DE102017107588A1

DE102017107588A1 - Polymercompound für Bauteile mit hohem Verschleißwiderstand und geringem Reibkoeffizienten und daraus hergestellte Bauteile

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Publication number: DE102017107588A1
Application number: DE102017107588.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2017-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Polymercompound für ein Bauteil mit hohem Verschleißwiderstand und geringem Reibkoeffizienten umfassend eine Matrix, die einen oder mehrere Polyester enthält oder aus einem oder mehreren Polyestern besteht, und ein oder mehrere in der Matrix enthaltene detektierbare Additive. Die detektierbaren Additive können beispielsweise unter Farbmitteln, metallischen Additiven, magnetischen Additiven ausgewählt werden. Durch die Verwendung detektierbarer Addive in dem Polymercompound ist es möglich, abgebrochene Partikel mit einem Detektionsgerät zu detektieren. Die Erfindung betrifft weiterhin Bauteile, die diese Polymercompounds enthalten. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung dieser Polymercompounds für die Herstellung von Bauteilen und ein Verfahren zur Herstellung der Bauteile unter Verwendung der erfindungsgemäßen Polymercompounds.

Description

Die Erfindung betrifft ein Polymercompound mit hohem Verschleißwiderstand und geringem Reibkoeffizienten, Bauteile aus diesem Polymercompound und die Verwendung des Polymercompounds für die Herstellung von Bauteilen mit hohem Verschleißwiderstand und geringem Reibkoeffizienten.
Bauteile, insbesondere Gleitbauteile, wie Gleitlager, werden aus metallischen Werkstoffen, wie Bronze, Weißmetall, mit Blei legiertem Lagermetall, Aluminiumlegierungen oder Messinglegierungen, hergestellt. Alternativ können sie aus technischen Kunststoffen und Hochleistungskunststoffen hergestellt werden, deren Anwendung durch ihr verändertes Eigenschaftsprofil, aber auch alternative und vorteilhafte Herstellungsverfahren, wie Spritzgießen in einem Formwerkzeug, begründet sein kann.
Gleitlager auf Polymerbasis können Polytetrafluorethylen (PTFE) umfassen. In PTFE-Gleitlagern kommt häufig ein mehrschichtiges Verbundmaterial zum Einsatz, bei dem die äußeren Schichten beispielsweise aus Bronze und Stahl und nur die innere Schicht, die sich mit einer rotierenden Welle im Kontakt befindet, aus PTFE besteht. PTFE-Lager brauchen keine Schmierfette oder Schmieröle, sind daher wartungsfrei und versuchen somit nur geringe Schmierstoff- und Wartungskosten.
DE 689 07 532 T2 offenbart die Verwendung von Polyoxymethylenen (POM) oder Polyacetalen für die Herstellung von Gleitbauteilen. POM-Gleitbauteile finden breiten Einsatz im Automobilbau und in elektrischen und elektronischen Anwendungen. Polyoxymethylene haben ausgewogene mechanische Eigenschaften, einen guten Reibungswiderstand und eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften kann ein Fluorharz, ein Polyolefinharz oder ein Gleitöl als Additiv zugesetzt werden. POM-Gleitlager sind wartungsarm. Das Gleitöl kann beispielsweise in Schmierstofftaschen für die Langzeitschmierung bereitgestellt werden, so dass sich sehr lange Wartungsintervalle ergeben
DE 202014105296 U1 offenbart eine Lagereinrichtung aus einem Composit-Werkstoff, der beispielsweise ein faserverstärkter Kunststoff ist. Der Kunststoff kann unter PTFE, PEEK, POM und PET ausgewählt werden.
Weitere bekannte Polymercompounds für die Herstellung von Gleitlagern sind Compounds auf HDPE-Basis. Sie weisen einen niedrigen Reibwert auf.
EP 5531 A1 offenbart die Einarbeitung von Trockenschmierstoffen, wie Polyethylen (PE), Polytetrafluorethylen (PTFE) oder MoS₂, in Kunststoffe oder deren Oberflächen.
EP 395130 offenbart ein Mehrschichtgleitlager umfassend einen Stützrücken und eine mit diesem verbundene Gleitschicht aus einem fluorhaltigen Polymer, in dem ein Metallpulver fein dispergiert ist.
Gleitlagerwerkstoffe müssen, wenn sie in Produktionsanlagen für Lebensmittel oder Arzneimittel eingesetzt werden sollen, weitere Eigenschaften aufweisen oder Anforderungen erfüllen. Lebensmittel werden überwiegend industriell in Großanlagen hergestellt. Ein großes Problem bei der industriellen Lebensmittelproduktion besteht darin, dass Partikel von Anlagebauteilen abbrechen und in das Lebensmittel gelangen können. Diese Partikel stellen eine potentielle Gefahr für die Gesundheit der Verbraucher dar. Es reichen daher wenige verunreinigende und unerkannt gebliebene Polymerpartikel, um den Rückruf ganzer Lebensmittelchargen auszulösen. Rückrufaktionen sind logistisch aufwändig und kostspielig. Sie können den Wert einer Marke dauerhaft beschädigen.
Es ist daher erforderlich, derartige verunreinigende Partikel bereits in der Produktionsstraße der Lebensmittelfabrik zu detektieren.
Es ist bekannt, Metalldetektoren für die Detektion metallischer Verunreinigungen in Produktionsstraßen der Lebensmittelindustrie einzusetzen.
Die Detektion von Verunreinigungen mit Polymerpartikeln ist vergleichsweise komplizierter, weil für die Detektion von Polymeren praktisch keine einfachen und kostengünsigen Detektoren zur Verfügung stehen.
