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Bahn oder Band beliebiger Länge aus aungesintertem Polytetrafluoräthylen.
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Wird ein Polytetrafluoräthylen-Presspulver, das nachfolgend als PTFÄ-Pressulver
bezeichnet wird, zu einer Bahn oder Folie verpresst, wobei nicht mehr Druck angewendet
wird, als zum Verdichten der Masse sowie zur Beseitigung der Hohlräume zwischen
den Teilchen erforderlich ist, dann wird eioh das erhaltene Produkt unter Zerkrümeln
zerreiben, wobei ganz allgemein eine Zerkrümelung eintritt, sobald ein derartiges
Produkt zwischen einem Walzenpaar hindurchgeführt wird. Derartige Bahnen lassen
sich praktisch nicht dehnen, sondern serreißen sofort. Die Zähigkeit und das Zusammenhalten
derartiger Bahnen werden duroh Erhltsen auf 200 bis 3000C beträkchtlich verbessert.
Bei diesen Temperaturen kann eine verpresste Bahn durch Durchleiten durch ein Walzenpaar
verstreckt werden, so daß sie dünner und entsprechend länger in Laufrichtung wird.
Nach dem abkühlen auf Zimmertemperatur weist die Bahn eine gute Zähigkeit und Dehnung
in der Walzrichuung auf, sofern durch den Walzvorgang die Dicke der ursprünglichen
Bahn midestens auf die Hälfte verringert und infolgedessen ihre länge verdoppelt
worden ist. Trots der wesentlich verbesserten Dehnung der ungkesinterten BAhn in
Walzrichtung bleibt sie quer zu dieser Bahn immer Krümelig und spröde und läßt sich
leicht in lange Bruchstücke serlegen. Die an sich bekannten Nethoden zum Verstrecken
von Folien in zwei Richtungen, seispielsweise unter Verwendung von Spannrahmen oder
dergleichen, sind auf ungesinterte PTFÄ-Bahnen nicht anwendbar, weil diese @lbst
nach dem Erhitzen auf hohe Temperaturen i-er nooh @@melig und spröde sind. Man erzielt
infolgedessen nicht die @@wünschte Einheitlichkeit der Teilchen innerhalb der Bahnen.
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@sher war es auch nicht möglich gewesen, eine Bahn oder Folie Finer
guten Dehnung und hohen Zugfestigkeit aus mit FUlloffen versetztem PTFÄ herzustellen.
wurde nun gefunden, daß Bahnen, Polien und Bänder aus PTPX mit hohen Dehnungen und
hohen Zugfestigkeiten hergestellt werden
Können, wenn man ihnen
eine GefUgestruktur mit folgenden Merkmalen verleiht: a) ein Teil der ursprünglich
kugelige Polymerenteilchen ist in fibrillen aufgeteilt. die gleichförmig in parallelen
Ebenen angeordnet sindt b) ein Teil dieser Fibrillen ist gleichmäßig in Richtung
der Bahnlängsschese verteilt; o) ein anderer Teil der Fibrillen ist gleichförmig
quer zur Bahnlängsachse verteilt; d) etwaige dem PTFÄ zugesetzte Füllstoffe sind
ebenfalls gleichmäßig durch die ganze Masse hindurch verteilt; e) die auf die weise
strukturierten Bahnen, Folien, Platten und Bänder sind nicht gesintert und können
in ungesintertem Zustand nach bekannten Methoden zu beliebigen geformten Gebilden
verarbeitet werden, worauf erst in der neuen Formgebung die Sinterung durchgeführt
wird; f) die auf diese Weise strukturierten ungesinterten folien, Bahnen, Bänder
und Platten können auch bereits als solche in üblicher Weise gesintert werden.
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In den Rahmen der Erfindung fällt ferner ein Verfahren sur Heretellung
von durch dieses Strukturgefuge ausgezeichneten Platten, Pollen, Bahnen und Bändern
aus ungesintertem PTFI. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein
pulveriges GEmisch aus Polytetrafluoräthylen mit etwa 20 bis 50 volumenprozent,
bezogen aui das Gesamtvolumen, eines flüssigen Schmie oder Gleitmittels, welches.
das Polytetrafluoriäthylen benetzt, durch eine erste formgebende Düse zu einem Stab
vferformt, letsteren durch eine zweite formgebende düse su einem flachen Band verformt,
wobei der verstreckungsgrad bei der Verformung des Stabes etwa 10 bis 70 Prozent
größer als der Verstreckung,
grad bei der Formung de3 Bandes ist,
wobei gegebenenfalls das erhaltene biaxial orientierte Band in eine Porm gebracht,
in dieser unter Pressdruck zu einem gewünschten geformten Gebilde verform und gegebenenfalls
anschließend durch Erhitzen aui etwas Uber 30° 0 gesintert wird.
