DE19928232B4

DE19928232B4 - Schieber aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE19928232B4
Application number: DE19928232A
Authority: DE
Inventors: Akira Ishibashi; Mamoru Tanaka; Mutsuo Hirota; Yoshifumi Kurobe Miyajima
Original assignee: YKK Corp
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2019-06-22
Also published as: CN1243135A; DE19928232A1; US6383622B1; TW483920B; GB9913829D0; JP2000007924A; US20020051874A1; GB2338721B; HK1024257A1; GB2338721A; CN1163544C

Abstract

Schieber aus thermoplastischem Kunststoff zur Verwendung in einem Reißverschluß bestehend aus einem thermoplastischen Kunststoff mit Verstärkungsfasern und einem Gleitmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe aus Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephtalat und Polycarbonat, und das Gleitmittel ausgewählt ist aus der Gruppe aus Fluorpolymeren und Polyethylen und einen elastischen Speichermodul im Bereich von 3,5 × 108 Pa bis 5,0 × 10⁸ Pa in einem Einsatztemperaturbereich von 30°C bis 70°C aufweist.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Schieber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Begriff „Gleitmittel" („sliding property-imparting agent") bezeichnet daher eine Substanz, die dem Formgegenstand aus thermoplastischen Kunststoff Gleiteigenschaften verleiht und seinen Reibungskoeffizienten verringert.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bislang war es üblich, für Kunststoffprodukte, die in Gleitelementen bzw. Schiebern verwendet werden, Kunststoffe mit sehr guter Wärmebeständigkeit und mechanischer Festigkeit zu verwenden. Insbesondere herrschte die Vorstellung vor, daß der zu verwendende Kunststoff eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit aufweisen sollte, indem er fester ist. Diese zunehmende Festigkeit des Kunststoffs wird im allgemeinen erzielt durch den Zusatz von Ver stärkungsfasern zu dem Kunststoff. Wenn jedoch ein durch dieses Verfahren hergestellter Kunststoff insbesondere bei einem Schieber in einem Reißverschluß verwendet wird, zeigt der Schieber nur eine geringe Dauerhaftigkeit, weil er eine so schlechte Abnutzungsbeständigkeit zeigt, daß er bei einem wiederholten Schließtest entsprechend dem japanischen Indusstriestandard (JIS) S3015 nach ungefähr 60 Auf-Zu-Bewegungen nicht mehr funktioniert.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 3444813 A1 beschreibt Verfahren zur Herstellung von Reißverschlußschiebern aus einem glasfaserverstärkten Werkstoff auf Polyamidbasis, dem als Gleitzusatz Molybdänsulfid oder PTFE zugesetzt ist.
Die japanische Patentanmeldung JP 06313050 A offenbart Formmassen aus Aramidfaser verstärkten Thermoplasten sowie einem Gleitmittel.
Aus der Patentschrift US 5346737 sind faserverstärkte und mit Schmiermitteln versehene Polyacetale bekannt sowie aus US 4695602 schmelzverarbeitbare, faserverstärkte und mit Schmierstoffen versehene thermoplastische Materialien.
Auch die deutsche Offenlegungsschrift DE 19742884 A1 lehrt thermoplastische Formmassen für Reißverschlüsse enthaltend Verstärkungsstoffe, Gleitstoffe sowie oxidierte Polyethylenwachse.
Darstellung der Erfindung
Wenn ein Gegenstand aus thermoplastischem Kunststoff eine schlechte Festigkeit zeigt, wird dem verwendeten thermoplastischen Kunststoff üblicherweise eine geeignete Menge Verstärkungsfasern zugesetzt, um den Mangel in der mechanischen Festigkeit auszugleichen. Jedoch verhalten sich die verstärkten thermoplastischen Kunststoffe im Hinblick auf die Abnutzungsbeständigkeit tatsächlich so, daß die Verstärkungsfasern die Abnutzungsbeständigkeit des thermoplastischen Kunststoffs verschlechtern, weil sie im Gegenteil als Abriebmittel wirken. Ein Schieber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist in der DE 34 44 813 A1 angegeben.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen Schieber aus thermoplastischem Kunststoff anzugeben, der im Hinblick auf die Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit eines durch Zusatz von Verstärkungsfasern wesentlich verschlechterten faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffs, wie oben erwähnt, eine geeignete Menge eines Materials mit einem geeigneten elastischen Speichermodul im Standardbereich der Einsatztemperaturen oder Be triebstemperaturen als Gleitmittel enthält und dadurch eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit zeigt und als Gleitelement bzw. Schieber geeignet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Weiterbildung der bekannten Schieber vor.
