專利名稱：加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料及滑動(dòng)部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在聚酰亞胺和/或聚酰胺酰亞胺樹(shù)脂中添加石墨而得的加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料及滑動(dòng)部件。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)I、日本專利第2517604號(hào)中，本申請(qǐng)人提供了一種滑動(dòng)材料，該滑動(dòng)材料是替代該申請(qǐng)前的酚醛樹(shù)脂類滑動(dòng)材料的材料，包含20 90重量％的聚酰亞胺和聚酰胺酰亞胺中的至少一種、5 60重量％的石墨、以及O. 5 20重量％的由粘土構(gòu)成的摩擦調(diào)整劑。專利文獻(xiàn)I中，對(duì)于石墨如下所述進(jìn)行說(shuō)明。石墨處于通過(guò)聚酰亞胺或聚酰胺酰亞胺而結(jié)合的狀態(tài)，主要用于賦予滑動(dòng)材料以優(yōu)良的摩擦特性。石墨可以是人造或天然石墨中的任一種，顆粒形狀可以是粒狀或扁平狀中的任一種。從耐磨損性方面考 慮，石墨的粒徑優(yōu)選為250 μ m以下，此外，結(jié)晶性以用X射線測(cè)得的d(002)晶面間距計(jì)優(yōu)選為3. 50埃以下。該晶面間距的石墨容易解理，片狀或鱗片狀粒子的平坦的主平面排列在滑動(dòng)材料表面，因此表面上的石墨的面積增大，有利于減小摩擦系數(shù)。石墨的用量為5 60%。其用量小于5%時(shí)，滑動(dòng)材料的摩擦系數(shù)增大，而且磨損量也增多，另一方面，其用量如果大于60%，則樹(shù)脂的結(jié)合力以及里襯金屬與滑動(dòng)層的接合力減弱，其結(jié)果磨損量增多。優(yōu)選的用量為30 60%。專利文獻(xiàn)2、日本專利第3026269號(hào)涉及本申請(qǐng)人提出的聚酰胺酰亞胺樹(shù)脂類滑動(dòng)材料，提供一種滑動(dòng)材料，其中，在芳香族聚酰胺酰亞胺中分散有5 80重量％的實(shí)質(zhì)上分離的樹(shù)脂的熱處理粒子。還可以添加碳作為任意成分。對(duì)于碳如下所述進(jìn)行說(shuō)明。碳提高耐磨損性，并且減小摩擦系數(shù)。作為碳，可以使用炭黑、焦炭粉末、玻璃狀碳等無(wú)定形碳和人造石墨或天然石墨(々'' 9 7 r 4卜)等結(jié)晶碳中的任一種，耐磨損性是無(wú)定形碳更好，摩擦特性是結(jié)晶碳更好，因此根據(jù)用途分別使用這些碳。碳的含量如果少于I %，則對(duì)耐磨損性和摩擦特性的提高無(wú)效，另一方面，如果多于60%，則機(jī)械強(qiáng)度降低，且容易因碳的脫落而導(dǎo)致摩擦系數(shù)的不穩(wěn)定，因此碳含量必須為I 60%。碳的優(yōu)選含量為5 50%。碳的平均粒徑優(yōu)選為250 μ m以下。以相同含量進(jìn)行比較的話，平均粒徑大于250 μ m的粗大碳在滑動(dòng)面上的暴露面積少于微細(xì)碳，對(duì)滑動(dòng)特性的提高無(wú)效。碳的優(yōu)選平均粒徑為10 40 μ m。專利文獻(xiàn)3、日本特開(kāi)平5-331314號(hào)公報(bào)中提出了一種耐熱性樹(shù)脂滑動(dòng)材料，該耐熱性樹(shù)脂滑動(dòng)材料由組合物構(gòu)成，該組合物由40 95重量％的聚酰亞胺樹(shù)脂等耐熱性樹(shù)脂和5 60重量％的將樹(shù)脂類球狀粒子在惰性氣氛下或真空下燒成而得的平均粒徑3 40 μ m的球狀石墨摻合而成。對(duì)于球狀石墨如下所述進(jìn)行說(shuō)明。該發(fā)明中的球狀石墨優(yōu)選具有均勻的粒徑、且平均粒徑為3 40 μ m、圓球性(真球性)好的石墨，優(yōu)選以酚醛樹(shù)脂、萘樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、二甲苯樹(shù)脂、二乙烯基苯樹(shù)脂、苯乙烯一二乙烯基苯共聚物中的至少一種作為原料材料的球狀石墨。