicht.
(b) Die so in Schritt (a) behandelte Rückenplatte wird in einen Trockenofen, erhitzt auf eine Temperatur von etwa 200 bis 250°C, für mehrere Minuten gehalten, um das Erdöl-basierte Lösungsmittel zu entfernen. Dann wird die getrocknete Harzzusammensetzung mit einem Druck von 300 bis 600 kgf/cm² gewalzt, um die vorherbestimmte Dicke der Beschichtungsschicht zu erhalten.
(c) Die so in Schritt (b) behandelte Rückenplatte wird in einen Heizofen eingebracht und bei einer Temperatur von 360 bis 380°C für einen Zeitraum zwischen mehreren Minuten bis zehn plus mehrere Minuten erhitzt, um die Harzzusammensetzung zu sintern. Dann wird die Rückenplatte aus dem Ofen genommen und wieder gewalzt, um die Größe zu korrigieren.
(d) Die in Schritt (c) der Korrektur unterworfene Rückenplatte wird gekühlt (luftgekühlt oder natürlich gekühlt) und dann, falls nötig, der Korrektur von Wellen oder dergleichen der Rückenplatte unterworfen, wodurch das gewünschte Gleitelement erhalten wird.

Das so in den Schritten (a) bis (d) erhaltene Gleitelement umfaßt die poröse gesinterte Metallschicht mit einer Dicke von 0,10 bis 0,40 mm und die Beschichtungsschicht zusammengesetzt aus der Harzzusammensetzung mit einer Dicke von 0,02 bis 0,15 mm. Das so erhaltene Gleitelement wird in eine geeignete Größe geschnitten und als eine flache Gleitplatte oder als zylindrische Drehbuchse durch Biegen verwendet.
Als nächstes wird das Gleitelement (II) der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Metallnetzes als Substrat und das Verfahren zur Herstellung eines solchen Gleitelements erklärt.
Als das Metallnetzsubstrat kann verwendet werden: (i) ein Streckmetall, hergestellt durch Einführen einer dünnen Metallplatte zwischen einem stationären unteren Stempel, ausgestattet mit einer geraden Klinge, und einem beweglichen oberen Stempel, ausgestattet mit einer wellenförmigen trapezoiden oder dreieckigen Klinge, im rechten Winkel oder geneigt gegenüber der geraden Klinge des stationären unteren Stempels und vertikalem Hin- und Herbewegen des beweglichen oberen Stempels, um die dünne Metallplatte einzuschneiden und gleichzeitig die eingeschnittene Platte zu strecken, dadurch Bilden von Maschen, die regelmäßig in Reihen auf der Platte arrangiert sind, (ii) ein gewebtes Metallnetz, gebildet durch Weben von feinen Metalldrähten als Kette und Schuß, und (iii) ein gestricktes Metallnetz, gebildet durch Stricken von feinen Metalldrähten.
Als das bevorzugte Streckmetall kann ein solches verwendet werden, das hergestellt wird durch Prozessieren einer dünnen Metallplatte mit einer Dicke von 0,3 bis 2 mm in eine Streckmetallform mit einer Seiten-(Strang)-länge von 0,1 bis 1,5 mm und einer Dicke von 0,1 bis 1,0 mm. Als bevorzugtes gewebtes oder gestricktes Metallnetz können solche verwendet werden, die durch Weben oder Stricken von dünnen Metalldrähten mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,5 mm in eine Netz mit 10 bis 100 Maschen hergestellt werden.
Als Metallmaterialien, die das Streckmetall oder gewebte oder gestrickte Metallnetze bilden, können geeigneterweise dünne Metallplatten oder dünne Drähte hergestellt aus rostfreiem Stahl, Kupfer, Phosphorbronze, Bronze, Eisen oder dergleichen verwendet werden.
Das Gleitelement (II) gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch die folgenden Schritte (a') bis (c') hergestellt werden. Bei der Herstellung des Gleitelements (II) wird dieselbe Harzzusammensetzung wie oben für die Herstellung des Gleitelements (I) beschrieben verwendet.

