DE19619232A1 - Verfahren zum Spritzgießen von Polytetrafluorethylen - Google Patents

Description

Polytetrafluorethylen (PTFE) ist nicht aus der Schmelze verarbeitbar, da es beim Erreichen des kristallinen Schmelzpunktes bei 327°C nicht in einen fließfähigen Zustand übergeht. Dieses Verhalten gilt für das homopolymere PTFE selbst sowie für sogenannte "modifizierte" Polymere des Tetrafluorethylens, die ein weiteres sogenanntes "modifizierendes" Monomeres (oder mehrere solche Monomere) in einer so geringen Menge - meist 2 Mol-%, vorzugsweise 0,5 Mol-% - enthalten, daß der Charakter als "nicht aus der Schmelze verarbeitbar" erhalten bleibt. Solche Comonomere sind insbesondere Perfluor(alkyl-vinyl)ether mit einem Perfluoralkylrest von 1 bis 5 C-Atomen, insbesondere Perfluor(n-propyl-vinyl)ether und niedere Perfluorolefine wie Hexafluorpropen.

Diese Polymere weisen eine scheinbare Schmelzviskosität von mindestens 1 · 10⁸ Pas bei 380°C auf, gemessen nach dem Kriechtest [Ajroldi et al., J. Appl. Polym. Sci., 14 (1970), Seite 79 ff.]. Aufgrund dieser außerordentlich hohen Schmelzviskosität können solche Polymere nicht auf konventionellen Kunststoffverarbeitungsmaschinen plastifiziert werden. PTFE-Formkörper werden deshalb nach Verarbeitungsverfahren hergestellt, die aus der Pulvermetallurgie bekannt sind, wie beispielsweise das Preß-Sinterverfahren oder die Ram- und die Pastenextrusion. Diese Verfahren erlauben jedoch nicht, komplexere Bauteile herzustellen, wie sie durch Spritzguß gewonnen werden können.

Es ist bekannt, daß hochschmelzende Thermoplaste mit relativ geringen Anteilen an PTFE als Füllstoff im Spritzguß verarbeitet werden können (EP-B-112 196). Die so erhaltenen Formkörper zeigen jedoch im wesentlichen die Eigenschaften des Thermoplasten und nicht die hervorragenden Eigenschaften des PTFE wie sehr hohe thermische und chemische Beständigkeit, Unbrennbarkeit, gute elektrische Eigenschaften und niederen Reibungskoeffizient.

Aus W. Michaeli und J. Knothe, VDI-Z SPECIAL INGENIEUR­ WERKSTOFFE, März 1995, Seiten 70 bis 73, ist es bekannt, Zubereitungen von PTFE mit 30 bis 45 Vol.-% eines Binders, im wesentlichen Polyoxymethylen oder Polymethylmethacrylat, durch Pulverspritzgießen zu verarbeiten. Bei diesem Verfahren wird das PTFE-Pulver mit dem Binder vermischt, zu Granulat aufbereitet, in der Plastifiziereinheit der Spritzgießmaschine aufgeschmolzen, in die Kavität des Werkzeuges gespritzt und dort erstarren gelassen. Aus dem so erhaltenen Grünling wird dann durch Erhitzen der Binder ausgetrieben und anschließend das so erhaltene Pulvergerüst durch Freiformsintern auf Enddichte gebracht. Dieses Verfahren ist nicht nur aufwendig, sondern hat auch seine Grenzen in der Herstellung komplexer Bauteile.

Es wurde nun gefunden, daß eine Zubereitung aus gegebenenfalls modifiziertem Suspensions-PTFE mit untergeordneten Mengen an mindestens einem Füllstoff durch Spritzguß verarbeitbar ist. Die Menge des Füllstoffs liegt vorzugsweise bei etwa 25 bis etwa 45 Gew.-%, insbesondere bei 30 bis 40 Gew.-%.

Im Gegensatz zu den beim Pulverspritzgießen eingesetzten Bindern verbleiben die erfindungsgemäß eingesetzten Füllstoffe im Endprodukt. Diese Füllstoffe weisen vorteilhaft einen Schmelzpunkt von mindestens 300°C auf. Sie müssen weiterhin bei der Verarbeitungstemperatur und auch bei Raumtemperatur in den eingesetzten Mengen mit dem PTFE mischbar sein und bleiben, es darf also beispielsweise keine wesentliche Migration eines Füllstoffs an die Oberfläche des Formkörpers erfolgen.

