DE1133115B

DE1133115B - Verfahren zum Herstellen strangfoermiger Erzeugnisse, insbesondere von Rohren, aus Polytetrafluoraethylen mit gekruemmter Laengsachse

Info

Publication number: DE1133115B
Application number: DER21804A
Authority: DE
Inventors: Paul Daniel Schuman; Edward Jing Chu
Original assignee: Resistoflex Corp
Current assignee: Resistoflex Corp
Priority date: 1956-09-05
Filing date: 1957-09-04
Publication date: 1962-07-12
Also published as: SE196220C1; US2863174A; BE560504A; LU35433A1; FR1188548A; GB831754A; CH363480A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von strangförmigen Erzeugnissen, insbesondere von Rohren aus Polytetrafluoräthylen mit gekrümmter Längsachse durch Strangpressen von pastenähnlichen Gemischen aus Polytetrafluoräthylenharzteilchen und einem Strangpreßhilfsmittel.

Wie bekannt ist, kann Polytetrafluoräthylen mit einem Strangpreßhilfsmittel vermischt und zu einer Vorform mit pastenähnlicher Beschaffenheit verfestigt werden. Diese Vorform kann dann in einer Strangpresse durch eine düsenartige Matrize mit kleinen Öffnungen zu dünnwandigen Teilen verpreßt werden. Wenn nach diesem Verfahren Rohre hergestellt und anschließend gesintert werden, weisen sie eine beträchtliche Biegsamkeit auf.

Bei Rohren mit einem gegebenen Durchmesser und einer gegebenen Wandstärke gibt es einen Mindestradius, unterhalb dessen die Rohrwände beim Biegen der Rohre zusammenfallen; es sei denn, daß man eine innere Stütze schafft. Bei gewissen Anwendungsmöglichkeiten ist es aber erwünscht, daß man Rohre biegen kann.

Das Problem ist nicht auf Rohre beschränkt, sondern man findet es auch, wenn man versucht, andere Arten von dünnwandigen Teilchen zubiegen, ζ. Β. bei der Herstellung von gekrümmten Streifen mit einem rechteckigen Querschnitt mit der größeren Seite in der Biegeebene. In diesem Falle würde ein übermäßiges Biegen eine Ausbeulung des Materials verursachen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von strangförmigen Erzeugnissen, insbesondere Rohren aus Polytetrafluoräthylenharz mit gekrümmter Längsachse durch Auspressen des durch Vermischung von Hilfsstoffen in eine plastisch verformbare Masse übergeführten Werkstoffes aus einer Düse gegeben. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst mindestens zwei Mischungen mit unterschiedlichem Gehalt an Hilfsstoffen hergestellt werden, dann der Preßraum vor der Düse im Bereich eines, von zwei von der Düsenachse ausgehenden Radien begrenzten und bis 180° betragenden Raumes mit der einen und im Bereich des restlichen Raumes mit der anderen Mischung ausgefüllt wird, worauf die Füllung ausgepreßt und das ausgepreßte Erzeugnis in bekannter Weise zur Austreibung der zugesetzten Hilfsstoffe und zur Sinterung des Werkstoffes einer Wärmebehandlung unterworfen wird. Durch das Auspressen wird ein einheitlicher Gegenstand mit einer Längskrürmnung gebildet, da die einzelnen Gemische infolge des verschiedenen Gehaltes an Strangpreßhilfsmitteln eine unterschiedliche Bewegbarkeit Verfahren zum Herstellen strangförmiger
Erzeugnisse, insbesondere von Rohren,

aus Polytetrafluoräthylen
mit gekrümmter Längsachse

Anmelder:

Resistoflex Corporation,

Roseland, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner, Berlin-Grunewald, und Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2, Tal 71,
Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. September 1956 (Nr. 608 135)

Paul Daniel Schuman, Sayreville, N. J.,

und Edward Jing Chu, Belleville, N. J. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

aufweisen. Das anschließende Sintern des gekrümmten Gegenstandes beseitigt die Krümmung nicht, bewirkt aber, daß der Strangpreßkörper zu einem festen oder homogenen Gegenstand mit einer Eigenkrümmung verfestigt wird.

