DE1956461C

DE1956461C - Plastisches Antifriktionsmatenal

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Publication number: DE1956461C
Authority: DE
Original assignee: Ordena Lenina Institut elementoorga nitscheskich sojedinemj Akademn nauk SSSR, Moskau

Description

Die Erfindung betrifft ein plastisches Antifriktionsmaterial, das von:ugsweise zur Herstellung von unter trockener Reibung betriebenen Maschinenteilen, wie ι. B. von Wälzlagerkäfigen, Gleitlagerhülsen und verschiedenen Teilen der Zahnradübersetzung^n, bestimmt ist.

Bekannt sind Antifriktionsmaterialien, die aus einem festen Schmiermittel, wie Graphit oder Molybdändisulfid, unter Zusatz eines Polyimids bestehen (s. Sei. Techn. Aerospace Rept., 2(3), 317, 1964; Clicivi. Abstr., 60, 16053 d).

Bei den bekannten Antifriktionsmaterialien führt eine Erhöhung der Betriebstemperaturen auf 70 bis 120 C zum starken Anwachsen des Reibungskoeffizienten, wodurch die Verwendung dieser Materialien trotz ihrer guten mechanischen Eigenschaften erschwert wird.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Beseitigung des genannten Nachteils durch Entwicklung eines solchen Antifrik- :o tionsmaterials auf der Grundlage fester Schmiermittel und'eines aromatischen linearen Polyimids. da^ üim.·,. gleichbleibenden Reibungskoeffizienten in einem breiten Temperaturbereich aufweist (vgl. die russ. Zeitschriften »Berichte d. Akad. d. Wiss.«, 158/1964, S. 5, und »Hochmolek. Verbindungen«, 9/1965, S. 1592).

Das erfindungsgemäße plastische Antifriktionsmaterial ist gekennzeichnet durch den zusä'zlichen Gehalt an

(A) eiiiem Polyimid der allgemeinen Formel

CO

-N

CO

. / \
Ar N-

/ \ / CO CO

Ar'—

Das erfindungsgemäße Antifriktionsmaterial wird wie folgt hergestellt: Das aromatische lineare Polyimid gewinnt man durch Polykondensation on Diaminodiphenyloxid oder Metaphenylendian.in mit Diphenyloxidtetrakarbonsäuredianhydrid. Polycyclisierung der erhaltenen Polyamidsäure und sorgfältiges Verreiben des in Form einer gesinterten Masse anfallenden Pclyimids, bis ein homogenes Pulver erhalten wird (vgl. »New Linear polymers«. New York 1967; N. A. Ad row·., L. A. Lajus. A. P. Rudakow, »Polyamide«. Leningrad. 1968».

Das erhaltene Pulver mischt man in einer Schwingmühle mit dem pulverformigen Polyarylat bzw. aromatischen Polyamid sowie dem pulverförmigen festen Schmiermittel, vorzugsweise mit Molyudändisulfid oder Graphit. Hierbei soll das Polyarylat bzw. Polyamid einen Erweichungs- oder Schmelzpunkt, welcher der Verarbeitungstemperatur des Polyimids nahesteht, besitzen.

Die zur Anwendung kommenden Polyarylate erhält eine bei hoher Temperatur verlaufende i i hi

IB) entweder einem durch Polykondensation aromatischer Dicarbonsäuren mit aromatischen Bisphenolen erhaltenen hitzefesten linearen PoIyarylat der allgemeinen Formel

[-CO —Ar—CO- O—Ar' —O—T,

35

40

45

(B) oder einem durch Polykondensation aromatischer Dicarbonsäuren mit aromatischen Diaminen erhaltenen hitzefesten linearen Polyamid der allgemeinen Formel

[— CO — Ar — CO — NH — Ar' NH —\

wobei in den Formeln Ar und Ar' zweiwertige aromatische Gruppen bedeuten.

Die Mitverwendung der genannten Polyarylate oder aromatischen Polyamide wirkt infolge ihrer erniedrigten Autohäsionseigenschaften stabilisierend auf den Reibungskoeffizienten des Materials in einem breiten Temperaturbereich.