Hersteller von Halbzeugen bietet mit einem Polyoxymethylen (POM C MDT) und einem Polyoxymethylen (POM M MDT) zwei Polymere an, die von Metall-Detektoren identifiziert werden können. Außerdem verfügten andere Hersteller über verschiedene technische Kunststoffe, ein Polyethylen (PE UHMW M XDT), ein Polyoxymethylen (POM C XDT) und ein Polyetheretherketon (PEEK XDT), die mit Röntgenstrahlen detektiert werden können. Weitere Hersteller bieten Granulate und Masterbatches an.
Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber diesem Stand der Technik verbesserte Polymercompounds zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Polymercompound gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein Bauteil, das ein solches Polymercompound enthält oder aus einem solchen Polymercompound besteht, ist Gegenstand eines Nebenanspruchs.
Die Verwendung eines solchen Polymercompounds für die Herstellung von Bauteilen, wie Räderwerken, Nocken, Hebeln, Kupplungen, Führungsrollen, Führungswellen, Buchsen, Anlaufscheiben, Gleitleisten, Gleitführungen, Frästeilen, Drehteile, flacher und runder Werkstücke, Gegenstücken zum Gleitbauteilen, insbesondere Gleitlagern oder Gleitlagerkomponenten, kurz dreiddimensionalen Produkte mit verbessertem Verschleißwiderstand, geringerem Reibkoeffizienten, verbessertem Gleitverhalten, und Detektierbarkeit ist Gegenstand eines weiteren Nebenanspruchs.
Ein Verfahren zur Herstellung dieser Bauteile ist Gegenstande eines weiteren Nebenanspruchs.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung ein Polymercompound für Bauteile, dreidimensionale Bauteile, insbesondere Gleitbauteile, und für Produkte mit hohem Verschleißwiderstand und geringem Reibkoeffizienten umfassend eine Matrix, die einen oder mehrere Polyester enthält oder aus einem oder mehreren Polyestern besteht, und ein oder mehrere in der Matrix enthaltene detektierbare Additive.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist bevorzugt, dass das eine oder die mehreren detektierbaren Additive unter einem oder mehreren von Farbmitteln, wie Farbstoffen und/oder Pigmenten, für die optische Detektion, insbesondere mit dem bloßen Auge oder mit einem Spektralgerät, metallischen Additiven für die Detektion mit einem Metalldetektor und/oder mit Röntgenstrahlung, magnetischen Additiven, wie weichmagnetischen Metallen/Füllstoffen, ferritischen Materialien, für die Detektion durch eine magnetische Wechselwirkung ausgewählt sind.
Es ist bevorzugt, dass die detektierbaren Additive in einem Anteil von 1,0 bis 40 Gew.-% oder Vol.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht oder das Gesamtvolumen des Polymercompounds, enthalten sind. Die detektierbaren Additive können beispielsweise in einem Anteil von etwa 30 Gew.-% oder Vol.-% enthalten sein.
Es ist bevorzugt, dass die detektierbaren Additive in Form von pulverförmigen, körnigen oder im wesentlichen kugelförmigen Partikeln enthalten sind.
Es ist bevorzugt, dass das Polymercompound ein oder mehrere den Verschleißwiderstand erhöhende und den Reibkoeffizienten senkende Additive, umfasst.
Es ist bevorzugt, dass das Polymercompound Schmierstoffe und/oder Verstärkungsstoffe und/oder Füllstoffe umfasst.
Es ist bevorzugt, dass die Schmierstoffe unter den Übergangsmetallsulfiden, wie insbesondere Zinksulfid, Kupfersulfid, Molybdändisulfid und Wolframdisulfid, Polytetrafluorethylen (PTFE), hexagonalem Bornitrid, Graphit, einzeln oder in Kombination, ausgewählt sind.
Es ist bevorzugt, dass die Verstärkungsstoffe oder Füllstoffe unter Titandioxid, Bariumsulfat, Talkum, mineralischen Füllstoffen, Glasfasern, Kohlefasern, Polymerfasern, Aramidfasern, einzeln oder in Kombination, ausgewählt sind.
Es ist bevorzugt, dass das eine oder die mehreren den Verschleißwiderstand erhöhende und den Reibkoeffizienten senkenden Additive in einem Mengenanteil von 1 bis zu 50 Gew.-% oder Vol.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht oder das Gesamtvolumen des Polymercompounds, enthalten sind.
Es ist bevorzugt, dass mindestens ein Polyester ein teilkristalliner thermoplastischer Polyester ist.
Es ist bevorzugt, dass mindestens ein Polyester wiederkehrende Einheiten enthält, die von einer oder mehreren aromatischen Dicarbonsäuren und/oder einem oder mehreren aromatischen Diolen abgeleitet sind.
Es ist bevorzugt, dass die aromatischen Dicarbonsäuren unter Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalindicarbonsäuren, insbesondere 2,6-Naphthalindicarbonsäure, ausgewählt sind.
Es ist bevorzugt, dass die aromatischen Diole unter Bisphenol A, Bisphenol AF, Bisphenol AP, Bisphenol B, Bisphenol BP, Bisphenol C, Bisphenol E, Bisphenol F, Bisphenol FL, Bisphenol G, Bisphenol M, Bisphenol P, Bisphenol PH, Bisphenol S, Bisphenol TMC, Bisphenol Z ausgewählt sind.
Es ist bevorzugt, dass mindestens ein Polyester unter Polymethylenterephthalat, Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylenterephthalat (PTT), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylennaphthalat (PEN), Polycarbonaten (PC), Polycarbonaten mit von einem oder mehreren von Bisphenolen abgeleiteten wiederkehrenden Einheiten, Polyestercarbonaten (PEC), Polyarylarylaten (PAR), mit Glykol modifiziertem Polyethylenterephthalat (PET-G), amorphem Polyethylenterephthalat (PET-A), teilkristallinem Polyethylenterephthalat (PET-C), Biomassengrundstoffen, wie natürlich vorkommenden Polyestern, insbesondere Polymilchsäuren, thermoplastischen Polyesterelastomeren oder thermoplastischen Copolyestern (TPC) ausgewählt ist.
