DE1729192A1

DE1729192A1 - Process for the production of sintered polytetrafluoroethylene containing boron nitride

Info

Publication number: DE1729192A1
Application number: DE19681729192
Authority: DE
Inventors: Miniato Socci; Giuseppe Zuliani
Original assignee: Montedison SpA
Current assignee: Montedison SpA
Priority date: 1967-01-24
Filing date: 1968-01-23
Publication date: 1971-06-03
Also published as: GB1145728A; NL6800860A; BE709740A; ES349644A1; FR1554950A

Description

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Adeionstraße 53 - Tel. 3Ü 10 24Adeionstrasse 53 - Tel. 3Ü 10 24

Unsere No. 14 433Our No. 14 433

Montecatini Edison S.p.A. Mailand / ItalienMontecatini Edison S.p.A. Milan / Italy

Verfahren zur Herstellung von gesintertem bornitridhaltigen PolytetrafluoräthylenProcess for the production of sintered polytetrafluoroethylene containing boron nitride

Es ist bekannt, daß Polytetrafluoräthylenharze und andere ähnliche Harze anti-adhäsiv sind, was sie für die Textiltechnologie, insbesondere, für das Merzerisieren und Drucken von Geweben, aher auch für das Kalandern und Glätten von Papier besonders interessant macht; für diese Zwecke verwendet man Maschinen mit Zylinderwalzen, die aus Holz, Asbest, Gußeisen, Jute und Preßpapier hergestellt sind. Die Art der Materialien für die Walzen ist von der Art der Arbeit, die die Maschinen leisten sollen, abhängig; im allgemeinen müssen die Walzen besonders hervorstechende anti-adhäsive Eigenschaften aufweisen, damit das G_ewebe glatt ohne Gefahr des Zerreis-Bens über die Walzen gleiten kann.It is known that polytetrafluoroethylene resins and other similar resins are anti-adhesive, which makes them particularly interesting for textile technology, in particular for the mercerization and printing of fabrics, but also for calendering and smoothing of paper; machines with cylindrical rollers made of wood, asbestos, cast iron, jute and press paper are used for this purpose. The type of materials used for the rollers depends on the type of work the machines are designed to do; may generally the rollers particularly prominent anti-adhesive properties are required to have in order for the G _e weave smoothly without risk of Zerreis-Bens over the rollers slide.

Polytetrafluoräthylenharze sind anti-adhäsiv und besitzen darüber hinaus einen niedrigen Reibungskoeffizienten; die Gefahr des Festfressens ist gering, so datf die Verwendung von Schmiermitteln überflüssig ist. Aus allen genannten Gründen ist ihre Verwendung für die vorstehend erwähnten Zwecke besonders interessant.Polytetrafluoroethylene resins are anti-adhesive and have more in addition, a low coefficient of friction; the risk of seizure is low, so the use of lubricants is superfluous is. For all of the reasons mentioned, their use is of particular interest for the purposes mentioned above.

In der Kälte neigen die Harze jedoch, besonders unter schwerer BeIaB .-"ng, zum Kutschen und besitzen außerdem nur geringe Härte.In the cold, however, the resins have a tendency, especially under severe conditions, to coach and, moreover, have only a low level of hardness.

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• Wie jetzt gefunden wurde, lassen sich, durch Einführen bestimmter Mengen Bornitrid in die Polytetrafluoräthylenansätze (in inniger Mischung mit dem Harz selbst) die vorher erwähnten anti-adhäsiven und ein Pestfressen verhindernden Eigenschaften der Harze weitgehend verbessern, so daß sich viele interessante industrielle Produkte herstellen lassen• As has now been found, by introducing certain quantities Boron nitride in the polytetrafluoroethylene approaches (in an intimate mixture with the resin itself) the aforementioned anti-adhesive and a plague-eating largely improve the preventive properties of the resins, so that many interesting industrial products can be made