Das neue Antifriktionsmaterial ist vorzugsweise wie folgt zusammengesetzt:

2 bis 95 Gewichtsprozent festes Schmiermittel, 78 bis 4 Gewichtsprozent Polyimid, 20 bis I Gewichtsprozent Polyarylat oder

Polyamid.

Gleichgewichts-Polykondensation in einem hochsiedenden Lösungsmittel. Ausfällen' mit überschüssigem Fällungsmittel, Abfiltrieren des Niederschlages und Trocknen bis zum konstanten Gewicht (vgl. W. W. K ο r m a k und S. W. W i η ο g r a d ο w a. »Polyester«, Pergamon Press. London 1965. Kap. IX. sowie »Polyarylate« der gleichen Verfasser. Moskau 1964).

Die benutzten Polyamide gewinnt man durch eine bei niedriger Temperatur verlaufende Polykondensation in einem Tetrahydrofuran-Wasser-Soda-Gemisch sowie Filtrieren und Trocknen des erhaltenen Polykondensats.

Zur Herstellung von Antifriktionsmaterial mit erhöhter Wärme- und elektrischer Leitfähigkeit führt man in das Gemisch außer den genannten Stoffen — während des Mischens der Bestandteile in der Schwingmühle — metallische Pulver, vorzugsweise pulveriges Kupfer oder Silber ein. und zwar in einer Menge von 20 bis 40%.

Die erhaltenen feindispersen homogenen Pulver unterzieht man dem Hochtemperaturhcißpressen und erhält ein Antifriktionsmaterial. das eine hohe mechanische Festigkeit, gute Bearbeitbarkeit, eine stabile Reibungszahl in einem bieiten Temperaturbereich und hohe Verschleißfestigkeit aufweist.

Beispiel 1

Man führt die Polykondensation von 3.3'.4.4'-Diphenyloxydtetrakarbonsäurcdianhvdrid mit Diaminophenyloxyd bei einem Molverhältnis der Ausgangsverbindungen von 1:1 im Dimethylformamid bei einer Temperatur von 10 bis 25° C unter Rühren während 4 Stunden durch. Die erhaltene Polyamidsäure fällt man mit 5fachem Überschuß des Gemisches von Benzol mit Aceton aus und trocknet in einem Vakuumschrank 2 Stunden bei einer Temperatur von 80° C. Die trockene Polyamidsäure unterzieht mnn der Polycyclisierung unter Vakuum (1 Torr), indem man bei einer Temperatur von 100° C während 2 Stunden, dann bei einer Temperatur von 200°.C während 3 Stunden und bei einer Temperatur von 300° C während 1.5 Stunden erhitzt.

Das durch die Polycyclisierung erhaltene Polyimid besitzt folgende Struktureinheiten der Formel

n-

c-J ο

N^i

— ()■

Dun Polyimid verreibt man bis zum Erhalten eines homogenen Pulvers.

.17.5 g pulverförmiges Polyimid. 450 g pulverförmiges Molybdündisulfid mit einer Korngröße von I bis 2 ;j.m und !2.5 g pulverförmiges Polyary'.at mit Struktureinheilen der Formel

OO Ί

—c —* '■— c—o— f "y—c—f J—o—

■·' ■ _N /

■ y—· ,■

mischt man in einer Schwingmühle während 2 Minuten bis zum Erhi'lcn einer homogenen Masse.

Das Polyarylat der obengenannten Struktur erhält man durch die bei hoher Temperatur verlaufende Polykondensation des Terephihals? iredichlorids und des Phenolphthaleins. Der Prozeß wird bei einem Molverhältnis der Ausgangskomponenten von 1 : 1 im Sovol (Chlordiphenyl) bei einer Temperatur von 220 C unter Rühren im Argonstrom während 12 Stunden vorgenommen.

Das synthetisierte Polyarylat löst man in Chloroform bis zum Erhalten einer 5ⁿ/oigen Lösung und fällt dann dieses mit dem 5fachen Überschuß an Methanol aus. filtriert ab und trocknet bei einer λο Temperatur von 120'C während 6 Stunden. Die nach dem Mischen der Komponenten in der Schwingmühle jrhaitene Preßmasse wird bei einer Temperatur von 390 bis 410C und einem spezifischen Druck von 1000 bis 1200kp/cnr gepreßt.