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Das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorsugte Ausgangsmaterial
ist ein aue kleinen Teilchen oder Agglomeraten aus kleinen Teilchen bestehendes
PTFÄ-Pulver, dessen Teilchengrößen zwischen weniger als 1µ und etwas mehr als 10
µ (im Durohmesser) schwanken. Die Teilchen dieses Pulvers besitzen etwa eine hreelige
form und bestehen aus einer Gruppe von nahcezu iden kristallisierten makromolekllen,
welche sich linear längs de Orientierungsachse der Teilchen erstrecken.
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Diese tielchenformen werden in "unusual Peatures in The Orystal Struoturs
of PT@E", wobei diese Arbeit bei der Vereammlung der american Chemical Society im
September 1957 vorgelegt wurde, be-Schrieben. dieses Pulver ist unter der Bezeichnung
"Dispiersion fins powder' bekannt und ein Bandelsprodukt der Firma E.I. duPont de
Nemours & Co.("Teflon 6 und 60") sowie der Firma Imperial Chemical Industries
("Fluon CDl").
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Vird auf die kugeligen Teilchen eine ausreichende Scherspannung längs
ihrer Orientierungssachese ausgeübt, so vereohieben sich die Moleuküle gegeneinander.
wobei eine lange dünne Fibrille gebildet wird. Die Scherspannungen der ersten Verformungsstufe
des erifnungsgemäßen Verfahrens erzeugen Pibrillen, die gletohförmig verteilt und
ii wesentlichen entlang der langen Achse des Stabes angeordnet sind. Die zweite
Verforemungsstufe des Verfahrene erzeugt Fibrillen, die ebenfalls gleichförmig verteilt,
aber überwiegend ii rechten Weinkel zu den in der ersten Verformungsstufe @ebildeten
Fibrillen angeordnet sind. Es kommt auch vor, daß einzelne der in der ersten verstreckungsstufe
gebildeten Fibrillen während der zweiten verstreokungsstufe aus ihrer
ursprünglichen
Orientierungsrichtung herausgedreht werden.
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Durch die Verstreckungsmaßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden nicht sämtliche vorhandenen kugeligen PTFÄ-Teilchen zu Fibrillen umgeformt,
da die einwirkenden Soherkräfte nicht an allen Stellen stark genug sind, um den
weiter oben beschriebenen Schlupf der Moleküle in den Teilchen herbeizuführen. Es
tritt daher nur far einen Anteil der PTFÄ-Teilchen die Verformung der Pibrillen
ein, in denen sich die MolekUle in Richtung der auf die je Teilchen einwirkenden
Scherkraft ordnen. Der Vorgang dieser Fibrillierung Band Orientierung läßt sioh
zusätzlich regulieren. wenn man dem PTFÄ-Presstrang, von dem man ausgeht, eine organische
flüssigkeit zusetzt, welche als schmier- oder Gleitmittel wirkt und die scherspannungen
zwischen den sich aneinander reibenden Teilchen vermindert. man kann in den erfindungsgemäß
hergestellten stark gedenten Bahnen die als Schmier- und Gleitmittel verwendete.
organische Flüssigkeit belassen, weil sie die bgasbscihtigten weiteren Verforsmagen
erleichtert. Das Schmiermittel kann Jedoch auch durch Verdampfen aus der Bahn entfernt
werden. In diese Falle besteht die getrocknete PTFÄ-Bahn aus unveränderten Kugeligen
teilohen und aus in zwei Richtungen orientierten fibrillen. Di.
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Zäligekti und die hohe Dehnung, welche die erfindungsgeßäßen Bahnen
auszeichnen, sind duroh das maschenartige Gefüge von ineinander verflochtenen Fibrillen
sowie durch die Schmierwirkung der Masse aus kugeligen Teilchen bedingt. Ferner
sind die zäligekti und die hohe Dehnung auch auf die Gleichmäßigkeit der Fibreillenorientierung
in Jeder Orientierungsbene des geformten Gegenstandes zurückzuführen.
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Die Erfindung wird durch die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
figur 1 ist eine Dreaufsicht in Richtung der vorschubbswegung.
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Figur 2 stellt einen Schnitt in der Ebene 2 - 2 von Figur 1 dar und
seigt das zusammenwirken von Kolben, Zylinder und Austrittsöffnungen sowie die Breite
der aus der Vorrichtunhg ausgeprsessten Bahn.
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Figur 3 ist ein schnitt in der Ebene 3 - ton figur 1 und zeigt die
Verjüngung der Kammern sowie die Dicke der extrudierden Behn.
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Vis sus der Figur 2 zu ersehen ist, ist in einem Zylinder 2 ein Kolben
1 angeordnet. In den zylinder 2 wird ein vortgeformter zylindrischer Strang aus
ungesintertem zusammengepresstem PTFÄ mit einen Zusat an Schmiermittel (Wei sie
unter anderem in der US-Patentsohrift 2 386 357) beschrieben sind) eingebracht.