Die Erfindung sieht einen Schieber aus thermoplastischem Kunststoff vor, der sich dadurch auszeichnet, daß er aus einem thermoplastischen Kunststoff aus der Gruppe Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat und Polycarbonat mit Verstärkungsfasern besteht, der zusätzlich als Gleitmittel ein Fluorpolymer oder Polyethylen mit einem elastischen Speichermodul im Bereich von 3,5 × 10⁸ bis 5,0 × 10⁸ Pa in einem Einsatztemperaturbereich von 30°C –70°C in einem Anteil im Bereich von 4–20 Gew.-% enthält, und zwar auf der Basis des Gesamtgewichts des oben erwähnten Kunststoffs und der Verstärkungsfasern.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen deutlich, wobei:
1 ein Diagramm ist, das Veränderungen im Betrag des Abriebs bei einem Abriebwiderstandstest von Polybutylenterephthalat mit 30 Gew.-% Glasfasern und einem faserverstärkten Kunststoff mit den eben erwähnten Glasfasern enthaltenden Polymer und zusätzlich 10 Gew.-% Polytetrafluorethylen darin;
2 ein Diagramm ist, das Veränderungen des elastischen Speichermoduls von Polytetrafluorethylen und von Polybutylenterephthalat mit 30 Gew.-% Glasfasern mit der Temperatur zeigt;
3 ein Diagramm ist, das Veränderungen des elastischen Speichermoduls von Polyethylen und von Polybutylenterephthalat mit 30 Gew.-% Glasfaser mit der Temperatur zeigt;
4 ein Diagramm ist, das den Bereich des elastischen Speichermoduls eines als erfindungsgemäßes Gleitmittel geeigneten Materials zeigt;
5 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Reißverschlusses aus Kunststoff ist;
6 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Reißverschlusses aus Kunststoff ist;
7 eine Draufsicht auf noch eine weitere Ausführungsform eines Reißverschlusses aus Kunststoff ist; und
8 eine eine weitere Ausführungsform eines Reißverschlusses aus Kunststoff darstellende Draufsicht ist, wobei Teile weggeschnitten sind.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfinder haben als Schlußfolgerung aus einer sorgfältigen Untersuchung im Hinblick auf die Abnutzungsbeständigkeit von mit Verstärkungsfasern verstärkten thermoplastischen Kunststoffen die Korrelation zwischen der Temperaturabhängigkeit des das viskoelastische Verhalten eines als Gleitmittel verwendeten Materials darstellenden Elastizitätsmoduls, nämlich des die Elastizität ohne Energiedissipation darstellenden Speichermoduls (storage elastic modulus), und des Energiedissipation betreffenden verlustbehafteten elastischen Moduls (loss elastic modulus) (Quelle: Seiichi Nakahama et al., „Essential Polymer Science", Kodansha Scientific, 1998, Seiten 218–222), und der Abnutzungsbeständigkeit eines faserverstärkten Kunststoffs, der darin das Gleitmittel enthält, aufgefunden und in der Konsequenz herausgefunden, daß bei Zusatz eines Materials mit einem geeigneten elastischen Speichermodul im Standardbereich der Einsatztemperaturen als Gleitmittel in geeigneter Menge zu einem faserverstärkten Kunststoff das so erzeugte Material eine erheblich verbesserte Abnutzungsbeständigkeit zeigt, wie sich aus der Tatsache ergibt, daß es auch nach geringfügig auf einen Einsatztemperaturbereich oder Betriebstemperaturbereich (im allgemeinen 30–70°C) eines Gleitelements bzw. Schiebers, erhöhten Temperaturen, die durch die Gleitbewegung erzeugte Reibungswärme erzeugt werden, eine geeignete Elastizität beibehält. Das Resultat war die vorliegende Erfindung. Demzufolge zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß zu einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff in geeigneter Menge als Gleitmittel ein Material zugesetzt wird mit einem elastischen Speichermodul in dem Bereich von 3,5 × 10⁸ Pa bis 5,0 bis 10⁸ Pa in einem Einsatztemperaturbereich von 30°C bis 70°C, wodurch ein Material erzeugt wird, das die Herstellung von Formgegenständen erlaubt, die eine bisher durch Formgegenstände dieser Art unerreichbare Abnutzungsbeständigkeit zeigen. Genauer gesagt wird die hervorragende Abnutzungsbeständigkeit erzielt durch Mischen des Materials mit dem elastischen Speichermodul in dem erwähnten Bereich als Gleitmittel in einem vorgeschriebenen Mengenverhältnis mit Verstärkungsfasern und einem thermoplastischen Kunststoff oder mit einem Verstärkungsfasern enthaltenden thermo plastischen Kunststoff und dann Formen der entstandenen Mischung mit der Spritzgußtechnik oder der Extrusionstechnik, wodurch ein Formgegenstand entsteht.