這樣的球狀石墨的制造方法如下所述由這些原料通過(guò)公知的乳液聚合法等進(jìn)行調(diào)整，再通過(guò)將該球狀粒子在氮?dú)?、氬氣等惰性氣氛下或真空下燒成?lái)碳化和/或石墨化，得到球狀石墨。如果對(duì)由上述專利文獻(xiàn)I 3獲知的加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料的技術(shù)水準(zhǔn)進(jìn)行整理，則如下所述。(一)石墨或天然石墨是具有由(002)面層疊而成的層狀晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，其層間容易滑動(dòng)，利用該性質(zhì)使石墨的解理面沿著滑動(dòng)方向取向(專利文獻(xiàn)I)。(二)石墨的石墨化度越高，越近似于天然石墨，則成為質(zhì)地越軟、潤(rùn)滑性越好的物質(zhì)，如果石墨化度低，則成為質(zhì)地堅(jiān)硬的碳。碳作為用于提高耐磨損性和調(diào)整摩擦的硬質(zhì)粒子添加。專利文獻(xiàn)3中提出的近似圓球的球狀石墨的Hv高達(dá)800 1200，因此可以認(rèn)為是硬質(zhì)碳。(三)近似圓球的石墨可以通過(guò)對(duì)專利文獻(xiàn)2、3的樹(shù)脂進(jìn)行燒成而獲得。與之相對(duì)，現(xiàn)有的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料中所用的天然石墨或人造石墨與球狀相比有相當(dāng)程度的變形， 是粒子比小的粒子?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I :日本特許第2517604號(hào) 專利文獻(xiàn)2 :日本特許第3226290號(hào) 專利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)平5-331314號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題
如果具有石墨晶體結(jié)構(gòu)的鱗片狀或片狀的石墨粒子如圖I的示意圖所示，解理方向與滑動(dòng)方向一致，則防燒結(jié)性良好。圖中，I為解理面，2為石墨粒子，箭頭為滑動(dòng)方向。另一方面，如果這些石墨粒子I如圖2的示意圖所示，沿著與滑動(dòng)方向不一致的方向取向，則防燒結(jié)性不佳。本發(fā)明人著眼于樹(shù)脂類滑動(dòng)材料中的石墨的取向沒(méi)有達(dá)到圖I所示的理想的取向這一點(diǎn)，發(fā)明的目的在于克服由這樣的取向引起的問(wèn)題，提供一種防燒結(jié)性優(yōu)良的加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料。還可知因?yàn)轺[片狀石墨的形狀薄，石墨本身具有脆性，所以在機(jī)械加工時(shí)會(huì)開(kāi)裂而脫落，滑動(dòng)層的表面變得粗糙，結(jié)果防燒結(jié)性變差。因此，本發(fā)明的目的也在于提供一種能進(jìn)一步減小由機(jī)械加工導(dǎo)致的表面粗糙度的加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料。用于解決課題的手段
本發(fā)明的加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料的特征在于，包含5 60重量％的平均粒徑為5 50 μ m、石墨化度為O. 6以上的石墨；以及作為余部的聚酰亞胺樹(shù)脂和聚酰胺酰亞胺樹(shù)脂的一種或兩種。其中，所述石墨是滿足如下條件的石墨在該加石墨的滑動(dòng)材料的任意的截面照片中觀察到的最小直徑/最大直徑的比例(下稱“粒子比”)為O. 5以上的石墨粒子的個(gè)數(shù)在石墨粒子的總個(gè)數(shù)中所占的比例(下稱“存在比例”)為50%以上。以下的說(shuō)明中，將滿足該粒子比及存在比例的石墨稱為“本案的石墨”。(I)石墨的形狀
