專利名稱：用于滑動件的涂料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于滑動件的涂料組合物。
背景技術(shù)：
例如，日本公開專利申請No.11-13638公開了一種用于滑動件的涂料組合物，該組合物含有聚酰胺酰亞胺樹脂和如二硫化鉬的固體潤滑劑，并且通過混合這些成分制備。
將用于滑動件的涂料組合物施加于基材上，隨后加熱形成滑動膜。包含在滑動膜中的含有相對成本較低的聚酰胺酰亞胺樹脂的粘結(jié)劑樹脂牢固地粘合在基材上。容納于粘結(jié)劑樹脂中的固體潤滑劑改善了抗咬合性和抗磨損性。例如，當含有用于滑動件的涂料組合物的滑動膜在作為基材的壓縮機旋轉(zhuǎn)斜盤的外表面上形成時，在旋轉(zhuǎn)斜盤和滑履之間顯示出更優(yōu)越的滑動性能。從而改善了壓縮機的耐久性。
就滑動膜而論，需要更進一步改善苛刻條件下的滑動性能，而不是如上文所述的用于滑動件的涂料組合物在形成滑動膜時就能獲得的滑動性能。例如，當壓縮機是一個其中二氧化碳作為制冷劑被壓縮的壓縮機時，就要求更高的滑動性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于滑動件的涂料組合物，該組合物能夠形成具有令人滿意的滑動性能的滑動膜。
為了完成前面和其它目的以及依照本發(fā)明的目的，提供了一種用于滑動件的涂料組合物。該組合物通過混合聚酰胺酰亞胺樹脂和固體潤滑劑獲得。至少滿足以下的一個條件。
(I)聚酰胺酰亞胺樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不低于270℃。
(II)聚酰胺酰亞胺樹脂在室溫下的拉伸強度不低于200MPa。
(III)聚酰胺酰亞胺樹脂含有的酰亞胺基多于酰胺基。
從隨后的描述中，結(jié)合附圖，通過舉例說明發(fā)明原理，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將變得明顯。


通過參考下文的優(yōu)選實施方案以及附圖的描述，可以最好的理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點。
圖1是表示試驗樣品I中的PAI樹脂在試驗(i)中的熱力學測量結(jié)果圖表；圖2是表示試驗樣品II中的PAI樹脂在試驗(i)中的熱力學測量結(jié)果圖表；圖3是表示對比樣品中的PAI樹脂在試驗(i)中的熱力學測量結(jié)果圖表；圖4是表示試驗樣品I中的PAI樹脂在試驗(i)中的動態(tài)粘彈性測量結(jié)果圖表；圖5是表示試驗樣品II中的PAI樹脂在試驗(i)中的動態(tài)粘彈性測量結(jié)果圖表；圖6是表示對比樣品中的PAI樹脂在試驗(i)中的動態(tài)粘彈性測量結(jié)果圖表；圖7是在試驗(i)中的試驗裝置的橫截面視圖；圖8是表示試驗樣品I在試驗(i)中的第一輪結(jié)果圖表；圖9是表示試驗樣品I在試驗(i)中的第二輪結(jié)果圖表；圖10是表示試驗樣品II在試驗(i)中的第一輪結(jié)果圖表；圖11是表示試驗樣品II在試驗(i)中的第二輪結(jié)果圖表；圖12是表示對比樣品在試驗(i)中的第一輪結(jié)果圖表；圖13是表示對比樣品在試驗(i)中的第二輪結(jié)果圖表；和圖14是表示試驗樣品I和對比樣品在試驗(ii)中的測試結(jié)果圖表。
具體實施例方式
為了證明本發(fā)明的用于滑動件的涂料組合物的效果，進行了以下描述的試驗(i)和試驗(ii)。
(試驗(i))首先，制備含有酰亞胺基多于酰胺基的PAI樹脂清漆(試驗樣品I和II)和大體上含有相同數(shù)量酰亞安基和酰胺基的PAI樹脂清漆(對比樣品)。每種PAI樹脂清漆含有30質(zhì)量％的PAI樹脂和70質(zhì)量％的溶劑。溶劑含有56質(zhì)量％的N-甲基-2-吡咯烷酮和14質(zhì)量％的二甲苯。PAI樹脂的數(shù)均分子量不低于20,000。