Die Menge an Bornitrid, die dem Harz einvedeibt wird, kann verschieden sein; ausgezeichnete Ergebnisse werden bei gesinterten Produkten erhalten, wenn die Menge bei 10 G-ewichtsprozent, bezogen auf das Harz, liegt. Die genannte Menge verleiht dem Produkt ein typisch wachsartiges Aussehen, bei welchem die Werte für den statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten irrelevant sind. Durch den erfindungsgemäßen Zusatz von Bornitrid wird auch eine Erhöhung der Härte der gesinterten Produkte erreicht; bei Zusätzen von 10$ erreicht die Härte einen Wert von 4,1 HB(Brinell-Härte) 10/150/30" in vorgeformten Körpern bei 4000 kg/cm².The amount of boron nitride that is incorporated into the resin can vary; excellent results are obtained with sintered products when the amount is 10% by weight based on the resin. The amount mentioned gives the product a typically waxy appearance, in which the values for the static and kinetic coefficients of friction are irrelevant. The addition of boron nitride according to the invention also increases the hardness of the sintered products; with additions of $ 10, the hardness reaches a value of 4.1 HB (Brinell hardness) 10/150/30 "in preformed bodies at 4000 kg / cm ² .

Die Polytetrafluoräthylenpulver liegen in Form von Granulaten vor; bei der für allgemeine Zwecke benutzten Art liegt die Körnchengröße bei etwa 600 Mikron; bei den für ^cIs Verpressen benutzten Arten beträj die Körnchengröße etwa 300 Mikron und bei den für den Preßguß benutzten Arten liegt sie bei ungefähr 0,25 Mikron. Außerdem können auch Pulver mit unterschiedlicher Körnchengröße, die durch das Zerbrechen von Platten und fertigen Gegenständen gewonnen werden, wieder verwendet werden.The polytetrafluoroethylene powder is in the form of granules; for the general purpose type, the granule size is about 600 microns; in the case of the types used for pressing the granule size is about 300 microns and for the types used for die casting it is about 0.25 microns. Besides, can also Powders with different grain sizes obtained by breaking plates and finished objects are recovered be used.

Die Verarbeitung der Pulver, gleichgültig ob es sich um das Extrudieren auf einem geheizten Schneckenextruder,um Spritzguß oder Verpressen handelt, erfolgt in jedem Fall in drei Stufen: Verformen, Sintern und Kühlen.The processing of the powder, regardless of whether it is extrusion on a heated screw extruder for injection molding or compression molding takes place in each case in three stages: forming, sintering and cooling.

Im Einzelnen ist das erfindungsgemäße Verfahren durch folgende Stufen gekannzeichnet:In detail, the process of the invention is through the following stages marked:

a) Vermischen der Polytetrafluorethylen- und Bornitridpulver mit Körnchengrößen zwischen 300 und 600 bzw. 50 und 100 Mikron bei einem Gehalt von 10 Gewichtsprozent Bornitrid;a) Mixing the polytetrafluoroethylene and boron nitride powders with granule sizes between 300 and 600 or 50 and 100 microns with a content of 10 weight percent boron nitride;

b) Verformen der Mischung in Gesenken oder Formen bei veränderlichen Drucken zwischen 150 und 450 kg/cm2 j,_m Falle von neuen nicht be-b) shaping the mixture into dies or molds under varying printing between 150 and 450 kg / cm2 j, _m the case of new non-loading

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nutzten Pulvern oder zwischen 4000 und 6000 kg/cm im Falle von wieder verwendeten Pulvern;used powders or between 4000 and 6000 kg / cm in the case of again powders used;

c) Sintern durch allmähliches Erhitzen des geformten Materiales in einem Ofen auf Temperaturen zwischen 300 "bis 45O⁰G, und zwar für eine Dauer von 1 "bis 3 Stunden;c) sintering by gradually heating the shaped material in a furnace to temperatures between 300 "to 45O ⁰ G, namely for a period of 1" to 3 hours;

d) allmähliches Abkühlen der Mischung, und zwar noch in der Form, bis auf Raumtemperatur.d) gradual cooling of the mixture, while still in the mold, except for Room temperature.

