专利名称：滑动面材料及具有该滑动面材料的多层滑动部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于滑动轴承等滑动部件的滑动面材料以及在滑动面上具有该滑动面材料的多层滑动部件。
背景技术：
现有技术中，人们公知如下一种纤维强化树脂组合物，其以棉布作为加强基材，使酚醛树脂浸渗到该加强基材中而形成，或者以棉布作为加强基材，在酚醛树脂中添加四氟乙烯树脂，再将该树脂组合物浸渗到该加强基材中而形成(专利文献1)。将该纤维强化树脂组合物层压成平板状或圆筒状，从而形成层压滑动部件，该层压滑动部件具有优异的耐磨损性和抗负荷性，且刚性也优异。上述层压滑动部件例如用于嵌合在液压缸活塞外周面上的耐磨损环或用于水中用滑动轴承等。酚醛树脂在水润滑状态下表现出优异的性能，这与其表面特性有很大关系。具体来讲，水分易于吸附在用作基材的棉布上及酚醛树脂的OH 基与水具有良好的亲和性。
然而，用棉布与酚醛树脂形成的纤维强化树脂组合物制成的圆筒状层压滑动部件，其在湿润环境或水中使用时产生溶胀现象，因而具有难以与轴之间保持一定间隙(滑动间隙)的问题。该圆筒状层压滑动部件产生溶胀现象的主要原因是作为加强基材的棉布的高吸水性。因此，在将层压滑动部件用于水中时，作为除棉布以外的加强基材，具有低吸水性的聚酯纤维和聚丙烯腈纤维等合成纤维纺布受到关注。即使对于具有上述优点的合成纤维纺布，其用作加强基材时，也需要增进其与所使用的合成树脂之间的粘接性。
专利文献2中公开了一种纤维强化树脂组合物以及使用该组合物的滑动轴承，该组合物是以聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维或碳纤维等纺布作为加强基材，并浸渗添加了氟系聚合物的酚醛树脂、三聚氰酰胺树脂、环氧树脂或醇酸树脂等热固性合成树脂而获得的。为了增进这些合成纤维纺布与合成树脂之间的粘接性，向合成树脂中添加作为粘接性改良剂的聚酰胺的共缩合生成物和聚乙烯醇衍生物。
专利文献3中公开了一种强化塑料板，其是以聚酯纤维纺布作为加强基材，浸渗不饱和聚酯树脂并层压而获得的。由于聚酯纤维缺乏官能团，因此在不进行其他处理时，存在难以与不饱和聚酯树脂粘接的问题。对此，在专利文献3中，为增进聚酯纤维与树脂之间的粘接性、即亲和性，在150°C以下，在有机溶剂中对上述聚酯纤维与双酚系环氧粘接剂加热处理5 120分钟。
专利文献1 日本发明专利公布公报特公昭39-14852号
专利文献2 日本发明专利公开公报特开平4-225037号
专利文献3 日本发明专利公布公报特公昭43-27504号
然而，由于上述聚酯纤维具有低吸水性，作为水润滑用滑动部件的加强纤维，其具有不产生溶胀现象的优点，但为了获得该聚酯纤维对树脂起到的加强效果，需要增进该聚酯纤维与树脂之间的粘接性。另外，对于在干燥摩擦条件下使用的滑动部件，作为其加强材料的聚酯纤维存在耐热性问题，难以在例如高于250°C的环境中使用，所以对耐热性有要求3时，该聚酯纤维存在不适用的问题。
鉴于上述实际情况，本申请人以前提出过一种滑动部件用纤维强化树脂组合物和使用该滑动部件用纤维强化树脂组合物制成的层压滑动部件，作为纤维加强材料，本申请人着眼于吸水性极低而且具有耐热性的聚苯硫醚纤维，向由该聚苯硫醚纤维制成的纺布浸渗含有四氟乙烯树脂的特定的可溶性酚醛树脂(日本发明申请第2008-293692号)。
上面提出的层压滑动部件，无需对纺布的表面进行表面处理也能使其与特定的可溶性酚醛树脂之间充分粘接，刚性较强且具有优异的机械强度，而且即使在高湿度环境或水中使用，其溶胀量也较小，在干燥摩擦条件、润滑脂润滑条件甚至水润滑条件下也具有优异的抗摩擦磨损特性，上述层压滑动部件的适用性较广。
然而，即使对上面提出的用途较广的层压滑动部件，人们也希望改进其在大气中的干燥摩擦状态下，径向来回转动条件下的抗摩擦磨损特性。发明内容
本发明的目的在于对上述日本发明申请第2008-293692号所做出的改进，提供一种滑动面材料以及在滑动面上具有该滑动面材料的多层滑动部件，其能发挥上述日本发明申请第2008-293692号中的滑动部件的优点，即发挥在水中等湿润环境中使用时的低溶胀性和同样条件下的优异的抗摩擦磨损特性，同时提高了在大气中的干燥摩擦条件中的抗摩擦磨损特性。
本发明的滑动面材料由加强基材和可溶性酚醛树脂构成。其中，该加强基材由纺布形成，将至少各1根含氟树脂纤维的单捻纱和聚苯硫醚(以下称为“PPS”)纤维的单捻纱并股，在与该单捻纱的单捻方向相反的方向上加捻而形成双股纱，以该双股纱分别作为经纱和纬纱而形成上述纺布。上述可溶性酚醛树脂分散含有聚四氟乙烯树脂粉末，该聚四氟乙烯树脂粉末浸渗到上述加强基材中。
含氟树脂纤维可以选用聚四氟乙烯(以下称为“PTFE”)纤维、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(以下称为“PFA”)纤维、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(以下称为“FEP”) 纤维、乙烯-四氟乙烯共聚物(以下称为“ETFE”)纤维。尤其，在用于滑动部件而要求有耐热性时，优选PTFE纤维。
优选形成上述加强基材的含氟树脂纤维的单捻纱为至少400登尼尔(danier)的单捻纱，另外，优选聚酯纤维的单捻纱是至少20棉纱支数的单捻纱。
