Härtbare Mischung zum Erzeugen von festen, trocken schmierenden Filmen auf Werkstoffoberflächen, die einer Reibung unterworfen sind
Die vorliegende Erfindung betrifft eine härtbare Mischung zum Erzeugen fester, trocken schmierender Filme auf Werkstoffoberflächen, speziell Metalloberflächen, die einer Reibung unterworfen sind.
Diese Filme sollen als abriebfeste, trockeneDauerschmierung besonders für mechanische Teile dienen, die nicht zu einem geschlossenen Schmiersystem gehören, und gleichzeitig diese Teile vor Korrosion schützen.
Bekanntlich stellt die Schmierung von Werk stoffoberflächen, zum Beispiel von Metallteilen, die einer Reibung unterworfen sind, ein heikles Problem dar, wenn dieselben nicht in einem geschlossenen Schmiersystem angeordnet werden können und gleichzeitig eine starke Verschmutzungsgefahr der Teile durch grössere Partikel, wie Erde, Sand, Späne und dergleichen, besteht. Da derartige Partikel auf einem üblichen Schmierfilm leicht kleben bleiben, so würde hierdurch infolge Verkratzung durch die haftenden Partikel eine raschere Abnützung der Gleitflächen als ohne Schmierung stattfinden, und man musste daher bisher in solchen Fällen auf eine Schmierung verzichten.
Dieser Fall liegt beispielsweise bei gewissen Waffenteilen, wie Patronenhülsen, Patronengurten, speziell von Flabgeschützen, Geschützverschlüssen, gleitende Flächen aller Art an Geschützen usw. vor, wo die betreffenden Teile beim militärischen Gebrauch häufig mit sandigem oder erdigem Grund in Kontakt kommen. Trotzdem durch Schmierung bedeutend verbesserte Schusskadenzen möglich sind, musste hier aus den oben erwähnten Gründen bei der feldmässigen Benützung von der Verwendung üblicher Schmiermittel abgesehen werden.
Es wurde nun gefunden, dass es möglich ist, diese Schwierigkeiten zu- überwinden, indem man auf die der Reibung unterworfene Werkstoffoberfläche die erfindungsgemässe Mischung auftragen und aushärten lässt. Diese Mischung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein feinverteiltes Sulfid eines Metalles der Gruppe VI des periodischen Systems, welches Sulfid in Form von Schichtgitterkristallen vorliegt, welche zum Beispiel dem hexagonalen System angehören können, und in welchen die von Metallatomen besetzten Gitterebenen zwischen von Schwefelatomen besetzten Gitterebenen liegen, in einem flüssigen bis zähflüssigen organischen Medium suspendiert enthält, welches mindestens ein härtbares Kunstharz enthält.
Gegenstand des vorliegenden Patentes ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen härtbaren Mischung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein feinverteiltes Sulfid eines Metalles der Gruppe VI des periodischen Systems, welches Sulfid in Form von Schichtgitterkristallen vorliegt, welche zum Beispiel dem hexagonalen System angehören können, und in welchen die von Metallatomen besetzten Gitterebenen zwischen von Schwefelatomen besetzten Gitterebenen liegen, zusammen mit einem flüssigen bis zähflüssigen organischen Medium, das mindestens ein härtbares Kunstharz enthält, in einer Misch- und Mahlvorrichtung bis zur völligen Benetzung der Metallsulfidteilchen bearbeitet, so dass eine homogene Suspension entsteht.
Das genannte Metallsulfid ist vorzugsweise Molybdändisulfid, wobei die Teilchengrösse zweckmässig 7 will nicht übersteigt. Ferner kann man auch Wolframdisulfid verwenden. Das Sulfid ist in der Mischung zweckmässig in Mengen zwischen 0,1 und 300 Gewichtsprozent härtbaren Kunstharzes anwesend.
