CN103572454A - 一种低摩擦系数织物及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低摩擦系数织物及其用途,该织物是由经纱与纬纱交织而成的,该织物是由聚四氟乙烯纤维与其他纤维交织而成的机织物,作为经纱或纬纱的聚四氟乙烯纤维的纤度为50~1400dtex,所述聚四氟乙烯纤维为聚四氟乙烯无捻长丝。本发明的低摩擦系数织物具有高度自润滑性能、耐磨性好、工艺简单的特点,该低摩擦系数织物应用于机械运动部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种低摩擦系数织物及其用途。
背景技术
传统的滑动轴承一般都由金属材料制作而成,而该类轴承在某些场合是被限制使用的,比如水下作业。由于传统轴承中加入了润滑油,为了防止漏油、滴油等现象,从而极大地限制了传统轴承在不能使用润滑油的场合中的应用。因此,很有必要开发出一种无油润滑的轴承。随着技术的发展,人们开发出了一种采用纯聚四氟乙烯树脂作为压制面,应用于无油润滑轴承中。然而,在实际使用过程中,由于聚四氟乙烯树脂的耐磨性不好,导致滑动轴承的磨损较为严重,大大缩短了其使用寿命。特别是在高负载作业下,表面自润滑耐磨塑料层(聚四氟乙烯树脂层)很容易被磨穿,导致传统轴承或轴就会出现破裂的现象,在严重的情况下,甚至会威胁到作业人员的生命安全。
如中国公开专利CN 1259599A中公开了一种自润滑织物薄层复合材料及其制备方法,该自润滑织物薄层复合材料是由一种PTFE纤维和其他纤维纺织而成的纤维交织物以及耐磨性浸渍材料组成,虽然可以起到减低摩擦和磨损的作用,但是该发明采用耐磨性浸渍材料配置成浸渍液,然后喷涂到交织物表面,浸渍液中的PTFE粉末、酚醛环氧树脂起到了润滑作用,这种方法不仅增加了工艺难度、成本上升,而且PTFE树脂层作为衬垫织物应用于自润滑轴承中,其耐磨性能不具有持久性和稳定性。
又如中国公开专利CN102145556A中公开了一种耐高温金属-织物/树脂自润滑轴承复合材料及其制备方法,该复合材料由底层、中间层、表层构成,表层为混编织物/自润滑耐磨树脂复合材料,该发明虽然实现了轴承材料优异的摩擦学性能和在高温下的使用可靠性,但该复合材料制作工艺复杂,成本较高,另外混编织物与自润滑耐磨树脂复合,也会影响混编织物的柔软性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高度自润滑性、耐磨性好、工艺简单的低摩擦系数织物及其用途。
本发明的技术解决方案如下:本发明的低摩擦系数织物,该织物是由经纱与纬纱交织而成,该织物是由聚四氟乙烯纤维与其他纤维交织而成的机织物,作为经纱或纬纱的聚四氟乙烯纤维的纤度为50~1400dtex,上述聚四氟乙烯纤维为聚四氟乙烯无捻长丝。如果聚四氟乙烯纤维的纤度小于50dtex的话,强力较低,织造时容易断纱,而且还会导致织物的机械性能下降,耐磨耗性变差;如果聚四氟乙烯纤维的纤度大于1400dtex的话,会导致织物摩擦系数变大,影响织物的自润滑效果。考虑到织物强度和耐磨耗性,聚四氟乙烯纤维的纤度优选200~1400dtex,更优选400~1400dtex。构成该织物的聚四氟乙烯纤维为无捻长丝,无捻度的长丝中各单丝是平行排列的,该无捻长丝构成的织物作为衬垫织物应用于机械运动的受力部件的话,当织物中聚四氟乙烯无捻长丝的长度方向与机械运动部件的运动方向一致时,织物的摩擦阻力最小,能起到最好的自润滑效果。另外,无捻长丝构成的织物在与外界发生摩擦的过程中,由于单丝是平行排列的,单丝受力均匀,不容易被磨损。