DE1594392A1 - Feste Schmiermittel und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
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Description
- Feste Schmiermittel und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht- sich auf ein Verfahren zur Herstellung von festen Schmiermitteln oder Trockenschmiermitteln. Die Schmiermittel gemäß der Erfindung bestehen aus einem, geformten festen Substrat, in das ein Poiytetrafluoräthylenwachs eines Molekulargewichts von 700 - 100.-000 eingearbeitet ist.. Diese Schmiermittel können für Zwecke,@bei denen hohe Schmierfähigkeit erforderlich ist, in-die verschiedensten Formen gebracht werden, z.B: in. die Form von Lagern, Druckscheiben,-Packungen u.:dgl: Polytetrafluoräthylenwachse wurden bisher als Schmiermittel -verwendet, indem sie als wäßrige Dispersion auf die Oberflache des jeweiligen Materials aufgetragen wurden. Bei dieser Methode wird jedoch das verwendete Wachs als Folge der mechanischen Reibung leicht von der Oberfläche des Gegenstandes abgetragen, weil das Wachs lediglich an der Oberflache der Unterlage haftet, so daß diese ihre Schmierwirkung nur kurzzeitig behält.
- Gegenstand der Erfindung sind feste, geformte Schmierstoffe, die lange Zeit ihre Schmierwirkung bewahren und durch die verteilende Wirkung bzw. den schmelzflüssigen Zustand: als Folge der mechanischen Reibung eine zusammenhängende schmie-, rende Oberfläche aus einem 1?olyteträfluorä-thylenwaehs -auf : -der Reibungsoberfläche der Unterlage bilden.- _ Die festen Schmierstoffe gemäß der Erfindung werden hergestellt, indem man in ein poröses festes Material bei erhöhter Temperatur eine transparente Flüssigkeit aus einem Polytetrafluoräthylenwachs eines Molekulargewichts von 700-100.000 einarbeitet und dann das erhaltene Material auf Raumtemperatur abkühlen läßt. Unter einerifttransparenten Flüssigkeit' aus Polytetrafluoräthylenwachsen ist eine transparente Schmelze oder eine transparente Lösung des-jeweiligen Polytetrafluoräthylenwachses in einem Lösungsmittel zu verstehen. Der Erfindung liegt die Feststellung zu Grunde, daß beim Eintauchen eines porösen Materials in eine transparente Flüssigkeit, die durch Schmelzen eines Polytetrafluoräthylenwachses oder durch Auflösen dieses Wachses in einem bestimmten Lösungsmittel gebildet wird, die Flüssigkeit ohne Rücksicht darauf, wie winzig die Poren sind, gleichmäßig in sämtliche Poren des Materials eindringt, so.daB der erhaltene Schmierstoff ein hohes Schmiervermögen bewahrt, bisdas poröse Material selbst durch die Wirkung der mechanischen Reibung abgenutzt ist, wenn der Gegenstand als Zager oder für andere Zwecke, bei denen hohe Schmierfähigkeit erforderlichist, verwendet wird. Ferner wurde festgestellt, daß-die eingebrachten Polytetrafluoräthylenwachse-eine zusammenhängende schmierende Schicht bilden, die--auf der Reibungsfläche des Gegenstandes eine hohe Schmierfähigkeit dadurch aufweist, daß das Wachs unter der Einwirkung der mechanischen Reibung sich ausbreitet bzw. in den schmelzflüssigen Zustand Übergeht, Die gemäß der Erfindung verwendeten Polytetraflüoräthylenwaehse müssen ein Molekulargewicht haben, das 700-100.000, vorzugsweise 1000-20.000 beträgt. Wenn die Wachse dieses Molekulargewichts erhitzt werden, schmelzen 'sie-unter Bildung einer transparenten, klaren Flüssigkeit. Sie können ferner in Lösungsmitteln, z.3. niedrigmolekularen Chlortrifluoräthylenpolymeren eines Molekulargewichts von 500-2000t Benzotrfluorid, Monochlorbenzotrifluorid oder Dichlorbenzotrifluorid, gelöst werden' wobei ebenfalls die gewünschte transparente Flüssigkeit in Form einer Lösung jgebildet wird. Die Viskosität dieser transparenten Flüssig- -keit ist verhältnismäßig niedrig, so daß sie auch in die winzigsten Poren eindringen kann; Wachse, deren Molekulargewicht unter 700 liegt, haben eine so schlechte