每種試驗樣品I，II和對比樣品的PAI樹脂清漆在200℃烘烤60分鐘以形成PAI樹脂。然后，用Seiko儀器有限公司生產(chǎn)的熱力學分析儀(TMA)對PAI樹脂進行熱力學測量。測量條件如下夾具為拉力型；夾頭間的距離為10mm；溫度從室溫(25℃)到400℃變化；升溫速度為10℃/分鐘；拉伸載荷為5g，以及樣品的尺寸為寬2mm，長30mm和厚20μm。結(jié)果如圖1-3所示。圖1表示試驗樣品I的PAI樹脂的TMA測量結(jié)果，圖2表示試驗樣品II的PAI樹脂的TMA測量結(jié)果，以及圖3表示對比樣品的PAI樹脂的TMA測量結(jié)果。圖1-3中，線A代表每單位時間的伸長，線C代表伸長量，以及線B代表載荷。如圖1-3所示，試驗樣品I的PAI樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為307.1℃，試驗樣品II的PAI樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為293.0℃，對比樣品的PAI樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為249.7℃。
依照由本發(fā)明人實施的試驗結(jié)果，優(yōu)選使用具有不低于270℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的PAI樹脂。進一步的，更優(yōu)選使用具有不低于290℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的PAI樹脂。
每種試驗樣品I，II和對比樣品的PAI樹脂清漆在200℃烘烤60分鐘以形成PAI樹脂。然后，用Seiko儀器有限公司生產(chǎn)的動力學分析儀(DMA)對PAI樹脂進行動態(tài)粘彈性測量。測量條件如下夾具為拉力型；夾頭間的距離為20mm；溫度從室溫(25℃)到400℃變化；測量頻率為1Hz和2Hz，升溫速度為3℃/分鐘；拉伸載荷為5g，以及樣品的尺寸為寬4mm，長40mm和厚20μm。結(jié)果顯示于圖4-6。圖4表示試驗樣品I的PAI樹脂的DMA測量結(jié)果，圖5表示試驗樣品II的PAI樹脂的DMA測量結(jié)果，以及圖6表示對比樣品的PAI樹脂的DMA測量結(jié)果。圖4-6的每一個中，圖中虛線代表1Hz測量頻率下的測量數(shù)據(jù)，實線代表2Hz測量頻率下的測量數(shù)據(jù)。圖4-6的每一個中，線D和線E均代表儲能彈性模量，線F代表樹脂的伸長，以及線G和線H均代表tanδ。
從圖4-6可以明顯看到的，試驗樣品I的PAI樹脂具有室溫下249MPa的拉伸強度(250℃的儲能彈性模量為3.39×109Pa)，試驗樣品II的PAI樹脂具有室溫下200MPa的拉伸強度(250℃的儲能彈性模量為1.75×109Pa)，以及對比樣品的PAI樹脂具有室溫下150MPa的拉伸強度(250℃的儲能彈性模量為1.39×109Pa)。依照由本發(fā)明人實施的試驗結(jié)果，優(yōu)選使用具有室溫下不低于200MPa拉伸強度的PAI樹脂。
作為用于本發(fā)明涂料組合物的另一個成分的固體潤滑劑，可以使用聚四氟乙烯(PTFE)，乙烯-四氟乙烯(ETFE)，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)，二硫化鉬(MoS2)，石墨等。依照由本發(fā)明人實施的試驗結(jié)果，優(yōu)選至少一部分固體潤滑劑為PTFE。
在上面描述了初步結(jié)構(gòu)之后，在下面的實例中使用PTFE，二硫化鉬和石墨作為固體潤滑劑。
在這個實施方案的滑動膜C中，固體潤滑劑和粘結(jié)劑樹脂的體積比在40∶60-60∶40之間。如果固體潤滑劑對粘結(jié)劑樹脂的體積比低于40∶60，滑動膜具有不足的抗咬合性。另一方面，如果固體潤滑劑對粘結(jié)劑樹脂的體積比高于60∶40，滑動膜的抗咬合性不能被顯著提高，并且固體潤滑劑很可能脫落。這樣導致滑動膜的磨損深度增加。