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Mittels des nach unten geführten Kolbens 1 wird das in dem Zylinder
2 befindliche PTFÄ-Material durch die rechteckige Austrittsöffnung 3 gepresst, wobei
das material in dieser Öffnung zu einem Stab verstreckt wird. Dieser Stab wird nun
in der sich rechtwinklig zur bildebene Verjüngenden austrittoffnung 4 in seitlioher
Richtung verstreckt oder ausgebreitet und auf diese Weise in ein verhältnismäßig
dünnes Band 5 überführt.
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Um nun sowohl längs wie quer zur Achse in der Bahn eine angemessene
fibrillenbildeung durchzuführen, muß in Jeder der beiden Austrittsöffnungen die
Verstreckung mindestens das zweifache, üblicherwise sogar ein wesentlich höheres
Vielfaches, und zwar etwa im allgemeinen das 25--bis 50-fache betragen.
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Um den Fluß des PTFÄ-Materials innerhalb der in der Zeichnung dargestellten
erfindungsgeßäßen Vorrichtung zu demonstrieren. ordnet nan in den zu verarbeitenden
rnl-strang aus ungefärbtem Material gefärbte VUrfel des gleichen Materials an und
Bechachtet die Formveränderungen, welche diese Würfel aus gefärbtem material beim
Druchgang durch die erste und die zweite Austrittsöffnung erfahren.
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Dabei stellt man fest, daß die Würfel innerhalb der ersten austrittsöffnung
un einen betrag verstreckt werden, der den Quctienten aus der Querschnittsflä che
des PTFÄ-Stranges und der Querschnittsfläche der Austrittsöffnung entspricht. Der
auf die Weise gebildete streifen aus farbige Material er fährt auf dem Weg bis zu
der zweiten austrittzöfnung ein. seitliche ausbreitung oder Verstreckung, welche
dem Quetienten aus der Breite der zw2eiten austrittsöffnung und der Breite der ersten
Austrittsöffnung entspricht.
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Bei den biaxial fibrillierten Bahnen aus ungesinterten PTFÄ ist es
entscheidend, ein gleichgewicht zwischen der Orientierung und der Menge der Fibrillen
in Längs- und Querrichtungj einzustellen. 1 diesen Zweck Bussen die erste und die
zweite Austrittsöffnung derart ausgelegt werden, daß sie die Verdrehung oder das
hersuwdere@@@ ven fibrillen auf dem Weg zweischen der ereten und zweiten austreittsöffnung
berücksichtigen. Schalb man ein derartiges Orientierungsgleichgewicht herstellt.
sind die Spannungskurven @@ i9n Längerichtung hgeschnittenen und in Querrichtung
geschnitt@@@@ Probsstücken gleich.
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Es wurde festgezxtellt. daß dieses $Glelchgewicht dann zustande kommt,
Wenn die länfgsverstreckung des PTFÄ-Stranges in der ersten austrittmöffnung etwa
10 bis 70 % großer ist als die @querverstreckeung in der zweiten austrittsöffnung.
Besonders günstig ist es, wenn die Länbgsverstreckung 25 bis 50 % grömer als die
Querverstreckung ist.
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Daraus ergibt sich fur eine ausgeglichene biaxiale Fibrillierung nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gleichung: Breite d.2. Austrittesöffnung Querschn.
v. zylinder 2 x (1,4 # 0,30) = Breite d.1. Austrittsöffnung Querschn.d.1. Austrittsöffnung
@ußerdem
beeinflusst nach der Anteil an Schm@@ elm den Grad der Fibrillierung Schmiermittel
werden im @@@@@@@@@@@ in Mengen von 35 bis 45 Volumjenprozent verwendet dei schr
hohau Strechkungsverhältnissen könen auch Mengen von 50 Volumenprozent oder mehr
in zweckmäßiger Weise zugesetzt werden, wäahrend bei sehr niedrigen Streckungs verhältnissen
Mengen von 20 Volumenprozent oder weniger ausreichen. Bin geeigneter Mittelwert
rttr den schmiermittelanteil sind ungefähr 40 Volumenprosent.
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Dieser volumenprozentsatz wird auf das Gesamtvolumen des Gemisches
berechnet, das sich Seinerseits aus den Dichten der Bestandteile, nämlich PTFX 2,2,
Soltrol 0,76 oder dergleichen, ergibt.
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Die einzige anferderung an das Schmiermittel besteht darin, daß es
fließbar ist und sich nit PTFÄ benetsend vermischt. Geeignete Schmiermittel sind
beispielsweise Naphtha-Gasclin, Kerosin, Alkohels, Glykole sowie die meisten organischen
Flüssigkeiten.
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Auch mit einen Netzmittel versetztes Wasser ist verwendbar, wobei
jedoch in diesem Falle die erzielte Gleichmäßigkeit nicht so gut wie bei Verwendung
mit organischen nicht-wässrigen Schmiermitteln, die daher vorzuziehen sind, ist.
