ES2654298T5 - Maintenance-free plain bearing - Google Patents

Maintenance-free plain bearing

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ES2654298T5 ES07821104T ES07821104T ES2654298T5 ES 2654298 T5 ES2654298 T5 ES 2654298T5 ES 07821104 T ES07821104 T ES 07821104T ES 07821104 T ES07821104 T ES 07821104T ES 2654298 T5 ES2654298 T5 ES 2654298T5
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Description

DESCRIPCIÓN
Cojinete liso libre de mantenimiento
La invención se refiere a un cojinete de deslizamiento libre de mantenimiento que comprende un soporte metálico, una capa intermedia aplicada directamente al soporte metálico y una capa de deslizamiento aplicada a la capa intermedia.
Los cojinetes de deslizamiento libres de mantenimiento, que consisten en una estructura estratificada que comprende un material de soporte metálico, una capa intermedia y una capa de deslizamiento aplicada a la misma, se conocen desde hace mucho de diversas formas a partir del estado de la técnica y se utilizan en una gran diversidad de campos técnicos, por ejemplo, en el campo de la ingeniería automotriz.
La patente EP 0394518 A1 describe un material de cojinete de deslizamiento de múltiples capas en el que el material de soporte metálico consiste preferiblemente en acero laminado en frío, al que se aplica una capa que consiste en un copolímero de éter perfluoroalquilvinílico y tetrafluoroetileno como capa intermedia. A su vez, se aplica una capa de deslizamiento hecha de un material compuesto de PTFE a la capa intermedia. En este material de cojinete de deslizamiento, la capa intermedia tiene la función de asegurar una adhesión firme de la capa de deslizamiento al material de soporte. Para garantizar inicialmente que la capa intermedia se adhiere al material de soporte, la superficie del material de soporte metálico de este conocido material de soporte de deslizamiento debe pretratarse químicamente en húmedo de una manera adecuada. Sin duda, los mejores resultados se pueden lograr cromando la superficie del soporte metálico. Sin embargo, este método se considera cuestionable por motivos de protección ambiental y, por lo tanto, debe sustituirse a medio plazo.
Partiendo de este estado de la técnica, el objeto de la invención es proporcionar un cojinete de deslizamiento libre de mantenimiento que comprende un soporte metálico, una capa intermedia aplicada directamente al soporte metálico y una capa de deslizamiento aplicada a la capa intermedia, en el que se garantice permanentemente una excelente adhesión entre la capa de deslizamiento y el material de soporte y cuya producción no requiere la utilización de métodos de pretratamiento de superficie ecológicamente cuestionables.
El objeto se consigue según la invención mediante un cojinete de deslizamiento libre de mantenimiento según la reivindicación 1.
Los grupos funcionales se pueden incorporar al polímero termoplástico (A) añadiendo al menos un agente modificador (B). Los agentes modificadores adecuados son, por ejemplo, el ácido maleico y sus derivados, en particular su anhídrido, el ácido itacónico y sus derivados, en particular su anhídrido y/o el ácido citracónico y sus derivados, en particular su anhídrido. La relación entre el polímero (A) y el agente modificador (B) es preferiblemente 99,9 mol. % (A) a 0,1 mol. % (B) a 80 mol. % (A) a 20 mol. % (B). La tasa de flujo de volumen de fusión (MVR a 50 °C > punto de fusión y bajo una carga de 7 kg) es del orden de 0,1 a 1000 mm3/s. El MVR es un índice del flujo de fusión del polímero y, por lo tanto, puede utilizarse como una estimación aproximada del peso molecular. Idealmente, el MVR es del orden de 5-500 mm3/s, particularmente preferible entre 10 y 200 mm3/s.
