DE69804307T2

DE69804307T2 - Herstellung von gleitlagern

Info

Publication number: DE69804307T2
Application number: DE69804307T
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Hall; Anthony Latkowski; Ann-T & N Technology Limited Mcdonald; Edward-Glacier Vandervell Limited Wheatley
Original assignee: Glacier Garlock Bearings Inc
Current assignee: GGB Inc
Priority date: 1997-06-21
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2018-06-16
Also published as: CN1104457C; AU7926898A; BR9810261A; US6485608B1; GB2341426A; SK167299A3; EP0991700A1; KR20010014028A; US20010031596A1; DK0991700T3; SK285414B6; CN1261386A; RU2199554C2; GB9713079D0; ZA985230B; ATE214720T1; CZ9904591A3; AU737827B2; GB2341426B; CZ297250B6

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern sowie Materialien und Lager, die nach solchen Verfahren hergestellt werden.
Viele Arten von Gleitlagern weisen eine Lagerflächenschicht auf, die einen hohen Anteil an einem Fluorpolymer, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) enthält, da solche Polymere hervorragende niedrige Reibungseigenschaften aufweisen. Solche Lagerflächenschichten sind von Natur aus schwach, so daß sie auf ein Trägersubstrat aufgebracht werden, welches normalerweise aus Metall hergestellt ist. Da jedoch Fluorpolymere bei einem herkömmlichen Lagertyp schwierig auf dem Substrat zu befestigen sind, ist eine Zwischenschicht enthalten, die üblicherweise aus gesintertem Metall, beispielsweise Bronze, hergestellt Wird. Bei der Herstellung dieses Lagertyps wird PTFE mit Lösungsmittel und Füllstoffen vermischt, um einen "Brei" zu bilden, der pastenartig ist und auf der Oberfläche des gesinterten Metalls verteilt wird, bevor es in die Lücken des gesinterten Metalls gedrückt wird, so daß das Material der Lagerflächenschicht an das gesinterte Metall gebunden wird. Aufgrund der Notwendigkeit, das Lösungsmittel zu entfernen, kann das Material nur mit einer relativ dünnen Oberflächenschicht (etwa 50 Mikrometer oder weniger) über dem gesinterten Metall gebildet werden, da sonst lösungsmittelbedingte Blasenbildung auftritt. Die Dicke der Oberflächenschicht, die auf der gesinterten Bindeschicht gebildet wird, wird auch durch die Tatsache beeinträchtigt, daß der Brei in die Lücken des Sintermaterials gewalzt wird, und um eine ausreichende Imprägnierung zu erreichen, damit verhindert wird, daß das Fluorpolymer von der verwendeten Stützschicht delaminiert, kann ein relativ hoher Druck erforderlich sein, was zu einer geringen Schichtdicke oberhalb der gesinterten Bindeschicht führt. Da die Oberflächenschicht relativ dünn ist, kann sie nicht normal bearbeitet werden, um die Oberflächenqualität zu verbessern, oder um das Lager so zu dimensionieren, daß es eine präzise Wanddicke und Bohrungsabmessung bekommt.
EP-A-0 708 892 beschreibt ein Lager, das aus einem Material hergestellt wurde, das eine Metallstützschicht mit einer darauf gesinterten Schicht umfaßt und ein Lagerauskleidungsmaterial, das Polytetrafluorethylen und 2 bis 10 Volumen-% fibrillierte Aramidfasern umfaßt, die die Poren der gesinterten Bindeschicht durchdringen. Diese Veröffentlichung beschreibt auch die Herstellung einer Folie aus dem Lagermaterial mit Hilfe eines Papierherstellungsverfahrens und das Schmelzen und Binden der Folie durch Wärme und Druck auf die gesinterte Bindeschicht. Die Schichtdicke über der gesinterten Bindeschicht auf dem Stützschichtmaterial beträgt jedoch nur 25 um.
WO97/06204 beschreibt die Herstellung eines Lagermaterials in Folienform, das eine aromatische Polyamidmasse und ein Fluorharz als Hauptbestandteile umfaßt. Das Herstellungsverfahren entspricht einem Papierherstellungsprozeß. Es wird jedoch kein Hinweis auf irgendein Verfahren zur Befestigung des so gebildeten Materials auf einem Metallstützschichtmaterial gegeben. In der Tat wird ein dickeres Material erhalten, indem ein Stapel aus einer Vielzahl von Schichten des Blattmaterials gebildet wird und diese unter einem angelegten Druck zusammengesintert werden. Dies führt jedoch nur zu einem monolithischen Block des Materials, aus dem ein Lager beispielsweise durch Verarbeiten gebildet werden kann, dem aber die verstärkende Wirkung einer unterstützenden Metallstützschicht fehlt, wo dünne Lagerschichten oder Wanddicken erforderlich sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitlagers auf der Basis eines Fluorpolymers zur Verfügung zu stellen, wobei das Verfahren eine dickere Lagermaterialschicht auf irgendeiner Träger- oder Bindemetallschicht, die gebildet werden soll, ermöglicht.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Lagermaterials zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren die Schritte der Bildung einer wasserbasierten Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt, der 30 bis 80 Volumen-% eines Fluorpolymers umfaßt, 5 bis 30 Volumen-% gewebebildender, fibrillierter Fasern und 5 bis 40 Gew.-% Füllmaterial umfaßt, ausgewählt aus mindestens einem Mitglied der Gruppe, die umfaßt: anorganische Fasern; anorganisches Partikelmaterial; Metallfasern, Metallpulver; organische Fasern;
