專利名稱:摩擦用混紡紗的制作方法
本申請要求對于下列2個(gè)早期提交、共同未決臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)1998-01-28提交的申請?zhí)?0/073,305和1998-05-26提交的申請?zhí)?0/086,776。
本發(fā)明涉及摩擦特性改善的紡制短纖紗。
背景技術(shù):
含氟聚合物纖維已知作為摩擦改性劑被用于多種不同最終用途。然而,含氟聚合物纖維抗張模量低并具有對其他樹脂附著力低的特點(diǎn);它們的生產(chǎn)成本較高且某些含氟聚合物具有冷流傾向的特點(diǎn)。當(dāng)在諸如軸承之類工業(yè)用途中用作摩擦改性劑時(shí),含氟聚合物纖維采取下列典型形式之一纏繞在制品或零件表面的連續(xù)含氟聚合物長絲紗、針織或機(jī)織為織物的連續(xù)含氟聚合物長絲紗或者切斷為非常短的短絨的連續(xù)含氟聚合物長絲紗,這些短絨隨后與樹脂混合并模塑為制品和零件。
雖然含氟聚合物短纖紗可提供相對于連續(xù)長絲紗的各種優(yōu)點(diǎn),但迄今,紡制含氟聚合物短纖紗一直非常困難。有了商業(yè)上能過關(guān)的紡制含氟聚合物短纖紗,便可采用各種切斷長度的短纖維來設(shè)計(jì)滿足各種工業(yè)減小摩擦需要的紗線和織物。
日本專利申請HEI1-139833公開了一種具有優(yōu)良柔性的纖維材料,其通過少于30%聚四氟乙烯纖維或絲與天然和/或合成纖維之間的混合制成。用該申請的纖維材料制成的織物和衣物兼具優(yōu)良的懸垂和改善的抗起球性能。
發(fā)明概述本發(fā)明是一種短纖紗,包含由25~90wt%含氟聚合物纖維與75~10wt% 1種或多種摻混纖維組成的共混物。本發(fā)明的紗線或由該紗線制成的織物可作為各種承載產(chǎn)品中的摩擦改性劑,如作為橡膠件、復(fù)合及織物軸承中的織物襯里以及密封材料。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及具有改進(jìn)摩擦特性的紡制短纖紗,以及采用此種紗線為成分制成的承載及其他產(chǎn)品。本發(fā)明的紡制短纖紗是含氟聚合物纖維與摻混纖維的組合。
用于描述合成纖維的術(shù)語“紡制短纖紗”是指通過將連續(xù)長絲紗或連續(xù)絲束切斷為規(guī)定的長度從而制成短纖維,然后在普通由短纖維成形紗線的棉系統(tǒng)設(shè)備上對其進(jìn)行加工所制成的紗線。用于制造短纖紗的常用方法包括環(huán)錠紡紗、自由端紡紗,以及噴氣紡紗。
術(shù)語“含氟聚合物”是指諸如聚(四氟乙烯),在此簡稱“PTFE”,的聚合物,以及通常被稱之為氟化烯烴聚合物的聚合物,例如四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物(FEP)、四氟乙烯與全氟烷基-乙烯基酯如全氟丙基-乙烯基醚(PFA)及全氟乙基-乙烯基醚的共聚物,包括上面所列舉的單體的氟化烯烴三元共聚物,乃至其他以四氟乙烯為基礎(chǔ)的共聚物。就本發(fā)明目的而言,優(yōu)選的含氟聚合物是PTFE。
含氟聚合物連續(xù)長絲可采用各種各樣的方式紡絲,視所要求的確切含氟聚合物組合物而定。該纖維可采用分散紡絲法紡絲;這就是不可溶、含氟聚合物顆粒的分散體與可溶性基質(zhì)聚合物的溶液進(jìn)行混合,隨后該混合物通過擠出到凝固浴中,在浴中基質(zhì)聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢扇軤顟B(tài)而凝固為長絲。希望的話,該不可溶基質(zhì)材料可隨后被燒結(jié)并除掉。替代地,倘若熔體粘度允許的話,還可直接由熔體紡制長絲。還可這樣來生產(chǎn)纖維將含氟聚合物細(xì)粉末與擠出助劑混合,將該混合物成形為錠料并將該混合物通過口模擠出成為纖維,該纖維可具有膨脹或未膨脹的結(jié)構(gòu)。