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Der Fertschritt der biaxial fibrillierten PTFÄ-Bahnen liegt insbesendere
in einer besonders leichten und bequemen Verformbakeit und Bearbeibarkeit sowie
ferner in einer ungewöhnlich hohen zufgfestigkeit, Zähijgkeit und in einer Geringen
Ermüdungsanfgäligkeit der aus diesen Materialien hergestellten Formkörper nach den
Sintern. Diese nioht vorhersehbaren Eigenschaften beruhen offenbar auf der besonders
gleichmäßägen Verteilung der Füllstoffteilchen und der durch die Fäbrillierung herbeigeführten
bviaxialen Molekulerorientierung. Obwohl die einzelnen Fibrillen ansobeinend versohwinden,
wenn die Kristalle des PTFÄ schmelsen, und ihre Masse eine homogene gleichförmige
Matrix rund um die anwesenden Füllsteffteilchen bildet, bleiben doch Restbareiche
einer
molekularen Orientierung an den ursprünglichen Stellen der Fibrillen zurilck, wenn
die Sinterung in zweckmäßiger Weise gesteuert wird.
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Das Verformen unter Druck der biaxial fibrillierten PTFÄ-Barhnen läßt
sich am wirkungsvollsten dann ausführen, wenn das organische Schmiermittel in der
Masse verbleibt. Es begünsteigt die Fließbarkeit der Masse während des Sdhließens
der Form und drückt die Bildung von zusätzlichen Fibrillen auf ein Mindestmaß herab.
Das übliche Verformen von gekürntem PTFÄ ("Teflon" 1 usw.) ist nur ein zusammentpressen,
durch welches die Hohl-Räume innerhalb der Kunstrstoffschküttung zumsammengepresst
werden, so daß durch Erhitzen des Formkörpers die Teilchen Zussammengesintert odezl
miteinander verschseisst werden können. Beim Verarbeiten der biaxial fibrillierten
PTFÄ-Bahnen gemäß vorliegender Erfindung laßt sich aber während der verformung ein
hoher Grad an Fließbarket erreichen, so daß sich komplizierte Fromkarper, dünnweidige
Zonen und Einlagen herstellen lassen. Sobald das biaxial fibrillierte PTFÄ iii dem
Gewünschten Geilde verformt ist, entfernt man das Schmiermittel Durch Verdamfpfen
in einem Ofen oder an der Lnft und erhitzt das geformet Gebilde auf 340 bis 380°
c. Sobald das nicht gesinterte Wekstück bis auf eine Temp[eratur oberhalb des kristallinen
Schmelspunktes von 3270 0 erhitzt wird, werden die Moleküle aus ihrem kristelline
Zusammenhang geläst und beginnen sich aus ihrer gestreckten Konfiguration heraus
in zufällige ketten umzurodnen.
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Die Moleküle in den Fibrillen stoßen auf schmelzende Moleküle von
benachbarten kuglichen Kristallen, mit denen sie sich Verhaken und infolgedessen
deren Rückkehr su einer völlig zubilligen Konfkiguration verlangsamen oder verzögern.
Deshalb empfeihlt es sich im allgemeinen, den Formkörper aus des Ofen zu entfernen,
sobald er geschmolzen ist, und ihn rasch zbxu0-kühlien, ui die noch Verhanderne
molekulare Orientierung aus der ursprünunglichen Bildung und Orientierung der Fibrillen
einsufrieren. Dies fördert die Festigkeit des gesinterten formküprers sowie seinen
Wirderstand gegen eine Ermüdungs. Beispielsweise ist
dieser Ermüdungsweiderstand
mehr als zehnmal größer bei aus biaxial fibrilliertem PTFÄ geformten Membranen im
Vergleich su solchen aus gekörntem PTFÄ. Ein erheblicher Teil dieses erhöhten Ermüdungsweiderstandes
geht aber verloren, wenn man das geformte Gebilde zu lange in Geschmolzenem Zustand
Belässt.
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Beispielsweise geneigt tEr die meisten Formgegenstände eine Aufrechterhaltung
des Schmelzzustandes während einer Zeitspanne von 30 bis 60 Minuten, um die molekulare
Orientierung in zufällige Konfigurationen übergehen zu lassen. Man muß also die
Sinterung in kürzeren Zeiten durch Abkühlung beenden.