organisches Partikelmaterial; und organische, matrixverstärkende Mittel, wobei die gewebebildenden und Füllmaterialien gegen Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts oder der Härtungstemperatur des Fluorpolymers beständig sind; Aufbringen einer Schicht der Aufschlämmung auf ein Substrat, so daß das Wasser aus der Schicht abläuft und eine abgeschiedene Schicht gebildet wird, in der die gewebebildenden Fasern ein Gewebe bilden, das das Fluorpolymer und das Füllmaterial enthält; Einimprägnieren der abgeschiedenen Schicht in eine Verstärkungsschicht, ausgewählt aus der Gruppe, die eine poröse Bindeschicht, eine perforierte Metallstützschicht und ein Drahtnetz umfaßt; Erwärmen des imprägnierten Materials auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Fluorpolymers, um das Fluorpolymer zu härten, wobei die Dicke der abgeschiedenen Schicht so ausgewählt wird, daß die Dicke der Lagermaterialschicht auf der Stützschicht nach Imprägnieren und nachfolgender Verfestigung im Bereich von 50 bis 400 um liegt.
Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß eine relativ dicke Lagerflächenschicht hergestellt werden kann, welche somit verarbeitet werden kann. Die Dicke der Schicht des so hergestellten Lagermaterials liegt im Bereich von 50 bis 400 um über jeder Stütz- oder Bindeschicht. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der, daß der Verfahrensweg nach Art der Papierherstellung viel weniger mechanisches Bearbeiten des Fluorpolymers erforderlich macht, und folglich dazu führt, daß es weniger härtet, was ermöglicht, daß das Material in poröse Bindeschichten, wie beispielweise gesinterte Bronze bei niedrigen Imprägnierdrücken einimprägniert werden kann, wodurch dickere Restschichten auf dem Sintermaterial erhalten werden können. Übliche "Brei"-Verfahrenswege verleihen dem Polymer einen relativ hohen Grad an mechanischer Verarbeitung während der Bildung und des Verteilens des Breis, wobei er steifer wird und sich dem Einimprägnieren in das Sintermaterial stärker widersetzt, und so ein höherer Druck erforderlich ist, was teilweise zu einer niedrigeren Schichtdicke auf dem Sintermaterial beiträgt.
Das Verfahren zur Herstellung der abgeschiedenen Basisschicht kann in einer vergleichsweise konventionellen Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie in der Papierherstellungsindustrie verwendet wird; ein typisches Beispiel ist die gut bekannte Papiermaschine vom Fourdriniertyp oder eine Rundsiebmaschine.
Die abgeschiedene Schicht auf dem Substrat erlangt, nachdem das Wasser aus der abgeschiedenen Aufschlämmung abgelaufen ist, ihre Gebrauchsfestigkeit aus dem Gewebe der fibrillierten Fasern, in denen und um die herum das Fluorpolymer und die Füllstoffe zurückgehalten werden, wobei die abgeschiedene Schicht ein papierähnliches Aussehen aufweist. Es wird ein Minimum von 5 Volumen-% fibrillierten Fasern benötigt, da für die nachfolgenden Verarbeitungsschritte eine Verabeitungsfestigkeit erforderlich ist. Bei über 30 Vol.-% beginnen die niedrigen Reibungseigenschaften sich zu verschlechtern.
Vorzugsweise liegt der Gehalt an fibrillierten Fasern im Bereich von 10 bis 30 Vol.-%.
Vorzugsweise umfassen die fibrillierten Fasern (häufig als "Fasermasse" bezeichnet) ein Aramidmaterial, wie beispielsweise Kevlar oder Twaron (Handelsnamen) und noch bevorzugter ein Para-Aramidmaterial.
Das Haupterfordernis für die fibrillierten Fasern ist, daß sie in der Lage sind, dem Erwärmungsschritt zur Aushärtung des Fluorpolymers zu widerstehen, und somit sind auch andere Fasermaterialien möglich, solange diese Bedingung erfüllt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Fluorpolymer Polytetrafluorethylen (PTFE) umfassen, welches zur Härtung eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunkts, etwa 330ºC, benötigt. Obgleich PTFE das bevorzugte Fluorpolymer zur Verwendung in dieser Erfindung ist, können auch andere Fluorpolymere, wie beispielsweise perfluoriertes Ethylen-Propylen, Methylperfluoralkoxy, Perfluoralkoxy, Chlortrifluorethylen, Tetrafluorethylen-Ethylen und Polyvinylidendifluorid anstelle von oder zusätzlich zum PTFE verwendet werden.
Die Füllstoffe sind in dem Verfahren und in dem Material der vorliegenden Erfindung enthalten, um Festigkeit und/oder Verstärkung der Materialmatrix zur Verfügung zu stellen, und auch um die tatsächlichen Lagereigenschaften, wie beispielsweise Strapazierfähigkeit und den Reibungskoeffizienten zu verbessern.