Als härtbare Kunstharze eignen sich die nach dem Aushärten fest auf der Unterlage haftende, zähe Filme ergebenden Vertreter dieser Gruppe. Besonders gut eignen sich Epoxydharze, insbesondere Äthoxylinharze, zum Beispiel ein Kondensationsprodukt von 2,2'-bis-(p-Hydroxy-phenyl-propan und Epichlorhydrin oder härtbare Kondensate von Epichlorhydrin mit andern mehrwertigen Phenolen oder mehrwertigen Alkoholen, wie Glycerin oder Äthylenglykol. Indessen eignen sich auch die zur Lackherstellung geeigneten Typen der bekannten Formaldehydkondensationsharze, wie Phenol-, Kresol-Harn stoff- und Melaminharze, sowie ferner gewisse ungesättigte härtbare Polyester.
In gewissen Fällen kann als organisches Medium zur Herstellung der Metallsulfidsuspension ein unverdünntes härtbares Harz von flüssiger bis zähflüssiger Konsistenz dienen. Dies ist z. B. bei einigen Typen von Epoxydharzen mit honigartiger Beschaffenheit der Fall sowie speziell bei den Gemischen von flüssigen ungesättigten Polyestern aus Maleinsäureglykolester, Allyldiglykoläther usw. mit monomerem Styrol, die kalt oder bei mässiger Temperatur (80 bis 100"C) nach Zusatz organischer Peroxyde (zum Beispiel Benzoylperoxyd) aushärten und die im Handel unter Markennamen, wie Atlac , La minac > > , Paraplex , Selectron usw., erhältlich sind.
Meistens ist es indessen erforderlich, das härtbare Kunstharz mit einem geeigneten polaren organischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch zu verdünnen, bevor man darin das Sulfid suspendiert.
Solche Lösungsmittel sind zum Beispiel Alkohole, wie Äthanol, Isopropanol, n-Butanol, Diäthylenglykol, ferner Äthylenglykolmonoäthyläther (Cellosolve), Diäthylenglykolmonoäthyläther (Carbitol), Dioxan, Aceton, Methyläthylketon, Isophoron, Essigester, Äthylendichlorid und andere sowie Mischungen derselben. Man kann auch direkt die im Handel erhältlichen Kunstharzlacklösungen verwenden.
Beispiele solcher Lacklösungen für die vorzugsweise verwendeten Äthoxylinharze sind im Handel unter den Markennamen Aaraldit-Lack , Suparal Lack , Cat-A-Lac , Epon , C-8 , Devran usw. erhältlich. Diese Lacke können entweder durch Hitze oder durch Zusatz geeigneter Härter, insbesondere anorganische und organische Säuren und deren Anhydride kalt ausgehärtet werden. Die bekannte hohe Abriebfestigkeit, Zähigkeit, Biegefestigkeit, Haftfestigkeit und chemische Widerstandsfähigkeit der mit diesen Produkten erzielbaren Oberflächenüberzüge bleiben auch bei den mit den beschriebenen neuen Mischungen erhältlichen, trocken schmierenden Filmen auf der Basis von Sithoxylin- harzen im vollen Umfang erhalten, so dass man Schmierfilme von hervorragender Dauerhaftigkeit, auch unter grösster Beanspruchung erhält.
Beispiele von geeigneten Lacklösungen auf der Basis von härtbaren Phenoplasten sind Lösungen der sogenannten Resole in Alkoholen, Aceton oder Cellosolve, wie zum Beispiel Bakelit (eingetragene Marke), BV 1600 (Lösungsmittel Äthanol) oder Bakelit BV 17656 (Lösungsmittel Cellosolve), die bei 130 bis 1900 C ausgehärtet werden können. Man kann ferner auch von Novalacklösungen ausgehen, die durch Zusatz von Hexamethylentetramin in den härtbaren Resolzustand übergeführt werden können.
Als Lacklösungen auf der Basis von Aminoplasten kommen zum Beispiel alkoholmodifizierte Harnstofformaldehyd- und Melaminformaldehydvor kondensate, meist in n-Butanol gelöst, in Frage.
Diese Typen härten bei 120 bis 160 C aus; durch Zusatz saurer Härter kann die Härtungszeit und -temperatur herabgesetzt werden.
