DD146716A1 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF LAYERED MATERIALS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wartungsfreien Gleitlegern bzw. Gleitelementen in Massiv- bzw. Verbundausfuehrung. Die Gleitwerkstoffe sollen dabei einen solchen Zusatzstoff auf Basis von PTFE enthalten, der die erforderlichen Eigenschaften hinsichtlich der Einarbeitbarkeit, Vertraeglichkeit der Harzkomponente und homogenen Feinverteilunh besitzt. Dies geschiet gemaess Erfindung dadurch, dasz bei der Herstellung des Gleitwerkstoffes ein PTFE-Feinpulver mit funktionellen Gruppen eingearbeitet wird, wobei die funktionellen Gruppen durch Bestrahlung des PTFE-Pulvers mit energiereichen Strahlen eingelagert werden.The invention relates to a method for producing maintenance-free sliders or sliding elements in solid or Verbundausfuehrung. The sliding materials should contain such an additive based on PTFE, which has the required properties in terms of incorporability, compatibility of the resin component and homogeneous Feinverteilunh. According to the invention, this is achieved by incorporating a PTFE fine powder with functional groups in the production of the sliding material, the functional groups being incorporated by irradiation of the PTFE powder with high-energy rays.
Description
-A--A-
Verfahren zur Herstellung von GleitwerkstoffenMethod for the production of sliding materials
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gleitwerkstoffen in Massiv- oder Verbundausführung, die insbesondere zur Herstellung Von wartungsfreien Gleitlagern bzw. Gleitelementen verwendet werden·The invention relates to a method for the production of sliding materials in solid or composite design, which are used in particular for the production of maintenance-free plain bearings or sliding elements.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Zum Zweck der Verbesserung der Laufeigenschaften von Lagermaterialien ist bereits eine größere Anzahl von Verfahren unter Verwendung verschiedener Gleitmittel vorgeschlagen worden.For the purpose of improving the running properties of bearing materials, a larger number of processes using various lubricants have been proposed.
Die besten Ergebnisse konnten durch Einsatz von Polytetrafluorethylen (PTFE) erzielt werden.The best results could be achieved by using polytetrafluoroethylene (PTFE).
Durch Aufbringen kompakter PTFE-Überzüge (DT-OS 1425 998) durch Aufkleben einer PTFE-Folie oder mehrfaches Aufsprühen einer PTPE-Dispersion werden zwar niedrige Gleitreibungszahlen erreicht, Jedoch ist dieses Verfahren technisch und finanaiell aufwendig, und bei höheren mechanischen und thermischen Belastungen v/erden die Beschichtungen wieder von den Untergründen abgelöst.By applying compact PTFE coatings (DT-OS 1425 998) by sticking a PTFE film or multiple spraying a PTPE dispersion Although low sliding friction coefficients are achieved, However, this method is technically and finanaiell consuming, and at higher mechanical and thermal loads v / earth the coatings again detached from the substrates.
Durch Einarbeiten von PTFE-Päden oder -Fasern, vorzugsweise in Porm von Geweben oder Paservliesen, in die Oberfläche von Kunststofflagern (DT-OS 1400 949, DT-OS 1569 057,By incorporating PTFE threads or fibers, preferably in the form of woven or non-woven fabrics, into the surface of plastic bearings (DT-OS 1400 949, DT-OS 1569 057, US Pat.
DT-OS 1575 362, DT-OS 1629 417, DT-OS 1779 844, DT~0S 1922 52Q, DT-OS 1924 505, DT-OS 2140 917, DT-OS 2150 847, DT-OS 2302 641) wird die Haftung'(Verankerung) des PTi1B entscheidend verbessert.DT-OS 1575 362, DT-OS 1629 417, DT-OS 1779 844, DT ~ 0S 1922 52Q, DT-OS 1924 505, DT-OS 2140 917, DT-OS 2150 847, DT-OS 2302 641) is the Liability '(anchoring) of the PTi 1 B significantly improved.
Die Verfahren zum Aufbringen oder Einarbeiten von PTFE auf oder in Oberflächen sind nur bei ausgeformten Lagern anwendbar· .The procedures for applying or incorporating PTFE on or in surfaces are applicable only to formed bearings.