混合物被形成，均含有18體積％的PTFE粉末，18體積％的二硫化鉬，和14體積％的石墨，以及50體積％的試驗樣品I，試驗樣品II或?qū)Ρ葮悠返腜AI樹脂。充分攪拌后，混合物均被送入三輥磨中。由此就制成了試驗樣品I，II和對比樣品的滑動件涂料組合物。為了依照涂覆的類型(噴涂，輥涂)調(diào)整粘度和固體濃度的需要，每種涂料組合物可以用溶劑稀釋，溶劑例如N-甲基-2-吡咯烷酮，二甲苯，或這些物質(zhì)的混合物。
然后，如圖7所示，準備多個用脫脂鋁合金A390制造的圓盤形旋轉(zhuǎn)斜盤1。每個旋轉(zhuǎn)斜盤1的一個表面用空氣噴涂來涂覆涂料組合物，形成具有25μm厚度的膜。替代使用空氣噴涂，組合物可以通過輥涂轉(zhuǎn)移到表面之上。隨后每個表面上形成了膜的旋轉(zhuǎn)斜盤1在200℃大氣條件下加熱60分鐘。以這種方式，就在旋轉(zhuǎn)斜盤1上形成了試驗樣品I，II和對比樣品的滑動膜C。
準備多個用脫脂鐵基合金SUJ2制造的滑履2。進一步的，準備用于接受滑履2半球形部分的具有兩個半球形座3a的夾具3。夾具3放置時使半球形座3a的開口部分朝上。每個滑履2分別于半球形部位置于半球形座3a中。然后，放置旋轉(zhuǎn)斜盤1，使得滑動膜C與滑履2的平坦部分接觸。隨后，當在夾具3和旋轉(zhuǎn)斜盤1之間施加1.96KN的載荷時，將旋轉(zhuǎn)斜盤1以10.6m/s的圓周線速度旋轉(zhuǎn)。不使用潤滑油。在每個半球形座3a和相應滑履2的平坦部分之間提供熱電偶。
以這種方式，就得到了關(guān)于試驗樣品I，II和對比樣品的滑動膜C測試時間(s)、轉(zhuǎn)距(N·cm)與滑履2的半球形表面溫度(TP溫度℃)之間的關(guān)系。結(jié)果示于圖8-13。圖8表示試驗樣品I的滑動膜C的第一輪試驗結(jié)果。圖9表示試驗樣品I的滑動膜C的第二輪試驗結(jié)果。圖10表示試驗樣品II的滑動膜C的第一輪試驗結(jié)果。圖11表示試驗樣品II的滑動膜C的第二輪試驗結(jié)果。圖12表示對比樣品的滑動膜C的第一輪試驗結(jié)果。圖13表示對比樣品的滑動膜C的第二輪試驗結(jié)果。
如圖8-11所示，在沒有潤滑油的試驗樣品I，II的滑動膜C的試驗中，轉(zhuǎn)距在經(jīng)過200-300秒前，達不到600牛頓·厘米，并且膜C不太可能被咬合。此時，滑履2的半球形表面溫度為大約220-225℃。與此形成對比，如圖12和13所示，在對比樣品的滑動膜C中，轉(zhuǎn)距在大約110秒時達到600牛頓·厘米，并且咬合很可能發(fā)生。
當咬合發(fā)生時，滑履2的半球形表面溫度為大約220℃。該結(jié)果表明，在惡劣環(huán)境中，試驗樣品I，II的滑動膜C能夠比對比樣品的滑動膜C發(fā)揮更好的滑動性能。該結(jié)果還表明，當溫度大體上達到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時滑動膜C變得柔軟，并且發(fā)生咬合。
換句話說，以用于試驗樣品I，II的滑動件的涂料組合物為基礎，可以形成即使是在惡劣條件下仍可以顯示優(yōu)異滑動性能的滑動膜C。這是因為固體潤滑劑的至少一部分為PTFE粉末。
關(guān)于前述結(jié)果，發(fā)明人實施了隨后測驗。一種常規(guī)PAI樹脂以如下方式制成。即，使由結(jié)構(gòu)式1代表的偏苯三酸酐(TMA)與由結(jié)構(gòu)式2代表的4，4’-二苯甲烷二異氰酸酯(MID)發(fā)生反應。如此獲得的PAI樹脂具有大體上相同數(shù)量的酰亞胺基和酰胺基，如結(jié)構(gòu)式3所示。