Schmierfähigkeit, daß sie für die Zwecke der Erfindung nicht brauchbar sind, während Wachse, deren Molekula-rgewicht über 100.000 liegt, nicht in Form einer Schmelze oder Lösung verwendet werden-können. Diese hochmolekularen Substanzen können nur in Form einer Suspension eingesetzt werdana In diesem Fall ergeben sich jedoch verschiedene Nachteile. Ohne Rücksicht darauf, wie vollständig die Luft aus den Poren oder Hohlräumen des festen Materials entfernt wird, dringen die P;olytetrafluoräthylene, die ein Molekulargewicht von mehr als 1.000.000 haben und unter der Handelsbezeichnung "Polyflon" (Dazkin Kogyo Kabushiki Kaisha, Osaka, Japan) öder "Teflon'" (E:Io du Pont de Nemuors and Company) erhältlich sind, nicht in Poren ein, deren Durchmesser kleiner ist als die in der Suspension enthaltenen Teilchen. Ferner bilden sie, wenn sie durch Schmelzen in die Poren gelangen, keine zusammenhängende Schicht, falls sie in Form einer Suspension aufgebracht werden. Da ferner ihr Klebvermögen schlecht ist, werden diese Harze unter der Einwirkung der mechanischen Reibung leicht von der Unterlage abgeschält. Unter der Einwirkung;der Reibung schmelzen und zerfließen diese Harze außerdem. nicht, so daß sie eine unterbrochene v Schicht auf der Reibungsfläche der Unterlage bilden, indem sie sich zu länglichen klumpigen Substanzen anhäufen. Die in der Dispersion vorhandenen Stabilisatoren oder Dispergiermittel ziveri=_exien nachteiligen Einfluß-auf die Schmierfähigkeit und das @r@asserabweisungsvermö-gen des erhaltenen Schmierstoffs aus, In jedem Fall üben diese 11-arze-mt'Molekülar- '@ gewichten von mehr als 100.000 nur ,kurzzeitig de:.gewunschte Schmierwirkung aus.. _ - - . . - - . :. .. - . , - ' Polyte.tr`aflüöräthylenwachse finit einemMolekülargewicht vön 700-100I000 können nach verschiedenen .bekannten ' Methoden . hergestellt werden. Beispielsweise kann Tetrafluoräthylen
mit-einem Telogen ih Gegenwart oger Abwesenheit eines freie - Nach einem anderen .bekannten Verfahren können die gemäß der Erfindung verwendeten Polytetrafluoräthylenwachse durch Pyrolyse von hochmolekularen Polytetrafluoräthylenen bei Temperaturen von etwa-350oC:oder darüber in Gegenwart oder Abwesenheit eines Alkalisalzes, wie Kaliumnitrat, hergestellt werden. Nach einem. von der Anmelderin vorgeschlagenen Verfahren (japanische Patentanmeldung 53 405/1963) werden die-gemäß der Erfindung verwendeten Polytetrafluoräthylenwachse wie folgt hergestellt: Die Flüssigphase eines Tetrafluoräthylens wird in Gegenwart wenigstens eines der-oben als Telogene genannten Fluoralkane der Einwirkung ionisierender Strahlen ausgesetzt. Diese Telomeriserungsreakton verläuft: nicht nur bei normaler Temperatur, sondern auch bei Normaldruck; Überdruck oder Unterdruck. Das als Telogen verwendete Fluoralkan wird zweckmäßig in einer Menge von 1 - 20 Mol pro Mol des eingesetzten Tetrafluoräthylens verwendet. Durch Verwendung eines der oben genannten aliphatischen Kohlenwasserstoffe und deren Derivaten mit einer Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung in Verbindung mit einem Fluoralkan ist essmöglich, die Telomerisationin erheblichem Maße zu steuern, wobei. vorteilhaft:'Telomere.mit einem Molekulargewicht von 20:000 oder darunter gebildet werden. In diesem Fall wird der aliphatische Kohlen-Wasserstoff oder sein Derivat dem Reaktionssystem in äquimolekularer Menge oder in weniger als der molaren Menge, bezogen auf das eingesetzte Tetrafluoräthylen, verwendet. Als ionisierende Strahlen eignen sich für dieses Verfahren a-Strahlen; ß-Strahlen, 7-Strahlen, Röntgenstrahlen, Elektronenstrahlen und Neutronen, die in einer Dosis von 102 r/Std. bis 108 r/ Std. bei einer Gesamtdosis von 103 r bis 109 r emittiert werden. Ein Initiator wird bei diesem Verfahren nicht verwendet. Nach einem-weiteren von der Anmelderin vorgeschlagenen Verfahren (japanische Patentanmeldung 57 006 (1963)j werden die gemäß der Erfindung verwendeten Polytetrafluoräthylenwachse wie folgt hergestellt: Einem Reaktionsturm wird kontinuierlieh eine Lösung eines freie Radikale bildenden Initiätors in einem Telogen in Verbindung mit überschüssigem Tetrafluöräthyiengas unter einem Druck von 1 - 15 kg/cm 2 zugeführt. Im Verlauf dieser Reaktion wird vom Kopf des Reaktionsturms ein Gemisch abgezogen, das die«gebildeten Telomeren, überschüssiges und nicht umgesetztes Tetrafluoräthylen und überschüssiges Telogen enthält. Durch Kondensation werden die gebildeten Telomeren als Dispersion in überschüssigem Telogen von dem nicht umgesetzten Tetrafluoräthylen isoliert. Dieses kontinuierliche Verfahren hat den Vorteil, daß sich die Reaktionsbedingungen und die Molekulargewichtsverteilung der gebildeten Telomeren leicht steuern lassen. Die Reaktion verläuft ohne jegliche Handhabungsschwierigkeiten oder technische Schwierigkeiten: Bei diesem Verfahren werden das gleiche Telogen und der gleiche Initiator wie bei der vorstehend genannten Telomerisierungsmethode verwendet. Es ist zu bemerken, daß die vorstehend genannten Verfahren nur als Beispiele für die Herstellung der gemäß der Erfindung verwendeten Polytetrafluoräthylenwachse beschrieben wurden. Die Polytetrafluoräthylenwachse mit Molekulargewichten von 700-100.000 werden zur Bildung der für die Zwecke der Erfindung gewünschten Schmelze oder Lösung auf eine Temperatur im Bereich von 200 -,320°C erhitzt. Temperaturen unterhalb dieses Bereichs genügen nicht, um durch Schmelzen oder Auflösen die gewünschte transparente Flüssigkeit zu bilden: Eine trübe Schmelze oder Lösung dringt nicht genügend in die Poren des Substrats ein, so daß die Zwecke der Erfindung nicht erreicht werden.. Das gleiche ist der Fall bei hochmolekularen Polytetrafluoräthylenwachsen und -harzen, die in Form von Dispersionen verwendet werden. Wenn dagegen ' Temperaturen oberhalb von 3200C zum Schmelzen oder Auflösen verwendet werden, setzt eine Zersetzung der verwendeten Wachse ein, oder das verwendete Lösungsmittel verdampft: Als poröse Materialien ,eignen sich -für die Zwecke der Erfindung.SntermetalleSchaumglas; Glasfasern, Asbestgewebe, Bimsstein und andere Materialien, die sich während des-Imprägnierens nicht zersetzen oder deformieren: Gemäß der .r"'indüng:werden die porösen Materialien der-vor= stellend -geriännteri`=--Art--in--der' i beschriebenen Weise in eine --homogeri' transparente-üssi:gket; die aus einem @geschmolze= nerv PolytbträfIüöräthylenwächs- oder -einer- Zösung"dieses-Wachses 'in elnem-Losürigsrnittel besteht, 'bei einer eTemperatur von 2b0-- =` 320°G- getraücht°. Die -porösen Mäteralien-,werden -solange bei desen,,Temperatüreri-in der Flüssigkeit gehalten, bis- diese gleichmäßig -in alle- Poren aufgrund der, Kapillar--. anziehuhg eingedrungen- ist: Nach "aüs@reichender Tauchzeit; nimmt man den. Feät-stoff - aus-- dem Gefäß °und lässt ihn, auf -Raumtempe°ratür äbl<ühlen. Ein-Schmierfilm-überzieht nunmehr , fest s-ämtliche'APorien-s-bw-ie die-Dberfläche des.Feststoffs.;-Zur Zrleielhterung@ des= Eindrngäns der Wachse in die- Poren-> -----oder-- zur-- Verkürzung der-Tauchzeit wird 'die,- Luft -aus dem . porösen- -MateriäT =unter vermindertem. Drück: :entfernt. 'Es =istauch möglich; f zu diesem Zweck -erhöhten- Druck. äüf die, Flüssigkeit einwirken -zu:' lassen. -Der-Tauchvorgang-_Icann wiederholt werden, wenn nicht genügend Wachs eingedrungen ist. Es ist zwenkmäßgas'ge:geberienfall:s verwendete Lösungsmittel. äbzüdämpfen. f Es `7 gilt- jedoch Fälle, in denen dieses Abdampf eü je nach der' Värwendung d'es Schmiermittels nicht erforderlich ist. Besplelswe-isehät`ein niedermolekulares Chlori;rifludr=-äthylenpölymeres~"däs einen 'Schmelzpunkt um etwa 60'°C hat und'.bei @'Räüintemperatür' in Form eines'Wächses vorliegt, au "sgezei.clulete -Schmierfähigkei-t, so ' daA ` dieses als Lö'süngs=@ mittel ?verwendete - Pölymere-nicht. abgedampft: zü-' Werden braucht: 'Andere' nedrigmölekulare Chlortriflüöräthylenpolymere,Berizotrf iüör@id,-@ Mönöchlorbenzotrif3.