DE1529954A1 - Verfahren zur Herstellung von Fluorkohlenstoffharz-Gegenstaenden - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Fluorkohlenstoffharz-GegenstaendenInfo
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Description
DR. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FÜNER DIPL. ING. P. STRBHL
TELBPONt (0811) 45 40 4O ft 44 32 44
_ , , , _ „ TELEOR.t BUHOMARCPAT MÜNCHEN
Patentanmeldung P 15 29 954.4-16
GARLQCK, Inc. 8» Januar 197°
Unsere Akte DA-K2O1(US-4O) KLS/hö.
Verfahren zur Herstellung von Fluorkohlen3toffharz Gegenständen.
Die Erfindung bezieht sich auf die kalandrierlose Herstellung von Gegenständen aus Fluorkohlenstoffharz und hat
zum Ziel die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines gefüllten Fluorkohlenstoffharz Gegenstandes, der sich durch
gleiahmässige Verteilung des Füllmaterialβ durch den gesamten
Gegenstand auszeichnet. Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit einem wirtschaftlichen Verfahren, um Gegenstände
hoher Festigkeit, ForBbeetändigkeit und mit verwickelter Gestalt aus fluorkohlenstoff direkt herzustellen, und zwar von
Gegenständen mit verwickelten Oberflächenmustern und «formen.
Ntu· Urrtettag^n iaa 7 f ι At* a Nr. r satz 3 4- Antfwuncm«. *4,*»β
BAD ORIGINAL
Wagen ihrer ausgezeichneten chemischen und physikalischen
Eigenschaften haben Fluorkohlanstoffharze und insbesondere
Poiytatrafluoräthylen eine hervorragende Stellung
in einer weiten Verschiedenheit von technologischen Anwendungen oewonnfasu "M- im FaIIa van anderen Harar-aterialien ist es
oft notwendig,- dxe Eigenschaften da-3 Fluorkohlenstoffharzes
durch Verwendung oder Hereinbringuiig eines i'üliers in das Harz
z\x modifizieren. Dies ka^n a«B. gesehenen/ um die Festigkeit
oder andere physikalische Eigenschaften des aus dem besonderen verwendeten Fluorkohlenstoffharz- hergestellten endgültigen Gegenstandes
zu modifizieren,
Infolge der Natur von Fluorkohlenstoffharzen hat
es sich als schwierig und infolgedessen als kostspielig herausgestellt, gefüllte Fluorkohlenstoffharzgegenstände zu schaffen,
in denen der Füller homogen durch die Masse des Gegenstandes verteilt ist. Dies Problem ist besonders akut gewesen in Fällen,
in denen der Gegenstand sich durch dünnen Querschnitt auszeichnet, insbesondere bei hohen Fülleranteilen. Wo der Gegenstand
auch durch ein kompliziertes Muster gekennzeichnet ist, wie z.B. wo die Überfläche gerillt oder gestaltet werden muss, ist das
Problem sogar noch schwerer gewesen, und nach bestem diesseitigen Wissen ist kein Verfahren bekannt geworden für die direkte
Formung von dünnen Fluorkohlenstoffharzteilen mit dauernd bei
hohen Fülleranteilen eingeformten Konturen.
Bei vorbekannten Verfahren werden Harz Füller Mischungen komprimiert und eingeschlossen gesintert, d.h. unter
dupch
stalt des Materials verändert/ was in Fachkreisen als Prägen bezeichnet ist. Jedoah werden geprägte Fluorkohlenetoffharzgegenstände überbeaneprucht und zeigen sehr of'; Anzeichen von Brüchen. Fernerhin haben solche Teile keiua erhöhte Tem-
stalt des Materials verändert/ was in Fachkreisen als Prägen bezeichnet ist. Jedoah werden geprägte Fluorkohlenetoffharzgegenstände überbeaneprucht und zeigen sehr of'; Anzeichen von Brüchen. Fernerhin haben solche Teile keiua erhöhte Tem-
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peratur-Form-Stabilität und bei nachfolgender Erhitzung haben
die geprägten Gegenstände die Neigung in die Gestalt zurückzukehren, die sie vor dem Prägen hatten. Wenn der endgültige Gegenstand
Blattform haben soll, d.h. wenn er einen dünnen Querschnitt besitzt, so erfordern die vorbekannten Verfahren, dass
der Gegenstand auf Form zugeschnitten und nach dem Sintern maschinenbearbeitet
wird. Dies führte zu erheblichem Abfall von all dem Überschussharz, der von dem Ursprungsblatt weggeschnitten
und von dem Teil maschinell entfernt ist, um die Umrisse zu formen, da das Harz, nachdem es einmal gesintert ist, nicht
wiedergewonnen werden kann zum Wiederverbrauch ohne wesentliche Opferung der physikalischen Eigenschaften des später davon hergestellten
Gegenstandes,
Ein sehr verwickeltes Verfahren des biaxialen Kalandrierens, Laminierens und Formens unter Verwendung von speziellen
Fluorkohlenstoffharztypen wurde vorgeschlagen, um gefüllte Harzteile zu schaffen. Dieses Verfahren ist jedoch kostspielig,
nicht leicht auf die Herstellung von breiten Blättern auf einer kontinuierlichenBlattbasis wegen der erforderlichen
Kalandrierungsscjhritte anwendbar, und es erfordert auch die Verwendung
von gewissen Bedingungen, die von dem, dem hier beschriebenen Verfahren zugrundeliegenden erfinderischen Konzept, abweichen
und im Gegensatz zu demselben stehen.
Die im vorstehenden beschriebenen, bei dem vorbekannten Verfahren auftretenden Schwierigkeiten der Schaffung von
verwickelt gestalteten Fluorkohlenstoff-Harzgegenständen, die durch Oberflächenkonturen und kompliziertes äusseres Muster gekennzeichnet
sind, haben die kommerzielle Anwendung von solchen Harzen beschränkt in Gebieten, wo Kosten ein beachtliches Kri-
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iX ^4,
ter;um sind, 2ηηι Beispiel, obgleich mis Fluorkoiiienstoff hergestellte
Gegenstände weite Beachtung cyi~ tun dor; haben wegen ihres
geringem iieibi^-.ri^*:.; e^fizienten,. ha.i 6s s:.vh gezeigt, dass Fluor«
kohl en?·;'.^''-i"--;.->,■■■■■: !■,.■.■-u-i.rtäride, die gbrei.bende Füller enthalten,
».:.v-."· α*...^;ί-.;";);-" ■ ; · "!^; ^iricj&ei.^&v.iiöht"', ;~vvi besitzen können um nutsi.ijh
für die Her.·;; te:, lung ^o λ r*atomcb I !«Kupplungsf lachen sein wurden,
Kupplungsflächen, die mit Fluorkohlenstoffharz bedeckt sind,
das ausgewählte Füller enthält, haben nachweislich alle bekannten Materialien füi diesen Zweck in ihrer Wirkung übertroffenB
Infolge der hohen Material- und Fabrikationskosten der vorbekannten
Verfahren sind die gefüllten Fluorkohlenstoffprodukte jedoch
nicht konkurrenzfähig gewesen mit den konventioneilen Papie^
Bronze und gefüllten phanolisohen Materialien, die der Öffentlichkeit
zur Verfügung stehen,, and sie sind trotz Überlegenheit
der Qualität nicht kommerziell verwandet worden«
G'effiäss der Erfindung können jadoch gefüllte Fluorkohlenstoff-HarzteiIo
hoher Festigkeit bequem hergestellt werden durch ein Verjrahren, das überlegene Mischung und Einarbeitung
des Füllers mit dem Harz ergibt und die Festbestandteile gleichmässig vor der Formung verteilt» Das Verfahren ist auf
die Herstellung einer weiten Variität von sowohl gefüllten als
ungefüllten Gestalten anwendbar und gestattet die Gestaltung komplizierter Muster, ohne die physikalischen Eigenschaften und
die Funktion des Harzmaterials zu beeinträchtigen. Billige Fiuorkohlenstoffharz Formen können in einem solchen Verfahren
verwendet werden und aller Abfall ist vollkommen wiedergewinnbar,
Erfindungsgemäss hergestellte Formstücke sind homogen, formbeständig
und von ungewöhnlicher Festigkeit. Wenn gefüllte Teile herzustellen dind, können Fülisranteila ve η atoiir als SO 'Ääunienprozent
x.i.d se Loch elB 35 Ycluraenproaant laicht erreicht vmideru
Γ ;.ΰ VerfU^..--;-. '■ 5U ::escndsr^ anwandr^r suj d^.v Hi,j;:«i._ur\g /c-ii
f-/-;iger: 'jv-i?::llts:\ ,nd ungsfailCisn i"luoricohlenstcj?f" i
mit dünnem Querschnitt, die verwickelte Oberflächenmuster und Formen haben, ohne Abfall oder Notwendigkeit für weitere Fertigstellung.
