BR112013029802B1

BR112013029802B1 - camada deslizante para um rolamento de multicamada

Info

Publication number: BR112013029802B1
Application number: BR112013029802-2A
Authority: BR
Inventors: Yuan H. Peng; Michael Kim
Original assignee: Ggb, Inc.
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2021-01-12
Also published as: US20130130054A1; WO2012162258A1; EP2710273A1; US20140329728A1; BR112013029802A2; EP2710273B1

Abstract

CAMADA DESLIZANTE PARA MATERIAL DE ROLAMENTO DE MULTICAMADA. Uma camada deslizante para um material de rolamento de multicamada que é livre de chumbo. A camada deslizante pode incluir PTFE, esfalerita, e lubrificantes sólidos. Os lubrificantes sólidos podem incluir grafite e óxido de antimônio. Em algumas modalidades, a camada deslizante inclui de 70 a 89% em volume de P TFE, de 10 a 20% em volume de esfalerita, e de 1 a 10% em volume de lubrificante só lido (por exemplo, grafite e óxido de antimônio).

Description

CAMADA DESLIZANTE PARA UM ROLAMENTO DE MULTICAMADA

[001] Este pedido reivindica prioridade ao Pedido Provisório dos Estados Unidos No. 61/488.507, depositado em 20 de maio de 2011, a totalidade do qual está desse modo incorporada por referência como se estabelecido na totalidade.

Antecedentes

[002] Materiais de rolamento autolubrificantes são geralmente requeridos para aplicações que operam em um ambiente substancialmente seco, ou ambientes onde nenhum lubrificante adicional está presente. Da variedade de materiais de rolamento de compósito de polímero e plásticos conhecidos, aqueles com base em politetrafluoroetileno (PTFE) receberam uso mais proliferado. Os materiais com base em PTFE forneceram tanto boa resistência ao uso quanto baixa fricção. Um dos melhores exemplos de um material de rolamento com base em PTFE inclui cerca de 80% em volume de PTFE e cerca de 20% em volume de partículas de chumbo, e é comercialmente conhecido como DU. DU e outros materiais de rolamento contendo chumbo são especialmente úteis em, por exemplo, tensores de correia e amortecedores de polia, uma vez que DU e materiais similares fornecem superior resistência ao uso e podem desse modo suportar as oscilações de alta frequência desses dispositivos.

[003] Uma deficiência de DU é o uso de partículas de chumbo no material de rolamento. O chumbo tem consequências higiênicas industriais e ambientais danosas, e desse modo foram alvejados para a eliminação em materiais de rolamento. Em algumas indústrias, os regulamentos foram promulgados requerendo o uso de materiais livres de chumbo. Consequentemente, esforços foram feitos para fornecer um material de rolamento com base em PTFE com desempenho similar ao DU, porém, que elimina a presença de partículas de chumbo. Patente dos Estados Unidos No. 6.390.682, que é propriedade do presente requerente e incorporada aqui por referência como se estabelecida integralmente, descreve um material de rolamento com base em PTFE que não usa partículas de chumbo, porém, o material descrito não corresponde à durabilidade de materiais contendo chumbo em certas aplicações, tal como em dispositivos de oscilação de alta frequência. Geralmente falando, os materiais de rolamento que são livres de chumbo, ao mesmo tempo em que exibindo desempenho satisfatório em algumas condições operacionais, não são capazes de operar sob a mesma ampla faixa de condições como é possível para materiais de rolamento contendo chumbo.

Sumário

[004] Este Sumário é fornecido para introduzir uma seleção de conceitos de uma forma simplificada que são também descritos abaixo na Descrição Detalhada. Este Sumário, e os Antecedentes anteriores, não são pretendidos identificar os aspectos principais ou aspectos essenciais do assunto objeto reivindicado. Além disso, este Sumário não é pretendido para uso como uma ajuda na determinação do escopo do assunto objeto reivindicado.

