DE1594019A1

DE1594019A1 - Verfahren zum Verbinden eines stoffartigen Gewebes,das mindestens zum groesseren Teil aus Polyhalocarbonharzfasern besteht,mit einer Metalloberflaeche

Info

Publication number: DE1594019A1
Application number: DE19651594019
Authority: DE
Inventors: Hobaica Edward C
Original assignee: General Dynamics Corp
Current assignee: General Dynamics Corp
Priority date: 1965-12-13
Filing date: 1965-12-13
Publication date: 1970-10-29
Also published as: US3411965A; FR1508076A

Description

5357-65/v.R/E

General Dynamics Corporation New York 20, N.Y., V.St.A.

Verfahren zum Verbinden eines stoffartigen Gewebes, das mindestens zum größeren Teil aus Polyhalocarbonharzfasern besteht, mit einer Metalloberfläche

Polytetrafluoräthylen ist ein relativ neues polymeres Material mit verschiedenen hervorstechenden Eigenschaften, die auf vielen Gebieten von erheblichem Vorteil sind. Polytetrafluoräthylen ist in allen gemeinhin bekannten flüchtigen Lösungsmitteln unlöslich, ist ganz wasserundurchlässig und ist unempfindlich gegen Temperaturen, die fast alle anderen bekannten organischen filmbildenden Polymerisate nachteilig beeinflussen. Darüberhinaus ist es gegen Materialien, wie Säuren, Alkalien und dergleichen korrosionsbeständiger als andere bekannte Kunstharze und besitzt außerdem einen außergewöhnlich niedrigen Reibungskoeffizienten, so daß es

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sehr verschleißfest ist. Weiterhin besitzt Polytetrafluoräthylen ungewöhnliche elektrische Eigenschaften; z.B. hohe Spannungsfestigkeit, hohen Isolationswiderstand und einen extrem niedrigen Verlustfaktor. Ferner besitzt es eine ungewöhnlich schlecht haftende Oberfläche. Wegen dieser genannten Eigenschaften wird dieses Material verbreitet bei der Herstellung von Isolatoren für elektrische Teile, für Lager, Verpackungen, Überzüge, Auskleidungen und auf vielen anderen Gebieten, wo diese Eigenschaften erwünscht sind, angewendet.

Obwohl die Polytetrafluoräthylenpolymerisate viele erwünschte Eigenschaften besitzen, haben sie auch verschiedene Nachteile, die ihre Verwendbarkeit begrenzen. Z.B. haben sie bei Verwendung in Form von Folien oder eines massiven Körpers als Lager die Tendenz, schon bei mäßig hoher Belastung zu fließen. Diese Eigenschaft des folienförmigen Polytetrafluoräthylens ist höchst unerwünscht, da es dadurch die vorgesehene Funktion nicht erfüllen kann. Bei der Verwendung für Lager hat die Entwicklung von Polytetrafluoräthylen in Faserform in vielen Fällen das Fließproblem überwunden, weil die weitgehend ausgerichtete Molekülstruktur der Polytetrafluoräthylenfasern in Fadenform über zehnmal so lastfest ist wie die des Polymerisats als massiver Körper oder in Folienform.

Weiterhin hat Polytetrafluoräthylen den

Nachteil, daß eine Bindung mit einer zu überziehenden oder zu beschichtenden Oberfläche z.B. aus Metall, Keramik oder

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einem anderen Harz entweder überhaupt nicht möglich oder äußerst schwach ist. Da weiterhin Polytetrafluoräthylen und verwandte Kunststoffe in den bekannten Lösungsmitteln unlöslich sind und daher als Suspensionen aufgebracht werden müssen, sind sie für Überzüge nur wenig geeignet und bedecken unregelmäßige Oberflächen, wie rauhe Schweißnähte, Spalten, Üffnungen oder Löcher in der Oberfläche oder Nahtstellen, die vom Zusammentreffen zweier Metallstücke unter einem Winkel herrühren, nicht. Ferner überdeckt dieses Material scharfe Ränder und Ecken nicht, da es sich davon zurückzieht, und wenn es als zu dicker Überzug aufgetragen wird, kann es in ein spinnwebartiges Muster zerbrechen. Infolge dieser schlechten Bindungsfähigkeit können aus Polytetrafluoräthylenkunststoffen bestehende Filme eher eine Art lose Hülle als einen wirklichen fest haftenden Überzug bilden. Dies ist höchst unerwünscht, da ein unvollkommener, verkratzter, gerissener oder sonstwie beschädigter überzug, bei dem Metall freiliegt, alle korro-

en

dierende Dämpfe oder Lösung/in Berührung mit dem Metall kommen läßt, die dann zwischen den Überzug und die überzogene Oberfläche gelangen, so daß sich praktisch die ganze Verbindung löst und der Überzug abgehen oder von der überzogenen Oberfläche abgehoben werden kann.

Angesichts der vielen Vorteile von Polytetrafluoräthylen wurden viel Zeit, Mühe und Geld aufgewendet, um eine Lösung des Problems der schlechten oder ganz fehlenden Bindungsfähigkeit sowohl des massiven als auch des Fasermaterials mit Metalloberflächen zu finden. So ist z.B. bekannt,

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Zwischenlagen und dgl. mit Klebereigenschaften zwischen dem Polytetrafluoräthylen und der Metalloberfläche zu verwenden. Dies ist jedoch nicht ganz zufriedenstellend, da Polytetrafluoräthylen an unähnlichen Materialien kaum haftet. Ferner wurde die Entwicklung besonderer Kleber betrieben, die Polytetrafluoräthylen mit der Metalloberfläche wirksam verbinden sollten, aber noch ist kein zufriedenstellender Kleber für diesen Zweck voll entwickelt. Kürzlich wurden Untersuchungen über die Oberflächenenergie von Polytetrafluoräthylen und anderen passiven polymeren Halogenkohlenwasserstoffen angestellt, die sehr interessante Ergebnisse über die grundsätzlichen Haftmechanismen dieser Materialien lieferten. Dies wird vielleicht zur Entwicklung von Klebern für unbehandeltes Polytetrafluoräthylen verschiedene Schichtträger führen, aber zur Zeit sind diese Arbeiten noch ganz im Versuchsstadium.