(a') Die Harzzusammensetzung wird über das Streckmetall oder das gewebte oder gestrickte Metallnetz ausgebreitet und gewalzt, um die Gittermaschen des Metallnetzes mit der Harzzusammensetzung zu füllen und gleichzeitig die Oberfläche des Metallnetzes zu beschichten, wodurch eine Beschichtungsschicht mit einer einheitlichen Dicke darauf gebildet wird. In diesem Schritt ist die Dicke der so gebildeten Beschichtungsschicht 2 bis 2,5 mal die Dicke der Harzschicht, die für die Endprodukte benötigt wird.
(b') Das in Schritt (a') behandelte Metallnetz wird in einem Trockenofen, erhitzt auf eine Temperatur von 200 bis 250°C, für mehrere Minuten gehalten, um das Erdöl-basierte Lösungsmittel zu entfernen. Danach wird die getrocknete Harzzusammensetzung unter einem Druck von 300 bis 600 kgf/cm² gewalzt, um eine vorherbestimmte Dicke zu erhalten.
(c') Das in Schritt (b') behandelte Metallnetz wird in einen Heizofen eingebracht und auf eine Temperatur von 360 bis 380°C für einen Zeitraum zwischen mehreren Minuten und zehn plus mehrere Minuten erhitzt, um die Harzzusammensetzung zu sintern. Danach wird das Metallnetz aus dem Ofen genommen und wieder gewalzt, um die Größe zu korrigieren, wodurch das gewünschte Gleitelement erhalten wird.

In dem Gleitelement erhalten durch die Schritte (a') bis (c') ist die Dicke der Beschichtungsschicht, zusammengesetzt aus der Harzzusammensetzung, gebildet auf der Oberfläche des Metallnetzes, üblicherweise zwischen 0,05 bis 1,0 mm. Das so erhaltene Gleitelement wird in eine geeignete Größe geschnitten und als eine flache Gleitplatte oder eine zylindrische Drehbuchse durch Biegen verwendet.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gleitelement zur Verfügung gestellt, das in der Lage ist, hervorragende Gleiteigenschaften aufzuweisen, wie stabile niedrige Reibungskoeffizienten und eine extrem geringe Menge von Abrieb unter verschiedenen unterschiedlichen Arbeitsbedingungen, z.B. unter Trockenreibungsbedingungen, ölimmergierten Bedingungen oder ölgeschmierten Bedingungen.
Beispiele
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung detaillierter beschrieben mit Bezug auf Beispiele. Diese Beispiele sind jedoch nur illustrativ und nicht dazu gedacht, die Erfindung darauf zu begrenzen.
In den folgenden Beispielen wurden die Gleiteigenschaften des Gleitelements (I) durch die folgenden Testverfahren (1) bis (4) bewertet und jene des Gleitelements (II) wurden durch das Testverfahren (2) bewertet.
Schiebetest (1):
Der Reibungskoeffizient und die Menge an Abrieb wurden unter den in Tabelle 1 unten beschriebenen Bedingungen gemessen. Dann wurde der Reibungskoeffizient angegeben durch den Wert, gemessen bei Erreichen einer stabilen Bedingung während der Zeit von 1 Stunde nach dem Beginn des Tests bis zum Abschluß des Tests. Des weiteren wurde die Menge an Abrieb angegeben als die Veränderung der Ausmaße der Gleitoberfläche nach einer Testdauer von 8 Stunden.
Tabelle 1
Schiebetest (2):
Der Reibungskoeffizient und die Menge an Abrieb wurden unter den in Tabelle 2 unten beschriebenen Bedingungen gemessen. Dann wurde der Reibungskoeffizient angegeben durch den Wert gemessen bei Erreichen stabiler Bedingungen während der Zeit von 1 Stunde nach dem Beginn des Tests bis zur Beendigung des Tests. Des weiteren wurde die Menge an Abrieb angegeben als Veränderung der Ausmaße der Gleitoberfläche nach einer Testdauer von 8 Stunden.