Die Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung noch besser veranschaulicht.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Kolbenstrangpresse zum Pressen der Rohre in der Stellung vor dem Beginn der Bewegung des Kolbens; Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1, der den Querschnittsaufbau der Vorform zeigt;

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht der Strangpresse nach Fig. 1, wobei der Kolben sich an einem mittleren Punkt seiner Bewegung befindet; sie zeigt einen gekrümmten Strangpreßkörper beim Verlassen der Matrize;

Fig. 4 ist eine bevorzugt verwendete Art einer Vorform, die bei der praktischen Ausführung der Erfindung verwendet werden kann.

In der Zeichnung ist die Kammer der Strangpresse mit 10 bezeichnet. Eine Matrize 12 mit einer zylin-

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drischen Bohrung der Öffnung 14 ist am offenen treiben des Strangpreßhilfsmittels muß das Rohr bei Ende der Kammer 10 befestigt. Ein zylindrischer der Sintertemperatur des Harzes gesintert werden, Kernbolzen oder Dorn 16 wird durch eine nicht ge- die bei etwa 375° C liegt.

zeigte Vorrichtung konzentrisch zur Bohrung 14 ge- Obgleich bei Verwendung einer aus zwei gleichen

halten. Der Kolben 18 ist mit einer konischen Fläche 5 Hälften bestehenden Vorform bei der Herstellung 20 versehen, die in den konischen Zugang 22 der von Rohren mit kleinem Durchmesser zufrieden-Matrize 12 paßt. Der Kolben 18 ist auf dem Kern- stellende Ergebnisse erzielt wurden, erwies sich dies bolzen 16 befestigt und wird in üblicher Weise (in für Rohre mit einem Innendurchmesser von etwa der Zeichnung nicht angegeben) axial bewegt. 25 mm und mehr als nicht mehr ausreichend. An

Fig. 1 zeigt die Strangpresse, schon mit einer hohlen io ihrer Stelle wurde eine Vorform hergestellt, deren zylindrischen Vorform 24 beschickt, unmittelbar vor einer Teil aus sieben Achtem des ganzen Körpers der Kolbenbewegung nach vorn. Selbstverständlich oder aus 315° im Bogenmaß und der andere Teil ist eine Anordnung geschaffen, um den Kolben aus nur aus einem Achtel des Körpers oder aus einem dem Kammerraum 10 zurückzuziehen oder ander- »Keil« von 45° im Bogenmaß bestand, weitig das Einsetzen der Vorform 24 zu gewähr- 15 Aus Gründen der Zweckmäßigkeit und Anpassung leisten. Zu diesem Zweck kann die Vorform der wurden nur zwei verschiedene Formmassen für die Länge nach in die Hälften 26 und 28 geteilt sein, Vorform verwendet. Eine Formmasse bildete einen wie in Fig. 2 zu sehen ist. vollständigen Hohlzylinder, aus welchem ein Längs-

Die Vorform kann aus einem Gemisch hergestellt segment oder »Keil« von der gewünschten Größe sein, welches wie folgt zusammengesetzt ist: 20 oder Winkelbreite mit einem scharfen Instrument

Teile herausgenommen wurde. So wurde ein erster Vor-

Tetrafluoräthylenharz 81,0 formteil, ζ. B. ein Teilstück 32 in Fig. 4, hergestellt,

Schwerbenzin (spezifisches Gewicht ^m(*^em ™^an ^e}ⁿ Segment von 45° Bogenlänge heraus-

0,74, Siedebereich 90 bis 170° C) 17,0 ^nahm (s· Spalt 34).