Zur Erreichung des gewünschten Verbunds ist

weiterhin bekannt, Polytetrafluoräthylenfasern zu verweben oder sonstwie zu vlies- oder stoffartigen Lagern zu verarbeiten, um dieses Material in einen zum Verbinden geeigneten Zustand zu bringen. Es ist bekannt, beim V/eben des Stoffes oder bei der Bildung der stoffartigen Lage Fäden oder Fasern aus einem leicht bindungsfähigen Polymerisat mitzuverwenden, so daß die leicht bindungsfähigen Fasern eine gute Verbindung mit der Metalloberfläche bilden. Keine dieser bekannten Lösungen ist ganz zufrie-

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denstellend, sei/hinsichtlich der Kosten, Beeinträchtigung erwünschter Eigenschaften, unvollkommener oder schlechter Verbundeigenschaften oder dergl. Gewebe aus reinen Halogenkohlen-

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Wasserstoffpolymerisaten können nicht gut verbunden werden und man verwandet daher häufig eine Beimischung von Baumwolle trotz der schlechteren Eigenschaften.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines Metallgegenstandes oder einer Oberfläche , mit einem Polytetrafluoräthylengewebej-vlies o.dgl. zu schaffen.

Die Erfindung ermöglicht also die Herstellung eines mit Polytetrafluoräthylengewebe beschichteten Metallgegenstandes, welcher alle Vorteile des nicht gebundenen PoIytetrafluoräthylens besitzt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem ein Polytetrafluoräthylengewebe z.B. auch auf eine Stahloberfläche aufgebracht werden kann, wird die Herstellung sehr abreibfester beschichteter Gegenstände ermöglicht, die besonders als Lagerteile verwendet werden können.

Durch die Erfindung wird angegeben, wie ein

gewebtes Polytetrafluoräthy''engewebe behandelt und mit Kleber versehen wird, so daß es mit einer Metalloberfläche verbunden v/erden kann.

Ein Verfahren zum Verbinden eines Polytetrafluoräthylengewebes mit einer Metalloberfläche ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Oberfläche des Polytetrafluoräthylengewebes mit einem das Polytetrafluoräthylen anätzenden Material behandelt wird, so daß nur die eine seiner Seiten geätzt wird, daß ein Kleberfilm auf eine vollkommen saubere Metalloberfläche aufgebracht wird, und daß

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die geätzte Seite des Polytetrafluoräthylengewebes über den Kleberfilm und das Metall gebracht wird und der Kleberfilm mit der Metalloberfläche verbunden wird. Mit diesem Verfahren wird Polytetrafluoräthylen in Gewebeform fest mit einem Metallgegenstand verbunden. In diesem Zustand besitzt der beschichtete Gegenstand alle die erwünschten Eigenschaften wie hohe Festigkeit und Widerstandsfähigkeit, niedrigen Reibungskoeffizienten und die anderen erwähnten Eigenschaften, so daß er für die verschiedensten Zwecke verwendbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überziehen

einer Metalloberfläche mit einem gewebten Polytetrafluoräthylenstoff umfaßt also allgemein gesprochen das Aufbringen eines Klebermaterials mit Affinität für Metall auf eine saubere Metalloberfläche, das Aufbringen eines Polytetrafluoräthylengewebes mit einer chemisch geätzten Seite auf das Klebermaterial, wobei die geätzte Seite nach unten zu liegen kommt, und die Anwendung von Hitze und Druck, um das Polytetrafluoräthylen mit der Metalloberfläche zu verbinden.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Das verwendete Polytetrafluoräthylengewebe

kann aus irgendeinem stoffartigen, aus Polytetrafluoräthylenfasern oder -fäden hergestelltem Material bestehen. Der Stoff kann durch Verweben eines Garns aus Polytetrafluoräthylenfasern jedes geeigneten Deniers und in jeder gewünschten Webart, einschließlich Flechten, hergestellt sein. Er ist vorzugsweise

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dicht gewoben, jedoch kann gegebenenfalls auch ein offenmaschiges Gewebe verwendet werden. Die Fäden können entweder ausschließlich aus Polytetrafluoräthylen oder einem ähnlichen Halogenkohlenwasserstoffpolymerisat bestehen oder mit Fasern oder Fäden anderer synthetischer oder natürlicher Materialien gemischt sein, die mit einer Metalloberfläche verbunden werden können. Gewebe aus Polytetrafluoräthylen allein und aus Gemischen von Polytetrafluoräthylen- und anderen Fasern, die bei einem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden können, sind im Handel erhältlich.

