DE2205268C3 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus selbstschmierendem Gleitwerkstoff - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus selbstschmierendem Gleitwerkstoff

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DE2205268C3 DE19722205268 DE2205268A DE2205268C3 DE 2205268 C3 DE2205268 C3 DE 2205268C3 DE 19722205268 DE19722205268 DE 19722205268 DE 2205268 A DE2205268 A DE 2205268A DE 2205268 C3 DE2205268 C3 DE 2205268C3
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Description

durch Kaltpressen und Aushärten bei erhöhten Temperaturen unter Verwendung üblicher Härter und/oder Katalysatoren hergestellt worden sind nach Patent 2132 360, dadurch gekennzeichnet, daß man die Komponente 3. und die Komponente 2. in einem Verhältnis von 10 bis 25 Gewichtsteilen Komponente 3. und 75 bis 90 Gewichtsteilen Komponente 2. vermischt, das Gemisch bei einer Verarbeitungstemperatur, die über dem Erweichungspunkt des Epoxidharzes liegt, plastifiziert und homogenisiert, durch Zerkleinern und Sieben eine Pulvermischung mit einer Korngröße erzeugt, die bei über 80 Gewichtsprozent der Teilchen weniger als 0,315 mm beträgt, die Pulvermischung mit 2 bis 30 Gewichtsprozent der Komponente 1., bezogen auf das Gesamtgewicht aller drei Bestandteile, vermischt und bei Raumtemperatur mit einem Preßdruck von 15 bis 50 kp/mm'2, der in einem bestimmten Verhältnis zu der verwendeten Menge an Komponente I. steht, zu Forinteilen verpreßl und die Formteile bei erhöhten Temperaturen bis zu 260 "C aushärtet.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Formkörper aus selbstschmierendem Gleitwerkstoff, die aus einem Gemisch aus
1. 5 bis 20 Gewichtsprozent festen Teilchen einer Korngröße von weniger als 0,075 mm aus Polytetrafluorethylen mit einem Molekulargewicht von höchstens 150000 und/oder Tetrafluoräthylen-Pcrfluorpropylen-Copolymer,
2. 40 bis 85 Gewichtsprozent aus einem oder mehreren anorganischen Feststoffen mit einer Korngröße von weniger als 0,075 mm,
3. IO bis 55 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Bestandteile eines pulverförmigen Epoxyharzes oder Epoxynovolaks
durch Kaltpressen und Aushärten bei erhöhten Temperaturen unter Verwendung üblicher Härter und/oder Katalysatoren hergestellt worden sind nach Patent 21 32 360, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Komponente 3. und die Komponente 2. in einem Verhältnis von 10 bis 25 Gewichtsteilen Komponente 3. und 75 bis 90 Gewichtsieilen Komponente 2. vermischt, das Gemisch bei einer Verarbeitungstemperatur, die über dem Erweichungspunkt des Epoxidharzes liegt, plastifiziert und homogenisiert, durch Zerkleinern und Sieben eine Pulvermischung mit einer Korngröße erzeugt, die bei über 80 Gewichtsprozent der Teilchen weniger als 0,315 mm
ίο beträgt, die Pulvermischung mit 2 bis 30 Gewxhtsprozent der Komponente I., bezogen auf das Gesamtgewicht aller drei Bestandteile, vermischt und bei Raumtemperatur mit einem Preßdruck von 15 bis 50 kp/mm2, der in einem bestimmten Verhältnis zu der verwendeten Menge an Komponente I. steht, zu Formteilen verpreßt und die Formteile bei erhöhten Temperaturen bis zu 2600C aushärtet.
/\us der kanadischen Patentschrift 7 11765 sind bereits warmgehärtete Formkörper aus selbstschmierendem Gleitwerkstoff bekannt, die aus einer Epoxidharzmatrix bestehen, in die ein Fluorkohlenwasserstoffharz und gegebenenfalls übliche Feststoffe eingearbeitet sind. Die Mengenverhältnisse aus Fluorkohlenwasserstoffharz und Matrixmaterial müssen dabei so gewählt werden, daß sich das Lagerverbundmaterial auf einen Träger binden läßt, wobei dieser Träger mit dem Lagermaterial ausgekleidet wird. Der hieraus bekannte Gleitwerkstoff verfügt über einen hohen Gehalt an Polytetrafluorethylen, der den Beispielen zufolge mindestens 45",; betragen soll. Er hat deshalb nur eine geringe Härte und ist nicht selbsttragend, so daß dieser Werkstoff zwangsläufig auf einen stützenden Träger aufgebracht werden muß. Auf Grund des hohen Gehalts an Polytetrafluorethylen kann dieser Werkstoff zur Herstellung von Formkörpern auch nur nach bestimmten Verfahren verarbeitet werden, nämlich durch Extrusion oder Kalandrieren. Durch den hohen Gehalt an Polytetrafluorethylen sind die aus einem solchen Werkstoff hergestellten Lager mit den gleichen Nachteilen behaftet wie die sonst bekannten Lager auf Polytelrafluoräthylcnbasis, nämlich einer sehr geringen Lastaufnahmefähigkeit und einer geringen Verschleißfestigkeit.