Wenn ein Gleitelement aus einem thermoplastischen Kunststoff mit Verstärkungsfasern wie Glasfasern und ein Gleitelement aus einem gleichen thermoplastischen Kunststoff jedoch ohne Verstärkungsfasern im Hinblick auf die Abnutzungsbeständigkeit verglichen werden und die Resultate des Vergleichs ausgedrückt werden durch die Anzahl von dem Gleitelement mit den Reißverschlußketten durchgeführten Gleitbewegungen und den Umfang des Abriebs, ergibt sich, daß das erstgenannte Gleitelement eine erheblich geringere Zahl von Gleitbewegungen und einen erheblich größeren Umfang des Abriebs zeigt. Diese Resultate zeigen, daß das erstere Gleitelement eine sehr viel schlechtere Abnutzungsbeständigkeit als das letztere Gleitelement zeigt. Diese sehr schlechte Abnutzungsbeständigkeit ergibt sich logisch aus der Annahme, daß die Verstärkungsfasern, etwa Glasfasern, solange als Verstärkungsmaterial funktionieren, wie sie in dem Formgegenstand vorliegen, jedoch als Abriebmittel funktionieren, wenn sie einmal an der Oberfläche des Formgegenstands freiliegen, und das Gleitelement selbst und das damit in Kontakt stehende Teil abreiben, weil sie fester sind, als der als Matrix dienende thermoplastische Kunststoff. Die Verwendung von Verstärkungsfasern steht unter der Voraussetzung, daß sie für ein Element eingesetzt werden, das sehr fest sein muß. Wann immer ein thermoplastischer Kunststoff für ein solches Element verwendet werden muß, ist der Einsatz von Verstärkungsfasern unverzichtbar.
In Anbetracht der obigen konventionellen Vorstellungen und der daraus resultierenden Gesichtspunkte stellt sich die Erfindung aus folgendem Blickwinkel dar. Kurz gesagt verhindert die Erfindung den Abrieb eines geformten Gegenstands aus thermoplastischem Kunststoff mit solchen Verstärkungsfasern, indem der geformte Gegenstand ein weicheres Material enthält, nämlich ein einen niedrigeren elastischen Speichermodul und verlustbehafteten elastischen Modul als der faserverstärkte thermoplastische Kunststoff in einem vorgeschriebenen Temperaturbereich besitzendes Materials, und zwar als Gleitmittel in geeigneter Menge.
Der richtige Anteil des Zusatzes des Gleitmittels liegt im Bereich von 4–20 Gew.-%, und zwar auf der Basis des Gesamtgewichts des Kunststoffs und der Verstärkungsfasern. Wenn die Zusatzmenge des Gleitmittels niedriger als die untere Grenze des obigen Bereichs ist, ist die Abnutzungsbeständigkeit des erzeugten Materials nicht völlig zufriedenstellend. Wenn der Anteil größer als die obere Grenze des Bereichs ist, zeigt der geformte Gegenstand daraufhin eine schlechte Festigkeit. Da das als Gleitmittel geeignete Material im allgemeinen teuer ist, bildet ein Überschreiten des Verhältnisses einen wesentlichen Produktionskostenfaktor bei dem geformten Gegenstand und ist aus ökonomischer Sicht ungünstig.
Das obige Gleitmittel muß ein Material sein, das einen elastischen Speichermodul im Bereich von 3,5–5,0 × 10⁸ Pa im Einsatztemperaturbereich des Gleitelements von 30–70 °C zeigt. Konkrete Beispiele dafür sind Fluorpolymere, etwa Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen- Hexafluorethylen-Copolymer (FEP), Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinyl-Ether-Copolymer (PFA), modifiziertes Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymer (E/TFE-Polymer), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Chlortrifluorethylen-Ethylen-Copolymer (E/CTFE-Polymer) und Polyvinylfluorid (PVF) und Polyethylen. Unter den aufgezählten Materialien erweist sich Polytetrafluorethylen als besonders günstig.
Die Funktionsweise der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt die Veränderungen in der Stärke des Abriebs bei einem Abriebwiderstandsfähigkeitstest mit einem Teststück, das hergestellt wurde aus einem faserverstärkten Kunststoff erzeugt durch Kombination von Polybutylenterephthalat (PBT) mit 30 Gew.-% (auf der Basis des PBT) Glasfasern (GF) und einem Teststück hergestellt aus einem faserverstärkten Kunststoff erzeugt durch Kombinieren des obigen faserverstärkten Kunststoffs mit 10 Gew.-% (auf der Basis des Gewichts des faserverstärkten Kunststoffs) Polytetrafluorethylen (PTFE). In dem Diagramm zeigt die Abszisse die Skala der Temperatur der Atmosphäre am Ort des Abriebstests und die Ordinate die Skala des Gewichtsprozentwerts der verbleibenden Menge des Teststücks nach einer vorbestimmten Testperiode, wobei das Gewicht des Teststücks vor dem Test als 100 % angenommen wird.