Das Antifriktionsmatenal besitzt folgende physika'isch-mechanische Eigenschaften:

Brinellhärte. kp/mnr 20

Kerbschlagzähigkeit. *- ^r' 3

Intcnsivität des linearen

Verschleißes 1 ■ 10 ""

Reibungszahl 0.12

Grenzbetriebstemperatur. C 240

Beispiel 2
Das Polyimid mit Struktureinheiten der Formel

O-■ VC-..

auf der Basis von 3.3'.4,4'-Diphenyloxidtet[rakarbonsäuredianhydrid und von Mctaphenylcndiamin und das Polyarylat mit Struktureinheiten der Formel

—C

C-O

auf der Basis des Terephthalsäuredichlorids und des Dioxydiphenylfluoren erhält man auf ähnliche Weise v»is in dem Beispiel 1 beschrieben.

37,5 g pulverförmiges Polyimid, 12,5 g pulverförmiges Polyarylat und 450 g pulverförmiges Molybdändisulfid mit einer Kerngröße von 1 bis 2 μηι

piiseht man in einer Schwingmiihle wiihrend 2 Minuten bis zum Erhallen einer homogenen Masse.
Die erhaltene Prellmasse wird bei einer Tem-

rieratur von -WO bis 500 C und einem spezifischen )ruck von 1000 bis i200kp.cnr gepreßt.

Das Antifriküonsmaterial weist folgende physiluilisch-niLehaniselie Eigenschaften auf:

Brinellhärte, kp/mnr

Kerbsehlagzähigkeit

kpcm

1 S56461 !

Intensivilät des linearen

Verschleißes 1,3 · 10 "

Reibungszahl 0.12

Grenzhetriebstemperatur. C 2i ■)

Beispiel 3

50 g pulverförmiges Polyimid, das nach dem Beispiel \ erhalten wurde, mischt man in einer Selnvingmühle mit 420 g pulverförmiger!! Graphit und 20 g Polymetaphenylenisophthalamid. mit Struktureinheiten der Formel

— C-NH- -NH-

Das genannte Polyamid erhält man durch die bei tiefer Temperatur verlaufende Polykondensation des Metapher.ylendiamin und des Isophthalsäuredichlorids.

Der Prozeß wird bei einem Molverhältnis der Ausgangsverbindungen von 1: 1 im Tetrahydrofuran-Wasser-Soda-Gemisch durchgeführt. Das erhaltene Polymere wird abfiltriert und in einem Vakuumschrank bei einer Temperatur von 100 C während 6 Stunden getrocknet.

Die nach dem Mischen in einer Schwingmühle erhaltene Preßmasse wird bei einer Temperatur von 390 bis 410C und einem spezifischen Druck von 1000 bis 1200 kpcm² gepreßt.

Das Antifriktionsmaterial resitzt folgende physikalisch-mechanische Eigenschaften:

Intensivität des linearen

Verschleißes 0.9 · 10~^y

Reibungszahl 0.1

Grenzbetriebstemperatur. C" 250

Beispiel 4

37,5 g pulverförmiges Polyimid. erhalten nach dem Beispiel 2. mischt man in einer Schwingmühle während 2 Minuten mit 450 g pulverförmigem Graphit und 12.5 g Polyamid mit Struktureinheiten der Formel

O
-C-HN

-C-

NH-

Das Antifriktionsmaterial besitzt folgende physi-

das auf der Basis dr:s Anilinphthaleins und der Isophthalsäure nach dem in dem Beispiel 3 bcschric- 45. kalisch-mechanische Eigenschaften: bcnen Vet fahren eihalten wurde.

Das erhaltene Preßpulvur wird bei einer Tempcra'ur von 490 bis 500 C und einem spezifischen Druck von 1000 bis 1200 kpcm² gepreßt.