[005] Em algumas modalidades, uma camada deslizante para um material de rolamento de multicamada inclui politetrafluoroetileno (PTFE), esfalerita (ZnFeS), e lubrificantes secundários. O PTFE pode geralmente estar presente em uma quantidade de 67,5 a menos do que 90% em volume. A esfalerita pode estar presente em uma quantidade de 10 a 20% em volume. O lubrificante secundário pode estar presente em uma quantidade maior do que 0 a 12,5% em volume. Em algumas modalidades, os lubrificantes secundários incluídos na camada deslizante são grafite e óxido de antimônio. Em tais modalidades, o grafite pode estar presente em uma quantidade maior do que 0 a 10% em volume e o óxido de antimônio pode estar presente em uma quantidade de 0,5 a 2,5% em volume. Em algumas modalidades, o único lubrificante secundário incluído na camada deslizante é grafite, e o grafite está presente na camada deslizante em uma quantidade maior do que 0 a 10% em volume. Em modalidades onde o óxido de antimônio é incluído como um lubrificante se- cundário, o óxido de antimônio pode estar na forma de particulado de nano-escala, tal como particulado tendo um diâmetro na faixa de 30 a 50 nm.

[006] A camada deslizante descrita acima fornece um material de rolamento seco resiliente de movimento de alta frequência e baixa amplitude (isto é, pontilha-mento), livre de chumbo. A camada deslizante usada em um material de rolamento de multicamada pode geralmente atender o desempenho de materiais de rolamento de PTFE/chumbo previamente conhecidos tanto em oscilação de alta velocidade quanto em teste de lavagem por empuxo de velocidade mais elevada, tornando o material descrito útil nas indústrias onde os rolamentos capazes de funcionar sob amplas condições operacionais são requeridos.

[007] Esses e outros aspectos do presente sistema serão evidentes após a consideração da Descrição Detalhada e Figuras aqui. Deve ser entendido, entretanto, que o escopo da invenção deve ser determinado pelas reivindicações como emitidas e não se determinado assunto objeto resolve qualquer ou todas as questões levantadas nos Antecedentes ou inclui qualquer característica ou aspecto recitado neste Sumário.

Desenhos

[008] As modalidades não limitantes e não exaustivas da presente invenção, incluindo a modalidade preferida, são descritas com referência às seguintes figuras, sendo que numerais de referência iguais se referem às partes iguais ao longo dos vários pontos de vista a menos que de outro modo especificado.

[009] As Figuras 1-5 são gráficos em barra ilustrando resultados comparativos de testes de desempenho realizados nas camadas deslizantes de acordo com as modalidades descritas aqui e camadas deslizantes previamente conhecidas na técnica.

Descrição detalhada

[0010] As modalidades são descritas mais completamente abaixo com refe- rência às figuras acompanhantes, que formam uma parte do mesmo e mostram, por modo de ilustração, modalidades exemplares específicas. Essas modalidades são descritas em detalhe suficiente para permitir que aqueles versados na técnica pratiquem a invenção. Entretanto, as modalidades podem ser implementadas de muitas formas diferentes e não devem ser consideradas como sendo limitadas às modalidades apresentadas aqui. A seguinte descrição detalhada, portanto, não deve ser tomada em um sentido limitante. Os percentuais em peso descritos aqui estão em uma base de peso seco a menos que de outro modo especificado.

[0011] Em algumas modalidades uma camada deslizante para um material de rolamento de multicamada inclui politetrefluoroetileno (PTFE), esfalerita, e lubrificantes secundários, e é livre de chumbo. Como usado aqui, o termo livre de chumbo (free of lead) ou isento de chumbo (lead free) significa que nenhum chumbo é intencionalmente adicionado à camada deslizante do material de rolamento.

[0012] O PTFE pode estar presente na camada deslizante na faixa de 67,5 a menos do que 90% em volume. O PTFE é geralmente o componente predominante na camada deslizante, e serve como a base para fornecer uma camada deslizante tendo boa resistência ao uso e baixa fricção. Outros materiais de polímero que podem ser usados em conjunto com ou como uma alternativa para PTFE incluem, porém, não estão limitados a, policlorotrifluoroetileno (PCTFE), propileno de etileno fluorado (FEP), fluoreto de polivinila (PVF), difluoreto de polivinilideno (PVDF), cloro-trifluoroetileno de etileno (ECTFE), peril uoroalcóxi (PFA), e tetrafluoroetileno de etileno, ETFE.