Das erfindungsgcniäßc Verfahren bietet gegenüber bekannten Verfahren zur Herstellung von Lagerwerkst offen auf Polytetrafluoräthylenbasis den Vorteil, daß sich mit ihm durch Kaltprel3vcrfahren selbsttragende Werkstoffe herstellen lassen. Die dabei erhaltenen Formkörper benötigen keinerlei Nachbearbeitung, sei es durch spanabhebende Formgebung, durch Kalibrieren oder durch Rollen. Sie genügen höchsten Anforderungen an Toleranzgcnauigkcit, die sich zudem mit dem Preßdruck unter Abstimmung der Zusammensetzung kontrollieren läßt. Die dabei erhaltenen Werkstoffe zeichnen sich ferner durch cin~ besonders hohe Verschleißfestigkeit aus, die von keinem vergleichbaren Kunststofflager erreicht wird.
Verantwortlich für diese besonderen Eigenschaften ist die Auswahl ganz bestimmter Verfahrensbcdingungen unter Anwendung der angegebenen Teilchengrößen und Mengenverhältnisse der einzelnen Bestandteile. Wesentlich ist dabei vor allem die beschriebene Abstimmung des Polytetrariiiorülhylengehalts auf den zur Erzielung genauer Toleranzen der fertigen Formteile angewandten- Preßdruck. Es handelt sich dabei somit nicht lediglich um die Zusammenstellung bestimmter Mengenverhältnisse und Teilchengrößen aus einer in ihren wesentlichen Komponenten an sich bc-
kannten Gleitwerkstoff masse, sondern um das Auffinden ganz definierter Parameter, die allein zum gewünschten Erfolg führen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise Polytetrafluoräthylenwachs verwendet, es kann aber auch mit gewöhnlichem Polytetrafluoräthylen, das ein höheres Molekulargewicht aufweist, durchgeführt werden. Polytetrafluoräthylenwachs ist ein thermisch abgebautes Polytetrafluoräthylen mit einem Molekulasgewicht von 35000 bis 100000, einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,030 mm, einer Dichte von 2,25 bis 2,27 und einem Schmelzbereich von 324 bis 327°C.
Die Kaltpreßmassen, aus denen erfindungsgemäß toleranzgenaue selbstschmierende Formteile hergestellt werden, bestehen aus drei Komponenten.
Die erste Komponente ist ein bei Raumtemperatur festes, wärmehärtbares Epoxidharz in Pulverform, das vorzugsweise Härter bzw. VernetzungSKatalysatoren enthält. Die für die erfindungsgemäßen Zwecke ver- ao wendeten Epoxyharze müssen unter Normalbedingungen feste Stoffe sein, da flüssige Epoxyharze für die Verarbeitung durch Kaltpressen nicht geeignet sind, und werden als Pulver mit den handelsüblichen Korngrößen verwendet. Geeignet sind beispielsweise Epichlorhydrin-Bisphenol-A-Kondensate, Novolakharze mit Multiepoxyfunktionalität oder auch cycloaliphatische Epoxyharze, die vorzugsweise Epoxidäquivalentgewichte im Bereich von 200 bis 1000 aufweisen. Bekannte Härter und Vernetzungskatalysatoren •iind beispielsweise bei Raumtemperatur feste Polycarbonsäuren und deren Anhydride sowie Amine und Amide, die ebenfalls in Pulverform verwendet werden und in dem Epoxyharz gewünschtenfalls in an sich bekannten Mengen vorliegen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeiteten Preßmassen enthalten als zweite Komponente anorganische Feststoffe. Die für die erfindungsgemäßen Zwecke verwendeten anorganischen Feststoffe bestehen aus wenigstens einem und vor/ugsweise zwei Festschmierstoffe^ Außer Festschmierstoffe η können in der zweiten Komponente auch verstärkende und nicht verstärkende Füllstoffe vorliegen. Für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignete anorganische Feststoffe sind Metallsulfide mit Ausnahme der Alkali- und Erdalkalimctallsulfide, besonders MoS2, WS2 und ZnS, Metalloxide mit Ausnahme der Alkalimetalloxide, z. U. Beispiel ZnO, PbO und Ca(OH)2, Metaliriuoride. z. B. CaF.,, NaAIF11 und FeF2, Graphit, Bornitrid, Bariumsulfat, (Jlasfasern, 5<> Asbest oder andere Silicate mit laseistruktur, und Kohlenstoff in Faserform.
