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Verfahren zum Strangpressen in Längsrichtung gekrümmter Gegenstände
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gegenständen aus Poly- tetrafluoräthylenharzen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Strangpressen eines pastenförmigen Gemisches aus Polytetrafluor- äthylenharzteilchen und einem Strangpresshilfs- mittel und auf die Herstellung von in der Längs- richtung gekrümmten Gegenständen hieraus.
Wie bekannt, kann dem Polytetrafluoräthylen- harz (vertrieben unter der Handelsmarke "Teflon" durch E. I. du Pont de Nemours and
Company, Inc. ) ein Strangpresshilfsmittel zuge- setzt werden und es kann zu einem Rohform- ling mit pastenförmiger Konsistenz verdichtet werden. Dieser Rohformling kann dann in eine Kolbenstrangpressvorrichtung eingeführt und durch eine schmale Mundstücköffnung gepresst werden, um dünnwandige Profilstränge herzu- stellen. Dies ist das gegenwärtig angewandte
Verfahren'zur Erzeugung dünnwandiger Rohre aus dem obigen Harz.
Wenn Rohre auf diese Weise hergestellt und nachher gesintert werden, sind sie noch sehr biegsam. Wie es jedoch bei Rohren im allgemeinen der Fall ist, hat ein gegebenes Rohr mit bestimmten Durchmesser und bestimmter Wandstärke einen Mindestkrümmungs. radius, bei dessen Unterschreitung die Wände des Rohres zusammenbrechen. Z. B. hat ein nach dem obigen Verfahren hergestelltes Rohr mit einem Innendurchmesser von 22 mm und einem Aussendurchmesser von 26 mm einen Mindestkrümmungsradius von annähernd 187 mm, gemessen bis zur Innenfläche des gekrümmten Rohres.
Wenn der Versuch gemacht wird, ein solches Rohr noch enger zu krümmen, wird die Rohrwand zusammenbrechen, wenn nicht irgend eine innere Stütze vorgesehen ist. Für gewisse Anwendungen ist es jedoch wünschenswert, ein solches Rohr zu engeren Figuren zusammenzubiegen.
Die Aufgabestellung ist nicht auf Rohre beschränkt, sondern tritt auch auf, wenn versucht wird, andere Arten von dünnwandigen Profilsträngen zu biegen. Als Beispiel sei die Herstellung eines gekrümmten Streifens mit rechteckigem Querschnitt angeführt, dessen grössere Abmessung in der Krümmungsebene liegt. Bei diesem Fall würde ein übermässiges Biegen eine
Verwerfung des Materials verursachen.
Gemäss der Erfindung wurde ein Verfahren zum Strangpressen in Längsrichtung gekrümm- ter Gegenstände aus Polytetrafluoräthylenharz mit gleichförmigem Querschnitt gefunden, wo- durch sie Krümmungen von viel engerem oder kleinerem Radius annehmen können. Im wesent- lichen besteht die Erfindung darin, dass vorbe- stimmte, verschiedene Bereiche eines Presszylin- ders mit Teilstücken aus dem genannten Harz gefüllt werden, denen gleichmässig, jedoch in verschiedenen Konzentrationen ein Strangpress- hilfsmittel beigefügt ist, wobei diese Konzentra- tionen in unsymmetrischer Anordnung um die
Achse des Presszylinders verteilt sind, dass die genannten Gemische gleichzeitig durch die vor ihnen liegenden Bereiche des Pressmundstückes ausgepresst werden, um einen einheitlichen Gegenstand mit Längskrümmung zu formen, und dass dieser Gegenstand hierauf mit Wärme behandelt wird,
um das Strangpresshilfsmittel auszutreiben und das Harz zu sintern.
Als weiterer Teil der Erfindung sind Rohformlinge von neuartigem Aufbau und neuartiger Zusammensetzung, die nach einem neuartigen Formungsverfahren hergestellt werden, vorgesehen.
Die Erfindung kann an Hand der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung besser verstanden werden, in der Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kolbenstrangpressvornchtung zum Pressen von Rohren vor dem Beginn des Kolbenhubes ist, Fig. 2 ein Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1 ist, der den Querschnittsaufbau des Rohformlings zeigt, Fig. 3 eine schematische Darstellung der Kolbenstrangpressvorrichtung nach Fig. 1 ist, wobei sich der Kolben in einer Zwischenstellung seines Hubes befindet und die Herstellung eines Strangpresserzeugnisses mit ihm eigener Krümmung zeigt, wie es gerade das Pressmundstück verlässt, und Fig. 4 eine vorzugsweise Abänderung des Rohformlings zeigt, die bei der praktischen Anwendung der Erfindung verwendet werden kann.
