-
Zu hitzebeständigen Formteilen hitzehärtbare Formmassen, die Organopolysiloxane
enthalten Gegenstand der Erfindung sind Organopolysiloxan-Formmassen, die zu Formteilen,
deren Hitzebeständigkeit derjenigen von Keramik entspricht, gehärtet werden können.
-
Zu elastischen oder nicht elastischen Formteilen oder Überzügen härtbare
Massen, die Organopolysiloxane und Füllstoffe enthalten, sind seit langem bekannt.
Die Füllstoffe in den zu elastischen Gebilden härtbaren Massen sind lufttrockene
Kieselsäuren, Metalloxyde, Silikate u. dgl. Als Füllstoffe in zu nicht elastischen
Gebilden härtbaren Massen dienten bisher meist Glasfasern, Glasgewebe oder Asbest.
Zusätzlich wurden häufig in der letzteren Art von Massen kleinere Mengen an anderen
Füllstoffen, wie Sand oder Diatomeenerde, mitverwendet. Die aus derartigen Massen
hergestellten Formteile führen zu befriedigenden Ergebnissen bei Temperaturen bis
zu 300"C. Bei Temperaturen um 500"C dagegen erfolgt ein Verziehen oder Zerfallen
der Formteile je nach Art der verwendeten Masse. Die aus bekannten härtbaren Massen
hergestellten Formteile sind daher im Temperaturbereich zwischen 300 und 1500"C
und darüber unbrauchbar.
-
Weiterhin sind Formteile aus Keramik schon lange bekannt. Ihre Herstellung
erfolgt im allgemeinen durch Mischen eines keramischen Materials mit Wasser, Vergießen
(slipcasting) der Aufschlämmung, Trocknenlassen und anschließendes Brennen bei Temperaturen,
die 1000"C und darüber je nach Art der verwendeten keramischen Masse betragen. Auf
Grund des Wasserzusatzes und der hohen Brenntemperatur erfolgt während des Brennens
stets ein beträchtliches Schrumpfen der Formteile, die sich dabei häufig verziehen.
Der Grad der eintretenden Schrumpfung ist zudem nicht mit großer Genauigkeit vorherzusehen.
Es ist deshalb bis jetzt nicht möglich gewesen, komplizierter geformte Keramikgegenstände
nach einfachen Verfahren mit befriedigendem Erfolg herzustellen, vor allem dann
nicht, wenn beim fertigen Gegenstand geringe Maßtoleranzen verlangt werden. Deshalb
werden bis jetzt Keramikgegenstände, die strengen Maßanforderungen gerecht werden
müssen, verformt, gebrannt und dann auf das genaue Maß zugeschliffen. Dieses Verfahren
ist ziemlich kostspielig und verteuert viele keramische Isolier- und Verbindungsteile
in beträchtlichem Maße.
-
Gegenstand der Erfindung sind nun zu Formkörpern oder Überzügen härtbare
Massen, die so einfach wie Massen auf Grundlage von organischen Harzen zu verarbeiten
sind, jedoch zu Produkten führen, deren thermische Festigkeit derjenigen von keramischen
Körpern entspricht, so daß sie in einem Temperatur-
bereich von -65 bis t 15000 C
und darüber anwendbar sind.
-
Die erfindungsgemäßen, zu hitzebeständigen Formteilen oder Überzügen
hitzehärtbaren Formmassen, die Organopolysiloxane - bestehend im wesentlichen aus
einem Alkylphenylpolysiloxan mit durchschnittlich insgesamt 0,9 bis 1,5 Phenyl-
und niedrigen Alkylresten je Si-Atom -, Magnesium-, Aluminium- oder Lithiumaluminiumsilikate,
Magnesiumoxyd, Siliciumdioxyd, Aluminium- oder Zinkoxyd als Füllstoffe sowie für
Organopolysiloxane übliche Härtungskatalysatoren enthalten, sind dadurch gekennzeichnet,
daß die in diesen Massen enthaltenen Füllstoffe in bekannter Weise so vorbehandelt
sind, daß sie beim Erhitzen auf 500"C keine flüchtigen Stoffe abspalten, und daß
5 bis 30 Gewichtsprozent Organopolysiloxan und 70 bis 95 Gewichtsprozent Füllstoffe
vorliegen.
-
Die erfindungsgemäßen Formmassen sind so einfach wie Massen auf Grundlage
von organischen »Harzen« zu verarbeiten, führen jedoch zu Produkten, deren thermische
Festigkeit derjenigen von keramischen Körpern entspricht, so daß sie in einem Temperaturbereich
von -65 bis +1500°C und darüber anwendbar sind.