如果构成该织物的聚四氟乙烯纤维为有捻长丝的话,有捻长丝中各单丝间的排列较紊乱,而且由于施加了捻度,沿着长丝的长度方向,各单丝会出现扭转现象,当织物与机械运动部件接触时,产生的摩擦力较大,由于单丝集中受力,就会极易被磨断,而且自润滑效果不良,对机械运动部件的磨损加大。本发明的聚四氟乙烯纤维是通过湿法纺丝法制得的,通过该方法制得的聚四氟乙烯纤维沿该纤维的长度方向,细度分布均匀,且断面呈均一圆形,滑动性优异,具有极低的摩擦系数。而如果采用裂膜法制得的聚四氟乙烯纤维,该纤维的纤度偏差较大,且断面为不规则多边形,滑动性较差,摩擦系数较高。此外,由于裂膜法制得的纤维,其来源为树脂薄膜,受力后容易产生冷流现象,耐磨性变差,如果采用该纤维制得的织物,容易发生破损的现象,从而失去自润滑效果。
本发明的低摩擦系数织物,上述其他纤维为聚酯纤维、聚酰胺纤维、芳纶纤维、聚苯硫醚纤维、棉纤维中的一种或几种。采用上述纤维与聚四氟乙烯纤维进行交织,制得本发明的织物不仅具有较好的机械性能及较低的摩擦系数,可以提高织物与金属之间的粘结性能,且该织物在摩擦过程中可以抵抗一定的形变,有利于维持机械部件的正常运动,而且还可以降低生产成本。上述其他纤维优选聚酰胺纤维(尼龙66纤维),由尼龙66纤维制得的织物具有较低的摩擦系数,仅次于聚四氟乙烯纤维。更优选聚苯硫醚纤维和棉纤维,因为聚苯硫醚的分子主链由苯环和硫原子交替排列而成,分子结构对称 ,且具有高度的线性,因此这种结构具有极高的稳定性。而且由于聚苯硫醚纤维的熔点为285℃,常用温度为190℃,采用聚苯硫醚纤维与聚四氟乙烯纤维进行交织,得到的织物具有优异的耐热性。当该低摩擦系数织物用于机械的滑动部位时,可以有效避免因运动升温而对织物造成损害的问题。而棉纤维是由于棉纤维的平衡回潮率高(温度35℃、湿度70%时,棉纤维的平衡回潮率为7.8%),采用棉纤维与聚四氟乙烯纤维进行交织,得到的织物能够较好地吸收粘结剂中的水分,从而显著提高该交织物与金属材料的粘结性能,而且棉纤维的价格较低,可以显著降低该低摩擦系数织物的生产成本。
本发明的低摩擦系数织物,所述聚四氟乙烯无捻长丝中含有30~196根单丝。如果单丝根数少于30根的话,当织物与机械运动部件接触时,单丝根数越少,所得织物的耐磨耗性就会变差;如果单丝根数多于196根,这样就会增加纺丝难度,导致生产成本增加。
本发明的低摩擦系数织物,所述聚四氟乙烯无捻长丝之间的摩擦系数在0.10以下,优选0.08以下,更优选0.06以下。如果采用摩擦系数在0.10以上的聚四氟乙烯长丝的话,所得织物的表面摩擦系数变大,导致织物的自润滑效果变差。
本发明的低摩擦系数织物,该织物的组织为平纹、斜纹、缎纹或其变化组织。优选斜纹或缎纹组织,更优选斜纹组织。采用斜纹或其变化组织的话,聚四氟乙烯纤维组织点所占织物总组织点的比例在50%以上,这样织物具有较好的自润滑性能,而且织物中纱线浮长适中,可以保持织物较好的机械性能和耐磨耗性。
本发明的低摩擦系数织物,所述聚四氟乙烯的组织点数量占织物总组织点数量50%以上的一面作为摩擦面,占织物总组织点数量50%以下的一面作为贴合面,优选聚四氟乙烯纤维组织点数量占总组织点数量65%以上的一面作为摩擦面,聚四氟乙烯纤维组织点数量占总组织点数量35%以下的一面作为贴合面。作为摩擦面,如果聚四氟乙烯组织点数量占织物总组织点数量低于50%的话,织物的滑动性会显著降低,当织物与机械运动部件接触时,摩擦阻力变大,失去自润滑的效果,造成机械运动部件的运转不良。作为贴合面,如果聚四氟乙烯组织点数量占织物总组织点数量高于50%的话,容易造成织物在运动受力过程中发生剥离脱落,使自润滑织物的使用寿命变短。这里的聚四氟乙烯组织点数量与织物的组织有关,是指在一个完整的织物组织循环中,聚四氟乙烯组织点数量占整个织物总组织点数量的比例。织物组织是指在织物中经纱和纬纱相互交错或彼此沉浮的规律,组织点是指经纬纱的相交处。
