Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Gleitmaterial auf Polyamidbasis mit die tribologischen Eigenschaften verbessernden Füllstoffen.

Im Stand der Technik sind Gleitmaterialien, die Polyamide verwenden, bekannt. So wird beispielsweise ungefülltes

Polyamid 4.6 eingesetzt, das jedoch für kritische Anwendungen im Nutzfahrzeugbereich nicht verschleißfest genug ist.

Darüber hinaus sind eine Vielzahl von Gleitmaterialien

bekannt, die beispielsweise auf PTFE-Basis beruhen und

Polyamid lediglich als Füllstoff verwenden. Etwas Entsprechendes ist beispielsweise in der DE 10 2011 077 008 AI beschrieben, die einen Gleitlagerverbundwerkstoff auf PTFE-Basis beschreibt, bei der Füllstoffe umfassend

Thermoplaste und/oder Duroplaste und weitere tribologisch wirksame Stoffe zusammen in compoundierter Form in der

Polymerbasis des Gleitschichtmaterials vorliegen.

Den Einsatz von Polyamiden als Festschmierstoffe in

lösungsmittelfreien Polyamidimidgleitlacken auf Wasserbasis hat die DE 10 2013 021 949 AI zum Gegenstand.

Ausgehend von diesem Stand der Technik war es nun Aufgabe der Erfindung, die tribologischen Eigenschaften und insbesondere die Verschleißfestigkeit von Gleitmaterialien auf

Polyamidbasis zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Gleitmaterial auf Polyamidbasis, mit die tribologischen Eigenschaften verbessernden Füllstoffen gelöst, bei dem die Füllstoffe ein oder mehrere Metallsufide und/oder Calciumphosphat umfassen.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen

Gleitlagerverbundwerkstoff nach Anspruch 15 sowie einen dreidimensionalen Formkörper nach Anspruch 16 und ein

Gleitelement nach Anspruch 17.

Dabei hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass der Zusatz von einem oder mehreren Metallsufiden und/oder Calciumphosphat zur Polyamidbasis die Verschleißfestigkeit des Gleitmaterials signifikant verbessert. Das vorliegende

Gleitmaterial eignet sich dabei insbesondere für Verwendungen außerhalb des Motors im Automobilbereich, insbesondere in fettgeschmierten Systemen, wie Nutzfahrzeugbremssystemen, Achsschenkellagerungen, etc. Bei derartigen Anwendungen besteht der Wunsch, bleifreie Gleitmaterialien einzusetzen. Das vorliegende Gleitmaterial stellt nun ein Material bereit, das eine ausreichende Verschleißfestigkeit aufweist.

Beim erfindungsgemäßen Gleitmaterial wird eine Polyamidbasis als Polymerbasis verwendet. Dies bedeutet nicht zwingend, dass die gesamte Polymerbasis aus Polyamid bestehen muss. Anteile bis zu 30 Gew.-% des Polymeranteils, insbesondere bis 20

Gew.-% und vorzugsweise nur bis 10 Gew.-% der Polyamidbasis können durch andere Polymere und Kombinationen daraus, wie insbesondere PTFE, aber auch z. B. PVDF, PFA, FEP, ECTFE, ETFE ersetzt sein. Vorzugsweise besteht die gesamte Polyamidbasis zu 100 Gew.-% aus Polyamid

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist

vorgesehen, dass die Polyamidbasis PA 4.6 umfasst und

insbesondere zu mindestens 60 Gew.-%, insbesondere zu

mindestens 70 Gew.-%, insbesondere mindestens zu 80 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 90 Gew.-% und insbesondere zu 100 Gew.-% aus PA 4.6 besteht. Daneben können zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften des Gleitmaterials, insbesondere zur besseren Compoundierbarkeit der Materialien, zwischen 0 Gew.-% und 40 Gew.-%, insbesondere 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% und insbesondere 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% weitere von PA 4.6 verschiedene Polyamide eingesetzt werden, insbesondere PA 6 und/oder PA 6.6.

Besonders vorteilhafte Eigenschaften ergeben sich, wenn der Anteil an dem einen oder mehreren Metallsulfiden und/oder Calciumphosphat in Summe 1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, insbesondere 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% und insbesondere 5 Gew.-% bis 15 Gew.- %, insbesondere 10 Gew.-% des Gleitmaterials beträgt. Je nach konkreter Auswahl der Füllstoffe kann es auch besonders bevorzugt sein, wenn der Anteil aus Calciumphosphat und/oder Metallsulfiden 5 Gew.-% beträgt bezogen auf das Gleitmaterial. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn sowohl das mindestens eine Metallsulfid als auch Calciumphosphat eingesetzt werden. Dabei beträgt der Anteil des mindestens einen Metallsulfids vorzugsweise 1 bis 50 Gew.-% und von Calciumphosphat 50 bis 99 Gew.-% an der Mischung aus Metallsufid und Calciumphosphat. Insbesondere beträgt der Anteil an Metallsulfid 3 bis 40 Gew.- % und von Calciumphosphat von 60 bis 97 Gew.-%. Weiter

insbesondere beträgt der Anteil an Metallsulfid 5 bis 30 Gew.- % und von Calciumphosphat von 70 bis 95 Gew.-%.

