CH543682A

CH543682A - Procédé de fabrication d'un élément autolubrifiant en matière plastique, pour utilisations non horlogères, et élément autolubrifiant obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé

Info

Publication number: CH543682A
Application number: CH839472A
Authority: CH
Inventors: Soder Robert
Original assignee: Ebauches Sa
Priority date: 1967-07-04
Filing date: 1967-07-04
Publication date: 1973-10-31
Also published as: CH533862A; CH948267A4

Description

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un élément autolubrifiant en matière plastique, pour utilisations non horlogères, et un élément autolubrifiant obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé.

La matière des éléments autolubrifiants, par exemple pour la réalisation de paliers, doit posséder les propriétés suivantes:
Son coefficient de frottement envers l'acier poli doit être faible.

Elle doit résister à l'usure mécanique et ne pas subir d'effets de fluage sous la pression et la température de service.

Elle doit posséder une haute stabilité dimensionnelle.

Elle ne doit pas provoquer de corrosion sur le métal avec lequel elle est en contact.

Elle ne doit subir aucun changement sous l'influence de températures pouvant varier, par exemple, de -20 à + SOC.

Enfin, elle doit permettre une fabrication en grande série et, notamment dans le cas où les éléments autolubrifiants sont moulés par frittage, elle doit être à même de supporter les opérations du frittage.

Certaines matières plastiques du commerce sont réputées pour leurs propriétés autolubrifiantes particulièrement favorables. C'est le cas, par exemple, des matières appartenant aux familles des polyamides (Nylon), des polyacétales (Derlin, marque déposée), et des polyfluorocarbones (Téflon, marque déposée).

Selon les procédés de fabrication connus, les éléments autolubrifiants peuvent être obtenus par usinage de la matière semi-ou vrée, se présentant sous forme de barres rondes, de tubes, de plaques ou autres. Ces éléments mécaniques peuvent également être obtenus par injection thermoplastique, du fait que les matières commercialisées susmentionnées possèdent, dans ce cas, sensiblement les mêmes propriétés que lorsqu'elles sont usinées.

La stabilité dimensionnelle dépend beaucoup de l'orientation moléculaire lors de l'extrusion ou du moulage de la matière ther moplastique semi-ouvrée; pour les éléments mécaniques obtenus par injection, cette orientation, non contrôlable, dépend de la construction du moule et des conditions de travail sur la machine à injecter (vitesse des cycles, vitesse de refroidissement).

Les conditions de résistance mécanique et de précision dimensionnelle exigées ne peuvent pas toutes êtres remplies par les matières plastiques commercialisées.

Leur défaut majeur réside dans leur faible résistance à la déformation plastique sous l'effet d'une pression constante, à savoir le fluage. La résistance au fluage baisse lorsque la température et la teneur en eau (hygroscopicité) de la matière augmentent.

Outre l'usinage et le moulage par injection, le moulage par frittage de poudre a également été utilisé pour la réalisation d'éléments autolubrifiants. Ce procédé est dérivé de la technique, connue de la métallurgie des poudres. Les éléments obtenus par moulage par frittage présentent, par rapport aux éléments obtenus par usinage ou par moulage injection, les avantages suivants:
Résistance à la compression supérieure, donc fluage plus faible.

Plus haute résistance à l'usure.

Plus faible hygroscopicité.

Plus grande précision dimensionnelle.

Plus faible dilatation thermique.

Densité plus forte.

En outre, ils permettent que des charges et additifs divers
soient aisément apportés à la matière pulvérulente de base.

Le but de la présente invention est de fournir un procédé de
fabrication d'un élément autolubrifiant dont les propriétés de ré
sistance à la compression, de résistance à l'usure, de précision dimensionnelle et de faible dilatation thermique soient encore amé
liorées.

Le procédé suivant l'invention est caractérisé par le fait qu'on
prépare un mélange homogène d'une poudre de base faite d'une
matière thermoplastique autolubrifiante non fibreuse, amorphe ou
cristalline, et d'une autre matière autolubrifiante, se présentant sous forme de fibres fines, constituant une charge de renforcement, et dont le point de fusion est supérieur à celui de la matière amorphe de base, puis agglomère ce mélange pulvérulent par frittage de manière que l'opération de frittage puisse s'effectuer sans que se produise une détérioration de la structure fibreuse de la charge.

L'élément obtenu par la mise en oeuvre de ce procédé est ca caractérisé par le fait qu'il est constitué par un aggloméré fritté contenant une matière thermoplastique de base, autolubrifiante, non fibreuse, amorphe ou cristalline, ainsi qu'une charge, elle aussi autolubrifiante, d'une matière se présentant sous forme de fibres fines, dont le point de fusion est supérieur à celui de la matière de base.