Der Abriebtest wurde durchgeführt mit einem Verfahren, bei dem ein scheibenartiges Abriebselement unter Drehung gehalten und mit dem Gewicht des Teststücks von oben gegen das drehende Abriebselement gedrückt wurde. Bei diesem Test war die Last eingestellt auf 0,5 kgf/mm² und die Geschwindigkeit auf 19,4 m/min. Die Testdauer lag bei 30 min.
Wie in 1 dargestellt, zeigte der faserverstärkte Kunststoff, der eine geeignete Menge des im Hinblick auf Festigkeit deutlich schlechteren und im Hinblick auf den elastischen Speichermodul nachteiligen Kunststoffs (PTFE) als Gleitmittel enthält, im Vergleich zu dem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff im Bereich einer normalen Raumtemperatur von ungefähr 20°C nicht die Wirkung des Zusatzes des Kunststoffs, jedoch zeigten alle Typen faserverstärkter Kunststoffe in einem Temperaturbereich über dem Bereich von 30°C Zunahmen im absoluten Umfang des Abriebs, obwohl die Zuwächse klein waren im Vergleich zu dem Zuwachs bei einem faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff ohne Zu satz von Kunststoff mit niedrigem elastischem Speichermodul. Diese Resultate zeigen, daß das Zusatzmittel eine Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit gebracht hat. Übrigens besteht diese Tendenz bis in den Bereich von 80°C.
Somit war die Abnutzungsbeständigkeit eines mit Fasern verstärkten thermoplastischen Kunststoffs im ungefähren Temperaturbereich von 30°C–80°C erheblich verbessert durch Einbau einer geeigneten Menge des Kunststoffs (PTFE) mit niedrigerem elastischen Speichermodul als der faserverstärkte Kunststoff als Gleitmittel. Die Temperaturabhängigkeit des elastischen Speichermoduls des Gleitmittels (PTFE) ist in 2 gezeigt. Der elastische Speichermodul wurde gemessen mit einem automatischen dynamischen Viskoelastizitätsmeßgerät.
In 2 ist der elastische Speichermodul des faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffs (PBT + 30 Gew.-% GF) ohne Einbau von PTFE gezeigt zusammen mit dem elastischen Speichermodul von PTFE. Es ergibt sich ohne weiteres aus dem Diagramm, daß der faserverstärkte thermoplastische Kunststoff ohne Einbau des PTFE im Bereich der Einsatztemperaturen einen großen elastischen Speichermodul zeigt.
Noch wichtiger ist die Tatsache, daß die Wirkung des als Gleitmittel zugesetzten Materials sich nicht bei 20° zeigt sondern über einer Temperatur von etwa 30°C. Diese Tatsache impliziert, daß die Temperaturabhängigkeit des Gleitmittels einen großen Beitrag zu der Abnutzungsbeständigkeit des faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffs leistet. Quantitativ genauer ausgedrückt heißt das, daß es wichtig ist, daß der elastische Speichermodul des Gleitmittels bei Temperaturen über 30°C nicht über 5 × 10⁸ Pa liegt.
Was die Wirkung bei Temperaturen von über 30°C angeht, so steigt die Temperatur eines Gleitelements oder Schiebers beim Verschieben, insbesondere beim Aufsetzen z.B. eines Schiebers eines Reißverschlusses auf eine Reißverschlußkette und Hin- und Herbewegen bei normaler Raumtemperatur, auf 35°C. Hieraus wird abgeleitet, daß die Temperaturen über 30°C der praktisch bedeutsame Bereich sind.
Die erfindungsgemäß als Gleitmittel verwendbaren Materialien haben elastische Speichermodule in dem in 4 dargestellten Bereich.
Wie in 4 gezeigt, ist es eine wichtige Anforderung an das als Gleitmittel in dem Schieber aus faserverstärktem thermoplastischem Kunststoff einzusetzende Material, damit es seine Wirkung richtig entfaltet, daß der elastische Speichermodul des Materials in einem Temperaturbereich von 30°C bis 70°C nicht über 5 × 10⁸ Pa liegt. Solange der elastische Speichermodul des Materials als Gleitmittel nicht unter 3,5 × 10⁸ Pa liegt, beeinträchtigt das Material die mit dem faserverstärkten thermoplastischen Kunstsstoff angestrebte hohe Festigkeit nicht und wird als praktisch einsetzbar betrachtet.
Der Temperaturbereich bis 70°C wird im Hinblick auf die Umgebung der Verwendung des Schiebers des Reißverschlusses, als praktischer Bereich betrachtet.
