JP2000505527A

JP2000505527A - すべり部材用多層材料、その使用方法および製造方法

Info

Publication number: JP2000505527A
Application number: JP9527235A
Authority: JP
Inventors: アダム・アヒム; グリューンターラー・カール―ハインツ
Original assignee: グリコ―メタル―ウエルケ・グリコ・ベー・ファウ・ウント・コンパニー・コマンディトゲゼルシャフト
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 2000-05-09
Also published as: WO1997028380A2; DE19603353A1; ATA901097A; EP0877867B1; EP0877867B2; KR19990081833A; ES2142151T5; BR9707324A; EP0877867A2; WO1997028380A3; US6528143B1; DE59700616D1; AT410471B; KR100454658B1; ES2142151T3

Abstract

(57)【要約】本発明はすべり部材用多層材料に関する。この材料は金属支持層およびそこに塗布されたプラスチックオーバーレイからなる。この多層材料は、公知のPVDF−ベースの軸受材料の欠点を有することなく基体へ良好に接着する点に特徴がある。このプラスチックオーバーレイは、６０〜９５容量％のPVDFからなり、残部はPTFE、またはPTFEと密度が＜7g/cm³である少なくとも一種のその他の成分からなる。このその他の成分の量は最高で５容量％である。完全なまたは部分的な芳香族ポリマー、例えばPI、PAI、ポリアミド、PPS、PES、PEEK、PSUまたはポリエステル、炭素変体、例えばグラファイト、カーボンブラック、Cファイバーまたはコーク、MoS₂、BN、CaF₂またはCaCO₃をその他の成分として使用することができる。本発明による製造方法によれば、これらの成分の粉末混合物を金属基体上に分散させ、次いでPVDFの軟化点よりも高い温度に加熱し、プラスチックオーバーレイを形成させ、次いでこれを滑らかにする。