Gleitlagermaterialien, die nach der Aushärtung zu 'einer beliebigen Lagergestalt gesägt oder geschnitten werden sollen, verlangen eine gleichmäßige Verteilung des PTFE im gesamten Material· Für diesen Zweck wurde vorgeschlagen, das PTFE in granulierter, pulverisierter oder im Interesse einer besseren Verankerung in fasriger Form in eine wärmehärtbare Gießharzmatrix einzuarbeiten. Die empfohlenen PTFE-Materialien (DT-AS 1295 808, DT-OS 1704 706, DD-PS 114 238, DT-PS 1260 234) haben Partikeldurchmesser von meist über 350 /um. Es zeigte sich, daß bei Einsatz dieser recht groben Teilchen wie auch der Fasern die Gleitmittelwirkung wegen unzureichender Feinverteilung des PTFE über die Lageroberfläche noch nicht ausreichend homogen ist. Ferner bricht bei höherer Belastung der Verankerungsmechanismus zwischen PTFE und Harz zusammen.Sliding bearing materials, which are to be sawn or cut to a desired bearing shape after hardening, require a uniform distribution of the PTFE throughout the material. For this purpose, it has been proposed to incorporate the PTFE in granulated, pulverized or, in the interest of better anchoring, in fibrous form incorporate thermosetting resin matrix. The recommended PTFE materials (DT-AS 1295 808, DT-OS 1704 706, DD-PS 114 238, DT-PS 1260 234) have particle diameters of mostly over 350 / um. It has been found that when using these rather coarse particles as well as the fibers, the lubricant effect is not sufficiently homogeneous due to insufficient fine distribution of the PTFE over the bearing surface. Further, at higher load, the anchoring mechanism between PTFE and resin breaks down.
Tragfähigkeit, Verschleißfestigkeit sowie Homogenität lassen sich durch Verwendung feinteiligen Polytetrafluoräthylen3 mit Partikelgrößen zwischen 0,1 und 5 /Um wesentlich verbessern · (DT-PS 2029 400, DT-OS 2264 132, GB-PS 974 629). Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß auf Grund der stark organophoben Eigenschaften des PTFE sich die feinen Pulver schlecht in das Harz einarbeiten lassen, die Partikel zur Agglomeration neigen, die Verteilung im Harz nicht ausreichend homogen ist und erst bei Einsatzmengen über 20 %, vorzugsweise 25 %, bezogen auf das Werkstoffgemisch, eine gute Wirksamkeit erzielt wird. Diese hohen Einsatzmengen sind kostenaufwendig und ergeben auf Grund der schlechten Wärmeleitfähigkeit des PTFE Probleme bei der Ableitung der Reibungswärme aus dem Lager. Deshalb ist diese Lösung nur für solche Lager gut geeignet, die eine relativ dünne Schicht des Harzes als Belag auf einem vorzugsweise gut wärmeleitenden Basismaterial, wieCarrying capacity, wear resistance and homogeneity can be substantially improved by using finely divided polytetrafluoroethylene 3 with particle sizes between 0.1 and 5 / μm (DT-PS 2029 400, DT-OS 2264 132, British Patent 974 629). A disadvantage of these methods is that due to the highly organophobic properties of the PTFE, the fine powders are difficult to incorporate into the resin, the particles tend to agglomerate, the distribution in the resin is not sufficiently homogeneous and only at levels above 20%, preferably 25 %, based on the material mixture, a good effectiveness is achieved. These high amounts are costly and due to the poor thermal conductivity of the PTFE problems in the derivation of frictional heat from the bearing. Therefore, this solution is well suited only for such camps, which is a relatively thin layer of the resin as a coating on a preferably good heat-conducting base material, such as
Stahl, besitzen oder wärmeleitende Füllstoffe, wie Blei-, Bronze-, Weißmetall- oder Graphitpul.ver, enthalten.Steel, own or contain heat-conductive fillers, such as lead, bronze, white metal or graphite powder.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Gleitwerkstoffen, die einen solchen Zusatzstoff auf Basis von PTPE enthalten, der die erforderlichen Eigenschaften hinsichtlich Einarbeitbarkeit, Verträglichkeit mit der Harzkomponente und homogener Peinverteilung besitzt.The object of the invention is a process for producing sliding materials containing such a PTPE-based additive which has the required properties with regard to incorporation, compatibility with the resin component and homogeneous particle distribution.
Wesen der ErfindungEssence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Gleitwerkstoffen zu entwickeln, bei welchem der Zusatzstoff auf Basis von PTPE durch geeignete technologische Schritte so behandelt wird, daß seine Gleiteigenschaften bei geringeren Konzentrationen zur Geltung kommen als bei herkömmlichen PTFE-Feinpulvern. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß bei der Herstellung des Gleitwerkstoffes, der vorzugsweise aus mit Kunstharzen imprägniertem bahnförmigem Trägermaterial besteht, ein PTFE-Pulver mit funktionellen Gruppen eingearbeitet wird·The invention has for its object to develop a process for the production of sliding materials, in which the additive based on PTPE by suitable technological steps is treated so that its sliding properties at lower concentrations come into their own than conventional PTFE fine powders. According to the invention, this is achieved by incorporating a PTFE powder with functional groups in the production of the sliding material, which preferably consists of web-shaped carrier material impregnated with synthetic resins.
