DE2122516A1 - Selbstschmierendes Nylon - Google Patents

Description

"Selbstschmierendes Nylon"

Die Erfindung betrifft selbstschmierende Nylonwerkstoffe mit besonders hoher Verschleißfestigkeit.

Nylon wird aufgrund dessen, daß es neben anderen guten Eigenschaften eine hohe Festigkeit und eine ausgezeichnete Abriebbeständigkeit aufweist, bei der Herstellung von Ka sch in en- und anderen Ausrüstungsteilen, die dem Verschleiß oder Abrieb ausgesetzt sind, weitgehend als Austauschwerkstoff für Metalle und andere Stoffe verwendet. So werden beispielsweise viele kleinere Zahnräder, bzw. Getriebe, Lagerschalen und Lager, die früher aus Metall gefertigt wurden, nunmehr aus Nylon hergestellt. Die Erfahrung zeigt, daß dem Abrieb ausgesetzte Teile länger haltbar sind und ein glatteres und ruhigeres Arbeiten ergeben, wenn siei anstatt aus Metall, aus Nylon gefertigt sind. Außer den ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften des Nylons gegenüber beispielsweise Metallen macht seine Verwendung bei der Herstellung von bearbeiteten Teilen deren Erzeugung

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weniger komplex. So kann beispielsweise bei aus Nylon hergestellten Teilen das Material leicht bei verhältnismäßig niederer Temperatur verformt, bzw. vergossen werden, und zwar mit sehr einfachen Vorrichtungen, die gewöhnlich nur aus Gießvorricht.ungen und Formen bestehen. V/ill man andererseits derartige Teile aus Metall herstellen, so müssen sie entweder aus dem Metall herausgearbeitet werden oder dieses muß bis zum Schmelzen erhitzt werden, so daß man die Teile gießen kann. Beide Herstellungsarten bringen aufwendige Arbeitsvorgänge mit sich, wie die Anwendung von hohen Temperaturen oder Spezialmaschinen für die Metallbearbeitung.

Wie jedoch zu erwarten xvar, ergaben sich Pro biene bei der Verwendung von unmodifiziertem Nylon für Maschinenteile. Eine Hauptschwierigkeit besteht in der Expansion, die Nylonteile beim Erwärmen erleiden und die zu einer Erhöhung des Druckes gegen die Oberflächen der Teile führt, so daß sick die Reibung zwischen diesen Oberflächen verstärkt und die Teile einem stärkeren Abrieb unterliegen.

Versuche zur Überwindung des obigen und anderen bei der Verwendung von Nylon als Gießharz auftretenden Problemen haben dazu geführt, daß man den Formmassen auf Nylon~rundlage die verschiedensten chemischen Verbindungen zufügte, jedoch haben sich diese meist aus einem oder dem anderen Grund als ungeeignet erwiesen. So verbessert beispielsweise Eolybdändisulfid die Abriebbeständigkeit von Nylon, schränkt jedoch andererseits aufgrund seiner schwarzen Färbung die Verwendung von ■ Nylonteilen auf Bereiche ein, bei v/eich en die Farbe keine Rolle spielt. So können beispielsweise Nylonharze mit einem Gehalt an Molybdänäisulfid nicht zum Ausformen von weißen Maschinenteilen verwendet werden.

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Gegenstand der Erfindung ist eine selbstschmierende Masse auf Nylongrundlage, die eine verbesserte Abriebfestigkeit und andere Vorzüge aufweist. So kann die erfindungsgemäße Hasse verwendet werden zum Ausformen von für den Dauergebrauch bestimmten Maschinenteilen. Außerdem enthält die erfindungsgemäße Masse keinerlei Zusätze, welche die Färbbarkeit von Nylonmassen beeinträchrigen und kann daher mit besonderem Vorteil zur Herstellung von Gegenständen oder Maschinenteilen beliebiger Färbung verwendet werden.