Um die gleichmässige Verteilung des Metallsulfides, zum Beispiel des Molybdändisulfides, zu fördern und die erhaltene Suspension zu stabilisieren, setzt man dem organischen Medium, in dem man das Sulfid suspendiert, zweckmässig ein Dispergiermittel zu. Letzteres ist vorzugsweise ein Alkalisalz einer höheren Fettsäure, zum Beispiel ein Alkalistearat oder -oleat, zu. Dieser Zusatz verbessert ausserdem auch noch die Schmiereigenschaften des aus dem erfindungsgemässen Gemisch erzeugten, gehärteten Films.
Beispiel 1
750 g Araldit-Lack ( Ciba ) (= Äthoxylin Klarlack), 235 g Molykote Z Mikrofein = Mo- Molybdänsulfidpulver (blättchenförmige, hexagonale Schichtgitterkristalle mit einer grössten Dimension von unter 7 und 15 g Natriumstearat werden zu sammen vermischt und in einer Kugelmühle bis zur vollständigen Benetzung der MoSO-Teilchen zu einer völlig homogenen Suspension nassgemahlen.
Die so erhaltene Suspension kann unbegrenzt lange gelagert werden. Falls man kleinere Teile nach einem Eintauchverfahren behandeln will, lässt sich die Suspension direkt anwenden. Zum Auftragen mit dem Pinsel oder der Spritzpistole muss man die Suspension indessen vorher mit einem geeigneten polaren organischen Lösungsmittel, zum Beispiel niedere Alkohole, Ketone oder Ester, oder einem Gemisch derselben bis zur richtigen, gut streich- oder spritzbaren Konsistenz, verdünnen. In jedem Fall wird der Film nach dem Verdunsten des Lösungsmittels bzw. Lösungsmittelgemisches durch Erwärmen gehärtet.
Beispiel 2
750 g Cat-A-Lac (Finch Paint and Chemical Company, Californien, USA) (= Xithoxylin-Klar- lack), 235 g Molykote Z Mikrofein = Molybdänsulfidpulver (blättchenförmige, hexagonale Schichtgitterkristalle mit einer grössten Dimension von unter 7 u) und 15 g Lithiumstearat werden zusammen vermengt und in einem Walzstuhl zu einer völlig homogenen Suspension verarbeitet.
Die erhaltene Suspension kann analog wie im Beispiel 1 verwendet werden, ausser dass vor dem Auftragen der Suspension zweckmässig ein saurer Härter zugesetzt wird und der Film nach dem Verdunsten des Lösungsmittels in der Kälte aushärten gelassen wird.
Die durch Auftragen und Aushärten der beschriebenen Mischung auf einer Reibung unterworfene Werkstoffoberflächen erzeugten trockenen Schmierfilme erlauben ein Trockenlaufen von mechanischen Teilen bei niedrigsten Reibungskoeffizienten, und zwar noch unter Flächendrucken, die dem Anwendungsgebiet der Hochdruckschmiermittel zuzurechnen sind. Die Nützlichkeit solcher Schmierfilme erhellt zum Beispiel daraus. dass ihre Anwendung bei Geschützen und Geschosshülsen eine Steigerung der Schusskadenzen um 25 o/o gestattet.
Die Filme, speziell diejenigen auf Athoxylinbasis, sind ferner hervorragend korrosionsbeständig gegen Lösungsmittel, Säuren und Basen, wie ausgedehnte Versuche bei Geschossen mit dem bekannten standardisierten Salzsprühversuch gezeigt haben. und können daher mit Vorteil die bisher für derartige Teile üblichen Korrosionsschutzmethoden, zum Beispiel Erzeugen galvanischer oder metalloxydischer Schutzschichten, ersetzen.
Wie oben erwähnt, ist das Anwendungsgebiet solcher Mischungen nicht auf die Waffentechnik beschränkt, sondern ist überall dort von Vorteil, wo gleitende Flächen nicht zu einem geschlossenen Schmiersystem gehören, so gewisse Teile zur Drehmomentübertragung von Flugzeugmotoren, bewegte mechanische Teile aller Art, wie zum Beispiel von Textilmaschinen usw.