Durch das Verformen wird das körnige Pulver einer vorher festgelegten Verminderung des Volumens unterworfen, die von den Eigenschaften abhängt, die der fertige Gegenstand besitzen soll, und die im allgemeinen bei einem Verhältnis von etwa 4 s 1 liegt; diese Verminderung des Volumens durch Komprimieren wird in geeigneten Formen bei Drucken zwischen 150 und 450By deforming the granular powder becomes a predetermined one Subject to reduction in volume, which depends on the properties which the finished article is intended to possess and which is generally at a ratio of about 4 s 1; this reduction in volume by Compression will be in appropriate forms at pressures between 150 and 450

ρ ρρ ρ

kg/cm für unbenutzte Pulver und zwischen 4000 und 6000 kg/cm für wieder benutzte Pulver oder für mit Bornitrid versetzte Materialien erreicht.kg / cm for unused powder and between 4000 and 6000 kg / cm for again used powders or for materials mixed with boron nitride.

Durch die anschließende Sinterung kommt es zu einer Bildung von Bindungen zwischen benachbarten Oberflächen der Teilchen, die das Harz bilden; dieser Vorgang wird durch langsames Aufhi(ezen des vorgeformten Materiales in einem Ofen erreicht; man heizt bis auf eine Temperaü^tr zwischen 300 und 45O⁰O auf, und zwar für eine Dauer von 1 bis 3 Stunden, wobei die Behandlungsdauer der Dicke des zu behandelnden Stückes proportional ist.Subsequent sintering results in the formation of bonds between adjacent surfaces of the particles that make up the resin; this operation is slow Aufhi (Ezen of the preformed material into a furnace reached, the mixture is heated to a Temperaü ^ tr between 300 and 45O ⁰ O, and namely for a period of 1 to 3 hours, whereby the treatment time of the thickness of the treated piece is proportional.

Das Abkühlen, welches ebenfalls in der Form erfolgt, stellt die letzte Stufe des Behandlungsayklus dar, die von erheblicher Bedeutung ist, weil von der Abkühlgeschwindigkeit die Veränderung der Dichte des Materiales, die Kompaktheit desselben sowie schließlich der prozentuale Anteil des Ausschusses infolge von Rissen oder Deformationen des Materiales abhängen.The cooling, which also takes place in the mold, is the last Stage of the treatment cycle, which is of considerable importance because the change in the density of the material, the compactness of the same and finally the percentage of rejects depends on the cooling rate as a result of cracks or deformations in the material.

Die gesinterten Produkte, die auf diese \veise durch Druck, Temperatur und Abkühlen erhalten werden können, zeichnen sich durch ziemlich genau definierte Eigenschaften aus, die innerhalb enger Grenzen verändert werden können.The sintered products produced in this way by pressure, temperature and Cooling can be obtained, are characterized by fairly precisely defined properties that can be changed within narrow limits can.

Die gesinterten, mit Bornitrid beladenen Harze, die gemäß der Erfindung erhalten werden, finden vielseitige Verwendung bei der Herstellung von Führungsbuchsen oder Laufbuchsen, die als Lager für rotierende Wellen diener, können und sich an Stellen befinden, die für eine direkte Schmierung nichtThe sintered resins loaded with boron nitride obtained according to the invention are used in many ways in the manufacture of guide bushes or bushings that serve as bearings for rotating shafts, can and are located in places that are not for direct lubrication