另外,由于本发明的聚四氟乙烯纤维为无捻长丝,采用普通的放大镜就能清晰地观察到聚四氟乙烯组织点与其他纤维的组织点。例如,本发明的织物组织为2上1下经面斜纹,且经纱为聚四氟乙烯无捻长丝,那么在该织物的一个完整组织循环中,总组织点数量为9,聚四氟乙烯组织点数量为6,则该织物正面聚四氟乙烯组织点数量占整个织物总组织点数量的比例为66.7%。
本发明的低摩擦系数织物,所述在织物的摩擦面,沿聚四氟乙烯无捻长丝平行方向的滑动摩擦系数在0.10以下,优选0.08以下,更优选0.06以下;沿聚四氟乙烯无捻长丝垂直方向的滑动摩擦系数在0.15以下,优选0.12以下,更优选0.10以下。如果沿聚四氟乙烯无捻长丝平行方向的滑动摩擦系数高于0.10,沿聚四氟乙烯无捻长丝垂直方向的滑动摩擦系数高于0.15的话,说明该织物的自润滑效果并不显著,当织物与机械运动部件接触时,会影响摩擦金属部件的运转,这样织物也会很容易被磨损。
本发明的低摩擦系数织物,该织物的厚度为0.16~1.00mm,优选0.20~0.80mm,更优选0.20~0.60mm。如果该织物的厚度低于0.16mm,织物太薄,耐磨耗性不好,容易在摩擦过程中发生破裂;如果该织物的厚度高于1.00mm,原材料成本就会相应增加,且织造困难,带来生产成本的上升。
本发明的低摩擦系数织物,该织物的经、纬向拉伸强力在800N/5cm以上,优选1000N/5cm以上,更优选1200N/5cm以上。由于该织物在用于机械的运动部件时,需使用粘合剂贴合到金属层表面,贴合过程中织物会承受一定的压力与形变。如果织物的经、纬向拉伸强力低于800N/5cm,容易导致贴合过程中织物发生损坏。
本发明的低摩擦系数织物,该织物的重量为160~600g/m2。如果该织物的克重低于160g/m2的话,织物过于单薄柔软,耐磨耗性不好,容易在摩擦过程中发生破裂;如果该织物的克重高于600g/m2的话,生产成本就会增加。
本发明的低摩擦系数织物,该织物的经向密度为30~240根/英寸,纬向密度为30~240根/英寸。如果该织物的经、纬向密度低于30根/英寸,织物的耐磨耗性降低,容易在摩擦过程中发生破裂;如果该织物的经、纬向密度高于240根/英寸,生产成本就会增加,且织造难度增加。
本发明的低摩擦系数织物具有高度自润滑性、耐磨性好、工艺简单的特点,该低摩擦系数织物应用于机械运动部件,特别是应用于低速度、高载荷的环境下。
附图说明
图1为1∕1平纹织物示意图,图2为2∕1经面斜纹织物示意图,图1、2中1、2、3、4、5、6为经纱,一、二、三、四、五、六为纬纱,a为经组织点,b为纬组织点。
具体实施方式
通过以下实施例更加详细地说明本发明,实施例中的物性由下列方法测定。
【纤度】
根据JIS L-1017-2002 8.3的测试标准,使用缕纱测长仪卷绕100圈试样,每圈长度为1米,转速为120rpm,然后将试样取下打结,放入烘箱中,在温度为105±2℃,时间为2小时以上进行干燥处理。将试样取出后,使用精密天平称重,得到绝对干重。纤度的计算公式如下:d=M’×10000×(1+Rc/100)/L,
其中d:纤度(dtex)
Rc:公定回潮率(%)
M’:试样的绝对干重(g)
L:试样的长度(m)。
【单丝数】
使用铜板法对一根长丝进行断面取样,将长丝断面样品放到光学显微镜上。对光学显微镜调焦,直到清楚观察到样品的断面。将光学显微镜镜头切换到显示器上,使用工具栏中的测量工具逐一标记样品断面中的单丝数。