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Man kann dem PTFÄ große Mengen der verschiedensten Füllstoffe zumischen,
ehe man die biaxial fibrillierten Bohnen oder Bänder herstellt. Viele Füllstoffe,
wie beispielsweise Olimmer, Graphit, gemahlenes Faserglas. gepulverte Bronze, Fasern
aus Kaliumtitanat oder dergleichen, ergeben merkliche Erhöhungen der Härte, Steifigkeit,
Abriebfestigkeit, Wärmelleitfähigkeit sowie des Widerstandes gegen ein plastisches
Fließen. Erforderlich ist eine sehr innige Vermischung der Füllstoffe mit den PTFÄ
vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Streckverfahrens. Dies lässt sich durch
ein kräftives Durchrühren des Gemisches von Füllstoff und PTFÄ in Gegenwart einer
Flüssigktei, die beide Komponenten benetzt, erreichen. In zweckmäßiger Weise verwendet
man das organische Schmiermittel auch als flüssiges Medium für das Durchmischen,
dampft oder filtriert den Überschuss ab und fführt dann die erfindungsgemäße Fibrillierung
durch. Selbstverstkndlich kann aber auch das Mischen in einfacher Weise in Rütel-Gefäßen
durchgefährt werden.
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Versucht un die gleichen Mischungen vor den Fibrillieren ru verformen,
so hat die keinen Erfolg, weil die formkörper schwach sind und in unvermeidlicher
Weise entweder Bereits während der Handhabung oder beim Sintern reißen und beechen.
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Der Verformungsvorgang des erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend
aus der Komprimierung des PTFÄ0-Pulvers zu einem Strang
mit rundem,
rechteckigem, quadratischem oder sonstiges Querschnitt und dessen Förderung durch
eine ebenso geformte Kammer 2 und durch die Austrittsöffnungen oder Verformungsdüssen
3 und 4, wird bei Zimmertemperatur durchgeführt Das Arbeiten bei erhöhten Temperaturen
unterhalb des Sinternungspunktes des PTFÄ ist swar möglich, bringt aber nur geringe
oder überhaupt keine Vorteile, so daß aus wirtschaftlichen Grtinden im allgemeinen
bei Zimmertemperatur gearbeitet wird. Bei Zimmertemperaur kommt die Masse unfer
Pressdrucken von 900 bis 2250 kg/6,26 @2 leicht zum Filießen. Der im Einzelfall
anzuwendende Druck hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, beispielsweise von der
Art und der Menge des etwa vorhandenen Füllstoffes. Im allgemeinen wird die Nenge
des Füllstoffes weniger al 50 Volumenprezent des Gesamtvolumens der Nasse betragen.
Höhere Prosentsätze sind zwar möglich, da Jedoch die vorliegende Erfindung auf die
Herstellung von Produkten ausgerichtet ist, welche die hohen Dehnungseigenschaftern
des PTFÄ aufweisen, arbeitet man in üblicher Weise mit weniger als 50% % Füllstoff,
wobei eine Menge von 30 Volumenprosent Füllstoff normal ist. Auf diese Weise zeichnen
sich die Erfindungsgemäß hersgestellten geformen Gebilde durch verschieden verbesserte
Physikalische Eingeschaften, insbesondere durch eine größere Steifeigkeit und einen
geringeren plastischen Fluß aus, wobei sie Jedoch die wünschenswerten Eingenschaften
von PTFÄ beibehalten.
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Wie Bereits erwähnt, ist beim Sintern auf die Erhaltung orientierter
Konfigurationen zu achten. Dies erreicht man, indem in den mesisten Pillen nur etwa
15 minuten oder kürzer gesintert wird.
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Bei dem Erfindungsgemäßen Verfahren werden in der beschriebenen Weise
Fibrillen gebildet, wobei diese Fibrillen während des sindterungs- oder Schmelzvorganges
des Formgebilden in Zonen orienteieter Moleküle Umgewandelt werden, welohe durch
die sie
umgebende materialzmatrix in ihrer orientierten Konfiguration
festgehalten werden. Infolgedessen wird ein Schrumpfen vahrend des Sinterns vermieden.
Die neuen erfindungsgemäßen Produkte, und mer Bahnen, Filme, Bänder oder dergleichen,
die in ihrer Masse in gliechmäßiger Verteilung biaxial, das heißt in zwei Richtungen,
orientiert. Fibrillen enthalten, lassen sich nach allen bekannten verformungsmethoden
zu neuen anderen geformten Gebilden Verformen, die dann unter nur kleinen Schrumpungs-Verlusten
gesintert werden können.
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Die ausgeglichene Bisxiale Fibrillierung sowie die gleichmäßige Verteilung
der Fibrillen in der gesamten Nasse verleiht den ungesinterten Platten, Bahnen,
Bänderen oder dergleichen eine derartig hohe Zähigkeit, daß sie zu sehr komplexen
Gebilden verstreckt, gedehnt und verformt werden können. Weil bei der Durckführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens nur ein gewisser Prosentsats der ursprünglichen
PTFÄ-Teilchen fibrilliert wird, ist in der ungesinterten PTFÄ-Masse jede Fibrille
von unveränderten PTFÄ-Teilchen umgeben und durch diese in ihrer Orientierung soweit
festgelegt und festgehalten, daß auch beim ansobließendön Sintern und Schmelzen
an dieser Stelle ein. Zone Molekularer Orientierung erhalten bleibt, so daß dadurch
eine Schrapfung und verwerfung des geformten Gebildes vermieden wird.
