[发明专利]具有低热膨胀系数的树脂组合物和由其制备的制品

说明书

本申请要求2005年5月27日提交的美国专利申请No.60/685370的权益。

发明领域

本发明一般地涉及具有降低的热膨胀系数的树脂组合物。特别地，本发明涉及其中较低的热膨胀系数是通过向所讨论的树脂组合物添加和混合至少一种填料材料而实现的树脂组合物。本发明进一步涉及由此种具有降低的热膨胀系数的树脂组合物制备的制品。本发明也涉及制备此种制品的方法。

发明背景

密封环用于密封自动变速箱总成(AT)中的润滑油流体，其中涉及该设备中的旋转部件，例如在汽车发动机中。软铝合金被用于旋转轴和外壳从而使AT重量减轻。

密封环由聚合物树脂材料、金属等制造。例如，铸铁被广泛的应用于制造密封环，因为当AT被ATF(自动变速箱流体)完全润滑时铸铁表现出十分良好的滑动性能。但是，铸铁密封环可以很快地磨损旋转轴和外壳总成，因为其具有比用于AT的轻质铝合金更高的硬度。当AT在降低的ATF水平下运行时这个问题会进一步恶化。进一步的，铸铁是刚性材料。这在密封环安装时会遇到问题。而且，当ATF油压较低时密封效率会降低。

为了方便密封环安装或连接到AT上，对密封环进行切割产生切口，称作缝隙接头(gap joint)。当AT和ATF的温度升高时，密封环的热膨胀会关闭这个缝隙或切口。但是，由于该缝隙接头，密封性能可能会不一致。

聚四氟乙烯(PTFE)也用作密封环材料。由于PTFE是柔软的，所以在安装过程中其可能会引起拖阻(drag)并随后在环中导致破裂。另外，因为PTFE树脂特别地具有相对大的热膨胀系数，所以ATF渗漏量的变化也较大。进一步的，由于AT和ATF的温度升高，密封膨胀，引起压缩，导致蠕变变形(creep modification)。虽然密封环圆周可以增长相应的量以抵消蠕变变形，但密封环的外部尺寸会变得大于外壳的内径尺寸且环的配合不再保持紧密。

而且，当材料的硬度较低时，嵌入密封环中的固体外来物质会磨损配合材料。

聚酰亚胺树脂也被用作密封环材料。其物理力学性能尤其适合于形成缝隙接头。但是，虽然问题可能没有象PTFE那样严重，但ATF的渗漏速率随着热膨胀而变化。因此，密封性能受到损害。已经加入石墨或其他无机化合物以降低热膨胀系数，这有助于密封性能。但是，作为加入添加剂的后果，缝隙接头生成过程中的缺陷和降低的弯曲应变会损害密封性能。

本发明解决了这些问题。本发明的发明人已经发现了密封环材料的最优组合物，从而弯曲形变不会下降到低于足够的密封性能所要求的临界极限，且同时热膨胀系数也会降低以使得在宽温度范围内密封性能相对于常规密封环得到改善。特别地，本发明公开了添加剂石墨材料，该添加剂石墨材料的比表面积范围、特定颗粒尺寸和其在密封环材料中的重量百分比提供了由该材料制造的密封环的所需密封性能。

发明概述

本发明涉及一种组合物，该组合物包括：

(a)聚合物，选自由聚酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚酯酰胺酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚酰胺、液晶聚酯、聚甲醛、聚苯并咪唑、含氟聚合物、聚酰亚胺的共聚物、聚酯酰亚胺的共聚物、聚酯酰胺酰亚胺的共聚物、聚酰胺酰亚胺的共聚物、聚醚酮的共聚物、聚醚醚酮的共聚物、聚醚酮酮的共聚物、聚酰胺的共聚物、液晶聚酯的共聚物、聚甲醛的共聚物、聚苯并咪唑的共聚物、含氟聚合物的共聚物和它们的相容的共混物所组成的组；

(b)石墨添加剂材料，其中所述石墨添加剂材料具有范围在约1.0m²/g～约10m²/g的比表面积，其中所述添加剂材料具有小于约100微米的平均颗粒尺寸，其中所述石墨添加剂材料的颗粒具有圆形的形状，且其中所述石墨添加剂材料的重量百分比为所述组合物总重量的约35％～约70％；和

(c)任选的，选自由芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维、碳纤维及它们的混合物所组成的组的纤维，其中所述纤维的重量百分比是约0％～约10％。

本发明进一步涉及包含基质树脂材料的制品，所述基质树脂材料具有组合物，该组合物包括：

(a)聚合物，选自由聚酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚酯酰胺酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚酰胺、液晶聚酯、聚甲醛、聚苯并咪唑、含氟聚合物、聚酰亚胺的共聚物、聚酯酰亚胺的共聚物、聚酯酰胺酰亚胺的共聚物、聚酰胺酰亚胺的共聚物、聚醚酮的共聚物、聚醚醚酮的共聚物、聚醚酮酮的共聚物、聚酰胺的共聚物、液晶聚酯的共聚物、聚甲醛的共聚物、聚苯并咪唑的共聚物、含氟聚合物的共聚物和它们的相容的共混物所组成的组；