[結(jié)構(gòu)式2] [結(jié)構(gòu)式3] 相反，為了獲得具有高抗熱性、高彈性、高機械強度以及低熱膨脹系數(shù)的PAI樹脂，改變異氰酸酯成分。使結(jié)構(gòu)式1的TMA與結(jié)構(gòu)式4的3，3’-二甲基聯(lián)苯基-4，4’-二異氰酸酯(TODI)發(fā)生反應。如此獲得的PAI樹脂是在強度和抗熱性上增強的樹脂。如果通過常規(guī)方法，將大約一半的MDI用TODI替換，PAI樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度作為滑動件涂料組合物將是足夠的。因此，PAI樹脂優(yōu)選通過在原料中的全部異氰酸酯成分中加入5％-90％摩爾TODI并且使得異氰酸酯成分反應而制備。因為在這種方法中使用相對昂貴的TODI，產(chǎn)品成本不可避免地增加了。
使得結(jié)構(gòu)式1的TMA與結(jié)構(gòu)式2的MDI和由結(jié)構(gòu)式5代表的3，3’，4，4’-二苯甲酮四羧酸(BTDA)發(fā)生反應。為了獲得具有高抗熱性、高彈性、高機械強度以及低熱膨脹系數(shù)的PAI樹脂，改變異氰酸酯成分。使得結(jié)構(gòu)式1的TMA與結(jié)構(gòu)式4的TODI和結(jié)構(gòu)式5的BTDA發(fā)生反應。因為BTDA提供大量的酰亞胺基，如此生產(chǎn)的PAI樹脂含有的酰亞胺基多于酰胺基。具有酰亞胺基多于酰胺基的PAI樹脂強烈地發(fā)揮聚酰亞胺的特性。即，這樣一種PAI樹脂具有高彈性、高抗熱性和高伸長率。但是，由于酰亞胺基不溶于N-甲基-2-吡咯烷酮，酰亞胺基的量不能增加超過相應于35∶65的酰胺基對酰亞胺基的比值。因為在這種方法中使用相對昂貴的BTDA，產(chǎn)品成本不可避免地增加了。
(試驗(ii))在與試驗(i)的相同條件下，通過使用上述用于試驗樣品I的滑動件的涂料組合物以及上述用于對比樣品的滑動件的涂料組合物，在相應的旋轉(zhuǎn)斜盤1上形成各種滑動膜C。通過使用這些旋轉(zhuǎn)斜盤1，制備出試驗樣品I和對比樣品的旋轉(zhuǎn)斜盤型壓縮機。每個試驗樣品I的旋轉(zhuǎn)斜盤型壓縮機和對比樣品的旋轉(zhuǎn)斜盤型壓縮機的曲柄箱均沒有使用潤滑油。轉(zhuǎn)數(shù)設定在3000rpm。在這種狀態(tài)下，測量直到旋轉(zhuǎn)斜盤1和滑履2之間發(fā)生咬合的時間(秒)。其結(jié)果示于圖14。這些旋轉(zhuǎn)斜盤型壓縮機是現(xiàn)有技術(shù)公知的，在每一個壓縮機中旋轉(zhuǎn)斜盤1的傾角被固定，并且在旋轉(zhuǎn)斜盤1的兩邊都有5個缸膛。
如圖14所示，即使是在沒有潤滑油的條件下，試驗樣品I的旋轉(zhuǎn)斜盤型壓縮機與對比樣品的旋轉(zhuǎn)斜盤型壓縮機相比，在更長時間內(nèi)也不會引起咬合。結(jié)果表明，使用試驗樣品I的滑動膜的壓縮機具有較高的耐久性。在本發(fā)明的用于滑動件的涂料組合物被用于壓縮機，該壓縮機使用二氧化碳作為制冷劑并壓縮二氧化碳的情況下，壓縮機的耐久性得到改善。
對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以不脫離發(fā)明精神或范圍地以很多其它特定形式體現(xiàn)。特別地，應該了解，發(fā)明可以以下面的形式來體現(xiàn)。
依照本發(fā)明滑動膜C中的粘結(jié)劑樹脂，即PAI樹脂，可以含有不同于固體潤滑劑的摩擦調(diào)節(jié)劑，減壓劑，表面活性劑和成膜助劑。作為摩擦調(diào)節(jié)劑，可以使用氧化金屬的粉末，如CrO2，F(xiàn)e2O3，F(xiàn)e3O4，PbO，ZnO，CdO，Al2O3，SiO2，TiO2，SnO2，以及如SiC和Si3N4的無機粉末物質(zhì)。添加的摩擦調(diào)節(jié)劑是為了承受作用于第一元件和第二元件之間的載荷，從而改善了滑動膜的滑動性能。