üörid oder Dichlordifluor'dfäie-- bei ßaümtempei#atür flüssig sind, können bei: Verwendung als LZ5sung'2mittel° geringe Nachteile aufweisen- undbeispielsveige- .n :de 'r Anfangsphase ihres `Geb@au.ehs 1@@1@rig - -sein oder mit' steigender'' Tempef#atür verdampfen Die Anwesenheit dieser Verbindungen als Lösungsmittel beseitigt oder verschlechtert jedoch nicht unbedingt in wesentlichem Umfange die Schmierfähigkeit der verwendeten Wachse, so daß diese Verbindungen nicht unbedingt verdampft werden'müssen, wenn sie als Lösungsmittel-verwendet werden. Die Menge der'zum Imprägnieren des porösen Materials verwendeten Wachse variiert innerhalb weiter Grenzen, nämlich von einer monomolekularen Schicht, die lediglich die Oberfläche der Poren bedeckt, bis zu einem Umfange, bei dem sämtliche Poren mit Wachs ausgefüllt sind, da die Wachse mit dem Fortschritt der anschließenden-mechanischen Reibung durch. Schmelzen zerfließen-und die Reibungsoberfläche bedecken.-Die gemäß der Erfindung hergestellten fezten.S.chmierstoffe werden in die gewünschte Form geschnitten. Es ist auch möglich, das noch: nicht getränkte Material in die gewünschte Form zu bringen. Wie bereits,erwähnt, können die gemäß der Erfindung hergestellten-festen Schmierstoffe für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, bei denen hohe Schmierfähigkeit e-rforderlich ist, z.-B. als Lager, Druckscheiben; Packungen'ü:dgl. Wenn beispielsweise das Material als Lager für eine mit hoher Tourenzahl bewegte antreibende Welle verwendet wird, wirkt die Lagermasse, die die genannten Polytetrafluoräthylenwachse enthält, als festes Schmiermittel, das in der Anfangsphase der Drehung; in der konventionelle flüssige Schmiermittel kein ausreichendes-Schmiervermögen für die Grenzschmierung usw. aufweisen, ausgezeichnete Schmierwirkung und geringen Reibungskoeffizienten aufweist. Mit der fortgesetzten Drehung wirkt diese Lagermasse als-flüssiges Schmiermittel mit ausgezeichneter. Schmierwirkung- ebenso-wie die üblichen flüssigen Schmiermittel, da sie durch die anschließend-gebildete Reibungswärme schmilzt. Beispiel 1 Ein Gemisch von Polytetrafluoräthylen eines Molekulargewiehts von 2.000.000 und Kaliumnitrat wurde etwa 20 Minuten bei 4500G pyrolysiert, wobei ein Polytetrafluoräthylenwachs vom Molekulargewicht 1800 und vom Schmelzpunkt 270°C gebildet wurde. Das so hergestellte Wachs wurde auf 280 - 290°C erhitzt: In die gebildete transparente Schmelze wurde ein Sintereisen einer Dichte von 5;5 g/cm3 10 Minuten bei dieser Temperatur gelegt. Man ließ dann das Gefäß auf Raumtemperatur abkühlen, wobei das gewünschte feste Schmiermittel erhalten wurde, das mit dem Polytetrafluoräthylenwachs in einer Menge von etwa 28 Gew.-% imprägniert war. Bei Verwendung als Plattenlager ohne Verwendung von Schmieröl zeigte dieses Schmiermittel während eines Dauerversuchs von 10 Tagen keinerlei Anzeichen von Anfressung. Das Produkt hatte ferner ausgesprochen gute Verschleißfestigkeit und chemische Beständigkeit. Beispiel 2 Tetrafluoräthylen wurde mit Tetrafluorkohlenstoff telomerisiert, wobei ein Polytetrafluoräthylenwachs mit einem Molekulargewieht von 20.000 und einem Schmelzpunkt von 3200C erhalten würde. Bei 30000 wurden 100 g des Wachses mit 200 g eines niedermolekularen Chlortrifluoräthylenpolymeren vom Schmelzpunkt 800C gemischt. In die erhaltene transparente Lösung wurde bei 300°C eine Sinterbronze einer Porosität von etwa 35% für eine Dauer von 10 Minuten getaucht: Nach Abkühlenlassen auf Raumtemperatur wurde ein Feststoff erhalten, der mit der Lösung in einer Menge von etwa 30 Gew.