Es wurde gefunden, daß ein auf strahlenchemischem Wege in Gegenwart von Luft, Sauerstoff oder Zusatzstoffen, wie Sulfite, Carbonate, Nitrite, Nitrate, Halogenide, Cyanide, Harnstoffe, Amine, Aminoalkohole, Alkohole, Aldehyde oder organische Säuren und gegebenenfalls nach anschließender Vermahlung hergestelltes PTPE-Peinpulver gut geeignet ist. Das auf diese Weise im Stahlenfeld vorzugsweise einer Gamma-Quelle oder eines Elektronenbeschleunigers aus PTPE-Suspensionspolymerisat, -Emulsionspolymerisat, -Pehlchargen, mechanischen PTFE-Bearbeitungsrückständen oder strahlenchemisch polymerisiertem Tetrafluoräthylen erzeugte Pulver ist technologisch leicht ., zugänglich und im Gegensatz zu den.Ausgangsmaterialien gut rieselfähig. Die durchschnittliche Primarteilchengröße liegt z.B. im Falle des Ausgangs von PTPE-SuspensionspolymerisatIt has been found that a PTPE prepared by radiation path in the presence of air, oxygen or additives, such as sulfites, carbonates, nitrites, nitrates, halides, cyanides, ureas, amines, amino alcohols, alcohols, aldehydes or organic acids and optionally after subsequent grinding -Pine powder is well suited. The powder thus produced in the steel field, preferably a gamma source or an electron accelerator of PTPE suspension polymer, emulsion polymer, powder batches, mechanical PTFE machining residues or radiation-polymerized tetrafluoroethylene, is technologically light, accessible and, unlike the starting materials, free-flowing , The average primary particle size is e.g. in the case of the output of PTPE suspension polymer
bei 3 /Um und des Ausgangs von PTFE-Emülsionspolymerisat unter 1 ,um. Agglomerate dieser Primärteilchen sind leicht zerteilbar. Die funktionellen Gruppen vermitteln eine ausreichende Verträglichkeit des sonst organophoben'Perfluorcarbons mit der Harzkomponete. Aus diesem Grunde sind die Feinpulver gut in homogener, feiner Verteilung in das organische Harz einzuarbeiten; Agglomeratbildung im Harz unterbleibt. ·at 3 / Um and the output of PTFE emulsion polymer under 1, to. Agglomerates of these primary particles are easy to divide. The functional groups provide sufficient compatibility of the otherwise organophobic perfluorocarbone with the resin component. For this reason, the fine powders are well incorporated in homogeneous, fine distribution in the organic resin; Agglomeration in the resin is omitted. ·
Die Art der funktionellen Gruppen wird durch die Wahl der bei der Herstellung der Feinpulver zugesetzten Stoffe be- . stimmt. So lassen sich die Hafteigenschaften der Partikel modifizieren. Möglich sind Gruppen wie" -COOH, -SOoH, -GONH2J -COOR, -COX, -OR, -CN, -X (X = Halogen, R = Alkyl). Die funktionellen Gruppen befinden sich vorwiegend auf der Partikeloberfläche, wo sie zur Haftvermittlung auch benötigt werden.The nature of the functional groups is determined by the choice of added in the production of fine powder be-. Right. This makes it possible to modify the adhesive properties of the particles. Possible groups are "-COOH, -SOoH, -GONH 2 J-COOR, -COX, -OR, -CN, -X (X = halogen, R = alkyl) .The functional groups are located predominantly on the particle surface, where they are also needed for bonding.
Die eingelagerten PTFE-Partikel können ihre. GIeiteigenschaften bereits bei verhältnismäßig geringer Konzentration voll entfalten. Es genügen Anteile von 5 bis 15 %t vorzugsweise 10 %, bezogen auf den ausgehärteten Lagerwerkstoff. Bei dieser niedrigen Konzentration wird auch die Wärmeleitfähigkeit des Lagermaterials nicht entscheidend beeinträchtigt. Die Feinteiligkeit und die guten Plafteigenschaften der eingelagerten Pulver sorgen für ein gutes Verschleißverhalten der fertigen Lagermaterialien.The embedded PTFE particles can their. Fully unfold properties even at relatively low concentration. It suffice proportions of 5 to 15 % t, preferably 10%, based on the cured bearing material. At this low concentration, the thermal conductivity of the bearing material is not significantly affected. The fineness and the good Plafteigenschaften the stored powders ensure good wear behavior of the finished bearing materials.