本案的石墨的形狀近似球狀，存在比例遠(yuǎn)高于市售的鱗片狀石墨、無(wú)定形石墨、薄片化石墨等。因?yàn)楸景傅氖魄驙?，所以容易均勻地分散在聚酰亞胺等?shù)脂中，而且因?yàn)樵跇?shù)脂中不取向，所以發(fā)生解理的難易程度在不同的滑動(dòng)方向上沒(méi)有差異。因?yàn)槿∠蛳?，即成為無(wú)取向，所以可以預(yù)見(jiàn)本發(fā)明的滑動(dòng)材料的摩擦系數(shù)高，但通過(guò)使石墨化度達(dá)到O. 6以上，能實(shí)現(xiàn)防燒結(jié)性的顯著改善。本案的石墨中，粒子比為O. 5以上的粒子的存在比例以個(gè)數(shù)比例計(jì)為50%以上，存在比例優(yōu)選為70%以上。以該存在比例的余部的比例存在的石墨是粒子比小于O. 5的粒子。(2)石墨的尺寸 本案的石墨的平均粒徑如果小于5 μ m,則石墨會(huì)發(fā)生凝聚，另一方面，平均粒徑如果大于50 μ m,則分散性變差。(3)石墨的結(jié)晶度
本案的石墨的石墨化度為O. 6以上，近似于天然石墨或者是天然石墨本身，潤(rùn)滑性優(yōu)良。石墨化度優(yōu)選為0.8以上。(4)石墨的量
本案的石墨的含量如果少于5重量％，則無(wú)法獲得低摩擦性，防燒結(jié)性差，另一方面，本案的石墨的含量如果多于60重量％，則滑動(dòng)材料的強(qiáng)度降低。(5)樹(shù)脂
上述本案的石墨的余部為聚酰亞胺(PD和/或聚酰胺酰亞胺(PAI)樹(shù)脂。作為聚酰亞胺，可以使用液態(tài)或固體粉末狀的聚酯酰亞胺、芳香族聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、雙馬來(lái)酰亞胺等。作為聚酰胺酰亞胺樹(shù)脂，可以使用專利文獻(xiàn)2中所用的芳香族聚酰胺酰亞胺樹(shù)月旨。這些樹(shù)脂都具有耐熱性優(yōu)良、摩擦系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)。(6)任意成分
作為任意成分，還可以含有O. 5 20重量％的摩擦調(diào)整劑，該摩擦調(diào)整劑的粒徑小于ΙΟμπι，是選自粘土、富鋁紅柱石或滑石的I種以上；這里，該摩擦調(diào)整劑與本案的石墨的總量為5. 5 80重量％。利用粘土、富鋁紅柱石和滑石為硬質(zhì)物這一點(diǎn)，可以將其用于提高滑動(dòng)層的耐磨損性。粘土是指所有的Al2O3-SiO2-H2O系粘土礦物，特別優(yōu)選燒成粘土。燒成粘土是將粘土預(yù)先在500 600°C以下的溫度下燒成而得的粘土。富鋁紅柱石是將粘土礦物燒成而得的3Al203-2Si02,同樣是硬質(zhì)物?；亲鳛檎惩恋V物的一種成分的葉臘石(pyrophyllite)系礦物，組成式以Mg3Si4Oltl (OH) 2表示。這些摩擦調(diào)整劑的含量如果少于O. 5重量％，則提高耐磨損性的效果不充分，另一方面，如果多于20重量％，則會(huì)損傷對(duì)象材料，導(dǎo)致對(duì)象材料的耐磨損性不充分。還有，這些摩擦調(diào)整劑與本案的石墨的總量如果多于80重量％，則出現(xiàn)耐熱性和強(qiáng)度不足等缺點(diǎn)。摩擦調(diào)整劑的優(yōu)選含量為5 15重量％。摩擦調(diào)整劑的粒徑如果大于10 μ m，則對(duì)對(duì)象材料的攻擊性提高。本發(fā)明的加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料中，為了使?jié)櫥粤己?，還可以含有I 40重量％的固體潤(rùn)滑劑，該固體潤(rùn)滑劑是PTFE、MoS2及BN中的I種以上；這里，該固體潤(rùn)滑劑與本案的石墨及摩擦調(diào)整劑的總含量為6. 5 80重量％。固體潤(rùn)滑劑的含量如果少于I重量％,則其效果小,如果多于40重量％或其與球狀石墨及摩擦調(diào)整劑的總量多于80重量％，則出現(xiàn)耐熱性和強(qiáng)度降低等缺點(diǎn)。上述MoS2及BN與石墨同樣具有解理性，但因?yàn)樾螤畈皇乔驙疃潜馄桨鍫睿匀菀自诨瑒?dòng)層中取向，解理特性 在滑動(dòng)方向上大致恒定。(7)制造方法