优选含氟树脂纤维的单捻纱和PPS纤维的单捻纱是初捻(Z捻向)纱，优选含氟树脂纤维的单捻纱和PPS纤维的单捻纱的捻数为260 300T/m。
优选将至少各1根上述含氟树脂纤维的单捻纱与PPS纤维的单捻纱并股，在与该单捻纱的单捻方向相反方向加捻(S捻向)而形成的双股纱的捻数为255 ^5T/m。
优选由双股纱形成的作为加强基材的纺布是平纹纺布，所述平纹纺布的密度为经纱(垂直方向上的纱)36 44根/英寸，纬纱(水平方向上的纱)36 44根/英寸。
优选本发明的滑动面材料由35 50质量百分比的可溶性酚醛树脂、10 30质量百分比的PTFE粉末和35 50质量百分比的加强基材形成(其中上述三种成分的合计为 100质量百分比)。
优选形成滑动面材料的可溶性酚醛树脂以胺类为催化剂，由含有50 100摩尔百分比的双酚A的酚类物质和甲醛类物质合成，采用凝胶渗透色谱法(GPC)测定的数均分子量Mn为500 1000，而且作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分散度Mw/Mn为 2. 5 15。
分散含有在该可溶性酚醛树脂中的PTFE粉末，优选使用分子量为数百万 数千万的高分子量PTFE或分子量为数千 数十万的低分子量Ρ Ε的一种。
本发明的多层滑动部件的整体形状为平板状，而且至少在例如由纤维强化合成树脂制成的方形背衬的滑动面上呈一体地形成有上述滑动面材料，或整体形状为圆筒状，而且至少在例如由纤维强化合成树脂制成的圆筒状背衬的滑动面上呈一体地形成有上述滑动面材料。
发明效果
当采用本发明时，将至少各1根含氟树脂纤维和PPS纤维的单捻纱并股，在与该单捻纱的单捻方向(Z捻向)相反的方向(S捻向)加捻而形成双股纱，以该双股纱分别作为经纱和纬纱而形成纺布，由于在作为该加强基材的平纹纺布中，含氟树脂纤维与PPS纤维以几乎均等的面积比例露出在至少构成滑动面的一个表面上，因此，利用与纺布中所浸渗的PTFE粉末的低摩擦性之间的相互作用，本发明能提供抗摩擦磨损特性被提高的滑动面材料。
另外，以上述双股纱作为经纱和纬纱编织而成的作为加强基材的纺布，由于能以其厚度厚于例如由单捻纱作为经纱和纬纱编织而成的平纹纺布的厚度，因此本发明能够对多层滑动部件的滑动面进行机械加工，以提高该多层滑动部件的尺寸精度，其中，该多层滑动部件的滑动面与滑动面材料形成一体，该滑动面材料是向上述加强基材浸渗分散含有 PTFE粉末的特定的可溶性酚醛树脂而形成的。
适用于本发明的可溶性酚醛树脂以胺类为催化剂，由含有50 100摩尔百分比的双酚A的酚类物质与甲醛类物质合成，采用凝胶渗透色谱法(GPC)测定的数均分子量Mn为 500 1000，且作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分散度Mw/Mn为2. 5 15，该酚醛树脂与PPS纤维的亲和性得以显著提高，因此，该酚醛树脂可以充分浸渗到纺布中并与该纺布牢固粘接。而无需进行现有技术中所必需的、对包含PPS纤维在内的纺布所进行的表面处理。
图1为用于说明滑动面材料用预浸材料的制造装置的图。
图2为滑动面材料用预浸材料的立体图。
图3为用于形成层压体(背衬)的树脂加工材料(预浸材料)的立体图。
图4为使用图2所示的预浸材料和图3所示的预浸材料的平板状多层滑动部件的制造方法的一个例子的示意图。
图5为平板状多层滑动部件的立体图。
图6为使用图2所示的预浸材料的圆筒状多层滑动部件的制造方法的一个例子的示意图。
图7为圆筒状多层滑动部件的立体图。
图8为轴向磨损试验方法的立体图。
图9为径向来回转动磨损试验方法的立体图。
图10为用于说明双股纱的制造方法的一个例子的图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的滑动面材料和使用该滑动面材料的多层滑动部件。
本发明的滑动面材料由加强基材和可溶性酚醛树脂构成。其中，该加强基材由纺布形成，将至少各1根含氟树脂纤维的单捻纱和PPS纤维的单捻纱并股，在与该单捻纱的单捻方向(Z捻向)相反的方向(S捻向)上加捻而形成双股纱，以该双股纱分别作为经纱 (水平方向上的纱)和纬纱(垂直方向上的纱)形成该纺布。上述可溶性酚醛树脂分散含有 PTFE。
作为含氟树脂纤维，可以选用PTFE纤维、PFA纤维、FEP纤维、ETFE纤维。由于其中的PTFE纤维具有耐热性(熔点327°C )，所以在对多层滑动部件有耐热性要求时，优选使用它。这些含氟树脂纤维虽可使用纺纱或长丝纱之一，但优选纺纱。
含氟树脂纤维的单捻纱是至少400登尼尔的长丝纱或纺纱，优选以沈0 300T/m 的捻数经初捻(Z捻向)而形成的纺纱。
PPS纤维呈纤维状，是将一般表达式为(Ar-S)n的PPS聚合体，采用平常所用的溶融纺纱法而形成，式中的Ar，意为芳香族的基，是苯基、联苯基、联苯醚基、萘基等。该PPS纤维具有优异的耐热性、耐氧化性、耐热性、耐腐蚀性等特性，尤其是其耐热性，能在190°C的环境中连续使用。另外，该PPS纤维在吸湿性、吸水性方面，水分率至少达到0. 2%。
作为本发明使用的PPS纤维的具体例子，可例举东丽(TORAY)公司制造的 “T0RUK0N(商品名)”、东洋纺织公司制造的“PUR0K0N(商品名)”等。另外，优选PPS纤维的单捻纱为至少20棉纱支数(换算为登尼尔，约合265登尼尔)的长丝纱或纺纱，优选由纺纱以沈0 300T/m的捻数经初捻(Z捻向)而形成。