紡絲加工之后,將連續(xù)長絲纖維切斷為0.5~3.0英寸的短纖維長度。就本發(fā)明目的而言優(yōu)選的短纖維長度介于1.5~2.0英寸。單絲旦數(shù)可介于0.1~15之間。
所謂“摻混纖維”是指一般市售纖維,包括聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯及其共聚物;天然纖維,如棉花、人造絲及羊毛;由高性能聚合物制成的纖維,包括聚(對苯二甲酰對苯二胺)(PPD-T)、聚(對-亞苯基笨并雙噁唑)(PBO)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、各向異性熔體聚酯;以及高模量纖維,如碳纖維、金屬纖維及玻璃纖維,以及在上面提到的帶有特殊涂層的任何一類或一種的纖維,如金屬涂層的對位芳族聚酰胺纖維。摻混纖維的短纖維切斷長度可以是任何與含氟聚合物短纖維相容的長度。就本發(fā)明目的而言,優(yōu)選的短纖維長度等于或小于含氟聚合物短纖維的長度,并介于0.5~2.0英寸之間。
含氟聚合物短纖維與摻混短纖維混合在一起并通過傳統(tǒng)方法加工為短纖紗。例如,要求數(shù)量的每種短纖維可摻混在一起,然后開松并梳理以制成梳理?xiàng)l子。梳理的條子可隨后經(jīng)過牽伸,從而進(jìn)一步拉細(xì)為粗紗,最后經(jīng)環(huán)錠紡紗成為短纖紗線。
本發(fā)明紗線包含25~90wt%含氟聚合物纖維及75~10wt%摻混纖維。優(yōu)選的重量分配是35~75wt%含氟聚合物成分;65~25wt%摻混纖維成分。更優(yōu)選的重量分配是35~65%含氟聚合物及65~35%摻混纖維。就大多數(shù)最終工業(yè)用途而言,當(dāng)含氟聚合物含量低于35wt%時(shí),纖維的實(shí)際摩擦功效將降低。超過90wt%含氟聚合物的含量,較難生產(chǎn)出可用的短纖紗,因?yàn)榧喚€絲束內(nèi)部單絲與單絲之間的抱合力過低。于是,紗線的成本效益也將降低。本發(fā)明的優(yōu)選紗線是50wt%PTFE和50wt%摻混纖維。優(yōu)選的摻混纖維是聚酯纖維。
本發(fā)明的紗線具有低紗線對金屬摩擦系數(shù),并允許對紗線結(jié)構(gòu)和纖維含量二者進(jìn)行針對性調(diào)整以適合特定承載用途。譬如,可選擇摻混纖維來彌補(bǔ)含氟聚合物纖維固有的缺陷,如選擇高模量纖維作為摻混纖維來彌補(bǔ)前者的低模量。希望的話,可在本發(fā)明短纖紗中加入連續(xù)長絲紗以提供附加的強(qiáng)度或耐磨性能。譬如,可用1種或多種連續(xù)長絲紗作為芯紗,并圍繞該芯紗基本上纏繞或包纏(overspun)以摻混短纖維。倘若希望獲得具有改善的摩擦或降噪特性的高強(qiáng)度紗線,則可在高強(qiáng)度連續(xù)長絲紗外面纏繞本發(fā)明短纖維組合物。替代地,可首先制成混紡短纖紗,然后與連續(xù)長絲紗合股。還可將1種或多種連續(xù)長絲紗基本上包纏在混紡短纖紗外面。譬如,連續(xù)長絲熱塑性紗線可包纏在含氟聚合物-熱塑性混紡短纖紗外面,其中長絲紗將作為該短纖紗的保護(hù)性包覆層。