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zugänglich sind oder die für sich bewegende Teile bestimmt sind, die durch Seewasser gekühlt werden, d.h. für Teile, die in korrodierend wirkenden Flüssigkeiten laufen; die gesinterten Materialien dienen auch zur Herstellung von Führungs- oder Bekleidungszylindern (Manschetten) für Walzen, die - wie weiter vorn ausgeführt - insbesondere für die Verarbeitung von Papier und Textilien benötigt werden. Wie eingangs ausgeführt, müssen die Walzen an derartigen Bearbeitungsmaschinen mit Materialien bedeckt sein, die ein reibungsfreies Gleiten des Papieres und der Textilien auf den Walzen ermöglichen.are accessible or intended for moving parts that are cooled by seawater, i.e. for parts that are corrosive acting fluids run; the sintered materials are also used to manufacture guide or clothing cylinders (Cuffs) for rollers, which - as explained above - are required in particular for processing paper and textiles will. As stated at the outset, the rollers on such processing machines must be covered with materials that have a friction-free Allow the paper and textiles to slide on the rollers.

Die Bekleidungen müssen außerdem in erheblichem Maße verschleißfest sowie widerstandsfähig gegen lösungsmittel, Farben, Öle, Seifen und Farbstoffe sein.The clothing must also be wear-resistant to a considerable extent as well as being resistant to solvents, paints, oils, soaps and dyes.

Walzen, die mit den erfindungsgemäßen Harzen bekleidet sind, sind glatt, weisen einen wacheartigen Griff auf und zeichnen sich durch niedrige Reibungskoeffizienten aus, so daß auch die leichtesten Gewebe nicht an der Bekleidung haften.Rollers coated with the resins according to the invention are smooth, have a guard-like handle and are distinguished by low coefficient of friction so that even the lightest fabrics do not adhere to clothing.

Infolge dieser außergewöhnlichen anti-adhäsiven Eigenschaften erfüllen die Bekleidungen vollständig die Anforderungen, die bei der Konstruktion sowohl von Voll- als auch von Riffelwalzen für Färbemaschinen, Kalandern für den Gewebedruck, lithographischen oder typographischen Vorrichtungen und ganz allgemein dort erfüllt sein müssen, wo spiegelglatte Oberflächen benötigt werden.As a result of these extraordinary anti-adhesive properties the garments fully meet the requirements in the construction of both solid and corrugated rollers for dyeing machines, Calenders for fabric printing, lithographic or typographic devices and in general there are met must where mirror-smooth surfaces are required.

Die gesinterten Materialien sind weiterhin für die Herstellung von Maschinenteilen geeignet, die einer kontinuierlichen gleitenden Bewegung unter Belastung ausgesetzt sind, wie Führungsstäbe, Führungswalzen, geräuschlose Getriebe usw.The sintered materials are still used for the manufacture of Machine parts suitable that are exposed to a continuous sliding movement under load, such as guide rods, guide rollers, noiseless gears, etc.

Getrieberäder aus gesinterten Materialien gemäß der Erfindung ergeben bei direktem Eingriff in Getrieberäder aus korrosionsbeständigen Metallen (Titan-Monel) geräuschlose Getriebepaare höchster Leichtigkeit , die eine ausgezeichnete elektrische Isolierung garantieren und zur Dämpfung von Geräuschen, Stoßen und Erschütterungen beitragen.Gears made of sintered materials according to the invention result with direct intervention in gear wheels made of corrosion-resistant metals (titanium monel) noiseless gear pairs highest Lightness that guarantee excellent electrical insulation and contribute to the attenuation of noise, bumps and vibrations.

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Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. The following examples serve to further illustrate the invention.