Das erfindungsgemäßc Verfahren wird in sechs Stufen durchgeführt.
35
55
60
Zunächst wird aus den beiden ersten Komponenten, nämlich den anorganischen Feststoffen und dem Epoxyharz, das Härter b/w. Vernet/ungskatalysatoren enthalten Smii, in bekannter Weise eine pulverförmige M..,Lining hergestellt.
Die Mischung wird dann in einem Extruder, vorzugsweise einem Planetwalzenextruder, oder auf einem Zweiwalzenstuhl bei einer Verarheitungsteinpcratur plastifiziert und homogenisiert, die über der Erweichungstemperatur ties Epoxyharzcs liegt. Bei Verwendung eines Wal?ensluhls wird eine Walze entsprechend beheizt, die andere kann gekühlt werden.
3. Das erhaltene, in gröberen Brocken oder Platten vorliegende Material wird zu einem Pulver zerkleinert. Dann wird durch Sieben eine Siebfraktion mit einer Korngrößenverteilung gewonnen, die zu über 80 Gewichtsprozent aus Teilchen mit einer Korngröße von weniger als 0,315 mm besteht.
4. Die Siebfraktion wird mit 2 bis 30 Gewichtsprozent Polytetrafluorethylen, bezogen auf das Gesamtgewicht aller drei Bestandteile, innig vermischt.
5. Die so erhaltene Preßmischung wird dann mit bekannten Mehrfachwerkzeugen aus Stahl mit einem auf die zugesetzte Polytetrafluoräthylenmenge abgestimmten Preßdruck von 15 bis 50 kp/mm2 bei Raumtemperatur zu Formteilen verpreßt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können bis zu 2000 selbstschmierende toleranzgenaue Formteile, insbesondere Gleitlager, je Stunde hergestellt werden.
6. Die kaltgepreßten Formteile werden schließlich in einem Wärmeofen bei erhöhten Temperaturen bis zu 260° C ausgehärtet. Vorzugsweise wird ein Härtungszyklus von 2 h bei 170° C, 2 h bei 200° C und 4 h bei 230° C angewandt.
Es ist erfindungswesentlich, daß zur Erzielung einer möglichst geringen Schwindung oder Schwellung der erforderliche Preßdruck und der Anteil der Preßmischung an Polytetrafluoräthylen aufeinander und auf die jeweils verwendeten anorganischen Feststoffe und Epoxyharze und deren Verhältnis zueinander abgestimmt werden, wie aus den folgenden Beispielen hervorgeht, durch die die Erfindung näher erläutert wird. Das Verfahren wird wie oben angegeben in 6 h durchgeführt. Die erzeugten Formteile werden 2 h bei 180 C, 2 h bei 200 C und schließlich 4 h bei 230X ausgehärtet. In Beispiel I und 4 werden kleine Rundstäbe mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Länge von 15 mm, bei denen die Toleranzgenauigkeit des Außendurchmessers von Bedeutung ist, und in Beispiel 2 Kalottenlager mit einem inneren Durchmesser von 4 mm, bei denen es auf die Toleranzgemuiigkcit des inneren Durchmessers ankommt, erzeugt. An die Maßhaltigkeit des inneren Durchmessers von Kalottenlager!! werden höhere Anforderungen als an den Außendiirchmesscr von Rundstäben gestellt und zwar wird eine Maßänderung beim Härten von höchstens 2(l/nn a's zulassig angesehen und eine Maßänderung von höchstens l°/00 gewünscht.