同樣,可對摻混纖維和/或?qū)嶋H的紗線結(jié)構(gòu)(如短纖紗的含氟聚合物或者摻混纖維的長度)的選擇這2種短纖維在紗線本體中的排列或者紗線的捻度等進(jìn)行優(yōu)化,以抵消含氟聚合物纖維已知存在的收縮或附著問題。
本發(fā)明紗線可用于低摩擦纏繞制品中,或者可制成多種承載用途中使用的織物。不論紗線或織物形式,重要的是,摻混紗上的纖維紡絲油劑應(yīng)與含氟聚合物相容;就是說,摻混纖維上施涂的油劑對紗線或織物的摩擦性能不具有負(fù)面影響。據(jù)認(rèn)為,最佳織物摩擦性能是在摻混紗上很少或沒有油劑的情況下獲得的。摻混纖維制造過程中使用的油劑可在摻混紗與含氟聚合物紗彼此合并之前通過洗滌除掉。
本發(fā)明紗線可用在橡膠件使用的織物襯里中以消除懸吊件中的噪音,例如小汽車或卡車上使用的穩(wěn)定器桿襯套中的噪音。按此方式使用時(shí),該紡制紗可以通過針織、機(jī)織、編結(jié)或縫編,制成織物。該織物可粘合到背襯材料上或與之結(jié)合在一起。隨后,該組合可成形為管狀,以本發(fā)明紗線或織物作為內(nèi)表面,以背襯材料或粘合到橡膠上的背襯材料作為外表面。就典型而言,在圓機(jī)針織的情況下,背襯材料作為添紗編織到管狀物中;在經(jīng)編(針織)的情況下,背襯材料被編織到織物結(jié)構(gòu)中;在機(jī)織的情況下,可采用絨頭織物結(jié)構(gòu),其中正面絨毛采用紡制紗,而背襯材料則采用粘合纖維。其他機(jī)織結(jié)構(gòu)也可采用,只要大多數(shù)紡制纖維在一面,而大多數(shù)粘合纖維在另一面即可。不論采用何種方法制造織物,最終織物必須對高壓下的熔融材料,如可注塑橡膠,為不可透。
實(shí)際軸承或襯套的制造過程是,將所制成的管狀織物套在直徑與織物管狀物相等的芯軸上。將組件放在制造目的橡膠襯套用的模具中,在高壓下注入橡膠,直至將模具充滿。橡膠冷卻后,打開模具并抽出芯軸。為提高效率,幾個(gè)相同零件可一次模塑,然后切成單個(gè)零件。單個(gè)襯套可通過將零件套在穩(wěn)定器桿一端并推入以完成安裝,或者可將其剖開,然后滑套到桿上。
本發(fā)明紗線可以織物的形式用于車窗密封,以便容易打開和關(guān)閉車窗。由100%PTFE纖維制成的織物由于纖維模量低故非常軟,因此采用它們可導(dǎo)致密封不良或不希望的噪音。顯然,PTFE纖維的低模量可通過選擇混入的纖維,此種纖維具有非常高的模量,如對位芳族聚酰胺、PBO或高分子量聚乙烯,而加以克服。制成的絨頭織物具有低摩擦,但挺括性卻得到改善,從而可改善密封效果。
此種織物可以是針織、編結(jié)或機(jī)織織物中任何一種,但優(yōu)選為絨頭織物,如針織起絨織物或機(jī)織絲絨織物。密封的實(shí)際成形過程包括取該織物并將其粘貼或?qū)雍系窖b在門框內(nèi)的安裝槽中,使之在壓力下緊抵窗玻璃落位,從而形成防止?jié)駳夂惋L(fēng)進(jìn)入,又允許窗玻璃輕易上下移動(dòng)的密封。
本發(fā)明紗線還可用于不浸漬熱固性樹脂的織物軸承中。由100%PTFE纖維制作的織物軸承在某些條件下會(huì)發(fā)生問題;PTFE的自然傾向是冷流,尤其是在超過10,000psi的連續(xù)載荷下。本發(fā)明紗線提供針對該問題的實(shí)際解決方案,它通過含氟聚合物纖維與其他高強(qiáng)度、高模量纖維的組合使用使得織物能夠不但具有改善的重量承載性能與改善的潤滑性的結(jié)合,而且有改善的抗冷流性。優(yōu)選在該紡制紗中使用的高模量纖維包括對位芳族聚酰胺、PBO、碳纖維、玻璃纖維及UHMWPE纖維。