Description

【発明の詳細な説明】すべり部材用多層材料、その使用方法および製造方法本発明は、請求項１に特徴づけられるすべり部材用多層材料に関する。本発明は、そのような多層材料の使用方法および製造方法にも関する。プラスチックベースのオーバーレイを有する軸受材料は、単一層、二層または三層複合材料として公知であり：これらは固形プラスチック軸受、外部金属支持体および直接塗布または接着されたプラスチックを有する軸受、内部ワイヤメッシュを有するその他のもの、並びに支持金属、焼結多孔質金属層および孔に形成される被覆層からなる三層軸受である。多層材料は、例えば負荷下でのコールドフローに対する小さな傾向、実質的に良好な熱伝導度およびこれらに関連した極めて高くてもよいpv値で固形プラスチック材料と異なる。三層材料の中で、フッ素系熱可塑性材料、例えばPTFE、PFA、FEP等またはその他のプラスチック、例えばPEEKを基材とするオーバーレイを有する材料間でさらに区別することができる。後者の２つのものは、その操作方法において異なっており：PTFE−ベースの材料の場合には青銅中間層がオーバーレイの負荷−軸受成分であり、そして充填物のように作用し、一方でその他のプラスチック材料は固定手段としてのみそれを使用する。すべり表面自身の上で、熱硬化性または熱可塑性材料は、青銅を支持する役割を果たす。金属支持体への親和性が十分である場合には、青銅の骨組みの機械的な固定も不必要であり、そして二層材料の製造が可能である。このような二層材料の製造は、それに関連する費用を低減することができるので有利であるが、ここで従来とは異なる支持材料を使用することも可能になる。というのもそれらを使用することは通常はそこに焼結された多孔質青銅層の接着に依存しないからである。 PVDF/PTFE-ベース材料は、ドイツ特許出願公開第19 25 000細書から公知であり、これは固形プラスチック材料としてのみ記載されており、そして追加的な添加剤として５〜３５％の低分子量フルオロポリマーを含有する。成形体の十分な安定性を達成する場合にはこれらは必須であると記載されている。この材料は、摩耗特性を改善するために１０〜２５部の非金属性充填物を含有していてもよい。ドイツ特許出願公開第18 06 551号明細書では、建築に使用されるものでありそして適当な耐腐食性を有していなければならない金属シートをコーティングする方法が提案されている。この金属シートおよびPVFコーティングの間には、結合を補助するために金属酸化物とPVFの第一カップリング層を適用する必要がある。ドイツ特許出願公開第24 36 424号明細書には、内部応力の分解によって、添加剤なしで使用されるフルオロプラスチックと金属基体との接着を改善する方法が記載されている。これは以下のように記載されている：フルオロプラスチックは、基体上で最初に融点を超える温度で数分間、次いで融点よりも少し低い温度で数分間保持される。これらの材料はすべり部材としては使用されない。これらの全ての先行文献は、追加的なカップリング剤または複雑な熱処理の使用を包含する。これなしで被覆した後には著しい変形が起こり、接着力の損失につながるので、内部応力により接着が実質的に損なわれる層は、プラスチック材料で被覆された平坦軸受(plain bearing)を製造するための従来の方法には不適切であることが特筆される。ヨーロッパ特許出願公告第0 340 839 B1号明細書では、フッ素との高い親和性を有するPVDF、PTFEおよび鉛またはその他の金属からなる粉末混合物が、金属ストリップに塗布され、次いで５〜５０分間PVDFの分解温度を越える温度に曝され、それによって特に良好なトライボロジー特性が達成されると言われている。ドイツ特許出願公開第29 28 081号明細書は、鋼鉄、塗布されたPVDF−ベースのプラスチックオーバーレイからなる二層材料の製造に関する。PTFE、MoS₂またはグラファイトが添加剤として使用される。さらに、密度が≧8g/cm²である追加的な物質もまた５〜３５％の量でこの軸受材料に供給しなければならない。これらは本質的に基体への表面結合を増加させる鉛、酸化鉛等のような金属成分である。さらに、溶媒DMFを用いてオーバーレイ成分から分散系混合物を製造することおよびそれを金属支持体に塗布することが提案されている。これらの全ての材料には、有害な金属または金属化合物が用いられ、そしてその製造が溶媒を用いてまたは有害な分解生成物の放出を伴って行われるという欠点を有している。ドイツ特許出願公開第2928081号明細書の軸受材料と類似した材料がヨーロッパ特許出願公開第0 430 324 A1号明細書に記載されている。これは、PVDFマトリックス中の５〜３０％のPTFE、５〜６０％の青銅および１〜２０％のグラファイトからなる。この軸受材料の欠点は、最初から青銅成分が摩擦工程に絶えず含まれるという点にある。PVDFのようなマトリックス材料の場合には、これは乾燥運転特性を悪化させる。従って、本発明の詳細な説明は潤滑された用途のみ、特にショックアブソーバーに関する。本発明の基本となる問題は、公知のPVDF−ベースの軸受材料の欠点なしで基体に良好に接着することに特徴のある多層材料並びにその製造方法を提供することにある。この問題は、請求項１の特徴に従う多層材料により解決される。製造方法は、請求項１０の主題である。多層材料の使用方法は、請求項１５の主題である。有利な態様は従属項に請求されている。驚くべきことに、プラスチックオーバーレイが６０〜９５容量％の高含有量の PVDFからなり、そして第二成分またはその他の成分の容量％が４０％を越えない場合には、金属支持材料へのプラスチックオーバーレイの非常に良好な接着を達成できることがわかった。第二成分は、主にPTFEからなるか、またはPTFEと密度が＜7g/cm³であり容量％が好ましくは最高で５％に制限される少なくとも一種のその他の成分からなっていてもよい。従って、特に鉛、スズ、亜鉛、インジウム、タリウム、カドミウム、ビスマス、銅または銀またはその化合物または合金からなる成分は除外される。さらに驚くべきことに、本発明による多層材料は、例えば鉛変性体に関してトライボロジー特性においていかなる損失も示さないだけでなく、対照的にこれらの特性が実際には著しく改善され、これが良好な耐摩耗性となって発現することが明らかになった。 PVDF含有量が７０〜８８容量％であり、そしてPTFE含有量が１２〜３０容量％である場合には、特に良好な機械およびトライボロジー特性が達成される。その他の成分または充填物は、完全なまたは部分的な芳香族ポリマー、例えばPI、PA I、ポリアミド、PPS、PES，PEEK、PSUまたはポリエステル、炭素変体、例えばグラファイト、カーボンブラック、Cファイバーまたはコークス、並びに固体潤滑剤、例えばMoS₂、BNまたはCaF₂またはCaCO₃からなる群から単独でまたは組み合わせて選択されることが好ましい。支持材料が１０μｍ、好ましくは３０μｍを越える表面粗さRzを有する場合には、基体へのプラスチックオーバーレイの接着が特に良好である。このプラスチックオーバーレイは、例えば多孔質焼結青銅層のような中間層を用いることなく −ただしこのことが除外されるわけではないが−鋼鉄ストリップに塗布することができる。鋼鉄の他に、金属支持材料は、ステンレス鋼、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金またはこれらの材料の多層の組み合わせであってもよい。支持材料上のプラスチックオーバーレイの厚さは、好ましくは２０〜４００μ ｍである。多層材料を製造する方法は、６０〜９５容量％のPVDFからなり、残部がPTFEまたはPTFEと密度が＜7g/cm³である少なくとも一種のその他の成分からなる粉末混合物を製造する点、この粉末混合物を金属支持材料上に分散させ、次いでPVDF成分の軟化点を超える温度に加熱してプラスチックオーバーレイを形成させる点、およびその後このプラスチックオーバーレイを平坦に延ばす点で特徴づけられる。５容量％までのその他の成分を添加することが好ましい。粉末混合物の均質化および塗布の際の良好な加工性のために、粒度は、PVDFの場合には４０〜１８０μｍであり、PTFEの場合には２０〜１４０μｍとするべきである。再生粉末はPTFE変体として特に有用である。再生粉末は、焼結され粉砕されたPTFEである。以下の表１には、実施例による鋼鉄に塗布された本発明の材料による特性の有利な組み合わせをまとめ、従来技術と比較する。組み合わされた張力およびずり抵抗の測定は、5mm/分の拡張速度で25×25mmの接着面積のサンプルを用いて行った。接着される金属ストリップは、Rz=２０μｍの表面粗さを有する。トライボロジーの試験は、ローラー直径が100mmであり、そして直径10mmの円形のサンプルを試験することによりピン／ローラー装置で行った。具体的な試験負荷は17.5 MPaであり、すべり速度は0.5m/sでありそしてローラー表面の粗さはRz=１μｍであった。この結果は、試験した組成物範囲の接着がほとんど影響を受けず、そして本発明による充填物含有量の限界内での変化並びに支持材料の変化が接着に悪影響を及ぼすことなく広範に可能であることを示している。成形工程を考慮に入れた際の分離現象の発現には11.5MPa未満の組み合わされた張力およびずり抵抗しか必要ない。純粋なPVDFは最良の接着を示すが、摩耗特性が不十分である。全体で充填物が４０％を越える場合には、上記の二層材料の製造は、層分離のためにもはや適当ではない。その他の添加剤を完全に省いて組成物を最適化した場合には、従来技術に関して著しい有用性が達成されることも実施例２から明らかである。実施例４では市販の材料組成物を使用し、それによってPVDFベースの材料の従来技術を示している。実施例３と４、６と８および１２と１４とを比較すると、鉛を加えることにより組み合わされた張力およびずり抵抗が改善されるが、全ての例においてずり抵抗がほぼ半減することがわかる。PVDF成分が減少した場合には接着の損失を埋め合わせるために鉛を使用することができるが、トライボロジー特性に対しては効果的ではない。このことは、説明のための図１中に図式的に示される。摩耗速度は、左軸に割り当てられておりハッチングで示され、そして組み合わされた張力およびずり抵抗は、右軸に割り当てられており白く示されている。従って要約すれば、いかなる観点からもPTFE/PVDF/接着促進剤（例えばPb）系よりもPVDF/PTFE系によって全体に良好な性能が達成されることがわかる。本発明による平坦軸受材料は、非潤滑系において有利に使用することができるが、例えばショックアブソーバーロッド案内部材の場合のようにグリースまたは油の存在下でも有利に使用することができる。