Bevorzugte Füllstoffe sind Polyetheretherketone (PEEK) und Polyphenylensulfid (PPS) sowie gegebenenfalls Mischungen solcher Füllstoffe.

Zubereitungen aus PTFE und PEEK sowie PPS und deren Verwendung für PTFE-übliche Einsatzsatzzwecke sind bekannt, beispielsweise aus US-A-4 056 594, US-A-4 075 158, US-A-3 487 454 und EP-B-284 165.

Solche bekannten Zubereitungen, sofern sie den obengenannten Kriterien entsprechen, können auch für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf allen üblichen Maschinen durchgeführt werden, die für die erforderlichen Temperaturen ausgelegt sind. Bevorzugt kommen Heißkanalwerkzeuge zum Einsatz, da damit die Scherbelastung auch beim Einspritzvorgang gering ist. Durch Beheizung des Angußkanals, der von der Maschinendüse zur Kavität führt, auf Massetemperatur wird das Versiegeln des Angusses vermieden. Hierdurch nimmt die Scherbelastung des Materials ab, da sich im Anguß keine den Fließkanal verengenden Randschichten ausbilden.

Die Temperatur der Masse liegt im Einzug - abhängig von der Schmelztemperatur der eingesetzten Zubereitung - bei oberhalb 300 bis etwa 350°C, vorzugsweise bis etwa 330°C, und innerhalb der Maschine bei etwa 350 bis etwa 400°C, vorzugsweise bei etwa 360 bis 390°C, ansteigend über mehrere Zonen.

Der gespritzte Formkörper zeigt nur ganz minimale Dimensionsabweichungen (Schrumpf) bei einer glatten und glänzenden Oberfläche. Die Schnittfläche zeigt eine homogene Verteilung der Komponenten.

Die Formkörper zeigen eine Chemikalienbeständigkeit, die nur geringfügig unter der von PTFE liegt. Dagegen werden Festigkeit, Härte und Elastizität verbessert und außerdem ergibt sich eine Gewichtseinsparung. Aufgrund der hohen Zug- und Biegefestigkeit, der hervorragenden Gleiteigenschaften, der guten elektrischen Eigenschaften und der hohen Temperaturbeständigkeit der Werkstücke sind diese beispielsweise für Gleitlager, Dichtungen, Tropfkörper, Verschlußkappen und elektrische Bauteile geeignet. Die Erfindung bezieht sich deshalb auch auf solche Artikel.

Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen noch näher erläutert.

Beispiel 1

Eingesetzt wird eine Mischung der folgenden Produkte:
60 Gew.-% Suspensions-PTFE, Dichte 2,18 g/cm³, Reißfestigkeit 25 MPa, Reißdehnung 600%, Schmelztemperatur 327°C, und
40 Gew.-% PEEK (Handelsprodukt der Firma Victrex Limited, Hillhouse International, Großbritannien, Typ 150 PF), Dichte 1,32 g/cm³, Reißfestigkeit 95 MPa, Reißdehnung 50%.

Aus dieser Mischung werden durch Spritzguß wie folgt Formkörper hergestellt:

Die Spritzgußkörper zeigen nur eine minimale Dimensionsabweichung durch Schrumpf. Die Oberfläche ist glatt und glänzend, die Schnittfläche homogen.

Beispiel 2

Es wird eine Platte (50 × 45 × 2 mm) mit einer Spritzgußmaschine Typ ES 240/75 ST der Firma Engel hergestellt.

Die Platten zeigen eine glatte und glänzende Oberfläche.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Zubereitungen, die gegebenenfalls modifiziertes Suspensions-Polytetrafluorethylen und untergeordnete Mengen an mindestens einem thermoplastischen Füllstoff enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Zubereitung durch Spritzguß verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein Polyetheretherketon ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Polyphenylensulfid ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Polytetrafluorethylens 55 bis 75 Gew.-% beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Füllstoffs 30 bis 40 Gew.-% beträgt.

6. Formkörper, erhalten nach einem der vorhergehenden Ansprüche.