[0013] Esfalerita (ZnFeS) é um mineral que está presente na camada deslizante na faixa de 10 a 20% em volume. A esfalerita pode servir como um lubrificante na camada deslizante e permite que a camada deslizante seja autolubrificante e desse modo adequada para uso em ambientes secos ou ambientes onde nenhuma lubrificação adicional está disponível ou é fornecida.

[0014] Outros lubrificantes presentes na camada deslizante incluem de mais do que 0 a 12,5% em volume de lubrificantes secundários. Em algumas modalidades, os lubrificantes secundários presentes na camada deslizante são selecionados de grafite, nitreto de boro, óxido de antimônio, e misturas dos mesmos. Em algumas modalidades, tanto o grafite quanto o óxido de antimônio estão presentes na camada deslizante como os lubrificantes secundários. Quando o grafite e óxido de antimônio estão presentes na camada deslizante como os lubrificantes secundários, o grafite pode estar presente na faixa de mais do que 0 a 10% em volume e o óxido de antimônio pode estar presente na faixa de 0,5 a 2,5% em volume.

[0015] O óxido de antimônio está preferivelmente presente na camada deslizante na forma de particulado de nano-escala. Em algumas modalidades, o particulado de óxido de antimônio na camada deslizante tem um diâmetro na faixa de 30 a 50 nm. Acredita-se que a presença de óxido de antimônio na camada deslizante contribua significativamente com a capacidade da camada deslizante para atender ao desempenho de materiais de rolamento de PTFE/chumbo previamente conhecidos tanto em oscilação de alta velocidade quanto em teste de lavagem por empuxo de velocidade mais elevada.

[0016] Em algumas modalidades, mais do que 0 a 12,5% em volume de lubrificante secundário inclui somente grafite. Em outras palavras, a camada deslizante não inclui nitreto de boro ou óxido de antimônio como um lubrificante secundário. Em algumas modalidades, a camada deslizante pode incluir de 70 a menos do que 90% em volume de PTFE, de 10 a 20% em volume de esfalerita, e de mais do que 0 a 10% em volume de grafite. Acredita-se que a combinação de grafite e esfalerita na camada deslizante forneça um efeito sinérgico que maximiza o desempenho do uso da camada deslizante em, por exemplo, aplicação sob condições de velocidade e carga moderada.

[0017] Em certas modalidades exemplares, a camada deslizante pode incluir 78,5% em volume de PTFE, 16% em volume de esfalerita, 4% em volume de grafite, e 1,5% em volume de óxido de antimônio. Em outras modalidades exemplares, a camada deslizante pode incluir 80% em volume de PTFE, 16% em volume de esfalerita, e 4% em volume de grafite.

[0018] Qualquer modalidade da camada deslizante descrita acima pode ser combinada com outras camadas para formar um material de rolamento de multicamada. Em algumas modalidades, o material de rolamento de multicamada inclui a camada deslizante apoiada por uma camada de bronze construída de pó de metal sinterizado e processada para reter um nível controlado de porosidade (por exemplo, 30 v/o). A porosidade da camada de bronze pode ser preenchida com o material da camada deslizante. A camada deslizante apoiada por bronze é em seguida suportada por uma camada de aço. A camada de bronze é sinterizada à camada de aço para obter uma ligação sólida, e o aço age para manter os outros componentes juntos, prestar suporte estrutural, dar uma forma geral ao material de rolamento, e fornecer força de retenção quando o material de rolamento é inserido em um alojamento para uso em uma aplicação. Em algumas modalidades, a camada deslizante terá uma espessura na faixa de 1 a 125 μm, a camada de apoio de bronze terá uma espessura na faixa de 50 a 200 μm, e a camada de aço terá uma espessura na faixa de 0,25 a 3,50 mm.