本發(fā)明的加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料(下稱“滑動(dòng)材料”)可以用作將其本身作為滑動(dòng)部件的整體(monolithic)材料或固體材料、在里襯金屬上燒成而得的滑動(dòng)部件。還可以在里襯金屬和滑動(dòng)層之間存在粘接層?；瑒?dòng)材料的制造方法已在專利文獻(xiàn)I的第3頁(yè)第5欄第9行 第6欄第4行中說(shuō)明。本發(fā)明的滑動(dòng)部件中，可以通過(guò)對(duì)滑動(dòng)材料的表面進(jìn)行切削、研磨、磨削等機(jī)械加工來(lái)調(diào)節(jié)粗糙度。此時(shí)，因?yàn)楸景傅氖y以從表面脫落，所以能減小表面粗糙度，其結(jié)果是能進(jìn)一步提高防燒結(jié)性。發(fā)明效果
(I)本發(fā)明的滑動(dòng)材料在石墨的取向方面是無(wú)方向性的材料，以石墨化度表示的結(jié)晶性高，因此石墨的解理與其取向無(wú)關(guān)，能穩(wěn)定地發(fā)揮。即，不受滑動(dòng)部件的形狀、部位、軸的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)等各種運(yùn)動(dòng)等各種狀況的影響。認(rèn)為這是由防燒結(jié)性的提高導(dǎo)致的。(2)本案的石墨的分散性優(yōu)良，因此能在樹(shù)脂中均勻地分散。(3)因?yàn)轺[片狀的石墨薄，所以暴露在表面的石墨在機(jī)械加工時(shí)容易缺損、脫落。與之相對(duì)，本案的石墨中，不具有薄的部分的粒子多，因此整個(gè)暴露部都被除去，不存在局部缺損。因此，能減小表面粗糙度，因而防燒結(jié)性優(yōu)良(權(quán)利要求6)。(4)現(xiàn)有的使近似圓球的石墨粒子分散在樹(shù)脂中而得的滑動(dòng)材料中所用的石墨是將樹(shù)脂燒成而得的石墨。本案的石墨的石墨化度聞，近似于天然石墨，因此潤(rùn)滑性優(yōu)良。(5)通過(guò)使用具有解理性的固體潤(rùn)滑劑，可提高防燒結(jié)性(權(quán)利要求4)。以下，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。


圖I是說(shuō)明石墨粒子的解理面與滑動(dòng)方向一致的情況的示意圖。圖2是說(shuō)明石墨粒子的解理面與滑動(dòng)方向垂直的情況的示意圖。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施例的滑動(dòng)材料的截面組織的顯微鏡照片。符號(hào)的說(shuō)明 I解理面
2石墨粒子。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例和比較例
以下，對(duì)實(shí)施例和比較例的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。在厚I. 5mm的經(jīng)脫脂的普通鋼板上散布銅合金粉末，形成表面粗糙化部。銅合金粉末的種類無(wú)限制，優(yōu)選Cu-Sn粉末、Cu-Sn-Bi粉末等。粉末使用最大粒徑為75 180 μ m的粉末，為了確保表面粗糙化部上的滑動(dòng)層與鋼板部的密合，優(yōu)選使用106 150 μ m的粉末。鋼板上的粉末以O(shè). 05 O. lg/cm2的量散布。燒結(jié)溫度根據(jù)粉末的種類而不同，在800 1000°C下進(jìn)行。表面粗糙化部的厚度為150μπι，計(jì)算而得的孔隙率為40 80%。將表I所示組成的滑動(dòng)層成分和溶劑一起充分混合后，對(duì)表面粗糙化部進(jìn)行浸潰，充分除去溶劑。在100°C 200°C下進(jìn)行干燥，充分除去溶劑。最后，在300 400°C下進(jìn)行燒成，形成厚度為100 150 μ m的滑動(dòng)層。將制得的雙金屬材料通過(guò)切割、彎曲加工制成襯套形狀(寸'>-形狀)，然后對(duì)滑動(dòng)層施以切削加工，實(shí)施磨損試驗(yàn)和燒結(jié)試驗(yàn)。表I的實(shí)施例14的截面組織示于圖3。圖3中，在結(jié)合于里襯金屬的燒結(jié)金屬粒子上燒成有滑動(dòng)層，該滑動(dòng)層包括本案的石墨粒子(灰色粒子)和樹(shù)脂(黑色部)。該本案的石墨粒子的粒子比的平均值和存在比例分別為O. 6和72%，滿足本發(fā)明的權(quán)利要求I的要件。表I的本案的石墨是日本石墨株式會(huì)社產(chǎn)品CGB-10。表I的比較例2的截面組織中，粒子比小于O. 5%的石墨多，其比例超過(guò)50%。耐磨損性試驗(yàn)