Während das Polytetrafluoräthylen für die Erfindung im allgemeinen in Form eines gewebten Tuchs verwendet wird, ist es unter bestimmten Umständen und für bestimmte Anwendungsgebiete auch möglich, eine nicht gewebte Matte oder ein Vlies aus Polytetrafluoräthylenfasern zu verwenden, solange diese sehr kompakt sind und die nötige Festigkeit und Steifheit besitzen. Es können auch sogenannte gefüllte Polytetrafluoräthylenstoffe verwendet werden, (z.B. ein unter dem Handelsnamen "RULON" von der Firma Dixon Corp. Providence, R.I. vertriebenes Produkt), bei denen das Polytetrafluoräthylen und Fasern und Füllsubstanz aus anderem Material, z.B. aus Glasfasern oder dgl., miteinander unter Bildung eines beschwerten Stoffs vermischt sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß diese Materialien nur für bestimmte Anwendungsgebiete brauchbar sind und nicht so vielseitig verwendbar sind wie P οIyt e tra fluoräthy1engewebe.

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Um das erwünschte Verbinden des Polytetra-

fluoräthylengewebes zu erzielen, wird nur eine Oberfläche einem chemischen Ätzmittel so ausgesetzt, daß eine teilweise chemische Verwitterung oder Zerstörung dieser Seite stattfindet. Die so behandelte Oberfläche des Polytetrafluoräthylens besitzt eine Affinität für Kleber, so daß sie mittels eines Klebers mit einer Metalloberfläche verbunden werden kann. Die Oberfläche des Polytetrafluoräthylens muß in besonderer Weise geätzt werden, wie später ausführlicher beschrieben wird. Verschiedene im Handel erhältliche Materialien erwiesen sich für die gewünschte Ätzung als geeignet, besonders und vorzugsweise metallisches Natrium. Andere verwendbare Ätzmaterialien sind Alkoxide der Metalle aus den Gruppen I, II und ΙΙΪ des Periodischen Systems, z.B. Natrium, Kalium und Lithium. Das Alkoxyd ist aus irgendeinem Alkohol mit einer Alky!gruppe von einem bis acht Kohlenstoffatomen gewonnen. Geeignete Beispiele solcher Alkoxide sind die Alkalimetall-Alkoxide, insbesondere Natriummethoxid und Natriumäthoxid.

Der erfindungsgemäß zur Erzeugung der erwünschten Verbindung verwendbare Kleber kann ein beliebiges Adhäsivum sein, das eine feste Verbindung mit der Metalloberfläche bildet und das einige Affinität für die in der beschriebenen Weise behandelte Oberfläche des Polytetrafluoräthylengewebes besitzt. Es kann sich um einen Kleber handeln, der durch Hitze aktiviert wird, oder um einen, der auch bei Auftrag bei Zimmertemperatur wirkt. Für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Kleber sind z.B. Epoxykleber, Phenol-

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Nitril-Kleber, Vinyl-Phenol-Kleber, Acryl-Kleber, Silicon-Kleber', Polyurethan-Kleber und dgl. Wenn der Kleber flüssig ist, kann er ohne flüssigen Träger aufgetragen v/erden oder er kann in V/asser oder in organischen Lösungsmitteln gelöst aufgebracht werden. Vorzugsweise wird der Kleber wie viele Kleber vorgeformt als dünne Folie oder Film verwendet. In bestimmten Fällen kann der Kleber auch in Form einer heißen Schmelze aufgebracht werden. Die genannten und für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Kleber sind im Handel erhältlich (z.B. ein Vinyl-Phenolkleber der unter dem Handelsnamen "FM-47" als unterstützte Folie, Typ II von der Firma Bloomindale Rubber Co.,oder ein Epoxykleber, der von der Shell Chemical Co., New York unter dem Handelsnamen "EPON" vertrieben wird.)

Die Fläche oder Unterlage, mit der das Polytetrafluoräthylengewebe verbunden werden soll, kann aus beliebigem Material bestehen, z.B. Eisen, Stahl, Eisenlegierungen, Aluminium, Kupfer usw., oder aus Nichtmetallen, wie z.B. glasfaserverstärkte Kunststoffe und dgl. Um eine sichere Verbindung des Gewebes mit der Oberfläche zu gewährleisten, sollte die Oberfläche, auf die das Polytetrafluoräthylengewebe aufgebracht werden soll, einer gründlichen Säuberung unterzogen werden, wie noch ausführlicher beschrieben werden wird.

Die Erfindung wird am Beispiel der Herstellung eines mit Polytetrafluoräthylengewebe verbundenen Stahlkörpers, der als Lagerteil verwendet werden soll, ausführlicher beschrieben.

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Die mit dem Gewebe zu verbindende Metalloberfläche soll zuerst in einen vollkommen ®uberen Zustand gebracht werden. Bei der Reinigung des Stahlkörpers zur Herstellung eines Lagerteils wird die Oberfläche einer Stahl-Einsatzplatte, auf der das Gewebe befestigt werden soll, durch maschinelle Bearbeitung in einen relativ glatten Zustand gebracht. Eine Glätte von beispielsweise 3,2 >um (125 Mikrozoll) eff. ist normalerweise ausreichend. Nachdem die Oberfläche des Stahlkörpers durch die Bearbeitung genügend geglättet worden ist, wird ein übliches Reinigungsmittel oder eine Entfettungslösung aufgetragen, um Schmutz, Fett oder andere Fremdstoffe zu entfernen. Das Reinigungsmittel wird dann von der Oberfläche abgewischt oder anderweitig entfernt, so daß diese in sehr sauberem Zustand verbleibt. Die' soeben beschriebene Metalloberflächenbehandlung des Stahleinsatzes ist ein allgemein übliches Verfahren, wie es bei der Herstellung eines Stahlkörpers, auf den ein Überzug oder dgl. aufgebracht werden soll, gebräuchlich ist. Soweit beschrieben, bildet der Reinigungsvorgang keinen wesentlichen Teil der Erfindung, außer daß das Metall, das mit dem Polytetrafluoräthylengewebe verbunden werden soll, irgendwie in einen sehr sauberen Zustand gebracht werden muß.