本發(fā)明紗線還可用于制造復(fù)合軸承。前面已經(jīng)描述過,軸承的制造過程包括采用管狀織物或平幅織物,或者單根紗線,其外面加捻了粘合纖維,然后圍繞芯軸包纏起來,該芯軸可以是圓形、六角、正方或各種各樣斷面形狀的。組件以環(huán)氧樹脂潤濕,然后進(jìn)行熱固化。繼而,圍繞該芯坯纏繞玻璃纖維或某些其他增強(qiáng)纖維。然后,組件進(jìn)行熱固化,之后,將該織物從芯軸上推下,同時(shí)將其切斷為單個(gè)軸承。外層纖維增強(qiáng)表面還可進(jìn)行機(jī)加工,以達(dá)到恰當(dāng)?shù)耐鈴?。本發(fā)明在紗線中以熱塑性纖維作為摻混纖維的用法避免了按本發(fā)明制造軸承的過程中加入粘合纖維的需要。去掉用粘合纖維纏繞單根含氟聚合物紗的單獨(dú)步驟或者,在管狀織物的情況下,去掉摻混的短纖紗的加入,意味著環(huán)氧樹脂能更好地潤溫和更均勻地浸漬該纏繞紗或織物管,從而生產(chǎn)出更為均一的復(fù)合軸承。這導(dǎo)致制造疵點(diǎn)的減少和產(chǎn)率的提高。通過包含耐高溫及優(yōu)良耐磨纖維的摻混纖維(芳族聚酰胺、PBO及UHMWPE),或者包含優(yōu)良導(dǎo)熱(石墨、金屬、涂金屬芳族聚酰胺、碳及石墨充填纖維)纖維的摻混纖維的使用,可使軸承具有更寬的工作范圍。
本發(fā)明紗線也可用于其他類型復(fù)合軸承,如通過織物與金屬層合制成的。此種類型的軸承將得益于此種織物的導(dǎo)熱性。此種具有優(yōu)良導(dǎo)熱性的纖維允許軸承以較高速度運(yùn)轉(zhuǎn),由于織物表面可通過背襯散熱。這樣的改善提高了最終零件的承載能力并由于省去對織物熱固化的需要而簡化制造加工。
作為本發(fā)明附加的優(yōu)點(diǎn),已發(fā)現(xiàn),含少于35wt%含氟聚合物的紗線當(dāng)用于軸承或襯套中時(shí),還具有附加的好處,盡管摩擦方面的好處減少了。已發(fā)現(xiàn),用少至10%含氟聚合物纖維制成的紗線能顯著降低軸承或襯套運(yùn)轉(zhuǎn)期間的噪音。
下面的實(shí)施例用于舉例說明本發(fā)明,而不擬限制本發(fā)明。
實(shí)施例本實(shí)例展示本發(fā)明織物在汽車穩(wěn)定器桿襯套使用中的表現(xiàn)。
穩(wěn)定器桿在多種汽車中被用來提供硬挺度和回轉(zhuǎn)(cornering)穩(wěn)定性。穩(wěn)定器桿中使用的襯套一般由100%PTFE纖維與聚酯纖維一起針織制成,使得100%PTFE纖維主要暴露于織物的一面(PTFE面)上,而織物的另一面則主要暴露出聚酯纖維。該織物被模塑為襯套,使得織物的PTFE面接觸穩(wěn)定器桿的金屬表面。盡管昂貴,但仍然優(yōu)選含有將近100%FTFE的面(~50wt%PTFE)的織物,因?yàn)樗鼈兡芟胍簟?br>
按照本發(fā)明制造的試驗(yàn)織物按下述方法針織而成并在專門為模擬穩(wěn)定器桿系統(tǒng)的穩(wěn)定器桿、殼體及襯套組件的設(shè)備中接受試驗(yàn)。
試驗(yàn)所使用的設(shè)備及其零部件示于
圖1A~1C中。該設(shè)備由剖分式金屬塊組成,它代表殼體,尺寸為4×3×1.5英寸。金屬塊被沿2個(gè)各為一半的剖分塊的表面切削出2個(gè)各為半圓柱體的切口。剖分塊的上一半,1,在本體上鉆有2個(gè)3/8英寸直徑的通孔,3,從通孔中插入螺栓5;在底下的一半,2,上攻出3/8英寸錐形螺紋4,這樣,剖分塊的2個(gè)一半便可由施加在螺栓上的預(yù)定力固定在一起。在該設(shè)備中,穩(wěn)定器桿由金屬棒6代表,長度為4英寸,直徑,1英寸。在該棒的頂部焊接1英寸直徑的六角頭。扭矩扳手可通過該六角頭對固定在殼體中以后的棒施加回轉(zhuǎn)力。