Formungsverfahren, die in Verbindung mit dem erfindungsgemässen
Verfahren angewendet werden, erfordern nur massigen Vorformungsdruck, und die dünnen ungesinterten Vorformen,
die hergestellt werden, können leiaht ohne Gefahr des Brechens hantiert werden. Die gestaltenden Vorformen können
leicht freigesintert werden bei Temperaturen oberhalb der Schmelzübergangstemperatur des besonderen verwendeten Fluorkohlenstoffharaes
und das resultierende freigesinterte Erzeugnis ist formbeständig bei nutzbaren Temperaturen unterhalb
der Sintertemperaturen und ist gekennzeichnet durch eine Form, die identisch ist mit der Form, die der Vorform vor dem Sintern
gegeben wurde.
Primäre und weitere Ziele der Erfindung sind somit die Schaffung eines direkten wirtschaftlichen Verfahrens zur
Herstellung von gefüllten und ungefüllten Fluorkohlenstoffharz Gegenständen, einschliesslich solchen, die durch verwickelte
Formen und Oberflächenmuster oder dünnem Querschnitt und durch eingeformte Oberflächenumrisse gekennzeichnet sind, und das zur
Herstellung von gefüllten Fluorkohlenstoffharz-Kupplungssaheiben mit eingeformtem Oberflächenmuster, insbesondere für Transmissionen
von schweren Fahrzeugen, wo aussergewöhnliahe Dauerhaftigkeit
und hohe Leistung unter extremen Bedingungen erforderlich sind, geeignet ist.
Diese und andere Ziele werden gemäss der Erfindung durch ein kalandrierloees, durch die folgenden Massnahmen gekennzeichnetes,
Verfahren erreiohti
BAD
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DA-K201
I. Herstellung eines homogenen Breies von feinteiligen Bestandteilen
in einer Flüssigkeit, enthaltend!
(a) feste Teilchen von wenigstens einem Fluorkohlenstoffharz,
und
(b) von Null bis ungefähr 95 Prozent, basiert auf dem Gesaratvolumen
der Festbestandteile im Brei, wenigstens einem Füllstoff mit der Massgabe, dass wenigstens
einer der Bestandteile der aus (a) und {b) bestehenden Klasse in faseriger Form vorhanden ist, und
(c) eine flüchtige, organische, Fluorkohlenstoffharz benetzende
Flüssigkeitι
II. Entfernung von im wesentlichen aller Flüssigkeit aus diesem Brei unter Erzeugung einer trockenen biegsamen Matte,
die von den verflochtenen Fasern des faserigen Bestandteiles der Festteile gebildet ist, wobei der vorhandene Anteil des
faserigen Bestandteils gross genug ist für die Erzielung von Biegsamkeit und Festigkeit^ und
III. Formen, ohne Kalandrieren, wenigstens eines Teiles der trockenen, biegsamen Matte in die gewünschte Gestalt bei einer
Temperatur unterhalb der Schmelzübergangstemperatur des Fluorkohlenstoff
harzesj
wodurch sich eine formbeständige, ungesinterte Fluorkohlenstoff-Vorform
ergibt, die zu einem gesinterten, in seiner Gestalt mit der Gestalt der Vorform identischen Fluorkohlenstoff·
harz-Gegenstand hoher Festigkeit frei-sinterbar ist.
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Das in der USA-Patentschrift 3 060 517 angegebene
Verfahren unterscheidet sich von dem erfindungsgemässen Verfahren
in zwei, für den Erfolg liner lass liehen Merkmalen:
(1) Bei der Patentschrift enthalten die Festbestandteile keine Fasern. Gemäss der Erfindung enthält der Brei Fasern,
und es sind diese Fasern, die die Form zusammenhalten und ihr die Formbeständigkeit erteilen, und die
ihre Vorverformung aus einer Matte ermöglichen.
(2) Bei der Patentschrift wird der Brei in eine Form gegossen und erzeugt sofort die Vorform. Gemäss der Erfindung
dagegen wird zunächst eine Matte erzeugt und dieser
• wird in einem weiteren Arbeitsgang die Gestalt der Vorform gegeben.
Das Verfahren der französischen Patentschrift 1 386 360 unterscheidet sich grundlegend vom Anmeldungsgegenstand
dadurch, dass überhaupt keine Flüssigkeit verwendet wird, so dass kein Brei gebildet und keine Flüssigkeit entzogen wird.
Die hochfesten ungesinterten, erfindungsgemäss zubereiteten
Fluorkohlenstoffharz Vorformen können leicht und bequem in gesinterte Fluorkohlenstoffharzgegenstände durch Erhitzung
der Vorformen auf eine Temperatur oberhalb der Schmelzumwandlungstemperatur
des bei ihrer Herstellung verwendeten Fluorkohlenstoffharzes umgewandelt werden. Die sich ergebenden
Gegenstände zeichnen sich nach dem freien Sintern durch eine mit der Gestalt der Vorform identische Gestalt aus.
Irgendwelche sinterbaren Fluorkohienstoffharze oder
Fluorkunststoffe können verwendet werden, um gemäss der Erfindung
geformte Teile zu schaffen. Solche Fluorkohlenstoff«Kunst-
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Stoffmaterialien oder -harze umfassen die hochmolekularen Polymere
und Mischpolymere von Tetrafluoräthylen, Trifluorchloräthylen,
Hexafluorpropylen und Vinylidenfluorid. Besondere polymere Fluorkohlenstoffharze, deren Verwendung hier vorgesehen
ist, sind Polytetrafluoräthylen, Trifluorchloräthylen, Mischpolymere
von Tetrafluoräthylen und Polyvinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und fluoriertes Polyäthylen-Propylen Mischpolymer.
Selbstverständlich ist es möglich, eine Mischung voryfewei oder mehr verschiedenen Fluorkohlenstoffharzen oder
Fluorkunststoff-Materialien bei der Herstellung von geformten Teilen gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren zu verwenden.
Ändere geeignete Fluorkohlenstoffharze, die bei der Anwendung der Erfindung nützlich sind, ergeben sich leicht für die Sachverständigen
auf diesem Gebiete,
Meistens sollten die zur Bildung des homogenen, für das erfindungsgemässa Verfahren verwendeten Breies benutzten
Fluorkohlenstoffharze in feinverteilter kleinteiliger Form und vorzugsweise, obgleich nicht notwendigerweise (wie nachstehend
dargelegt) inform von Fasern vorliegen. Im Sinne dieser Beschreibung soll der Ausdruck "Faser* ein festes Teilchen
beschreiben, das unsymmetrisch in dem Sinne ist, dass seine Länge beachtlich den durchschnittlichen Durchmesser übersteigt.
Obgleich die Grosse der Teilchen in weitem Masse unterschiedlich
sein kann und irgendwelche der im Handel zur Verfügung stehenden Fluorkunstharztypen verwendet werden können, so ist es doch
zweckmässig, dass die Teilchan einen Durchmesser von nicht mehr
als 1000 Mikrometer und vorzugsweise weniger als 20 Mikrometer aufweisen. Besonders gute Ergebnisse können, soweit es sich um
die endgültigen geformten Produkte handelt, erzielt werden durch die Verwendung eines körnigen Polytetrafluoräthylens, das kommerziell
von der DuPond Company unter der Handelsbezeichnung
"Teflon 7* vertrieben wird.
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Irgendein feinteiliger Füllstoff kann verwendet werden,
der reaktionsträge in dem Sinne ist, dass er das mit ihm vermischte Fluorkohlenstoffharz nicht nachteilig beeinflusst, um
erfindungsgemäss die gefüllten Fluorkohlenstoffgagenstände zu liefern.