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Die erfindungsgemäße biaxiale Orientierung besteht daher nicht nur
in dem ungesinterten Formäörper, dessen Nasse insofern inhomogen ist, als sie in
einem Gemenge Fibrillen und sprüngliche kugelige Tilchen enthält, sondern in einen
Grad von Molekülericentierung, der auch in der durch das Sintern homogen zusammentgeschmolzenen
Masse des Formkörpers erhalten bleibt, worauf die besonders hohen Festigkeiten zurückzuführne
sind. Darin liegt der Fortschritt der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand
der Technik.
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Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
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Beispiel 1: Es wird eine Vorrichtung gemäß Figur 1, 2 und 3 mit nachfolgenden
Abmessungen verwendet: Durchmesser de Zylinders 75 mm H8he der 1. Austrittsöffnung
18,7 mm Breite der 1. Austrittsöffnung 6,3 mm Höhe der 2. Austrittsöffnung 1,25
mm Breite der 2. Austrittsöffnung 150 mm Querschnitt des Zylinders 44,5 om2 Querschnitt
der 1. Austrittsöffnung 1,2 om2 Uingsreckung in der 1. Austrtittsöffnung 44,7 =
38 1,2 Querreckung zwischen der 1.u.2.Austritts- 150 öffnung = 24 1,25 Man komprimiert
ein Gemisch aus PTFÄ (HAnderlsprodukt "Teflon 6n) mit einer 120 cm3 Naphtha-Gasolin
Je 450 g PTFÄ und komprimiert das Gemisch in einem Zylinder mit einem Durchmesser
von 75 mm. Aus dem in die Vorrichtung eingesetzten Zylinder wird die Masse durch
die beiden Austrittsöffnungen zu einem unendlichen zähen Band mit einer Breite von
etwa 150 mm und einer Dicke von 1,25 mm extrudiert.
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Der Kolbendruick beträgt dabei ungefähr 1350 kg/6,25 cs2.
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Nan schneidet aus dem Band in Längs- und Querriohtung Probestücke
aus und mißt rasch vor dem Verdampfen des Schmiermittels die Zugfestigkeit und Bruckhenung.
Dabei werden folgende Werte ermittelt: Längsrichtung Zugfestigkeit 9Q kg/6,25 cm2
Bruckdehnung 800 f
Querrichtung Zugfestigkeit 81 kg/6,25 cm2 Bruchdehnung
950 % Man erhitzt zwei Strücke des Bandes in einem Ofen auf 10000, um das Schmiermittel
auszutreiben, und bringt diese Stücke dann in einen Ofen, der bei einer Temperaurt
von 350°C gehalten wird. Die Stücke werden solange in dem Ofen gelassen, bis sie
durchsichtig erscheinen. Eines der Stücke wird unverzüglich aus dem Ofen entnommen
und racsh abgekühlt, während das andere StUok 45 Mifnuten lang in den Ofen gelassen
und dann abgekühlt wird. Von beiden Mustern werden in Mngs- und Querrichtung die
Zugfestigkeit, Bruchdehnung und die Knickzahlen bis sum Brechen bestimmt. In der
nachstehenden Tabelle sind die erhaltenen Werte zusammengefaßt.
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Tabelle I kurzzseitig 45 minuten gesintert gesintert Zugfestigkeit
in Löngsrichtung 2362 kg/ 1845 kg/ 6,25 cm 6,25 cm Bruchehung 425 % 375 % Knickzahl
9500 1050 Steifigkeitsmodul 36900 kg/ 2900 kg/ 6,25 am 6,25 cm2 Zugfestigkeit in
Querrichtung 2384 kg/ 6,25 cm2 Bruchehnung 600% 400% knickzahl 10,700 970 Steifigkeitsmodul
36000 kg/ 29000 kg/ 6,25 cm2 6,25 cfm2 Beisiepl 2t Ein Gemisch aus 1350 g PTFÄ (handelsprodukt
"Teflon 6) und
764 g Olimmer-Pulver (30 Volumenprozent, bezogen
auf den Gesamtfeststoffgehalt) wird zusammen mit 6,3 1 eines raffinierten Seroeins
(Handelsprodukt "Soltrol 130" der Firma Phillips Petroleum Company) in einen Behälter
eingebracht und 3 Ninuten lang kräftig unter Verwendung eines Rtihrers mit einem
Durchmesser von 12,5 cm bei 4000 Upm verrührt. Die überschüssige Plllssigkeit wird
durch ein Vakuumfilter entfernt, worauf der Filterkuchen aufgebrochen und solange
getrocknet wird, bis das Gewicht der Mischung 3,65 kg erreicht hat, und zwar entsprechend
40 Volumenprozent Kerosin in dem Gemisch. Dieses Gemisch wird dann mit der besohriebenen
Vorrichtung nach der in Beispiel 1 geschilderten Methode su einem biaxial fibrillierten
Band verarbeitet.