Geeignete anorganische Fasern können beispielsweise Glas oder Kohlenstoffasern umfassen.
Geeignetes anorganisches Partikel- oder Pulvermaterial kann Calciumfluorid, Kaolin, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Graphit, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Bleioxid und Kupferoxid umfassen.
Geeignete Metallfasern und -pulver können beispielsweise Bronze, Messing, Blei, Zinn und Zink umfassen.
Organische Materialien können Füllstoffe umfassen, wie beispielsweise wärmehärtbare oder thermoplastische Harze, die verwendet werden, um die Matrix weiter zu verstärken. Solche zusätzlichen Polymere können Polyphenylensulfid, Polyphenylensulfon, Polyimid, Nylon 4.6, Polyetheretherketon, Polyoxymethylen, Polyester, Polyurethan, Polyamidimid, Polyethersulfon, Polyethylenterephthalat und Polyetherimid umfassen.
Die Aufschlämmung kann latexartige Materialien enthalten, um die Verarbeitungsfestigkeit des abgeschiedenen Rohmaterials zu verbessern. Solche Zusätze zur Aufschlämmung werden jedoch während des Erwärmungsschritts zur Härtung des Fluorpolymers zersetzt, aber sie schädigen nicht das erhaltene gehärtete. Lagermaterial.
Die Aufschlämmung wird auch weitere Zusätze enthalten, welche für die Bildung der Aufschlämmung wichtig sind und für die Abscheidung und die Bildung einer Schicht aus Feststoffen der gewünschten Zusammensetzung auf dem Abtropfsubstrat der Papierherstellungsvorrichtung förderlich sind. Solche Zusätze können beispielsweise Koagulations- und Flockungsmittel, wie beispielsweise kolloidales Siliciumdioxid, Polymerkoagulationsmittel und Alaun sein. Solche Materialien zur Durchführung der benötigten Funktionen sind den Fachleuten aus dem Stand der Technik bekannt und werden hier nicht weiter ausgeführt.
Nach Abnehmen der abgeschiedenen Schicht vom Abtropfsubstrat besitzt sie eine Porosität im Bereich von etwa 50 Vol.-%. Die Dicke der abgeschiedenen Schicht aus dem unverdichteten, ungehärteten Rohmaterial kann im Bereich von etwa 200 um bis etwa 2 mm liegen. Die niedrigere Dicke von 200 um ist eine praktische Grenze, unterhalb der die Stärke zu niedrig wird für eine leichte Handhabung, wohingegen die obere Grenze von den Entwässerungseigenschaften des eigentlichen Papierherstellungsverfahrens begrenzt ist.
Für die Herstellung eines Lagers liegt der bevorzugte Bereich im unverfestigten Zustand zwischen 200 bis 800 um.
Nach der Bildung der abgeschiedenen Schicht gibt es verschiedene mögliche Verfahrenswege, die im Hinblick auf die Befestigung der Schicht auf einer Stützschicht und auf den Erwärmungsschritt zur Härtung des Fluorpolymers eingeschlagen werden können. Die abgeschiedene Schicht kann beispielsweise auf ein Trägersubstrat entweder vor oder nach dem Erwärmungsschritt zur Härtung des Polymers aufgetragen werden. Das Trägersubstrat kann irgendeines sein, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, wie beispielsweise Stahl, rostfreier Stahl, Bronze und Aluminium.
Es gibt verschiedene Alternativen, um das Lagerschichtmaterial auf eine starke Trägerstützschicht aufzubringen. Im wesentlichen gibt es zwei grundlegende Befestigungsalternativen, die umfassen: (i) das mechanische Befestigen der Lagerschicht auf einer Metallstützschicht, wobei die Lagermaterialschicht in eine poröse Oberfläche einimprägniert wird, oder mit physikalichen Gegebenheiten, die auf der Oberfläche der Verstärkungsschicht gebildet sind, wechselwirkt, wie beispielsweise einem Metalldrahtnetz oder einer perforierten Metallstützschicht; oder (ii) Befestigen der Lagermaterialschicht auf einer starken Stützschicht durch Aufkleben; oder (iii) eine Kombination von mechanischen und adhäsiven Befestigungen. Innerhalb dieser Alternativen sind Optionen in den Verfahrensschritten oder in der Reihenfolge der Verfahrensschritte, die verwendet werden, möglich.
In dem Fall, in dem die Lagermaterialschicht mechanisch an einer porösen, gesinterten Bindeschicht befestigt wird, kann die abgeschiedene Rohschicht in die Sinteroberfläche einimprägniert werden, und nachfolgend durch Erwärmen gehärtet werden. Ein Stützschichtsubstrat ist normalerweise aus Metall hergestellt, so daß das Substrat praktisch mithilft, die Wärme in alle Teile der Schicht zu leiten, wenn die Schicht an dem Substrat vor dem Erwärmungsschritt auf dem Substrat befestigt wird. Dieser Verfahrensweg bewirkt auch im wesentlichen die vollständige Verfestigung des porösen Lagermaterials während des Imprägnierschrittes.
Die Dicke der Lagermaterialschicht über der gesinterten Bindeschicht oder der Stützschichtoberfläche nach dem Imprägnieren und nachfolgender Verfestigung kann vorzugsweise im Bereich von 50 bis 400 um, noch bevorzugter im Bereich von 100 bis 250 um vor irgendeiner maschinellen Bearbeitung liegen.