[0019] As modalidades da camada deslizante descrita aqui podem ser feitas utilizando uma variedade de métodos conhecidos por aqueles de experiência ordinária na técnica de materiais de rolamento. Por exemplo, o processamento com base na dispersão, tal como descrito na Patente dos Estados Unidos No. 5.911.514, que é propriedade do presente requerente e incorporado aqui por referência como se estabelecido integralmente, pode ser usado para fazer a camada deslizante e o material de rolamento de multicamada no qual a camada deslizante é usada.

[0020] Um processo para impregnar a camada deslizante descrita aqui em uma camada metálica porosa (isto é, uma camada de apoio de bronze) em uma camada de apoio de metal (isto é, uma camada de aço) pode incluir a dispersão de pasta úmida ou pó seco lubrificado sobre a camada metálica porosa e compactar a pasta úmida ou pó seco lubrificado nos poros da camada metálica porosa através de laminação. A pasta úmida pode ser feita misturando-se uma dispersão aquosa de PTFE e material de carga (por exemplo, os lubrificantes descritos acima) com um lubrificante orgânico, tais como compostos orgânicos voláteis (VOCs). A mistura é em seguida coagulada para formar a pasta para impregnação. Alternativamente, a resina PTFE seca, cargas, e lubrificantes podem ser mecanicamente misturados para formar um pó seco lubrificado adequado para impregnações. Uma vez que a pasta úmida ou pó seco lubrificado é compactado na camada metálica porosa, a camada de apoio de metal é aquecida usando, por exemplo, um forno de indução, para eliminar qualquer água residual e lubrificante orgânico na pasta. O aquecimento da camada de apoio de metal também derrete ou sinteriza o PTFE em contato com a camada metálica porosa e/ou a camada de apoio para desse modo ligar a camada deslizante às outras camadas do material de rolamento de multicamada.

EXEMPLOS

[0021] As seguintes composições de camada deslizante foram testadas para determinar o desempenho das camadas deslizantes sob várias condições.

[0022] PTFE/Chumbo: Uma composição deslizante previamente conhecida de cerca de 80% em volume de PTFE e 20% em volume de chumbo, formada usando o método de dispersão bem conhecido.

[0023] Composição 1 (Dispersão): Camada deslizante incluindo 78,5% em volume de PTFE, 16% em volume de esfalerita, 4% em volume de grafite, 1,5% em volume de óxido de antimônio, e formada usando método de dispersão bem conhecido.

[0024] Composição 1 (Pó seco): Camada deslizante incluindo 78,5% em vo- lume de PTFE, 16% em volume de esfalerita, 4% em volume de grafite, 1,5% em volume de óxido de antimônio, e formada usando o método de pó seco.

[0025] Composição 2 (Dispersão): Camada deslizante incluindo 80% em volume de PTFE, 16% em volume de esfalerita, 4% em volume de grafite, e formada usando método de dispersão bem conhecido.

[0026] Composição 2 (Pó seco): Camada deslizante incluindo 80% em volume de PTFE, 16% em volume de esfalerita, 4% em volume de grafite, e formada usando método de pó seco.

[0027] Composição 3 (Dispersão): Camada deslizante incluindo 80% em volume de PTFE, 20% em volume de esfalerita, e formada usando método de dispersão bem conhecido.
Condições de Teste
Equipamento de Oscilação 1: 70MPa; +/- 30° oscilação; 0,25 Hz
Equipamento de oscilação 2: 30 MPa; +/- 5° oscilação; 3,3 Hz
Equipamento de oscilação 3 :4,3 MPa; +/- 5° oscilação; 30 Hz
Equipamento de lavagem por empuxo de alta velocidade 0,85 MPa; 0,56 m/s; rotação contínua
Equipamento de lavagem por empuxo de baixa velocidade: 2,5 MPa; 0,31 m/s; rotação contínua

[0028] As Figuras 1 -5 mostram uma comparação dos resultados de teste nas várias camadas deslizantes sob várias condições de teste

[0029] Os dados de uso mostram que as Composições 1 e 2, independente do método de preparação, são iguais ou similares à composição de PTFE/Chumbo nos equipamentos de oscilação 1 e 2. Composição 1 é também superior à composição de PTFE/Chumbo e Composição 2 em testes de uso de velocidade mais elevada (tanto o equipamento de oscilação 1 quanto o equipamento de lavagem por empuxo de alta velocidade. Composição 3 é inferior à Composição 1, Composição 2, e composição de PTFE/Chumbo em ambos os testes de lavagem por empuxo.