本发明中，双股纱是将1根由上述含氟树脂纤维的纺纱或长丝纱形成的单捻纱和 1根由聚酯纤维的纺纱或长丝纱形成的单捻纱并股，在与该单捻纱的单捻方向(S捻向)相反的方向加捻(S捻向)而形成的。
图10是用于说明双股纱的制造方法的一个例子的图。在图10中，对A纤维的单纱80加捻而制成A纤维的单捻纱100。另外对B纤维的单纱120加捻而制成B纤维的单捻纱140。将这些A纤维的单捻纱100与B纤维的单捻纱140并股，在与这些单捻纱100、140 的加捻方向相反的方向上加捻而制成双股纱160。
以上述双股纱分别作为经纱(垂直方向上的纱)和纬纱(水平方向上的纱)进行编织，可形成作为加强基材的纺布。作为加强基材的纺布，其适用以垂直方向上的纱(经纱)为36 44根/英寸、水平方向上的纱(纬纱)为36 44根/英寸的密度而编织出来的平纹纺布。在作为该加强基材的平纹纺布中，含氟树脂纤维与PPS纤维以几乎均等的面积比例至少露出在构成滑动面的一个表面上，因此，利用与纺布中所浸渗的PTFE粉末的低摩擦性之间的相互作用，本发明能提供抗摩擦磨损特性被提高的滑动面材料。另外，即使被机械加工，由于含氟树脂纤维与PPS纤维以几乎均等的面积比例露出在构成滑动面的表面上，从而能长期维持加强基材的摩擦磨损特性。
另外，作为加强基材的纺布，其以上述双股纱分别作为经纱和纬纱编织而成，该纺布的厚度可以形成得较厚。因此本发明能够对多层滑动部件的滑动面进行机械加工，以获得能够提高该多层滑动部件的尺寸精度得效果，其中，该多层滑动部件的滑动面与滑动面材料形成一体，所述滑动面材料是向上述加强基材浸渗分散含有PTFE粉末的特定的可溶性酚醛树脂而形成的。
本发明的滑动面材料中含有的加强基材的合适的量为35 50质量百分比。若加强基材的量低于35质量百分比，无法充分发挥抗摩擦磨损特性，若超过50质量百分比，由于后述的可溶性酚醛树脂的量减少，所以有显著妨碍成型性的可能。
在本发明中，优选可溶性酚醛树脂是以胺类为催化剂，由含有50 100摩尔百分比的双酚A的酚类物质与甲醛类物质合成。该可溶性酚醛树脂采用GPC测定的数均分子量 Mn为500 1000，而且作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分散度Mw/Mn为2. 5 15。
如上所述，优选本发明中使用的可溶性酚醛树脂的酚类物质中的双酚A(C15H16O2) 的比例为50 100摩尔百分比。这是双酚A的摩尔数相对于合成开始时投入的全部酚类物质的合计摩尔数的比率。
优选合成后的可溶性酚醛树脂采用GPC测定的数均分子量Mn为500 1000，而且分子量分布的分散度Mw/Mn为2. 5 15。该可溶性酚醛树脂与作为加强基材的上述纺布的亲和性显著提高。因此，不对上述纺布进行表面处理，也能获得与该纺布之间具有良好粘接性的滑动面材料。
在上述可溶性酚醛树脂中，若双酚A低于50摩尔百分比，不能获得其与上述加强基材之间的充分的亲和性，因而不能获得其与该加强基材之间的充分的粘接性。另外，优选上述可溶性酚醛树脂采用GPC测定的数均分子量Mn为500 1000，而且分散度Mw/Mn为 2. 5 15。若数均分子量Mn低于500，即使其与该加强基材之间的亲和性良好，也会导致机械强度的降低，另外，若数均分子量Mn超过1000，可溶性酚醛树脂的粘度过高，难以浸渗到该加强基材中。此外，若分散度Mw/Mn小于2. 5，不能获得其与加强基材之间的足够的粘接力，另外，若分散度Mw/Mn超过15，与数均分子量Mn超过1000的情况相同，难以浸渗到加强基材中。
因此，对浸渗到加强基材中的可溶性酚醛树脂，将酚类物质中的双酚A的摩尔比率、GPC测定的数均分子量Mn和分散度Mw/Mn设定为上述范围内时，可以确保可溶性酚醛树脂在加强基材中的浸渗性和粘接性，同时还能确保滑动面材料的机械强度。
另外，酚类物质中的双酚A低于100摩尔百分比时则含有除双酚A以外的酚类物质。作为除双酚A以外的酚类物质，可列举出苯酚、甲酚、乙基苯酚、氨基苯酚、间苯二酚、二甲苯酚、丁基苯酚、三甲基苯酚、儿茶酚、苯基苯酚等，其中，基于其特性而优选使用苯酚。这些除双酚A以外的酚类物质各自可以单独使用，另外，也可以混合两种以上而作为混合物来使用。
作为甲醛类物质，可列举出甲醛水溶液、仲甲醛、水杨醛、苯甲醛、ρ-羟基苯甲醛等。尤其从合成的容易程度考虑，优选使用甲醛水溶液或仲甲醛。这些甲醛类物质可以单独使用，另外也可以混合两种以上而作为混合物来使用。
对于用作催化剂的胺类，可列举出三乙胺、三乙醇胺、苄基二甲基胺、氨水等，其中，三乙胺和氨水因容易合成而优选使用。
包含在本发明的滑动面材料中的可溶性酚醛树脂的合适的量为35 50质量百分比。若可溶性酚醛树脂的含量低于35质量百分比，对滑动面材料的成型性(制造)形成障碍，另外，若超过50质量百分比则使滑动面材料的机械强度降低。
作为在上述可溶性酚醛树脂中进行调配的PTFE粉末，可以使用成型用模塑粉 (以下简称为“高分子量PTFE”)，或使用通过射线照射等使分子量低于高分子量PTFE的 PTFE (以下简称为“低分子量PTFE”)。低分子量PTFE主要用作添加材料，其容易粉碎而且分散性良好。
作为高分子量PTFE的具体例子，可列举出Du Pont-MitsuiFluorochemicals Co.，Ltd.制造的 “Teflon(注册商标)7-J”、“Tefl0n(注册商标)7A-J”、“Tefl0n(注册商标)70-J” 等，DAIKIN INDUSTRIES, Ltd.制造的 “Polyflon M-12 (商品名)”等，旭硝子公司制造的“FluonG163(商品名)”、“Flu0n G190(商品名)”等。
