DE1694662C - Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus mit Siliziummonoxid gefülltem Polytetrafluoräthylen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sinterköipern aus mit Siliziummonoxid gefülltem Polytetrafiuoräthylen mit verschiedenen Korngrößen und Prozentgehalten.

Es ist bekannt, daß bei vielen technischen Anwendungsgebieten die völlige Abwesenheit von Spuren von Schmierölen in Behandlungsgasen erforderlich ist, sei es in der Lebensmittel- oder pharmazeutischen Industrie, in Anlagen zur Behandlung von Wasser oder in Herstellungsbetrieben für elektronische Ausrüstungen.

Es besteht daher ein steigender Bedarf an Gaskompressoren, die mit Zylindern ausgerüstet sind, welche überhaupt nicht geschmiert werden und als ungeschmierte Kompressoren bekannt sind.

Bei der Herstellung von überzogenen Textilien oder Papier, die durch Vereinigen von Textilbahnen mit Papier erhalten werden, sei es durch Papierbeschichtung oder Textilimprägnierung, werden sogenannte »Aufstreichmaschinen« verwendet, die durch eine Reihe von zahlreichen Walzen gekennzeichnet sind, welche das Papier oder die Textilien, die imprägniert oder zusammengebracht werden sollen, mit beträchtlicher Geschwindigkeit voranbewegen, wobei diese Walzen durch Metallgetriebe angetrieben werden, die beträchtlichen Lärm verursachen und erhebliche Vibrationen hervorrufen, welche zu ungleichmäßig schwingenden Oberflächen führen. Auch auf diesen Anwendungsgebieten hat sich ein Ersatz der Metallgetriebe durch geräuscharme Materialien vollzogen, welche wegen ihrer Natur jedoch keine hohen Geschwindigkeiten zulassen, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit verringert wurde, während zur gleichen Zeit eine größere Abnutzung zu beobachten isi, welche die Unterhaltungskosten erhöhen.

In den großen Gußmaschinen oder in den öldynamischen Steueranlagen wurden die herkömmlichen plattierten Dichtungen oder gegossenen Dichtungen allmählich durch nachbearbeitete Dichtungen ersetzt, welche eine viel festere Abdichtung bewirken, weil sie eine höhere Dimensionsstabilität besitzen, wodurch öllecks selbst bei den höchsten Drücken und unter den strengsten und andauerndsten Betriebsbedingungen verhütet werden.

Es wurde nun gefunden, daß es in allen diesen Fällen möglich ist, die mechanische Beständigkeit gegenüber Verformung, die Abnutzungsfestigkeit und die Härte von Polytetrafluoräthylen, aus welchem die verschiedensten Maschinenteile für die obengenannten Anwendungsgebiete hergestellt werden können, dadurch beträchtlich zu verbessern, daß man diesem Polytetrafluoräthylen Füllmaterial zusetzt, welche bei dem Sinterverfahren, dem dieses Polymerisat unterworfen werden muß, unverändert bleiben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Ausgangscharge des zu sinternden Polytetrafluoräthylen eine vorbestimmte Menge an Siliziummonoxid in inniger Mischung zugesetzt, wodurch die Eigenschaften hinsichtlich Abriebs- und Abnutzungsfestigkeit beträchtlich verbessert werden und sich solche Sinterkörper von anderen Sinterkörpern unterscheiden, die mit Graphit, Glas oder keramischen Substanzen gefüllt sind. Hierdurch können Anforderungen erfüllt werden, die sich von denen unterscheiden, die an metallgefüllte (Kupfer, Titan, Bronze) Gegenstände gestellt werden.

Die Polytetrafluoräthylenpulver liegen in körniger Form vor, wobei die allgemeinsten Typen eine Korngröße von etwa 600 μ, die für Maschinenteile bestimmten Typen eine solche von etwa 300 μ und schließlich die für Stranggußverfahren bestimmten Typen eine Korngröße von 0,25 μ haben. Außerdem besteht die Möglichkeit, Pulver aus gemahlenen Gegenständen in verschiedenen Korngrößen zu verwenden.

Das Siliziummonoxid (40 bis 50%) liegt als ein amorphes, voluminöses Pulver vor, welches sich oberhalb 400° C zu zersetzen beginnt. Die Pulver mit Korngrößen unter 200 μ haben eine scheinbare Dichte zwischen 0,4 und 0,7 und ein scheinbares Volumen zwischen 0,71 und 0,93, wobei sie vom nackigen in den kristallinen Zustand übergehen.