Il est à remarquer qu'on connaît des procédés de fabrication et des éléments autolubrifiants en matière plastique obtenus en préparant un mélange homogène d'une poudre de base faite d'une matière thermodurcissable amorphe et d'une matière thermoplastique autolubrifiante, se présentant sous forme de fibres fines constituant une charge de renforcement dont le point de fusion est supérieur à celui de la matière amorphe de base; selon ce procédé, on agglomère ce mélange pulvérulent par frittage sans détérioration de la structure fibreuse de la charge. La charge utilisée est un polyfluorocarbone ou des fibres de métal. On utilise en plus des charges amorphes, des sulfures métalliques de molybdène, du graphite et du plomb.

Dans le premier de ces procédés, il y a toujours un liant durcissable alors que, dans la présente invention, on utilise une matière thermoplastique autolubrifiante, sans liant, la liaison s'obtenant par la fusion de la matière plastique. En outre, dans ce procédé, il n'y a pas, à proprement parler, d'emploi de matière thermoplastique autolubrifiante se présentant sous forme de fibres fines constituant une charge de renforcement. En effet, l'amiante ou le métal peuvent certes se présenter sous forme fibreuse mais ne sont pas thermoplastiques autolubrifiants. Il est à remarquer que les métaux qui pourraient être autolubrifiants ne sont pas assez résistants, au point de vue mécanique, pour constituer une charge de renforcement.

On connaît également des éléments autolubrifiants en matière plastique pour utilisation en horlogerie obtenus en mélangeant de façon homogène deux matières thermoplastiques autolubrifiantes, des polyfluorocarbones, l'une jouant le rôle de matière de base et l'autre de charge.

Dans ce dernier procédé, il n'y a pas de matière fibreuse ou, si le liant devait être fibreux, la fibre en serait détruite par la fusion.

Dans un mode préféré de mise en oeuvre de la présente invention, on utilise, comme matière pulvérulente de base, non seulement une matière thermoplastique amorphe, mais encore une charge amorphe à laquelle est ajoutée la charge fibreuse.

Comme matière thermoplastique de base pulvérulente et amorphe, on peut utiliser les matières suivantes:
Polyamides (Nylons), à savoir les produits connus dans le commerce sous les noms de Zytel, Rilsan, Ultramid, Durethan,
Vestamid, Grilon, Grilamid, Technyl, etc. (marques déposées).

Polyacétales, à savoir les matières connues dans le commerce sous les noms de Delrin, Hostaform, Celcon, Duracon, etc.

(marques déposées).

Polyfluorocarbones, à savoir les matières connues dans le
commerce sous les noms de Téflon, Fluon, Hostaflon, Halon,
Kel-F, etc. (marques déposées), et
Polyimides, à savoir les matières connues dans le commerce sous les noms de Vespel, Polymer SP, etc. (marques déposées).

Les charges amorphes ajoutées à la matière thermoplastique de base pourront être les suivantes:
1. Matières inorganiques:
Sulfures, sélénures ou tellurures de molybdène,
tungstène, uranium, tantale, niobium, cadmium,
plomb; graphite.

2. Matières organiques:
Polyamides, polyacétales, polyfluorocarbones,
polyimides; Phthalocyanine.

3. Métaux autolubrifiants:
Argent, or, plomb, indium, cadmium, étain; amalgames.

4. Matières composites:
Métal (parmi ceux indiqués sous 1)/sulfure,
séléniure ou tellurure de métal; argent/sulfure,
séléniure ou tellurure de métal; argent/Téflon
(marque déposée) sélénure de tungstène.

Enfin, les charges fibreuses pourront être les suivantes:
1. Matières inorganiques:
Graphite en fibres.

2. Matières organiques:
Polyamides, polyacétales et polyfluorocarbones.

3. Métaux autolubrifiants:
Argent, or, plomb, indium, cadmium, étain, amalgames,
en fils fins ou whiskers (monocristals).

4. Matières composites:
Fibres de graphite, polyamides, polyacétales ou
polyfluorocarbones revêtues d'une couche des
métaux mentionnés ci-dessus ou d'une couche de
sulfures, sélénures ou tellurures de ces métaux.

Il est à remarquer que, grâce à la technique de revêtement anticorrosion par pulvérisation avec flamme, de même qu'au frittage par tourbillonnement (procédé Knappsack-Griesheim), une gamme étendue de matières thermoplastiques en forme de poudres fines calibrées se trouve actuellement dans le commerce.

Les charges à structure fibreuse ont l'avantage de conférer, même à des pourcentages relativement faibles, une amélioration sensible des valeurs mécaniques aux matières plastiques auxquelles elles sont ajoutées. Le graphite en fibres apporte en même temps, par sa structure, des surfaces de frottement lamellaires qui peuvent s'orienter dans le plan de la surface de frottement.