Bezugnehmend auf die Zeichnung zeigen nun die Fig. 1 und 2 schematisch die wesentlichen
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Einzelteile einer Kolbenstrangpressvorrichtung und den dabei verwendeten Rohformling. Der Presszylinder ist mit 10 bezeichnet. Ein Mund stück 12 mit zylindrischer Bohrung oder Öffnung 14 ist am offenen Ende des Zylinders 10 befestigt. Ein zylindrischer Kernbolzen oder Dorn 16 wird mit Hilfe nicht gezeichneter Mittel konzentrisch zur Bohrung 14 gehalten. Der Kolben ist mit 18 bezeichnet und mit einer konischen Fläche 20 versehen, die in die konische Eintrittsfläche 22 des Mundstückes 12 passt.
Der Kolben 18 ist auf den Kembolzen 16 aufgeschoben und wird durch auf der Zeichnung nicht dargestellte übliche Mittel in axialer Richtung angetrieben.
Fig, 1 zeigt die Strangpressvorrichtung bereits mit einem hohlzylindrischen Rohformling 24 gefüllt, unmittelbar vor der Vorwärtsbewegung des Kolbens. Es wird darauf hingewiesen, dass Mittel vorgesehen sind, um den Kolben vom Boden der Kammer 10 abzuheben oder in anderer Weise die Einbringung des Rohformlings 24 zu ermöglichen. Zu diesem Zweck kann der Rohformling der Länge nach in die beiden Hälften 26 und 28 geteilt werden, wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist.
Bei der Herstellung von geraden Rohrstücken durch die obige Vorrichtung kann die Mischung für den Rohformling gemäss der USA-Patentschrift Nr. 2, 752, 321, die ein Verfahren zur Herstellung einer Mischung aus Schmiermittel und einem Polymeren beschreibt, zubereitet werden. Die Mischung, wie sie dort angeführt ist, ist' folgende :
EMI2.1
<tb>
<tb> Teile <SEP> :
<SEP>
<tb> "Teflon" <SEP> TetrafIuoräthylenharz..., <SEP> 81, <SEP> 0 <SEP>
<tb> V. <SEP> M. <SEP> P. <SEP> Naphtha <SEP> (spez. <SEP> Gewicht <SEP> 0, <SEP> 74, <SEP>
<tb> Siedebereich <SEP> 900-1700 <SEP> C)....... <SEP> 17, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Chromgelb-Pigment)......... <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP>
<tb> "VistanexJl <SEP> Yolyisobutylen-Verdicker. <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 100, <SEP> 0 <SEP>
<tb>
Il Medium Y-469-DR der Pigmentabteilung der E. I. du Pont de Nemours Se Company, Ine.
(In der obigen Formel ist "Vistanex"die ein- getragene Handelsmarke der Enjay Company für ihr hochmolekulares Kohlenwasserstoffpolymeres von Isobutylen.)
Das V. M. P. Naphtha wird dann, nachdem es durch den Polyisobutylen-Verdicker eingedickt wurde, mit dem Harz vermischt, indem es in einem geschlossenen Behälter eine kurze Zeit- spanne hindurch, etwa 10-15 Minuten lang, ge- schüttelt wird. Das Gemisch wird dann in eine zylindrische Form gegeben. Ein Druck von 3, 5 bis 7 kg/cm wird ausgeübt, um das Gemisch zu einem Rohformling zu verdichten. Dieser kann sodann mit einer Rasierklinge od. dgl. in zwei Teile zerschnitten werden oder es kann statt dessen die Pressform mit einer Trennungswand ausgestattet sein, um die beiden Hälften zu bilden.
Wenn ein in der eben beschriebenen Weise hergestellter Rohformling in die Strangpressvor- richtung eingebracht und durch den Kolben durch das Mundstück ausgepresst wird, wird die
Masse in Form eines geraden Rohres austreten.
Das Strangpresserzeugnis wird etwas zerbrech- lich und faserig sein. Es muss dann auf eine ge- eignete Temperatur erhitzt werden, um das
Strangpresshilfsmittel auszutreiben, das in diesem
Fall Naphtha und Vistanex"ist. D'ie angewen- dete Temperatur kann in der Grössenordnung von 150 C liegen. Nach dem Austreiben des
Strangpresshilfsmittels muss das Rohr bei der
Sintertemperatur des Harzes gesintert werden, die bei etwa 3700 C liegt. Soweit ist das Ver- fahren ganz das übliche für das betreffende
Harz und bildet keinen Teil der vorliegenden
Erfindung.