example 1

1 kg Polytetrafluoräthylenpulver mit einer Körnchengröße von 300 Mikron wird in einem Rotationsmischer bei Raumtemperatur mit 0,1 kg Bornitrid in Pulverform, welches eine Körnchengröße von 50 Mikron aufweist, vermischt. Anschließend wird das so erhaltene Gemisch bei einem Druck von 5000 kg/cm zu Zylindern verpreßt, die einen Durchmesser von 36 mm und eine Höhe von 3ö mm haben. Der Preßling wird noch in der 3?orm eine Stunde bei 36O⁰C gesintert. Anschließend wird der gesinterte Gegenstand langsam in der Form im Verlauf von nicht weniger als 12 Stunden abgekühlt. Danach läßt man den Druck allmählich auf Atmosphärendu^rck abnehmen. Der auf diese Weise erhaltene gesinterte Körper weist einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten auf und zeigt nur geringen Abrieb.1 kg of polytetrafluoroethylene powder with a grain size of 300 microns is mixed in a rotary mixer at room temperature with 0.1 kg of boron nitride in powder form, which has a grain size of 50 microns. The mixture thus obtained is then pressed at a pressure of 5000 kg / cm to form cylinders which have a diameter of 36 mm and a height of 30 mm. The compact is sintered orm in the 3? Hour at 36O ⁰ C. Then the sintered article is slowly cooled in the mold for not less than 12 hours. The pressure is then allowed to decrease gradually to atmospheric pressure. The sintered body obtained in this way has a very low coefficient of friction and shows little wear.

Example 2

1 kg Polytetrafluoräthylenpulver mit einer Körnchengröße von 360 Mikron und 0,1 kg Bornitrid mit einer Körnohengröße von 60 Mikron werden bei Raumtemperatur in einem Rotationsmischer zusammen vermählen. Anschließend wird das Gemisch bei einem Druck von 5000 kg pro cm zu Zylindern mit einem Durchmesser von 36 mm und einer Höhe von 38 mm verpreßt. Die Preßlinge werden eine Stunde bei 36O⁰G gesintert und dann im Verlauf von etwa 12 Stunden allmählich abgekühlt. Die so erhaltenen Stücke werden bearbeitet, so daß man Buchsen für Wellen aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 19,5 mm erhält. Die Buchsen werden bei laufgeschwindigkeiten von 550 UpM geprüft; nach ingesamt 13.200.000 Umdrehungen, was einer Laufzeit von 400 Stunden entspricht, zeigte sich eine Ovalverformung von 0,05 und ein Gewichtsverlust von 0,035$.1 kg of polytetrafluoroethylene powder with a grain size of 360 microns and 0.1 kg of boron nitride with a grain size of 60 microns are ground together in a rotary mixer at room temperature. The mixture is then pressed at a pressure of 5000 kg per cm to form cylinders with a diameter of 36 mm and a height of 38 mm. The compacts are sintered for one hour at 36O ⁰ G and then gradually cooled over a period of about 12 hours. The pieces thus obtained are machined so that bushings for stainless steel shafts having a diameter of 19.5 mm are obtained. The bushings are tested at speeds of 550 rpm; after a total of 13,200,000 revolutions, which corresponds to a running time of 400 hours, there was an oval deformation of 0.05 and a weight loss of $ 0.035.

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Claims

1) Method of making sintered bodies from polytetrafluoroethylene resin, which is mixed with boron nitride, characterized in that it is carried out in several successive stages

a) First, polytetrafluoroethylene powder and boron nitride powder with grain sizes between 300 and 600 microns and 50 and 100, respectively Microns mixed using the boron nitride in an amount of 10 percent by weight;

b) the mixture thus obtained in compression molds at pressures between W 150 and 450 kg / cm in the case of powders used for the first time and between 4000 and 6000 kg / cm in the case of again

the powders used are compressed;
o) the preformed (pre-pressed) bodies by gradually heating them in an oven to temperatures between 300 and

400 ⁰ C sinters in one to three hours; d) the sintered body is gradually cooled in the mold under pressure to room temperature.

2) Method according to claim 1, characterized in that Pulνer, the

made from plates or objects that have already been sintered can be reused.

3) Sintered bodies made by the method according to claims

1 and 2 have been produced and for the production of roller coverings for processing machines, which require mirror-smooth, anti-adhesive surfaces, as well as for production of machine parts that are in a point of a device inaccessible to lubrication or in sea water or other solutions that corrode common metals. should work, are suitable.

For Montecatlni Edison S.p.A. Milan / Italy

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