Nichtfaserige Füller sollten eine durchschnittliche Teilchengrösse
von weniger als 50 Mikrometer und vorzugsweise weniger als 30 Mikrometer aufweisen, während faserige feinteilige Füller ein
Länge-zu-Durchmesser Verhältnis zeigen sollten, das vorzugsweise grosser ist als oder in der Gröeaenordnung von 1000 zu 1 liegt und
allgemein nicht kleiner als 100 zu 1 ist. Geeignete Füller und Füllerkombinationen umfassen anorganische Materialien in.faseriger
und nichtfaseriger Form, wie z.B. sowohl kristallinen und nichtkristallinen Kohlenstoffasern; Kohlenstoff und Graphit; Mineralfüller
wie Asbest; Siliziumdioxidfüller wie Diatomeenerde· Quarz sowohl faserig als auch pulverisiert« gemahlenes Siliziumdioxid
wie Glasfaserstrang und -flocke; Mineralsiliziumdioxid wie Glimmer,
Ton, Talk; Aluminiumsilikatfasern; Metalloxide wie Tonerde, Saphit-Einkristallfäden
("sapphire whiskers") und Titandioxid, Aluminiumoxid-Binkristallfäden ("whiskers*) und Pulver, Cadmiumoxid, faseriges Kaliumtitanat, Calaiumkarbonat, Natriumbicarbonat, Natriumtetraborat (borax); Nitride wie Siliziumnittid, Bornitridfasern
und -pulver, Aluminiumnitrid; Borfasernj Molybdänsulfidj Metallfasern und -pulver aus Kupfer, Aluminium, Bronze, Blei, Nickel,
Chrom, Titan, nichtrostendem Stahl, Zirkonium, Wolfram; Siliziumkarbid, Zinksulfid und Cadmiumsulfid; polymere Pasern wie "TFE"
und *FEP* Fluorkohlenetoff Flocke, Fasern oder Strang; "Orion"
Acrylfaser. Andere geeignete Füller und Füllerkombinationen bieten «iah leicht den Fachleuten an*
Während die Füllstoffe, die bei der Durchführung
der Erfindung verwendet werden, irgend eine geometrisch· gestalt haben können, so hat es eich doch gezeigt, dass faserige Füll-
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stoffe die besten Resultate ergeben. In diesem Zusammenhang sollte beachtet werden, dass entweder das Fluorkohlenstoffharz
oder der Füller in faseriger Form vorliegen müssen, um die gett-mrcliior.
hochfesten, formbeständigem? gefüllten Fluorkohlen-
~io.ff'iarsteiie iiiit deis. a r:? i r. d :,u ι gs gelassen Verfahren au erzielen.
Sel.b;:-tTC--3t.ß,ndli{'a körnen gs^ln^ahterifall- sowohl das fluorplaetische
Material als auch der Füllstoff in faseriger Form verwendet werden.
Obgleich die Grosse der verwendeten Füllstoffe in weitem Ausmass© verschieden 3einji;ann, so wird es doch vorgezoger>f
dass das verwendete Füllmaterial einen durchschnittlichen
Durchmesser von nicht mehr als ungefähr 1000 Mikrometer und vorzugsweise
weniger als ungefähr 20 Mikrometer hat. Die vorstehenden Werte sind jedoch nur als vorzugsweise Werte zu verstehen
und dürfen nicht als den Erfindungsbereich begrenzend aufgefasst werden. Vorausgesetzt, dass das verwendete Fluorkohlenstoff
oder fluorplastische Harz in faseriger Form verwendet wird, so können die Füllstoffe irgendwelche reaktionsträge feinteilige
Materialien irgend einer Grosse oder Gestalt umfassen,
die in der Lage sind, einen homogenen Brei mit dem Fluorkohlenstoff harz in der verwendeten reaktionsträgen organischen Flüssigkeit
zu ergeben.
Irgend eine organische Flüssigkeit, die reaktionsträg·
in dem Sinne ist, dass sie das Füllmaterial und die darin zu verteilenden fluorplastischen Harzteilchen nicht nachteilig
beeinflusst, kann verwendet werden, um den erfindungsgemäss verwendeten
homogenen Brei zu ergeben, vorausgesetzt, dass die Flüssigkeit in der Lage ist, das verwendete Fluorkohlenstoffharz zu
benetzen und dass es vorzugsweise flüchtig ist, ohne einen Rück«·
atand nach Sinterung der Vorform 8urüokaula*8«r*· Di· Flüssigkeit
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sollte die Fähigkeit haben, auch den Füllstoff zu benetzen, und
sie sollte vorzugsweise eine ziemlich niedrige Flüchtigkeit bei der Temperatur, bei der der homogene Brei geformt wird, aufweisen.
Die bevorzugten organischen Flüssigkeiten sind die, die eine Oberflächenspannung
von weniger als etwa 70° C und vorzugsweise von weniger als 20 Dyn pro qcm bei ungefähr 60°C besitzen« Spezifische
Beispiele von bevorzugten, zur Durchführung der Erfindung brauchbaren organischen Flüssigkeiten oder Lösungsmitteln sind
Petroleum, Naphthalin, Aceton, Benzin, Äthylalkohol, Äthyläther, Isopentan, Isopropylalkohol, Methyläther, Methylenchlorid, n-0ct,an,
η-Propylalkohol, Toluol und p-Xylen. Andere geeignete reaktionsträge
organische Flüssigkeiten oder Lösungsmittel, die fluorplastische Materialien benetzen und die flüchtig sind, ergeben
sich leicht für die Fachleute. Selbstverständlich können Mischungen von zwei oder mehr von solchen Flüssigkeiten verwendet werden,
um den homogenen Brei zu ergeben, der bei der Durchführung der Erfindung verwendet wird.
Der homogene Brei, der das feste feinteilige Material
in dem reaktionsträgen organischen Lösungsmittel enthält, kann erhalten werden durch Bewegen, wie durch Rühren der Festbestandteil
-Flüssigkeitsmischung in irgend einem geeigneten Mischapparat
während einer vollständigen Dispersion der Festbestandteile in der Flüssigkeitsphaae gewährleistenden Zeitdauer. Die verwendete
Menge organischer Flüssigkeit kann in grossem Ausmass variieren,
aber im allgemeinen bildet sie einen grösseren Teil der Festbestandteil-Flüssigkeitsmischung. Falls die Festbestandteile
lange Stapelfasern oder dergl. aufweisen, werden ziemlich grosse Mengen von Flüssigkeit benötigt, und in solchen Fällen kann das
Verhältnis von Festbestandteilen zur Flüssigkeit sich einem Wert von so niedrig wie 0,02 oder weniger, basiert auf das Gesamtvolumen
der Mischung, nähern. Allgemein gestattet eine Mischung, die durch ein Flüssigkeit-zu-Festbestandteil Volumenverhältnis von
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« 12 -
wenigstens etwa 5 und vorzugsweise etwa 50 gekennzeichnet ist, eine gute Verteilung der Festbestandteile und demgemäss die
Her-'-.teilung «.ines homogenen Breies <,
"'."--. fV'■;;:■-■ r-Tbur und die Sohorzustände der Verfahrensu:r-7'jbuv?
r.:ör.r.-A-.u ""." ""dert werden, 'im. die faserige Matur der poiyr^rer
iaintai 3 igen FMiorhohleiigi-off^omponante zu verbessern.
En v.rd-3 ir· d:..^3e>. ThiHc-^rhanc- ermittelt, dass hohe Mischungst'i'i;
;:=i.;-'■.;<:..r·:.:'·. -^b^: ei wa r0u ^) utid niedriga Scherung (eine Sfihr-ε:::;.
:^e:-/eo^hvir^I:5. ;'ro:'.t "Cn wor.igar als 15^24 m/sec. } lange grobe
Pr" τι 3-':rs\v;r'>
".hr^r.d hohe» Temperaturen und hohe Scherur-.g
i'iir- ?''.hv's:x.":.-;-u";i3i.cb"r'd.ud.i:":/'"^it in d~:: Grössenordnung von S(X 5
• :;": T1; ■;;-- · "----1.T ; p-\r?frrr. s.i'!· JrIc:-.:v^-~ Ihirch.messern erzeuger, Es
:: -r fe. -■«-., . ; - .". ^11..'.".-; ; —j-.^sii., uafs ^i^ sich ergebenden F^ucrkoh-
'Γ. :'-.·■. ■ ";.?- Fl ^:>±o}-l--yMacf"'"-: vül^.i Ich en während der
L:* "3 ''"' >JT' Λ1". ■.".--: -^ .- "*-:·. :tvr :'.r. οi ■-: ·-i-iu ."::-ϊ.1ιο!.ϊ3 durch dJ β Te* .lohe
c ■: ?3O Λ'^'-r An.-'v^ig.-iti.'lch'-^n befi'iim't, f|Cörr:ig-95 Hats, DuPond
*"I ^ !lon* h;v;: ■;',■■ ■•"^^■x-'-r.ittlirh® Teiichx^.iurch^eoser, d.i β in Bei
aicii "on 7/K-b;:.?· 700 Mi>;rcn "iegen; ,Slüad Ch^mi-7al Coiipany
raVton* :.i-·/. in 3er->ch vcn IC bis 6CC Mlkronj ^ind koaguliert
te Disper-^oTi^h'ir^.-^ DJ5C-AC. Comp&ny "l'eflon* 5 und 60 hoben
ei.x* duruh^cl«:!:etliche Te^.icB^iyröiiSi; im Bsrsinii von 200 bis
7OC Mik:-ν-, £>x:£<>
-ie 1,0-1, CD-I)* ^-issere koag>ilA*rt* Bispersioaatöiicriön
&;önr»si: araeugt warden durch kontrolliert« Koagaiatioa
-/oL· ϋ>ιΡύ;ιά "Tsflon" 4x BX Dispertionshats^ wi^ aa in
d&r Liter&tui b»&üc:hriebvDn ist*
Teilchen werden gefasert durch den stromlinienförmigen Scherfluss im Mischer. Hitze über 60° C erweicht das Harz
beträchtlich und erleichtert die Verlängerung der Teilchen in Faserform. Der Erweichungseffekt wird erhöht, in dem Masse#ih
dem die Temperatur in dem Mischmaterial erhöht wird, bis herauf zur Schmelzübergangstemperatur des verwendeten Fluorkohlenstoffharzes.