另外，作为低分子量PTFE的具体例子，可列举出Du Pont-Mitsui Fluorochemicals Co.，Ltd.制造的 “TLP-10F(商品名)，，等，DAIKININDUSTRIES, Ltd.制造的“RUBURON L-5(商品名)”等，旭硝子公司制造的“Fluon L150J(商品名)”、“Fluon L 169J(商品名)”等，喜多村公司制造的“KTL-8N(商品名)”、“KTL-2N(商品名)”等。
在本发明中，高分子量PTFE和低分子量PTFE均可使用，但是在与可溶性酚醛树脂混合时，由于低分子量PTFE的粉末均勻分散且不易生成空隙，因而优选使用它。另外，从均勻分散、防止空隙生成的角度考虑，优选PTFE粉末的平均粒径为1 50 μ m，最好是1 30 μ m0
滑动面材料中的PTFE的合适的量为10 30质量百分比。若PTFE的量低于10 质量百分比，不能获得提高抗摩擦磨损特性的效果，反之，若超过30重量百分比，在成型时树脂粘度增大而有可能生成空隙，而且还有可能使上述可溶性酚醛树脂的粘接性降低，从而导致滑动面材料或多层滑动部件的强度降低，或者引起层间剥离的现象。
从以上说明可以看出，本发明的滑动面材料由35 50质量百分比的纺布、10 30质量百分比的PTFE以及35 50质量百分比的可溶性酚醛树脂构成，通过本发明获得了成型性、机械强度和抗摩擦磨损特性均良好的滑动面材料。其中，作为加强基材，上述纺布由双股纱分别作为经纱和纬纱形成，该双股纱由含氟树脂纤维的单捻纱与PPS纤维的单捻纱形成。
接着，参照表示优选实施例的图来说明上述滑动面材料和使用该滑动面材料的多层滑动部件。
<滑动面材料>
图1为滑动面材料用预浸材料(树脂加工基材)的制造方法的一个例子的示意图。在图1所示的制造装置中，卷绕在开卷机1上的由纺布形成的加强基材2，被输送辊3 输送到贮存有PTFE粉末和可溶性酚醛树脂清漆的混合液4的容器5中，由设置在容器5内的导向辊6和7使加强基材2通过贮存在容器5内的混合液4，从而将该混合液4涂布于该加强基材2的表面上。接着，由输送辊8将涂布有混合液4的加强基材2输送到压缩辊9和 10，由该压缩辊9和10使涂布在加强基材2的表面上的混合液4浸渗到纤维组织间隙中。 接着，在干燥炉11内对涂布浸渗了该混合液4的加强基材2进行干燥而使其溶剂蒸发，同时促进该可溶性酚醛树脂清漆的反应，由此制成可成型加工的滑动面材料用预浸材料(树脂加工基材)12。其中，以含氟树脂纤维的单捻纱与PPS纤维的单捻纱构成双股纱，将该双股纱分别作为经纱和纬纱而形成上述纺布。图2为切成方形的滑动面材料用预浸材料12 的立体图。
相对于全部树脂清漆，将可溶性酚醛树脂溶解在挥发性溶剂中而调制出的该可溶性酚醛树脂的固体成分，约为前者的30 65质量百分比，优选树脂清漆的粘度为约800 5000cP，最好为 1000 4000cP。
<平板状多层滑动部件>
根据图3 图5说明使用了上述滑动面材料用预浸材料12的多层滑动部件13。 与制造上述滑动面材料用预浸材料12时使用的图1所示的制造装置同样，采用同样的制造方法来制作多层滑动部件13的背衬14。S卩，卷绕在开卷机1上的由有机纤维或无机纤维形成的纺布15，由输送辊3输送到贮存有可溶性酚醛树脂清漆16的容器5中，由设置在容器 5内的导向辊6和7使纺布15通过贮存在容器5内的可溶性酚醛树脂清漆，从而将该树脂清漆涂布于该纺布15的表面上。接着，涂布有树脂清漆的纺布15由输送辊8输送到压缩辊9和10，由该压缩辊9和10使树脂清漆浸渗到纺布15中，在干燥炉11内对涂布浸渗了该树脂清漆的纺布15进行干燥而使其溶剂蒸发，同时促进该树脂清漆的反应，由此制成可成型加工的背衬14用预浸材料17。图3为切成方形的多个背衬用预浸材料17的立体图。
作为背衬14中使用的强化纤维纺布，可以根据多层滑动部件的用途、如干燥摩擦条件、水中摩擦条件、边界摩擦条件等来适当选用玻璃纤维纺布、碳纤维纺布等无机纤维纺布或者芳族聚酰胺树脂纤维纺布(共聚对亚苯基_3，4’ -氧基二亚苯基-对苯二甲酰胺树脂纤维纺布)等有机纤维纺布。
如上述图3所示，准备能获得所需加工厚度的张数的背衬14用预浸材料17，其被切成能获得所需平板面积的方形形状。另外，至少再准备1张上述滑动面材料用预浸材料 12，其被切成与背衬14用预浸材料17同样的方形形状。接着，如图4所示，在加热加压装置的模具18的方形凹部19内，将规定张数的背衬14用预浸材料17重叠、层压之后，在其上面放置滑动面材料用预浸材料12，将它们在模具18内加热至140 160°C，在4. 9 7MPa 的压力下，由压头20朝向层压方向加压成型以获得方形的多层成型物。被层压处理的滑动面材料用预浸材料12与背衬14用预浸材料17相互接合而呈熔接在一起的状态。如图5 所示，对获得的多层成型物进行机械加工以制成平板状多层滑动部件13。这样制成的平板状多层滑动部件13具有背衬14以及滑动层21，背衬14由无机纤维纺布或有机纤维纺布的层压体形成，滑动层21由滑动面材料用预浸材料12形成且一体接合在该背衬14的一个表面上。对于该多层滑动部件13，一体接合在背衬14上且由滑动面材料用预浸材料12形成的滑动层21具有优异的摩擦磨损特性，同时抗负荷性得以提高。此外，即使在油中或水中等湿润环境下使用，由于其溶胀量较小，所以能够广泛应用于干燥摩擦条件、边界摩擦条件以及水润滑条件等环境中。