Man bemerkt, dass in der obigen Formel die
Konzentration des Strangpresshilfsmittels angenähert 17010 des gesamten Gemisches beträgt.
Es wurde entdeckt, dass sich, wenn der Roh- formling durch Änderung der Konzentration des
Strangpresshilfsmittels auf einer Seite abgeän- dert wird, ungewöhnliche Ergebnisse zeigen. Als ein Beispiel der Erfindung kann, statt dass beide Teile 26 und 28 der Fig Z mit einem gemäss der obigen Formel zubereiteten Gemisch geformt werden, ein Rohformling mit einer Hälfte - etwa 26-hergestellt werden, die wie oben 17 /o Strangpresshilfsmittel enthält, wogegen die andere Hälfte, 28, mit einer erhöhten Menge Strangpresshilfsmittel versehen werden kann, z. B. in der Grössenordnung von 190/0. In beiden Fällen ist das Strangpresshilfsmittel in der betreffenden Hälfte gleichmässig durch das Harz verteilt.
Wenn dieser Rohformling durch den Kolben durch das Pressmundstück getrieben wird, wird das entstehende Rohr gekrümmt austreten, wie bei 30 in Fig. 3 gezeigt ist. Es wurde festgestellt, dass das Material, das den höheren Gehalt an Strangpresshilfsmittel aufweist, die Aussenseite der Krümmung bildet, wogegen das Material mit dem geringeren Schmiermittelgehalt die Innenseite der Krümmung bildet.
Mit einem 1/2-17 /o : 1/2-19"/o Rohformling, wie oben, wurde ein Rohr, das eine Wandstärke von etwa 1, 5 mm und einen Innendurchmesser von etwa 9, 5 mm aufwies, mit einem Krümmungsradius von 89 bis 102 mm gepresst.
Obwohl befriedigende Ergebnisse erzielt wurden, indem ein in gleichgrosse Hälften geteilter Rohformling bei der Herstellung von Rohren mit kleinem Durchmesser verwendet wurde, erwies sich dies als nicht befriedigend für Rohre von 25 mm Durchmesser und darüber. Es wurde stattdessen ein Rohformling zubereitet mit einem Teil, der 7/8 des ganzen Körpers oder 3150 dem Bogen nach ausmacht, und einem anderen Teil, der nur aus 1/8 bestand, d. h. einem "Keil" mit einem Bogen von 45 .
Aus Gründen der Bequemlichkeit und An-
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passungsfähigkeit wurden nur zwei Pressformen für die Rohformlinge verwendet. Eine Pressform war so gebaut, dass sie einen vollständigen Hohl- zylinder herstellte, aus dem mit einer Rasier- klinge oder einem ähnlichen scharfen Gerät ein
Sektor oder "Keil" von gewünschter Grösse und Öffnung entfernt wurde. Damit wurde ein erster
Rohformling, wie z. B. Teil 32 in Fig. 4, her- gestellt, aus dem ein Sektor mit einem Bogen von 450 entfernt wurde (siehe Ausschnitt 34).
Die zweite Pressform wurde entsprechend bemessen, um einen dazu passenden "Keil" mit einem Bogen von 221/2'zu liefern, aus dem die Teile 36 und 38 der Fig. 4 hergestellt wur- den. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wurden zwei solche "Keile" verwendet, um den 450igen Ausschnitt 34 im Hauptteil 32 auszufüllen. Wie aus dem folgenden hervorgeht, kann es in gewissen Fällen wünschenswert sein, nur einen "Keil" von 221/20 in einem Ausschnitt von 221/20 zu verwenden. In weiterem Sinne wird daher aus dem Teil 32 der Fig. 4 ein Sektor mit. einem Bogen von nx herausgenommen, wobei n eine positive ganze Zahl ist, 1 eingeschlossen und x die Winkelöffnung eines zugehörigen "Keils" ist.
Es war auch notwendig, die Formeln etwas abzuändern, um beim neuen Durchmesser von 25 mm denselben Krümmungsradius beizubehalten, d. h. zwischen 89 und 102 mm. Es wurde daher der in der Zeichnung mit 32 bezeichnete 7'-Ausschnitt aus einem zo Naphtha- "Vistanex"enthaltenden Gemisch geformt, wogegen die Ausschnitte 36 und 38 aus einem 200/0 Strangpresshilfsmittel enthaltenden Gemisch geformt wurden.