Für die Herstellung der gewünschten Verbindung zwischen dem Gewebe und dem Metall ist es sehr vorteilhaft,

noch eine endgültige Reinigung der gewünschten Oberfläche vorzunehmen. Um diesen Endzustand höchster Sauberkeit zu erhalten, wird aus gemahlenem Aluminiumoxid oder ein/ähnlichen

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feinen· Pulver und Wasser eine Paste gebildet, die dann auf die zu säubernde Metallfläche aufgetragen und auf ihr kräftig verrieben wird. Nach einer für eine gründliche Oberflächenbehandlung ausreichenden Zeit wird die Paste durch Abwischen oder dgl. wieder entfernt, wobei eine extrem saubere Fläche zurückbleibt. Es sollte sorgfältig darauf geachtet werden, daß die behandelte Oberfläche nicht angefaßt, berührt oder anderweitig verschmutzt wird. Die mit dem Gewebe zu verbindende Oberfläche des Stahlkörpers ist nun im gewünschten Zustand und das Aufkleben des Polytetrafluoräthylengewebes auf das Metall sollte innerhalb einer Stunde nach Beendigung des endgültigen Säuberns und Polierens beginnen.

Nun maß auch das Folytetrafluoräthylengewebe behandelt v/erden, um seine Oberfläche in einen Zustand zu versetzen, daß sie einen Kleber annimmt, wodurch die erwünschte Verbindung des Gewebes mit der hochpolierten Oberfläche des Stahlkörpers erreicht wird. Die Oberflächenbehandlung beginnt damit, daß die der zu verklebenden Gewebeseite entgegengesetzte Verschleiß- oder nichtbindende Seite des Gewebes zuerst durch Auftragen einer dicken Paste aus Gummilatex oder dgl. überzogen wird, die man dann daran trocknen läßt. Dies ergibt eine feste Abdeckung der Verschleißseite des Gewebes, die während der ganzen Oberflächenbehandlung des Gewebes zur ,Vorbereitung der Verbindung an diesem verbleibt. Der getrocknete Latexfilm oder -überzug stellt eine Schutzschicht für die Verschleißseite des Polytetrafluoräthylengewebes dar,

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so daß diese Seite mit einer anschließend aufgetragenen Behandlungslösung nicht in Berührung kommen kann.

Die unbedeckte Seite des Polytetrafluoräthy-

lengewebes, die mit der Stahloberfläche verbunden werden soll, kann nun mit einer Ätzlösung behandelt werden, die ihr kleberannehmende Eigenschaften verleiht. Die Ätzlösung, die aus metallischem Natrium in einem Lösungsmittel oder einem anderen Ätzmittel der oben beschriebenen Art bestehen kann, wird bei Raumtemperatur auf. die unbedeckte Seite des Gewebes mittels Bürsten^ Tauchen oder in anderer geeigneter Weise sehr sorgfältig aufgetragen. Die Lösung ätzt das Polytetrafluoräthylengewebe praktisch augenblicklich an und hat eine teilweise chemische Zerstörung dieser Gewebeseite in der beschriebenen V/eise zur Folge. Die entgegengesetzte Seite des Gewebes bleibt wegen der Latexabdeckung ungeätzt. Wegen der hohen Reaktionsfähigkeit solcher Ktzlösungen, besonders in einer Atmosphäre hoher feuchtigkeit sollte der Ätzvorgang in einer inerten und trockenen Atmosphäre durchgeführt werden, z.B. in einer trockenen Stickstoffatmosphäre. Für die praktische Durchführung dieses Verfahrensschrittes gibt es verschiedene Möglichkeiten, z.B. kann das Gewebe in einen geschlossenen Raum gebracht werden, in den trockener Stickstoff gepumpt worden ist, woraufhin die Ätzlösung auf die freie Oberfläche des Gewebes aufgebracht wird.

Die geätzte Fläche des Polytetrafluoräthylengewebes wird dann mit Wasser gewaschen, um alle Spuren der Ätz-

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lösung zu beseitigen, und dann wird die Gewebeoberfläche gründlich getrocknet. Der Latexüberzug oder -film wird daraufhin von der entgegengesetzten, vollkommen ungeätzten Seite des Gewebes abgeschält oder abgezogen und weggeworfen. Die geätzte Oberfläche des Polytetrafluoräthylengewebes ist nun soweit, um mittels eines Klebers an dem Stahlkörper befestigt zu werden. Um die geätzte Oberfläche des Polytetrafluoräthylengewebes mit der polierten Stahloberfläche zu verbinden, wird die mit dem Gewebe zu beschichtende Metalloberfläche zuerst mit einer Lösung des Klebers, der verwendet werden soll, oder einem anderen v/irksamen Grundierer vorbereitet, die man darauf trocknen läßt. Wie schon erwähnt, kann der zu verwendende Kleber flüssig oder eine vorgeformte Folie sein und kann aus irgend einem geeigneten Material der oben aufgezählten Art bestehen. Wenn der Kleber als vorgeformte Folie verwendet wird, legt man diese auf die grundierte Oberfläche des Stahlgegenstands und die geätzte Oberfläche des Polytetrafluoräthylengewebes wird auf den Kleberfilm gelegt. Sodann wird über die nichtgeätzte Verschleißfläche des Polytetrafluoräthylengewebes ein Trenn- oder Entformungsmittel gebracht, das ein Haften an dem Polytetrafluorathylengeviebe verhindert. Ein geeignetes Trennmittel für diesen Zweck ist eine geformte Polytetrafluoräthylenfolie. Um für das endgültige Verbinen des Polytetrafluoräthylens mit dem Stahl eine gleichmäßige Druckverteilung sicherzustellen, wird über das als Folie oder Beschichtung vorliegende Trennmittel eine un-