Durch Kontrollierung des Grades der Scherung und der Temperatur kann der Grad der Faserung kontrolliert werden, um
die gewünschte Faserung zu erzeugen. Die Fachleute werden erkennen,
dass das Harz in der Gegenwart von Füllstoffen und anderen Harzformen gefasert werden kann.
Wasser, das allgemein bisher verwendete Verfahrensmedium
wurde als nicht wünschenswert erkannt. In dieser Hinsicht sollte daher der Brei nur eine Flüssigkeitsphase enthalten, d.h.
die organische Phase, die - wie oben angegeben - aus einer Mischung von zwei oder mehreren organischen Flüssigkeiten bestehen
kann. Es sollte jedoch verstanden werden, dass kleinere Mengen von Wasser, wie z.B. die an der Oberfläche der Festbestandteile
anhaftende Menge oder die in der organischen Flüssigkeit unter Qleichgewichtsbedingungen bei der Behandlungstemperatur aufgelöste
Menge, zugelassen werden können, und dass das Mischen nicht unter absolut wasserfreien Bedingungen durchgeführt zu
werden braucht.
Nach Zubereitung des homogenen Breies muss alle da- · rin enthaltene Flüssigkeit entfernt werden zur Erzeugung einer-Matte
in Gestalt eines im allgemeinen flachen Gegenstandes, der aus vielen Strängen und Fasern des fluorplastischen Harzes und/
oder des Füllers besteht, wobei die Fasern miteinander verschlungen sind. Der feste Gegenstand oder die Matte, die so erhalten
wird, zeichnet sich durch eine äusserst qleichmässige Verteilung
von Harz und Füllstoff aus und ist biegsam, d.h. sie besitzt ge nügend physikalische Fettigkeit, um ohne Gefahr des Breahens oder
ι des Auteinanderfallene hantiert werden zu können, bad owginal
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DA-OOl
Entfernung von im wesentlichen aller Flüssigkeit
, aus dem homogenen Brei, um eine trockene? biegsame Matte zu
bilden, kann bequemerweise erreicht werden durch Verteilung des Breis über eine Oberfläche, die selektiv durchlässig für
die verwendete Flüssigkeit aber undurchlässig für die Festbestandteila
im Brei ist, wie S0B0 ein Filtrierpapier» Ein wesentlicher
Teil der Flüssigkeit kann so durch. Schwerkraft entfernt werden, und insbesondere unter Anwendung eines Vakuums auf der
Oberfläche, die der gegenüberliegt, auf der der Brei abgelagert
ist. In dieser Weise können bis zu 90 % der Flüssigkeit entfernt
werden. Alternativ kann der homogene Brei einer geeigneten Zentrifuge zugeleitet und as können durch Zentrifugieren
die Flüssigkeit entfernt und die Matte gebildet werden. Solch ein Verfahren ist besonders nützlich bei der Herstellung von
zylindrischen oder rohrförmigen Erzeugnissen*
Nach Entfernung von im wesentlichen der gesamten Flüssigkeit kann die resultierende Matte* die noch genügend Festigkeit zum Hantieren enthält, weiter getrocknet werden, wie
z.B. in einem Luftumlaufofen, der auf einer genügend hohen Temperatur (d.h. in der Grössenordnung von 100 bis 200° G) gehalten wird, um die letzten Spuren der organischen Flüssigkeit zu
verdampfen. Ändere, sich den Fachleuten anbietende Verfahren, um
die getrockente biegsame Matte aus dem homogenen Brei zu erzeugen,
können selbstverständlich, ohne von dem erfinderischen Gedanken abzuweichen, verwendet werden.
Für den Fachmann ergibt es sich, dass die Dicke der endgültigen trockenen biegsamen Matte variiert werden kann durch
die Menge homogenen Breies, dar auf der flüssigkeitsdurchlässigen
Oberfläche abgelagert wird| je mehr Brei verwendet wird, je
dicker wird die Matte. In diesem Zusammenhang ist zu beachten,
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DÄ-K201 1S2B9B4
dass verhältnismässig dicke "Matten* erhalten werden können
für weitere erfindungsgemässe Behandlung, und dass der Ausdruck
"Matte", wie er hier verwendet ist, nicht in irgend einerWeise irgendwelche Abmessungen der Tiefa oder Dicke "bagren-asii soll,
sondern dass er vielmehr dis Katyir des Gegenst & ride 3 Und-ssi^a.
Konstruktion von verschlungenen. Fasern des Harzes tx-ia/oder am
Füllstoffes andeuten soll, natürlich hat, via τοτ^χ .oKg3geb-3iiff
die vorliegende Erfindung bascr^e.vü I'Lt-slichkeit ti^ys iz'i se':."-:'
vorteilhaft. für dia Herstellung iror· dünnen, gsf'illt'-rr.' FiüotIzjL·»
lefistoffharzteiien und es ist für die Herstellung diei'Sr ikrt"
von gefüllten .Gegenständen, dass eile Erfindung dan grossten 3aitrag
zur Technik liefert«
Manchmal ist es wUnsciisuswert, intäh&zcn<aA^-3f ;-f£-iii
lange Stapelfasern in der Grösssnoranung von S^lS Ms 6, SS ilj.
C1/8 bis 1/4 Zoll) Länge verwer.det werden, düm;te Mattaii a-asybö«»
.reiten, die nachträglich bis sur gfeÄÖ-.achtesi. Bicke ^^fci^acMchtet
werden, öurch diese Tecanik ist es auoii nic.gliuu, rarealii^dene
Schichten zu verwenden, die verschiedenen. Funktionen .im fertigen
Gegenstand dienen. So könnte a«B, die Mittellags in siiier dreischichtigen Struktur zur "VQXSu&iitung benutat herden, ■v.lhrsnd eine
äussere Lage für hohe thsniiisähe Leitfähigkeit und die andere .
aussere Lage zur Vorsehung hohen chemischen Widerstandes oder
spezifischer Reibungseigöiisshaften verwendet wird«
Die getrockneter biegsame Matte, die eine homogene
gegenseitige Dispersion von Fluorkchleiistoffh&rz und feinteiligem Füllmaterial aufweist, kann dann als Äusgangsmaterial benutzt werden, von dem die gewünschte Gestalt des endgültigen
Gegenstandes zugeschnitten wird« Sc wird ζ»EL im Falle dar Schaffung
einer Kupplungsscheibej. ©ine Matte von geeigneter Dicke erzeugt und die Form der Scheibe, ein Hing mit einem inneren Durah-
$AD OWQiNAL
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messer von ungefähr 15,24 cm (6 Zoll) und einem äusseren Durchmesser
von ungefähr 20,32 cm, wird aus dieser Matte ausgeschnitten. Der sich ergebende Ring wird in eine Form gelegt, die ein
Prägewerkzeug enthält, das die Konturen aufweist, die in die endgültige. Kupplungsscheibe eingeformt werden sollen. Der Ring
wird danach zusammengepresst bei einer Temperatur, die unterhalb der Sintertemperatur des besonderen verwendeten Fluorkohlenstoffharzes
(unter etwa 300° C im Falle von Polytetrafluoräthylen)
liegt und mit einem massigen Druck, d.h. in der" Grössenordnung
von 140,6 kg/cm (2000 psi). Der Druck kann selbstverständlich
je nach der gewünschten Dicke des Endproduktes verändert werden,
■ " aber im allgemeinen sollte er sich im Bereich von ungefähr 14,1 kg/cm
(200 psi) bis ungefähr 211 kg/cm2 (3000 psi) bewegen. Obgleich
Drucke in der Grössenordnung von 351,5 kg/cm (5000 psi) oder
höher verwendet werden können, so sind sie weder erforderlich, noch besonders wünschenswert.
