專利名稱：固體潤(rùn)滑劑和滑動(dòng)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體潤(rùn)滑劑和滑動(dòng)件，具體地說，涉及嵌入滑動(dòng)件本體(滑動(dòng)件的本體部分)的滑動(dòng)面上形成的小孔或凹槽內(nèi)的固體潤(rùn)滑劑，以及使用這種固體潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)件。
背景技術(shù)：
嵌入諸如軸承的滑動(dòng)件的滑動(dòng)面的固體潤(rùn)滑劑，在該滑動(dòng)面上形成一層薄膜，并顯示滑動(dòng)效果。因此，這種固體潤(rùn)滑劑的成膜性能對(duì)形成的膜的摩擦系數(shù)及其壽命有很大影響。作為這類固體潤(rùn)滑劑，已知有一些具有層狀結(jié)構(gòu)，特別是那些以石墨為主要成分的固體潤(rùn)滑劑。由于這種層狀結(jié)構(gòu)，石墨沿著它的負(fù)荷方向表現(xiàn)出強(qiáng)的阻力，但是沿著它的滑動(dòng)方向表現(xiàn)出的阻力弱。另外，石墨是一種軟物質(zhì)，能夠在從常溫到高溫的寬的溫度范圍內(nèi)保持優(yōu)良的潤(rùn)滑性。
但是，這種以石墨為主要成分的固體潤(rùn)滑劑不僅成膜性能有一定程度不足的趨勢(shì)，并且當(dāng)形成的膜經(jīng)歷重復(fù)摩擦接觸時(shí)，其壽命也有不令人滿意的趨勢(shì)。因此，這種固體潤(rùn)滑劑不適宜用于高負(fù)荷的用途。
另一方面，對(duì)于那些適宜用于高負(fù)荷用途的固體潤(rùn)滑劑，已知的制備方法是將聚四氟乙烯樹脂、軟金屬例如銦、鉛和錫，以及蠟相互混合制成。特別地，有一些被廣泛使用的固體潤(rùn)滑劑是通過將四氯化乙烷樹脂、鉛和蠟相互混合后制備得到的。這些固體潤(rùn)滑劑在高負(fù)荷條件下顯示出極低的摩擦系數(shù)和優(yōu)異的成膜性能，而且由此形成的膜的具有很長(zhǎng)的壽命和優(yōu)良的自我修復(fù)性能。
近年來(lái)，從避免環(huán)境問題的角度考慮，趨于發(fā)展無(wú)鉛材料。在固體潤(rùn)滑劑領(lǐng)域內(nèi)也出現(xiàn)了這種材料發(fā)展的趨勢(shì)。但是，對(duì)于固體潤(rùn)滑劑而言，鉛是獲得令人滿意的滑動(dòng)性能的重要成分。特別是，在固體潤(rùn)滑劑嵌入諸如軸承的滑動(dòng)件的滑動(dòng)面上形成的小孔或者凹槽內(nèi)，并在高負(fù)荷條件下使用的情況下，從賦予其優(yōu)良的成膜性能的觀點(diǎn)出發(fā)，鉛就非常重要。
例如，在日本專利申請(qǐng)公開55-108427號(hào)(1980)中描述了一種無(wú)鉛滑動(dòng)件，這種滑動(dòng)件是通過將一種含三聚氰胺和異氰脲酸的加合物的樹脂塑模后制備得到。但是，當(dāng)這種含三聚氰胺和異氰脲酸加合物的滑動(dòng)件用的樹脂作為固體潤(rùn)滑劑使用時(shí)，其摩擦系數(shù)在高負(fù)荷條件下有不足的傾向。因此，需要提供一種不含鉛的固體潤(rùn)滑劑，即使在高負(fù)荷條件下也能夠具有充分的滑動(dòng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決上述問題。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種無(wú)鉛固體潤(rùn)滑劑，其可以具有等同或者超過那些傳統(tǒng)的含鉛固體潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)性能，即使在高負(fù)荷條件下也是如此。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，一個(gè)方面，本發(fā)明在于提供一種固體潤(rùn)滑劑，其含有5到30體積％的聚乙烯樹脂，20到60體積％的烴基蠟和10到60體積％的氰尿酸三聚氰胺。