Tabelle 2
Hin- und Hergleit-Test (3):
Der Reibungskoeffizient und die Menge an Abrieb wurden unter den in Tabelle 3 unten beschriebenen Bedingungen gemessen. Dann wurde der Reibungskoeffizient angegeben durch den Wert, gemessen bei Erreichen einer stabilen Bedingung während der Zeit von 1 Stunde nach dem Beginn des Tests bis zum Abschluß des Tests. Des weiteren wurde die Menge an Abrieb angegeben als die Veränderung der Ausmaße der Gleitoberfläche nach einer Testdauer von 8 Stunden.
Tabelle 3
Hin- und Hergleit-Test (4):
Der Reibungskoeffizient und die Menge an Abrieb wurden unter den in Tabelle 4 unten beschriebenen Bedingungen gemessen. Dann wurde der Reibungskoeffizient angegeben durch den Wert, gemessen bei Erreichen einer stabilen Bedingung während der Zeit von 1 Stunde nach dem Beginn des Tests bis zum Abschluß des Tests. Des weiteren wurde die Menge an Abrieb angegeben als die Veränderung der Ausmaße der Gleitoberfläche nach einer Testdauer von 8 Stunden.
Tabelle 4
Beispiele 1 bis 20 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3
In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde "Polyflon F201" (Handelsname, hergestellt von Daikin Kogyo Co., Ltd.) als das PTFE-Harz verwendet, und ein gemischtes Lösungsmittel aus einem aliphatischen Lösungsmittel und einem naphthenischen Lösungsmittel, "Exxsol" (Handelsname, hergestellt von Exxon Chemical Co., Ltd.), wurde als das Erdöl-basierte Lösungsmittel verwendet.
Zunächst wurde das PTFE-Harz und jeder der Füllstoffe, die in Tabellen 5 bis 10 gezeigt sind, in einen Henschel-Mixer geladen und unter Rühren gemischt. 20 Gew.Teile des Erdöl-basierten Lösungsmittels wurden mit 100 Gew.Teilen der resultierenden Mischung vermischt und bei einer Temperatur (15°C) gemischt, die niedriger war als der Raumtemperatur-Übergangspunkt des PTFE-Harzes, um eine Harzzusammensetzung zu erhalten.
Die so erhaltene Harzzusammensetzung wurde über eine poröse gesinterte Metallschicht (Bronze) (Dicke: 0,25 mm), gebildet auf einer dünnen Stahlrückenplatte (Dicke: 0,70 mm), ausgebreitet und gewalzt, um die Harzzusammensetzung in die Poren der porösen gesinterten Metallschicht zu füllen und die Oberfläche der porösen gesinterten Metallschicht damit zu beschichten, um so eine Harzzusammensetzungsschicht mit. einer Dicke von 0,25 mm zu bilden, wodurch eine mehrschichtige Platte erhalten wird. Die so erhaltene mehrschichtige Platte wurde in einem Heißlufttrockenofen, erhitzt auf 200°C, für 5 Minuten gehalten, um das Lösungsmittel zu entfernen. Danach wurde die mehrschichtige getrocknete Platte unter einem Druck von 400 kgf/cm² gewalzt, um eine Harzzusammensetzungsschicht mit einer Dicke von 0,10 mm auf der gesinterten Metallschicht zu bilden.
Die so druckbehandelte mehrschichtige Platte wurde dann in einen Heizofen gebracht und für 10 Minuten auf 370°C erhitzt, um die Harzzusammensetzung zu sintern. Anschließend wurde die Platte nochmals gewalzt, um die Größe und Welligkeit der Platte zu korrigieren und dadurch ein mehrschichtiges Gleitelement zu erhalten. Nach Fertigstellung der Korrektur wurde das mehrschichtige Gleitelement in ein rechteckiges Teststück mit einer Seitenlänge von je 30 mm geschnitten.
1 zeigt eine Querschnittsansicht des so erhaltenen mehrschichtigen Gleitelements. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 die Stahlrückenplatte, 2 bezeichnet die poröse gesinterte Metallschicht hinterlegt mit der stählernen Rückenplatte und 3 bezeichnet die Beschichtungsschicht (Gleitschicht) gebildet durch Füllen der Poren der porösen gesinterten Metallschicht 2 mit der Harzzusammensetzung und Beschichten der Oberfläche der gesinterten Metallschicht damit.
