DE1273171B - Verfahren zur Herstellung von metallverstaerkten Kunststoffgegenstaenden - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B29d

Deutsche Kl.: 39 a3 - 3/02

Nummer: 1273 171

Aktenzeichen: P 12 73 171.4-16 (P 29276)

Anmeldetag: 27. April 1962

Auslegetag: 18. Juli 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallverstärkten Kunststoffgegenständen, insbesondere Reibungselementen, bei dem Phenol-Formaldehyd-Harz mit Metallfasern gemischt und verpreßt wird.

Es besteht ein Bedarf nach porösen, flüssigkeitsdurchlässigen Reibungselementen zur Verwendung in hydraulisch betriebenen Mechanismen, wie automatischen Kraftfahrzeuggetrieben, die durch hydraulisch angetriebene Kupplungen und Bremsvorrichtungen gesteuert werden und mit Reibungsflächen mit hohen Reibungskoeffizienten versehen sein müssen, die es erlauben, daß Schmieröle aus den Reibungsflächen unter dem Druck der eingreifenden Reibungselemente entweichen können.

Eine Materialart, die für diese Zwecke brauchbar ist, besteht aus einem metallfaserverstärkten Phenol-Formaldehyd-Harz-Verbundkörper.

Aus der britischen Patentschrift 844 939 sind Kunststoffgegenstände bekannt, die aus Harzen, insbesondere Phenol-Formaldehyd-Harzen mit eingelagerten Metallfasern bestehen. Hierbei werden die Fasern aus vorzugsweise gegossenem Metall mit geeigneten Mitteln zur Erhöhung der Haftfestigkeit am Harz vorbehandelt oder beschichtet, z. B. mit Nitrozelluloselack oder mit einem Resorzin-Formaldehyd-Kondensat oder bei warmhärtenden Harzen mit einem sauren Melamin-Formaldehyd-Kolloid.

Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von metallverstärkten Kunststoffgegenständen, insbesondere Reibungselementen, bei denen Phenol-Formaldehyd-Harz mit Metallfasern gemischt und verpreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlfasern mit einem, die Haftung von Fasern und Harz beim Mischen verbessernden Öl benetzt, mit trockenem, pulverförmigem Phenol-Formaldehyd-Harz gemischt werden und diese Mischung in bekannter Weise in einer Form gepreßt, das Harz angehärtet, der Gegenstand aus der Form entfernt und dann in einem Ofen fertig gehärtet wird.

Im Gegensatz zu der haftungsvermittelnden Zwischenschicht, die gemäß der britischen Patentschrift 844 939 verwendet wird, wird erfindungsgemäß ein öl verwendet, das bei der Härtung ausgetrieben wird. Es wird dadurch vermieden, eine mit dem Phenol-Formaldehyd-Harz unverträgliche Zwischenschicht auf die Metallfasern auftragen zu müssen oder daß man einen lückenhaften Harzfilm auf den Metallfasern erhält, da dieser zunächst aus Harzteilchen gebildet wird, die wegen der größeren Wärmekapazität der Metallfasern schneller härten als das zum Aufbau des Formkörpers verwendete Harzmaterial.

Verfahren zur Herstellung von metallverstärkten Kunststoffgegenständen

Anmelder:

Armour Research Foundation, Chicago, JH.

(V. St. A.)

ίο Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. v. Pechmann, Patentanwälte,
8000 München 90, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:
Richard E. Horste, Orchard Lake, Mich.;
Robert E. Anderson, Birmingham, Mich,
ao (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 28. April 1961 (106161)

Erfindungsgemäß wird der Ölfilm kontinuierlich beim Härten durch einen lückenlosen Harzfilm ersetzt.

Vorzugsweise werden 0,8 bis 1,2 Gewichtsprozent Öl und etwa 15 bis 34 Gewichtsprozent des Phenol-Formaldehyd-Harzes, bezogen auf die Gesamtmischung, verwendet.
Das Formen solcher Harzkörper ist an sich z. B.

aus der deutschen Auslegeschrift 1 093 554 bekannt. Es wurde festgestellt, daß ein Verbundstoff mit niedriger Dichte oder Gegenstand mit hohem Oberflächenreibungskoeffizient, der für Schmierstoffe und ähnliches frei durchlässig und gegen höhere Temperatur und höheren Druck für lange Zeit ohne merkbare Dimensionsänderung widerstandsfähig ist, aus einer Mischung von 66 bis 85% Stahlfasern und von bis 34% Phenol-Formaldehyd-Harz hergestellt werden kann.

Es werden vorzugsweise fein zerschnitzelte Stahlfasern mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet, die »geflockt« sind, d. h. von niedriger Dichte, und in denen die einzelnen Fasern in der Größenordnung von 0,0762 mm Durchmesser und von 0,794 bis 6,35 mm lang sind. Die Stahlfasern sind mit 0,8 bis 1,2 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1 Gewichtsprozent, öl benetzt.

809 570/527

Das zu verwendende Harz ist vorzugsweise ein trockenes wärmehärtendes Phenol-Formaldehyd-Bindemittel, das fein pulverisiert oder pulverförmig ist.

Die geflockten, mit Öl benetzten Stahlfasern und das Phenol-Formaldehyd-Harz werden durch Walzen od. dgl. gründlich gemischt, wobei Mengen von 66 bis 85 Gewichtsprozent Stahlfasern und 15 bis 34 Gewichtsprozent Harz verwendet werden. Die minimale Menge von 15 Gewichtsprozent Harz ist notwendig, um ein angemessenes Binden in der Endstruktur zu erhalten, und der 34%ige maximale Harzgehalt ist die größte Menge, die eine angemessene hohe Reibungsfläche bei höherer Temperatur ohne Verschmoren des Harzes bilden kann.