Die erfindungsgemäßen Nylonmassen enthalten 33,4 bis 334- g Aluminiumstearat je 100 kg (15 bis 150 g je 4-5,4 kg) Nylon. Das Aluminiums tearat kann dem Nylon auf beliebige Viese zugefügt werden, z.B. indem man Aluminiumstearat mit feinkörnigem Nylon vermischt oder indem man eine Dispersion von Aluminiumstearat bereitet und sie mit geschmolzenem Nylon vermischt, wobei man dann d.ie Schmelze entweder direkt vergießt oder das geschmolzene Gemisch festwerden läßt und es dann fein zerteilt. Die Nylongrundlage kann entweder aus einer reinen Nylonsorte oder aus einem Gemisch von verschiedenen Nylonsorten bestehen. Sie kann auch geringe Anteile an anderen-Stoffen, wie anderen, mit Nylon verträglichen polymeren Verbindungen, Füllmitteln, Farbstoffen, Weichmachern oder anderen modifizierenden Zusätzen enthalten.

Das Aluminiumstearat wird der Nylongrundlage vorzugsweise dann zugefügt, wenn die Polymerisation der monomeren Stoffe im wesentlichen abgeschlossen ist. Die bevorzugte Zusatzzeit für das Aluminiumstearat hängt ab von dem jeweils angewandten Polymerisationsverfahren. Erfolgt die Polymerisation z.B. chargenweise, wobei in einer sich an die Polymerisation anschließenden getrennten Stufe die überschüssigen Monomeren

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entfernt werden müssen, dann vermischt man das Aluminiumßtearat vorzugsitfeise trocken mit dem Nylon, aus dem der Monomerenüberschuß bereits entfernt vmrde. Bei kontinuierlicher Polymerisation werden dagegen die meisten überschüssigen ölonomeren Stoffe dem Nylon entzogen» bevor dieses den Beaktor verläßt; das Aluminiumstearat kann daher dem Nylon zugefügt werden, während dieses noch im geschmolzenen Zustand ist. Soll beispielsweise das Nylon extrudiert und in Plätzchenform gebracht werden, so kann das Aluminiumstearat dem Nylon zugefügt werden bevor dieses in die Extrusionsvorrichtung eingefüllt wird. Man kann jedoch auch das Aluminiumstearat dem Nylon bei späteren Arbeitsgängen zufügen, z.B. wenn Farbstoffe oder andere die Eigenschaften der Masse modifizierende Bestandteile zugegeben werden. Die Zugabe kann nicht nur vom Nylonhersteller sondern auch vom Endverbraucher vorgenommen werden, jedoch ist es im allgemeinen zweckmäßiger, das Aluminiumstearat dem Nylon so früh als möglich zuzufügen, da hierdurch die Weiterverarbeitung erleichtert wird.

Der Ausdruck "Nylon" wird hier im üblichen Sinn gebraucht und umfasst sämtliche langkettigen Polyamide mit wiederkehrenden Amidogruppen als wesentlichen Teil der Hauptpolymerkette. Typisch für die infrage kommenden Polyamide sind diejenigen, die hergestellt sind durch Kondensation von Aminosäuren oder Aminosäureanhydriden, wie Aminocapronsäure oder Epsilon-Caprolactam und die Frodukte einer Kondensationsreaktion zwischen Diaminen und Dicarbonsäuren, z.B. zwischen Hexamethylendiamin und Carbonsäure. Gemische aus z\\^rei oder mehr verschiedenen Nylonsorten können zur Herstellung der erfindungsgemäßen Massen ebenfalls verv;endet werden. Die bevorzugte Nylonsorte ist Polycaprolactam. Unter "Aluminiurnstearat" sind hier insbesondere die handelsüblichen Produkte

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zu verstehen, auch wenn sie außer Aluminiumstearat kleine Anteile an anderen Aluminiumsalzen der Fettsäuren enthalten, die im allgemeinen Bereich zwischen Laurinsäure (mit 12 C-Atomen im Molekül) und Behensäure (mit 22 C-Aomen) liegen. · Der Substitutionsgrad kann dabei zwischen einem Atom Stearat je Aluminiummolekül (Aluniiniummonostearat) und drei Atomen Stearat je Aluminiummolekül (Aluminiumtristearat) schwanken.