【聚四氟乙烯长丝摩擦系数】
使用IT-MS 5652型摩擦系数仪,设定测试速度为55m/min、测试时间为20秒,连续测定5组数据,取5次测试结果的平均值作为该样品的最终测试结果。
【聚四氟乙烯组织点】
在一个完整的织物组织循环内,交织点总数记为Rz,聚四氟乙烯纤维浮在其他纤维之上的交织点称为聚四氟乙烯组织点,记为Rp,计算出聚四氟乙烯组织点数量占整个织物总组织点数量的比例,计算公式如下:聚四氟乙烯组织点所占比例(%)=Rp/Rz×100%。
【滑动摩擦系数】
在摩擦系数测试仪(型号:IT-RC INTEC制造)上进行测试。具体测试方法如下:将50mm×150mm的织物试样紧贴固定在摩擦台上,并使用SUS304BA金属板作为摩擦对手材。在摩擦台上加上250g重量的砝码,以50mm/min的速度进行测试。摩擦系数的计算公式如下:
μ=f/ N
其中μ:滑动摩擦系数
f:动摩擦力(N)
N:样品上所承受的法向压力(N)。
【耐磨耗性】
根据 JIS L 1096-1999 8.17,使用CUSTOM AR-1磨耗试验机,将直径为12cm的圆形样品放置在橡胶薄膜上,采用耐水研磨纸(型号:C34P,粒度:P2000)作为摩擦材料固定在样品上方,对样品进行多方向的摩擦。此时,测试压力为27.6KPa、荷重为0.45Kgf、速度为125±5回∕分钟、设备摩擦回数为100回时,样品旋转一周。在以织物样品表面出现7mm的破洞作为试验结束标准,取记录下磨耗试验机的运动回数,5次测试结果的平均值作为该样品的最终测试结果,评价该织物样品的耐磨耗性的等级,磨耗回数大于2000回记为◎:优异、磨耗回数为1000~2000回记为○:好、磨耗回数为500~1000回记为△:一般、磨耗回数小于500回记为×:差。
【拉伸强力】
根据JIS L-1017的测试标准在拉伸试验仪上进行测试。具体测试方法如下:将300mm×50mm织物试样固定在拉伸试验仪的上下夹口中,拉伸试验仪的上下夹口间距为200mm,以200mm/min的速度进行试验。测定5组数据,取5次测试结果的平均值作为该样品的最终测试结果。
【重量】
根据JIS L 1096-1999 8.4,使用电子天平,称取10cm×10cm的试样的重量,然后将所得数据乘100,得到换算后每平方米织物的重量。
【厚度】
根据JIS L 1096-1999 8.5,测试的压力为23.5kPa(240gf/cm2)。
【密度】
根据JIS L 1096-1999 8.6密度法,用密度镜来测量织物的经纬密度。
实施例1
经纱采用纤度为440dtex、单丝根数为60根、丝与丝摩擦系数为0.065的聚四氟乙烯无捻长丝,纬纱采用纤度为470dtex、单丝根数为72根、拉伸强力为39.8N、断裂伸长率为23.3%的尼龙66全牵伸丝,通过剑杆织机进行织造,制得经纱密度为62根/英寸、纬纱密度为62根/英寸的平纹织物。其中,聚四氟乙烯组织点占上述织物总组织点50%的一面作为摩擦面、聚四氟乙烯组织点在织物的另一面占50%,其作为贴合面。并将制得的织物放在温度20±2℃、湿度65±4%条件下进行调湿处理。评价该织物的特性,并示于表1中。
实施例2
经纱采用纤度为440dtex、单丝根数为60根、丝与丝摩擦系数为0.065的聚四氟乙烯无捻长丝,纬纱采用纤度为280dtex、单丝根数为48根的涤纶全牵伸丝,通过剑杆织机进行织造,制得经纱密度为90根/英寸、纬纱密度为120根/英寸的3/1经面斜纹织物,其中,聚四氟乙烯组织点占上述织物总组织点75%的一面作为摩擦面、聚四氟乙烯组织点在织物的另一面占25%,其作为贴合面。并将制得的织物放在温度20±2℃、湿度65±4%条件下进行调湿处理。评价该织物的特性,并示于表1中。