-
Der Ausdruck »niedrige Alkylreste« bezeichnet Alkylreste mit weniger
als 4 C-Atomen. Die Verteilung der Phenyl- und niedrigen Alkylreste am Silicium
ist erfindungsgemäß nicht entscheidend. Das Organopolysiloxan
kann
beispielsweise eine beliebige Kombination der nachfolgend genannten Siloxaneinheiten
darstellen, vorausgesetzt, daß die Gesamtzahl von Phenyl- und niedrigen Alkylresten
innerhalb des angegebenen Bereichs liegt: Dimethyl-, Monomethyl-, Phenylmethyl-,
Monophenyl-, Diphenylsiloxan, SiO4/2, Monoäthyl-, Äthylmethyl-, Diäthyl-, Phenyläthyl-,
Monopropyl-, Dipropyl-, Phenylpropyl-, Äthylpropyl- und Methylpropylsiloxan. Es
können auch kleinere Mengen an Triorganosiloxaneinheiten, worin die Substituenten
beliebige der oben angegebenen Einheiten sind, enthalten sein.
-
Das »Siloxanharz« kann ein einzelnes Mischpolymeres oder ein Gemisch
aus zwei oder mehr Mischpolymeren darstellen. Vorzugsweise sind mindestens je 20
Molprozent Phenylsiloxan- und niedrige Alkylsiloxaneinheiten vorhanden. Die Vorbehandlung
der erfindungsgemäß verwendeten Füllstoffe zur Erzielung der Eigenschaft, beim Erhitzen
auf 5000 C keine flüchtigen Stoffe, wie Wasser aus adsorbiertem Wasser oder aus
Hydroxylgruppen, oder andere Stoffe, z. B.
-
Kohlendioxyd aus Carbonaten oder organischen Stoffen, abzuspalten,
erfolgt in bekannter Weise im allgemeinen durch Kalzinieren bei Temperaturen über
500"C.
-
Die kristalline Struktur der Füllstoffe ist nicht von ausschlaggebender
Bedeutung; sie können natürlichen oder auch synthetischen Ursprungs sein. Der Füllstoff
kann in Form von Fasern oder von mehr oder weniger runden Teilchen vorliegen. Die
Teilchengröße ist nicht entscheidend, doch werden feinteilige, pulverförmige Stoffe
bevorzugt. Selbstverständlich können mehrere dieser Füllstoffe gleichzeitig angewandt
werden.
-
Die erfindungsgemäßen Massen bestehen im wesentlichen aus den oben
beschriebenen Organopolysiloxanen, den Füllstoffen und üblichen Katalysatoren. Sie
können aber auch, wie allgemein üblich, Formentrennmittel, die die Entfernung aus
der Form günstig beeinflussen, und kleine Mengen an Pigmenten, wie Eisenoxyd, die
eine gewünschte Farbe erzeugen, enthalten.
-
Geeignete Katalysatoren sind Metallsalze von Carbonsäuren, beispielsweise
Bleistearat, Blei-2-äthylhexoat, Dibutylzinndiacetat, Zinkoctoat, oder belie-
bige
andere für die Härtung von Organopolysiloxanen übliche Katalysatoren.
-
Die erfindungsgemäßen Massen können entweder wie die bisher bekannten
Siloxan-Formmassen, d. h. für den Gebrauch im Temperaturbereich unter 300"C, oder
wie keramische Massen, d. h. im Temperaturbereich über 300 bis zu 2000"C, angewandt
werden.
-
Im letzteren Fall muß lediglich die Masse in einem herkömmlichen Verformungsapparat
verformt und dann so lange auf über 500"C erhitzt werden, bis die gewünschten Eigenschaften
vorliegen. Im allgemeinen ist dies in weniger als 24 Stunden erreicht. Gegebenenfalls
können jedoch die Massen auf höhere Temperaturen erhitzt werden; in einzelnen Fällen
kann dies sogar wünschenswert sein.
-
Die Formteile dienen als elektrische Isolatoren, als Sockel von elektrischen
Entladungsgefäßen und Lampen sowie für andere Zwecke, für die üblicherweise Siloxanformmassen
oder Keramikkörper verwendet werden.
-
Die erfindungsgemäßen Massen eignen sich auch zur Herstellung von
Überzügen. Sie werden zu diesem Zweck aus einer Lösung oder Suspension auf Oberflächen
aufgebracht; die mit dem Überzug versehenen Gegenstände werden auf über 500"C erhitzt,
bis die gewünschte Härte erreicht ist.