Um ein gekrümmtes Strangpresserzeugnis herzustellen, darf zumindest über einen Teil des Rohformling ; keine Symmetrie um die Achse, in deren Richtung er verpresst wird, vorliegen, d. h. der Rohformling muss auf einer Seite einer gegebenen Trennungsebene mehr Strangpresshilfsmittel enthalten als auf der anderen.
Das hier geoffenbarte Verfahren besitzt unzählige Variationen, von denen nur ein paar Beispiele gebracht wurden. Die durchwegs in dieser Beschreibung gemachte Annahme ist, dass das gesamte Strangpresserzeugnis gekrümmt sein soll und sich daher der "Keil" des Rohformlings über seine ganze Länge erstreckt. Selbstverständlich könnte der "Keil" in der Länge örtlich be- schränkt sein, in welchem Falle ein Teil des Strangpresserzeugnisses gerade und ein Teil ge-
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Auf Grund der äusserst starken Flüchtigkeit des Naphthas in der obigen Formel ist es ziemlich schwierig, die Krümmung des Enderzeugnisses zu regeln. Wo wiederholbare Ergebnisse erwünscht sind, wird ein weniger flüchtiges Strangpresshilfsmittel vorgezogen. Ein solches, bei dem gefunden wurde, dass es die erforder- lichen Eigenschaften besitzt, ist ein Weissöl mit einem spezifischen Gewicht zwischen 0, 775 und 0, 785 bei 15, 50 C, das unter der Handelsmarke "Deobase" von L. Sonneborn Sons, Inc. vertrieben wird.
Es folgen drei verschiedene Gemische, die ausgezeichnete Ergebnisse geliefert haben :
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<tb>
<tb> Gemisch <SEP> A <SEP> Gemisch <SEP> B <SEP> Gemisch <SEP> C
<tb> "Teflon" <SEP> - <SEP> TE-3086 <SEP> 89, <SEP> 8 <SEP> g <SEP> 90, <SEP> 8 <SEP> g <SEP> 122, <SEP> 5 <SEP> g <SEP>
<tb> Russ <SEP> 0, <SEP> 09 <SEP> g <SEP> 0, <SEP> 09 <SEP> g <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> g <SEP>
<tb> "Deobase"-Öl <SEP> 24,3 <SEP> cm2 <SEP> 23,1 <SEP> cm3 <SEP> 28,9 <SEP> cm3
<tb>
Die Gemische A, B und C enthalten ange- nähert 17010 bzw. 16"/o und 15 /o (Gew.-0/o)
Strangpresshilfsmitttel.
Das bevorzugte Verfahren besteht darin, die gewünschte Menge Teflonpulver auszuwiegen und durch ein Sieb mit einer lichten Maschen- weite von 2 mm zu sieben. Der Russ wird hin- zugefügt. Es wird geschüttelt, bis der Russ gut verteilt erscheint, und nochmals gesiebt. Hierauf wird das Deobase"-l in Portionen zu 10 cm3 unter Verwendung einer Bürette oder eines ähn- lichen Gerätes hinzugefügt, indem es auf das
Gemisch aufgebracht und dieses nach jeder Zu- gabe kräftig geschüttelt wird. Es wird nochmals gesiebt, um geballtes"oder krümeliges"Ma- terial abzutrennen, das überschüssiges öl ent- hält. Dieses "geballte" Material wird mit sanf- tem Druck durch das Sieb gepresst, wobei darauf zu achten ist, dass das Schmieren auf ein Min- destmass herabgedrückt wird.
Die Masse wird dem ursprünglichen Gemisch beigefügt. Schliesslich wird das Gemisch durchgeschüttelt, um ein Vermengen des Materials zu gewährleisten. Dieses Material kann dann durch einen Druck von 0, 7 bis 3, 5 kg'cm2 zum gewünschten Rohformling verdichtet werden.
Ein Rohr mit einem Krümmungsradius von 89 mm, einem Innendurchmesser von angenähert 25 mm und einer Wandstärke von etwa 1, 6 mm wurde aus einem Rohformling gepresst, in welchem der grössere Teil 1ie oder 337Va des Kör- pers ausmachte und aus Gemisch A hergestellt war, wogegen der "Keil" 1116 oder 221120 des Körpers ausmachte und aus Gemisch B hergestellt war.