Für die Herstellung von Phenolharz-Schichtpreßstoffen ist es vorteilhaft, das PTFE-Feinpulver mit funktionellen Gruppen zunächst mit einem Dispergator, einem Netzmittel und Methanol anzuteigen und anschließend mit einem hochtourigen Mischer in die Phenolharzlösung einzubringen. Auf diese Weise werden eventuell vorhandene Agglomerate des trockenen PTFE-Feinpulvers zerteilt und eine homogene, stabile Dispersion erzielt. An« schließend wird die Harzmischung mit dem. imprägnierten Trägermaterial wie üblich zum Schichtpreßstoff verarbeitet und thermisch ausgehärtet. ·For the production of phenolic resin laminates, it is advantageous to first of all use the PTFE fine powder having functional groups with a dispersant, a wetting agent and methanol and then to introduce it into the phenol resin solution using a high-speed mixer. In this way any existing agglomerates of the dry PTFE fine powder are divided and a homogeneous, stable dispersion is achieved. Closing the resin mixture with the. impregnated carrier material as usual processed to laminating and thermally cured. ·
Die so erzeugten Gleitwerkstoffe sind zur Herstellung wartungsfreier Lager geeignet. Ihre mechanischen Eigenschaften sind sehr gut. Die Gleitreibungszahlen liegen unter 0,2. Durch zusätzliche Schmierung kann der geringfügige Abrieb noch weiter gesenkt werden.The sliding materials produced in this way are suitable for the manufacture of maintenance-free bearings. Their mechanical properties are very good. The sliding friction numbers are below 0.2. By additional lubrication, the slight abrasion can be further reduced.
Aus ökonomischen Gründen ist es vorteilhaft, die Gleitzone mit der erfindungsgemäßem Werkstoff und die Stützzone mit herkömmlichen Materialien auszurüsten.For economic reasons, it is advantageous to equip the sliding zone with the material according to the invention and the support zone with conventional materials.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführüngsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to Ausführüngsbeispielen.
0,84 kg PTFE-Feinpulver, hergestellt durch Bestrahlung von PTFE-Suspensionspolymerisat bei Raumtemperatur und Gegenwart von Luft im Strahlenfeld einer Co-Gammaquelle mit einer Dosis von 20 Mrd, v/erden mit 0,23 kg eines nichtionogenen Dispergators, 0,16 kg eines anioaktiven Dispergators und O|46 kg Methanol angeteigt. Diese Mischung wird mit 5,7 kg einer 65 %igen Phenolharzlösung in einem hochtourigen Mischer homogenisiert und mit 3»7 kg Baumwollgewebe oder Faderlagennähgewirke zu einem Schichtpreßstoff verarbeitet. Der ausgehärtete Werkstoff enthält 10 % PTFE, Durch mechanische Bearbeitung werden daraus die gewünschten wartungsfreien Gleitlager erzeugt.0.84 kg PTFE fine powder produced by irradiation of PTFE suspension polymer at room temperature and presence of air in the radiation field of a co-gamma source with a dose of 20 billion, with 0.23 kg of a non-ionic dispersant, 0.16 kg an anioactive dispersant and O | 46 kg of methanol. This mixture is homogenized with 5.7 kg of a 65% phenol resin solution in a high-speed mixer and processed with 3 »7 kg cotton fabric or Faderlagennähgewirke to a laminating. The hardened material contains 10% PTFE. The required maintenance-free plain bearings are produced by mechanical processing.
40,5 PTPE-Peinpulver, hergestellt durch Bestrahlung einer 10 mm starken Schicht von Koagulat einer PTFE-Emulsionspolymerisation (Pehlcharge) im homogenen Gemisch mit 8 kg Ammomiumsulfit im Strahlenfeld eines Elektronenbeschleunigers (Beschleunigungsspannung 1000 kV, Strahlstromstärke 6 mA) bis zu einer Dosis von 40 Mrd bei maximal 120 0C, Auswaschen des überschüssigen Salzes mit einem Äthanol-Wasser-Gemisch (1:1) und anschließender Mahlung mit einer Stiftmühle, werden mit 24,5 kg nichtionogenem Dispergator, 16 kg anionaktivem Dispergator und 41 kg Methanol angeteigt. Diese Mischung wird dann mit 609 kg einer 65 %igen Phenolharz-Lösung und 525 kg Baumwollgewebe wie bei Beispiel 1 zu wartungsfreien Lagern verarbeitet. Das Lagermaterial enthält 5 % ' PTPE.40.5 PTPE-Peinpulver, prepared by irradiation of a 10 mm thick layer of coagulum a PTFE emulsion (Pehlcharge) in a homogeneous mixture with 8 kg Ammomiumsulfit in the radiation field of an electron accelerator (accelerating voltage 1000 kV, beam current 6 mA) up to a dose of 40 Billion at a maximum of 120 0 C, washing the excess salt with an ethanol-water mixture (1: 1) and then grinding with a pin mill, are pasted with 24.5 kg of nonionic dispersant, 16 kg of anionic dispersant and 41 kg of methanol. This mixture is then processed with 609 kg of a 65% phenolic resin solution and 525 kg of cotton fabric as in Example 1 to maintenance-free bearings. The bearing material contains 5 % PTPE.
Claims (3)
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