Die Ergebnisse der Schiebetests (1) und (2) für jedes der erhaltenen Gleitelemente werden in Tabellen 5 bis 10 gezeigt.
In den Tabellen sind die Mengen der jeweiligen gemischten Komponenten durch "Gew.-%" angegeben. Des weiteren wurden "Bellpearl C-2000" (Handelsname, hergestellt von Kanebo Co., Ltd.) und "Ceramer" (Handelsname, hergestellt von Hoechst AG) als das Phenolharz-calcinierte Produkt bzw. Polyphenylensulfonharz verwendet.
Tabelle 5
Tabelle 5 (Fortsetzung)
Tabelle 5 (Fortsetzung)
Tabelle 6
Tabelle 6 (Fortsetzung)
Tabelle 6 (Fortsetzung)
Tabelle 7
Tabelle 7 (Fortsetzung)
Tabelle 7 (Fortsetzung)
Tabelle 8
Tabelle 8 (Fortsetzung)
Tabelle 8 (Fortsetzung)
Tabelle 9
Tabelle 9 (Fortsetzung)
Tabelle 9 (Fortsetzung)
Tabelle 9 (Fortsetzung)
Tabelle 10
Tabelle 10 (Fortsetzung)
Tabelle 10 (Fortsetzung)
(Anmerkung)

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Der Reibungskoeffizient des Teststücks stieg 2 Stunden nach Beginn des Tests abrupt an, und deshalb wurde der Test nicht fortgeführt.

Anhand der obigen Testergebnisse wurde bestätigt, daß die mehrschichtigen Gleitelemente, die in den Beispielen erhalten wurden, eine stabile Leistung, eine geringe Menge an Abrieb und daher exzellente Gleiteigenschaften während der Testdauer aufwiesen. Auf der anderen Seite zeigten die mehrschichtigen Gleitelemente, die in den Vergleichsbeispielen, insbesondere Vergleichsbeispielen 2 und 3, erhalten wurden, Reibungskoeffizienten, welche sich nicht so sehr von jenen der mehrschichtigen Gleitelemente erhalten in den Beispielen unterschieden, wiesen jedoch eine große Menge an Abrieb auf, und daher verschlechterten sich ihre Gleiteigenschaften.
Dann wurden die mehrschichtigen Platten, die in Beispielen 1 bis 2, 4, 7 bis 10, 12 bis 14 und 16 bis 20 und Vergleichsbeispielen 2 und 3 erhalten wurden, in kleine Platten geschnitten, und jede kleine Platte wurde in eine halbzylindrische Form gebogen, während die Beschichtung nach innen wies, um dadurch ein mehrschichtiges Gleitelement mit einem Radius von 20,0 mm, einer Länge von 20,0 mm und einer Dicke von 1,05 mm als Teststück zu erhalten.
Die Ergebnisse des Hin- und Hergleit-Tests (3) und (4) der entsprechenden mehrschichtigen Gleitelemente werden in Tabellen 11 bis 14 gezeigt.
Tabelle 11
Tabelle 12
Tabelle 13
Tabelle 14
(Anmerkung)

*:

Der Reibungskoeffizient des Teststücks stieg 30 Minuten nach Beginn des Tests abrupt an, und deshalb wurde der Test nicht fortgeführt.

Durch die obigen Testergebnisse wird bestätigt, daß die in den Beispielen erhaltenen mehrschichtigen Gleitelemente stabil sehr geringe Reibungskoeffizienten sowie eine geringe Menge an Abrieb während der Testdauer aufwiesen.
Beispiele 21 bis 33 und Vergleichsbeispiele 4 bis 6
In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde "Polyflon F201" (Handelsname, hergestellt von Daikin Kogyo Co., Ltd.) als das PTFE-Harz verwendet, und ein gemischtes Lösungsmittel eines aliphatischen Lösungsmittels und eines naphthenischen Lösungsmittels "Exxsol" (Handelsname, hergestellt von Exxon Chemical Co., Ltd.) wurde als das Erdöl-basierte Lösungsmittel verwendet.