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gehärtete Gummifolie angeordnet. Geeignete Gummifolien dieser Art sind im Handel erhältlich und werden zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Kraftverteilung beim Formpressen verwendet. Dann wird über der Gummifolie ein Metallgestell oder eine Form angeordnet, um zu verhindern, daß der Gummi während eines anschließenden FormungsVorgangs herausgepreßt wird. Das Gestell mit dem Stahlkörper, dem Kleber, dem Gewebe, dem Trennmittel und der Gummischicht wird in eine Formpresse gegeben, wo der Aufbau anfänglieh ohne Druckeinwirkung erhitzt wird, um irgendwelche noch vorhandenen Lösungsmittel oder Feuchtigkeit auszutreiben. Nach der Vorerhitzung werden Form und Aufbau unter Druck gesetzt, um die Verbindung des PoIytetrafluoräthylens mit dem Stahlkörper zu bewirken. Im allgemeinen werden die im Einzelfall beim Verbindungsvorgang angewendeten spezifischen Drücke und Temperaturen von der Art des speziellen Klebersystems und den Empfehlungen des Herstellers für dessen Verwendung abhängen. Normalerweise werden die Temperaturen im Bereich zwischen 135 ⁰C und 177 °C (275 °P und 350 ⁰F) liegen, da Temperaturen über dem angegebenen Maximum die Klebeverbindung eher verschlechtern. Eine Temperatur unter dem genannten unteren Wert verlängert die Dauer des Formpreßvorgangs, was unerwünscht ist. Die Berührungszeit während des Formpreßvorgangs kann auch unterschiedlich sein und wird im allgemeinen einschließlich der Vorerhitzung und des schließlichen Druckformens zwischen 10 Minuten und vier Stunden Gesamtzeit schwanken. Nach dem Abkühlen der Form und

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Aufhebung des Drucks wird die Anordnung aus der Form und dem Gestell genommen und die Gummischicht und das Trennmittel werden entfernt. Das Ergebnis ist ein Stahlgegenstand mit einem Polytetrafluoräthylengewebe,, das fest mit der Metalloberfläche verbunden ist. Der beschichtete Stahlkörper wird dann auf die gewünschte Größe zurecht geschnitten und ist für die endgültige Verarbeitung zum gewünschten Lagerteil fertig.

Um ohne Druckaufwendung und Form eine Verbindung des Polytetrafluoräthylengewebes mit dem Stahlkörper zu bewirken, kann ein flüssiger Kleber verwendet werden, z.B. ein Epoxyharz. Bei dieser Anwandlung mit der Verwendung eines flüssigen Klebers ohne Druck wird die Oberfläche des Stahlkörpers, mit der das Gewebe verbunden werden soll, in der gleichen Meise gereinigt und poliert, wie es oben für den FormpreßVorgang besehrieben wurde. Auch das Polytetrafluoräthylengewebe wird in der gleichen V/eise, wie beschrieben, vorbereitet. Bei der Verwendung eines flüssigen Klebers kann während des endgültigen Verbindungsvorgangs nochmal ein frischer glatter Überzug aus Latex als Schutzschicht gegen den Kleber verwendet werden. Hierfür kann das Latex auf die Verschleißseite des Gewebes mittels Sprühen oder Bürsten so glatt wie möglich aufgetragen werden. Das Epoxyharz oder ein anderer geeigneter flüssiger Kleber wird auf die glatte Oberfläche des Stahlkörpers gesprüht, mit der das Polytetrafluoräthylengewebe verbunden werden soll, und man läßt die Kleberschicht ruhen bis sie teilweisenGelzustand erreicht hat.

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Zur endgültigen Verbindung des Metalles mit

dem Polytetrafluoräthylengewebe wird dessen geätzte Oberfläche durch Pressen oder Walzen in feste Berührung mit der mit Kleber versehenen Oberfläche des Metallkörpers gebracht. Bei dieser Abwandlung benötigt man keine ungehärtete Gummifolie, keine Trennmittel, kein Formgestell oder dgl. Beim Verbinden unter Verwendung des flüssigen Klebers kann der Latexschichtoberfläche mit einem warmen Eisen (Bügeleisen) oder dgl. Hitze zugeführt werden. Diese Wärmebehandlung führt dazu, daß der Kleber aktiviert wird, fließt und ein kleiner Teil davon in die Zwischenräume des Polytetrafluoräthylengewebes gezogen wird, was die endgültige Verbindung verbessert. Der Latex bildet eine Schutzschicht, die verhindert, daß der Kleber über die Verschleißseite des Gewebes fließt.

Nach Ende der Wärmebehandlung kann die Anordnung über Macht bei Zimmertemperatur aushärten. Dann wird die Anordnung zur Fixierung der entgültigen Bindung des Gewebes an die Oberfläche des Metallkörpers bei erhöhter Temperatur nachgehärtet und ist dann, gegebenenfalls nach irgendeiner gewünschten Endbehandlung, für die Verwendung als Lagerteil fertig. Die Temperatur während der Nachhärtung hängt vom verwendeten Harz ab. Im allgemeinen sollte zur Erreichung der erwünschten endgültigen Härtung die Vorschrift des Herstellers für den betreffenden Kleber befolgt werden.