Besonders bevorzugt können Mischungen aus Calciumphosphat und/oder einem oder mehreren Metallsulfiden, insbesondere MoS ₂ , SnS ₂ , WS ₂ oder Bismutsulfid sowie Kombinationen der vorgenannten eingesetzt werden.

Ebenfalls ist besonders bevorzugt ist die Verwendung von WS ₂ ohne Zugabe von Calciumphosphat .

Als besonders bevorzugt haben sich Füllstoffe folgender

Zusammensetzung erwiesen:

2-20 Gew.-% SnS ₂ ,

70-97 Gew.-% Calciumphosphat

1-10 Gew. -% WS ₂ .

Dabei beziehen sich die Gewichtsangaben auf die Summe der Gewichte der drei Füllstoffe. Die Summe der Anteile ergibt dabei 100 Gew.-%. Von dieser Zusammensetzung können dann 1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, insbesondere 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% und insbesondere 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, insbesondere 10 Gew.-% im Gleitmaterial eingesetzt werden, bezogen auf das Gewicht des Gleitmaterials. Je nach konkreter Auswahl der Füllstoffe kann es auch besonders bevorzugt sein, wenn der Anteil aus

Calciumphosphat und/oder Metallsulfiden 5 Gew.-% beträgt bezogen auf das Gewicht des Gleitmaterials.

Eine weitere besonders bevorzugte Zusammensetzung an

Füllstoffen sind

Gew.-% Calciumphosphat

Gew. -% WS ₂ bezogen auf die Summe der Gewichte der beiden Füllstoffe der Zusammensetzung .

Besonders bevorzugt sind dabei Gewichtsverhältnisse

Calciumphosphat zu Metallsulfid von 5:1 bis 1:1.

Für eine bevorzugte Zusammensetzung der Füllstoffe von SnS ₂ / Calciumphosphat / WS ₂ (bezogen auf WS ₂ ) ergeben sich bevorzugte Anteile wie folgt:

1-3 SnS ₂ ,

9-13 Calciumphosphat

I WS ₂ , und insbesondere

1,67 SnS ₂ ,

II Calciumphosphat

1 WS ₂ .

Alternativ besonders bevorzugt sind als Füllstoffe

Calciumphosphat und WS ₂ im Verhältnis von 1:1.

Derartige FüllstoffZusammensetzungen bieten besonders gute tribologische Eigenschaften.

Darüber hinaus ist es auch vorgesehen, nur Metallsulfide, insbesondere WS ₂ als Füllstoff einzusetzen, insbesondere mit einem Anteil von 10% Gew.-% bezogen auf das Gleitmaterial. Darüber hinaus können die Füllstoffe weitere tribologisch wirksame Stoffe umfassen, z.B. Verstärkungsstoffe, wie

insbesondere Kohlenstofffasern, Glasfasern, Polymerfasern (insbesondere Aramidfasern) ; und/oder FestSchmierstoffe, wie insbesondere PTFE, ZnS, BaS0 ₄ , Graphit, Ruß, BN und/oder

Kunststoff artikel , wie insbesondere Aramid (PPTA)-, PPS0 ₂ -, PI- und PAI-Partikel , Polyacrylatpartikel (PAR) , PBA-Partikel , PBI-Partikel ; und/oder Metalloxide, wie insbesondere Fe ₂ 0 ₃ , A1 ₂ 0 ₃ , Si0 ₂ , Cr0 ₂ , Ti0 ₂ , CuO, MgO, ZnO; und/oder

Hartstoffpartikel , insbesondere keramische Partikel, wie SiC, S1 ₃ N ₄ , BC, cubisches BN; und/oder Fluoride, wie insbesondere CaF ₂ , NaF, A1F ₃ ; und/oder Schichtsilikate, wie insbesondere Kaolin, Glimmer, Wollastonit, Talkum, gefällte Kreide,

Kieselsäure; und/oder metallische Feinpulver, wie insbesondere Bronze und Wismut; und/oder Pigmente oder

Mischphasenoxidpigmente, wie insbesondere Co-Al, Cr-Sb-Ti, Co- Ti, Fe-Al oder Co-Cr.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Anteil der weiteren tribologisch wirksamen Stoffe 0 Gew.-% bis 40 Gew.-%,

insbesondere 1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, insbesondere 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, insbesondere 5 Gew.-% des Gleitmaterials beträgt.

Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung von

Schichtsilikaten, insbesondere Kaolin und/oder Wollastonit und /oder Talkum, und/oder Festschmierstoffen, insbesondere BaSo ₄ und/oder ZnS . Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die

Polyamidbasis 50 Gew.- bis 95 Gew.-%, insbesondere 60 Gew.-% bis 95 Gew.-% und insbesondere 70 Gew.-% bis 90 Gew.-% des Gleitmaterials umfasst. Auf diese Weise können die

Eigenschaften des Polyamidmaterials das Gleitmaterial in hinreichender Weise beeinflussen.