設(shè)備按下述方法組裝以測試織物將待測織物條放在1.5×3.5英寸及1/8英寸厚的橡膠條上。橡膠與織物圍繞棒纏繞,其中以PTFE織物面與棒接觸,如圖1C所示,并將棒落位到剖分塊的切口中。將螺栓插入到鉆出的孔中,并將它們旋入到螺紋中,從而將剖分塊的2個(gè)一半緊固在一起。將螺檢旋緊到35英尺-磅的扭矩。這樣大小的扭矩保證了棒與試樣在剖分塊2個(gè)一半之間緊密就位。剖分塊被固定在臺(tái)面上。將扭矩扳手放在棒的六角頭上并對扭矩扳手施加力以轉(zhuǎn)動(dòng)棒。測定使棒剛好能轉(zhuǎn)得動(dòng)所需要的扭力大小,以英尺-磅為單位。同時(shí),還測定使棒轉(zhuǎn)動(dòng)后,維持其持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的力。注意棒在轉(zhuǎn)動(dòng)期間發(fā)出的噪音。
試驗(yàn)織物是采用褶裥針織機(jī)編織的。這就是制造穩(wěn)定器桿襯套織物所使用的針織組織類型,此種針織類型允許2個(gè)不同類型紗線(針織)編織在一起,使得針織物的一面具有一種紗的表面,而另一面具有另一種紗的表面。試驗(yàn)織物是采用100%聚酯作為一種紗線,而作為第2種紗線,采用按照本發(fā)明的聚酯與PTFE短纖維的共混物。對比用的織物由100%PTFE紗線與上述聚酯紗線共同針織而成。正如上面制造襯套一樣,聚酯的織物面緊靠橡膠條放置,而PTFE短纖維混紡紗則面朝金屬棒,如圖1C所示。在試驗(yàn)中,棒在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是抵住含PTFE混紡紗的織物面轉(zhuǎn)動(dòng)的。橡膠條則被牢靠地壓在剖分塊中不動(dòng)。
來自該試驗(yàn)的數(shù)據(jù)示于下面??椢颬TFE/聚酯混紡短纖紗中PTFE的重量百分率,以及PTFE在織物中的總重量百分率表征。由于織物是由2種紗線針織而成,因此該“織物中PTFE重量百分率”大約等于相對于針織物中總紗線的重量百分率數(shù)值的一半。測定的力是使棒剛好松動(dòng)并開始轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩(克服慣性的力),以及維持其持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的力。扭矩是采用圓形梁扭矩扳手測量的。在所有含PTFE的織物情況下,不論是100%織物面形式抑或以混紡短纖紗織物面形式,在棒開始松動(dòng)或者在棒轉(zhuǎn)動(dòng)期間均未聽到噪音。紗線的PTFE,%織物的PTFE,%松動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)力100 503010502530 12-1525 12.5 3520
權(quán)利要求
1.一種短纖紗,包含35~90wt%含氟聚合物纖維與65~10wt%1種或多種摻混纖維的共混物。
2.權(quán)利要求1的紗線,其中該共混物是35~75wt%含氟聚合物及65~25wt%摻混纖維。
3.權(quán)利要求1的紗線,其中該共混物是35~65wt%含氟聚合物及65~35wt%摻混纖維。