Der wesentliche Gesichtspunkt der Erfindung liegt, wie oben beschrieben, in dem Zusatz eines Materials mit einem elastischen Speichermodul in dem Bereich von 3,5 × 10⁸ Pa bis 5,0 × 10⁸ Pa im Temperaturbereich von 30°C bis 70°C als Gleitmittel zu dem mit Fasern verstärkten thermoplastischen Kunststoff.
Wie in 2 dargestellt, erfüllt Polytetrafluorethylen die Anforderungen an den elastischen Speichermodul an das als erfindungsgemäßes Gleitmittel geeignete Material perfekt. Die Verwendung von Polytetrafluorethylen oder einer analogen Verbindung als Gleitmittel ist daher von Vorteil, wobei seine chemische Stabilität ein zusätzlicher Gesichtspunkt ist.
Der erfindungsgemäß zu verwendende thermoplastische Kunststoff muß grundsätzlich ein sehr fester Kunststoff sein. Konkrete Beispiele hierfür sind Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat und Polycarbonat. Bevorzugt ist ferner ein thermoplastischer Kunststoff mit einem höheren Glasübergangspunkt Tg als der Tg des Gleitmittels. Der Grund für diese obige Anforderung ist der, daß sich der Vorteil der Verwendung des weichen Materials als Gleitmittel nicht einstellt, wenn nicht ein Unterschied gewissen Umfangs in der Festigkeit bzw. im elastischen Speichermodul zwischen dem thermoplastischen Kunststoff und dem Gleitmittel besteht. Daher wird Polybutylenterephthalat besonders vorteilhaft verwendet.
Die erfindungsgemäß einzusetzend Verstärkungsfasern sind in den thermoplastischen Kunstsstoff eingebaut, um seine Festigkeit zu erhöhen. Wie zuvor bereits festgestellt, führen die Verstärkungsfasern in dem thermoplastischen Kunststoff zu einer erheblichen Verschlechterung der Abnutzungsbeständigkeit desselben im Vergleich zu dem gleichen Kunststoff ohne irgendwelche Verstärkungsfasern. Die beste Maßnahme zur Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit würde daher in einem gänzlichen Weglassen oder möglichst starken Verringern der Verwendung von Verstärkungsfasern bestehen, die die Ursache für die Verschlechterung der Abnutzungsbeständigkeit sind. Jedoch muß das aus Kunststoff bestehende Gleitelement gleichzeitig eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit und eine hohe Festigkeit zeigen. Bei einer Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs in dem Gleit element ist der Einsatz solcher Verstärkungsfasern wohl unverzichtbar, wenn man sich auf die Wirkung der Fasern zur Verbesserung der Festigkeit verläßt. Zum Ausgleich des Gesichtspunkts dieser Festigkeit gegen den Gesichtspunkt der Abnutzungsbeständigkeit ist es daher notwendig, daß die Zusatzmenge der Verstärkungsfasern in dem Bereich von 20–60 Gew.-% auf der Basis des Gewichts des thermoplastischen Kunststoffs liegt. Als Verstärkungsfasern sind verwendbar Glasfasern, Kohlenstoffasern und Metallfasern, die leicht und kostengünstig sind. Diese Typen Verstärkungsfasern können entweder einzeln oder als Mischung von zwei oder mehr Elementen eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß werden der thermoplastische Kunststoff, die Verstärkungsfasern und das Gleitmittel, die jeweils durch allgemein bekannte Verfahren hergestellt worden sind, ohne besondere Einschränkungen in effektiver Weise verwendet. Auch im Hinblick auf Polytetrafluorethylen, Polybutylenterephthalat, Glasfasern, Kohlenstoffasern und Metallfasern gilt, daß diese durch allgemein bekannte Verfahren hergestellt und ohne besondere Einschränkungen in effektiver Weise verwendet werden können.
Es bestehen keine besonderen Einschränkungen für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Schiebers. Die typischsten für die verschiedenen zur Verfügung stehenden Herstellungsverfahren beinhalten die Schritte eines vorbereitenden Mischens vom Polybutylenterephthalat mit einer Mischmaschine (kneading machine) mit einer vorgeschriebenen Menge Glasfasern, denen durch eine Oberflächenbehandlung eine Kompatiblität verliehen worden ist, zusetzen einer vorgeschriebenen Menge Polytetrafluorethylen zu dem glasfaserenthaltenden Polybutylenterephthalat, weiter mischen (kneading) und Formen des resultierenden Kunststoffs mit einer Spritzgußmaschine. Dieses Verfahren erlaubt eine einfache und gut reproduzierbare Herstellung des geformten Gegenstands aus thermoplastischem Kunststoff mit hervorragender Abnutzungsbeständigkeit und hoher Festigkeit.