Chromgelbpigment 18 ^a5 ^^ie zweite Formmasse wurde so ausgeformt, daß

Polyisobutylenverdicker''.".'.'.'.'.'.'.'.'.'. 0-2 ^ein »Teilkeil« von 22,5° Bogenlänge erhalten wurde,

aus dem die Teilstücke 36 und 38 von Fig. 4 her-Das Schwerbenzin wird nach dem Verdicken mit gestellt wurden.

dem Polyisobutylenverdicker durch kurzzeitiges Be- Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, wurden zwei solche

handeln in einer Mischtrommel von etwa 10 bis 30 »Keile« zum Auffüllen des 45°-Spaltes 34 im Haupt-15 Minuten mit dem Harz vermischt. Das Gemisch querschnitt 32 verwendet. Wie hier noch gezeigt wird dann bei etwa 3,5 bis 7 kg/cm² in eine zylin- wird, kann es wünschenswert sein, in gewissen Fällen drische Form gepreßt. Die Vorform kann dann mit nur einen 22,5°-»Keil« in einem 22,5°-Spalt zu vereiner Rasierklinge od. ä. in zwei Hälften geschnitten wenden. Im weiteren Sum wird daher aus dem Teilwerden, oder man kann die Form zur Herstellung 35 stück 32 von Fig. 4 ein Segment von nx° Bogenlänge der beiden Hälften mit einer Teilung versehen. herausgenommen, worin η eine ganze Zahl, ein-

Die Konzentration des Strangpreßhilfsmittels ist schließlich 1, und χ die Winkelbreite eines »Teilim obigen Ansatz auf etwa 17%, bezogen auf die keiles« bedeutet.

gesamte Mischung, gehalten. Die Vorform ist nun Um beim neuen Durchmesser von etwa 25 mm

so ausgebildet, daß man die Konzentration an 40 den gleichen Krümmungsradius (zwischen etwa 87,5 Strangpreßhilfsmittel auf einer Seite der Form hier- und 100 mm) zu erzielen, war auch nötig, die Anvon abweichend wählt. Zum Beispiel kann man eine sätze etwas abzuändern. So war das Sieben-Achtel-Vorform mit den beiden Hälften 26 und 28 nach Teilstück (in der Zeichnung mit 32 bezeichnet) aus Fig. 2 mit einer Hälfte, z.B. 26, mit etwa 17% einem Gemisch mit 16% Schwerbenzin und PoIy-Strangpreßhilfsmittel herstellen, während die andere 45 isobutylen hergestellt, während die Teilstücke 36 und Hälfte 28 mit einer größeren Menge Strangpreßhilfs- 38 aus einem Gemisch mit 20% Strangpreßhilfsmittel, etwa in der Größenordnung von 19%, ver- mittel hergestellt wurden.

sehen wird. In jedem Fall ist das Strangpreßhilfs- Die Vorform enthält also auf der einen Seite einer

mittel gleichmäßig im Harz verteilt. Wird diese Vor- Teilebene mehr Strangpreßhilfsmittel als auf der form durch den Kolben durch die Matrize gepreßt, 50 anderen. Um ein gekrümmtes Strangpreßteil herso wird das entstehende Rohr in Kurvenform aus- zustellen, muß sie einen Symmetrieverlust um diese gepreßt, wie es bei 30 in Fig. 3 gezeigt ist. Das Achse, in deren Richtung sie stranggepreßt wird, Material mit der größeren Menge Strangpreßhilfs- wenigstens über einen Teil der Vorform erleiden, mittel bildet die Außenseite der Krümmung, wo- Das hier beschriebene Verfahren weist ungezählte gegen das Material mit dem geringeren Gleitmittel- 55 Varianten auf, von denen nur ein paar Beispiele begehalt die Innenseite der Krümmung bildet. Mit einer schrieben seien. Wenn der ganze Strangpreßteil ge-Vorform, deren eine Hälfte 17% und deren andere krümmt sein soll, so erstreckt sich der »Keil« der Hälfte 19% Gleitmittel enthält, wurde beim Strang- Vorform über seine ganze Länge. Natürlich kann pressen ein Rohr mit einer Wandstärke von etwa der »Keil« der Vorform auch örtlich beschränkt 1,25 mm und einem Innendurchmesser von etwa 60 werden, in welchem Fall ein Teil des Strangpreß-9,40 mm mit einem Krümmungsradius von etwa teiles gerade und ein Teil gekrümmt ist. 87,5 bis 100 mm erhalten. Wegen der großen Flüchtigkeit des Schwerbenzins

Der Strangpreßkörper ist etwas zerbrechlich und ist es ziemlich schwierig, die Krümmung des Endfaserig. Er muß dann auf eine geeignete Temperatur produktes im voraus zu bestimmen. Wünscht man erwärmt werden, damit das Strangpreßhilfsmittel aus- 65 reproduzierbare Ergebnisse, so zieht man ein weniger getrieben wird, das in diesem Fall aus Schwerbenzin flüchtiges Strangpreßhilfsmittel vor, z. B. ein Weißöl und Polyisobutylen besteht. Die angewandte Tempe- mit einem spezifischen Gewicht von 0,775 bis 0,785 ratur kann etwa 150° C betragen. Nach dem Ab- bei 15,5°.