Es ist bevorzugt, dass das Polymercompound ein Masterbatch ist.
Es ist bevorzugt, dass der Polymercompound ein oder mehrere thermoplastische Polymere enthält, die unter Polyoxymethylenen, Polyethylenen, wie HDPE und LDPE, Polypropylenen ausgewählt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Bauteil, das eines der obigen Polymercompounds enthält oder aus einem der obigen Polymercompound besteht.
Es ist bevorzugt, dass das Bauteil ein dreidimensionales Bauteil oder eine Komponente eines dreidimensionalen Bauteils aus einem der obigen Polymercompounds ist, wobei das dreidimensionale Bauteil oder die Komponente eines dreidimensionalen Bauteils durch Warmpressen, Extrudieren, Spritzgießen, Sintern, Lasersintern, generatives Fertigen, „rapid prototyping“, spanendes Bearbeiten in Form eines Halbzeugs oder Endprodukts aus dem Polymercompound erhältlich ist.
Es ist bevorzugt, dass das Bauteil einen Träger und ein darauf aufgebrachtes Gleitbauelement, insbesondere flächiges Gleitbauelement, oder eine darauf aufgebrachte gleitfähige Beschichtung aus einem der obigen Polymercompounds umfasst, wobei das Gleitbauelement oder die gleitfähige Beschichtung durch Kleben, Aufsintern, Auflaminieren, Aufflammen, Gießen oder Spritzgießen aufgebracht ist, wobei der Träger vor dem Aufbringen des Polymercompounds gegebenenfalls in ein Werkzeug eingelegt wird.
Es ist bevorzugt, dass das Bauteil ein Gleitbauteil ist.
Es ist bevorzugt, dass das Bauteil aus einem obigen Polymercompound erhältlich ist, das beispielsweise in Form eines Pulvers, eines Granulats, in Form von Kugeln oder im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln vorliegt.
Es ist bevorzugt, dass es sich bei dem Bauteil oder Industriebauteil oder dreidimensionalen Bauteil um ein Räderwerk, eine Nocke, einen Hebel, eine Kupplung, eine Führungsrolle, eine Führungswelle, eine Buchse, eine Anlaufscheibe, eine Gleitleiste, eine Gleitführung, ein Frästeil, ein Drehteil, ein flaches und rundes Werkstück, ein Gegenstück zum Gleitbauteil, insbesondere Gleitlager oder Gleitlagerkomponente, um ein dreidimensionales Produkt handelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung die Verwendung eines wie weiter oben beschriebenen Polymercompounds für die Herstellung von Bauteilen, wie Räderwerken, Nocken, Hebeln, Kupplungen, Führungsrollen, Führungswellen, Buchsen, Anlaufscheiben, Gleitleisten, Gleitführungen, Frästeilen, Drehteilen, flachen und runden Werkstücken, Gegenstücken zu Gleitbauteilen, insbesondere Gleitlagern oder Gleitlagerkomponenten, dreidimensionalen Produkten mit Detektierbarkeit durch einen Detektor sowie verbessertem Verschleißwiderstand, geringerem Reibkoeffizienten und verbessertem Gleitverhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, dass einen oder mehrere der folgenden Schritte umfasst:

– Bereitstellen eines Polymercompounds in Form eines Pulvers, eines Granulats, in Form von Kugeln oder im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln;
– Warmpressen, Extrudieren, Spritzgießen, Sintern, Lasersintern, generatives Fertigen, Rapid Prototyping des Bauteils in Form eines dreidimensionales Bauteils oder in Form einer gleitfähigen Komponenten eines dreidimensionalen Bauteils aus einem obigen Polymercompound unter Erhalt eines Halbzeugs oder eines Endprodukts;
– Bereitstellen eines Träger, gegebenenfalls durch Einlegen in ein Werkzeug, und Aufkleben, Aufsintern, Auflaminieren, Aufflammen oder Aufbringen im Gießverfahren oder Spritzgussverfahren eines flächigen Bauelements oder einer gleitfähigen Beschichtung aus einem Polymercompound auf den Träger;
– Erzeugen eines Bauteils, Industriebauteils, dreidimensionalen Bauteils bei dem es sich um ein Räderwerk, eine Nocke, einen Hebel, eine Kupplung, eine Führungsrolle, eine Führungswelle, eine Buchse, eine Anlaufscheibe, eine Gleitleiste, eine Gleitführung, ein Frästeil, ein Drehteil, ein flaches und rundes Werkstück, ein Gegenstück zum Gleitbauteil, insbesondere Gleitlager oder Gleitlagerkomponente, ein dreidimensionales Produkt handelt.

Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
1 Extrudierte Halbzeuge in Form von zylindrischen Stäben, Platten und Rohren aus einem teilkristallinen Polyethylenterepthalat PETP, das einen weichmagnetischen Füllstoff für die Metalldetektierbarkeit und einen blauen Farbzusatz für die optische Detektierbarkeit enthält.