El cojinete de deslizamiento según la invención se caracteriza por una excelente adhesión entre la capa de deslizamiento y el material de soporte mediada por la capa intermedia formada según la invención como un polímero termoplástico funcionalizado que tiene grupos funcionales del tipo mencionado anteriormente. Debido a la excelente adhesión, incluso en superficies no tratadas del soporte metálico, en particular en acero laminado en frío, acero laminado en frío y posteriormente galvanizado, aluminio o acero inoxidable, se puede prescindir de los procesos de pretratamiento químico húmedo dañinos para el medio ambiente y que generan muchos residuos, en particular la cromación. Los procesos de pretratamiento físico de la superficie (p. ej., el pretratamiento del plasma mediante descarga en corona), como se menciona, por ejemplo, en la patente EP 0 848 031 B1, en los que también se ha descrito ya un fluoropolímero termoplástico funcionalizado como componente de un laminado, ya no son necesarios, como han demostrado las investigaciones del solicitante. Por lo tanto, el método para producir el cojinete de deslizamiento según la invención se puede realizar con costes significativamente más bajos en comparación con el estado de la técnica.
El al menos un polímero termoplástico funcionalizado de la capa intermedia es un fluoropolímero termoplástico funcionalizado, especialmente, un copolímero de etileno-tetrafluoroetileno (ETFE).
Preferiblemente, además del al menos un polímero termoplástico funcionalizado, la capa intermedia contiene adicionalmente un copolímero de éter perfluoroalquilvinílico de la fórmula:
CF<2>=CF-O-R<1>,
donde R<1>es un grupo perfluoroetilo-, perfluoro-n-propilo o perfluoro-n-butilo y tetrafluoroetileno.
El grosor de la capa intermedia es sustancialmente igual a la rugosidad del sustrato metálico, definida como la distancia R<máx.>entre la altura máxima del pico del perfil y la profundidad máxima del valle del perfil del perfil de rugosidad de la superficie del sustrato metálico. Por un lado, esto asegura que se aplica una capa adhesiva suficientemente gruesa al soporte metálico para garantizar una unión adhesiva entre la capa de deslizamiento y el soporte metálico en toda la superficie. Por otro lado, la capa adhesiva tampoco es demasiado gruesa. En este caso, existiría el riesgo de que partes de la capa adhesiva se desprendieran por presión de la unión adhesiva cuando las capas estuvieran unidas, o de que se produjera un fallo de cohesión dentro de las partes de la capa adhesiva que sobresalen más allá del perfil de rugosidad de la superficie de soporte metálica cuando el cojinete de deslizamiento se sometiera a un esfuerzo de cizalla.
Según una enseñanza particularmente ventajosa de la invención, se prevé que la capa intermedia (2), tal como se describe en la reivindicación 1, comprende dos capas del polímero termoplástico funcionalizado, en donde una capa intermedia de metal se incrusta entre las dos capas. Esto resultará en una mejor capacidad de calibración del material. La capa intermedia de metal se puede diseñar como metal expandido. Se fabrica preferiblemente de acero inoxidable, aluminio o bronce.
Para mejorar las propiedades mecánicas y físicas generales del cojinete de deslizamiento, la capa intermedia contiene preferiblemente rellenos para reforzar y/o mejorar la conductividad térmica y/o las propiedades de desgaste. Los rellenos preferidos son fibras, en particular fibras de vidrio, fibras de carbono o aramidas, materiales inorgánicos, en particular materiales cerámicos, carbono, vidrio, grafito, óxido de aluminio, sulfuro de molibdeno, bronce o carburo de silicio, todos los materiales inorgánicos en forma de tejidos, polvos, esferas o fibras, materiales termoplásticos, en particular poliimida (PI), poliamidaimida (PAI), sulfuro de polifenileno (PPS, por sus siglas en inglés), polifenilensulfona (PPSO2), polímeros de cristal líquido (LCP, por sus siglas en inglés), polieteretercetonas (PEEK, por sus siglas en inglés) o poliésteres aromáticos (Ekonol), o materiales minerales, en particular wollastonita o sulfato de bario, o mezclas de los mismos. La capa intermedia contiene preferiblemente entre el 1 y el 40 % en volumen, en particular entre el 5 y el 30 % en volumen de relleno. El grosor de la capa intermedia está preferiblemente entre 0,01 y 0,1 mm, en particular entre 0,01 y 0,05 mm.