[0030]A menos que de outro modo indicado, todos os números ou expressões, tais como aqueles expressando dimensões, características físicas, etc. usados na especificação devem ser entendidos como modificados em todos os casos pelo termo "aproximadamente". No mínimo, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina de equivalentes às reivindicações, cada parâmetro numérico recitado na especificação ou reivindicações que é modificado pelo termo "aproximadamente" deve ser pelo menos considerado tendo em conta o número de dígitos significantes recitados e aplicando-se técnicas de arredondamento ordinárias. Além disso, todas as faixas descritas aqui devem ser consideradas como abrangendo e fornecendo suporte para as reivindicações que recitam qualquer e todas as sub-faixas ou qualquer e todos os valores individuais submetidos nelas. Por exemplo, uma faixa indicada de 1 a 10 deve ser considerada como incluindo e fornecendo suporte para as reivindicações que recitam qualquer e todas as sub-faixas ou valores individuais que estão entre e/ou inclusivos do valor mínimo de 1 e do valor máximo de 10; isto é, todas as sub-faixas começando com um valor mínimo de 1 ou mais e terminando com um valor máximo de 10 ou menos (por exemplo, 5,5 a 10, 2,34 a 3,56, e assim por diante) ou quaisquer valores de 1 a 10 (por exemplo, 3, 5,8, 9,9994, e assim por diante).

Claims

Camada deslizante para um rolamento de multicamada CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:
de 67,5% a menos do que 90% em volume de politetrafluoroetileno;
de 10 a 20% em volume de um lubrificante primário, em que o lubrificante primário é esfalerita; e
mais do que 0 a 12,5% em volume de lubrificante secundário;
em que a esfalerita inclui zinco, ferro e enxofre, e
em que a camada deslizante tem uma espessura na faixa de 1 a 125 μm.
Camada deslizante, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o lubrificante secundário é selecionado do grupo consistindo em grafite, óxido de antimônio, nitreto de boro e combinações dos mesmos.
Camada deslizante, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o lubrificante secundário compreende:
de 0,5 a 2,5% em volume de óxido de antimônio; e
mais do que 0 a 10% em volume de grafite.
Camada deslizante, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o óxido de antimônio compreende particulado de nano-escala tendo um diâmetro na faixa de 30 a 50 nm.
Camada deslizante, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada deslizante compreende:
78,5% em volume de politetrafluoroetileno;
16% em volume de esfalerita; e
5,5% em volume de lubrificante secundário.
Camada deslizante, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que o lubrificante secundário compreende:
4% em volume de grafite; e
1,5% em volume de óxido de antimônio.
Camada deslizante, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada deslizante está disposta sobre uma camada de bronze e a camada de bronze está disposta sobre uma camada de aço.
Camada deslizante para um rolamento multicamadas CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:
de 70% a menos do que 90% em volume de politetrafluoroetileno;
de 10 a 20% em volume de um lubrificante primário, em que o lubrificante primário é esfalerita; e
mais do que 0 a 10% em volume de um lubrificante secundário, em que o lubrificante compreende grafite;
em que a esfalerita inclui zinco, ferro e enxofre, e
a camada deslizante tem uma espessura na faixa de 1 a 125 μm.
Camada deslizante, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada deslizante compreende:
80% em volume de politetrafluoroetileno;
16% em volume de esfalerita; e
4% em volume de grafite.
Camada deslizante, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada deslizante está disposta sobre uma camada de bronze e a camada de bronze está disposta sobre uma camada de aço.
Camada deslizante, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que o lubrificante secundário consiste em grafite.
Camada deslizante, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada deslizante é livre de chumbo.
Camada deslizante, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que a camada deslizante é livre de chumbo.