2 den Prüfstand, in dem der Verschleißtest durchgeführt wird
Ausführungsbeispiel
1. Herstellung eines Polymercompounds
Es wird das magnetisch, metallisch und optisch detektierbare Polymercompound 4 mit hohem Verschleißwiderstand und niedrigem Reibkoeffizienten auf PETP-Basis gemäß Tabelle 1 hergestellt, das einen Schmierstoff, einen weichmagnetischen Füllstoff und ein blaues Farbadditiv enthält. Das PETP hat einen Schmelzpunkt von 250 °C. Es wird nach einem dem Fachmann geläufigen Standardverfahren durch die Polykondensation von Ethylenglykol mit Terephthalsäure hergestellt. Als Additive werden etwa 20 bis 40 Vol.-%, insbesondere 30 Vol.-%, des Additivs PE UHMW und bis zu 30 Gew.-% eines weichmagnetischen Füllstoffs als magnetisch
detektierbares Additiv zugegeben. Um das Polymercompound 4 mit einer optischen Detektierbarkeit zu versehen, werden 1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 6 Gew.-%, eines farbgebenden Additivs zugegeben.
Die Additive und das PETP werden in einem Schneckenextruder miteinander vermischt und als Granulat extrudiert.
Durch die Zugabe des Additivs aus einem weichmagnetischen Fülstoff wird sowohl eine Detektierbarkeit als auch eine Magnetisierbarkeit hergestellt, durch die Zugabe des blauen Farbmittels wird die optische Detektierbarkeit hergestellt.
Die übrigen Polymercompounds aus Tabelle 1 werden nach dem gleichen Verfahren hergestellt und als Halbzeuge extrudiert.

Polymercompound 1 ist ein reiner Polyester ohne Additive. Polymercompound 2 ist ein Polyoxymethylen ohne Additive. Polymercompound 3 weist ein Polyoxymethylen als Polymermatrix auf, in der ein blauer Farbstoffzusatz, Schmierstoffe und ein Additiv für die magnetische Detektierbarkeit enthalten sind. Das bereits weiter oben beschriebene Polymercompound 4 enthält in einer PETP-Matrix einen Schmierstoff, einen blauen Farbstoffzusatz für die optische Detektierbarkeit und ein weichmagnetisches Additiv für die magnetische Detektierbarkeit. Polymercompound 4 ist besonderes interessant. Polymercompound 5 ist ein Polyamid 6 ohne Additiv. Tabelle 1

Polymercompound	1	2	3	4	5
Polymer	PET	POM	POM	PETP	PA 6
Gleitmittel-Schmierstoff	–	–	+	+	–
Farbmitteladditiv blau	–	–	+	+	–
weichmagnetisches Additiv	–	–	+	+	–
Verschleiß (mm)	0,230	0,270	0,160	0,010	0,420
Reibkoeffizient (μ)	0,244	0,221	0,147	0,121	0,464

In Tabelle 1 bedeutet (+), dass ein Additiv enthalten ist, und (–), dass ein Additiv nicht enthalten ist. PET und PETP sind Abkürzungen für Polyethylenterephthalat-Polyester, POM die Abkürzung für Polyoxymethylen. PA 6 ist die Abkürzung für Polyamid 6. Der Verschleiß wird in Millimetern angegeben. Der Reibkoeffizient μ ist dimensionslos.
Aus dem Granulat, insbesondere aus dem Polymercompound 4, können durch ein Extrusionsverfahren Platten, Stäbe und Hohlstäbe hergestellt werden, wie sie in 1 gezeigt werden. Daraus werden technische Teile für Zerspanungsversuche und Gleitverschleißprüfungen erzeugt. Weitere mechanische Prüfungen können mit aus dem Granulat hergestellten Gleitlagerbuchsen, Rollen, Buchsen, Laufrollen, Frästeilen, Drehteilen, Gleitführungen, Gleitplatten, Gleitprofilen, flachen und runden technischen Teilen, Kurvenscheiben und Schnecken durchgeführt werden.
2. Verschleißtest mit den Polymercompounds 1 bis 5
Für den Verschleißtest werden Probekörper in Form von zylindrischen Stiften aus den Polymercompounds 1 bis 5 gemäß Tabelle 1 hergestellt. Der Verschleißtest wird in dem in 2 gezeigten Prüfstand durchgeführt. Die Probekörper können spanabhebend, z. B. durch Drehen, hergestellt werden. Proben können im Spritzgussverfahren erzeugt werden. Die Stifte haben einen Durchmesser von 6 mm und eine Länge von 18 mm. Die Stifte werden mit einer wirkenden Last von 4 kg (39,24 N) gegen eine Prüfplatte aus gehärtetem Stahl (Abmessungen 5 × 35 × 500 mm) gedrückt. Die Prüfplatte aus gehärtetem Stahl hat einen R_z-Wert (gemittelte Rauhtiefe) von etwa 12 Pm. Die Stifte werden dann mit einer Gleitgeschwindigkeit von 4 m/s linear oszillierend und unter trockenen Bedingungen auf einer Länge von 400 mm hin und her bewegt, bis eine Reibstrecke von 10.000 m erreicht ist. Die hierbei maximal wirkende Belastung (pv-Wert) beträgt etwa 5,55 Nm/mm²·s.
Die Länge der Stifte (Anfangslänge 18 mm) wird nach dem Verschleißtest erneut gemessen. Die Differenz zwischen Stiftlänge vor und Stiftlänge nach dem Verschleißtest ergibt den Verschleiß in Millimetern pro 10.000 m Reiblänge. Der Verschleiß errechnet sich aus der Anfangslänge und der Länge nach dem Verschleißtest bei gleicher Reiblänge und Gewichtsbelastung in Abhängigkeit von der Gleitgeschwindigkeit.
Bei dem Verschleißtest mit den Polymercompounds 1 bis 5 wird der in Tabelle 1 angegebene Verschleiß erhalten.
Es zeigt sich, dass das Polymercompound 4, das PETP als Matrix aufweist und einen Schmierstoff, ein blaues Farbmitteladditiv für die optische Detektion und ein weichmagnetisches Additiv für die magnetische Detektion aufweist, nicht nur optisch und magnetisch detektierbar ist, sondern gleichzeitig auch die besten Verschleißeigenschaften liefert.