Die nachstehenden drei Gemische lieferten ausgezeichnete Ergebnisse:

Tetrafluoräthylenharz

Ruß

Weißöl

Gemisch A Gemisch B Gemisch C

89,8 g

0,09 g
24,3 ecm

90,8 g 0,09 g 23,1 ecm

122,5 g 0,12 g 28,9 ecm

10

Die Gemische A, B und C enthalten jeweils etwa 17, 16 und 15 Gewichtsprozent Strangpreßhilfsmittel. Die bevorzugte Arbeitsweise besteht darin, daß die gewünschte Menge Tetrafluoräthylenharz als Pulver abgewogen und durch ein 10-Maschen-Sieb gesiebt wird. Dann wird Ruß zugegeben und so lange unter Umwälzen gemischt, bis der Ruß gut verteilt erscheint, worauf noch einmal gesiebt wird. Dann werden 10 ecm Weißöl zugegeben. Das Gemisch wird zugedeckt und nach jeder Zugabe kräftig geschüttelt. Darauf wird wieder gesiebt, um das »zusammengeballte« oder »klumpige« Material, das überschüssiges Öl enthält, abzutrennen. Das »zusammengeballte« Material wird vorsichtig durch das Sieb gedrückt und zu der ursprünglichen Mischung gegeben. Schließlich mischt man nochmals unter Umwälzen gut durch. Dieses Material kann unter einem Druck von etwa 0,703 bis 3,52 kg/cm² zu der gewünschten Vorform verfestigt werden.

Aus einer Vorform, in der das größere Teilstück fünfzehn Sechzehntel oder 337,5° des Körpers ausmachte und aus dem Gemisch A geformt war, während der »Keilteil« ein Sechzehntel oder 22,5° des Körpers ausmachte und aus Gemisch B geformt war, wurde in einer Strangpresse ein Rohr, das einen Krümmungsradius von etwa 87,5 mm, einen Innendurchmesser von etwa 25 mm und eine Wandstärke von etwa 1,55 mm besitzt, ausgepreßt.

Verpreßt man eine Vorform, die einen größeren Teil (sieben Achtel oder 315°) aus Gemisch A und einen »Keil« von einem Achtel oder 45° aus Gemische besitzt, durch eine Matrize, so erhält man ein Rohr mit einem Innendurchmesser von etwa 37,5 mm und einer Wandstärke von etwa 1,55 mm und mit einem Krümmungsradius von etwa 100 mm. Die gleiche Vorform und Masse erzeugten im Strangpreßverfahren ein Rohr mit einem Krümmungsradius von etwa 112,5 mm, wenn sie durch eine etwa 50 mm starke Matrize gepreßt wurden.

Die richtige Nachbehandlung der Preßkörper aus den obigen Gemischen A, B und C besteht darin, daß man die Strangpreßteile auf einer geeigneten Unterlage in einem Luftumwälzofen 3 Stunden auf etwa 70° C erwärmt, wobei man den Ofen zur Entfernung der Dämpfe häufig reinigt oder auspumpt. Dann soll die Temperatur für 15 Minuten auf etwa 400° C erhöht werden. Nach dieser Zeit werden die Strangpreßteile aus dem Ofen herausgenommen und mit Wasser abgeschreckt.

In allen oben angeführten Beispielen muß man für die Schrumpfung des Polytetrafluoräthylenharzes beim Sintern einen angemessenen Spielraum ansetzen. Er kann bis zu 30 bis 40% in der Strangpreßrichtung und bis etwa 5% in der dazu senkrechten Richtung betragen.