4.權(quán)利要求1的紗線,其中含氟聚合物選自聚(四氟乙烯)、氟化烯烴聚合物、四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯與全氟烷基-乙烯基酯的共聚物以及全氟乙基-乙烯基醚的共聚物,及氟化烯烴三元共聚物。
5.權(quán)利要求3的紗線,其中含氟聚合物選自聚(四氟乙烯)、氟化烯烴聚合物、四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯與全氟烷基-乙烯基酯的共聚物以及全氟乙基-乙烯基醚的共聚物,及氟化烯烴三元共聚物。
6.權(quán)利要求1的紗線,其中摻混纖維選自聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯及其共聚物、棉花、人造絲以及羊毛、聚(對苯二甲酰對苯二胺)、聚(間苯二甲酰間苯二胺)、聚(對亞苯基苯并雙噁唑)、超過分子量聚乙烯、各向異性熔融聚酯、碳纖維、金屬纖維、玻璃纖維及金屬涂層對位芳族聚酰胺纖維的纖維。
7.權(quán)利要求3的紗線,其中摻混纖維選自聚酯、聚酰胺、芳族聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯及其共聚物、棉花、人造絲以及羊毛、聚(對苯二甲酰對苯二胺)、聚(間苯二甲酰間苯二胺)、聚(對亞苯基苯并雙噁唑)、超過分子量聚乙烯、各向異性熔融聚酯、碳纖維、金屬纖維、玻璃纖維及金屬涂層對位芳族聚酰胺纖維的纖維。
8.權(quán)利要求1、2或3的紗線,其中摻混纖維是聚(對苯二甲酰對苯二胺)或聚(間苯二甲酰間苯二胺)。
9.包含權(quán)利要求1、2或3的紗線的低摩擦纏繞制品。
10.包含權(quán)利要求1、2或3的紗線的承載用織物。
11.一種包含含有含氟聚合物纖維和摻混纖維的紗線的軸承、襯套或密封件,其中含氟聚合物纖維占紗線的35~90wt%,而摻混纖維占紗線的65~10wt%。
12.一種包含含有含氟聚合物纖維和摻混纖維的紗線的軸承、襯套或密封件,其中含氟聚合物纖維占紗線的35~90wt%,而合成纖維占紗線的65~10wt%。
13.一種包含含有含氟聚合物纖維和摻混纖維的紗線的軸承、襯套或密封件,其中含氟聚合物纖維占紗線的35~65wt%,而摻混纖維占紗線的65~35wt%。
14.一種包含含有含氟聚合物纖維和摻混纖維的紗線的軸承或襯套,其中含氟聚合物纖維占紗線的10~90wt%,而摻混纖維占紗線的90~10wt%。
15.一種包含連續(xù)長絲紗及短纖維共混物的紗線,其中短纖維包含35~90wt%含氟聚合物纖維及65~10wt%1種或多種摻混纖維。
16.權(quán)利要求15的紗線,其中1種或多種連續(xù)長絲紗被短纖維基本上纏繞或包纏著。
17.權(quán)利要求15的紗線,其中1種或多種連續(xù)長絲紗基本上纏繞著短纖維。
18.采用權(quán)利要求15的紗線制造的軸承、襯套或密封件。
19.采用權(quán)利要求16的紗線制造的軸承、襯套或密封件。
20.采用權(quán)利要求17的紗線制造的軸承、襯套或密封件。
全文摘要
一種短纖紗,包含35~90wt%含氟聚合物纖維與65~10wt%1種或多種摻混纖維的共混物。
文檔編號(hào)F16J15/10GK1289379SQ99802504
公開日2001年3月28日 申請日期1999年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月28日
發(fā)明者R·T·克魯斯?jié)删S斯基, A·R·內(nèi)爾森 申請人:納幕爾杜邦公司