Auch für die Mischtemperatur bestehen keine besonderen Einschränkungen, sie muß jedoch über der Temperatur liegen, bei der der verwendete thermoplastische Kunststoff schmilzt. Das Mischverfahren kann auch ein Verfahren ohne Mischgerät sein, z.B. das als Trockenmischen (dry blending) bezeichnete Verfahren. Die Reihenfolge der Vermischung der Komponenten unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Die Komponenten können in beliebiger Reihenfolge oder alle auf einmal vermischt werden.
Der erfindungsgemäße Schieber aus thermoplastischem Kunststoff mit hervorragender Abnutzungsbeständigkeit zeigt eine besonders vorteilhafte Wirkung bei Verwendung in einem Schieber für einen Reißverschluß. Der Schieber eines Reißverschlusses, der z.B. hergestellt ist unter Verwendung von Polybutylenterephthalat als thermoplastischem Kunststoff, Glasfasern als Verstärkungsfasern und Polytetrafluorethylen als Gleitmittel durch Mischen und Formen der resultierenden Mischung zu einer geeigneten Form, zeigt bei einem Test hinsichtlich der Abnutzungsbeständigkeit ausgedrückt durch die Zahl der vom Reißverschluß ausgehaltenen Öffnung-Schließbewegungen entsprechend dem japanischen Industriestandard (JIS) S 3015 einen Wert von 4000 Öffnung-Schließ-Bewegungen. Im Gegensatz dazu hält ein durch die oben erwähnte Prozedur unter Weglassung des Gleitmittels hergestellter Schieber nur 60 Öffnung-Schließ-Bewegungen aus.
Die erfindungsgemäßen Schieber können in Reißverschlüssen aus verschiedenen Arten von Kunststoffen eingesetzt werden. In den 5–8 sind verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt.
5 zeigt einen Reißverschluß 1 zum Öffnen und Schließen der Öffnung in einem Kleidungsstück oder einer Tasche und zeigt das Erzeugnis in einer Form, in der das obere und das untere Ende von lateral im Paar auftretenden Reißverschlußstreifen 2 weggeschnitten ist. Die Reißverschlußstreifen 2 bestehen aus Reißverschlußbändern 3 aus Kunststoff und einer Reihe Kopplungselemente (wicklungsförmigen Kopplungselemente) 4 aus Kunststoff und einer Reihe Kopplungselemente (wicklungsförmigen Kopplungselementen) 4 aus Kunststoff, die fest an den jeweiligen gegenüberliegenden Längskanten der Reißverschlußbänder 3 befestigt sind. Die Reißverschlußbänder 3 sind hergestellt durch Weben und/oder Stricken von Kunststoffasern aus einem nicht gewebten Textil oder aus einer Kunststoffschicht. Die Kopplungselemente 4 sind in verschiedenen Formen bekannt, z.B. als durch Spritzgießen der einzelnen Kopplungselemente und gleichzeitig Befestigen an den Kanten der Reißverschlußbänder hergestellter Typ, als kontinuierliche Kopplungselemente wie die wicklungsförmigen Kopplungselemente, die durch Aufwickeln eines Monofilaments aus Kunststoff in der Form einer Schraubenlinie (coil) hergestellt sind, und die sogenannten Zick-Zack-Kopplungselemente, die durch abwechselndes vertikales Verbinden der in die Form eines Buchstabens U in der Lateralrichtung in einer Ebene gebogenen Abschnitte in einem Zick-Zack-Muster in der Längsrichtung hergestellt sind, und die extrudierten Kopplungselemente, die durch Befestigen der entgegengesetzten Endabschnitte der einzelnen Kopplungselemente durch Extrusion an den beiden getrennten Verbindungsschnüren (Kernschnüre, core cords), die parallel zueinander in der Längsrichtung liegen, um dadurch einen einer Leiter ähnelnden zusammengesetzten Aufbau zu erhalten, und Biegen des Aufbaus in der Form eines Buchstabens U um die Längsmittenlinie hergestellt sind. Die Bezugsziffer 5 bezeichnet einen Schieber, der entlang den gegenüberliegenden Reihen Kopplungselemente zum Herstellen und Auflösen eines Eingriffs der Kopplungselemente verschiebbar ist. Der Schieber 5 be steht aus dem erfindungsgemäßen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff mit dem Gleitmittel darin.
In 6 ist ein Reißverschluß 1a in der Form mit weggeschnittenen oberen Enden der beiden Reißverschlußstreifen 2 dargestellt. Er unterscheidet sich von dem Reißverschluß aus 7 dadurch, daß ein unteres Anschlagteil 6 durch Verschmelzen vorbestimmter unterer Abschnitte der in Eingriff stehenden Reihen Kopplungselemente 4 hergestellt worden ist.