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Die Vermessung des Bandes ergibt folgende Werte: Zugfestigkeit in
Längsrichtung 117 kg/6,25 cm2 Bruchdehnung 75% Zugfestigkeit in Querrichtung 126
kg/6,25 cm2 Bruchdehnung 780% Nan trocknet einen Abschnitt des mit Glimmer gefüllten
Bandes sur Entfermung des Schmiermittels und sintert dann bei 35000 in einem Ofen
während einer Zeitspanne von insgesamt 5 Minuten. Das gesinterte Band besitzt folgende
Werte: Zugfestigkeit in Längsrichtung 2205 kg/6,25 oa2 Bruohdehnung 260% sTeifigekeitsmodul
201 250 kg/6,25 em2 Zugfestigkeit in Querrichtung 2295 kg/6,25 cm2 Bruchdehnung
250,' Steilfigkitsmodul 208 000 kg/6,25 cm2 Die große Zunahme der Steifigkeit oder
merkliche Einbuße an Bruchdehnung macht das Glimmergefüllte Material für mechanische
Anwendeungszwecke
in Lagern, Verschlüssen und Trageschlaen, we einbe Widerstandsfähtigkeit gegen Verbiegen
und plastische Verformen wichtig ist, äußerst geeignet.
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Entsprechende Produkte mit 30 Volumenprozent werden unter Verwendung
von Graphit, Kaliumitisantfasern, gemahlenem Faserglias und gepulveter Bronze hergetellt.
Sämtlliche Produrkte besitzen gute Dehnungs-, Zugfestigkeits- und Steifigkeitswerte,
und zwar in ähniliche Weise wie das vorstehend unter Verwendung von Glimmer hergestellte
Produkt.
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Zu Vergleichsswecken Geprüfte handelsübliche Nuster aus verformtem
körnigem Teflon mit 30 Volumenprozent Glimmer zeigen nur folgende Werte: Zugfestigkeit
428 kg/6,25 cm2 Bruchdehnung 10 % Steifigkeitsmodul 184 500 kg/cm2 Die niedrigen
Zugfestigkeits- und Bruchdehnungswerte lassen den erheblichen Fortschritt erkennen,
den die erfindungsgemäß aus biaxial fibrillierten PTFÄ-Bahnen hergestellten gesinterten
Formggegestände darstellen.
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Besispiel 3: Man mischt in einen Rüttelgtfäß 2,25 kg PTFÄ, ).98 kg
Graphit Band 980 cm3 Soltrol und verpreßt die Masse zu einen zylindri-Schen Strang
mit einem Durchmesser von 75 mm, der 39,6 volumenprozent an Schmiermittel enthält.
In der in Beispile. 1 verwendeten Vorrichtung wird der Strang zu einem sehen Band
ertrudiert, das sowohl in längs- wie auch in Querriehtung eine mehr als 500 %ige
Bruchdehnung aufweist. Bin Abschnitt des Bandes wird mir Entfernung des Schmiermittels
getrocknet, in einem Ofen 5 Minuten lang bei 380°C gesintert und rasch abgekühlt.
Das gesinterte Band besitzt folgende Werte:
Zugfestigkeit in Längsrichtung
2115 kg/6,25 cm2 Bruchdehnung 275 % Steifigkeitsmodul 123 750/6,25 om2 Zugfestigkeit
in Querrichtung 2182 kg/6,25 cm2 Bruchdehnung 300 s Steifigekeitsmodul 155 000/6,25
cm2 Ebenso hohe Werte für Dehnung und Steifigkeit zeigen in der gleichen Weise hergestellte
sinterte PSnder, die mit Glemmer, Moylbdändisulfid, Glasfasern oder gepulverter
Bronse gefUllt sind.
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Beispiel 4s Es wird eine rechteckige Schaslenartige Form aus poröser
Bronze verwendet, die 25 Es breit, 50 n lang und 25 ar tief ist. In diese Form wird
ein aus dem gleichen Material bestehender Kolben mit einer Breite von 21 mm und
einer Lunge von 46 mm eingeführt, und zwar derart, daß zwischen dem Kolben und der
Form ein lichter Abstand von 1,6 mm torhanden ist. Mann bedeckt Den Beoden dieser
Form mit 3 Lagen des noch Schmiermittel enthaltenden PTFÄ-Bandes Gemäß Beispiel
1, so daß der Formboden in einer Höhe von insgesamt 3,75 mm bedeckt ist. Nan fährt
den Kolben mit einem derartigen Druck in die Form ein, daß das PTFÄ-Gemisch den
lichten Abstand zwischen den Seitenwänden der Form und dem Kolbenumfang ausfüllt.