La calidad de la superficie del soporte metálico utilizado en el cojinete de deslizamiento según la invención puede diferir. Debido a las excelentes propiedades de adhesión de la capa intermedia que contiene el polímero termoplástico funcionalizado, el soporte metálico puede tener una superficie lisa, así como una superficie rugosa o estructurada (p. ej., mediante cepillado, limpieza con chorro de arena o gofrado de una estructura). Independientemente de la rugosidad de la superficie, también puede ser una superficie con acabado superficial, en particular galvanizada.
Con respecto al material utilizado, el soporte metálico puede fabricarse de acero, en particular acero laminado en frío, preferiblemente del material número 1,0338 o 1,0347 o acero galvanizado mate, acero inoxidable, preferiblemente del material número 1,4512 o 1,4720, o aluminio o aleaciones de los mismos.
La capa de deslizamiento aplicada a la capa intermedia contiene preferiblemente a su vez un fluoropolímero, en particular politetrafluoroetileno, poliamida, polieteretercetona (PEEK) o una mezcla de los mismos. Se prefiere particularmente una capa de deslizamiento formada como una capa de compuesto de PTFE. La capa de deslizamiento se puede diseñar como una película de plástico perforada para aumentar la conductividad.
El cojinete de deslizamiento libre de mantenimiento según la invención tiene excelentes propiedades de deslizamiento con una larga vida útil cuando el grosor de la capa de deslizamiento es de 0,01-1,5 mm, en particular de 0,1-0,35 mm. La capa de deslizamiento aplicada a la capa intermedia puede, a su vez, contener también rellenos para reforzar y/o mejorar la lubricidad térmica y/o las propiedades de desgaste. Estas son preferiblemente fibras, en particular fibras de vidrio, fibras de carbono o aramidas, materiales inorgánicos, en particular materiales cerámicos, carbono, vidrio, grafito, óxido de aluminio, sulfuro de molibdeno, bronce o carburo de silicio, todos los materiales inorgánicos en forma de tejidos, polvos, esferas o fibras, materiales termoplásticos, en particular poliimida (PI), poliamidaimida (PAI), sulfuro de polifenileno (PPS), polifenilensulfona (PPSO2), polímeros de cristal líquido (LCP), polieteretercetonas (PEEK) o poliésteres aromáticos (Ekonol), o materiales minerales, en particular wollastonita o sulfato de bario, o mezclas de los mismos. La capa de deslizamiento contiene preferiblemente 1-40 % en volumen, en particular 5-30 % en volumen de relleno.
En cuanto al método, el objeto mencionado al principio se logra mediante un método para producir un cojinete de deslizamiento libre de mantenimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-21, en el que la capa intermedia y la capa de deslizamiento se unen al soporte sobre la superficie de dichas capas, bajo presión y con la aplicación de calor.
En este método, el soporte metálico, así como la capa intermedia y la capa de deslizamiento, se desenrollan cada uno de un rollo como material continuo y se unen entre sí en una estructura de rodillo de laminación a presión y temperatura. Para lograr una mejor adhesión además entre la capa intermedia y el soporte metálico con propiedades de corrosión mejoradas simultáneamente del soporte metálico, según una realización preferida del método según la invención, la superficie del soporte metálico se hace rugosa y/o se trata la superficie (p. ej., mediante galvanización) antes de aplicar la capa intermedia. Además, la superficie del soporte metálico también se puede ampliar mediante una estructuración mecánica, por ejemplo, cepillando, limpiando con chorro de arena o gofrando una estructura, lo que tiene un efecto positivo en las fuerzas de unión resultantes debido a la posibilidad de interbloqueo.