Der in 7 dargestellte Reißverschluß 1b unterscheidet sich von dem in 5 dargestellten Reißverschluß dadurch, daß an den oberen Enden der fest an den Reißverschlußbändern 3b der Reißverschlußstreifen 2b befestigten Reihen Kopplungselemente 4b jeweils obere Anschlagelemente 7 befestigt sind und ein unteres Anschlagelement 8 an den unteren Enden befestigt ist.
8 zeigt einen Reißverschluß 1c vom Typ mit offener Verbindung. An die unteren Endabschnitte von Reißverschlußbändern 3c von Reißverschlußstreifen 2c sind vermittelt durch eine Adhäsionsschicht (nicht gezeigt) flache Verstärkungselemente (taffeta) 9 angeschweißt. Ein kastenartiges Aufnahmeelement 11 einer Stift-Aufnahme-Trennvorrichtung 10 (pin-and-box separator) ist an dern Innenkante eines der gegenüberliegenden flachen Verstärkungselemente 9 befestigt, und an der Innenkante des anderen flachen Verstärkungselements 9 ist ein Schmetterlingsstab oder -stift 13 befestigt. Das Aufnahmeelement 11 ist einstückig mit einem Aufnahmeelementstab 12 gebildet. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet eine Kernschnur, die in der Längsrichtung durch den leeren Raum innerhalb der Schraubenlinie der wicklungsförmigen Kopplungselemente 4c geführt ist, und die Bezugsziffer 15 bezeichnet einen die Kernschnur 14 und die wicklungsförmigen Kopplungselemente 4c entlang der Längskante des Reißverschlußbandes 3c als Naht haltenden Nähfaden.
Wenn die Schieber für die verschiedenen oben erwähnten Typen der Reißverschlüsse hergestellt werden aus dem erfindungsgemäßen faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff mit dem Gleitmittel darin, zeigen sie bei Öffnung-Schließ-Bewegungen eine äußerst hohe Dauerhaftigkeit. Bislang war die Schwierigkeit der Herstellung eines Schiebers aus Kunststoff mit oher Festigkeit und hoher Abnutzungsbeständigkeit oder Dauerhaftigkeit Hindernis für alle Versuche, sämtliche Bauteile des Reißverschlusses unterschiedslos aus Kunststoff herzustellen. Da die Erfindung die Herstellung eines Schiebers aus Kunststoff mit hoher Festigkeit und hoher Abnutzungsbeständigkeit oder Dauerhaftigkeit erlaubt, ist die Herstellung aller Bauteile eines Reißverschlusses unterschiedslos aus Kunststoff möglich geworden. Wenn Erzeugnisse wie Kleidungsstücke und Taschen, an denen solche Reißverschlüsse befestigt sind, nach Gebrauch weggeworfen werden, können die Reißverschlüsse daher aus den weggeworfenen Erzeugnissen wiedergewonnen und wieder verwendet werden. Diese Tatsache trägt bei zur Verringerung des durch Gewerbe verursachten Mülls und gleichzeitig zur Wiederverwendung von Müll und zum Schutz der Umwelt.
Im Folgenden werden Beispiele angeführt, um die Erfindung noch genauer zu beschrieben.
Beispiel 1
Bei diesem Beispiel wurde ein glasfaserenthaltendes Polybutylenterephthalat (hergestellt von Mitsubishi Rayon Company Ltd und verkauft unter der Handelsbezeichnung „Toughpet PBT 1101 G30",. Glasfasergehalt: 30 Gew.-%) ausgewählt und als Verstärkungsfasern enthaltender thermoplastischer Kunsstoff verwendet (Ausgangsmaterial 1-A). Ferner wurde Polytetrafluorethylen als Gleitmittel mit elastischen Speichermodulen in dem Bereich von 3,5 × 10⁸ Pa bis 5,0 × 10⁸Pa in einem Temperaturbereich von 30°C bis 70°C ausgewählt. Es wurden Pillen hergestellt, bei denen dieses Mittel dem oben erwähnten Glasfasern enthaltenden Polybutylenterephthalat in einem Anteil von 5 Gew.-% (Ausgangsmaterial 1-B) oder 10 Gew.-% (Ausgangsmaterial 1-C) zugefügt war. Zunächst wurden diese Pillen bei einem verringerten Druck bei 120°C für vier Stunden getrocknet. Die getrockneten Pillen wurden sofort mit einer Spritzgußmaschine geformt, um einen Schieber für einen Reißverschluß herzustellen. In dieser Weise wurden als Formgegenstände Schieber aus den Ausgangsmaterialien 1-A, 1-B und 1-C hergestellt.