另一個(gè)方面，本發(fā)明在于提供一種滑動(dòng)件，其滑動(dòng)件本體上有滑動(dòng)面，上述的固體潤(rùn)滑劑嵌入在該滑動(dòng)面上形成的小孔或者凹槽內(nèi)。
優(yōu)選為
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明具體描述如下。本發(fā)明中使用的聚乙烯樹脂具有粘合劑的作用。該聚乙烯樹脂的例子可以包括經(jīng)高壓處理的低密度聚乙烯(HPLD)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、極低密度聚乙烯(VLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)等。
高壓處理的低密度聚乙烯(HPLD)是一種經(jīng)過高壓處理得到的乙烯均聚物，除了含有諸如乙基的短支鏈外，還含有長(zhǎng)支鏈。這種高壓處理的低密度聚乙烯的密度一般為0.910到0.940g/cm3。線性低密度聚乙烯(LLDPE)是乙烯和例如丙烯、1-丁烯、4-甲基1-戊烯基和1-辛烯基的其他α-烯烴經(jīng)過中/低壓處理后產(chǎn)生的共聚物，其密度一般為0.900到0.940g/cm3。這些共聚物中，密度在0.925到0.940g/cm3的聚乙烯被稱為中密度聚乙烯(MDPE)。極低密度聚乙烯(VLDPE)是通過進(jìn)一步降低線性低密度聚乙烯(LLDPE)的密度得到，其密度為0.880到0.910g/cm3。高密度聚乙烯(HDPE)是一種經(jīng)過中/低壓處理產(chǎn)生的乙烯均聚物，其密度一般為0.940到0.970g/cm3。
混合的聚乙烯樹脂的量為5到30體積％，優(yōu)選為10到25體積％。當(dāng)混合的聚乙烯樹脂的量少于5體積％時(shí)，該聚乙烯樹脂可能不能充分發(fā)揮其作為粘合劑的作用。當(dāng)混合的聚乙烯樹脂的量超過于30體積％時(shí)，烴基蠟和氰尿酸三聚氰胺的量相對(duì)較少，因此就導(dǎo)致使得到的固體潤(rùn)滑劑很難顯示優(yōu)異的滑動(dòng)性能。
本發(fā)明中使用的烴基蠟具有降低摩擦系數(shù)的效果。烴基蠟的例子可以包括石蠟、聚乙烯蠟、微晶蠟等。這些烴基蠟可以單獨(dú)使用，或者任意兩種或多種混合使用。
混合的烴基蠟的量為20到60體積％，優(yōu)選為25到45體積％。當(dāng)混合的烴基蠟的量少于20體積％時(shí)，由此得到的固體潤(rùn)滑劑可能無(wú)法表現(xiàn)出期望的低摩擦性質(zhì)。另一方面，當(dāng)混合的烴基蠟的量超過60體積％，得到的固體潤(rùn)滑劑的可塑性有惡化的趨勢(shì)，并且塑模的產(chǎn)品的強(qiáng)度也有惡化的趨勢(shì)。
本發(fā)明中使用的氰尿酸三聚氰胺是三聚氰胺和氰尿酸或異氰尿酸的加合物，并具有這樣一種結(jié)構(gòu)三聚氰胺分子和氰尿酸(或異氰尿酸)分子各自有一個(gè)6元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，它們通過氫鍵排列一個(gè)平面內(nèi)，形成各個(gè)平面間通過微弱力彼此連接的層狀排列。因此，認(rèn)為氰尿酸三聚氰胺具有類似于二硫化鉬或石墨的裂分性(cleavage property)。這種氰尿酸三聚氰胺具有提高耐磨性和增強(qiáng)負(fù)荷能力的作用?；旌系那枘蛩崛矍璋返牧繛?0到60體積％，優(yōu)選為20到50體積％。當(dāng)混合的氰尿酸三聚氰胺的量低于10體積％時(shí)，很難起到提高耐磨性和增強(qiáng)負(fù)載能力的作用。另一方面，當(dāng)混合的氰尿酸三聚氰胺的量超過60體積％時(shí)，得到的固體潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)性能有惡化的趨勢(shì)。