Beispiel I
Eine Mischung aus 40 Gewiehtsteilen Molybdändisulfid und 40 (iewichtsteilen Zinksulfid (Komponente 1) wurde mit 16,7 Gewichtsteilen Epoxidharz mit einem durchschnittlichen Epoxyäquivalent von 525 und 3,3 Gewiehtsteilen Cyclopentantetracarbonsäuredianhydrid (Komponente 2) nach dem oben beschriebenen Verfahren, jedoch unter Ausschluß der Verfahrensstufe 4, d. h. ohne Zusatz von Polytetrafluorethylen als drittem Bestandteil, verarbeitet. Der PreOdruek betrug 20 kp/nitrr. Nach der Aushärtung betrug die Maßänderung des Außendurchmessers
Diese Arbeitsweise wurde wiederholt, vor dem Verprcssen mit einen Preßdruck, der wie vorher 20 kp/mm2 betrug, wurde jedoch soviel thermisch degradiertes Polytetrafluorälhylcnwachs mit einem Molekularge-
wicht von 35000 bis 100000 zugesetzt, daß in der Preßmischung 10 Gewichtsprozent dieser Komponente enthalten waren. Nach dem Aushärten betrug die Maßänderung nur noch —O,5°/Oo· Be> Anwendung eines Preßdrucks von 35 kp/mm2 betrug ohne Polytetrafluoräthylenzusatz die Maßänderung nach dem Aushärten —1,8°/00, mit einem Zusatz von 5,5 Gewichtsprozent Polytetrafluoräthylenwachs dagegen fand beim Aushärten keine Maßänderung statt.
Wenn die Preßmischung 2 Gewichtsprozent Polytetrafluoräthylenwachs enthielt, war ein Preßdruck von 40 kp/mm2 erforderlich, um eine Maßänderung von 0 zu erreichen. Wenn der Gehalt der Preßmischung an Poiytetrafluoräthylenwachs auf 8 Gewichtsprozent erhöht wurde, mußte der Preßdruck auf 27 kp/mm2 vermindert werden, damit beim Aushärten keine Maßänderung erfolgte.
Es ist sehr überraschend, daß erfindungsgemäß durch Zusatz von Polytetrafluorethylen als drittem Bestandteil der Preßmischung und Anwendung eines darauf abgestimmten Preßdrucks eine Maßänderung der gepreßten Formteile beim Aushärten stark eingeschränkt werden kann. Zum Vergleich wurde nämlich das verwendete Polytetrafluoräthylenwachs allein in der gleichen Weise wie die oben beschriebenen Preßmischungen zu Formteilcn verpreßt und dem gleichen Temperaturzyklus unterworfen. Dabei ergab sich bei Anwendung eines Preßdrucks von 20 kp/mm2 eine Maßänderung von — 9.8°/00 und bei einem Preßdruck von 35 kp/mm2 eine Maßänderung von - 9,2°/00.
Der Zusammenhang zwischen dem Polytetrafluoräthylengehalt der Preßmischung und dem angewandten Preßdruck einerseits und der Maßänderung des Durchmessers beim Aushärten andererseits ist aus den Fig. 1 und 2 noch deutlicher zu ersehen, die die Ergebnisse der vorhergehenden Versuche in graphischer Darstellung zeigen.
Fig. 1 zeigt die Maßänderung des Durchmessers beim Aushärten in Abhängigkeit vom Polytctrafluoräthylengehalt der Preßmischung bei einem konstanten Preßdruck von 20 kp/mm2 (Kurve I) bzw. 35 kp'mm2 (Kurve 2).
Fig. 2 zeigt die Maßänderung des Durchmessers beim Aushärten in Abhängigkeit vom angewandten Preßdruck für Preßmischungen mit einem Polytetrafluoräthylengehalt von 2 Gewichtsprozent (Kurve I) und 8 Gewichtsprozent (Kurve 2) sowie für das Polytetrafluoräthylenwachs allein (Kurve 3).
Es ist wesentlich, daß die oben angegebene Reihenfolge der erfindungsgemäßen Verfahrensmaßnahmen eingehalten wird, wie folgender Versuch zeigt:
Es wurden die gleichen Ausgangsstoffe in den gleichen Mengen wie vorher verwendet, jedoch wurde \on den anorganischen Feststoffen in der ersten Verfahrensstufe nur das Zinksulfid eingesetzt, das Molybdändisulfid dagegen erst nach der dritten Verfahrensstufe. Nach Verpressen mit einem Preßdruck \on 35 kp'mm2 und Aushärten wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Ohne Polytetrafluoräthylenzusatz betrug die Maßänderung -f 5,2°/00, es fand also keine Schrumpfung, sondern eine Schwellung statt. Wenn die Preßmischung 15 Gewichtsprozent Polytetrafluoräthylenwachs enthielt, nahm die Maßänderung immerhin auf +1,40Z00 ab.
65 Beispiel 2
Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß Kalottenlager hergestellt wurden. Bei einem Preßdruck von 35 kp/mm2 wurde ohne Polytetrafluoräthylenzusatz nach dem Aushärten eine Maßänderung des inneren Durchmessers von —2,9°/00 festgestellt. Wenn dagegen die Preßmischung 15% Polytetrafluoräthylenwachs enthielt, ging bei Anwendung des gleichen Preßdrucks die Maßänderüng des inneren Durchmessers beim Aushärten auf —0,5(l/00 zurück.