Beim Verpressen eines Rohformlings, der einen grösseren Ausschnitt von 7/8 oder 315 aus Gemisch A und einen "Keil" von 1/8 oder 45 aus Gemisch C aufwies, durch ein Mundstück, um ein Rohr von 38 mm Innendurchmesser und 1, 6 mm Wandstärke herzustellen, ergab sich ein Strangpresserzeugnis mit einem Krümmungsradius von 102 mm. Bei gleichem Aufbau und gleicher Zusammensetzung ergab der Rohformling beim Verpressen durch ein 51 mm-Mundstück ein Strangpresserzeugnis mit einem Krümmungsradius von 114 mm.
Die richtige Nachbehandlung der aus den obigen Gemischen A, ss und C hergestellten Strang-
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presserzeugnisse umfasst das Erhitzen der Erzeugnisse auf einer passenden Unterlage in einem Luftkreislaufofen auf etwa 70 C durch 3 Stunden hindurch, wobei der Ofen häufig durchgeblasen oder abgesaugt werden soll, um Dämpfe zu entfernen. Hierauf sollte die Temperatur durch angenähert 15 min auf etwa 4000 C erhöht werden. Nach Ablauf dieser Zeit werden die Strangpresserzeugnisse, aus dem Ofen genommen und mit Wasser abgekühlt.
Bei allen angeführten Beispielen muss das Schrumpfen des Polytetrafluoräthylenharzes beim Sintern entsprechend berücksichtigt werden. Dieses kann 30 /o oder 40 /o in Pressrichtung und etwa 50/0 in Querrichtung betragen.
Es wurden hier nur einige Beispiele zur Erklärung der Erfindung angegeben. Selbstverständlich kann die Grösse des "Keils" bei irgendeinem gegebenen Rohformling als auch der relative Prozentgehalt an Strangpresshilfsmittel variiert werden. Als allgemeine Regel ist es jedoch ratsam, bei Verwendung von Naphtha den Anteil des Strangpresshilfsmittels auf 140/0 bis 220/0 zu beschränken. Bei Verwendung von
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nen Grenzen neigt das Strangpresserzeugnis zu tinem groben, gerillten oder faserigen oder in anderer Weise nicht zufriedenstellenden Aufbau.
Der Russ, wie er in den Gemischen A, B und C verwendet wird, ist ein Strangpresshilfs-
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zelheiten über seine Anwendung und Wirkung auf das Gemisch können in der USA-Patentschrift Nr. 2, 752, 637 gefunden werden.
Es können auch andere Strangpresshilfsmittel
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Zähigkeit sollte im Bereich von 3 bis 5 Zentipoise liegen. Dies gilt auch für die Naphtha- "Vistanex"-Lösung und das Öl, wie sie in den obigen Formeln verwendet wurden.
Obwohl die Erfindung unter Anwendung der Herstellung eines Rohformlings aus Harz und Strangpresshilfsmittel beschrieben wurde, muss dieser Rohformling nicht wesentlich sein. Wenn die zum gekrümmten Strangpressen erforderlichen getrennten Gemische durch mehrfache Zuführungseinrichtungen od. dgl. direkt in verschiedene Bereiche des Presszylinders eingebracht werden, kann die Herstellung eines Rohformlings in gewissen Fällen entfallen.
Das beschriebene Verfahren gemäss der Erfindung ergibt nach dem Sintern einen Gegen-stand, der praktisch spannungsfrei und in seinen Abmessungen stabil ist.
Aus der obigen Beschreibung ist zu ersehen, dass auch konische Rohformlinge in bekannter Weise verwendet werden können und dass die
Erfindung einer weitgehenden Um- und Ab- änderung fÅahig ist. Die vorstehende Beschrei- 'bung darf daher nicht so aufgefasst werden, dass sie die Erfindung, wie sie in den Patentan-
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PATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zum Strangpressen in Längsrich- tung gekrümmter Gegenstände aus Polytetra- fluoräthylenharz mit gleichförmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass vorbestimmte, ver- schiedene Bereiche eines Presszylinders mit Teil- stücken aus dem genannten Harz gefüllt wer- den, denen gleichmässig, jedoch in verschiedenen
Konzentrationen ein Strangpresshilfsmittel beige- fügt ist, wobei diese Konzentrationen in un- symmetrischer Anordnung um die Achse des
Presszylinders verteilt sind, dass die genannten
Gemische gleichzeitig durch die vor ihnen lie- genden Bereiche des Pressmundstückes ausge- presst werden, um einen einheitlichen Gegen- stand mit Längskrümmung zu formen, und dass dieser Gegenstand hierauf mit Wärme behandelt wird, um das Strangpresshilfsmittel auszutreiben und das Harz zu sintern.