<圆筒状多层滑动部件>
图6和图7为将上述滑动面材料一体接合在内周面(滑动面)上的圆筒状多层滑动部件的制造方法的一个例子的示意图。可采用轧制成型装置的轧制成型方法来制作圆筒状多层滑动部件。该成型方法如下如图6所示的轧制成型装置中，通常将2个加热辊22 与1个加压辊23分别设置在三角形的各个顶点上，在其正中央放置型芯M，将上述滑动面材料用预浸材料12和背衬14用预浸材料17卷绕在该型芯M上，朝向一定方向驱动该型芯M而使其旋转，同时进行成型加工，在由上述三根辊22、22和23加热、加压处理的同时获得圆筒状多层滑动部件。
对于图6所示的轧制成型装置，在预热至120 200°C的型芯M的外周面上，将切成规定宽度的上述滑动面材料用预浸材料12至少卷绕1周之后，由加热至120 200°C 的2个加热辊22，从卷放辊25上供应上述背衬14用预浸材料17，施加2 6MPa的压力， 用加压辊23进行轧制成型，直至卷绕至所需的最终厚度(直径)。在将这样成型加工出的圆筒状多层成型体沈保持在型芯M上的状态下，用调到20 180°C的加热炉进行加热硬化处理之后，经冷却并拔掉型芯M后成型加工出圆筒状多层成型体26。接着对这样制成的圆筒状多层成型体沈进行机械加工，可形成如图7所示的具有所需尺寸的圆筒状多层滑动部件27。对于这样形成的圆筒状多层滑动部件27，其具有由一体接合在圆筒状背衬观的内表面上的滑动面材料用预浸材料构成的滑动层29。其内周面起到滑动面的作用。圆筒状多层滑动部件27具有优异的摩擦磨损特性，同时抗负荷性得以提高，此外，即使在油中或水中等湿润环境中使用，由于其溶胀量较小，所以能广泛应用于干燥摩擦(干摩擦)条件、 边界摩擦条件以及水润滑条件等环境中。
实施例
以下通过各实施例来详细说明本发明，应理解为只要在不超出本发明的主旨的情况下，本发明不受以下实施例的限制。
<平板状多层滑动部件>
实施例1 3
(滑动面材料用加强基材)
作为含氟树脂纤维而使用PTFE纤维，准备以下两种单捻纱以^OT/m的捻数对 400登尼尔的纺纱进行初捻(Z捻向)而形成的单捻纱，和以^OT/m的捻数对20棉纱支数的PPS纤维的纺纱进行初捻(Z捻向)而形成的单捻纱。将各1根上述单捻纱并股，这两根单捻纱在与该单捻纱的加捻方向(Z捻向)相反的方向(S捻向)以275T/m的捻数进行加捻(S捻向)以形成双股纱。以该双股纱分别作为经纱(垂直方向上的纱)和纬纱(水平方向上的纱)，以经纱的密度为40根/英寸、纬纱的密度为40根/英寸的条件进行平织以形成平纹纺布，将其作为加强基材。
(可溶性酚醛树脂)
向设有搅拌器、温度计和冷却管的可分式烧瓶中投入300g双酚A和192g浓度为 37%的甲醛水溶液，边搅拌边投入9g浓度为25%的氨水溶液，之后在常压下加热到90°C之后进行2. 5小时的缩合反应。此后在减压至0. 015MPa的条件下加热到80°C以除去水分。 添加64g甲醇，在常压下加热至85°C，进行4小时的缩合反应并进行浓缩处理，用甲醇对其进行稀释，使得树脂固体成分为60质量百分比，这样就制成了可溶性酚醛树脂(固体成分为60质量百分比的清漆)。在实施例1至3中，所使用的酚类物质中的双酚A的摩尔比率为100摩尔百分比。所得可溶性酚醛树脂采用GPC测定的数均分子量Mn为900，分子量分布的分散度Mw/Mn为5. 6。
作为PTFE，使用低分子量PTFE(喜多村公司制造的KTL_2N(商品名))，各实施例中，向上述可溶性酚醛树脂清漆中调配规定量的该低分子量PTFE的粉末以使之分散含有，10这样来准备该可溶性酚醛树脂与低分子量PIPE粉末的混合液。
(滑动面材料用预浸材料)
采用以下过程制作实施例1至实施例3的滑动面材料用预浸材料使用图1所示的制造装置，由输送辊3将卷绕在开卷机1上的由平纹纺布形成的加强基材2输送到贮存有上述混合液4的容器5中，由设置在容器5内的导向辊6和7使加强基材2通过贮存在容器5内混合液4，以将混合液4涂布在加强基材2的表面上。接着由输送辊8将涂布有混合液4的加强基材2输送到压缩辊9和10，由压缩辊9和10使涂布在加强基材2的表面上的混合液4浸渗到该加强基材的纤维组织间隙中。接着将涂布有混合液4的加强基材2输送到干燥炉11中，在使其溶剂蒸发的同时促进该混合液4的反应。
(实施例1)加强基材(平纹纺布)为43.5质量百分比，PTFE为13质量百分比， 可溶性酚醛树脂为43. 5质量百分比
(实施例2)加强基材(同上)为40.0质量百分比，PTFE为20质量百分比，可溶性酚醛树脂为40质量百分比
(实施例3)加强基材(同上)为37.0质量百分比，PTFE为沈质量百分比，可溶性酚醛树脂为37. 0质量百分比。
(背衬)
