3 工程塑料轴承的性能凸显
多种因素决定了工程塑料轴承的性能,如散热性、抗压性、耐高温性、摩擦系数和耐磨损情况等。易格斯工程技术人员在研发的过程中,通过添加不同的原材料改善了上述性能,使得iglidur工程塑料更适合用于制造滑动轴承。实验表明:iglidur工程塑料轴承具有精度高、热膨胀系数低、吸水率低、高抗压应力和抗高蠕变应力等特点。
塑料基滑动轴承的突出优点是具有自润滑性。塑料属于高分子材料,它内部分子链很长,相互结合起来的高分子链之间有较强的结合力,不易被磨损分解。有些塑料由于独特的分子结构,使得其表面能很低,不易与其它材料粘附,摩察系数很低,当轴承材料与对磨面接触运动时,转移到对磨面上形成牢固转移润滑膜,这样摩擦副表面形成相同的材料体系,摩擦系数降低,耐磨性增强。为了能够实现稳定可靠的聚合物转移润滑膜,聚合物表面应该形成很薄的“剪切层”,该层内高分子排列有序,易于转移。一般情况下在剪切应力和温度的共同作用下,聚合物表面层是稳定的,否则当温度过高或应力过大时,该剪切层变厚,易于脱落,加速了磨损。因此使用塑料基滑动轴承的工作部位,其受力和温度都是有严格限制的,超出了一定的范围,轴承即在短时间内失效。聚合物转移膜有时会遭到破坏,当异物侵入或工作条件发生改变时,转移润滑膜出现部分变化,长期运转也可能发生氧化反应,这时聚合物分子的及时补充转移能修补破坏的润滑膜,使之表现为自修补性,达到长期工作的目的。
塑料的耐热性较差,塑料在高温环境中分子运动加剧,机械强度显著降低,当达到塑料的熔点温度时,塑料将被熔化,完全丧失功能。塑料导热率是金属的1/10,轴承滑动面上产生的摩擦热不能被及时散去,使热量在工作面上聚集,导致轴承温度上升,磨损增加。塑料的老化性能也是限制其应用领域的一个方面,在光、热和化学介质作用下,塑料内的高分子链出现断裂,使材料的性能下降,这种过程往往是缓慢的,但当受到强烈的红外线和紫外线照射时,老化过程加速,因而塑料基轴承不便暴露在外空间使用。PV值即塑料及有塑料覆盖层滑动轴承的干摩擦和油润滑极限,它决定材料的耐磨性即产品的寿命。PV值简略地表征轴承的发热因素,它与摩擦功率损耗成正比。PV值越高,轴承温升越高,容易引起边界油膜的破裂。PV值的大小与环境温度、材料、轴承的长度和壁厚、基座以及轴的材料等因素都密切相关。众所周知,工程塑料的导热性能很差,这也是设计师在设计工程塑料滑动轴承的首先遇到的障碍。PV值是衡量散热性的一个重要参数,它的值越高散热性越好。iglidur材料的PV值通常在0.3~1.5 N/mm2·m/s,产品均采用注塑工艺制造,可获得薄壁的结构,这非常有利于热量的散发。
塑料基轴承对化学介质的稳定性。该性能使它能适应干许多工作介质环境,在有酸、碱等腐蚀性介质的环境,金属轴承往往发生化学反应导致轴承副的过早破坏,不能正常发挥作用,然而塑料轴承中绝大多数品种不与化学介质发生化学反应,本身性能稳定,可以长期应用于这些环境。如聚四氟乙烯材料它是惰性材料,几乎不与所有物质发生化学反应,作为轴承能用在很广的介质环境中,是解诀腐蚀环境中轴承问题的优良材料,而且在湿度大、有泥浆污染的地方,塑料轴承同样可表现出良好的使用性能。金属基滑动轴承在湿度大的环境中发生电化学腐蚀,在表面产生锈蚀。当外界固体颗粒物侵入摩擦面后成为磨粒,破坏摩擦面,导致严重磨损。而塑料轴承不会囚为湿度大出现腐蚀,更不会影响对磨面,当有固体颗粒侵人后也易于镶嵌在较软的塑料基体内,不致出现严重的磨粒磨损。
作为运动的支撑件,必需有足够的承载力。塑料轴承有其白身的性能局限性。传统塑料的抗压强度较差,远不及金属材料。一般塑料机械强度较低,是金属的1/5左右,表面硬度和强度较差,不适用于高负荷的工作部件,当应力值超出塑料的许用值时,塑料轴承将被压溃,不能保持应有的形状和精度。随着新材料的不断出现,及多样性的填充材料的出现,这种担忧也将会逐步消除。易格斯工程塑料轴承,均由工程塑料为基料,加入加强纤维和固体润滑脂均匀混合而成。加强纤维提高了材料的整体强度,实现了高的抗压性,高散热性和抗蠕变力,同时其本身具有良好的摩擦性能。iglidur材料系列的抗压强度从18~150 MPa不等。易格斯还开发出了极限抗压强度达300 MPa的材料iglidur Z510。这些新材料的出现,极大地提高了工程塑料轴承的适应性。而固体润滑脂会在运行时减少摩擦。它由各种材料均匀混合,共同发挥作用,不会像其它传统表面涂层的轴套那样出现耐磨面脱落的情况。易格斯工程塑料滑动轴承具有精度高,热膨胀系数低、吸水率低、高抗压应力和抗高蠕变应力。
温度是另一个无法回避的难题,温度会大大影响塑料产品尺寸以及性能的稳定性。所有的塑料材料的尺寸都会随着温度的变化而变化。随着温度增加,其机械性能也在衰减。针对不同的温度要求,有相对应的材料满足要求。易格斯公司提供了相对应的材料,满足客户的不同要求。现在,易格斯材料最高耐温可以达到310℃。
塑料轴承的成型加工比较方便。塑料轴承由于形状简单,很容易通过注塑成型方法大批量生产,不但降低了制造成本,其产品的质量一致性也较易保证,与金属滑动轴承相比,成木费用降低许多,同时节约了能源。通过塑料成型工艺条件的严格控制,可以直接生产出符合精度和形状要求的轴承,节约了后续加工工序。塑料轴承有较高的机械强度,可以用普通的机加工方法进行车、钻、铣、磨等加工得到不同的形状。
塑料轴承的性能决定了它的应用。为了改善塑料的性能不足,可以通过各种方法对塑料进行改性,它是利用物理或化学方法,提高塑料某种性能的重要手段。常用物理共混改性,利用机械方法把某些功能物质添加到塑料内部,可以明显改善塑料的润滑性、耐磨性、导热性和抗辐射性,拓展塑料轴承的使用范围,提高轴承性能。不同材料的改性方法不同,效果也相差较大,这是塑料轴承性能差别的内在原因。