In vielen Fällen, wo aus Zeit- oder anderen Gründen die Verwendung einer Latexabdeckung während des Ver-

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klebens nicht möglich ist, kann dieser Verfahrensschritt weggelassen werden. Wenn keine Latexabdeckung verwendet wird, kann es bei Verwendung eines flüssigen Klebers erwünscht sein, eine kleine Menge flüssigen Klebers in die Zwischenräume des Gewebes und in gewissem Ausmaß auf die Oberfläche ziehen zu lassen, um eine kräftige Verbindung sicherzustellen. Es hat sich gezeigt, daß die Verschleiß-, Reibungs- oder anderen Eigenschaften des Polytetrafluorathylengewebes nicht wesentlich dadurch verschlechtert werden, wenn etwas Kleber auf die Verschleißfläche des Gewebes fließt. In diesem Fall wird nach dem Auflegen der geätzten Oberfläche des Polytetrafluorathylengewebes auf die Kleberfläche auf dem Stahlkörper ein warmes Bügeleisen direkt auf die Verschleißfläche des Gewebes aufgelegt und das Gewebe auf den Stahlkörper aufgepreßt. Der Kleber wird dadurch aktiviert und ein kleiner Teil davon wird durch die Zwischenräume des Gewebes nach oben gezogen, z.T. auch auf die Verschleißfläche. Man läßt die Anordnung dann in der gleichen Weise, wie es bei Verwendung eines Latexfilms als Träger beschrieben wurde, über Nacht härten und schließt dann eine Nachbehandlung zur Nachhärtung an.

Wenn die auf die Verschleißfläche gelangte

Menge des Klebers für nachteilig oder übermäßig befunden wird, kann sie unmittelbar nach der Behandlung mit dem Bügeleisen mittels einer kleinen Menge eines geeignetiBn Lösungsmittels für den Kleber behandelt werden, indem mit einem mit Lösungsmittel befeuchteten Tuch oder dgl. darübergewischt wird. Da-

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durch wird überflüssiger Kleber von der oberen Fläche des Gewebes entfernt. Jedoch sollte bei einer solchen Lösungsmittelbehandlung darauf geachtet werden, daß kein überschüssiges Lösungsmittel vom Gewebe aufgenommen wird, das den Kleber auf der Unterseite des Gewebes lösen könnte. Diese Lösungsmittel behandlung führt zu einer kleberfreien Verschleißfläche des verbundenen Gegenstandes. Weiterhin führt sie zu einem gleichmäßigeren Einsaugen des Klebers in die Zwischenräume des Gewebes.

Beispiel 1.

Ein Stück dicht gewebtes Polytetrafluoräthylengewebe (wie es z.B. von Stern & Stern, New York, New York, unter der Bezeichnung T-81-22 verkauft wird) mit einer Fadenzahl von 142 χ 46 und einem Flächengewicht von 810 g/m (23,91 oz/sq.yd.) wurde auf 45*7 cm χ 50,8 cm (l8ⁿ x 20") zugeschnitten. Die Unterlage, mit der das Gewebe verbunden werden sollte, war eine Stahl-Keilplatte von 4l,9 cm χ 45,7 cm (l6 1/2" χ l8"). Das Gewebe wurde auf der Lagerseite (die nicht verbunden werden sollte) mit einem verdickten Latexüberzug beschichtet (Latex l-V-10, verdickt mit Vultex T-17* beides von der General Latex and Chemical Co., Cambridge, Massachusetts). Das latexbeschichtete Gewebe wurde Über Nacht in einem Trocknungsofen bei 54,5 ⁰C (130 ⁰F) getrocknet, worauf es in einem großen

mit Polyäthylensack ausgelegt wurde und die Hände eines Bearbeiters/ einem Behälter einer Polytetrafluoräthylen ätzenden Losung ("Fluoretch" von Acton Associates, Newark, New Jersey) mit Klebestreifen eingeklebt wurden. In den Sack wurde mindestens

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fünf Minuten lang trockener Stickstoff eingepumpt, der durch ein kleines Loch wieder ausströmte. Die iltzlösung wurde dann in kleinen Mengen ausgegossen und schnell über die Gewebeoberfläche, die verbunden werden sollte, ausgebreitet. Diese Behandlung dauerte an, bis die Oberfläche des Gewebes vollkommen entfärbt war, woraufhin das Gewebe aus dem Sack genommen und mit Wasser gewaschen wurde. Dann wurde der Latexüberzug vom Gewebe abgezogen und das Gewebe wurde in einem Trocknungsofen bei 54, 5 °C (150 ⁰F) etwas über vier Stunden lang getrocknet.

Die Stahl-Einsatzplatte wurde mit einem entfettenden Lösungsmittel gereinigt, um alles Fett oder öl von der mit dem Gev.^Te*be zu verbindenden Oberfläche zu entfernen. Mit Wasser zu einer Paste angerührtes gemahlenes Aluminiumoxyd wurde unter häufiger Erneuerung auf der ganzen Stahloberfläche verrieben. Zur Erleichterung der Reinigung wurde eine umlaufende Schleifscheibe mit einem Tuch verwendet. Die Sauberkeit der Stahloberfläche vrarde mittels ihrer Benetzbarkeit durch V/asser geprüft. Nach Entfernung der Paste von der Stahloberfläche wurde diese getrocknet und mit einem dünnen Überzug einer Kleberlösung (E¹M-47 von Bloomindale Rubber Co. )grundiert und bei 9J5 ⁰C (200 ⁰F) vier Stunden lang getrocknet.