-
Beispiel 1 Ein Phenylmethylorganopolysiloxan mit durchschnittlich
insgesamt 1,15 Methyl- und Phenylresten je Si-Atom und einem Phenyl-Methyl-Verhältnis
von 1,13 wird mit den in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Füllstoffen in den
ebenfalls angegebenen Mengen gemischt. Die Mischung enthält in jedem Fall zusätzlich
1 Gewichtsprozent Calciumstearat als Formentrennmittel und 0,28 Gewichtsprozent
PbO als Katalysator. Jede Mischung wird unter einem Druck von 70 bis 140kg/cm2 bei
175"C 15 Minuten verformt.
-
Dann wird jede Probe 2 Stunden auf 250"C und 24 Stunden auf 550"C
erhitzt. Die physikalischen Eigenschaften eines jeden Formteiles werden bei Raumtemperatur
nach 2stündigem Erhitzen auf 250"C und 24stündigem Erhitzen auf 550"C bestimmt.
| Zusammensetzung Biegefestigkeit Schlagzähigkeit Druckfestigkeit |
| in in kg/cm2 in mkg in kg/cms |
| Gewichts- |
| prozent Gewichtsprozent 2500C 550° C 250° C 55O° C 2500C 550°C |
| Harz Füllstoff |
| 17 82 Magnesiumsilikat 441 118,30 0,1188993 | 0,0497718 980
; 455 |
| 17 82 Tonerde 483 68,32 0,0442416 l 0,0442416 959 490 |
| 17 38 Magnesiumoxyd |
| 38 Sand |
| 6 Magnesiumsilikat 351,40 56,35 0,0470067 - 896 1 497 |
| 20 37 Quarz |
| 37 Sand |
| 5 Magnesiumsilikat 525 81,90 - - 1064 1 532 |
| 17 50 Aluminiumsilikat |
| 26 Sand |
| 6 Magnesiumsilikat 371,70 144,20 0,0497718 | - 794,5 i 434 |
Gleichwertige Ergebnisse werden erhalten, wenn ein Gemisch aus 10 Gewichtsprozent
eines Harzes, bestehend aus 50 Molprozent Monophenylsiloxan- und 50 Molprozent Monoäthylsiloxaneinheiten,
45 Ge-
wichtsprozent Aluminiumsilikat, 45 Gewichtsprozent Zinkoxyd und 9 Gewichtsprozent
Lithiumaluminiumsilikat unter den oben beschriebenen Bedingungen verformt und gebrannt
wird.
-
Ebenso werden gleichwertige Ergebnisse erhalten, wenn in dem oben
beschriebenen Verfahren folgende Harze verwendet werden: ein Mischpolymeres aus
10 Molprozent Dimethylsiloxan-, 25 Molprozent Phenylmethylsiloxan-, 5 Molprozent
Diäthylsiloxan-, 35 Molprozent Monophenylsiloxan- und 25 Molprozent Monomethylsiloxaneinheiten
und ein Mischpolymeres aus 5 Molprozent SiO4/2-Einheiten, 5 Molprozent Monopropylsiloxan-,
10 Molprozent Diphenylsiloxan-, 50 Molprozent Monophenylsiloxan- und 30 Molprozent
Monomethylsiloxaneinheiten.
-
Beispiel 2 Ein Gemisch aus 17 Gewichtsprozent des gemäß Beispiel
1 verwendeten Organopolysiloxans, 82 Gewichtsprozent kalziniertem Magnesiumsilikat,
1 Gewichtsprozent Calciumstearat und 0,28 Gewichtsprozent PbO wird durch 15 Minuten
langes Erhitzen auf 175"C unter einem Druck von 140 kg/cm2 zu Barren geformt. Einige
der Barren werden dann in einem Ofen 2 Stunden auf 260"C erhitzt. Einige Barren
werden herausgenommen und auf ihre Biegefestigkeit geprüft. Die übrigen Barren werden
noch 48 Stunden auf 5550 C erhitzt. Dann wird ein Teil von ihnen herausgenommen
und die Biegefestigkeit bestimmt. Die restlichen Barren werden weitere 16 Stunden
auf 985"C erhitzt, dann wird ihre Biegefestigkeit und Gesamt schrumpfung bestimmt.
Die Ergebnisse zeigt die Tabelle.
| Temperatur | ErhdiaZuuenrgs | Biegefestigkeit Prozentuale |
| in "C | in Stunden | in kg/cm2 Schrumpfung |
| 260 2 445,20 - |
| 555 48 118,30 - |
| 985 16 75,60 8,8 |