試驗(yàn)機(jī)塊一環(huán)(7° —卜才 > >夕'' )試驗(yàn)機(jī) 潤(rùn)滑液體石蠟 負(fù)荷507kgf (恒定)
速度5m/s 試驗(yàn)時(shí)間60分鐘 評(píng)價(jià)方法試驗(yàn)后的磨損深度。防燒結(jié)性試驗(yàn) 試驗(yàn)機(jī)推力試驗(yàn)機(jī) 潤(rùn)滑液體石蠟 負(fù)荷負(fù)荷逐漸增大 速度10m/s 試驗(yàn)時(shí)間60分鐘
評(píng)價(jià)方法用發(fā)生燒結(jié)時(shí)的表面壓力來(lái)評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果示于表I。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料，其特征在于，包含 5 60重量％的平均粒徑為5 50 μ m、石墨化度為O. 6以上的石墨；以及 作為余部的聚酰亞胺樹(shù)脂和聚酰胺酰亞胺樹(shù)脂的一種或兩種， 其中，所述石墨是滿足如下條件的石墨在該加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料的任意的截面照片中觀察到的石墨粒子的最小直徑/最大直徑的比例為O. 5以上的石墨粒子的存在個(gè)數(shù)是石墨粒子的總個(gè)數(shù)中的50%以上；下面將所述石墨粒子的最小直徑/最大直徑的比例稱為“粒子比”。
2.權(quán)利要求I所述的加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料，其特征在于，所述石墨的石墨化度為O.8以上。
3.權(quán)利要求I或2所述的加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料，其特征在于，含有O.5 20重量％的摩擦調(diào)整劑，該摩擦調(diào)整劑的粒徑小于10 μ m，是選自粘土、富鋁紅柱石和滑石的I種以上；該摩擦調(diào)整劑與所述石墨的總量為5. 5 80重量％。
4.權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料，其特征在于，還含有I 40重量％的固體潤(rùn)滑劑，該固體潤(rùn)滑劑是PTFE、MoS2及BN中的I種以上；該固體潤(rùn)滑劑與所述石墨及摩擦調(diào)整劑的總含量為6. 5 80重量％。
5.一種滑動(dòng)部件，其特征在于，在里襯金屬上形成有權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料。
6.權(quán)利要求5所述的滑動(dòng)部件，其特征在于，所述加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料的表面進(jìn)行了機(jī)械加工。
全文摘要
本發(fā)明改善加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料的防燒結(jié)性。加石墨的樹(shù)脂類滑動(dòng)材料的成分(1)是滿足如下條件的石墨平均粒徑5～50μm，石墨化度0.6以上，形狀任意的截面照片中觀察到的石墨粒子的最小直徑/最大直徑的比例為0.5以上，存在比例所述比例為0.5以上的石墨粒子的存在個(gè)數(shù)是石墨粒子的總個(gè)數(shù)中的50％以上，含量5～60重量％。成分(2)是作為余部的聚酰亞胺樹(shù)脂和/或聚酰胺酰亞胺樹(shù)脂。
文檔編號(hào)C08K3/04GK102971379SQ201180017820
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者向井亮, 橫田裕美, 澤本章, 正村賢生, 秋月政憲 申請(qǐng)人:大豐工業(yè)株式會(huì)社