Eine Kleberfolie (FM-47, Typ II supported,

von Bloomindale Rubber & Co.) wurde auf die Größe des Gewebes zugeschnitten und auf die grundierte Stahloberfläche gelegt, wobei seine Hauptfäden in Bewegungsrichtung liefen. Das PoIy-

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tetrafluoräthylengewebe wurde mit der g_eätzten Seite in Berührung mit der Kleberfolie auf die Gummischicht gelegt und die Lagerseite des Gewebes wurde mit einem auf 121 ⁰C (250 °P) eingestellten Bügeleisen ausgebügelt. Auf die Lagerseite des PoIytetrafluoräthylengewebes wurden dann eine 1,6 mm (I/I6") dicke Scheibe aus massivem Polytetrafluoräthylen mit den Abmessungen der Stahl-Keilplatte, und auf die Scheibe eine Schicht ungehärteter Gummi-Formhilfsfolie ("Press-te-Plo" von der Bloomindale Rubber Co.) gelegt. Zwei 6,55 mm (1/4") starke Polytetrafluoräthylenschichten mit denselben Ausmaßen wie die Gummifolie wurden über diese gelegt und über diese Anordnung kam ein Stahlgestell mit den Innenabmessungen 42,5 cm χ 46,5 cm (l6 5/4" χ l8 1/4"), das aus 25,4 mm χ 12,8 mm ( l" χ 1/2") Flacheisen zusammengeschweißt war, so daß die Gummifolie eingeschlossen ist. Der Aufbau wurde dann in eine große Presse mit einer auf 177 ⁰C (550 ⁰F) eingestellten Druckplatten-Temperatur eingesetzt. Nachdem die Anordnung 50 Minuten lang bei dieser Temperatur vorgeheizt worden war, wurde eine Druckkraft von 25,57 Tonnen bis 25,40 Tonnen (25 bis 25 tons) angelegt und 10 Minuten lang beibehalten, woraufhin die Heizung abgeschaltet wurde. Nach weiteren 20 Minuten wurde die Druckkraft auf 10,16 Tonnen (10 tons) verringert und der Aufbau abgekühlt und schließlich nach einer Formungsbearbeitung von insgesamt 5 Stunden und 15 Minuten aus der Presse entfernt. Das Gestell, die Formungshilfe und die Scheibe wurden abgenommen und das Gewebe zugeschnitten und mit einem Schmiermittel geölt.

Die Platte wurde in einem GD/EB Teststand bei Belastungen bis zu 56,2 kp/cm (8OOO psi) und bei wechselnden

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Geschwindigkeiten geprüft. Die gebildete Lagerplatte übertraf alle bezüglich Reibung und Verschleißdauer gestellten Anforderungen während einer simulierten Betriebsdauer von über 25OO Stunden in einer Mühle oder einem Walzwerk. Als die Lagerplatte einem 9O°-Schältest unterworfen wurde, erwies sich die Haftungsstärke als 0,775 kp/cm (11 lb.psi.)

Beispiel 2.

Ein Stück dicht gev/ebtes Polytetrafluoräthylen-Polyesterfaser-Gewebe (Teflon-Dacron, wie es bei Stern & Stern, New York, New York, unter der Kennummer T-56-20 erhältlich ist) mit einer Padenzahl von 163 x 110 und einem Flächengewicht von 605 g/m (17,71 oz/sq.yd.) wurde auf 53*3 cm x 50,8 cm (21" χ 20") zugeschnitten. Die Unterlage, mit der das Gewebe verbunden werden sollte, war eine Stahleinsatzplatte von 50,8 cm χ 50,8 cm (20" χ 20"). Die Beschichtung des Gewebes mit Latex und die Ätzung sowie das Entfetten und Reinigen der Stahlplatte geschahen in der gleichen V/eise wie bei Beispiel 1. Nach dem sorgfältigen Reinigen und Trocknen der Stahlplatte wurde eine ihrer Flächen durch Auftragen eines leichten GrundierÜberzugs (BR-227A von Bloomindale Rubber Co.) grundiert und der Überzug vier Stunden lang bei 93 °C (200 °p) getrocknet. Ein Epoxykleber mit einer Mischung aromatischer und aliphatischer Amine als Härter, und ein Netzmittelzusatz wurden 0,203 bis 0,254 mm (8 bis 10 mils) dick auf die grundierte Stahloberfläche aufgetragen und für fünf Stunden so belassen, so daß sie teilweisen Gelzustand erreichten. Die

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Lagerseite des Gewebes wurde mit dem beim Ätzvorgang verwendeten Latex wieder bedeckt, wobei extreme Sorgfalt aufgewandt wurde, um auf dem Gewebe einen glatten Überzug ohne Bürstenspuren herzustellen. Das Gewebe wurde vier Stunden lang bei 93 °C (200 F) getrocknet, auf den Kpoxykleber aufgelegt und gleichmäßig ausgerollt. Um den Kleber durch das Gewebe hochziehen zu lassen, wurde ein warmes Bügeleisen auf die Lagerseite des Gewebes aufgelegt. Über den Aufbau wurde eine Polyäthylenfolie ausgebreitet und in diesem Zustand ein Vakuum erzeugt und aufrecht erhalten, bis der Kleber gelierte. Die mit Polytetrafluoräthylen-Polyester-Gewebe beschichtete Platte wurde am nächsten Tag drei Stunden lang bei 79,5 ⁰C (175 ⁰P) nachgehärtet, der Latexüberzug wurde entfernt, die Ränder zugeschnitten und die Anordnung geölt. Bei einem 90°-Schältest ergab sich eine Haftfestigkeit von 0,7OJ bis 8,44 kp/cm² (10-12 lb.psi.)