In dem Fall, in dem die Lagermaterialschicht an einer Stützschicht durch Aufkleben befestigt wird: (a) kann es zuerst verdichtet werden, um die Porosität beispielsweise durch Walzen zu beseitigen oder zu reduzieren, dann gehärtet werden und schließlich mit einem Klebstoff auf das Stützschichtmaterial aufgeklebt werden, oder (b) kann die poröse Lagermaterialschicht auf die Stützschicht aufgeklebt, verdichtet und dann gehärtet werden; oder (c) kann die poröse Schicht verdichtet werden, auf die Stützschicht aufgeklebt und schließlich gehärtet werden; oder (d) kann die Lagermaterialschicht auf die Stützschicht geklebt, gehärtet und dann verfestigt werden; oder (e) kann die Lagermaterialschicht gehärtet, auf die Stützschicht geklebt und verfestigt werden; oder (f) kann die Lagermaterialschicht gehärtet, verfestigt und auf die Stützschicht geklebt werden. Bei den Alternativen (b), (c) und (d) muß der verwendete Klebstoff in der Lage sein, der Härtungstemperatur zu widerstehen, und bei den Alternativen (b), (d) und (e) muß die Klebeschicht in der Lage sein, dem Verdichtungsschritt zu widerstehen, der aus Walzen oder aus irgendeinem anderen geeigneten alternativen Verfahren bestehen kann. Die Alternativen (b), (d) und (e) weisen den Vorteil auf, daß die Porosität in der Lagerschicht ausgenutzt werden kann, um die Stärke der Bindung mit dem Klebstoff zu verbessern.
Geeignete Klebstoffe können Epoxys, Acrylsäuren, Cyanoacrylate, Polyurethane, Phenolmaterialien, Isoprene, Styrolbutadiene, Fluorpolymere, Polyester und Nylons umfassen. Verfahren zur Klebstoffaufbringung können Walzbeschichten, Gießlackieren, Sprühbeschichten oder die Filmbeschichtung (beispielsweise Schmelztauchen, Selbstkleber oder Kontaktkleber) umfassen. In dem Fall, in dem Klebstoffe verwendet werden, kann das Lagermaterial eine Vorbehandlung, wie beispielsweise chemisches Ätzen, Plasmavorbehandlung, Bestrahlung oder die Verwendung von chemischen Haftvermittlern oder Adhäsionsbeschleunigern, beispielsweise vor der Aufbringung des Klebstoffs, benötigen.
Es ist möglich, die Schicht in mehreren Stufen abzuscheiden, d. h. eine Schicht auf die andere abzuscheiden, um eine dickere abgeschiedene Schicht herzustellen.
Es ist möglich, eine variable Zusammensetzung in der abgeschiedenen Schicht durch Kontrolle der Aufschlämmung während des Papierherstellungsverfahrens zu bilden, d. h. man hat zwei oder mehr Abscheidungslagen, wobei eine andere Aufschlämmungszusammensetzung auf einer vorhergehenden Aufschlämmungszusammensetzung abgeschieden wird. Alternativ können einzelne Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen hergestellt, zusammengepreßt und gehärtet werden.
In dem Fall, in dem das Material in einer Vielzahl von abgeschiedenen Schichten hergestellt wird, können die Schichten so hergestellt werden, daß die Zusammensetzungen der Aufschlämmung in jeder Schicht variieren. Beispielsweise kann die Schicht, die die Gleitoberfläche des Lagers bilden soll, mehr Fluorpolymer enthalten als die Stufe, die die Unterfläche angrenzend an das Substrat bilden soll, und welche andere Polymere enthalten kann, die wirksamer an das Substratmaterial binden. Mit anderen Worten, die Zusammensetzung des Lagermaterials variiert durch ihre Dicke von einer Zusammensetzung, die leichter an das Substrat bindet, bis zu einer Zusammensetzung, die hervorragende Lagereigenschaften zur Verfügung stellt.
Die Dicke einer jeden abgeschiedenen Schicht kann gemäß ihrer beabsichtigten Funktion innerhalb des endgültigen Lagers variieren. Demzufolge können dünnere Schichten, die nicht selbst bearbeitbar sind, beispielsweise als Bindeschicht zwischen der Lagergleitmaterialschicht per se und einer starken Stützschicht verwendet werden.
Die starke Stützschicht kann eine Schicht aus einem anderen Polymer haben, welches mit dem Fluorpolymer kompatibel ist, und darauf abgeschieden wird, um die Adhäsion zwischen der Stützschicht und der abgeschiedenen Schicht zu fördern.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß das Füllmaterial hohl ist und eine Flüssigkeit oder ein anderes Gleitmittel enthält, welches allmählich freigesetzt wird, wenn das Lager verschleißt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lagermaterial zur Verfügung gestellt, das mit Hilfe des Verfahrens des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Lager zur Verfügung gestellt, das das Material des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung, gebunden an ein starkes Stützschichtmaterial, umfaßt.
Damit die vorliegende Erfindung vollständig verstanden wird, werden nun Beispiele nur illustrativ durch die folgende Darstellung mit Bezug auf das anhängige Diagramm beschrieben, welches eine Auftragung der Abnutzung gegen die Zeit für ein Lagermaterial mit eingelagertem Drahtnetz und ein erfindungsgemäßes Lagermaterial zeigt.