Zunächst wurden das PTFE-Harz und die Füllstoffe, die in Tabellen 15 bis 18 gezeigt werden, in einen Henschel-Mixer gefüllt und unter Rühren vermischt. 20 Gew.Teile des Erdöl-basierten Lösungsmittel wurden mit 100 Gew.Teilen der resultierenden Mischung vermengt und bei einer Temperatur (15°C) unter dem Raumtemperatur-Übergangspunkt des PTFE-Harzes gemischt, um eine Harzzusammensetzung zu erhalten.
Eine Phosphorbronzeplatte mit einer Dicke von 0,3 mm wurde zu einem Streckmetall verarbeitet, ausgestattet mit regelmäßig angeordneten rechteckigen Maschen, jede mit einer Seiten-(Strang)-länge von 0,6 mm und einer Dicke von 0,43 mm, wodurch das Substrat A erhalten wurde. Es wurden auch dünne Metalldrähte aus Phosphorbronze mit einem Durchmesser von 0,3 mm als Kette und Schuß in ein Drahtnetz mit 50 Maschen verwoben, wodurch Substrat B erhalten wurde.
Die Harzzusammensetzung wurde über das Substrat A, hergestellt aus dem Streckmetall, und das Substrat B, hergestellt aus dem gewobenen Drahtnetz, aufgetragen und gewalzt, um die Maschen des Metallnetzes mit der Harzzusammensetzung zu füllen und die Oberfläche des Metallnetzes damit zu bedecken, um eine Beschichtung, bestehend aus der Harzzusammensetzung, darauf zu bilden. Das durch Füllen der Maschen und Beschichten der Oberfläche mit der Harzzusammensetzung erhaltene Substrat wurde dann in einem Heißlufttrockenofen, erhitzt auf 220°C, für 5 Minuten gehalten, um das Lösungsmittel aus der Harzzusammensetzung zu entfernen.
Dann wurden die so getrockneten Substrate, welche erhalten worden waren durch Füllen der Maschen und Beschichten der Oberflächen mit der Harzzusammensetzung, in einen Heizofen eingebracht und bei 360°C für 10 Minuten erhitzt, um die Harzzusammensetzung zu sintern und dann unter Druck gewalzt, um die Größe, Welligkeit und dergleichen zu korrigieren, wodurch das Substrat mit einer Harzzusammensetzungsschicht mit einer Dicke von 0,13 mm auf der Oberfläche davon erhalten wurde. Nach Fertigstellung der Korrektur wurde das erhaltene Gleitelementmaterial in rechteckige Gleitelemente mit einer Größe von 30 × 30 mm als Teststück geschnitten.
2 zeigt eine flächige Ansicht des expandierten Metalls und 3 zeigt eine Querschnittsansicht des Gleitelements, welches das Streckmetall, das in 2 gezeigt wird, als Substrat verwendet. In 2 und 3 bezeichnet die Bezugsnummer 4 das Streckmetall, 5 bezeichnet jede Seite (Strang), 6 bezeichnet das Netz und 7 bezeichnet die Beschichtung (Gleitschicht) hergestellt aus der Harzzusammensetzung, welche in jede Masche des Streckmetalls gefüllt wurde und die Oberfläche davon beschichtete (bedeckte).
Zusätzlich zeigt 4 eine Querschnittsansicht des Gleitelements, das das gewebte Drahtnetz als Substrat verwendet. In 4 bezeichnet die Bezugszeichen 8 das gewebte Drahtnetz und 9 bezeichnet die Beschichtung (Gleitschicht) hergestellt aus der Harzzusammensetzung, welche in jede Masche des gewobenen Drahtnetzes gefüllt worden war und die Oberfläche davon beschichtete (bedeckte).
Die Ergebnisse des Schiebetests (2) für jedes Gleitelement werden in Tabellen 15 bis 18 gezeigt.
In den Tabellen werden die Mengen der jeweils gemischten Komponenten als "Gew.-%" angegeben. Des weiteren wurden "Bellpearl C-2000" (Handelsname, hergestellt von Kanebo Co., Ltd.) und "Ceramer" (Handelsname, hergestellt von Hoechst AG) als das Phenolharz-calcinierte Produkt bzw. Polyphenylensulfonharz verwendet.