Es wurde ermittelt, dass ein besonders gut definiertes Rillen- oder Konturmuster dadurch erzielt werden kann, dass
in der Form eine verhältnismässig dünne - in der Grössenordnung von 0,0254 bis 0,127 (0,01 bis 0,05 Zoll) Dicke - deformierbare
Zwischenplatte benutzt wird, die sich durch thermische Stabilität
bei der verwendeten Formungstemperatur auszeichnet und im
wesentlichen dieselben Urafangsabmessungen wie der au formende
Teil der Matte hat. Beim Zusammendrücken verteilt die deformierbare
Zwischenplatte den Druck gleichmässig über die gesamte Oberfläche des Musters und zwingt di© Vorform, sich den Konturen des
direkt auf die Oberfläche der Vorform ©inwirkenden Prägewerkzeuges
anzupassen. Obgleich die Verwendung der Zwischenplatte zur
"Herstellung der formbeständigen Vorform nicht notwendig ist,
wird sie doch bevorzugt, da eine scharfe Markierung (*fin® resolution*)
des gerillten Musters und gute Toleranzen erreicht werden können. Geeignete Zwisahenplatten können aus SiIisium-
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und "Viton* Elastomeren hergestellt werden, sowie auch aus Metallen
wie Blei und Zink. Gute Resultate-können erzielt werden
durch Verwendung einer Zwischenplatte irgend eines gut bekannten, im Handel erhältlichen Qrganopolysiloxen Elastomers, der
gute Formablösungseigenschaften hat.
Bei der Formung der formbeständigen Vorform hat es sich als vorzugsweise herausgestellt, der Mattenform zu gestatten, die Formungsteniperatur vor Aufbringung des gewünschten Druckes in der Form anzunehmen. Dies kann leicht erreicht
werden, in dem man z.B. eine kurze Zeit verstreichen lässt,
nachdem der Mattenzusohnitt in die Form eingelegt wurde. Die
ÄUfenthaltszeit wird selbstverständlich von der Grosse der zu
formenden Matte, von der Formungstemperatur, der Art des verwendeten Fluorkohlenstoffharzes, und der Menge und der Type
des verwendeten Füllstoffes abhängen. Im allgemeinen, wenn verhältnismässig
dünne Teile zu formen sind, ergab sich eine Aufenthalt sz ei t von ungefähr 1 Minute als ausreichend.
Die Zeitdauer, während der die Matte dem gewünsch-,
ten Druck in der Form ausgesetzt wird, kann auch in weiten
Grenzen verschieden sein. Es hat sich in diesem Zusammenhang
ergeben, dass die normalerweise kursse Zeit in der Grossenord*
nung von 1 Minute oder so ausreichend ist, um verhältnismässig
dünne Gegenstände zu formen. Obgleich der Druck für längere Zeiten aufgebracht werden kann, ist solch Verfahren unnötig,
und, wirtschaftlich gesehen, unerwünscht« Die Zeit der Druckanwendung kann daher einfach als die Minimalzeit beschrieben werden,
die notwendig iet, um genügende Verdichtung des Gegenstandes
zu erreichen, und sie kann leicht durch einfache, der Fachwelt
wohlbekannte, Prüfverfahren ermittelt werden.
BAD ORJGINAl.
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- 18 - ' .'·-■■■
Wie oben bemerkt, muss die Temperatur, bei der das Verdichten der Matte zwecks Erzeugung einer formbeständigen Vorform
durchgeführt wird, unterhalb der Schmelzübergangstemperatur des besonderen^ aur Bildung der Matte verwendeten Fluorkohlen-"
stoffharzes oder -harz© liegen,
auch verstanden werden, dass die trockene, biegsame, erfindis&igsgemäss erhaltene Matte vorzugsweise so geformt
wird, um die Vorform ohne jegliche' vorhergehende Ausweitung
ihrer Abmessungen zu^chaffen. Obgleich die Matte etwas
ausgeweitet werden kann, d.h. xfiNdjer Grössenordnung von 10 %
oder weniger, sollte die Matte keinemBt^sskjSOrgaiig wie Kalandrieren
oder anderem Streckvorgang vor dem zur Herstellung der formbeständigen Vorform führenden Formungsschritt unterworfen
werden,, In dieser Hinsicht kann das erfindungsgemässe Verfahren
in seiner bevorzugten Ausbildung als *kalanderlos" in dem Sinne
bezeichnet werden, dass einachsiges oder zweiachsiges Strecken nicht nur unnötig ist, sondern auch vermieden werden soll.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass formbeständige Vorformen durch Mittel
erzielt werden, die vollkommene Wiedergewinnung von irgendwelchem Äbfallmaterial ermöglichen, das während der Schneid- und
Formvorgänge angesammelt wird. In der Tat, die Vorform selbst, die Formstabilität und eine mit der endgültigen Gestalt identische Gestalt erreicht hat, kann gewünschtenfalls der Wiederverarbeitung
unterworfen werden, da kein Sintern des fluorplastisohen Materials stattgefunden hat. Weiterhin gibt die Tatsache,
dass Streckvorgänge weggelassen sind, .dem erfindungsgemäs-isen
Verfahren 4as Merkmal der Kontinuität. Dl®s maaht, in Ver- '■
bindung mit der Beseitigung der Bildung von niahtwiedergewinnbarem
Abfall, das erfindungsgemässe Verfahren aowohl in verfahrenstechnischer als auch wirtschaftlicher Hinsicht sehr vorteilhaft.
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■ - 19 -
Das endgültige Sintern der forrafoeständigen Vorform
kann in irgend einer bequemen Weise durchgeführt werden, wie z.B. durch Einbringen der Vorform in einen Heissluftzirkulations-
oder Infrarotofen, der auf einer Temperatur oberhalb
der Sintertemperatur des zur Bildung der Matte verwendeten Fluorkohlenstoffharzes gehalten wird. Während die Vorform frei-'
gesintert werden kann, wodurch die Festlegung von kostspieligen Formeinrichtungen während das Sinterungsschrxites vermieden
wird, ist es selbstverständlich möglich, die/eingeschlossene
Vorform zu sintern, obgleich sich keinjferteil aus solch einem
Schritt ergibt. Die besondere, wähpelid des Sinterungsvorganges
-verwendete Temperatur hängj>^ön dem besonderen verwendeten Fluor^^,
während der die Vorform der Sintertemperatur ausgesetzt wird, hängt natürlich von der Masse des
Gegenstandes, der Menge und der Natur des Füllstoffes und anderen, die Geschwindigkeit der Hitzeübertragung beeinflussenden
Faktoren ab. '.·■■■■'
Falls sperrige, schwere Vorformen zu sintern sind, ■
können Behandlungszeiten von einer Stunde oder mehr erforderlich
sein, um vollkommenes und gleichmässiges Sintern durch den gesamten
Gegenstand zu erzielen. Sollte es sich um dünnere Teile handeln, so wird oft eine Zeit von weniger als einer Stunde genügen.
Die genaue Dauer, während der die Vorform der Sinterumgebung
ausgesetzt wird, kann leicht von Fachleuten auf dem Sinterungsgebiet bestimmt werden.
Während die Erfindung besondere Nützlichkeit auf dem Gebiet der Herstellung von gefüllten Fluorkohlenstoffharzteilen
hat, so sollte doch verstanden werden, dass ungefüllte . Teile auch erfindungsgem&ss hergestellt werden können. Verwendung der Erfindung für die Herstellung von ungefüllten Teilen
oder Gegenständen, die eine verwickelte Oberflächenmusterung
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oder Gestaltung haben, ergibt einen besonderen Vorzug über
vorbekannte Verfahren insofern, als die Erfindung gleiahmässige
Verteilung des Fluorkohlenstoffharzes in der Forahöhle und eine formbeständige frei-sinterbare Fluorkohlenstoffhars-Vorfdrm
ergibt B um Gegenstände hoher Festigkeit mit komplizierten
OberflSchemaustern au liefern.
Damit die Fachwelt besser beurteilen kann, wie
" sich die Erfindung ausführen lässt, werden die folgenden Beispiele
als Illustrationen jedoch nicht als Beschränkungen gegebenβ
Alle Teile und Prozentsätze sind Volumen, ausser wenn
anderweitig angegeben, ■
30 Ge.¥oTeile von "Superglas 1500", ein Erzeugnis
der Pittsbourg. Plats Glass Company, mit feingeteilten Glasfädchen
mit Durchmessern in der Grössenordnung von 3 bis 5
Mikron und Stapellängen von ungefähr 6,35 mm (1/4 Zoll), werden
in ein Mischgefäss eingebracht zusammen mit 70 Gew.Prozent
k von Teflon 7*, einem körnigen gefaserten Polytetrafluoräthylen,
das von der DuPond Company hergestellt wird und eine durchschnittliahe
Sieb~Teilchengrösse von ungefähr 35 Mikron hat.
