新開發之高負荷、耐磨耗、高散熱性之精密輸送機構關鍵零組件材料

刊登日期:2017/2/13
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NTT 公司正在進行鋁合金與PPS( 聚對苯硫醚;聚亞苯基硫醚,縮寫為PPS (Polyphenylene Sulfide, 是分子中含有對亞苯基硫醚重複結構單元的聚合物,是一種新型功能性工程塑料) 的高負載用金屬與樹脂複合材料開發。這個複合材料的主要功能在於高彈性、抗疲勞摺動性與高導熱性,透過PPS聚對苯硫醚的導入,可以提高金屬與樹脂複合材料的彈性與抗疲勞摺動性,而鋁基材則可提供高導熱性。該公司所開發出來的鋁合金與PPS( 聚對苯硫醚) 複合材料在比強度、耐磨性上都比原來商用材料高出許多。由於鋁合金與PPS( 聚對苯硫醚)複合材料還有另一個相當重要的特性,就是可以應用在不需潤滑的使用環境中,例如醫療、看護設備與食品加工設備等等,未來NTT 公司期待能將此一鋁合金與PPS( 聚對苯硫醚)複合材料擴大到其他應用領域。

馬達的回轉運動與線性馬達的直線運動間的變換,是相當多產業都會應用到的送料機構,其中包含送料機構、食品加工設備、醫療級機械設備在運送機構使用的相當廣泛。尤其送料軸或給料機構與迴轉馬達或線性馬達的接合處,都需要將射出螺桿、螺帽、滑軌套筒與傳動機構(如馬達等)進行精密組裝。以往,都是使用銅合金的材質,但是必需在接合處塗佈潤滑劑以降低磨擦力。若只是使用樹脂材質,則在高溫與水中使用都會有一些限制。

未來如果能將送料機構的關鍵零組件材質改成現行NTT 所開發的複合材料,則有可能達到降低成本、低噪音、輕量化與小型化的可能,如此一來,才有機會能更廣泛的滲透與取代傳統的材料。NTT 公司目前已經將特殊PPS 商用樹脂複合材料搭配特殊氟樹脂與體潤滑劑,製成具有低噪音、輕量化並具有潤滑性的樹脂送料零組件商品(如螺帽、滑軌套筒等)。

NTT 公司所開發的PPS氟樹脂材料與一般市場汎用樹脂材料相比,除了具有優良的線性滑動特性外,更具有優良的三次元磨擦特性與耐衝擊性,因此,在使用壽命與穩定性上的特性表現相當優良。例如在血液透析或是洗腎透析設備中,透析幫浦所使用的氣壓式或液壓式的線性致動器、生物分析裝置的檢體自動運送與轉移的線滑軌等生物醫療應用;自動炸物機、製麵機的昇降部位的上昇送料與取料機構等食品應用;以及半導體製造設備與高精密電子顯微鏡等應用領域。

但特殊PPS 商用樹脂複合材料搭配特殊氟樹脂與體潤滑劑,製成具有低噪音、輕量化並具有潤滑性的樹脂送料零組件商品畢竟還是以樹脂材料為主,這種材料在各種輸送運動中的迴轉運動與線性運動,都難免會與其他零組件,如法蘭或是螺桿上的污染物相互磨擦,造成內部螺牙失去精準度,進而導致成品精度下降,因此,特殊PPS 商用樹脂複合材料搭配特殊氟樹脂與體潤滑劑,製成具有低噪音、輕量化並具有潤滑性的樹脂送料零組件商品只能使用在低負荷用途的應用環境。

然而,本次所發表的特殊PPS 商用樹脂與鋁合金複合材料搭配特殊氟樹脂與體潤滑劑,製成具有低噪音、輕量化、高潤滑性、高強度與耐磨擦的金屬樹脂複合零組件技術,將可以在提高樹脂強度,且不影響潤滑性與輕量化的情況下,同時提高耐磨耗性與使用壽命,這對於重負荷或是高扭矩的應用領域需求是相當重要的,在這樣的環境下,通常最容易磨損的地方就是送料零組件,如螺帽、滑軌套筒等等內、外螺紋與滑動磨擦的部份,因此,這些容易重覆磨損的部份,需要有特殊複合強化金屬來強化耐磨耗性。

NTN 的作法就是將特殊鋁合金製螺帽、滑軌套筒等等元件的內、外螺紋與滑動磨擦部份,經過特殊表面酸蝕,形成獨特的表面微結構,再將具有低噪音、輕量化、高潤滑性、高強度與耐磨擦的金屬樹脂複合PPS材料以射出成型的方法鍍在內外螺紋與滑軌的表面。如此一來,就有機會能夠達到重負荷的使用需求(軸向荷重1500N,靜態破壞強度為24000N),並且可以提高使用溫度1/4以上。這個新材料已經開始送料試驗與上線,以金屬樹脂取代傳統銅合金在迴轉送料機構與線上送料機構的關鍵零組件材將是指日可待。


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