Tabelle 15
Tabelle 15 (Fortsetzung)
Tabelle 15 (Fortsetzung)
Tabelle 16
Tabelle 16 (Fortsetzung)
Tabelle 16 (Fortsetzung)
Tabelle 17
Tabelle 17 (Fortsetzung)
Tabelle 17 (Fortsetzung)
Tabelle 17 (Fortsetzung)
Tabelle 18
Tabelle 18 (Fortsetzung)
Tabelle 18 (Fortsetzung)
Anhand der obigen Testergebnisse wurde bestätigt, daß die in den Beispielen erhaltenen Gleitelemente geringe Reibungskoeffizienten, eine stabile Leistung während der Testphase und eine äußerst geringe Menge an Abrieb von nicht mehr als 15 μm aufwiesen und daher exzellente Gleiteigenschaften hatten. Auf der anderen Seite zeigten die in den Vergleichsbeispielen erhaltenen Gleitelemente hohe Reibungskoeffizienten und große Mengen an Abrieb und waren daher in den Gleiteigenschaften verschlechtert.

Claims

Harzzusammensetzung für ein Gleitelement, umfassend 5 bis 40 Gew.-% Bariumsulfat, 1 bis 30 Gew.-% eines Phosphats, 1 bis 10 Gew.-% von zumindest einem, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Polyimidharz, einem Phenolharz-calcinierten Produkt und einem Polyphenylensulfonharz; und als Rest ein Polytetrafluorethylenharz.
Harzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin besagtes Polyimidharz ein aromatisches Polyimidharz oder ein durch Wärme härtbares Polyimidharz ist.
Harzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin besagtes Phosphat ein sekundäres Metallphosphat, ein tertiäres Metallphosphat oder ein Metallpyrophosphat ist.
Harzzusammensetzung gemäß Anspruch 3, worin besagtes Phosphat ausgewählt ist aus Trilithiumphosphat, Dilithiumhydrogenphosphat, Lithiumpyrophosphat, Tricalciumphosphat, Calciumhydrogenphosphat und Calciumpyrophosphat.
Harzzusammensetzung gemäß Anspruch 1, welche des weiteren Graphit oder Molybdändisulfid in einer Menge von nicht mehr als 5 Gew.-% enthält.
Gleitelement, umfassend: ein Substrat, umfassend entweder eine Stahlrückenplatte, auf der eine poröse gesinterte Metallschicht gebildet ist, oder ein Metallnetz, und eine Harzzusammensetzungsschicht, die die Poren der besagten gesinterten Metallschicht ausfüllt und deren Oberfläche bedeckt, oder die Zwischenräume des besagten Metallnetzes ausfüllt und dessen Oberfläche bedeckt, umfassend 5 bis 40 Gew.-% Bariumsulfat, 1 bis 30 Gew.-% eines Phosphats, 1 bis 10 Gew.-% von zumindest einem, ausgewählt aus einem Polyimidharz, einem Phenolharz-calcinierten Produkt und einem Polyphenylensulfonharz; und als Rest ein Polytetrafluorethylenharz.
Gleitelement gemäß Anspruch 6, worin besagtes Polyimidharz ein aromatisches Polyimidharz oder ein durch Wärme härtbares Polyimidharz ist.
Gleitelement gemäß Anspruch 6, worin besagtes Phosphat ein sekundäres Metallphosphat, ein tertiäres Metallphosphat oder ein Metallpyrophosphat ist.
Gleitelement gemäß Anspruch 8, worin besagtes Phosphat ausgewählt ist aus Trilithiumphosphat, Dilithiumhydrogenphosphat, Lithiumpyrophosphat, Tricalciumphosphat, Calciumhydrogenphosphat und Calciumpyrophosphat.
Gleitelement gemäß Anspruch 6, worin besagte Harzzusammensetzung des weiteren Graphit oder Molybdändisulfid in einer Menge von nicht mehr als 5 Gew.-% enthält.