实施例3
经纱采用纤度为890dtex、单丝根数为120根、丝与丝摩擦系数为0.071的聚四氟乙烯无捻长丝,纬纱采用纤度为470dtex、单丝根数为136根、拉伸强力为40.9N、断裂伸长率为22.8%的尼龙66全牵伸丝,通过剑杆织机进行织造,制得经纱密度为60根/英寸、纬纱密度为90根/英寸的2/1经面斜纹织物,其中,聚四氟乙烯组织点占上述织物总组织点66.7%的一面作为摩擦面、聚四氟乙烯组织点在织物的另一面占33.3%,其作为贴合面。并将制得的织物放在温度20±2℃、湿度65±4%条件下进行调湿处理。评价该织物的特性,并示于表1中。
实施例4
经纱采用纤度为1135dtex、单丝根数为1000的芳纶长丝,纬纱采用纤度为1330dtex、单丝根数为180根、丝与丝摩擦系数为0.088的聚四氟乙烯无捻长丝,通过剑杆织机进行织造,制得经纱密度为45根/英寸、纬纱密度为45根/英寸的5枚2飞纬面缎纹织物,其中,聚四氟乙烯组织点占上述织物总组织点80%的一面作为摩擦面、聚四氟乙烯组织点在织物的另一面占20%,其作为贴合面。并将制得的织物放在温度20±2℃、湿度65±4%条件下进行调湿处理。评价该织物的特性,并示于表1中。
实施例5
经纱采用纤度为440dtex、单丝根数为60根、丝与丝摩擦系数为0.048的聚四氟乙烯无捻长丝,纬纱采用纤度为470dtex、单丝根数为72根、拉伸强力为39.8N、断裂伸长率为23.3%的尼龙66全牵伸丝,通过剑杆织机进行织造,制得经纱密度为75根/英寸、纬纱密度为75根/英寸的3/1经面斜纹织物,其中,聚四氟乙烯组织点占上述织物总组织点75%的一面作为摩擦面、聚四氟乙烯组织点在织物的另一面占25%,其作为贴合面。并将制得的织物放在温度20±2℃、湿度65±4%条件下进行调湿处理。评价该织物的特性,并示于表1中。
实施例6
经纱采用纤度为220dtex、单丝根数为30根、丝与丝摩擦系数为0.045的聚四氟乙烯无捻长丝,纬纱采用纤度为220dtex、单丝根数为48根的涤纶全牵伸丝,通过剑杆织机进行织造,制得经纱密度为180根/英寸、纬纱密度为140根/英寸的3/1经面斜纹织物,其中,聚四氟乙烯组织点占上述织物总组织点75%的一面作为摩擦面、聚四氟乙烯组织点在织物的另一面占25%,其作为贴合面。并将制得的织物放在温度20±2℃、湿度65±4%条件下进行调湿处理。评价该织物的特性,并示于表1中。
实施例7
经纱采用纤度为440dtex、单丝根数为60根、丝与丝摩擦系数为0.047的聚四氟乙烯无捻长丝,纬纱采用纤度为220dtex、单丝根数为100根聚苯硫醚长丝与纤度为440dtex、单丝根数为60根、丝与丝摩擦系数为0.047的聚四氟乙烯无捻长丝按1:1的比例进行投纬,通过剑杆织机进行织造,制得经纱密度为140根/英寸、纬纱密度为135根/英寸的二重织物,其中,聚四氟乙烯组织点占上述织物总组织点87.5%的一面作为摩擦面、聚四氟乙烯组织点在织物的另一面占12.5%,其作为贴合面。并将制得的织物放在温度20±2℃、湿度65±4%条件下进行调湿处理。评价该织物的特性,并示于表1中。
实施例8
经纱采用纤度为440dtex、单丝根数为60根、丝与丝摩擦系数为0.055的聚四氟乙烯无捻长丝,纬纱采用纤度为80支的棉纱股线,通过剑杆织机进行织造,制得经纱密度为200根/英寸、纬纱密度为140根/英寸的5枚3飞经面缎纹织物,其中,聚四氟乙烯组织点占上述织物总组织点80%的一面作为摩擦面、聚四氟乙烯组织点在织物的另一面占20%,其作为贴合面。并将制得的织物放在温度20±2℃、湿度65±4%条件下进行调湿处理。评价该织物的特性,并示于表1中。