作為減壓劑，可以使用下面的物質(zhì)硫化物的粉末，如ZnS，Ag2S，CuS，F(xiàn)eS，F(xiàn)eS2，Sb3S2，PbS，Bi2S3，CdS；硫的化合物，如二硫化四甲秋蘭姆，嗎啉，二硫化物，二硫代羧酸鹽，硫化物，亞砜，磺酸，硫代膦酸鹽，硫代碳酸鹽，烷基硫代氨甲酰和烯烴硫化物；鹵素化合物，如氯代烴；有機金屬化合物，如硫代磷酸鋅(例如二硫代磷酸鋅)和硫代氨基甲酸，以及有機鉬化合物，如二硫代磷酸鉬和二硫代氨基甲酸鉬。期望添加的減壓劑能夠較強的保留潤滑油，并改善在潤滑油不足的情況下滑動膜的滑動性能，這些情況有偶爾與固體的接觸和滑動件上的載荷不均勻。偶聯(lián)劑可以作為表面活性劑使用。添加的偶聯(lián)劑被認為引起固體潤滑劑與粘結(jié)劑樹脂間較強的偶合，并使得滑動膜形成于第一和第二元件中的至少一個上。作為成膜促進劑的有環(huán)氧樹脂，硅烷偶聯(lián)劑，鈦酸鹽偶聯(lián)劑。
本實施例和實施方案被認為是說明性的和非限制性的，并且發(fā)明不受這里給出的細節(jié)限制，但可以在附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)修正并和權(quán)利要求等效。
權(quán)利要求
1.一種用于滑動件的涂料組合物，其中組合物通過混合聚酰胺酰亞胺樹脂和固體潤滑劑獲得，特征在于涂料組合物滿足如下要求中的至少一種(I)聚酰胺酰亞胺樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不低于270℃，(II)聚酰胺酰亞胺樹脂在室溫下的拉伸強度不低于200Mpa，(III)聚酰胺酰亞胺樹脂含有的酰亞胺基多于酰胺基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，特征在于至少滿足要求(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，特征在于至少滿足要求(II)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的壓縮機，特征在于至少滿足要求(III)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任意一個的壓縮機，特征在于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不低于290℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任意一個的壓縮機，特征在于固體潤滑劑含有聚四氟乙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任意一個的壓縮機，特征在于作為聚酰胺酰亞胺樹脂原料的異氰酸酯成分包含5％-90％摩爾的3，3’-二甲基二苯基-4，4’-二異氰酸酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任意一個的壓縮機，特征在于聚酰胺酰亞胺樹脂的數(shù)均分子量不低于20,000。
全文摘要
一種用于滑動件的涂料組合物，含有聚酰胺酰亞胺樹脂和固體潤滑劑，并通過混合這些成分制備。聚酰胺酰亞胺樹脂是一種具有270℃或更高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的基材或是一種具有室溫下200MPa或更高拉伸強度的基材。由用于滑動件的涂料組合物制成的滑動膜具有令人滿意的滑動性能。
文檔編號C09D179/08GK1583918SQ20041007148
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
發(fā)明者杉岡隆弘, 杉浦學, 星田隆宏, 大迫真實, 下俊久, 村瀨仁俊, 山口哲司, 山下二郎 申請人:道康寧亞洲株式會社, 株式會社豐田自動織機