3. Messung der Gleitreibung
Der Prüfstand verfügt über eine Kraftmessdose, welche die entstehende Reibkraft Fr bei einer Gleitgeschwindigkeit von 0,2 m/s der Prüfplatte an dem weiter oben beschriebenen Stift misst. Die Belastung (oben wirkende Last) beträgt auch für diesen Versuch 4 kg entsprechend einer Normalkraft Fn von 39,24 N. Die gemessene Reibkraft wird auf die Normalkraft bezogen. Als Ergebnis wird der Reibkoeffizient Perhalten.
Die Prüfkörper aus den Polymercompounds 1 bis 5 werden in dem Prüfstand vermessen, der in 2 abgebildet ist.
Es zeigt sich, dass das Polymercompound 4, das PETP als Matrix aufweist und einen Schmierstoff, ein blaues Farbmitteladditiv für die optische Detektion und ein weichmagnetisches Additiv für die magnetische Detektion aufweist, nicht nur optisch und magnetisch detektierbar ist, sondern gleichzeitig einen hohen Verschleißwiderstand und auch den besten Reibkoeffizienten liefert.
4. Metalldetektierbarkeit der Polymercompounds
Ein Polyethylenterephthalat wird mit 10 bis 40 Vol.-%, vorzugsweise bis zu 30 Vol.-%, PE UHMV-Additiv und 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 30 Gew.-%, weichmagnetischem Füllstoff zu einem weiteren Polymercompound verarbeitet.
Aus dem erhaltenen Polymercompound wird in einem Formwerkzeug (einer zylindrischen Form) ein Prüfkörper in Form des oben beschriebenen Stiftes hergestellt. Das in dem Polymercompound enthaltene Metall wird von industriell üblichen Metalldetektoren und Röntgentechnologie erkannt.
5. Optische Detektierbarkeit
Die optische Detektion kann manuell und/oder mit dem bloßen Auge und/oder mit Kameras, Sensoren und Optiken erfolgen.
Die Erfindung betrifft ein Verschleiß-, Gleitwerkstoff-Polymer Compound mit hohem Verschleißwiderstand, der detektierbar ist, bei vermindertem Reibkoeffizienten, basierend auf einer thermoplastischen Matrix, insbesondere auf Basis (teilkristallinem thermoplastischen Polyester PEP/PET/PBT, PC, PET A, PET G, TPC, und weitere, sowie Modifikationen derer, auch Biomassengrundstoffe, und ein oder mehrere darin enthaltene Additive.
Die neuen Polymercompounds haben durch die verschiedenen eingearbeiteten Additive einen höheren Verschleißwiderstand. Die Compounds sind detektierbar. Sie verfügen über Metalldetektierbarkeit, elektromagnetische Detektierbarkeit, Detektierbarkeit durch Röntgenstrahlung und Blitze. Sie sind optisch oder farblich mit Linsen, Kamers, Sensonren etc. detektierbar. Es wird ein verringerter Reibkoeffizient erzielt. Der hohe Verschleißwiderstand ist detektierbar. Die Endprodukte verfügen über erheblich längere Standzeiten bei gleichzeitig optimierten Gleiteigenschaften. Die Detektierbarkeit wird unter anderem durch den Einsatz von weichmagnetischen Füllstoffen, zum Beispiel Metallpulvern, Metallkugeln, Magnetpigmenten, erzielt. Die Polymercompounds sind verbessert verglichen mit üblichen thermoplastischen Gleitlagerwerkstoffen.
Die Polymere sind thermoplastische Polymere oder thermoplastische Elastomere, die bei erhöhten Temperaturen verformbar sind. Polymere wie Elastomere weisen die polare Esterbindung auf. Werkstoffe aus POM und PE zeigen gegenüber den Polymercompounds, die einen Polyester, insbesondere einen Polyester mit wiederkehrenden Terephthalsäureeinheiten, aufweisen, ein deutlcih besseres Gleitverhalten und einen deutlich besseren Verschleißwiderstand.
Das entwickelnde Verschleiß-, Gleitwerkstoff-Polymer Compound weist ein Eigenschaftsprofil auf, das die bekannten Polymer Compounds z.B. HDPE- und POM Compounds übertrifft und / oder denen entspricht. Dies wird durch den Einsatz eines teilkristallinen Polyesters (z.B. PETP/PET/PBT) als Basispolymer, in Kombination mit dem Einsatz erforderlicher Additive, erreicht.
Durch die Zugabe der Additive weist es einen erhöhten Verschleißwiderstand auf, als der auf den bekannten Polymeren basierenden Gleitlagerwerkstoffe. Hierdurch bedingt können längere Standzeiten von aus diesen neuen Compounds gefertigten Gleitlagern und dreidimensionale technische Produkte gewährleistet werden. Diese neuen Compounds weisen für den Einsatzzweck erforderliche Eigenschaften auf, sie erhöhen den Verschleißwiederstand, sind detektierbar und gleichzeitig wird ein verminderter Reibkoeffizient erzielt.
Durch die organische Modifizierung eines teilkristallinen, thermoplastischen Polyesters konnten die Verschleißeigenschaften des Ausgangsmaterials derart verbessert werden, dass im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten thermoplastischen Gleitlagerwerkstoffen erheblich länger Standzeiten der Endprodukte, bei gleichzeitiger Optimierung der Gleiteigenschaften, realisiert werden konnten.
Durch den Einsatz weichmagnetischer Füllstoffe konnte zudem die Metall-Detektierbarkeit erreicht werden. Farbzusätze ermöglichen die optische Detektierbarkeit.
Neben den vorgenannten Additiven können weitere typische wirksame Verschleiß- und Gleitadditive mit der Funktion als Schmier-, Verstärkungs- oder Füllstoffe vorliegen. Weitere geeignete Additive sind, Sulfide von Übergangsmetallen, insbesondere Zinksulfid, Kupfersulfid, Molydändisulfid und Wolframdisulfid, einzeln oder in Kombination eingesetzt. Weiter eignet sich PTFE, hexagonales Bornitrid und Graphit, allein oder in Kombination derer. Vorteilhaft beeinflussende Additive sind z.B. Verstärkungsstoffe und Füllstoffe wie, Titandioxid, Bariumsulfat, Talkum, mineralische Füllstoffe sowie Glas-, Kohle-, Polymer- und Aramidfaser abgemischt oder einzeln.
Anwendungen finden sich in allen dreidimensionalen Produkten die nach allen bekannten Verfahren hergestellt werden, auch in flächigen Produkten oder auch Beschichtungen. Diese können durch Warmpressen, Extrudieren, Spritzgießen oder Sintern erzeugt oder flächenhaft auf Träger direkt aufgebracht werden z.B. durch Kleben, Aufsintern, Auflamieren, Aufflammen oder im Gieß-, Spritzgussverfahren, bei denen Träger in das Werkzeug eingelegt werden.
Da die dreidimensionalen Produkte gegossen, gespritzt, gesintert, im Lasersinterverfahren, als 3D Druck und als extrudierten Halbzeugen gefertigt und oder spanend gefertigt werden, sind die Compounds extrudierbar und auch für die vorgenannten Verfahren, in Form von Pulver, Granulat, Kugeln und weiter Formen, herstellbar.
Das geschaffene Polymercompound weist zusammenfassend folgendes verbessertes herausragendes technisches Eigenschaftsprofil auf: erhöhter Verschleißwiderstand, verringerte Gleitreibungszahl, Metalldetektierbarkeit und optische Detektierbarkeit.
Die Erfindung schafft ein Verschleiß-, Gleitwerkstoff-Polymer Compound mit hohem Verschleißwiderstand bei geringem Reibkoeffizient, basierend auf einer thermoplastischen Matrix insbesondere auf Basis von teilkristallinem thermoplastischen Polyester (PETP/PET/PBT, PET A, PET G, und weitere), sowie Modifikationen derer und einem oder mehreren darin enthaltenen Additiven.
Die Erfindung schafft ein Verschleiß-, Gleitwerkstoff-Polymer Compound insbesondere auf Basis von (teilkristallinem thermoplastischen Polyester) PETP/PET/PBT, PC, PET A, PET G, TPC und weitere, sowie Modifikationen derer auch Biomassen Grundstoffe und einem oder mehreren darin enthaltenen Additiven, das durch den Einsatz weichmagnetischer Füllstoffe die Metall Detektierbarkeit erreicht hat und durch die Farbzusätze die optische Detektierbarkeit.
Die Erfindung schafft ein Verschleiß-, Gleitwerkstoff-Polymer Compound insbesondere auf Basis von teilkristallinem thermoplastischen Polyester (PETP/PET/PBT, PET A, PET G, und weitere), sowie Modifikationen derer, einem oder mehreren darin enthaltenen Additiven, mit einem geringen Additivanteil von < 5 %.
Die Erfindung schafft ein Verschleiß-, Gleitwerkstoff-Polymer Compound insbesondere auf der Basis von teilkristallinem thermoplastischen Polyester (PETP/PET/PBT, PET A, PET G, und weitere), sowie Modifikationen derer und einem oder mehreren darin enthaltenen Additiven, mit einem hohen Additive Anteil von > 10%.
Die Erfindung schafft ein Verschleiß-, Gleitwerkstoff-Polymer Compound insbesondere auf Basis von teilkristallinem thermoplastischen Polyester (PETP/PET/PBT, PET A, PET G, und weitere), sowie Modifikationen derer und einem oder mehreren darin enthaltenen Additiven, neben den vorgenannten Additive bei denen weitere typische wirksame Verschleiß- und Gleitadditive mit der Funktion als Schmier- verstärkungs- oder Füllstoff vorliegen.
Weitere geeignete Additive wie, Sulfide von Übergangsmetallen, insbesondere Zinksulfid, Kupfersulfid, Molydändisulfid und Wolframdisulfid werden einzeln oder in Kombination eingesetzt. Weitere sind PTFE, hexagonales Bornitrid und Graphit, allein oder in Kombination derer. Beinhaltet vorteilhaft beeinflussende Additive z.B. Verstärkungsstoffe und Füllstoffe wie, Titandioxid, Bariumsulfat, Talkum, mineralische Füllstoffe sowie Glas-, Kohle-, Polymer- und Aramidfaser abgemischt oder einzeln.
Die Erfindung schafft ein Verschleiß-, Gleitwerkstoff-Polymer Compound insbesondere auf Basis von teilkristallinem thermoplastischen Polyester PETP/PET/PBT, PET A, PET G, und weitere), sowie Modifikationen derer und einem oder mehreren darin enthaltenen Additiven, das zusammenfassend folgendes verbessertes herausragendes technisches Eigenschaftsprofil ausweist: erhöhter Verschleißwiderstand, verringerte Gleitreibungszahl, metall-detektierbar, optisch detektierbar.