本發(fā)明的固體潤(rùn)滑劑還可以進(jìn)一步含有添加成分，包括高級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酸酯(高級(jí)脂肪酯)、高級(jí)脂肪酸的酰胺(高級(jí)脂肪酰胺)、金屬皂、磷酸鹽和/或高分子量聚四氟乙烯樹脂。
作為高級(jí)脂肪酸，可以使用具有12個(gè)或更多個(gè)碳原子的飽和或不飽和脂肪酸。這些高級(jí)脂肪酸的具體例子可以包括月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、山俞酸、蠟酸、褐煤酸、蜂花酸、月桂烯酸、肉豆蔻腦酸、油酸、反油酸、亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸、順(9)-二十碳烯酸和芥子酸。
高級(jí)脂肪酯是上述高級(jí)脂肪酸和單羥基醇或多羥基醇形成的酯。單羥基醇的例子可以包括辛醇、月桂醇、肉豆蔻醇、棕櫚醇、硬脂醇和山俞醇。多羥基醇的例子可以包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、丙三醇、季戊四醇和山梨聚糖。高級(jí)脂肪酯的具體例子可以包括硬脂酸十八酯、四硬脂酸季戊四醇酯、硬脂酸單甘油酯、山俞酸單甘油酯和褐煤蠟。
高級(jí)脂肪酰胺是上述高級(jí)脂肪酸和單胺或多胺形成的酰胺。單胺或多胺的例子可以包括辛酰胺、月桂胺、肉豆蔻胺、棕櫚胺、硬脂酰胺、甲撐二胺、乙二胺和己撐二胺。高級(jí)脂肪酰胺的具體例子還可以包括硬脂酰胺、油酰胺和芥子酰胺(erucamide)。
這些高級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酯以及高級(jí)脂肪酰胺不但具有降低摩擦系數(shù)的作用，還具有增加可塑性的作用，并且這些物質(zhì)可單獨(dú)使用，也可以任意兩種或多種的混合物的形式使用?；旌系母呒?jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酯和高級(jí)脂肪酰胺的量一般為1到10體積％，優(yōu)選為3到10體積％。當(dāng)混合的高級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酯和高級(jí)脂肪酰胺的量低于1體積％時(shí)，很難獲得期望的降低摩擦系數(shù)和增加可塑性的效果。當(dāng)混合的高級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酯和高級(jí)脂肪酰胺的量超過10體積％時(shí)，生成的固體潤(rùn)滑劑的可塑性有惡化的趨勢(shì)。
金屬皂是上述高級(jí)脂肪酸和堿金屬或堿土金屬形成的鹽。金屬皂的具體例子可以包括硬脂酸鋰和硬脂酸鈣。這些金屬皂不僅具有降低摩擦系數(shù)的作用，而且還具有增加熱穩(wěn)定性的作用?；旌系慕饘僭淼牧恳话銥?到20體積％，優(yōu)選為5到15體積％。當(dāng)混合的金屬皂的量低于3體積％時(shí)，很難獲得期望的降低摩擦系數(shù)和增加熱穩(wěn)定性的效果。另一方面，當(dāng)混合的金屬皂的量超過20體積％時(shí)，得到的固體潤(rùn)滑劑的熱穩(wěn)定性有惡化的趨勢(shì)。
作為磷酸鹽，可以使用堿金屬或堿土金屬的三代磷酸鹽、次代磷酸鹽、焦磷酸鹽、亞磷酸鹽或偏磷酸鹽。這些磷酸鹽的具體例子可以包括磷酸三鋰、磷酸氫二鋰、焦磷酸鋰、磷酸三鈣、磷酸氫鈣、焦磷酸鈣、偏磷酸鋰、偏磷酸鎂和偏磷酸鈣。