Der mengenmäßige Anteil an Aluminiumstearat in den erfindungsgemäßen Kassen kann verschieden sein und hängt in erster Linie von der beabsichtigten Verwendung der Endprodukte ab. Auch die Zusammensetzung der Grundmasse spielt eine Rolle: besteht diese zum Beispiel aus reinem Nylon oder einem Gemisch verschiedener Nylonsorten, so kann der notwendige Anteil an Aluminiumstearat anders sein, als wenn die Masse große Mengen an anderen polymeren Stoffen oder Füllmitteln enthält. Uenn das Endprodukt in Maschinen eingebaut oder für Zwecke verwendet werden soll, bei welchen es konstanten Reibungskräften unterworfen ist, dann sollte die Masse einen verhältnismäßig hohen Gehalt an Aluminium^tearat haben. Allgemein gesagt schwankt der Aluminiumgehalt in den erfindungsgemäßen Produkten zwischen 33.,^ und 33^ g je 100 kg Nylon (15 bis 150 g je 100 pounds, d.h. ^5>^ kg Nylon). Kleinere oder größere Anteile können für gewisse Zwecke wirksam sein_$ jedoch hält man sich vorzugsweise innerhalb der oben erwähnten Grenzen. Überschreitet die Aluminiumstearatkonzentration den obigen Höchstwert, so verschlechtern sich, wie gefunden wurde, die Kassen wieder und außerdem ist es unwirtschaftlich, allzu' hohe Zusatzmengen zu verwenden. Der bevorzugte Mengenbereich für das Aluminiumstearat liegt zwischen etwa 55 und 220 g je 100 kg Nylon.

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Es können auch andere Stoffe in die erfindungsgemäßen Massen eingearbeitet werden, soweit sie mit Nylon verträglich sind. So können andere polymere Stoffe, wie die Polymerisate von fluorierten Kohl.enwasserstoffen Bestandteil der erfindungsgemäßen Massen sein. Ebenso können den Massen Filistoffe wie Graphit oder andere Zusätze, wie Antioxidantien, Farbstoffe und Weichmacher zugefügt werden.

Das Beispiel, bei dem Teile Gewichtsteile und Prozente Gewichtsprozente sind, erläutert die Erfindung näher.

Beispiel

Zwecks Herstellung einer selbstschmierenden Nylonmasse vermischt man Aluminiumstearat (geschützte Handelsbezeichnung: "Witco Nr. 18") und in Plätzchenform gebrachtes schmelzbares Polycaprolactam, wobei das Mengenverhältnis 55 F Aluminiunstearat je 100 kg Polycaprolactam beträgt. Das Gemisch wird zu Platten vergossen, die verglichen vierden mit Platten aus einer selbst schmier enden Folycaprolactammasse, die ^, 5 Gew.-^ Molybdändisulf id enthält. Die Farbe der Aluminiumstearat enthaltenden Platten ist weiß, während die anderen schwarz sind. Für den Abriebwiderstand ergaben Versuche in beiden Fällen praktisch gleiche Werte. Bei im wesentlichen gleichem Abriebwiderstand weisen die erfindungsgemäßen selbst schmierenden Nylonmassen a eine Färbung auf, die für sehr viele Anwendungszwecke wesentlich besser geeignet ist als die färbung der bekannten, mit Molybdändisulfid selbstschmierend gemachten Kassen mit sonst gleichen Eigenschaften.

Patentansprüehe:

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Selbstschmierende Nylonmasse mit einem Anteil von 33,^ bis 33^4- g, vorzugsweise 55 bis 220 g Aluminiumst earat je 100 kg Nylon.

2. Masse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse zu etwa 50 bis 99 Gew.-^ aus rolycaprolactam besteht.

3. Verfahren zur Herstellung der Masse nach Anspruch 1

oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man das Aluminiumstearat in den geschmolzenen Nylon unter Rühren gleichmäßig verteilt.

4·. Verfahren zur Herstellung der Massen nach Anspruch

oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man das Aluminiumstearat im trockenen Zustand mit dem in Teilchenform befindlichen Nylon vermischt.

5. Verfahren zur Herstellung der Masse nach Anspruch 1

oder 2, dadurch gekennzeichnet , daßman das misch nach Anspruch 4- extrudiert und zerkleinert.

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