Beispiel 1

Dieses ist ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für ein Gleitlager. Das Verfahren umfaßt die Bildung einer Aufschlämmung auf Wasserbasis mit einem Feststoffgehalt von 2% Gew./Volumen (10 kg Feststoffe in 500 l Wasser). Der Feststoffgehalt betrug 73 Volumen-% PTFE (eingemischt als in Wasser dispergiertes PTFE (55 Gew.- % PTFE)), 10 Volumen-% fibrillierte Para-Aramidfasern (die Fasern waren durchschnittlich 0,74 mm lang und hatten einen Durchmesser von 12 bis 15 um), 4 Volumen-% Graphitpulver und 13 Volumen-% Glasfasern (durchschnittlich 150 um lang und 12 um im Durchmesser). Bei einer Variante des dargestellten Verfahrens wurde Graphit aus der Aufschlämmung weggelassen, der PTFE-Gehalt wurde auf 67 Volumen-% verringert, der Glasfasergehalt wurde bei 13 Volumen-% belassen, und der Gehalt an Para-Amidfasern wurde auf 20 Volumen-% erhöht.
Die Para-Amidfasern waren fibrilliert, so daß sie in der Lage waren, ein Gewebe zu bilden. Die Glasfasern wurden als verstärkende Fasern eingebracht. Es sollte erwähnt werden, daß die verwendeten Fasern bis zu Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts von PTFE (der bei 330ºC liegt) temperaturbeständig sind.
Das Verfahren umfaßt auch das Abscheiden einer Schicht der Aufschlämmung auf einem Drahtnetz, so daß das Wasser in der Aufschlämmung aus der Schicht abläuft und eine abgeschiedene Schicht gebildet wird, in der die Para-Aramidfasern ein Gewebe bilden, welches das PTFE, den Graphit und die Glasfasern enthält. Das von den Para-Amidfasern gebildete Gewebe hat zufällig orientierte Fasern, die aneinander kleben, und dient dazu, ein Trägergewebe zu bilden, um die abgeschiedene Schicht handhabbar zu machen. Die Aufschlämmung wurde abgeschieden, indem sie auf das Drahtnetz gesprüht wurde, während das Drahtnetz bewegt wurde. Das Wasser lief durch das Sieb ab, wobei eine abgeschiedene Schicht zurückblieb, welche selbsttragend war und vom Metallrahmen hochgenommen, getrocknet und aufgerollt werden konnte.
Die abgeschiedene Schicht, die annähernd 500 Mikrometer dick war, wurde vom Drahtnetz genommen und auf einem Metallsubstrat positioniert. Das Substrat war eine Aluminiumfolie von 0,3 mm Dicke. Das Substrat war vorgeformt durch Metallerhebungen, die etwa 0,4 mm daraus herausragten. Die Erhebungen wurden durch die Kanten der Löcher gebildet, die durch das Substrat gestanzt waren. Das Metallsubstrat und die Schicht durchliefen eine Kompressionswalze, um die Erhebungen in die abgeschiedene Schicht zu drücken, so daß die abgeschiedene Schicht an das Substrat angeklebt wurde. Das Beispielverfahren umfaßt auch einen Erwärmungsschritt, in dem die abgeschiedene Schicht bis über den Schmelzpunkt von PTFE erhitzt wird, um das PTFE zu härten. In diesem Schritt, der durchgeführt wurde, nachdem die abgeschiedene Schicht auf das Substrat aufgeklebt wurde, fand das Erwärmen in einem Ofen 10 Minuten lang bei 380ºG statt.
Das fertige Lagermaterial hatte eine Lageroberflächenschicht, die aus der abgeschiedenen Schicht nach dem Härten gebildet wurde und eine Dicke von 250 Mikrometer hatte.