Le procédé de fabrication des éléments mécaniques autolubrifiants est mis en oeuvre de la façon suivante:
Un mélange très homogène entre poudre et fibres est réalisé en présence d'une phase liquide, sous l'action d'un agitateur à grande vitesse. Il est à remarquer que, pour obtenir un mélange homogène et stable entre poudres et fibres, il est nécessaire que la longueur des fibres soit adaptée au diamètre des particules de poudre.

En effet, des fibres trop longues risqueraient de s'agglomérer par enfeutrage et de se séparer de la poudre.

Après filtration et séchage, le mélange est prêt pour les opérations de frittage.

Le frittage s'effectue comme en métallurgie des poudres: le mélange sus-mentionné est pressé à froid ou à une température appropriée, pour assurer une liaison suffisante pour former un corps appelé préforme. Cette préforme, généralement une tablette, est réalisée dans un moule simple, dont la forme et les dimensions sont toutefois adaptées à la pièce que l'on désire obtenir.

La préforme est ensuite placée dans un moule chauffant, à haute pression. La température du moule et la pression exercée sur sa partie mobile sont réglées de telle manière que la matière plastique se fluidifie suffisamment pour garantir une imprégnation totale de la structure fibreuse de la charge de renforcement, tous les espaces autour des fibres devant être remplis par la matière plastique. Par un contrôle de densité, il est possible de constater un éventuel reste de porosité.

Grâce au fait que le point de fusion de la charge fibreuse est supérieur à celui de la matière de base, le frittage peut s'effectuer sans que la structure fibreuse de la charge soit détériorée.

Il est en effet important que la structure cristalline (orientation moléculaire due au filetage-étirage) de la matière fibreuse soit conservée, pour des raisons de résistance mécanique. L'emploi d'une matière fibreuse dont le point de fusion serait trop proche de celui de la matière de base conduirait à une température de frittage trop proche de ce point de fusion, ce qui risquerait de détruire cette structure cristalline.

Il est à remarquer que l'adhérence entre la matière thermo plastique de base et la charge ne pose pas de problème lorsqu'il s'agit de matières de la même famille. C'est le cas dans les exemples suivants: Polyamides/fibres polyamides; polyacétales/fibres polyacétales; etc. Ces matières étant de la même famille, elles conservent leur affinité réciproque.

Dans le cas de matières à base de polyamides additionnés de graphite-fibres, l'hétérogénéité des composants risque de compromettre l'adhérence mutuelle. Toutefois, comme le graphite est une matière facilement modifiable dans sa chimie de surface, il est possible de fixer à sa surface un finish qui assure une excellente adhérence. Un tel traitement peut influencer le coefficient de frottement. Ce finish pourra par exemple être constitué par l'un ou l'autre des produits suivants: bêta-(3,4-Epoxycyclohexyl éthyltriméthoxysilane, gamma-Glycidoxypropyl-triméthoxysilane, gamma-Aminopropyl-triéthoxysilane, N-bêta-(Aminoéthyl)-gam ma-aminopropyl-triméthoxysilane.

Exemple 1
350 g de produit de polycondensation du lauryllactame (polyamid 12) sont mélangés à 100 g de fibres fines à base de polyhexaméthylène adipamide (polyamid 6,6), et à 50 g de bisélénure de tungstène en poudre fine. (Les fibres titrent 2 à 3 deniers et sont coupées à 0,25-0,35 mm de long).

Le mélange de ces trois composants se fait en suspension dans de l'alcool éthylique à l'aide d'un mélangeur à grande vitesse.

Après filtration et séchage, on obtient une poudre à mouler prête à être façonnée par frittage. La température de frittage est de 190-200 C et la pression de 4 t/cm2.

Exemple 2
36 g de graphite en fibres, se présentant sous forme de feutre, sont mouillés à l'aide d'une solution de benzéne/phénylisocyanate 96/4% dans un vase hermétique, puis soumis pendant 24 heures à une température de 60-70 C.

Le graphite est ensuite séché à l'air à 120 C puis traité par un mélangeur à grande vitesse afin de réduire la longueur des fibres, celles-ci étant en suspension dans un liquide contenant eau et acétone 80/20%. Dans cette suspension, on ajoute après ce traitement 144 g de polyacétale en poudre fine (diamètre de particules max. 100 microns). Après un mélange intime on filtre et on séche.

Ce mélange est prêt pour le façonnage par frittage. La température de frittage est de 210 à 220 C et la pression de 3 t/cm2.