Die Erfindung schafft ein Verfahren der Herstellung von allen dreidimensionalen Produkten die nach allen bekannten und zukünftigen Verfahren hergestellt werden, auch als Beschichtungen. Diese können flächenhaft auf Träger direkt aufgebracht werden z.B. durch Kleben, Aufsintern, Auflamieren, Aufflammen oder im Gieß-, Spritzgussverfahren, bei denen Träger in das Werkzeug eingelegt werden, in denen das Verschleiß-, Gleitwerkstoff-Polymer Compound insbesondere auf Basis von teilkristallinem thermoplastischen Polyester (PETP/PET/PBT, PET A, PET G, und weitere), sowie Modifikationen derer und einem oder mehreren darin enthaltenen Additiven, verwendet wird.
Die Erfindung schafft eine Herstellung von dreidimensionalen Produkte, die gegossen, gespritzt, gesintert, im Lasersinterverfahren, als 3D Druck und als extrudierten Halbzeugen gefertigt und oder spanend gefertigt werden, auf die Compounds extrudierbar und auch für die vorgenannten Verfahren, in Form von Pulver, Granulat, Kugeln und weiter Formen, herstellbar in denen das Verschleiß-, Gleitwerkstoff-Polymer Compound teilkristallinem thermoplastischen Polyester (PETP/PET/PBT, PET A, PET G, und weitere), sowie Modifikationen derer und einem oder mehreren darin enthaltenen Additiven verwendet wird.
Die Erfindung schafft ein Verschleiß-, Gleitwerkstoff-Polymer Compound insbesondere auf Basis von teilkristallinem thermoplastischen Polyester (PETP/PET/PBT, PET A, PET G, und weitere), sowie Modifikationen derer und einem oder mehreren darin enthaltenen Additiven, das durch die organische Modifizierung derart verbessert wurde, dass die Verschleißeigenschaften des Ausgangsmaterials im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten thermoplastischen Gleitlagerwerkstoffen verbessert werden können und erheblich länger Standzeiten der Endprodukte, bei gleichzeitiger Optimierung der Gleiteigenschaften, realisiert werden konnten.
Das Polymercompound oder Masterbatch aus der PETP-Matrix mit einem weichmagnetischen Füllstoff, einem blauen Farbzusatz und einem Gleitmittel als Additiven ist ein Hochleistungs-Gleitlagerwerkstoff mit hervorragenden Eigenschaften. Es wurde ein neuer Hochleistungsgleitlagerwerkstoff für vielseitige Industrieanwendungen, unter anderen für die Lebensmittelindustrie, geschaffen.
Durch organische Modifizierung eines teilkristallinen thermoplastischen Polyesters können die Verschleißeigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen thermoplastischen Gleitlagerwerkstoffen deutlich verbessert werden, woraus erheblich längere Standzeiten der Endprodukte resultieren.
Das erfindungesgemäße Polymercompound ist hinsichtlich der spanenden Bearbeitung extrudierter Halbzeuge optimiert. Der neue Werkstoff zeichnet sich durch geringen Verzug und die damit verbundene hohe Maßhaltigkeit aus.
Durch den Einsatz korrosionsbeständiger, weichmagnetischer Füllstoffe kann die in der Lebensmittelindustrie geforderte Metalldetektierbarkeit für Kunststoffprodukte realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 68907532 T2 [0004]
DE 202014105296 U1 [0005]
EP 5531 A1 [0007]
EP 395130 [0008]

Claims

Polymercompound für ein Bauteil mit hohem Verschleißwiderstand und geringem Reibkoeffizienten umfassend eine Matrix, die einen oder mehrere Polyester enthält oder aus einem oder mehreren Polyestern besteht, und ein oder mehrere in der Matrix enthaltene detektierbare Additive.
Polymercompound nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren detektierbaren Additive ausgewählt sind unter einem oder mehreren von: – Farbmitteln, wie Farbstoffen und/oder Pigmenten, für die optische Detektion, insbesondere mit dem bloßen Auge oder mit einem Spektralgerät, und – metallischen Additiven für die Detektion mit einem Metalldetektor und/oder mit Röntgenstrahlung, und – magnetischen Additiven, wie weichmagnetischen Metallen oder weichmagnetischen Füllstoffen, ferritischen Materialien, für die Detektion durch eine magnetische Wechselwirkung.
Polymercompound nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die detektierbaren Additive in einem Anteil von 0,1 bis 40 Gew.-% oder Vol.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht oder Gesamtvolumen des Polymercompounds, enthalten sind, und/oder – die detektierbaren Additive in Form von pulverförmigen, körnigen oder im wesentlichen kugelförmigen Partikeln enthalten sind.
Polymercompound nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymercompound ein oder mehrere den Verschleißwiderstand erhöhende und den Reibkoeffizienten senkende Additive, wie beispielsweise Schmierstoffe, Verstärkungsstoffe, Füllstoffe, umfasst.
Polymercompound nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schmierstoffe unter den Übergangsmetallsulfiden, wie insbesondere Zinksulfid, Kupfersulfid, Molybdändisulfid und Wolframdisulfid, Polytetrafluorethylen (PTFE), hexagonalem Bornitrid, Graphit, einzeln oder in Kombination, ausgewählt sind, und – die Verstärkungsstoffe oder Füllstoffe unter Titandioxid, Bariumsulfat, Talkum, mineralischen Füllstoffen, Glasfasern, Kohlefasern, Polymerfasern, Aramidfasern, einzeln oder in Kombination, ausgewählt sind.
Polymercompound nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren den Verschleißwiderstand erhöhende und den Reibkoeffizienten senkenden Additive in einem Mengenanteil von 1,0 bis 50 Gew.-% oder Vol.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht oder das Gesamtvolumen des Polymercompounds, enthalten sind.
Polymercompound nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein Polyester ein teilkristalliner thermoplastischer Polyester ist und/oder – mindestens ein Polyester wiederkehrende Einheiten enthält, die von einer oder mehreren aromatischen Dicarbonsäuren und/oder einem oder mehreren aromatischen Diolen abgeleitet sind.