Claims

【特許請求の範囲】１．マトリックス材料としてのPVDFからなり、そこにPTFEが充填剤として取り込まれている金属支持層およびそれに塗布されたプラスチックオーバーレイを有するすべり部材用多層材料において、PVDF含有量が６０〜９５容量％でありそして残部がPTFE、またはPTFEと密度が＜7g/cm³である少なくとも一種のその他の成分からなることを特徴とする上記材料。２．その他の成分の含有量が最高で５容量％である請求項１に記載の材料。３．PVDF含有量が７０〜８８容量％である請求項１または２に記載の材料。４．PTFE含有量が１２〜３０容量％である請求項１〜３のいずれかに記載の材料。５．その他の成分が完全なまたは部分的な芳香族ポリマー、例えばPI、PAI、ポリアミド、PPS、PES、PEEK、PSUまたはポリエステル、炭素変体、例えばグラファイト、カーボンブラック、Cファイバーまたはコークス、または例えばMoS₂、B N、CaF₂またはCaCO₃のような化合物である請求項１〜４のいずれかに記載の材料。６．支持材料が１０μｍを越える表面粗さRzを有する請求項１〜５のいずれかに記載の材料。７．支持材料が３０μｍを越える表面粗さRzを有する請求項６に記載の材料。８．金属支持材料が、鋼鉄、ステンレス鋼、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金またはこれらの材料の多層の組み合わせである請求項１〜７のいずれかに記載の材料。９．支持材料上のプラスチックオーバーレイの厚さが２０〜４００μｍである請求項１〜８のいずれかに記載の材料。１０．プラスチックオーバーレイを金属支持層に塗布することからなる多層材料の製造方法において、６０〜９５容量％のPVDFからなり、残部がPTFE、またはPT FEと密度が＜7g/cm³である少なくとも一種のその他の成分からなる粉末混合物を製造し、この粉末混合物を金属支持材料上に分散させ、次いでPVDF成分の軟化点を超える温度に加熱してプラスチックオーバーレイを形成させ、そしてその後このプラスチックオーバーレイをロール掛けして滑らかにすることを特徴とする上記方法。１１．粒度が４０〜１８０μｍであるPVDF粉末を使用し、そして粒度が２０〜１４０μｍであるPTFE粉末を使用する請求項１０に記載の方法。１２．PVDF粉末の粒度が７０〜１３０μｍであり、PTFE粉末の粒度が６０〜１００μｍである請求項１１に記載の方法。１３．再生粉末がPTFE粉末として使用される請求項１０〜１２のいずれかに記載の方法。１４．プラスチックオーバーレイが金属支持層に直接塗布される請求項１０〜１３のいずれかに記載の方法。１５．請求項１〜９のいずれかに記載の多層材料を、潤滑および非潤滑用途のすべり部材の製造に使用する方法。