Exemple 3
300 g de polytétrafluor-éthylène en poudre fine sont mélangés à 60 g de fibres de graphite et à 40 g de poudre d'argent obtenue par précipitation chimique.

Les fibres de graphite ont été préalablement préparées dans un moulin-mélangeur afin de réduire la longueur des fibres (voir exemple précédent), le mélange s'effectuant en suspension dans de l'acool isopropylique.

Après filtration et séchage, on récolte une poudre apte à être frittée. Le frittage est opéré, après un préformage à froid sous une pression de 4 t/cm2, à 3800C sous une pression de 2 t/cm2.

Grâce au présent procédé, il est possible de fabriquer en grande série des éléments autolubrifiants possédant une grande résistance à la compression et au fluage, une grande stabilité dimen sionnelle, un faible coefficient de frottement, une résistance exceptionnelle à l'usure et de très faibles tensions internes.

Claims

REVENDICATIONS

I. Procédé de fabrication d'un élément autolubrifiant en matière plastique, pour utilisations non horlogères, caractérisé par le fait qu'on prépare un mélange homogène d'une poudre de base faite d'une matière thermoplastique autolubrifiante non fibreuse, amorphe ou cristalline, et d'une autre matière autolubrifiante, se présentant sous forme de fibres fines, constituant une charge de renforcement, et dont le point de fusion est supérieur à celui de la matière amorphe de base, puis agglomère ce mélange pulvérulent par frittage de manière que l'opération de frittage puisse s'effectuer sans que se produise une détérioration de la structure fibreuse de la charge.

II. Elément autolubrifiant en matière thermoplastique obtenu par la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication I, carac térisé par le fait qu'il est constitué par un aggloméré fritté contenant une matière thermoplastique de base autolubrifiante, non fibreuse, amorphe ou cristalline, ainsi qu'une charge, elle aussi autolubrifiante, d'une matière se présentant sous forme de fibres fines, dont le point de fusion est supérieur à celui de la matière de base.

SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on ajoute à la matière pulvérulente de base une charge de matière thermoplastique non fibreuse.

2. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait que, la charge en matière fibreuse étant à base de graphite, on fixe à la surface de ce dernier un finish assurant l'adhérence avec la matière thermoplastique de base.

3. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme matière thermoplastique de base pulvéru lente et non fibreuse, des polyamides.

4. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme matière thermoplastique de base pulvéru lente et non fibreuse, des polyacétales.

5. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu on utilise, comme matière thermoplastique de base pulvéru lente et non fibreuse, des polyfluorocarbones.

6. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme matière thermoplastique de base pulvéru lente et non fibreuse, des polyimides.

7. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge fibreuse, du graphite en fibres.

8. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge fibreuse, des polyamides.

9. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge fibreuse, des polyacétales.

10. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge fibreuse, des polyfluorocarbones.

11. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge fibreuse, des métaux.

12. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge fibreuse, une matière composite.

13. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendica tion 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fi breuse, des sulfures métalliques.

14. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendica tion 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fi breuse, des sélénures métalliques.

15. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, des tellurures métalliques.

16. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1 et l'une des sous-revendications 13 à 15, caractérisé par le fait que le métal utilisé est du molybdène.

17. Procédé suivant la revendication 1, la sous-revendication 1 et l'une des sous-revendications 13 à 15, caractérisé par le fait que le métal utilisé est du tungstène.

18. Procédé suivant la revendication 1, la sous-revendication 1 et l'une des sous-revendications 13 à 15, caractérisé par le fait que le métal utilisé est de l'uranium.

19. Procédé suivant la revendication 1, la sous-revendication 1 et l'une des sous-revendications 13 à 15, caractérisé par le fait que le métal utilisé est du tantale.

20. Procédé suivant la revendication 1, la sous-revendication 1 et l'une des sous-revendications 13 à 15, caractérisé par le fait que le métal utilisé est du niobium.

21. Procédé suivant la revendication 1, la sous-revendication 1 et l'une des sous-revendications 13 à 15, caractérisé par le fait que le métal utilisé est du cadmium.

22. Procédé suivant la revendication 1, la sous-revendication 1 et l'une des sous-revendications 13 à 15, caractérisé par le fait que le métal utilisé est du plomb.

23. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, du graphite.

24. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, un polyamide.

25. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, un polyacétale.

26. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, un polyfluorocarbone.

27. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication l, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, un polyimide.

28. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, une phthalocyanine.

29. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, de l'argent.

30. Procédé suivant la revendication I, et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, de l'or.

31. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, du plomb.

32. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, de l'indium.

33. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, du cadmium.

34. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, de l'étain.

35. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendica tion 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, un amalgame de divers métaux.

36. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme charge non fibreuse, une matière composite.