D;is Antifriktionsmaterial besitzt folgende physikalisch-mechanische Eigenschaften:

Brinellhärte. kp/mm² 24

Kcrbschlagzähigkeit. _cmr 2.5

Reibungszahl 0.1

Grenzbctricbstcmpcratur. C 250

Intensivität des linearen

Verschleißes 0.9 ■ IO

Reibungszahl 0.1

Grenzbetriebstemperalur. C 270

Beispiel 5

37.5 g pulverförmiges Polyimid. 12,5 g Polyarylat, erhalten nach de.n Beispiel 1, 325 g pulverförmiges Molybdändisulfid mit einer Korngröße von I bis 2 u.m und 125 g pulverförmiges Kupfer mischt man in einer Sciiwingmühle während 2 Minuten. Das erhaltene Preßpulver wird bei einer Temperatur von 390 bis 410⁰C und einem spezifischen Druck von 1000 bis 1200kp/cm² gepreßt.

. Beispiele

37.5 g pulverförmiges Polyimid. erhalten nach dem Beispiel I. 12.5g Polyamid (erhalten nach dem Beispiel 3), 325 g pulverförmiges Molybdändisulfid mit einer Korngröße von 1 bis 2 μΐη u?id 125 g pulverförmiges Silber mischt man it< einer Schwingmühle während 2 Minuten. Das erhaltene Preßpulver wird bei einer Temperatur von 390 bis 410°C und einem spezifischen Druck von 1000 bis 1200 kp/cm² gepreßt. Das Antifriktionsmaterial besitzt folgende physikalisch-mechanische Eigenschaften:

Brinellhärte, kp/mm² 22

Intensivität des linearen

Verschleißes 0,7

Grenzbetriebstemperatur, °C 250

Claims

Patentansprüche:
Plastisches Antifriktionsmaterial, bestehend

(A) FeststofTschmiermitteln und gegebenenfalls 20 bis 40 Gewichtsprozent Metallpulver,

(B) einem Polyimid der allgemeinen Formel

CO

CO

—Ν

Ar N—Ar'—

\ / \ /
CO CO

und

(C) entweder (a) einem durch Polykondensation aromatischer Dicarbonsäuren mit aromatischen Bisphenolen erhaltenen hitzefesten linearen Polyarylat der allgemeinen Formel

[— CO — Ar — CO · O — AR' — O —\

oder (b) einem durch Polykondensation aromatischer Dicarbonsäuren mit aromatischen Diaminen erhaltenen hitzefesten linearen PoIyder allgemeinen Formel

[— CO- Ar—CO — NH- Ar'—NH- \

worin Ar und Ar' zweiwertige aromatische Gruppen bedeuten.

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2. Antifriktionsmittel nach Anspruch 1, enthaltend Molybdiindisulfid oder Graphit als festes Schmiermittel.
3. Antifriktionsmittel nach den Ansprüchen 1 und 2, enthaltend als Polyimid ein aus Diphenyloxid - 3,3',4,4' - tetracarbonsäureanhydrid und 4,4'-Diaitninodiphenyloxid oder Metaphenylendiamin erhaltenes Polykondcnsationsprodukl der allgemeinen Formel

CO

CO

— Ν

CO

/ CO

N-Ar

worin Ar der Diphenyloxid- bzw. Metaphenylenrest ist
4. Antifriktionsmittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, tnthaltend als Polyarylat ein aus Terephthalsäuredichlorid und Phenolphthalein oder 4.4'-Dioxydiphenylfluoren erhaltenes Polykondensationsprodukt der allgemeinen Formel

-CO

CO· O—

-CO-/N-CO · NH-Ar—NH-

45 o—

worin Ar der Phthalsäureanhydrid- bzw. Fluorenrest ist.
5. Antifriktionsmittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, enthaltend als Polyamid ein aus Isophthalsäuredichlorid und Metaphenylendiamin oder aus Isophthalsäure und Anilinphthalein erhaltenes Pollykondensationsprodukt der allgemeinen Formel

worin Ar der Metaphenylen- bzw. Phthaleinrcst ist.
6. Antifriktionsmittel nach den Ansprüchen 1 bis 5. bestehend aus

2 bis 95 Gewichtsprozent Feststoffschmiermittel,

78· bis 4 Gewichtsprozent Polyimid und
20 bis 1 Gewichtsprozent Polyarylat oder
Polyamid.
7. Antifriktionsmittel nach den Ansprücb-n 1 bis 6, enthaltend als Metallpulver Kupfer- oder Silberpulver.