磷酸鹽本身不具備潤(rùn)滑性能，但它能夠促使配合件的滑動(dòng)表面上形成潤(rùn)滑膜，因此，在配合件的表面可以形成并保持一層良好的潤(rùn)滑膜，從而能夠維持優(yōu)良的滑動(dòng)性能?；旌衔锏牧姿猁}的量一般為3到15體積％，優(yōu)選為5到10體積％。當(dāng)混合的磷酸鹽的量低于3體積％時(shí)，很難表現(xiàn)出這種期望的效果。另一方面，當(dāng)混合的磷酸鹽的量超過15體積％時(shí)，轉(zhuǎn)移形成并附著在配合件表面上的潤(rùn)滑膜的量有過大的趨勢(shì)，所以得到的滑動(dòng)件的耐磨性有惡化的趨勢(shì)。
當(dāng)從高級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酯、高級(jí)脂肪酰胺、金屬皂和磷酸鹽中選擇至少兩種化合物聯(lián)合使用時(shí)，這些成分的總量?jī)?yōu)選不超過30體積％。當(dāng)這些成分的總量超過30體積％時(shí)，得到的模制品的強(qiáng)度有不足的傾向。
高分子量聚四氟乙烯樹脂以壓型粉或細(xì)粉形式主要用于模塑目的，這種聚四氟乙烯樹脂(后文僅用“PTFE”表示)在剪切力的作用下形成纖維。這種高分子量PTFE可以不經(jīng)烘烤直接使用，也可以在不低于其融點(diǎn)的溫度下烘烤，然后將烘烤后的產(chǎn)物研磨成顆粒使用。高分子量PTFE的具體例子可包括Du Pont-Mitsui Fluorochemical(氟化學(xué)制品)股份有限公司生產(chǎn)的“TEFLON(注冊(cè)商標(biāo))7-J”、“TEFLON(注冊(cè)商標(biāo))7A-J”、“TEFLON(注冊(cè)商標(biāo))6-J”和“TEFLON(注冊(cè)商標(biāo))6C-J”；Daikin Industries(工業(yè))有限公司生產(chǎn)的“POLYFLON M-12(商品名)”和“POLYFLON F-201(商品名)”；Asahi Glass股份有限公司生產(chǎn)的“FLUON G-163(商品名)”、“FLUON G-190(商品名)”、“FLUONCD076(商品名)”和“FLUON CD090(商品名)”；Kitamura有限公司生產(chǎn)的“KT-300M(商品名)”等等。另外，除了上述產(chǎn)品，還可以使用經(jīng)過苯乙烯聚合物、丙烯酸酯聚合物、甲基丙烯酸酯聚合物、丙烯腈聚合物等修飾的PTFE。修飾的PTFE的具體例子可以包括由Mitsubishi Rayon股份有限公司生產(chǎn)“METABLEN A-3000(商品名)”等等。
高分子量PTFE有增強(qiáng)固體潤(rùn)滑劑韌性的效果，具體的，高分子量PTFE能夠有效得防止固體潤(rùn)滑劑嵌入滑動(dòng)件本體(滑動(dòng)件的本體部分)過程中或使用滑動(dòng)件的過程中，嵌入滑動(dòng)件本體的滑動(dòng)面上形成的小孔或凹槽內(nèi)的固體潤(rùn)滑劑發(fā)生破碎或從中滑出?；旌系母叻肿恿縋TFE的量一般為0.5到10體積％，優(yōu)選為0.5到5體積％。當(dāng)混合的高分子量PTFE的量低于0.5體積％時(shí)，很難獲得高分子量PTFE期望的效果。另一方面，當(dāng)混合的高分子量PTFE的量超過10體積％，得到的固體潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)性能和可塑性有惡化的趨勢(shì)。
本發(fā)明的固體潤(rùn)滑劑能夠通過將上述各成分按預(yù)定的比例通過混合機(jī)，如亨舍爾混合機(jī)、高速混合機(jī)、球磨機(jī)混合和顛動(dòng)筒，然后將得到的混合物塑模成需要的形狀。塑模方法并不有特別限定，通常采用的塑模方法是將得到的混合物注入擠壓機(jī)，在能融化烴基蠟的溫度中，融化揉捏制成小球。接著，將這些小球注入注射-模塑機(jī)，在不低于聚乙烯樹脂的軟化點(diǎn)的溫度下進(jìn)行注射-塑模，作為粘合劑。
