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Abschrift der ursprünglichen Unterlagen Verfahren zur Herstellung
Er. Polytetrafluorõthylen Presspulvers Die Erfindung betrifft die Herstellung eines
freifliessenden Polytetrafluorõthylen-Presspulvers, da@ sich f³r die Zufuhr su Verformungsvorrichtungen
mittels automatischer Beschicker -fie t Granulatf~rmiges Polytetrafluorõthylen wird
hergestellt, indem man Tetrafluorõthylen in Gegenwart einer wõssrigen Phase polymerisiert.
die einen nach dem Mechanismus der freien Radikale arbeitenden Initiator enthõlt
vergl. beispielsweise USA-Patentschrift 2 393 967). Die Polymerisatteilchen besitzen
eine grobe, unregelmõssige Form und eine Gesamtoberflõche, bestimmt durch
Stickstoffabsorption,
von 1 bis 4 m2/g, was unter der Annahme einer Kugelform aller Teilchen einer rechnerischen
mittleren Teilchengr~sse von 0,67 bis 2, 67 mm entsprichtn Bei der Verarbeitung
von Polytetrafluoräthylen haben die physikalischen Eigenschaften der Polymerisatteilchen,
wie Grosse Form, Zusammenpressbarkeit, Verhalten beim Einwirken von Scherkräften
und Grössenverteilung, eine kritische Bedeutung, da das Polymerisat bei allen Temperaturen,
bei denen es bestõndig zist. im wesentlichen fest bleibt. Die Geste von Polytetrafluoräthylen-Artikeln,
die durch Vorformung des Polymerisatpulvers bei Temperaturen unterhalb 327° C (dem
Kristallschmelzpunkt) in der geuEnschten Form und freiem Sintern des Vorformlings
bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkte hergestellt werden, hängt stark von
der Geste des Vorformlings ab. Zur Herstellung des Vorformlings wird im allgemeinen
eine Form mit dem Polytetrafluoräthylenpulver beschickt und das Pulver dann einem
Druck von ³ber 35 kg/em2 unterworfen, um es zu einem Korper der gewdnschten Form
und genEgender Festigkeit und Steifigkeit zu verdichteny um ihn aus der Form entnehmen
zu tdnnen und selbsttragend zu erhalten. Wenn die Polymerisatteilchen durch diese
Verdichtung nicht auf einem wesentlichen Anteil ihrer Flächen miteinander in innige
Ber³hrung gebracht werden, haben Teile des erhaltenen gesinterten Körpers eine wesentlich
niedrigere Featigkeit und höhere
Durchlässigkeit als andere Teilen
Solche Schwächungsstellen entstehen, wenn der Formdruck bei der Vorformung nicht
gleichmassig auf den gesamten Vorformling einwirkt. Beim Einsatz von automatischen
Beschickungs- und Vorformungsmaschinen ist dieses Problem besonders kritisch.
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Die Erfindung bezweckt die Beseitigung solcher Schwächungs stellen.
P@ wurde gefunden, dass sich solche Stellen aus einer ungleich@@es gen Bes@hickung
der Vorform oder einer unerwünschten Vert@@@@@ a@angem@ssen grosser Polymerisatteilchen
in der Form @g@b@@ Ins@esendere hat sich gezeigt, dass Polytetraflu@ @@y@@ Teilenen,
deren "Gewichtsdurchschnitt-Teilcherg@@@@" mehr als 700 Mik@@@ betrõgt, zu einem
Blockieren cdßrUbd''i'kd?derÖffnungdesFormraumsfahrenkönnen,woraus s und schwache
Stellen und Hehlrõu@e in den gesinterten K~rper ergeben, und dass ein Pulvor mit
@@@@@@sdurch@@h@it@-Teilehengr~ssen von weniger als 200 Mikr@@ @@@@dung gleichmõssig
grosser Teilchen durch ; AggiOB''?''.'.i.t,,asdengle'..unerwünschtenÜberbr³ckung@@@@@@
eligin. Es ist damit wichtig, die Polymerisat-Teil@hengresse im Bersich von 200
bis 700 Mikron zu halten.
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Die "Gewichtsdurchschnitt-Teilchengr~sse" wird bestimmt, indem man
eine abgewogene Probe Polytetrafluorathylen mit einem L~sungsmittel, wie Tnchloräthylen,
durch eine Reihe von Sieben abnehmender Maschenweite hindurchwäscht, die von jedem
Sieb
zurückgehaltene Menge an Teilchen wõgt und die Gewichtsdurchschnitt-Teilchengr~sse
errechnet.