作为强化纤维纺布，使用玻璃纤维平纹纺布，其使用直径为5 μ m、集束根数100根的单纤维(单根长丝)所构成的玻璃纤维单纱，以纬纱(垂直方向上的纱)的密度为65根/ 英寸、经纱(水平方向上的纱)的密度为65根/英寸的条件进行平织而获得。作为热固性合成树脂，使用同于上述的可溶性酚醛树脂(固体成分为60质量百分比的清漆)。由输送辊3将卷绕在图1所示的制造装置的开卷机1上的强化纤维纺布(玻璃纤维平纹纺布)15， 输送到贮存有可溶性酚醛树脂清漆16的容器5中，由设置在容器5内的导向辊6和7使该强化纤维纺布15通过贮存在容器5内的可溶性酚醛树脂清漆16，从而将该可溶性酚醛树脂清漆16涂布于该强化纤维纺布15的表面上。接着由输送辊8将涂布有可溶性酚醛树脂清漆16的强化纤维纺布15输送到压缩辊9和10，由该压缩辊9和10使涂布在强化纤维纺布15表面上的可溶性酚醛树脂清漆16，浸渗到强化纤维纺布15的纤维组织间隙中。将该涂布浸渗有可溶性酚醛树脂清漆16的强化纤维纺布15输送到干燥炉11内，在该干燥炉 11内，在使其溶剂蒸发的同时，促进该可溶性酚醛树脂清漆16的反应，这样制成由40质量百分比的强化纤维纺布、60质量百分比的可溶性酚醛树脂构成的可成型加工的背衬用预浸材料17。
(多层滑动部件)
将上述背衬用预浸材料切成边长为31mm的方形，在上述图4所示的加热加压装置的模具18的方形凹部19内重叠、层压10张所得的方形的背衬用预浸材料。此外，将上述实施例1到实施例3的滑动面材料用预浸材料分别切成边长为31mm的方形，将3张所得的方形的滑动面材料用预浸材料重叠、层压在模具的凹部19内的背衬用预浸材料之上，之后在模具18内用160°C的温度加热10分钟，在层压方向上用7MPa的压力加压成型而获得方形的多层成型体，对该多层成型体进行机械加工以制成多层滑动部件13，其边长为30mm、 厚度为5mm，由背衬14和一体接合在背衬14的表面上的滑动面材料的滑动层21构成。
实施例4 6
(滑动面材料用加强基材)
作为含氟树脂纤维而使用FEP纤维(实施例4)、PFA纤维(实施例5)和ETFE纤维(实施例6)，准备以下两种单捻纱以300T/m的捻数对400登尼尔的纺纱进行初捻(Z 捻向)而形成的单捻纱，以300T/m的捻数对20棉纱支数的PPS纤维的纺纱进行初捻(Z捻向)而形成的单捻纱。将各1根上述单捻纱并股，这两根单捻纱在与该单捻纱的加捻方向 (Z捻向)相反的方向(S捻向)以的捻数进行加捻(S捻向)以形成双股纱。以该双股纱分别作为经纱(垂直方向上的纱)和纬纱(水平方向上的纱)，以经纱的密度为40 根/英寸、纬纱的密度为40根/英寸的条件进行平织以形成平纹纺布，将其作为加强基材。
(可溶性酚醛树脂)
在与上述实施例1同样的可分式烧瓶中投入160g双酚A和79g浓度为37%的甲醛水溶液，边搅拌边投入1. 3g三乙胺，之后在常压下加热，在100°C的回流条件下进行1小时的缩合反应。此后冷却一下再投入32g苯酚、30g浓度为37%的甲醛水溶液和0. 3g三乙胺。接着，在常压下加热，在100°C的回流条件下进行2小时的缩合反应，之后在减压为 0. 015MPa的条件下加热至80°C以去除水分。接着添加Mg甲醇，在常压下加热至90°C，进行4小时的缩合反应并进行浓缩处理，将其用甲醇稀释，以使树脂固体成分为60质量百分比，这样制成可溶性酚醛树脂(固体成分为60质量百分比的清漆)。在实施例4 6中， 所使用的酚类物质中的双酚A的摩尔比率为67. 4摩尔百分比。所得可溶性酚醛树脂采用 GPC测定的数均分子量Mn为720，分子量分布的分散度Mw/Mn为14. 3。
作为PTFE，使用低分子量PTFE (与上述实施例相同)，各实施例中，向上述可溶性酚醛树脂清漆中调配规定量的该低分子量PTFE的粉末以使之分散含有，这样来准备该可溶性酚醛树脂与低分子量PTFE粉末的混合液。
(滑动面材料用预浸材料)
采用以下过程制作实施例4至实施例6的滑动面材料用预浸材料与上述实施例 1 一样，使用图1所示的制造装置，由输送辊3将卷绕在开卷机1上的加强基材2输送到贮存有混合液4的容器5中，由设置在容器5内的导向辊6和7使加强基材2通过贮存在容器5内的混合液4，从而在加强基材2的表面上涂布混合液4。接着由输送辊8将涂布有混合液4的加强基材1输送到压缩辊9和10，由压缩辊9和10使涂布在加强基材2的表面上的混合液4浸渗到纤维组织间隙中。接着将涂布浸渗有混合液4的加强基材2输送到干燥炉11内，在使其溶剂蒸发的同时促进该混合液4的反应。
(实施例4)加强基材(平纹纺布)为43.5质量百分比，PTFE为13质量百分比， 可溶性酚醛树脂为43. 5质量百分比
(实施例5)加强基材(同上)为40.0质量百分比，PTFE为20质量百分比，可溶性酚醛树脂40为质量百分比
(实施例6)加强基材(同上)为37.0质量百分比，PTFE为沈质量百分比，可溶性酚醛树脂为37. 0质量百分比。
(背衬)
与上述实施例1相同，背衬也使用由40质量百分比的强化纤维纺布、60质量百分比的可溶性酚醛树脂构成的可成型加工的背衬用预浸材料17。
(多层滑动部件)
与上述实施例1相同，多层滑动部件的边长为30mm、厚度为5mm，由背衬和一体接合在背衬的表面上的滑动面材料用滑动层构成。
〈圆筒状多层滑动部件〉
实施例7 9
作为滑动面材料用预浸材料，使用同于上述实施例1至实施例3的滑动面材料用预浸材料，而作为背衬用预浸材料，则使用同于上述实施例ι的背衬用预浸材料。对于图6 所示的轧制成型装置，在预热至150°C、外径为60mm的型芯M的外周面上，将切成宽度为 51mm的滑动面材料用预浸材料12卷绕3周，在其外周面上卷绕背衬用预浸材料，之后由加热至150°C的加热辊22从卷放辊25上进行供应，施加5MPa的压力，用加压辊23进行轧制成型，其长度为卷绕15周的长度。在将这样成型加工出的圆筒状多层成型体沈保持在型芯 24上的状态下，用调至150°C的加热炉使之加热硬化处理之后进行冷却，再拔掉型芯M，这样制成圆筒状多层成型体26。对该圆筒状多层成型体沈进行机械加工，制成内径为60mm、 外径为75mm、长度为50mm的如图7所示的圆筒状多层滑动部件27。