Polymercompound nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die aromatischen Dicarbonsäuren unter Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Naphthalindicarbonsäuren, insbesondere 2,6-Naphthalindicarbonsäure, ausgewählt sind, und – die aromatischen Diole unter Bisphenol A, Bisphenol AF, Bisphenol AP, Bisphenol B, Bisphenol BP, Bisphenol C, Bisphenol E, Bisphenol F, Bisphenol FL, Bisphenol G, Bisphenol M, Bisphenol P, Bisphenol PH, Bisphenol S, Bisphenol TMC, Bisphenol Z ausgewählt sind.
Polymercompound nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Polyester unter Polymethylenterephthalat, Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylenterephthalat (PTT), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylennaphthalat (PEN), Polycarbonaten (PC), Polycarbonaten mit von einem oder mehreren von Bisphenolen abgeleiteten wiederkehrenden Einheiten, Polyestercarbonaten (PEC), Polyarylarylaten (PAR), mit Glykol modifiziertem Polyethylenterephthalat (PET-G), amorphem Polyethylenterephthalat (PET-A), teilkristallinem Polyethylenterephthalat (PET-C), Biomassengrundstoffen, wie natürlich vorkommenden Polyestern, insbesondere Polymilchsäuren, thermoplastischen Polyesterelastomeren oder thermoplastischen Copolyestern (TPC) ausgewählt ist.
Polymercompound nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymercompound ein Masterbatch ist.
Polymercompound nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymercompound ein oder mehrere thermoplastische Polymere enthält, die unter Polyoxymethylenen, Polyethylenen, wie HDPE und LDPE, Polypropylenen ausgewählt sind.
Bauteil, das ein Polymercompound nach einem der Ansprüche 1 bis 11 enthält oder aus einem Polymercompound nach einem der Ansprüche 1 bis 11 besteht.
Bauteil nach Anspruch 12, das eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweist: – das Bauteil ist ein dreidimensionales Bauteil oder eine Komponente eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Polymercompound nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das dreidimensionale Bauteil oder die Komponente eines dreidimensionalen Bauteils durch Warmpressen, Extrudieren, Spritzgießen, Sintern, Lasersintern, generatives Fertigen, „rapid prototyping“, spanendes Bearbeiten in Form eines Halbzeugs oder Endprodukts aus dem Polymercompound erhältlich ist; – das Bauteil umfasst einen Träger und ein darauf aufgebrachtes Gleitbauelement, insbesondere flächiges Gleitbauelement, oder eine darauf aufgebrachte gleitfähige Beschichtung aus einem Polymercompound nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Gleitbauelement oder die gleitfähige Beschichtung durch Kleben, Aufsintern, Auflaminieren, Aufflammen, Gießen oder Spritzgießen aufgebracht ist, wobei der Träger vor dem Aufbringen des Polymercompounds gegebenenfalls in ein Werkzeug eingelegt wird; – das Bauteil ist aus einem Polymercompound nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erhältlich, das insbesondere in Form eines Pulvers, eines Granulats, in Form von Kugeln oder im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln vorliegt; – das Bauteil ist ein Gleitbauteil; – bei dem Bauteil handelt es sich um ein Räderwerk, eine Nocke, einen Hebel, eine Kupplung, eine Führungsrolle, eine Führungswelle, eine Buchse, eine Anlaufscheibe, eine Gleitleiste, eine Gleitführung, ein Frästeil, ein Drehteil, ein flaches und rundes Werkstück, ein Gegenstück zum Gleitbauteil, insbesondere Gleitlager oder Gleitlagerkomponente, um ein dreidimensionales Produkt.
Verwendung eines Polymercompounds nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für die Herstellung von Bauteilen, wie Räderwerken, Nocken, Hebeln, Kupplungen, Führungsrollen, Führungswellen, Buchsen, Anlaufscheiben, Gleitleisten, Gleitführungen, Frästeilen, Drehteilen, flachen und runden Werkstücken, Gegenstücken zu Gleitbauteilen, insbesondere Gleitlagern oder Gleitlagerkomponenten, dreidimensionalen Produkten mit Detektierbarkeit durch einen Detektor sowie verbessertem Verschleißwiderstand, geringerem Reibkoeffizienten und verbessertem Gleitverhalten.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass es eines oder mehrere der folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen eines Polymercompounds nach einem der Ansprüche 1 bis 11 insbesondere in Form eines Pulvers, eines Granulats, in Form von Kugeln oder im Wesentlichen kugelförmigen Partikeln; – Warmpressen, Extrudieren, Spritzgießen, Sintern, Lasersintern, generatives Fertigen, Rapid Prototyping des Bauteils in Form eines dreidimensionales Bauteils oder in Form einer gleitfähigen Komponente eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Polymercompound nach einem der Ansprüche 1 bis 11 unter Erhalt eines Halbzeugs oder eines Endprodukts; – Bereitstellen eines Träger, gegebenenfalls durch Einlegen in ein Werkzeug, und Aufkleben, Aufsintern, Auflaminieren, Aufflammen oder Aufbringen im Gießverfahren oder Spritzgussverfahren eines flächigen Bauelements oder einer gleitfähigen Beschichtung aus einem Polymercompound nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auf den Träger; – Erzeugen eines Bauteils, wie eines Räderwerks, einer Nocke, eines Hebels, einer Kupplung, einer Führungsrolle, einer Führungswelle, einer Buchse, einer Anlaufscheibe, einer Gleitleiste, einer Gleitführung, eines Frästeils, eines Drehteils, eines flachen und runden Werkstücks, eines Gegenstück zum Gleitbauteil, insbesondere eines Gleitlager oder einer Gleitlagerkomponente, eines dreidimensionalen Produkts.