Das Gleitmaterial kann dabei zur Herstellung eines

Gleitlagerverbundwerkstoffs dienen mit einer metallischen Stützschicht, insbesondere aus Stahl oder Bronze, optional mit einer porösen Trägerschicht, insbesondere aus Bronze und mit einem die Poren der Trägerschicht ausfüllenden Gleitmaterial der vorstehend beschriebenen Art. Hierzu wird das

Gleitmaterial mit seinen Füllstoffen in ein folienartiges Flachmaterial extrudiert und dieses Flachmaterial wird auf eine metallische Stützschicht aufgebracht, bzw. in die Poren der porösen Trägerschicht einimprägniert, wobei hierfür vorzugsweise ein Heißpressprozess und/oder ein Walzvorgang eingesetzt wird.

Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch einen

dreidimensionalen Formkörper zur gleitenden Beanspruchung bestehend aus einem Gleitmaterial der vorstehend beschriebenen Art, der insbesondere als Spritzguss- oder Extrusionsteil hergestellt ist. Der Formkörper kann darüber hinaus an ein Trägerteil aus einem anderen Material angefügt, insbesondere an dieses angespritzt sein. Es sind aber auch mechanische oder andere Stoffschlüssige Verbindungsarten denkbar. Ebenfalls sind additive Fertigungsverfahren denkbar, mit denen der Formkörper hergestellt werden kann.

Der Gleitlagerverbundwerkstoff oder der dreidimensionale

Formkörper können als Gleitlagerelement eingesetzt werden, wobei ein Gleitlagerelement beispielsweise eine Gleitleiste, ein Gleitschuh, ein Gleitkissen sowie eine Gleitlagerschale, eine Gleitlagerbuchse oder eine Gleitlagerbundbuchse sein kann. Bei einem Gleitschuh oder einer Gleitleiste betragen die Abmessungen des Formkörpers in jeder Dimension mindestens 1 mm, insbesondere mindestens 2 mm und weiter insbesondere mindestens 5 mm oder mindestens 6 mm. Selbstverständlich können die Abmessungen demgegenüber auch sehr viel größer sein. Grundsätzlich sind auch Schalenformen, wie insbesondere Kugelschalenformen, Buchsen- oder Bundbuchsen sowie weitere Bauteile bei der Verwendung des Formkörpers denkbar.

Bei Gleitelementen kann es sich darüber hinaus auch um

typischerweise gerollte zylindrische Buchsen oder

halbschalenförmige Gleitlagerelemente handeln, die mit dem Gleitlagerverbundwerkstoff hergestellt werden. Der

Gleitlagerverbundwerkstoff kann auch zur Herstellung von

Bundbuchsen oder Topfbuchsen oder ebenen und sphärischen

Gleitlagerelementen eingesetzt werden.

Mischung A: 1,67 Anteile SnS ₂ zu

11 Anteilen Calciumphosphat zu

1 Anteil WS ₂

Die Verschleißwerte in μπι sind in der nachfolgenden Abbildung aufgetragen zusammen mit den Parametern der Messung:

200 Frequenz; 10 Hz

ISO Schwenkwinkel: 16 Grad

160 Last: 40 MPa

Prüfdau«r: 60 h

140

Temperatur: 120"C

120 Gegenkörper: 100Cr&

^' ω

100 Wellendurchmesser.20mm

o

w 80 gefettet

> 60

40

20

0

Referenz 10

Der Abbildung kann entnommen werden, dass die Zugabe von

Füllstoffen der Mischung A oder die Zugabe von Calciumphosphat zusammen mit WS ₂ bzw. die Zugabe von WS ₂ alleine als

beispielhaftes Metallsulfid die Verschleißwerte deutlich senkt und damit die Verschleißfestigkeit verbessert.

Die vorstehend dargestellten Beispiele 3 bis 10 stellen bevorzugte Zusammensetzungen des erfindungsgemäßen

Gleitmaterials dar, wobei die Polyamidbasis aus zwei

verschiedenen Polyamiden mit Schwerpunkt PA 4.6 sowie

teilweise PTFE gebildet ist und hierzu Anteile von 5 Gew.-% oder 10 Gew.-% einer Mischung A von Zinndisulfid,

Calciumphosphat und Wolframdisulfid im Verhältnis 5:33:3 Gew.- % zugegeben wurde sowie teilweise ein weiterer tribologisch wirksamer Stoff, wie beispielsweise 5 Gew.-% Bariumsulfat, Zinksulfid, Kaolin oder Talkum in den Beispielen 7-10. Eine alternative Zusammensetzung der Füllstoffe ist in den

Beispielen 3 und 6 gezeigt. Die Beispiele 1 bis 2 sind

Vergleichsbeispiele. Ein Gleitmaterial aus PA 4.6 ohne

Füllstoffe und weitere Bestandteile dient als Referenz.