Beispiel 2

Eine Aufschlämmung wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, gebildet, hatte aber einen Endfeststoffgehalt von: 65 Vol.-% PTFE; 20 Vol.-% Kevlar (Handelsname); und 15 Vol.-% Calciumfluorid (+ Stabilisatoren und Additive, wie beispielsweise Koagulationsmittel etc.) im getrockneten abgeschiedenen Schichtmaterial, das eine Dicke von 0,49 mm aufwies. Die Zugfestigkeit des unverfestigten Materials im abgeschiedenen Zustand und vor dem Härten betrug 0,7 MPa. Das unverfestigte Material wurde in eine poröse Bronzesinterschicht von 0,25 mm Dicke auf einer Stahlstützschicht einimprägniert, indem die beiden Materialien gewalzt wurden. Das Material wird während des Walzschrittes verfestigt und darüberhinaus in die Bronzesinterschicht einimprägniert. Das imprägnierte Lagermaterial wurde dann 10 Minuten lang auf 380ºC erwärmt, um das PTFE zu härten. Das fertige Material besaß eine Schicht aus Lagermaterial über der gesinterten Bindeschicht mit einer Dicke von 0,165 mm.
Das obige Beispiel wurde mit einer experimentellen Vorrichtung in kleinem Maßstab durchgeführt. Ein ähnliches Material, das auf einer Fertigungsstraße hergestellt wurde, wurde mittels Induktionsheizung durch die Metallstützschicht etwa 1 Minute lang bei 380ºC gehärtet.

Beispiel 3

Eine Aufschlämmung wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, hatte aber einen Endfeststoffgehalt von: 61,8 Vol.-% PTFE; 20 Vol.-% Kevlar (Handelsname); 13 Vol.-% Glasfasern; 3,2 Vol.-% kolloidales Siliciumoxid (als Koagulationsmittel); und 2 Vol.-% Carbon-Black (als Pigment) und andere Additive als Stabilisatoren. Die Zugfestigkeit des unverfestigten Materials nach Abscheiden und vor dem Härten betrug 0,9 MPa. Das unverfestigte Material wurde in eine Bronzesinterschicht mit einer Dicke von 0,25 mm auf einer Stahlstützschicht einimprägniert, indem die beiden Materialien gewalzt wurden. Das Material wurde durch diesen Walzschritt verfestigt und darüberhinaus in die Bronzesinterschicht einimprägniert. Das imprägnierte Lagermaterial wurde dann zehn Minuten lang auf 380 ºC erhitzt, um das PTFE zu härten. Wenn alternativ der Härtungsprozeß in einer industriellen Fertigungsstraße durchgeführt wurde, durchlief das Material für etwa eine Minute bei 380ºC eine Induktionshärtung.
Das fertige Material besaß eine Lagermaterialschicht über der gesinterten Bindeschicht von 0,165 mm Dicke.
Die Abnutzungs- und Reibungseigenschaften dieses Materials sind vergleichbar mit denen, die für andere Lagermaterialien festgestellt wurden. Siehe Tabelle 1. Tabelle 1: Abnutzungs- und Reibungseigenschaften des hergestellten Lagermaterials
Die Abnutzung wurde auf zylindrischen Blechhülsen unter Verwendung eines Tests mit oszillierenden Blechhülsen durchgeführt, der bei PV = 0,18 über 130000 Zyklen durchgeführt wurde. Der Reibungskoeffizient wurde unter Verwendung eines "pin-on- disc"-Tribometers gemessen.
Die anhängige Figur zeigt die Testergebnisse für das neue Lagermaterial, das in der Bronzesinterschicht einimprägniert ist, im Vergleich zu einem erhältlichen Lagermaterial auf Siebbasis. Die Tests wurden auf flachen Proben unter Verwendung einer Block/Ring-Abnutzungstestapparatur durchgeführt.