本發(fā)明的滑動(dòng)件包括由金屬材料等構(gòu)成的滑動(dòng)件本體，以及嵌入滑動(dòng)件本體的滑動(dòng)面上的形成的小孔或凹槽內(nèi)的固體潤(rùn)滑劑。該固體潤(rùn)滑劑可以通過諸如粘合劑等固定在所述小孔或凹槽內(nèi)。
由此得到的固體潤(rùn)滑劑能夠表現(xiàn)出等同于或高于那些傳統(tǒng)含鉛固體潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)性能，即使在高負(fù)荷條件下也是如此。
實(shí)施例本發(fā)明期望通過實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，但是，實(shí)施例僅僅是示例，并不意在限制本發(fā)明的范圍。通過下列方法對(duì)實(shí)施例和比較實(shí)施例中各種不同的滑動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)定。
<滑動(dòng)性能>
將所得的固體潤(rùn)滑劑嵌入滑動(dòng)面上形成的小孔內(nèi)，制成滑動(dòng)件檢測(cè)樣品。將由此得到的樣品進(jìn)行推力試驗(yàn)，測(cè)量摩擦系數(shù)及其磨損量。試驗(yàn)條件見表1。
表1

實(shí)施例1
28體積％的線性低密度聚乙烯“ULTZEX(商品名)”(Mitsui化學(xué)制品股份有限公司生產(chǎn))作為聚乙烯樹脂、21體積％的石蠟和21體積％的聚乙烯蠟作為烴基蠟，以及30體積％氰尿酸三聚氰胺“MCA”(商品名)(Mitsubishi化學(xué)制品股份有限公司生產(chǎn))，加入亨舍爾混合機(jī)內(nèi)，并相互混合。在能融化烴基蠟的溫度下，將得到的混合物在擠壓機(jī)內(nèi)的融化揉捏制成小球。接著，將得到的小球投入注射-模塑機(jī)，在不低于聚乙烯樹脂軟化點(diǎn)的溫度下通過注射-塑模制備直徑6mm、長(zhǎng)5mm的圓柱形固體潤(rùn)滑劑。得到的固體潤(rùn)滑劑的各種滑動(dòng)性能質(zhì)在表2中列出。
實(shí)施例2-20進(jìn)行實(shí)施例1規(guī)定的相同步驟，只是成分有所變化，這些變化在表2到表8中列出，由此制成直徑6mm、長(zhǎng)5mm的圓柱形固體潤(rùn)滑劑。得到的固體潤(rùn)滑劑的各種不同的滑動(dòng)性能質(zhì)在表2到表8中列出。
比較實(shí)施例1-3進(jìn)行實(shí)施例1規(guī)定的相同步驟，只是成分有所變化，這些變化在表9中列出，由此制成直徑6mm、長(zhǎng)5mm的圓柱形固體潤(rùn)滑劑。得到的固體潤(rùn)滑劑的各種不同滑動(dòng)性能質(zhì)在表9中列出。
表2


表3

表4

表5

表6

表7

表8

表9

上述表中，作為HDPE，使用的是Mitsui化學(xué)制品股份有限公司生產(chǎn)“HI-ZEX(商品名)”，為；作為HPLD，使用的也是Mitsui化學(xué)制品股份有限公司生產(chǎn)的“MIRASON(商品名)”；作為高分子量PTFE，使用的是Kitamura有限公司生產(chǎn)“KT-300M(商品名)”，為；作為低分子量PTFE，使用的是Du Pont-Mitsui Fluorochemical(氟化學(xué)制品)股份有限公司生產(chǎn)的“TLP-10F(商品名)”。