Bei der Herstellung von Gegenständen mit relativ scharfen Ecken kann eine angereicherte Mischung z. B. mit bis zu 40 Gewichtsprozent Phenol-Formaldehyd-Harz für solche Kanten ohne Festigkeitsverlust in diesem Teil verwendet werden, solange die Kante nicht einem großen oder übermäßigen Reibungsverschleiß ausgesetzt wird.

Nach gründlichem Mischen des trockenen Harzes und der ölbenetzten Stahlfasern wird die Harz-Stahlfaser-Mischung in eine Form gebracht und auf eine Temperatur von mindestens 204,4° C, jedoch nicht höher als 260° C, für eine Zeit von 2 bis 3 Minuten zur anfänglichen Härtung der Mischung in einen thermisch stabilisierten Zustand gebracht. Danach wird die geformte Harz-Stahl-Masse ohne Wärme oder Druck ungefähr 1 Minute in der Form gelassen. Nach dieser Verweilzeit wird die Form geöffnet, der geformte Teil entfernt und in einen Ofen bei einer Temperatur von 204,4° C ungefähr 15 Minuten eingebracht.

Die genaue Temperatur in der Form während der Anfangshärtung des Gegenstandes ist nicht genau bekannt, da die Stahlform den Teil vollständig umschließt und zwischen ein Plattenpaar gelegt wird, das durch elektrische Widerstandsheizung auf eine Temperatur von 315° C erhitzt wird. Die Formtemperatur für die Anfangshärtung beträgt jedoch 260° C. Es wurde festgestellt, daß Plattentemperaturen von weniger als 204,4° C den Gegenstand nicht zu einer Dimensionsfestigkeit härten, während Plattentemperaturen über 538° C einen Festigkeitsverlust des Endgegenstandes und ein Verkohlen des Harzes verursachen.

Beispiel

72 Gewichtsprozent Stahlfasern von niedrigem Kohlenstoffgehalt mit einem Durchmesser von ungefähr 0,0762 mm und einer Länge von 0,794 bis 6,35 mm mit einem Gehalt von 1 Gewichtsprozent Öl als Haftmittel werden mit 28 Gewichtsprozent eines Phenolharzes gemischt. Dieses Bindemittel ist ein hochschmelzendes Harzpulver mit einem sehr kurzen Fluß, schnell härtend und mit geringer oder keiner Quellneigung bei schnellen Einbrennzyklen. Das Harzpulver hat eine Dichte von 0,31 bis 0,36 g/ cm³; 97,0% dieses Materials gehen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm.

Die gemischten, feinverteilten Ausgangsmaterialien werden in einer üblichen Mischtrommel, die 36,287 kg dieser Mischung enthält, 10 Minuten bei 950 UpM gemischt. Die Mischung wird dann in eine vollständig umschließende Stahlform mit im allgemeinen dreieckiger Querschnittsform eingebracht, nachdem der niedrigere Scheitelpunkt des Dreiecks (im Querschnitt) mit einer angereicherten Mischung von 60 Gewichtsprozent Stahlfaser und 40 Gewichtsprozent Phenolharzbindemittel gefüllt worden ist. Die gefüllte Form wird dann zwischen zwei auf 315° C erhitzte Platten gebracht und unter einem Druck von 527 kg/cm² zusammengehalten. Die Gestalt der Form ist derart, daß die Formteile sich Stahl auf Stahl berühren, so daß die Harzfasermischung nicht dem Druck von 527 kg/cm² unterworfen wird.

Die Form wird bei der angegebenen Temperatur und dem Druck zwischen den Platten für 2Va Minuten geschlossen gehalten. Danach wird die Form mit dem Gegenstand zwischen den Platten entfernt und 1 Minute bei der Temperatur der Form, d. h. in der Größenordnung von 260° C, gelassen.

Nach Beendigung dieser lminütigen Verweilzeit wird die Form geöffnet, der Gegenstand daraus entfernt und abschließend in einem Ofen bei 204,4° C 15 Minuten fertig ausgehärtet.

Das Endteil hat ein spezifisches Gewicht von ungefähr 2,28 oder weniger als ein Viertel der aus Stahl bestehenden Fasern. Der Gegenstand hält eine Belastung von 302 kg/cm² für 30 Minuten bei 176,6° C aus, wobei die Dimensionsänderung nicht mehr als 0,127 mm beträgt.

Die poröse Natur des Gegenstandes, sein hoher Reibungskoeffizient an den Oberflächen und seine leichte Durchlässigkeit für Flüssigkeiten unter Druck machen ihn für die Verwendung als Reibungselement in einem Kraftfahrzeuggetriebe besonders geeignet.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von metallverstärkten Kunststoffgegenständen, insbesondere Reibungselementen, bei dem Phenol-Formaldehyd-Harz mit Metallfasern gemischt und verpreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlfasern mit einem, die Haftung von Fasern und Harz beim Mischen verbessernden öl benetzt, mit trockenem, pulverförmigem Phenol-Formaldehyd-Harz gemischt werden und diese Mischung in bekannter Weise in einer Form gepreßt, das Harz angehärtet, der Gegenstand aus der Form entfernt und dann in einem Ofen fertig gehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0,8 bis 1,2 Gewichtsprozent Öl und etwa 15 bis 34 Gewichtsprozent des Phenol-Formaldehyd-Harzes, bezogen auf die Gesamtmischung, verwendet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 093 554; britische Patentschrift Nr. 844 939.