Beispiel 3*

Ein Doppelstück des Gewebes und des Stahleinschubs von Beispiel 2 wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 behandelt, außer daß die Lageroberfläche des Gewebes nicht nochmals mit Latex beschichtet wurde. Als das Gewebe auf den Klebefilm gelegt und ausgebügelt wurde, wurde der Kleber durch das Gewebe hochgezogen, wobei übermäßig viel an der Verschleißoberfläche erschien. Dieser vom warmen Bügeleisen hochgezogene überschüssige Kleber wurde von der

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Verschleißfläche weggewischt, indem sehr leicht ein mit einem Acetonlösungsmittel befeuchtetes Tuch über die ganze Fläche gerieben wurde. Ein 25,4 mm (l") starker Schaumgummilappen wurde auf die Versehleißflache gelegt, gefolgt von einem 19*05 mm $/4") starken Stück Sperrholz. Auf das Sperrholz wurden etwa 13,6 kp (^O lbs) Druckkraft gleichmäßig ausgeübt und die Anordnung wurde über Nacht trocknen gelassen und dann am nächsten Tag drei Stunden lang bei 79,5 ⁰C (175 ⁰P) nachgehärtet und die Ränder zugeschnitten und die Anordnung geölt. Ein 90°-Schältest ergab eine Haftfestigkeit von 0,703 bis 0,844 kp/cm² (10 - 12 lb.psi.)

Die Erfindung wurde am Beispiel von Polytetrafluoräthylen beschrieben, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß auch die Verwendung anderer Kunstharze aus der Klasse der Polyhalocarbonharze, von denen Polytetrafluoräthylen eines ist, in den Rahmen der Erfindung fällt. Es folgen Beispiele für zusätzliche Harze, die für die Verwendung gemäß der Erfindung geeignet befunden werden können und die dem Polytetrafluoräthylen ähnliche Eigenschaften besitzen:

Homopolymerisat von Monochlortrifluoräthylen hohen Molekulargewichtes (als KeI-F^OO bekannt); Homopolymerisat von Monochlortrifluoräthylen niedrigen Molekulargewichtes (als Kel-F27O bekannt); Mischpolymerisat mit niedrigem Molekulargewicht aus Monochlortrifluoräthylen und einem verhältnismäßig großen Anteil von-Vinylidenfluorid (als Kel-F800 und Kel-F82O bekannt); Mischpolymerisat aus Monochlortrifluor-

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äthylen und einem verhältnismäßig kleinen Anteil von Vinylidenfluorid (als Kel-F55O bekannt); Homopolymerisate aus Vinylfluorid (Genetron VK-240): Polyvinylfluoridfolien mit einem Schmelzpunkt von angenähert 199 ⁰C (390 ⁰P) und in verschiedenem Grade ausgerichtet (bekannt als Teslar 20, 30, 40 usw.)

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Claims

1 59A019

IS

Patentansprüche.

1. Verfahren zur Verbindung eines stoffartigen Stückes, das mindestens zu einem größeren Teil aus Polyhalogenkohlenwasserstoffharz-Fasern besteht, mit einer Metalloberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallaffines Klebermaterial auf eine saubere Metalloberfläche aufgetragen wird, daß das stoffartige Stück, dessen eine Seite chemisch geätzt ist, mit der geätzten Seite nach unten auf dem Klebermaterial angeordnet wird und daß darauf Hitze zur Einwirkung gebracht wird, so daß das stoffartige Stück mit dem Metall verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als stoffartiges Stück ein ausschließlich aus Polyhalocarbonharzfasern bestehender Stoff verwendet wird.

^. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß als stoffartiges Stück eines verwendet wird, das zumindest zum größeren Anteil aus Polytetrafluoräthylenfasern besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stoffartige Stück ausschließlich aus Polytetrafluoräthylenfasern besteht.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz e ichnet, daß als stoffartiges Stück eines verwendet wird, welches aus einer Mischung von PoIytetrafluoräthylenfasern und anderen Fasern besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß als stoffartiges Stück ein Gewebe verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Ätzung einer Seite des stoffartigen Stückes so vor sich geht, daß eine undurchlässige Schicht auf eine Seite des Gewebes aufgetragen wird, die entgegengesetzte Seite des Gewebes chemisch geätzt wird, und sodann die undurchlässige Schicht vom Gewebe entfernt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennz e ichnet, daß auf das'auf die klebende Fläche aufgelegte Gewebe sowohl Hitze als auch Druck ausgeübt werden, um das Gewebe mit dem Metall zu verbinden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennze ichnet, daß als Klebermaterialein vorgeformter Kleberfilm verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß als Klebermaterial ein flüssiger Kleber verwendet wird. Q09844/1365

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11. Verfahren nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe und der Metallgegenstand in einer Formungsvorriehtung angeordnet werden, über die die Hitze und der Druck zugeführt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebermaterial ein vorgeformter Kleberfilm verwendet wird, und daß die Hitze auf die nichtgeätzte Seite des Gewebes ausgeübt wird, so daß ein Teil des Klebers in die Zwischenräume des Gewebes gezogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der nichtgeätzten Seite des Gewebes vor dem Anordnen an der klebenden Fläche wieder eine frische undurchlässige Schicht aufgebracht wird, auf Vielehe die Hitze ausgeübt wird, so daß ein Teil des Klebers in die Zwischenräume des Gewebes , aber nicht auf dessen ungeätzte Fläche gezogen wird.

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