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Das Verfahren gemõss der Erfindung zur Herstellung eines freifliessenden
Polytetrafluoräthylen-Presspulvers unter Polymerisation von Tetrafluorõthylen in
Gegenwart einer wõssrigen Phase, die einen nach dem Mechanismus der freien Radikale
arbeitenden Initiator enthõlt, und Abtrenhung und Trocknung des Polymerisatpulvers
ist dadurch gekennzeichnet,. dass man eine Aufachlämmung des Pulvers in Wasser von
einer Temperatur von nicht aber 30# C der Einwirkung von Schneidelementen (cutting
blades) unterwirft, bis die Gewichtsmittel-Teilohengr~sse der Aufschlämmung zwischen
200 und 700 Mikron liegte das erhaltene Pulver unter Bewegung in Wasser bei einer
Temperatur zwischen 40 und 70# C wõscht und dann trocknet.
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Zur DurchfUhrung der Schneidbearbeitung geass der Erfindung geeignete
Schneidvorrichtungen sind im Handel verf³gbar. Die Menge an Wasser in der die Schneidvorrichtung-passierenden
Aufschlämmungsollausreichen,umeineleichtfliessendeAufschlõmmung zu ergeben, und
hat vorzugsweise die Gr~ssenordnung von 15 Gewichtsteileh,Wasser/GewichtsteilPolymerisat-Pulver.
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Vorzugsweise wird eine Vorrichtung eingesetzt, die ein Sieb aufweist,
welches Teilchen, deren Gr~sse die Kennwerte gemõss der Erfindung ³berschreitet,
zur³ckhõlt, so dass man die zuruckgehaltenen Teilchen erneut der Sehneidbehandlung
unterwerfen kann.
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Die Waschbehandlung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur . zwischen
45 und 55# C. Die Waschdauer ist nicht kritisch, da jegliche Waschung die Befähigung
der Polymerisatteilchen, frei zu fliessen, verbessert ; bei einer Waschdauer von
4 Stunden ist die Verbesserung beträchtliche und vorzugsweise wird das Pulver 4
bis 8 Stunden gewaschen. Vorzugsweise wird das Waschwasser in einem Gewichtsverhõltnis
zum Polymerisat-Pulver zwischen 4 : 1 und 12 : D 1 eingesetzt. Die Bewegung beim
Waschen des Polymerisates braucht nur zu genügen, um das Polymerisat-Pulver suspendiert
zu halten; der Leistungsbedarf liegt normalerweise zwischen etwa 1p3 und 13 PS/1000
1 Waschgemisch.
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Vorzugsweise wird die Aufschlõmmung nach der Schneidbehandlung entwõssert,
indem man sie ³ber ein 100-Maschen-Schwingsieb leitet, so dass jegliche .in dem
Wasser enthaltenen Verunreinigungen von dem Polymerisat-Pulver abgetrennt werden.
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Bei der Herstellung des Waschgemisches wird dann frisches Wasser zugesetzto
Nach der Schneidbehandlung wird das Polymerisatpulver getrocknet, vorzugsweise durch
Entwõssern mittels eines Schwingsiebes oder einer Schleuder und-dann Trocknen des
entwässerten Pulvers durch Hindurchleiten von Heissluft (in besonders bevorzugter
Weise mit einer Temperatur von 120 bis 180° C) durch das Pulser n
Das
gemõss der Erfindung erhaltene Press- und Formpulver ist hauptsächlich fUr den Einsatz
auf automatischen Besohiekungs-und Vorformungsmaschinen entwickelt worden, kann
aber natürlich auch bei anderen Zwecken eingesetzt werden, bei denen ein Polytetrafluorõthylen-Pulver
verwendet.
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Die Gründe für die verbesserte und gleichmässigere Polymerisatpulver-Fliessfõhigkeit
sind noch nicht eindeutig erkannt worden aber dureh die Schneidbehandlung in Wasser,
das ein "scnmi-'.-.ndes"MediumbildetundeinezustarkeScherkraftwirkung verhindert,
bzw. durch eine Verõnderung der Kristallstruktur des Polymerisates, die sich bei
etwa 30#C ergibt, und die milde Scherwirkung, die beim Waschen in Wasser resultiers
dürfte ein Glatterwerden der Polymerisatteilchen-Oberfläche und eine Agglomeration
ausserordentlich feiner Polymerisatteilchen auf eine geeignete Grosse unter Erzielung
der erfindungsgemõssen Ergebnisse eintreten.
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Die folgenden tabellarisch zusammengefassten Beispiele dienen der
weiteren Erlõuterung der Erfindung.