Beispiel
Aus verschiedenen Mischungen von anorganischen Feststoffen und festen Epoxidharzen mit oder ohne Härter bzw. Vernetzungskatalysatoren wurden wie in Beispie! ! Rundstäbe hergestellt.
Es wurden folgende Mischungen verwendet:
a) 22,3 Gewichtsteile MoS2 22,3 Gewichtsteile ZnS 16,3 Gewichtsteile CaF2 16,3 Gewichtsteile Graphit
19.0 Gewichtsteile festes Epoxidharz,
EEW** etwa 3,8 Gewichtsteile CPDA*
b) 28,3 Gewichtsteile MoS2 18,9 Gewichtsteile ZnO 17,3 Gewichtsteile CaF2 17,3 Gewichtsteile Graphit
18,2 Gewichtsteile festes Epoxidharz, EEW etwa
c) 6,3 Gewichtsteile MoS2 71,9 Gewichtsteile Kryolith
18.2 Gewichtsteile festes Epoxidharz,
EEW etwa 3,6 Gewichtsteile CPDA
d) 23,1 Gewichtsteile MoS2
23.1 Gewichtsteile ZnS 16,9 Gewichtsteile CaI 2 16.9 Gewichtsteile Graphit
20,0 Gewichtsteile festes Epoxidharz, [•:i;W etwa
e) 22,3 Gewichtstcilc MoS2
22.3 Gewichtstcile ZnS 16,3 Gewichtsteile CaF2 16.3 Gewichtstcile Graphit
19.0 Gewichtstcile festes Epoxidharz,
EEW etwa 3,8 Gewichtsteile Methylendianilin
f) 22,3 Gewichtsteile MoS2 22,3 Gewichtsteile ZnS 16.3 Gewichtsteile CaF2 16,3 Gewichtsteile Graphit 20.3 Gewichtsteile festes Epoxidharz,
EEW etwa 2.5 Gewichtsteile CPDA
g) 22.3 Gewichtsteile MoS2 22,3 Gewichtsteile ZnS 16,3 Gewichtsteile CaF2 16,3 Gewichtsteile Graphit
20.8 Gewichtsteile festes Epoxidharz,
EEW etwa 2.0 Gewichtsteile Methylendianilin
h) 23.1 Gewichtsteile MoS2
23.1 Gewichtsteile ZnS
16,9 Gewichtsteile CaF2
16,9 Gewichisteile Graphit
20,0 Gewichtsteile festes Epoxidharz,
EEW etwa 245 0 5 10 15 30
* Cyclopcntantctracarbonsäuredianhydrid
♦* Epoxyäquivalenlgewichl
In allen Fällen wurde ein Preßdruck von 35 kp/mm2 c —6,1 —5,4 —4,7 —3,9 —1,7
angewandt. Als dritte Komponente wurde wie in den vorhergehenden Beispielen thermisch degradiertes Polytetrafluoräthylenwachs in der handelsüblichen Sorte in Pulverform eingesetzt. Die folgende Tabelle zeigt die Maßänderung des Außendurchmessers der Formteile beim Aushärten in Promille in Abhängigkeit von dem PTFE-Gehalt der Preßmischungen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Mischung 0 Zusatz von PTFE (in %) 15
-3,9 5 10 -0,8
5 a -1,9 -2,3 -1,8 —
b -6,1 -1,3 +0,2 -3,9
C -2,9 -5,4 -4,7 —0,8
d —2,6 -2,3 -1,8 —
0
e		 -2,8 -U +0,3 —
f +2,5 -1,9 -1,3 —
g -4,4 +0,5 — —
5 h -3,5 -1,4

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung der Formkörper aus selbstschmierendem Gleitwerkstoff, die aus einem Gemisch aus
    I. 5 bis 20 Gewichtsprozent festen Teilchen einer Korngröße von weniger als 0,075 mm aus Polytetrafluorethylen mit einem Molekulargewicht von höchstens 150000 und/oder Tetrafluorethylen - Perf luorpropylen - Copolymer,
    40 bis 85 Gewichtsprozent aus einem oder mehreren anorganischen Feststoffen mit einer Korngröße von weniger als 0,075 mm,
    10 bis 55 Gewichtsprozent — bezogen auf das Gesamtgewicht der drei Bestandteile — eines pulverförmigen Epoxyharzes oder Epoxynovolaks
DE19722205268 1971-06-29 1972-02-04 Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus selbstschmierendem Gleitwerkstoff Expired DE2205268C3 (de)

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