從上述結(jié)果可以清楚地看出，將本發(fā)明的固體潤(rùn)滑劑嵌入滑動(dòng)件本體后得到的滑動(dòng)件的確具有優(yōu)異的滑動(dòng)性能，這種性質(zhì)等同于或高于嵌入比較實(shí)施例3中得到的傳統(tǒng)的含鉛固體潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)件的滑動(dòng)性能。另一方面，上述結(jié)果還證實(shí)，滑動(dòng)件的滑動(dòng)面嵌入比較實(shí)施例1中得到的不含氰尿酸三聚氰胺的固體潤(rùn)滑劑，其表現(xiàn)出的摩擦系數(shù)高，磨損量大并且滑動(dòng)性能差；以及滑動(dòng)件的滑動(dòng)面嵌入比較實(shí)施例2得到的不含烴基蠟的固體潤(rùn)滑劑，其表現(xiàn)出的摩擦系數(shù)高，在推力試驗(yàn)過程中超過0.2，致使該推力試驗(yàn)中斷。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明提供了一種無(wú)鉛的固體潤(rùn)滑劑，其能夠表現(xiàn)等同于或高于傳統(tǒng)的含鉛固體潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)性，即使在高負(fù)荷條件下也是如此，并且，還提供了使用這種固體潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)件。
權(quán)利要求
1.嵌入滑動(dòng)件本體的滑動(dòng)面上形成的的小孔或者凹槽內(nèi)的固體潤(rùn)滑劑，其特征在于含有5到30體積％的聚乙烯樹脂，20到60體積％的烴基蠟和10到60體積％的氰尿酸三聚氰胺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體潤(rùn)滑劑，其特征在于所述的烴基蠟是選自石蠟、聚乙烯蠟、微晶蠟中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體潤(rùn)滑劑，其特征在于進(jìn)一步含有1到10體積％的高級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酯和高級(jí)脂肪酰胺中的至少一種作為添加成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任意一項(xiàng)所述的固體潤(rùn)滑劑，其特征在于進(jìn)一步包含3到20體積％的金屬皂作為添加成分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任意一項(xiàng)所述的固體潤(rùn)滑劑，其特征在于進(jìn)一步包含3到15體積％的磷酸鹽作為添加成分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任意一項(xiàng)所述的固體潤(rùn)滑劑，其特征在于進(jìn)一步包含0.5到10體積％的高分子量聚四氟乙烯樹脂作為添加成分。
7.含有滑動(dòng)件本體和滑動(dòng)面上形成的小孔或凹槽內(nèi)嵌入根據(jù)權(quán)利要求1到6中任意一項(xiàng)所述的固體潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)件。
全文摘要
嵌入滑動(dòng)件本體的滑動(dòng)面上形成的小孔或者凹槽內(nèi)的固體潤(rùn)滑劑，其含有5到30體積％的聚乙烯樹脂，20到60體積％的烴基蠟和10到60體積％的氰尿酸三聚氰胺。這種固體潤(rùn)滑劑能夠表現(xiàn)出等同于或高于傳統(tǒng)的含鉛固體潤(rùn)滑劑的滑動(dòng)性能，即使在高負(fù)荷條件下也是如此。
文檔編號(hào)C10M169/04GK1714141SQ20038010380
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月21日
發(fā)明者山本義昭 申請(qǐng)人:奧依斯工業(yè)株式會(huì)社