A continuación, la invención se explicará con más detalle con referencia a los dibujos, que muestran una realización. En las figuras:
La figura 1 muestra una vista en sección esquemática de un cojinete de deslizamiento según la invención, y
la figura 2 muestra un diagrama que muestra los resultados experimentales de las pruebas de resistencia adhesiva según la DIN 1895 en cojinetes de deslizamiento según la invención.
La estructura del cojinete de deslizamiento libre de mantenimiento según la invención se muestra en la figura 1. En este caso, el soporte metálico se designa con el número de referencia 1, mientras que el número de referencia 2 indica la capa intermedia y el 3 la capa de deslizamiento aplicada a la misma.
Según la invención, la capa intermedia 2 contiene al menos un polímero termoplástico funcionalizado, tal como se define en la reivindicación 1. Los grupos funcionales se pueden incorporar al polímero termoplástico (A) añadiendo al menos un agente modificador (B). Los agentes modificadores adecuados son, por ejemplo, el ácido maleico y sus derivados, en particular su anhídrido, el ácido itacónico y sus derivados, en particular su anhídrido, y/o el ácido citracónico y sus derivados, en particular su anhídrido. La relación entre el polímero (A) y el agente modificador (B) es preferiblemente 99,9 mol. % (a ) a 0,1 mol. % (B) a 80 mol. % (A) a 20 mol. % (B).
La capa 3 de deslizamiento aplicada a la capa intermedia 2 se forma en el presente caso como una cinta de compuesto de PTFE, en particular como una cinta de compuesto de PTFE pretratada en la superficie, preferiblemente grabada. La capa 3 de compuesto de PTFE utilizada puede contener diversos rellenos para mejorar las propiedades mecánicas, p. ej., fibras, en particular fibras de vidrio, fibras de carbono o aramidas, materiales inorgánicos, en particular materiales cerámicos, carbono, vidrio, grafito, óxido de aluminio, sulfuro de molibdeno, bronce o carburo de silicio, todos materiales inorgánicos en forma de telas, polvos, esferas o fibras, materiales termoplásticos, en particular poliimida (PI), poliamida-imida (PAI), sulfuro de polifenileno (PPS), polifenilensulfona (PPSO2), polímeros de cristal líquido (LCP), polieteretercetonas (PEEK) o poliésteres aromáticos (Ekonol), o materiales minerales, en particular wollastonita o sulfato de bario, o mezclas de los mismos.
La fuerza adhesiva mejorada lograda con el cojinete de deslizamiento según la invención se determinó mediante una prueba de pelado de 180° utilizando laminados tipo sándwich. Para este propósito, se produjeron muestras con una estructura de cinco capas, con la capa central formada por el soporte metálico 1, a ambos lados del cual se aplica la capa intermedia 2, a cuya capa intermedia se aplica, a su vez, una capa 3 de deslizamiento exterior. En detalle, se seleccionó un ETFE funcionalizado como el material para la capa intermedia 2, acero laminado en frío de calidad 1,0338 para el soporte metálico 1 y una cinta compuesta de PTFE con una adición de relleno del 25 % como capa 3 de deslizamiento.
Después de producirse el sándwich, las muestras se cortan en tiras de 25 mm de ancho y, a continuación, se someten a una prueba de pelado a 180° según la DIN 1895 para determinar la resistencia a la tracción.
Como muestran los resultados experimentales mostrados en la figura 2, la utilización de un ETFE funcionalizado en comparación con el ETFE estándar puede lograr mejoras significativas en la fuerza de adhesión, especialmente a temperatura ambiente, y esta mejora todavía está presente incluso a altas temperaturas. Como han demostrado investigaciones adicionales del solicitante, dependiendo de la composición del material, se pueden lograr aumentos en la fuerza adhesiva de hasta aproximadamente 800 % funcionalizando la capa de fluoropolímero.