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Beiapiele Man f³hrt eine wõssrige Polytetrafluorõthylen-Aufschlõmmung
(wie nach USA-Patentschrift 2 394 243) durch ein Schwingsieb, um anhaftendes Polymerisat
zu entfernen, und setzt Wasser auf ein Verhältnis von Polymerisat zu Wasser von
1 : 15 zu. Die erhaltene Aufschlämmung wird zur Schneidbehandlung durch einen
Wasserschneider
des Handels (Fitzmill Modell K=14) geleiteti der mit einem 1,6-mm-Sieb ausgestattet
ist; der Schneider weist eine Reihe dicker geschõrfter Klingen auf, die an einer
mit 1450 U/Mino umlaufenden Welle sitzen. Die Polymerisataufschlämmung wird am Kopf
der Mahle eingepumpt, passiert die Schneidzone und tritt aus dem Schneider ausp
nachdem die Teilchengr~sse gen³gend reduziert worden ist, damit die Teilchen ein
Sieb am unteren Ende der Malle passieren. Die Aufschlõmmung wird durch ~berleiten
³ber ein 100-Maschen-Schwingsieb entwässert, wodurch in dem Wasser enthaltene Verunreinigungen
von dem Polymerisat abgetrennt werden. Das Polymerisat wird dann wieder mit frischem
Wasser auf ein Verhõltnis von Wasser zu Polymerisat in der Aufschlõmmung von 8 s
1 vermischt.
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Man erhitstdieAufschlämmungauf50CundwäschtdasPolymerisat 8 Stunden
unter Bewegung mittels eines Schaufelr³hrers (2,7 PS/1000 1). Die erhaltene Aufschlõmmung
wird entwõssert; Ubergrosse Agglomerate werden entfernt. Zur Trocknung wird das
Polymerisat in einem Heissluftstrom von 120 bis 180#C suspendiert, dessen Lineargeschwindigkeit
610 bis 762 m/Min. beträgtoBeiimwesentlichendengleichenBedingungen,jedoch unter
Waschen des Polymerisates bei 20 bis 25# C, wird dann ein zweiter Polymerisatposten
hergestellte
Die erhaltenen Presspulver werden auf einer automatischen
Vorformpresse des Handels (Bauart Denison) gepr³ft, die Pressringe von 5,1 cm Aussendurchmesser,
1,6 mm Wanddicke und 3,8 mm H~he aufweist. Im Betrieb gibt man auf den Tricher der
Presse, der das Polymerisatpulver einem hin- und hergehenden Förderer zuf³hrt, 6pR
kg Presspulver auf. Der Förderer, der eine f³r eine grosse Zahl von Formungen ausreichende
Polymerisatmenge enthõlt, bewegt sich ³ber die Patrize, die einen Ringhohlraum aufweist
(5,1 cm Aussendurchmesser, 1,6 mm Wanddicke und etwa 12,7 mm Tiefe); der Ringhohlraum
wird dann von dem F~rderer mit dem Polymerisat gefällt. Hierauf läuft der F~rderer
unter den Trichter zurück, um weiteres Polymerisatpulver aufzunehmen, wõhrend sich
in den Formraum ein Ringstempel senkt und das Polymerisat bei etwa 1055 kg/cm2 und
10 Sek. Verweilzeit zum Ring vorformt. Der Stempel geht dann zur³ck, der Vorformling
wird aus der Patrize auf die Höhe des F~rderers ausgeworfen und beim Vorlaufen des
F~rderers von diesem seitlich weggeschoben, während der Formboden sich wieder senkt
und der Förderer auf die Patrize vorläuft. Hierauf wird die Patrize vom F~rderer
erneut gef³llt und der Arbeitskreislauf wiederholt. Mit jedem Polymerisatposten
werden insgesamt 300 Ringe hergestellt. Jeder f³nfte Ring wird 1 Stands bei einer
Temperatur von 375# C gesintert und nach dem Sintern mit 3# C/Min. abgek³hlt. In
gleichen Abstõnden
wõhrend des Versuches werden 10 Ringe gewõhlt
und auf Zugfestigkeit und Bruchdehnung bestimmt. Zur Bestimmung der H~he jedes gesinterten
Rings miest man an drei ³ber den Ringumfang verte en Stellen die EShe und errechnet
das Mittel.
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Aus diesen Messungen wird die H~hengesamtschwankung ermittelt.
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Ergebnisse : T a b e l l e Polymerisat-Pulver Temperatur beim 20 bis
25 50 Waschen0 Teilchengr~sse, mÁ 490 bis 700 415 bis 625 Zugfestigkeit, kg/cm2+)
Mittel 93 156 Bereich 550 bis 101 145 bis 178 Bruchdehnung Mittel 4,5 140 Bereich
2 bis 7 75 bis 180 Höhengesamtschwankung, mm 0,41 0,19 +) bestimmt auf einem Instron-Zugfestigkeitspr³fer
bei 5,1 cm/Min.
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Die vorstehenden Werte zeigen, dass die erh~hte Temperatur beim Waschen
ein Pressjmlver lieferte das bei der Verarbeitung auf automatischen Beschickungs-
und Vorformungsmaschinen wesentlich verbesserte mechanische Eigenschaften ergibt
und das auch als Fulver, wie die Verringerung der H~henschwankung zeigt, ein wesentlich
besseres Fliessverm~gen hat. Die Verbe der mechanischen Eigenschaften und der Massreproduzierbarkeit
ergibt sich aus dem besseren Fliess- bzw.
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Rieselverm~gen des Presspulvers gemõss der Erfindung.