Der Prozentgehalt des Siliziummonoxids in dem Polymerisat ist variabel. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden mit Mengen von Ki bis 20 Gewichtsprozent erzielt; diese Prozentgehalte verleihen dem Sinterkörper ein typisch kompaktes und homogenes

ao Aussehen.

Die Bearbeitbarkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Sinterkörper auf einer Werkbank ist ausgezeichnet und gestattet es, durch Zerspanen oder Fräsen Maschinenteile mit Dimensionstoleranzen herzustellen, die denen von Metallteilen äquivalent sind.

Die Umwandlung der Pulver gemäß der vorliegenden Erfindung, gleich ob diese durch Guß oder Extrudieren erfolgt, verläuft nach einem Dreistufenzyklus:

Vorformung, Sinterung, Abkühlung. Bei der Vorformung wird das körnige Pulver einer vorbestimmten Voiumenreduktion in geeigneten Metallformen unterworfen, wobei das Ausmaß dieser Reduktion je nach dem herzustellenden Gegenstand variiert. Für mit Siliziummonoxid gefüllte Pulver wird ein Druck zwischen 1000 und 2500 kg/cm² auf die Formen aufgegeben.

Durch das anschließende Sintern werden zwischen den benachbarten Oberflächen der Polymerisatpartikein Bindungen erzeugt. Das Sintern wird durch langsames, allmähliches Erwärmen in einem Ofen bewirkt, bis das vorgeformte Material eine Temperatur von 330 bis 360 C erreicht hat, die je nach der Dicke des zu behandelnden Teils 1 bis 3 Stunden aufrechterhalten wird.

Das Kühlen stellt die letzte Stufe des Umwandlungszyklus dar und ist von beträchtlicher Bedeutung, weil von ihrer Geschwindigkeit die Dichteänderungen des Materials sowie seine Kompaktheit einschließlich Abwesenheit von Sprüngen und Verformungen abhängen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im einzelnen durch die folgenden Stufen gekennzeichnet:

a) Vorläufiges Mischen der Pulver aus Polytetrafluoräthylen und Siliziummonoxid, welche Korngrößen zwischen 0,25 und 600 μ, bzw. zwischen 50 und 200 μ haben, mit 10 bis 20 Gewichtsprozent Siliziummonoxid;

b) Vorformen des Gemisches bei Raumtemperatur in Preßformen unter einem Druck zwischen 1000 und 2500 kg/cm*;

c) Sintern des in der Preßform komprimierten Ge- - misches bei Temperaturen zwischen 330 und

360" C für 1 bis 3 Stunden;

d) allmähliches Abkühlen des gesinterten Gemisches, immer noch in der Preßform, während

mindestens 12 Stunden, bis Raumtemperatur erreicht ist, und anschließend allmähliches Entspannen des Drucks.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung:
Beispiel

I kg Polytetrafluoräthylen in Pulverform mit einer Korngröße von 600 μ wird in einem Rotationsmixer bei Raumtemperatur mit 0,15 kg Siliziummonoxid gemischt, das eine Korngröße von 150 μ hat. Darauf werden aus dem Gemisch unter einem Druck von 1500 kg/cm- Zylinder geformt, die einen Durchmesser von 80 mm und eine Höhe von 40 mm haben. Der in der Form befindliche und unter Druck stehende Preßkürper wird dann während einer Stunde einer Sinterung bei 360 C unterworfen.

Der Preßkörper wird dann langsam während mindestens 12 Stunden abkühlen gelassen. Danach wird der Druck allmählich entspannt.

Der auf diese Weise erhaltene Sinterkörper wird dann auf einer Drehbank bearbeitet.

Das erhaltene Produkt ist durch eine Abriebs- und Abnutzungsbesiändigkeit gekennzeichnet, die beträchtlich größer ist als die von Sinterkörpern, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt sind.

Die Härte der auf die«e Wei·⁷·* hergestellten Sinterkörper liegt zwischen 4 und 4,5 kg'cm-'. Diese Härte bezieht sich auf eine Kugel von ! \ mm Durchmesser, ein Gewicht von 150 kg und eine Zeit von 30 Sekunden (Brinnel-Härte).

Die gemäß der Erfindung mit Siliziummonoxid gefüllten Sinterkörper aus Polytetrafluoräthylen finden Verwendung bei der Herstellung von Kolben für nichtgeschmierte Kompressoren. Sie zeigen eine viel größere Beständigkeit gegen Deformation und Abnutzung als Sinterkörper, die mit Glas oder keramischen Massen gefüllt sind.

Die Kolbenringe werden in der Regel mit quadratischem Querschnitt hergestellt, entweder mit geradem oder schrägem Schnitt, und sie können auf Mehrfachringkolben aufgesetzt werden, wobei jeder in eine entsprechende Aussparung im Kolben paßt, und wobei die Schnittflächen gegeneinander versetzt sind, damit höhere Drücke erreicht werden können.

Die Betriebstemperatur kann im Hinblick auf die zugesetzte Charge 250" C überschreiten, sollte bei kontinuierlichem Betrieb jedoch zwischen 160 und 200^l C liegen.

Natürlich hängt die Lebensdauer der Kolbenringe von der Durchschnittsgeschwindigkeit des Kolbens ab, die 5 m/Sek. nicht übersteigen sollte.

Eine ähnliche Verwendung findet das mit Siliziumoxid gefüllte Polytetrafluorälhylen bei der Herstellung von Kolbenringen für Vakuumpumpen und für Führungsleisten von Kolben. Bei einigen Anwendungsgebieten, bei denen der Kolben entweder wegen der Länge des Hubs oder wegen eines besonderen Führungssystems nicht zentriert ist, kann es zweckmäßig sein, zur Gewährleistung eines sicheren Arbeitens des Kolbenrings den Kolben mit einem oder mehreren Führungsringen zu versehen. Auch auf diesem Anwendungsgebiet, welches durch eine größere Breite der Ringe gekennzeichnet ist, haben sich die erfindungsgemäß hergestellten Sinterkörper wegen ihrer hohen Abriebfestigkeit als besonders geeignet erwiesen.

Auch in solchen Fällen, wo es darauf ankommt, Metallgetriebe durch geräuscharme Getriebe zu ersetzen, um lästigen Lärm und nachteilige Vibrationen zu vermeiden, ist es möglich, aus den erfindungsgemäß hergestellten Sinterkörpern Getriebe herzustellen, z. B. gemischte Getriebepaare (Kunstharz/' Metall) für hohe Betriebsgeschwindigkeiten und hohe

ίο Leistungen, wodurch ohne Zweifel die Abnutzung gegenüber herkömmlichen Metallgetriebepaaren verringert wird.

Bemerkenswert ist außerdem, daß nachbearbeitete Dichtungen für hydraulische Zylinder alimählich alle plattierten Dichtungen und aus verschiedenen Elastomeren geformten Kragendichtungen verdrängen.

Bei diesen letzteren Dichtungen findet nämlich wegen der Zunahme der Reibung, Überhitzung und Verformung eine schnelle Abnutzung statt, mit darauf

so beruhender schlechter Druckdichtigkeit. Die durch Nachbearbeitung auf einer Drehbank hergestellten Dichtungen aus den erfindungsgemäßen Sinterkörpern gewährleisten ein viel besseres Haften und ein genaueres Profil neben einer geringeren Neigung zur Verformung, welcher das Polytetrafluoräthylen sonst unterliegt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus Polytetrafluoräthylen und inerten Füllstoffen durch die folgenden Verfahrensstufen·.

a) Vermischen von Polytetrafluoräthylenpulver und Füllstoff,

b) Vorformen des Gemischs bei Raumtemperatur in Preßformen bei einem Druck zwischen 1000 und 2500 kg/cm²,

c) Sintern des gepreßten Gemisches in einer Form unter Druck bei Temperaturen zwisehen 350 und 360 C während 1 bis

3 Stunden;

d) allmähliches Abkühlen des gesinterten Gemisches in der Preßform während mindestens 12 Stunden, bis Raumtemperatur erreicht ist, und danach allmähliches Ent

spannen,

dadurch gekennzeichnet, daß man als inerten Füllstoff Siliciummonoxid mit Korngroßen zwischen 0,25 und 600 μ bzw. zwischen 50 und 200μ in einer Menge von 10 bis 20 Gewichtsteilen, bezogen a'-f 100 Gewichtsteile Polytetrafluoräthylen verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge* kennzeichnet, daß Pulver verwendet werden, dadurch Mahlen von aus solchen Sinterkörpern hergestellten Gegenständen erhalten worden sind.

3. Verwendung von Sinterkörpern, die gemäß Anspruch 1 oder 2 hergestellt sind, zur Herstel-

lung von bandförmigen Kolbenringen für Kolben von nichtgeschmierten Kompressoren, Vakuumpumpen, nachbearbeitete Dichtungen für hydraulische Zylinder oder öldynamische Steueranlagen, sowie von Getrieben für die geräuschlose Übertragung der Bewegung zwischen Getriebepaaren.