比较例1
经纱采用纤度为440dtex、单丝根数为60根、丝与丝摩擦系数为0.170、捻度为300T/米的聚四氟乙烯长丝,纬纱采用纤度为470dtex、单丝根数为72根、拉伸强力为39.8N、断裂伸长率为23.3%的尼龙66全牵伸丝,通过剑杆织机进行织造,制得经纱密度为62根/英寸、纬纱密度为62根/英寸的平纹织物。其中,聚四氟乙烯组织点占上述织物总组织点50%的一面作为摩擦面、聚四氟乙烯组织点在织物的另一面占50%,其作为贴合面。并将制得的织物放在温度20±2℃、湿度65±4%条件下进行调湿处理。评价该织物的特性,并示于表1中。
比较例2
经纱采用裂膜法制得的纤度为440dtex、丝与丝摩擦系数为0.21的聚四氟乙烯长丝,纬纱采用纤度为280dtex、单丝根数为48根的涤纶全牵伸丝,通过剑杆织机进行织造,制得经纱密度为90根/英寸、纬纱密度为75根/英寸的3/1经面斜纹织物,其中,聚四氟乙烯组织点占上述织物总组织点75%的一面作为摩擦面、聚四氟乙烯组织点在织物的另一面占25%,其作为贴合面。并将制得的织物放在温度20±2℃、湿度65±4%条件下进行调湿处理。评价该织物的特性,并示于表1中。
比较例3
经、纬纱均采用纤度为440dtex、单丝根数为60根、丝与丝摩擦系数为0.067的聚四氟乙烯无捻长丝,通过剑杆织机进行织造,制得经纱密度为60根/英寸、纬纱密度为90根/英寸的2/1经面斜纹织物。其中,聚四氟乙烯组织点在上述织物两面都为100%,当其中一面作为贴合面时,容易剥落,耐磨性差。并将制得的织物放在温度20±2℃、湿度65±4%条件下进行调湿处理。评价该织物的特性,并示于表1中。
Claims (10)
1.一种低摩擦系数织物,该织物是由经纱与纬纱交织而成的,其特征是:该织物是由聚四氟乙烯纤维与其他纤维交织而成的机织物,作为经纱或纬纱的聚四氟乙烯纤维的纤度为50~1400dtex,所述聚四氟乙烯纤维为聚四氟乙烯无捻长丝。
2.根据权利要求1所述的低摩擦系数织物,其特征是:所述其他纤维为聚酯纤维、聚酰胺纤维、芳纶纤维、聚苯硫醚纤维、棉纤维中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的低摩擦系数织物,其特征是:所述聚四氟乙烯无捻长丝中含有30~196根单丝。
4.根据权利要求1所述的低摩擦系数织物,其特征是:所述聚四氟乙烯无捻长丝之间的摩擦系数在0.10以下。
5.根据权利要求1所述的低摩擦系数织物,其特征是:该织物的组织为平纹、斜纹、缎纹或其变化组织。
6.根据权利要求1所述的低摩擦系数织物,其特征是:所述聚四氟乙烯的组织点占织物总组织点50%以上的一面作为摩擦面,占织物总组织点50%以下的一面作为贴合面。
7.根据权利要求6所述的低摩擦系数织物,其特征是:所述在织物的摩擦面,沿聚四氟乙烯无捻长丝平行方向的滑动摩擦系数在0.10以下,沿聚四氟乙烯无捻长丝垂直方向的滑动摩擦系数在0.15以下。
8.根据权利要求1或2所述的低摩擦系数织物,其特征是:该织物的厚度为0.16~1.00mm。
9.根据权利要求1或2所述的低摩擦系数织物,其特征是:该织物的经、纬向拉伸强力在800N/5cm以上。
10.一种权利要求1所述的低摩擦系数织物在机械运动部件中的应用。
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