Petroleum ("Kerosene*) wird dann dem Gefäss in einer Menge zugeführt,
die ausreicht, um eine Mischung von 25 Teilen Petroleum
zu einem Teil der Festbestandteile (umfassend die Glasfasern plus dem Fluorkohlenstoffharz) zu ergeben. Die Bestandteile
werden während etwa einer Minute gemischt mit einem Rührer,
der eine Spitzengeschwindigkeit von ungefähr 30,5 m/sec
(100 Fuaspro Sekunde) bei einer Temperatur von 30° G hat, um
einen Brei homogener Dispersion der Festbestandteile in der Flüssigkeit zu erzeugen. Die verwendete Flüssigkeit (Petroleum)
benetzt sowohl das Fluorkohlenstoff harz als much die Glasfüll··
bestandteile, - _
- . ·■■ ■. ■■- ■_.'.. . - bad
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Der so erhaltene homogene Brei wird in eine Papierform
(30,5 χ 30,5 cm oder 12 χ 12 Zoll) gegossen, Ein Vakuum
von 50,8 bis 63,5 cm (20 bis 25 Zoll) Quecksilber wird
auf die Form ausgeübt und die Festbestandteile lagern sich
an der flüssigkeitsdurchlässigen Oberfläche der Form ab, die ein grobes Filterpapier (Whatman Nr. 1) aufweist, das alle
Festbestandteile zurückhält. Nach ungefähr 15 Sekunden enthält das gebildete Blatt weniger als ungefähr 35 Volumen Prozent Petroleum, ist biegsam und hat ausreichende Festigkeit,
um aus der Form entfernt zu werden. Die so erhaltene Tafel
oder Matte wird in einen Luftumlaufofen gebracht, der auf
einer Temperatur von zwischen 100 und 200° C gehalten wird,
um die letzten Spuren.von Petroleum zu verflüchtigen.
Nachdem die biegsame Platte geringer Dichte vollkommen
getrocknet 1st, wird aus ihr ein Ring von ungefähr 15,24 cm (6 Zoll) innerem Durchmesser und 20,32 cm (8ZoIl)
äusöerem Durchmesser mit Gesenk ausgeschnitten. Der so zubereitete
Sing wird in einer auf 204 bis 260° C (400 bis 500° F) erhitzte Form gebracht, die als Boden ein auf gleicher Temperatur gehaltenes Prägewerkzeug aufweist. Eine Silikon-Kautschuk
Platte »von 0,0635 cm (0,025 Zoll) Dicke und mit denselben äusseren
und inneren Durchmessern wie der Ring wird auf die Oberseite der gefüllten Fluorkohlenstoffharzmatte gelegt. Die heisse Form
wird geschlossen und unter Berührungsdruck während ungefähr einer Minute gehalten. Ein Druck von 141 kg/cm (2000 psi) wird
dann aufgebracht und für eine Minute aufrechterhalten. Die Form
wird geöffnet und die Zwischenplatte entfernt. Dia Form wird
wiederum gejahlossen und auf Berührungsdruck während 15 Sekunden
gehalten, gefolgt von der Aufbringung von 141 kg/cm Druck
während 15 Sekunden« Dieser letzte Schritt dient dazu, die erhabenen Teile auf der dem Prägewerkzeug gegenüberliegenden Seite
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der Matte abzuflachen, aber er lässt ein Rillenmuster in der
Kupplungsfläche, das von dem Präge^fwerkzeug geformt wurde. Das
Teil wird von der Form entfernt und frei-gesintert in einem
Luftumlaufofen bei'382° C (720° F) während 30 Minuten und wird
dann aus dem Ofen entfernt und bei Raumtemperatur abkühlen gelassen«
Die durchschnittliche Zugfestigkeit des so geschaffenen
iCupplnngsbelages ist 141 kg/cm (2000 psi) und die durchschnittliche
Dehnung 150 Prozent«
Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung , eines ungefüllten, gesinterten Fluorkohlenstoffharzgegenstandes
mittels des erfindungsgemässen Verfahrens.
16 Teile Petroleum werden einem Rührgefäss zusammen
mit einem Teil DuPond Teflon 6", einem koagulierten Dispersionstyp
Polytetrafluoräthylenharz mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von ungefähr 500 Mikron, zugeführt. Die
Bestandteile werden während 120 Sekunden bei einer Temperatur
von 125° C gemischt. Infolge dar Mischung bei dieser Temperatur wird das Fluorkohlenstoffharz in faserige Form gebracht,
wobei die sich ergebenden Fasern gekennzeichnet sind durch eine
durchschnittliche Länge von ungefähr 6,35 ram (1/4 Zoll) und
einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 5 bis etwa 50
Mikron. 32 Teile Petroleum werden dann dem Rührgefäss hinzugefügt
und die Bestandteile werden mit einer Rührspitzengeschwindigkeit von 38,10 m/sec. (125 Fuss pro Sekunde) während zusatz-.
Hoher 30 Sekunden gerührt, um einen Brei mit homogener Dispersion der Festbestandteile, in dem Petroleum zu erzeugen.
&A0
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Der so erhaltene homogene Brei wird dann in eine Papierform
von 30,5 χ 30,5 cm (12 χ 12 Zoll) gegossen. Ein Vakuum
von 50,8 bis 63,5 am (20 - 25 Zoll) Quecksilber wird dann von der Form abgesaugt und die Festbestandteile setzen sich.auf der
flüssigkeitsdurchlässigen, ein grobes - alle die Festbestandteile
zurückhaltendes - Filterpapier {Whatman Nr. 1) aufweisenden Oberfläche
der Form ab. Die so erhaltene Matte wird dann in einen Trockenofen eingebracht, der auf einer Temperatur von 100 bis
200 C gehalten wird, um irgendwelche zurückbleibenden Teile des darin enthaltenen Petroleums zu verflüchtigen. Die sich ergebende
getrocknete Matte wird dann in einer Form bei einem Druck von
35,2 kg/cm (500 psi) und einer Temperatur von ungefähr 149° C
(300° F). kompremiert, um eine 0,8 mm (1/32 Zoll) dicke gleichmassige
Platte oder Vorform zu ergeben. Letztere wird dann einem Ofen zugeleitet, der auf einer Temperatur von 382° C(720° F)
zwecks Sinterung des Fluorkohlenstoffharzes gehalten wird. Prüfung
des so erhaltenen gesinterten Blattes ergab eine durchschnittliche
Zugfestigkeit von 316 kg/cm (4500 psi) und eine durchschnittliche Dehnung von 350 Prozent.
Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung einer ungesinterten, hochfesten Fluorkohlenstoffharzvorform
mittels des erfindungsgemässen Verfahrens«
Ein Teil eines fibriliierten "Teflon 6*, das gemäss
dem in Beispiel 2 dargelegten Verfahren zubereitet und gekennzeichnet ist durch eine durchschnittliche Länge von ungefähr
0,635 (1/4 Zoll) und einen durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr 5 bis ungefähr SO Mikron wurde einem 32 Teile Petroleum
enthaltenden Mischgefäss zugeführt. Danach wurde genug
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Siliziumdioxyd ("Opal Supersil1* der Pennsylvania Glas and Sand
Corporation) mit einer Tailchengrösse von weniger als ungefähr
0^044 mm. (W325 meshw) dem Mischgefäss hinzugeführt, um eine
Mischung au ergeben f in der das Siliziumdioxyd ungefähr 30 Volumenprozent
dar gesamten Festbestandteile (d.h. Siliziumdioxyd plus Fluorkohlenstoff harz) ausmachte«, Die sich ergebende Mischung
wurde gerührt, wie beim vorhergehenden Beispiel, um einen homogenen
Brei zu erzeugen« Der Brei wurde wie im Beispiel 1 behandelt,
.um eine trockene, biegsame Matte zu erzeugen, die danach in Hinge
geschnitten und mit einem'Druck von ungefähr 141 kg/cm (2000 psi)
und einer Temperatur von ungefähr 260° C (500° F) heiss geprasst xvurdSa Kein Prägewerkzeug wurde beim Formen verwendet, las wurde
ermittelt, dass die resultierende ungesinterte, formbeständige, ringförmige Vorform Fluorkohlenstoffharz enthielt, das durch einen
hohen Grad von Kristallin!tat -(94 bis.98 %), bestimmt durch Röntgenstrahl
enberechnungstechniken, gekennzeichnet war. Die so erhaltene,
hoc.h kristalline Tetrafluoräthylendichtung wies ausserordentlich
hohe Gasundurchlässigkeit auf und war in dieser Hinsicht weit den Dichtungen aus gesintertem Tetrafluoräthylenharzmaterial
überlegen„
Dieses Beispiel gibt einen Vergleich dar vorbekannten
Verfahren mit dem erfindungsgemässen Verfahren und veranschaulicht
die sehr unerwarteten und überlegenen Resultate, die in den endgültigen geformten, mittels des erfindungsgemässen Verfahrens zu»
bereiteten Gegenständen erzielt werden.