Beispiel 4

Die Zusammensetzung war wie die im Beispiel 3 (61,8% PTFE etc.). Dicke und Stärke des Materials waren auch wie in Beispiel 3.
Das unverfestigte Material wurde in ein Bronzenetz von 0,39 mm Dicke einimprägniert, indem die beiden Materialien gewalzt wurden. Das Material wurde während des Walzschrittes verfestigt und darüberhinaus in das Drahtnetz einimprägniert. Die Enddicke des imprägnierten Drahtnetzes betrug 0,39 mm. Gehärtet wurde zehn Minuten lang bei 380ºC.

Beispiel 5

Eine Aufschlämmung wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, aber der Endfeststoffgehalt betrug: 61,8 Vol.-% PTFE; 20 Vol.-% Kevlar (Handelsname); 13 Vol.-% Glasfasern; 3,2 Vol.-% kolloidales Siliciumdioxid (als Koagulationsmittel); und 2 Vol.-% Carbon-Black (als Pigment) und andere Additive als Stabilisatoren. Die Dicke des Materials vor der Verdichtung betrug 0,53 mm und dessen Stärke in abgeschiedener Form betrug 0,9 MPa. Ein phenolischer Klebstoff wurde auf die Oberfläche des Lagermaterials durch Walzenbeschichtung aufgebracht. Das beschichtete Material wurde dann vorerwärmt, um den Klebstoff zu aktivieren, bevor es zusammen mit einem 0,3 mm dicken Stützblech aus rostfreiem Stahl kalandriert wurde, um ein Laminat zu bilden. Das Laminat durchlief dann zweimal erwärmte Walzen, um das Lagermaterial zu verfestigen. Nach der Verfestigung wurde das Laminat auf 160ºC erwärmt, um den Klebstoff zu härten, und dann auf 380ºC erwärmt, um das PTFE zu härten. Das Laminatmaterial wurde dann für Testzwecke zu zylindrischen Blechhülsen geformt. Die Dicke des verfestigten Lagermaterials nach dem Härten betrug 0,23 mm. Der Klebstoff aus Phenolharz war insbesondere dadurch vorteilhaft, daß er in der Lage war, eine gute Klebebindung zwischen dem Substrat und dem Lagermaterial nach dem PTFE-Härtungsschritt beizubehalten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Lagermaterials, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Bildung einer wasserbasierten Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt, der 30 bis 80 Volumen-% Fluorpolymer, 10 bis 30 Volumen-% gewebebildende fibrillierte Fasern und 5 bis 40 Volumen-% Füllmaterial umfaßt, das ausgewählt ist aus mindestens einem Mitglied der Gruppe, die umfaßt: anorganische Fasern; anorganisches Partikelmaterial; Metallfasern; Metallpulver; organische Fasern; organisches Partikelmaterial; und organische matrixverstärkende Mittel, wobei die gewebebildenden Materialien und die Füllmaterialien beständig sind gegen Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts oder der Härtungstemperatur des Fluorpolymers; Abscheiden einer Schicht der Aufschlämmung auf ein Substrat, so daß das Wasser aus der Schicht abläuft und eine abgeschiedene Schicht gebildet wird, in der die gewebebildenden Fasern ein Gewebe bilden, welches das Fluorpolymer und das Füllmaterial enthält; Einimprägnieren der abgeschiedenen Schicht in eine Stützschicht, ausgewählt aus der Gruppe, die eine poröse Bindeschicht; eine perforierte Metallstützschicht; und ein Drahtnetz umfaßt; Erwärmen des imprägnierten Materials auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Fluorpolymers, um das Fluorpolymer zu härten, wobei die Dicke der abgeschiedenen Schicht so ausgewählt wird, daß die Dicke der Lagermaterialschicht über der Stützschicht nach Imprägnieren und nachfolgender Verfestigung im Bereich von 50 bis 400 um liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die fibrillierten Fasern ein Aramidmaterial umfassen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Fasern ein Para- Aramidmaterial sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fluorpolymer Polytetrafluorethylen umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, worin das Fluorpolymer aus mindestens einem Mitglied der Gruppe ausgewählt ist, die umfaßt: perfluoriertes Ethylen-Propylen; Methylperfluoralkoxy; Perfluoralkoxy; Polytetrafluorethylen; Chlortrifluorethylen; Tetrafluorethylen-Ethylen; und Polyvinylidendifluorid.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das anorganische Faserfüllmaterial Glas- oder Kohlenstoffasern umfaßt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die anorganischen Partikel- oder Pulvermaterialien ausgewählt sind aus der Gruppe, die umfaßt: Calciumfluorid, Kaolin, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Graphit, Siliciumdioxid, Bleioxid, Kupferoxid und Aluminiumoxid.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Metallfasern und Metallpulver ausgewählt sind aus der Gruppe, die umfaßt: Bronze, Messing, Blei, Zinn und Zink.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das organische Füllmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe von wärmehärtbaren oder thermoplastischen Harzen, die umfaßt: Polyphenylensulfid, Polyphenylensulfon, Polyimid, Nylon 4.6, Polyetheretherketon, Polyoxymethylen, Polyester, Polyurethan, Polyamidimid, Polyethersulfon, Polyethylenterephthalat und Polyetherimid.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Aufschlämmung auch mit einem latexartigen Material ausgestattet ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Aufschlämmung auch mit einem Koagulationsmittel und einem Flockungsmaterial ausgestattet ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Dicke der abgeschiedenen Schicht im Bereich von etwa 200 um bis etwa 2 mm liegt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Dicke des Lagermaterials über dem porösen Bindematerial im Bereich von 100 bis 250 um vor irgendeiner maschinellen Verarbeitung liegt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die poröse Bindeschicht als gesinterte Bronzepulverschicht auf einer Stahlstützschicht zur Verfügung gestellt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Imprägnierschritt ersetzt wird durch die Schritte der Verfestigung der abgeschiedenen Schicht durch Druck vor dem Härteschritt, Härten und anschließendes Befestigen durch Aufkleben auf eine starke Stützschicht.