Die Formgegenstände 1-A, 1-B und 1-C wurden jeweils auf ihre Dauerhaftigkeit bei Öffnung-Schließ-Bewegungen des Schiebers entsprechend JIS S 3015 hin getestet. Die Hin-und-her-Bewegung des Schiebers hatte einen Hub von 3 Zoll (76,2 mm) und eine Geschwindigkeit von 30 Hin-und-her Bewegungen pro Minute. Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, war bei dem Dauerhaftigkeitstest hinsichtlich Öffnung-Schließ-Bewegungen des Schiebers der Durchschnittswert bei insgesamt 5 Testdurchläufen 4129 im Falle des Formgegenstands 1-B mit 5 Gew.-% Polytetrafluorethylen und 980 im Fall des Formgegenstands 1-C mit 10 Gew.-% Polytetrafluorethylen, während es 66 im Fall des Formgegenstands 1-A ohne Polytetrafluorethylen war. Der Vergleich dieser Resultate zeigt deutlich, daß die aufgefundenen Mittelwerte für die Formgegenstände mit Polytetrafluorethylen bei weitem größer als die für den Formgegenstand ohne Polytetrafluorethylen waren. Somit gelangt der faserverstärkte thermoplastische Kunststoff durch Einbau eines Materials mit einem elastischen Speichermodul in einem bestimmten Bereich als Gleitmittel in einer bestimmten Menge zu erheblich verbesserter Abnutzungsbeständigkeit. Wenn der Schieber als Gleitelement in einem Reißverschluß hergestellt wird aus dem das Gleitmittel enthaltenden faserstärkten thermoplastischen Kunststoff, zeigt er erheblich verbesserte Dauerhaftigkeit hinsichtlich Öffnung-Schließ-Bewegungen des Schiebers. Tabelle 1
Da die erfindungsgemäßen Schieber aus thermoplastischem Kunststoff, wie oben beschrieben, hergestellt werden, indem eine geeignete Menge eines Materials mit einem elastischen Speichermodul im Bereich von 3,5 × 10⁸ Pa bis 5,0 × 10⁸ Pa bei einem Einsatztemperaturbereich von 30°C bis 70°C einem mit Fasern verstärkten thermoplastischen Kunststoff zugefügt wird, zeigt er die durch den Zusatz der Verstärkungsfasern vermittelte hohe Festigkeit und gleichzeitig eine erhebliche Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit, und zeit insbesondere eine auffällig verbesserte Abnutzungsbeständigkeit im Einsatztemperaturbereich, in dem die Temperatur durch die durch die Gleitbewegung eines Gleitelements bewirkte Reibungswärme erhöht ist.
Der erfindungsgemäße Schieber aus thermoplstischem Kunststoff kann daher vorteilhaft als gleitendes Bauteil unterschiedlichster Art engesetzt werden. Er zeigt eine äußerst hohe Dauerhaftigkeit gegenüber Öffnung-Schließ-Bewegungen bei Verwendung als Schieber in einem Reißverschluß.
Obwohl bislang verschiedene spezifische Ausführungsformen und Arbeitsbeispiele beschrieben worden sind, kann die Erfindung natürlich auch in anderer spezifischer Form ausgeführt werden, ohne ihre grundsätzlichen Merkmale zu verlassen. Die beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele sind daher nur zur Veranschaulichung gedacht und nicht einschränkend, und der Schutzbereich der Erfindung ist im wesentlichen durch die beiliegenden Ansprüche anstelle der vorstehenden Beschreibung festgelegt, und daher sind alle im Bereich der Äquivalenz der Ansprüche liegenden Veränderungen als eingeschlossen zu betrachten.

Claims

Schieber aus thermoplastischem Kunststoff zur Verwendung in einem Reißverschluß bestehend aus einem thermoplastischen Kunststoff mit Verstärkungsfasern und einem Gleitmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe aus Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephtalat und Polycarbonat, und das Gleitmittel ausgewählt ist aus der Gruppe aus Fluorpolymeren und Polyethylen und einen elastischen Speichermodul im Bereich von 3,5 × 108 Pa bis 5,0 × 10⁸ Pa in einem Einsatztemperaturbereich von 30°C bis 70°C aufweist.
Schieber nach Anspruch 1, bei dem das Gleitmittel in einer Menge von 4–20 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts des thermoplastischen Kunststoffs und der Verstärkungsfasern vorhanden ist.
Schieber nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem das Gleitmittel Polytetrafluorethylen ist.
Schieber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Verstärkungsfasern in einer Menge von 20–60 Gew.-% auf der Basis des Gewichts des thermoplastischen Kunststoffs vorhanden sind.
Schieber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Verstärkungsfasern zumindest ein Element aus der Gruppe aus Glasfasern, Kohlenstoffasern und Metallfasern sind.