30 Gew. Prozent Cwens-Corning "Fiberglas4* (Stapellange
von 0,794 mm oder 1/32 Zoll) wird trocken mit 70 Gew.Prozent
DuPond «Teflon T* körnigem Formharz gemischt. Das Harz wird
in eine 7,62 χ 17,78 cm (3 χ 7 Zoll) Positivdruckform gegossen
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■und sorgfältig geebnet. Ein Vorformungsdruck von 141 kg/cm .
(2000 pel)-wird bei einer Umgebungstemperatur von etwa 23,9° C
(75° F) aufgebracht. Das Q,762 mm (ö,Q3 Zoll) dicke Blatt, das
äusserst brüchig ist, wird aus der Form entfernt und in einem Luftzirkulationsofen bei 382° C (720° F) während 30 Minuten gesintert
und dann aus dem Ofen entfernt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Die durchschnittliche endgültige Zugfestigkeit
des Blattes ist 56,2 kg/cm (800 psi) und die endgültige
Dehnung ist 20 Prozent«
Das obige Verfahren wird wiederholt mit Ausnahme,,
■ ■?
dass ein Vorformungsdruck von 351,5 kg/cm (5000 psi) angewendet
wird« Die an dem frei-gesinteiten 0,762 mm (0,03 Zoll) dicken
Blatt bestimmten Eigenschaften zeigen.eine- Enddehnungsfestigkeit
2
von 84,4 kg/cm (1200 psi) und eine endgültige Dehnung von 40 Prozent» .
von 84,4 kg/cm (1200 psi) und eine endgültige Dehnung von 40 Prozent» .
Dieselbe prozentuale Mischung wie beim Beispiel 4 wird einer zylindrischen Form zugeführt, die einen durch geeignete
engpassende Pfropfen zentrierten Kern enthält. Die gefüllte
Form wird bei einem Druck von 703 kg/cm (10,000 psi) bei Baum«
temperatur von 23,9° C (75° F) komprimiert. Das komprimierte Material
in der Form wird während Sinterung bei 382Q C (720° F)
für 2 Stunden unter Druck gehalten. Die Form wird während der
Abkühlung unter Druck gehalten. Der geschmolzene Rohling wird
aus der Form genommen und der Kern wird entfernt und durch «inen engp.äseenden randalierten Kern ersetzt. Der Rohling wird
dann in einer Drehbank durch den Kern:gehalten und glasgefülltes
Blatt wird von dem Werkstück abgeschält mit einer picke von
0,76mm (0,03 Zoll)» Die endgültige Pehnungsfesitigkeit ist
155 kg/om2 (2200 pel) und die endgültige Dehnung 120 Prozent»
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Das in "dom Fluorkohlenstoffharz eingebettete Glas stumpft das
SoIiIl = oder Spaltmesser ab und erfordert häufiges itaschärfen und erzeugt ßippsn und Kinnen in der Spaltfläche des Blattes*,
Bas Ysrf ahren des Beispiels 4 ifird wiederholt mit
dass das Blatt bei 382° C C720° F) und einem Druck
von 311,, S kg/cm" (50ÖÖ psi) während 30· Minuten-.gesintert und
dann auf Raumtemperatur unter Druck 'durch, mittels in den Druckplatten
airku-lierendes ICühlt-msser abgekühlt wird. Zusätzlich
enthält-nur die obere Platte der Form ein erhabenes Halbrund»
muster - Radius 0,794.mm (1/32 Zoll) und 0,51 mm (0,02 Zoll)
über seine Fliehe erhaben0 Das geformte und geprägte Blatt
kann nur schwer toe der Fon entfernt werden und neigt dazu, während des Hantierens zu brechen,, Das geformte Teil hat kein
homogenes Aussehenβ Di© Zugeigensohaften variieren in -weitem
Masse und das Teil hat wenig Verwendbarkeit,- Die Tiefe der geformten
Kinnen variiert in weitem Masse und das Blatt variiert
beträchtlich in Dicke.
' ■ Beispiel 7-
Die Mischung wurde behandelt,wie in Beispiel 1 beschrieben, zu einer getrockneten, biegsamen Matte geringer Dichte
gebracht, fiinge mit ungefähren inneren und äusseren Durchmessern
der Formungsform wurden aus der Matte mit Gesenk geschnitten und auf ungefähr das Gewicht des fertigen Ringes, 8,5 g, geschichtet.
. Die Vorformungsform wurde auf 288° G (550° F) erhitzt, Die gesenkgeschnittenen
Ringe wurden in das heisse Forminnere gebracht
und es wurde ihnen gestattetV sich vor Aufbriiigung. <fes Druckes'
auf Formtemperatur von 288° C (550° F) au QrMtaen.. Die Form
wurde geschlossen und der Druck wurde auf IXl Jcg/cm {3000 pst)
erhöht« Nach einer Minute wurde der Druck entlastet und das vorgeformte
Teil aus dem Forminnern entfernt. Die Vorform wurde
bei 362° C (720° F) während 20 Minuten gesintert und dann von
dem Ofen entfernt und luftgekühlt. Dar fertiggestellte V«Ring
hatte ausgezeichnete Qualität und gab genau die Gestalt und
die Umrisse der Form wieder.
Das Verfahren und die Form des Beispiels 7 wurden verwendet, um die Verwendung von "BETA" gehacktem "Fiberglas"
(Stapellänge 6,35 mm oder 1/4 Zoll) der Owens Corning fiberglas
Corporation als Füllmaterial anstatt das "Supergias* au demonstrieren.
Die ausgezeichnete Qualität und hohe Festigkeit des sich ergebenden Gegenstandes demonstrierte, dass lange Stapelfasern
leicht verwendet werden können, tun gefüllte Fluorkohlenstoff harzgegenstända su erzeugen, die durch -verwickelt s Form
gekennzeichnet sind»
Das Verfahren und die Form des Beispiels 7 wurden verwendet, um die Verwendung von Äsbestfasern ("Plastibest 20")
als Füllmaterial zu demonstrieren. Die geformten Teile hatten ausgezeichnete Qualität ähnlich denen, die aus den Materialien
der Beispiele 1, 7 und 8 geformt wurden,
Zusätzlich findet die Erfindung Anwendung bei der Herstellung von sowohl gesinterten als ungesinterten Fluorkohlenstoff
harzgegenständen, die einen durch einen hohen Grad von
Porosität aufweisen* Solche porösen Gegenstände können gemäss der Erfindung zubereitet werden durch iäinschluss in dem homogenen
Brei von bis zu 90 %, auf Basis des gesamten Festbestandteil·
BAD 009885/1642'
DA-K2O1 -
Volumens im Brei, von einem feinteiligen Material, das unlöslich
in der organischen, zur Bildung des Breies verwendeten Flüssigkeit ist, das aber löslich ist in einer Flüssigkeit, in der das
Fluorkohlenstoffharz (und der Füllstoff,falls anwesend) unlöslich
ist* Solch feinteiliges Material kann dann entfernt werden, entweder von der ungesinterten Form im Falle ein poröser ungesinterter
Teil wird gewünscht, oder von dem gesinterten Gegen-· stand, falls ein poröser gesinterter Gegenstand erwünscht ist,
durch einfache Behandlung des Teiles mit der Flüssigkeit, in dem das feinteilige Material löslich ist, in dem aber das Fluorkohlenstoffharz und der Füller unlöslich sind. Beispiele von
geeigneten Materialien, die in dieser Eigenschaft verwendet werden können, sind wasserunlösliche Salze, wie Natriumchlorid,
Kaliumchlorid· Metalle wie Kupfer, Blei, Eisen etc0, die in wässrigen
Säurelösungen löslich sind0 Allgemein, gesprochen, irgend
ein Material, das unlöslich in der organischen, zur Bildung des homogenen Breis verwendeten Flüssigkeit ist, das jedoch löslich
ist in einer Flüssigkeit, in der das Fluorkohlenstoffharz (und im Verwendungsfalle der Füller) unlöslich ist, kann verwendet
werden, vorausgesetzt, dass im Falle der Herstellung eines porösen,
gesinterten Fluorkohlenstoffharzteiles das Material zusätzlich charakterisiert sein muss durch thermische Stabilität
bei der Temperatur, bei der das Sintern des Fluorkohlenstoffharzes
stattfindet«
Gemäss der Erfindung wurde ein poröses, gesintertes
Fluorkohlenstoffharzteil zubereitet durch Zumischung von 10
Gew. Teilen von "Teflon 6* und 10 Gew.Teilen von Teflon 7"
und 80 Teilen von Sodiumchlorid (Gesamtgewicht 2530 g) mit 1,89
1(2 quart) Petroleum bei einer Temperatur von 125° C während 120 Sekunden, um das Teflon 6 zu fibrillieren. Der sich
ergebende homogene Brei wurde verwendet zur Bildung einer trockenen
Vorform, die nachträglich freigesintert wurde bei 382 C
BAD
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(720 F), um einen gesinterten Fluorkohlenstoffgegenstand zu
erzeugen, der eine mit der Form identische Gestalt hat. Das
Salz wurde dann aus dem gesinterten Teil ausgewaschen durch Aussetzung
des Teiles eines umlaufenden Wasserbades für ungefähr
14 bis 15 Stunden. Der so erhaltene poröse Gegenstand wurde getrocknet,
geprüft und es wurde gefunden, dass er gekennzeichnet ist durch einen Hohlraumanteil von 80 Prozent, eine Dichte von
ungefähr 0,448 kg/1 (28 Pfund pro Kubik Fuss), eine endgültige
Zugfestigkeit von 14,1 kg/cm (200 psi) und einer endgültigen
Streckung von 100 Prozent. Flüssigkeit, die Fluorkohlenstoffharze benetzen, sowie ihre Dämpfe gehen leicht durch den porösen
Gegenstand hindurch,, Der Gegenstand stellte sich-auch als sehr
wirksames Dochtmaterial heraus. -
Die Erfindung gestattet somit die Herstellung von sowohl gefüllten als auch ungefüllten Fluorkohlenstoffharzgegenständen, die sich durch ihre überlegenen Eigenschaften auszeichnen.