-% imprägniert war. Die Masse wurde 3 Stunden bei 2500C und einem Druck von 1 mm Hg in einem Exsiccato gehalten. Der so behandelte Feststoff enthielt etwa 10 Vol:-% Polytetrafluoräthylenwachs und etwa 5 Vol.-% niedrigmolekulares Chlörtrifluoräthylenpolymeres. Bei Verwendung als Lager zeigte das Material fast die gleichen ausgezeichneten Eigensehaften,wie sie in Beispiel 1 genannt wurden. Beispiel 3 1 Gew.-Teil eines Polytetrafluoräthylenwachses vom Molekulargewacht 15.000, hergestellt durch Pyrolyse auf die In Beispiel 1 beschriebene'Weise, wurde bei 290 - 300°C mit 1 Gew.-Teil eines niedermolekularen Chlortrifluoräthylen-" polymeren vom mittleren Molekulargewicht 2000 gemischt. In die'erhaltene@transparente.Schmelze wurde eine Asbestpackung für eine Dauer von 30 Minuten getaucht. Die Packung war anschließend mit 50% des verwendeten Wachses imprägniert. Zum Vergleich wurde ein gleiches Asbestmaterial mit einem Schmieröl imprägniert und an der Oberfläche mit Graphit überzogen. Die beiden Proben wurden als Packung für die Rührerwelle-eines Autoklaven aus nichtrostendem stahl verwendet und dann für die Polymerisation von Chlortrifluoräthylen in Masse eingesetzt. Folgende Feststellungen wurden gemacht:
Zeit Erfindungsgemäße Probe Vergleichsproben Nach Keine Veränderungen Ungewöhnliche Belastung 1 Monat festgestellt. des Rührermotors in der Anfangsphase des Betriebs. Nach Keine Hitzebildung. Mehr oder weniger starke 2 Monaten Kein Verschleiß durch ungewöhnliche Erhitzung. Reibung an der Rührer- Starker Verschleiß an der welle und Packung. Berührungsfläche von Rührerwelle und Packung. Nach Keine wesentlichen Starker Gasaustritt. 3 Monaten Veränderungen. Deutlicher Verschleiß von ' Rührerwelle und Packung.
Claims (1)
- P a t e n t a n s p r ü c h e 1.) Festes Schmiermittel, gekennzeichnet durch ein festes poröses Material, in das ein Polytetrafluoräthylenwachs eines Molekulargewichts von 700 - 1oo.ooo eingearbeitet ist. 2:) Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da8 es ein Polytetrafluoräthylenwachs vom Molekulargewieht i.ooo bis 2o.ooo enthält. 3.) 'erfahren zur Herstellung von festen Schmiermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen von Zoo bis 3200C in ein poröses: Material eine Polytetrafluoräthylenwachse vom Molekulargewieht 700 - ioo.ooo enthaltende transparente Flüssigkeit vorzugsweise durch Eintauchen in die homogene. klare Schmelze oder -Lösung des Wachses eingearbeitet und das erhaltene Material anschließend auf Raum-temfperatur abgekühlt Wird. 4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadu,°ch gekennzeichnet, daß die Schmelze eines zwischen Zoo und 3200C schmelzenden Polytetrafluoräthylenwachses vom Molekulargewicht 70o bis loo.ooo eingearbeitet wird. 5.) Verfahren nach Ansprüchen 3 und #, dadurch gekennzeichnet, daß in das feste poröse Material eine Lösung von Polytetrafluoräthylenwachsen vom Molekulargewicht 700 .. loo.ooo eingearbeitet wird, die durch Auflösen der Wachse in niedermolekularen Chlortrifluoräthylenpolymeren eines Molekulargewichts von 50o bis 2.ooo, Benzotrifluorid, Monochlorbenzotrifluorid und/oder Dichlorbenzotrifluorid bei Temperaturen von Zoo bis 3200C erhalten worden ist. 6.) Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Lösung eines Polytetrafluoräthylenwaehses das Lösungsmittel anschließend entfernt wird. 7.) Verfahren nach kxsprüchen 3 bis 6dadurch gekennzeichnet, dad Polytetrafluoräthylenwachse vom Moekulargewieht Zoo bis . Gooooo verwendet -Werdens _ $.@ Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 7" dadurch gekennzeichnet, daß als festes poröses Material '3ntermetalle, Schaumglas, Glasfasern" Asbestfasern und Bimsstein verwendet werden..
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Cited By (1)
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-
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |