DE1694663A1

DE1694663A1 - Verfahren zur Herstellung von Sinterkoerpern aus mit Titan gefuellten Polytetrafluoraethylenharzen

Info

Publication number: DE1694663A1
Application number: DE19681694663
Authority: DE
Inventors: Mimiato Socci; Guiseppe Zuliani
Original assignee: Montedison SpA
Current assignee: Montedison SpA
Priority date: 1967-02-07
Filing date: 1968-02-06
Publication date: 1971-09-23
Also published as: US3558550A; NL6801472A; FR1560569A; BE710411A; GB1142990A

Description

Df. Walter Beil

τ?"*-"-',. .J V^'ii- . -5. Feb. 19HJ

Adeionstraße 58 - TeL 3010 24

Unsere Nr. Ik 435

Montecatini Edison S.p.A. Mailand/Italien

Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus mit Titan gefüllten Polytetrafluorätliylenliarzen.

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus mit Titan gefüllten jpolytetrafluoräthylenharzen.

Es ist bekannt, daß bei der Verarbeitung- van PoIytetrafluoräthylen und ähnlichen Harzen die Form- und Gießtechnik sich von der anderer thermoplastischer Harze erheblich unterscheidet.

Bei der Polymerisation von Tetrafluoräthylen erhält man weiß3, körnige Pulver, die bei etwa 300° C erweichen und bei etwa 400° C sich unter Bildung flüchtiger Stoffe zu zersetzen beginnen. Wegen dieses Verhaltens müssen solche Materialien im Falle der Verwendung bei der Herstellung von mechanischen Elementen gesintert werden, d.h. diese Elemente müssen unter der gleichzeitigen Einwirkung von Hitse und Druck hergestellt werden. Polytetrafluoräthylen ist durch eine extreme chemische Reaktionsträgheit gekennzeichnet, da es nur durch Alkalimetalle angegriffen wird, während Säuren, Alkalien und lösungsmittel keine Veränderungen seiner Eigenschaften bewirken. ' Polytetrafluoräthylen weist eine gute Druckbeständigkeit auf und behält seine guten Eigenschaften innerhalb eines weiten TemperaturbereichsTrotzdem erleidet dieses Harz bei ständiger Belastung (stress) eine beträchtliche Verformung, welche jedoch bei nachlassender Belastung zu verschwinden pflegt.

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Diese Verformung wird jedoch umso augenfälliger, als die Betriebstemperatur des aus diesem Harz hergestellten Artikels ansteigt, und umso schwächer wird sein "elastisches Gedächtnis", d.h., seine Fähigkeit, zu den ursprünglichen Dimensionen zurückzukehren.

Es wurde nun gefunden, dass es durch Verwendung von Mikropulvern aus metallischem Titan als Füllmaterial für die Polytetrafluoräthylenharze möglich ist, die auf der Verformung beruhenden Nachteile zu überwinden, die mechanischen Eigenschaften. der Polytetrafluoräthylen-Sinterkörper beträchtlich zu verbessern und ihre Beständigkeit gegen Abnutzung zu erhöhen, wodurch die lineare Geschwindigkeit der rotierenden Maschinenteile erhöht werden kann. ;

Während die Polytetrafluoräthylenharze an sich schon dem Angriff vieler chemischer Substanzen widerstehen, erweist sich die Titanfüllung, die die herkömmlichen kupfer- und Silberfüllungen ersetzt, als höchst wirksam für die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, weshalb die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Sinterkörper Anwendung bei der Herstellung von Lagern für schwerste Belastungen, die z.B. dem Angriff von Seewasser ausgesetzt sind, finden.

Der Prozentgehalt der Titanfüllung in dem Harz liegt zwischen -und 50fo und hängt davon ab, wofür die Sinterkörper verwandet werden sollen, insbesondere von den mechanischen Belastungen, den sie unterworfen werden und von den Umgebungsbedingungen, unter denen sie arbeiten müssen»

Die Titanpulverfüllung erhöht nicht nur die Dichte, welche im Falle von Sinterkörpern aus 50 Gew.^ Harz und 50 Gew,$ Titan von 2 auf 2,8 ansteigt, sondern erhöht auch die Härte, welche einen Wert zwischen 4,6 und 4,8 HB 10/150/30'·'(Brinell-Härte) erreicht, verglichen mit einer Härte von 2,06 kg/mm für das reine Harz. Im allgemeinen zeigt Titan eine Korrosionsbeständigkeit, die der traditioneller Materialien(Bronze, Kupfer usw.) überlegen ist, und weist trotz seines niedrigen spezifischen Gewichtes eine mechanische Beständigkeit auf, die selbst,bei hohen Temperaturen der herkömmlicher Metalle nicht unterlegen ist,

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Deshalb sind die erfindungsgemäss mit Titan gefüllten Harze besonders interessant für alle solchen Teile, die in saurer Umgebung, in Seewasser, in öligen Gemischen usw. arbeiten sollen, beträchtlichen Belastungen ausgesetzt sind,starken Verschleiss, Korrosion und Verformung erleiden.

Die Umwandlung der Pulver gemass der Erfindung, gleichgültig, ob sie durch Extrusion in einem geheizten Schneckenextruder oder durch Guss erfolgt, wird in einem 3-Stufenzyklus durchgeführt, nämlich Vorformen, Sintern und Kühlen.

Im einzelnen ist das Verfahren durch die folgenden Verfahrensstufen in der angegebenen Reihenfolge gekennzeichnet: a.) Vorhergehendes Mischen des Polytetrafluorathylenharzes in Pulverform mit dem Titanpulver, wobei die Korngrössen der Pulver zwischen 0,25 /u 600 /u, bezw, zwischen 40 und 200 /u liegen, bei wechselnden Mengen an Titanpulver zwischen 10 und 50 Gew.^, b») Vorformen des Gemisches in Pressformen bei Drücken zwischen 4000 und 6000 kg/cm und bei Raumtemperatur, um eine Volumenverminderung des Gemisches zu erzielen, die von dem herzustellenden Gegenstand abhängt und im allgemeinen bei einem Verhältnis von 4:1 liegt,'

c.) Sintern des vorgeformten Gemisches durch allmähliches Aufheizen in einem Ofen, bis eine Temperatur zwischen 300 und 4(5D⁰C erreicht ist, und Einhaltung dieser Temperatur für 1 bis 3 Stunden, d.) allmähliches Abkühlen des Sinterkörpers auf Raumtemperatur. Durch die Vorforastufe wird das körnige Pulver einer bestimmten Volumenreduktion unterworfen, welche von den Merkmalen des herzustellen Artikels abhängt.

Durch die anschliessende Sinterstufe werden die Bindungen zwischen den benachbarten Oberflächen der Harzpartikeln erzeugt. Das Kühlen, welches in der unter Druck stehenden Form stattfindet, stellt die abschliessende Stufe des Umwandlungszyklus dar und ist von erheblicher Bedeutung, weil von ihrer Geschwindi^iceit die Dichteänderungen des Materials, die Kompaktheit desselben und schliesslich der Prozentsatz an wegen Sprüngen und Verformungen ziuruckgewiesenen Artikeln abhängt.

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Die aus dem mit Titanpulver gefüllten Polytetrafluoräthylenharz hergestellten Sinterkörper finden Verwendung bei der Herstellung von Führungsbuchsen und -muffen, sie können im Schliessmechanismus für Schleusentore verwendet werden, bei welchem die Metallbolzen wegen der Feuchtigkeit und der schmutzigen Umgebung, in der sie arbeiten, zum Verklemmen neigen, und sie sind femer für Gleitkontakte geeignet, die bei der Steuerung von Grubenwinden verwendet werden, welche im allgemeinen durch mit Sole vermischtes Wasser gekühlt werden.

Getriebe aus titahgefüllten Harzen stellen Getriebepaare dar, die durch geringes Gewicht und niedrige Reibungskoeffizienten gekennzeichnet sind. .. . . =

Die Sinterkörper aus Harzen mit hohem Prozentgehalt an metallischem Titan sind in der Lage, beträchtliche Belastungen auszuhalten, wenn sie mit begrenzten Lineargeschwindigkeiten laufen. Ihre Verwendung ist immer dort geboten, wo kurze aber starke Belastungen ausgehalten werden müssen} deshalb sind sie geeignet für wassergekühlte Walzen für Metalle, anstelle von Lagern aus Hartholz oder aus anderen, zur Quellung oder Rissbildung neigenden Harzen. Das Harz, mit Titan gefüllt und gesintert,-ist ausser-

dem ein ausgezeichnetes" Futter für grossflächige Lager für. Propel-

SCHIFFEN

lerschäfte von g hoher Tonnage,die durch Seowasser gekühlt werden.

Diese Lager, auch an Deck-Ankerspills _f können bei hohen Geschwindigkeiten unter beträchtlichen, jedoch konstanten Belastungen laufen, wenn sie mit Seewasser gekühlt werden.

In den. folgenden Beispielen werden die Herstellung der- Sinterkörper und die Vergleichsversuche dieser Sinterkörper mit herkömmlichen Sinterkörpern beschrieben.
Beispiel 1

1 kg Bolytetrafluoräthylenharz^Pulver mit einer Korngrösse von 300 αχ wird in einem Rotationsmixer bei Baumtemperatur mit 1 kg fitanpulver vermischt, das eine Korngrösse von 44 /x hat. Bas Gemisch wird dann zu Zylindern, die einen Durchmesser von 32 ram und eine Höhe von 40 mm haben» unter einem Druck von 4000 kg/ cm geformt*

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Der Pressling wird dann aus der Form genommen und "bei 360 C etwa 1 Std« gesintert.

Das gesinterte Produkt wird dann allmählich auf Baumtemperatur abgekühlt. Seine Dichte beträgt 2,82 und seine Härte (Brinell 10/150/30} 4,8 kg/mm².

Dieses Produkt wurde auf einer Drehbank bearbeitet. Aus den Sinterkörpern wurden Muffen hergestellt und diese einem Verschleisstest bei 550 U/min auf einer Welle aus nichtrostendem Stahl unterworfen.

Nach dem gleichen Verfahren und aus dem gleichen Polytetrafluoräthylenharz wurden Muffen aus reinem Harz und aus mit 50$ Kupfer gefülltem Harz hergestellt.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse von Vergleichsversuchen zwischen Muffen aus titangefülltem Polytetrafluoräthylenharz und solchen herkömmlicher Art zusammengestellt:

Muffe aus reinem Polyt etrafluoräthylenharz

Muffe aus Polytetrafluoräthy-1 en, das mit 50$ Ti gemäss Erfindung gefüllt ist

Muffe aus Polytetrafluoräthylen,das mit 50$ Kupferpulver gefüllt ist

Material

extrudierta Stange

Formkörper bei eineiiuFormkörper bei ei-· Druck von 3790 kg/cm nem Druck von 3790 und einer Sintegtem- kg/cm und einer peratur von 360 C, Sintertemperatur Dauer 1 Std. von 360 C,Dauer

Std.

Ausgangsewicht 65.200

70.700

62,600

ontroile nach Std.

96

262

19

Anfangs- J) 19,75 x messungen 32,1 χ

- 43

Unrundung 20,5

P 19,75 x 32,0 χ 40

β 19₅75 x 32,1 χ 33.2

24,5

19,90

19,90 - 22,50

Endgewxcht59,400 g

70.600 g

,770 g

Gewichtsverlust

8,89

0,028

6,11

verteilte Durchschnittsbelastung

1,50

T,50

1,50

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Diese Vergleiehsversuche zeigen klar die besseren mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemässen Sinterkörper,.insbesondere in Bezug auf Vers chi ei ss und Verformung der hergestellten Gegenstände. . . · Beispiel 2

Kit Hülsen und Führungsbuchsen von 19 ₃5 x 29,5 x 36 mra aus Sinterkörpern gemäss der Erfindung, die durch Sintern von Polytetrafluoräthylenharzpulvern einer Korngrösse von 300 yu, innig gemischt mit 50$ metallischem Titanpulver und vorgeformt bei einem Druck von 5000 kg/cm , erhalten worden waren, wurden Vergleichsversuche durchgeführt. Nach 400 Std. Versuchsdauer auf einer mit gleichmässiger Geschwindigkeit von 550 U/min rotierenden und mit Seerwasser gekühlten Vorrichtung wurde ein Gewichtsverlust von 0,034$ festgestellt, ver&Lichen mit 8,92$ an Buchsen aus nicht ge füllt em Harz unte'- den gleichen Bedingungen. '

Beispiel 3 '

1 ^g pulverfbrmige Polytetrafluoräthylenspäne mit einer Korngrösse von 200 Ai wird in einem Rotationsmixer mit Titanpulver einer Korngrösse unter 50 /a gemischt.

Aus diesem Gemisch werden Zylinder mit 28_?7 mm Durchmesser, 24,6 mm Hohe und 39,5 g Gewicht unter einem Druck von 5000 kg/cm geformt , :.;■·. Die Presslinge^ aus der Form genommen, werden 1 Std. bei 36Q⁰C gesintert. ⁼ Anschliessend wird das Produkt langsam abgekühlt und dann auf einer Drehbank bearbeitet. -■""..· . Dabei werden Produkte erhalten, die eine Brinell-Härte von 4,6 kg/ram haben.

i 99 t

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Claims

Pat entansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpero aus mit Titan gefüllten Polytetrafluoräthylenharzen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensstufen:

a.) Vorhergehendes Mischen von Polytetrafluoräthylenpulver einer Korngrösse zwischen 0*25 und 600 Al mit metallischem Titan-Mikropulver einer Korngrösse zwischen 40 und 200 ax bei einem Verhältnis von 10 bis 50 Gew.# Titan, . b.) Vorformen des Gemisches unter Volumenverringerung von 4:1 durch Verpressen in geeigneten Formen bei einem Druck zwischen 4000 und 6000 kg/cm²,

c.) Sintern des verdichteten Gemisches durch langsames Erhitzen in einem Ofen, bis eine Temperatur zwischen 300 und 45O⁰C erreicht ist, für eine Dauer von 1 bis 3 Stunden, d.) allmähliches Abkühlen des Sinterkörpers aus Raumtemperatur zur Vermeidung von Verformungen und Rissen.

2.) Verwendung der Sinterkörper gemäss Anspruch 1 für die Herstellung von mechanischen Teilen mit hoher Korrosionsbeständigkeit und verbesserten mechanischen Eigenschaften, wie Führungshülsen und -büchsen, Rollschlitten und Tragwalzen, geräuschfreien Getrieben, zerlegbaren und unzerlegbaren Lagern, die durch Umlaufwasser oder Seewasser -gekühlt werden, und insbesondere für die Herstellung von Teilen, die unter beträchtlicher Belastung arbeiten müssen und dem Angriff der Meeresluft ausgesetzt sind.

Für ι Moot«c*tinl EdUon S.p.A.

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