Curable mixture for producing solid, dry, lubricating films on material surfaces that are subject to friction
The present invention relates to a curable mixture for producing solid, dry-lubricating films on material surfaces, especially metal surfaces, which are subject to friction.
These films are intended to serve as an abrasion-resistant, dry permanent lubrication, especially for mechanical parts that do not belong to a closed lubrication system, and at the same time protect these parts from corrosion.
It is well known that the lubrication of material surfaces, for example of metal parts that are subject to friction, is a tricky problem if the same cannot be arranged in a closed lubrication system and at the same time there is a strong risk of parts being soiled by larger particles such as earth, sand, Chips and the like. Since such particles easily stick to a conventional lubricating film, the sliding surfaces would wear more quickly than without lubrication as a result of scratching from the adhering particles, and lubrication has therefore hitherto had to be dispensed with in such cases.
This is the case, for example, with certain weapon parts, such as cartridge cases, cartridge belts, especially flab guns, gun breeches, sliding surfaces of all kinds on guns, etc., where the parts in question often come into contact with sandy or earthy ground during military use. In spite of the fact that significantly improved shot cadences are possible through lubrication, the use of conventional lubricants had to be dispensed with for the reasons mentioned above in the field use.
It has now been found that it is possible to overcome these difficulties by applying the mixture according to the invention to the material surface subject to friction and allowing it to harden. This mixture is characterized in that it is a finely divided sulfide of a metal from group VI of the periodic table, which sulfide is present in the form of layer lattice crystals, which can for example belong to the hexagonal system, and in which the lattice planes occupied by metal atoms between lattice planes occupied by sulfur atoms are suspended in a liquid to viscous organic medium which contains at least one curable synthetic resin.
The present patent also relates to a process for producing such a curable mixture, which is characterized in that a finely divided sulfide of a metal from group VI of the periodic table, which sulfide is in the form of layered lattice crystals, which can belong to the hexagonal system, for example , and in which the lattice planes occupied by metal atoms lie between lattice planes occupied by sulfur atoms, together with a liquid to viscous organic medium that contains at least one curable synthetic resin, processed in a mixing and grinding device until the metal sulfide particles are completely wetted, so that a homogeneous Suspension arises.
Said metal sulfide is preferably molybdenum disulfide, the particle size expediently not exceeding 7. Tungsten disulfide can also be used. The sulfide is expediently present in the mixture in amounts between 0.1 and 300 percent by weight of curable synthetic resin.
The representatives of this group, which form tough films and adhere firmly to the substrate after curing, are suitable as curable synthetic resins. Epoxy resins, in particular ethoxylin resins, for example a condensation product of 2,2'-bis (p-hydroxyphenylpropane and epichlorohydrin or curable condensates of epichlorohydrin with other polyhydric phenols or polyhydric alcohols such as glycerol or ethylene glycol, meanwhile, are particularly suitable The types of known formaldehyde condensation resins, such as phenol, cresol-urea and melamine resins, and also certain unsaturated curable polyesters, which are suitable for paint production, are also suitable.
In certain cases, an undiluted, hardenable resin with a liquid to viscous consistency can serve as the organic medium for the production of the metal sulfide suspension. This is e.g. B. the case with some types of epoxy resins with a honey-like nature and especially with the mixtures of liquid unsaturated polyesters from maleic acid glycol ester, allyl diglycol ether, etc. with monomeric styrene, which can be cold or at moderate temperature (80 to 100 "C) after the addition of organic peroxides (for Example benzoyl peroxide) and which are commercially available under brand names such as Atlac, La minac >>, Paraplex, Selectron etc. are available.
In most cases, however, it is necessary to dilute the curable synthetic resin with a suitable polar organic solvent or solvent mixture before suspending the sulfide therein.
Such solvents are, for example, alcohols such as ethanol, isopropanol, n-butanol, diethylene glycol, also ethylene glycol monoethyl ether (Cellosolve), diethylene glycol monoethyl ether (carbitol), dioxane, acetone, methyl ethyl ketone, isophorone, ethyl acetate, ethylene dichloride and other mixtures thereof. You can also use the synthetic resin lacquer solutions available on the market directly.
Examples of such paint solutions for the ethoxylin resins preferably used are commercially available under the brand names Aaraldit-Lack, Suparal Lack, Cat-A-Lac, Epon, C-8, Devran, etc. These paints can be cured cold either by heat or by adding suitable hardeners, in particular inorganic and organic acids and their anhydrides. The well-known high abrasion resistance, toughness, flexural strength, adhesive strength and chemical resistance of the surface coatings that can be achieved with these products are also retained in full with the dry lubricating films based on Sithoxylin resins available with the new mixtures described, so that lubricating films from excellent durability, even under the toughest conditions.
Examples of suitable lacquer solutions based on curable phenoplasts are solutions of so-called resols in alcohols, acetone or cellosolve, such as Bakelite (registered trademark), BV 1600 (solvent ethanol) or Bakelite BV 17656 (solvent cellosolve), which are available at 130 to 1900 C can be cured. It is also possible to start from Novalack solutions which can be converted into the hardenable resol state by adding hexamethylenetetramine.
For example, alcohol-modified urea-formaldehyde and melamine-formaldehyde pre-condensates, mostly dissolved in n-butanol, can be used as lacquer solutions based on aminoplasts.
These types cure at 120 to 160 C; By adding acidic hardeners the hardening time and temperature can be reduced.
In order to promote the uniform distribution of the metal sulphide, for example molybdenum disulphide, and to stabilize the suspension obtained, a dispersant is expediently added to the organic medium in which the sulphide is suspended. The latter is preferably an alkali salt of a higher fatty acid, for example an alkali stearate or oleate. This addition also improves the lubricating properties of the cured film produced from the mixture according to the invention.
example 1
750 g Araldit lacquer (Ciba) (= ethoxylin clear lacquer), 235 g Molykote Z microfine = Mo molybdenum sulfide powder (flaky, hexagonal layer lattice crystals with a largest dimension of less than 7 and 15 g sodium stearate are mixed together and in a ball mill until complete Wetting of the MoSO particles wet-ground to a completely homogeneous suspension.
The suspension obtained in this way can be stored indefinitely. If you want to treat smaller parts using an immersion process, the suspension can be used directly. For application with a brush or spray gun, however, the suspension must first be diluted with a suitable polar organic solvent, for example lower alcohols, ketones or esters, or a mixture of these to the correct consistency that is easy to paint or spray. In any case, the film is hardened by heating after the solvent or solvent mixture has evaporated.
Example 2
750 g Cat-A-Lac (Finch Paint and Chemical Company, California, USA) (= Xithoxylin clear lacquer), 235 g Molykote Z microfine = molybdenum sulfide powder (flaky, hexagonal layer lattice crystals with a largest dimension of less than 7 u) and 15 g lithium stearate are mixed together and processed in a roller mill to form a completely homogeneous suspension.
The suspension obtained can be used analogously to Example 1, except that an acidic hardener is expediently added before the suspension is applied and the film is allowed to cure in the cold after the solvent has evaporated.
The dry lubricating films produced by applying and curing the mixture described on material surfaces subjected to friction allow mechanical parts to run dry with the lowest coefficients of friction, namely under surface pressures that are attributable to the field of application of high-pressure lubricants. The usefulness of such lubricating films is evident from this, for example. that their use in artillery and projectile cases allows an increase in the rate of fire of 25%.
The films, especially those based on ethoxylin, are also extremely resistant to corrosion against solvents, acids and bases, as extensive tests on bullets with the well-known standardized salt spray test have shown. and can therefore advantageously replace the corrosion protection methods previously used for such parts, for example the production of galvanic or metal oxide protective layers.
As mentioned above, the field of application of such mixtures is not limited to weapons technology, but is advantageous wherever sliding surfaces are not part of a closed lubrication system, such as certain parts for the torque transmission of aircraft engines, moving mechanical parts of all kinds, such as Textile machines etc.