Das erfindungsgemässe Verfahren, mit dem solche Erzeugnisse zubereitet werden können, ist bequem, wirtschaftlich
und, was äusserst wichtig ist, direkt. Dank der Erfindung sind die Anwendungen für Fluorkohlenstoffharze bedeutsam ausgedehnt.
Die Erfindung findet Anwendung in der Herstellung einer grossen
Variität von verwickelt gestalteten gefüllten und ungefüllten Fluorkohlenstoffharzgegenständen, wie Kupplungsbelägen, Röhren,
Laminaten sowie verschiedenen anderen geformten Gegenständen.
Es sollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht als auf irgend eines dar hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt angesehen werden darf, sondern dass sie in anderen Weisen ohne Abweichung von den Grundgedanken der Erfindung oder
den in den Ansprüchen umrissenen Merkmalen verwendet werden kann.
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Claims (1)
- Patentansprüche1. Verfahren zur kalandrierlosen Erzeugung eines formbeständigen ungesinterten Fluorkohlenstoffharz-Gegenstandes, g e kennzeichne t durchsI, Herstellung eines homogenen Breies von feinteiligen Festbestandteilen in einer Flüssigkeit, enthaltend:(a) feste Teilchen von wenigstens einem Fluorkohlenstoffharz, und(b) von Null bis ungefähr 95 Prozent, basiert auf dem Gesamtvolumen der Festbestandteile im Brei, wenigstens einem Füllstoff mit der Massgabe, dass wenigstens einer der Bestandteile der aus (a) und (b) bestehenden Klasse in faseriger Form vorhanden istj'(σ) eine flüchtige, organische, Fluorkohlenstoffharz benetzende Flüssigkeit} undII, Entfernung von im wesentlichen aller Flüssigkeit aus diesem Brei unter Erzeugung einer trockenen biegsamen Matte, die von den verflochtenen Fasern des faserigen'Bestandteils der Festteile gebildet ist, wobei der vorhandene Anteil des faserigen Bestandteils gross genug ist für die Erzielung von Biegsamkeit und Festigkeit} undIII ο Formen, ohne Kalandrieren, wenigstens eines Teiles der trockenen, biegsamen Matte in die gewünschte Gestalt bei einerUnterlagen (Art 711 Abc 2 Nr. I Sttz 3 <1m Xndwungae··. v. 4.0. IMH009885/164215299SUDA-K201 .-ι ja J7 ^ ο. η- 31 -Temperatur unterhalb der Schmelzübergangstemperatur des Fluorkohlenstoff harzesjwodurch sich eine formbständige, ungesinter.te Fluorkohlenstoff-Vorform ergibt, die zu einem gesinterten, in seiner Gestalt mit der Gestalt der Vorform identischen Fluorkohlenstoffharz-Gegenstand hoher Festigkeit frei-sinterbar ist.•2, Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnetdurch:Rühren einer Mischung, die eine grössere Menge der Flüssigkeit und eine kleinere Menge der feinteiligen Festbestandteile enthält, zwecks Erzeugung.des homogenen Breies; undEntfernen von im wesentlichen aller Flüssigkeit aus dem Brei zur Schaffung der trockenen, biegsamen Matte.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , dass die Formung wenigstens eines Teiles der trockenen, biegsamen Matte zur"Bildung einer formbeständigen un-gesinterten Vorform bei einem Druck von ungefähr 14,1 kg/σία bis ungefähr 211 kg/cm (2CX) bis 3000 psi) durchgeführt wird.4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass volumenmässig ein Verhältnis von Flüssigkeit zu Festbestandteilen in dem Brei von wenigstens 6 angewendet wird.■— ■* BAD009885/1642DA-K2015. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff in einer Menge von ungefähr 25 bis ungefähr 60 Volumen Prozent der gesamten Festbestandteile in dem Brei verwendet wird. - -6„ Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e kennzei chnet , dass als Fluorkohlenstoff Polytetrafluoräthylen verwendet wird.7, Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Formung wenigstens eines Teiles der trockenen biegsamen Matte zu der gewünschten Gestalt in einer Form durchgeführt wird, die eine deformierbare, sich durch thermische Stabilität bei der angewendeten Formungstemperatur auszeichnende, Zwischenplatte aufweist, um eine formbeständige Vorform zu erzeugen.8, Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net , dass vor Entfernung der Flüssigkeit der homogene Brei auf einer flüssigkeitsdurchlässigen Fläche abgelagert wird.9, Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet , dass dem Brei bis zu 90 Prozent, basiert auf dem Gesamtvolumen der Festbestandteile in dem Brei, ein feinteiliges Material zugesetzt wird, das unlöslich in dar organisahen Flüssigkeit aber löslich in einer Flüssigkeit ist, in welch letzterer das Fluorkohlenstoffharz und der Füllstoff unlöslich sind,5/1und dass mittels eines zusätzlichen Schrittes das feinteilige Material aus der formbeständigen ungesinterten Vorform ausgewaschen wird, um einen porösen, ungesinterten Fluorkohlenstoffharzgegenstand zu erzeugen.10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis9, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt der Sinterung der formbeständigen Vorform bei einer Temperatur oberhalb der Schmelzübergangstemperatur des Fluorkohlenstoffharzes, um einen gesinterten Fluorkohlenstoffharzgegenstand hoher Festigkeit zu erzeugen, dessen Gestalt identisch mit der Gestalt der Vorform ist.11. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass als feinteiliges in der organischen Flüssigkeit unlösliches Material ein Material verwendet wird, das thermische Stabilität bei Temperaturen in der Grossenordnung der Schmelzübergangstemperatur des Fluorkohlenstoffharzes aufweist, und dass das Auswaschen des feinteiligen Materials aus dem gesinterten Gegenstand nach dem Sintern erfolgt, um einen porösen gesinterten Fluorkohlenstoffharzgegenstand zu erzeugen.12· Verfahren nach Ansprüchen 5,7 und 10, dadurch ge kennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Kupplungsbe- lagea bii zu ungefähr 50 Prozent, basiert auf dem Gesamtvolumen der FestbestandteiIe, eines feinteiligen Füllers verwendet werden.BAD ORIGINAL0098857 1642DA-K201 · .. ■ ! * ^ Ό D H13α Verfahren nach Ansprüchen 5 und 10, dadurch g e k e η η zeichnet, dass zur Erzeugung eines Schleif-Fluorkohlenstoffharz-Blattes ein, ein Äbreib- oder Schleifmittel darstellendes,Material als Füller verwendet wird.14. Gegenstand, der nach dem in einem der vorangehenden Ansprüche angegebenen Verfahren hergestellt ist.bad 009885/1642
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