Claims (21)

REIVINDICACIONES
1. Un cojinete de deslizamiento libre de mantenimiento que comprende un soporte metálico (1), una capa intermedia (2) aplicada directamente al soporte metálico, y una capa (3) de deslizamiento aplicada a la capa intermedia (2),
caracterizado por que
la capa intermedia (2) contiene al menos un fluoropolímero termoplástico funcionalizado que tiene grupos funcionales de la fórmula -COOH y/o -COOR, donde R describe grupos orgánicos cíclicos o lineales que tienen de 1 a 20 átomos de carbono,
en donde el fluoropolímero termoplástico funcionalizado es un copolímero de etilenotetrafluoroetileno (ETFE).
2. Un cojinete de deslizamiento según la reivindicación 1,caracterizado por quela capa intermedia (2) que contiene al menos un fluoropolímero termoplástico funcionalizado contiene además un copolímero de éter perfluoroalquilvinílico de la fórmula:
CF<2>=CF-O-R<1>,
donde R<1>es un grupo perfluoroetilo-, perfluoro-n-propilo o perfluoro-n-butilo, y contiene tetrafluoroetileno.
3. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2,caracterizado por queel grosor de la capa intermedia (2) es sustancialmente igual a la rugosidad del soporte metálico (1), definida como la distancia entre la altura máxima del pico del perfil y la profundidad máxima del valle del perfil del perfil de rugosidad de la superficie del soporte metálico (1).
4. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2,caracterizado por quela capa intermedia (2) comprende dos capas del fluoropolímero termoplástico funcionalizado que tiene grupos funcionales de la fórmula -COOH y/o -COOR, en donde una capa intermedia metálica está incrustada entre las dos capas.
5. Un cojinete de deslizamiento según la reivindicación 4,caracterizado por quela capa intermedia metálica está diseñada como metal expandido.
6. Un cojinete de deslizamiento según la reivindicación 4 o la reivindicación 5,caracterizado por quela capa intermedia metálica consiste en acero inoxidable, aluminio o bronce.
7. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,caracterizado por quela capa intermedia (2) contiene rellenos para reforzar y/o mejorar la conductividad térmica y/o las propiedades de desgaste.
8. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 7,caracterizado por queel contenido de relleno es del 1 al 40 % en volumen.
9. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,caracterizado por quela capa intermedia (2) tiene un grosor de 0,01 a 0,1 mm.
10. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,caracterizado por queel soporte metálico (1) tiene una superficie lisa.
11. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,caracterizado por queel soporte metálico (1) tiene una superficie rugosa.
12. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11,caracterizado por queel soporte metálico (1) tiene una superficie con acabado superficial.
13. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12,caracterizado porqueel soporte metálico (1) consiste en acero o aluminio o aleaciones de los mismos.
14. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13,caracterizado por quela capa (3) de deslizamiento aplicada a la capa intermedia (2) contiene politetrafluoroetileno, poliamida, polieteretercetona o una mezcla de los mismos.
15.Un cojinete de deslizamiento según la reivindicación 14,caracterizado por quela capa (3) de deslizamiento está diseñada como una capa compuesta de PTFE.
16. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15,caracterizado por quela capa (3) de deslizamiento está diseñada como una película de plástico perforada y/o permeable al aire.
17. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16,caracterizado por quela capa (3) de deslizamiento tiene un grosor de 0,01 a 1,5 mm.
18. Un cojinete de deslizamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17,caracterizado por quela capa (3) de deslizamiento contiene rellenos para reforzar y/o mejorar la conductividad térmica y/o las propiedades de desgaste.
19. Un cojinete de deslizamiento según la reivindicación 18,caracterizado por queel contenido de relleno es del 1 al 40 % en volumen.
Un método para producir un cojinete de deslizamiento libre de mantenimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19,caracterizado por quela capa intermedia (2) y la capa (3) de deslizamiento se conectan al soporte metálico (1) sobre la superficie de dichas capas, bajo presión y con la aplicación de calor.
21. Un método según la reivindicación 20,caracterizado por quela superficie del soporte metálico (1) se hace rugosa y/o se le da un acabado superficial antes de aplicar la capa intermedia (2).
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