实施例10 12
作为滑动面材料用预浸材料，使用同于上述实施例4至实施例6的滑动面材料用预浸材料，而作为背衬用预浸材料，则使用同于上述实施例1的背衬用预浸材料。对于图 6所示的轧制成型装置，在预热至150°C、外径60mm的型芯M的外周面上，将切成宽度为 51mm的滑动面材料用预浸材料12卷绕3周，在其外周面上卷绕背衬用预浸材料17，之后由加热至150°C的加热辊21从卷绕辊25上进行供应，施加5MPa的压力，用加压辊23进行轧制成型，其长度为卷绕15周的长度。在将这样成型加工出的圆筒状多层成型体沈保持在型芯M上的状态下，用调至150°C的加热炉使之加热硬化处理之后进行冷却，再拔掉型芯 M，这样制成圆筒状多层成型体26。对该圆筒状多层成型体沈进行机械加工，制成内径为 60mm、外径为75mm、长度为50mm的如图7所示的圆筒状多层滑动部件27。
<平板状多层滑动部件>
对比例1 3
(滑动面材料用预浸材料)
作为加强基材，使用平纹纺布，该平纹纺布的经纱和纬纱均用20棉纱支数的聚酯纤维，经纱的密度为43根/英寸、纬纱的密度为42根/英寸。使用同于上述实施例1到3 的分散含有低分子量PTFE粉末的可溶性酚醛树脂，用同于上述实施例1的方法制成对比例 1至3的滑动面材料用预浸材料。
(对比例1)加强基材(平纹纺布)为43.5质量百分比，PTFE为13质量百分比， 可溶性酚醛树脂为43. 5质量百分比
(对比例2)加强基材(同上)为40.0质量百分比，PTFE为20质量百分比，可溶性酚醛树脂为40质量百分比
(对比例3)加强基材(同上)为37.0质量百分比，PTFES^质量百分比，可溶性酚醛树脂为37. 0质量百分比。
(背衬)
作为背衬用的预浸材料，使用同于上述实施例1的40质量百分比的由玻璃纤维平纹纺布形成的加强纤维织布、和60质量百分比的可溶性酚醛树脂构成的可成型加工的背CN 102549051 A衬用预浸材料。
(多层滑动部件)
将上述背衬用预浸材料切成边长为31mm的方形，将10张所得的方形背衬用预浸材料，在上述图4所示的加热加压装置的模具18的方形凹部19内进行重叠、层压。另外， 将上述对比例1至对比例3的滑动面材料用预浸材料分别切成边长为31mm的方形，将3张所得的方形滑动面材料用预浸材料重叠、层压在模具的凹部19内被层压的背衬用预浸材料17之上，之后在模具18内用160°C的温度加热10分钟，在层压方向上用7MPa的压力加压成型，这样制成方形多层成型体，对其进行机械加工而制成边长为30mm、厚度为5mm的， 由背衬14和一体接合在背衬14的表面上的滑动面材料的滑动层21所构成的多层滑动部件13。
〈圆筒状多层滑动部件〉
对比例4 6
(滑动面材料用预浸材料)
使用同于上述实施例1的方法制成对比例1至3的滑动面材料用预浸材料。
(背衬)
作为背衬用的预浸材料，使用同于上述实施例1的40质量百分比的由玻璃纤维平纹纺布形成的加强纤维织布、和60质量百分比的可溶性酚醛树脂构成的可成型加工的背衬用预浸材料。
(多层滑动部件)
对图6所示的轧制成型装置，在预热至150°C、外径为60mm的型芯的外周面上，将切成宽度51mm的滑动面材料用预浸材料12卷绕3周，在其外周面上卷绕背衬用预浸材料 16，之后由加热至150°C的加热辊22从卷放辊25上进行供应，施加5MPa的压力，用加压辊 23进行轧制成型，其长度为卷绕15周的长度。在将这样成型加工出的圆筒状多层成型体 26保持在型芯M上的状态下，用调至150°C的加热炉使之加热硬化处理之后进行冷却，再拔掉型芯M，这样制成圆筒状多层成型体26。对该圆筒状多层成型体沈进行机械加工，制成内径为60mm、外径为75mm、长度为50mm的如图7所示的圆筒状多层滑动部件27。
接着说明上述实施例和对比例的多层滑动部件的摩擦磨损特性和在水中的溶胀量(％ )的试验结果。
实施例1至6和对比例1至3的平板状多层滑动部件的摩擦磨损特性
(1)轴向磨损试验
在表1中记载的试验条件下测定摩擦系数和磨损量。磨损量用试验时间30小时结束前后的尺寸变化量表示。
[表1]
表面压力滑动速度试验时间配合材料材质试验环境润滑状况试验方法29.4MPa ( 300kgf/cm2) 2m/min 30小时奥氏体系不诱钢(SUS304 ) 大气中(1)无润滑(干摩擦)(2)滑动面上涂布润滑脂如图8所示，预先固定平板状轴承试验片(多层滑动部件)13,由作为配合材料的圆筒体30从平板状轴承试验片13的上方(沿箭头A方向)对其表面施加规定大小的负荷，同时使圆筒体30按箭头B方向旋转，以测定平板状轴承试验片13与圓筒体30之间的摩擦系数和试验时间30小时后平板状轴承试验片13 的磨损量(mm) ο实施例7至12和对比例4至6的圆筒状多层滑动部件的摩擦磨损特性 (1)径向来回转动磨损试验在表2和表3中记载的试验条件下测定摩擦系数和磨损量。磨损量用试验时间 100小时结束前后的尺寸变化量表示。
[表2]
表面压力29.4N/mm2 ( 300kgf/cm2)滑动速度0.008m/s ( 0.50m/min )转动速度120cpm转动角度4° (±2°)试验环境(1)大气中(2)清水中润滑状况无润滑试验方法如图9所示，向圓筒状轴承试验片(圓筒状多层滑动部件)27施加负荷而使其固定，以一定的滑动速度使构成配合材料的转轴31在转动，测定圆筒状轴承试验片7与转釉31之间的摩擦系数和规定的试验时间100小时后圓筒状轴承试验片27的内周面(滑动面)的磨损量(mm)。