Natürlich kann die Größe des »Keiles« in jeder gegebenen Vorform und der relative prozentuale Anteil des Strangpreßhilfsmittels variiert werden. Es ist jedoch als allgemeine Regel ratsam, die Menge des Strangpreßhilfsmittels bei Verwendung von Schwerbenzin auf 14 bis 22% zu beschränken. Bei Verwendung von Weißöl kann man seinen Anteil gut zwischen 14 und 21 % variieren. Außerhalb der oben angegebenen Grenzen sind die Strangpreßteile leicht rauh, gerillt oder faserig oder sonstwie unbefriedigend.

Der in den Gemischen A, B und C verwendete Ruß ist ein Strangpreßhilfsmittel, das mit zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung des Weißöls im Gemisch wirkt.

Neben dem verdickten Schwerbenzin und dem Weißöl können auch andere Strangpreßhilfsmittel verwendet werden, doch soll deren Viskosität im Bereich von 3 bis 5 Centipoise liegen. Dies ist auch der Fall bei der Schwerbenzin-Polyisobutylen-Lösung und dem in den obigen Ansätzen verwendeten Öl.

Obgleich die Erfindung unter der Angabe, daß aus dem Harz und dem Strangpreßmittel eine Vorform hergestellt wird, beschrieben wurde, so braucht diese jedoch nicht wesentlich zu sein. Wenn die getrennten Gemische, die für den gekrümmten Strangpreßkörper benötigt werden, durch Mehrfachzuführungsvorrichtungen od. dgl. direkt verschiedenen Teilen der Formmatrize zugeführt werden können, kann das Vorformen in gewissen Fällen unterlassen werden.

Die hier beschriebene Erfindung liefert nach dem Sintern Gegenstände, die praktisch spannungsfrei und in ihren Abmessungen beständig sind.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß konische Vorformen in bekannter Weise verwendet werden können und daß die Erfindung einer weitgehenden Variation und Modifizierung unterworfen werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen von strangförmigen Erzeugnissen, insbesondere von Rohren, aus Polytetrafluoräthylen mit gekrümmter Längsachse durch Auspressen des durch Zumischen von Hilfsstoffen in eine plastisch verformbare Masse übergeführten Werkstoffes aus einer Düse, da durch gekennzeichnet, daß zunächst mindestens zwei Mischungen mit unterschiedlichem Gehalt an Hilfsstoffen hergestellt werden, dann der Preßraum vor der Düse im Bereich eines, von zwei von der Düsenachse ausgehenden Radien begrenzten und bis 180° betragenden Raumes mit der einen und im Bereich des restlichen Raumes mit der anderen Mischung ausgefüllt wird, worauf die Füllung ausgepreßt und das ausgepreßte Erzeugnis in bekannter Weise zur Austreibung der zugesetzten Hilfsstoffe und zur Sinterung des Werkstoffes einer Wärmebehandlung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Preßmasse verwendet wird, die 14 bis 22 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht, Preßhilfsstoff enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Preßhilfsstoff ein Gemisch aus Schwerbenzin und Polyisobutylen mit einer Viskosität von 3 bis 5 Centipoise verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorform hergestellt und

hierzu ein Gemisch in Form eines Segmentes eines Hohlzylinders mit bis zu 180° Zentriwinkel hergestellt, der übrige Teil des Hohlzylinders mit einer zweiten verdichteten Preßmasse mit anderem Preßhilfsstoffgehalt ausgefüllt und der vollständige Hohlzylinder dann verpreßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein vollständiger HoMzylinder aus einer Preßmasse mit einem gegebenen Gehalt an Preßhilfsstoff ausgeformt, aus diesem Hohlzylinder ein Raum bis zu 180°

Zentriwinkel herausgeschnitten, der entstandene Raum mit einer Preßmasse mit anderem Preßhilfsstoffgehalt, gegebenenfalls in Form von vorverdichteten Keilstücken, ausgefüllt und der vollständige Hohlzylinder verpreßt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 748117, 624 433; schweizerische Patentschrift Nr. 318 927; USA.-Patentschriften Nr. 2752 637, 2752321, 072.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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