Die poröse Bronse läßt während dieser Verformung sowohl das überschüssige Schmiermittel
als auch eingeschlossene Luft nach außen entweiahen, so daß im Formling keine Blasen
aus Laft oder Flüssigkeit entstehen können. Man erhält eine sauber geformte Schachtel,
welche oin Positiv des Formhohlraumes darstellt. Man trocknet den Formling in einem
Ofen bei 10000 während einer Zeitspanne von 5 Minuten.
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Der gesinterte sohaohtelartige Formling stellt immer noch ein nahezu
vollkommenes Positiv der Porm dar. In den Außenmaßen des Formligns sind floh dem
Sintern nur 7,5 %
Schrumpfung in der Länge, 5 % Schrumpfung in
der Breite und 15 % Schrumpfung in der Höhe festzustellen.
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Die gleiche Verformung wird unter Anwendung der mit FUllstoff versehenen
biaxial fibrillierten Bänder der vorstehenden Beispiele Ausgeführt. Die Ausformungen
gelingen ebenso gut, nur beträgt in diesen Fällen die Schrumpfung nach dem Sintern
ungefähr die Hälfte der oben angegebenen Werte.
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Dies veranschaulicht die gute Fließbarkeit und Verformbarkeit der
biaxial fibrillierten Bahnen, Bänder usw., die erfindungsgemäß hergestellt wsrden,
sowie die geringen Schrumpfungsverluste der geformten Gegenstände während des Sinterns.
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Versuche zur entsprechenden Verformung von Körnigem PTFÄ (Handelsprodukt
"Teflon 1) fuhren niaht zum Ziel, weil die Fließbarkeit des Pulvers nicht ausreicht,
ttm beim Formen den Zwischenraum zwischen dem Kolben und der Seitenwandung der Form
auszufüllen. Mit einem Gemisch aus feinem Dispersins-PTFÄ-Pulver, und zwar dem handelsprodukt
"Tefolon 6", das 38 Volumenprozent naphtha-Gasolin als Schmiermittel ent. hält,
gelingt zwar in der gleichen Vorrichtung di. Nerstellung einer sauberen schachtelförmigen
Ausformung, diese ist Jedoch so Brüchig, daß sie bereits whhrend des Trocknens zerbricht.
Sintert man ein getrocknetes Bruchstück des Fromlings, so entstehen weitere Risse,
wobei in den Seitenwänden der Schachtel eine hohe Schrumpfung von 50 % oder mehr
zu beobachten ist.
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Beispiel 5:f Man führt. einen Abschnitt des noch das naphtha-Schmiermittel
enthaltenden biaxial fibrillierten Bandes gemäß Beispiel 1 durch den sp[alte eines
Walzenspaares, so daj das Bend gestreckt und seine Dicke von 1,25 mm auf 0,25 mm
Herabgesetzt wird. Durch diese Dehandlung wird die Fibrillierung
und
die Orientierung der Fibrillen in der Walzrichtung gesteigert ; während quer sur
Walzrichtung der Fibrillierungs-und Orientierungsgrad des Ausgangsbandes unverändert
bleibt.
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Es wird also absichtlich das Gleichgewicht in der Strukturierung ind
Längs- und Querrichtung beseitigt und ein in dieser Beziehung unausgegelichenes
Band hergestellt. Dieses besitzt folgende Wertet Zugfestigkeit in Längsrichtung
338 kg/6,25 cm2 Bruchd ehnung 200% Zugfestigkeit in Querriohtung 68 kg/6,25 cm2
Brunchdehnung 1000% Zur Demonstration der praktischen Bedeutung dieser Unausgegliohenheit
werden 30 Lagen dieses Materials in die kastenform von Beispiel 4 eingelegt, so
daß si dessen Boden 3,75 mm hoch bedecken. Die 30 rechteckigen Bandabsohnitte werden
mit ihrer langskante in Walzrichtung herausgeschnitten. Durch Einfahren des Kolbens
wird das Material in der beschriebenen Weise verformt, bis das PTFÄ den Hohlraum
zwischen Kolben und Form zusfüllt.
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Der erhaltene Formling ist an seinen Schmalseiten fehlerhaft und nicht
so gut ausgefüllt wie an den Längsseiten. Dies deutet auf eine gehemmte Fließbarkeit
der Masse in der Wal,-richtung hin. Nach dem Trocknen und Sintern ist das Aussehen
des Formlinge sehr ungleichmäßig. Während di. Längsseiten gut ausgebildet und niaht
in nennenswerter Weise geschrumpft sind, zeigen die Strinseiten Verwerfungen und
sind um etwa 25 96 geschreumpft. Außerdem zeigt sich hier in Verstärktem Maße eine
Trennung, die auch bereits am ungesinterten Formling zu erkennen war.
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Dieses außerhalb der Erfindung liegend Beispiel zeigt die hohe praktische
Bedeutung der in Längs- Band Querrichtung ausgegelichenen
Struckturiertung
der ungesinteriten und Gestinterten PTFÄj-Platten,k -Bahnen und -Bänder gemaß vorliegender
Erfindung.