[表 3]
表面压力29.4N/mm2 ( 250kgf/cm2)滑动速度0.012m/s ( 1.13m/min)转动速度12cpm转动角度90ο ( ±450 )试验环境大气中润滑状况无润滑试验方法与上述表2所示的试验方法相同
上述摩擦磨损试验的试验结果表示在表4 表6中。在表4 6中，用GPC测定可溶性酚醛树脂的数均分子量Mn和分散度Mw/Mn，数值由聚苯乙烯标准物质的校正曲线算出。计测装置等如下所述。
GPC 装置TOSOH CORPORATION 制造的 HLC-8120
转轴使用UgTOSOH CORPORATION制造的TSKgelG3000HXL[排除极限分子量(换算为聚苯乙烯)1 X IO3]，和2根TSKgelG2000HXL[排除极限分子量(聚苯乙烯)1 X IO4]
检测器T0S0HCORPORATION 制造的 UV-8020
[表 4]
平板状多层滑动部件实施例123456滑动面材料平纹纺布(含氟树脂纤维与 PPS纤维)43.5403743.54037PTFEFEPPFAETFEPTFE132026132026可溶性酚醛树脂43.5403743.54037双酚A的比率(摩尔百分比)10067.4分子量Mn900720分散度Mw/Mn5.614.3摩擦磨损特性轴向磨损试验润滑状况 (干摩擦)摩擦系数0.100.080.080.110.090.10磨损量(mm)0.080.060.090.080.090.09轴向磨损试验 润滑状况(润滑脂涂布)摩擦系数0.070.060.080.060.070.07磨损量(mm；)0.040.030.040.050.050.06溶胀量长度变化率(％)0.120.100.120.130.120.13厚度变化率(％)0.400.380.420.420.400.41[表5]
1权利要求
1.一种滑动面材料，其特征在于，使分散含有四氟乙烯树脂的可溶性酚醛树脂浸渗到由纺布形成的加强基材中而形成该滑动面材料，其中，至少使各1根含氟树脂纤维的单捻纱和聚苯硫醚纤维的单捻纱并股， 在与该单捻纱的单捻方向相反的方向上加捻而形成双股纱，以该双股纱分别作为经纱和纬纱而形成上述纺布。
2.如权利要求1所述的滑动面材料，其特征在于，含氟树脂纤维可为聚四氟乙烯纤维、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物纤维、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物纤维、乙烯-四氟乙烯共聚物纤维。
3.如权利要求1或2所述的滑动面材料，其特征在于，含氟树脂纤维的单捻纱为至少400登尼尔的纱。
4.如权利要求1 3的任一项所述的滑动面材料，其特征在于，聚苯硫醚纤维的单捻纱为至少20棉纱支数的纱。
5.如权利要求1 4的任一项所述的滑动面材料，其特征在于，单捻纱为初捻(Z捻向)纱。
6.如权利要求1 5的任一项所述的滑动面材料，其特征在于，单捻纱的捻数为260 300T/m。
7.如权利要求1 6的任一项所述的滑动面材料，其特征在于，双股纱的捻数为255 ^5T/m。
8.如权利要求1 7的任一项所述的滑动面材料，其特征在于，加强基材是平纹纺布，该平纹纺布的密度为经纱(垂直方向上的纱)为36 44根/ 英寸，纬纱(水平方向上的纱)为36 44根/英寸。
9.如权利要求1 8的任一项所述的滑动面材料，其特征在于，含有35 50质量百分比的可溶性酚醛树脂、10 30质量百分比的四氟乙烯树脂和 35 50质量百分比的加强基材。
10.如权利要求1 9的任一项所述的滑动面材料，其特征在于，可溶性酚醛树脂以胺类作为催化剂，由含有50 100摩尔百分比的双酚A的酚类物质和甲醛类物质合成，采用凝胶渗透色谱法测定的数均分子量Mn为500 1000，而且作为重均分子量Mw与数均分子量Mn之比的分散度Mw/Mn为2. 5 15。
11.如权利要求1 10的任一项所述的滑动面材料，其特征在于，四氟乙烯树脂为高分子量四氟乙烯树脂或低分子量四氟乙烯树脂。
12.—种多层滑动部件，其特征在于，其整体形状为平板状且至少在滑动面上具有权利要求1 11的任一项所述的滑动面材料。
13.一种多层滑动部件，其特征在于，其整体形状为圆筒状且至少在滑动面上具有权利要求1 11的任一项所述的滑动面材料。
全文摘要
本发明提供一种滑动面材料及在滑动面上具有该滑动面材料的多层滑动部件，在水中等湿润环境下使用时，该滑动面材料既具有低溶胀性和相同条件下的优异的摩擦磨损特性，且在大气中的干燥摩擦条件下，其摩擦磨损特性得以提高。将分散含有四氟乙烯树脂的可溶性酚醛树脂浸渗到由纺布形成的加强基材中而形成滑动面材料(12)，将至少各1根氟树脂纤维的单捻纱和聚苯硫醚纤维的单捻纱并股，在与该单捻纱的单捻方向相反的方向上加捻而形成双股纱，以该双股纱分别作为经纱和纬纱而形成该纺布。多层滑动部件整体形状为平板状或圆筒状并且至少在滑动面上具有上述滑动面材料。
文档编号F16C33/20GK102549051SQ20108004355
公开日2012年7月4日 申请日期2010年7月14日 优先权日2009年9月30日
发明者大久保健太郎, 大越宽行, 西村真哉 申请人:奥依列斯工业株式会社