16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 14, worin der Imprägnierschritt ersetzt wird durch die Schritte des Befestigens der abgeschiedenen Schicht auf einer Stützschicht durch Aufkleben vor dem Härtungsschritt, und die abgeschiedene Schicht dann durch Druck verfestigt und anschließend gehärtet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin der Imprägnierschritt ersetzt wird durch die Schritte der Verfestigung der abgeschiedenen Schicht durch Druck, Befestigen auf einer Stützschicht durch Aufkleben vor dem Härten und anschließendes Härten.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, worin der Imprägnierschritt ersetzt wird durch die Schritte des Aufklebens der abgeschiedenen Schicht auf eine Stützschicht, Härten und anschließendes Verfestigen durch Druck.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, worin der Imprägnierschritt ersetzt wird durch die Schritte des Aushärtens der abgeschiedenen Schicht, Aufkleben der gehärteten Schicht auf eine Stützschicht und Verfestigen durch Druck.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, worin der Imprägnierschritt ersetzt wird durch die Schritte des Härtens der abgeschiedenen Schicht, Verfestigen der gehärteten Schicht und Aufkleben der Schicht auf eine Stützschicht.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 20, worin der Klebstoff ein phenolischer Klebstoff ist.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die abgeschiedene Schicht in vielen Stufen gebildet wird, indem eine weitere Aufschlämmung auf die vorhergehende Aufschlämmung aufgebracht wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, worin die Zusammensetzungen der weiteren Aufschlämmung und der vorhergehenden Aufschlämmung unterschiedlich sind.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, worin die Dicke jeder abgeschiedenen Schicht unterschiedlich ist.

25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 24, worin die starke Stützschicht eine Schicht eines anderen Polymers hat, das mit dem Fluorpolymer kompatibel ist, und darauf abgeschieden ist, um die Haftung zwischen der Stützschicht und der abgeschiedenen Schicht zu fördern.

26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Füllstoff ein flüssiges oder ein anderes Gleitmittel enthält, welches allmählich freigesetzt wird, wenn das Lagermaterial abgenutzt wird.

27. Lagermaterial, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14.

28. Lagermaterial, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 27.

29. Lagermaterial, wobei das Lagermaterial eine Stützschicht hat, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die umfaßt: eine poröse Bindeschicht, eine perforierte Metallstützschicht; und ein Drahtnetz; wobei in die Stützschicht ein Lagergleitmaterial aus Kunststoff einimprägniert ist, das eine Zusammensetzung hat, die 30 bis 80 Volumen-% Fluorpolymer, 10 bis 30 Volumen-% gewebebildende, fibrillierte Fasern, und 5 bis 40 Volumen-% Füllmaterial umfaßt, das ausgewählt ist aus mindestens einem Mitglied der Gruppe, die umfaßt: anorganische Fasern; anorganisches Partikelmaterial; Metallfasern; Metallpulver; organische Fasern; organisches Partikelmaterial; und organische matrixverstärkende Mittel, wobei die gewebebildenden und die Füllmaterialien beständig sind gegen Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts oder der Härtungstemperatur des Fluorpolymers; und wobei das Lagermaterial dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine Schicht aus dem Lagergleitmaterial aus Kunststoff im Bereich von 50 bis 400 um Dicke über der Oberfläche der Stützschicht nach Imprägnieren und Verfestigen der Schicht des Lagergleitmaterials aus Kunststoff hat.