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Formmasse in Granulatform und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung
bezieht sich auf Formmassen, bestehend aus einem Gemisch aus pulverförmigem Bindemittel
und pulverförmigen Füllstoffen, in granulierter Form, sowie auf ein Verfahren zur
Herstellung solcher Formmassen-Granulate.
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Es ist bekannt, organisch gebundene Formmassen vor dem Verpressen
zu granulieren. Kommerziell erhältliche sogenannte "typisierte Formmassen werden
in Granulat form geliefert. Bei einigen der bekannten Verfahren zur Herstellung
solcher granulierten Formmassen, bei denen Füllstoffe und Bindemittel unter Verwendung
von Bindemittellösung oder Bindemittelschmelzen vermischt werden, fällt die Mischung
in Granulatform an. Formmassen, die mit flüssigen oder hochviskosen oder elastomeren
Bindemitteln hergestellt werden, können ebenfalls als Granulat anfallen. Solche
Formmassen in Granulat form lassen sich gut transportieren, hervorragend dosieren,
und benötigen für die Lagerung und die Verarbeitung keine speziellen Einrichtungen.
Es sind daher viele Verarbeiter bestrebt, Formmassen in Granulatform einzusetzen,
und die Formmassen-Hersteller sind demzufolge daran interessiert, auch solche Formmassen,
die nach den Vermischen in Pulverform anfallen, nachträglich zu granulieren. Bekanntermassen
geschieht dies entweder dadurch, dass die Formmassen unter
Druck,
z.B. durch Verpressen oder Walzen, zu Granulaten geformt werden, oder dadurch, dass
man das Bindemittel mit einem Lösungsmittel anlöst und anschliessend die Masse unter
entsprechender Bewegung trocknet.
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Insbesondere bei Formmassen, die zu Reibmaterialien verarbeitet werden
sollen, hat man die Vorteile erkannt, die sich ergeben, wenn man gewisse Komponenten
einer Reibmaterialmischung in granulierter Form einsetzen kann. Derartige granulierte
Anteile einer Reibmaterialmischung sind unter der Bezeichnung "Vormischungen" bekannt.
Reibmaterialien, die solche Vormischungen enthalten, werden z.B. in der US-PS 3,434,998
und in der DOS 1 135 025 beschrieben.
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Die Herstellung von Reibmaterialien aus einer Formmasse, die eine
oder mehrere Vormischungen enthält, ist jedoch nur dann sinnvoll, wenn die Festigkeit
des Vormischungs-Granulats so gross ist, dass es den Mischvorgang und die weitere
Verarbeitung zu überstehen vermag und gegebenenfalls auch im fertigen Reibmaterial
noch als Granulat vorliegt. Es hat sich gezeigt, dass ein einfaches Vermischen einzelner
Bestandteile der Formmasse nur dann zu Granulaten führt, wenn das Bindemittel als
Elastomer, Flüssigharz oder Lösung vorliegt.
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Bei pulverförmigen Bindemitteln war man bisher zur Gewinnung von Granulaten
gezwungen, oberhalb der Schmelztemperatur des Bindemittels zu mischen oder mechanisch
durch Druckverformung zu granulieren. Beide Arbeitsweisen sind aufwendig und nicht
mit jedem Bindemittel durchzuführen. Insbesondere Phenolharze mit geringer B-Zeit,
schlechtem Fließverhalten und hohem Schmelzpunkt lassen sich in dieser Weise nicht
verarbeiten. Ein weiteres Verfahren, das Bindemittel mit dem Lösungsmittel anzulösen
und damit die Füllstoffpartikel zu verkleiden, hat den Nachteil, dass das Arbeiten
mit
den Lösungsmitteln aufgrund der Feuergefährlichkeit und der
Gesundheitsgefährdung aufwendig ist und zusätzliche und meist platzverbrauchende
Einrichtungen, wie Abzüge, geschützte Trockenöfen, Absaugeeinrichtungen erforderlich
werden, ganz abgesehen davon, dass durch Abblasen der Lösungsmittel oder deren Wiedergewinnung
infolge des dafür erforderlichen Aufwandes zusätzliche Kosten anfallen.
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Es ergibt sich daraus die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende
Aufgabe, Formmassen zu schaffen, die frei von den genannten Nachteilen sind und
sich ohne die Schwierigkeiten der vorstehend beschriebenen Art herstellen lassen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit Formmassen, bestehend aus einem Gemisch
aus pulverförmigem Bindemittel und pulverförmigen Füllstoffen, in granulierter Form,
die erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet sind, dass die trocken miteinander innig
vermengten Gemischbeandteilemit einer Alkalisilikatlösung granuliert sind.
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Die erfindungsgemässen Formmassen können mit beliebigen Arten von
Bindemitteln, insbesondere mit organischen Bindemitteln aufgebaut sein; es können
z.B. auch hochschmelzbare, schlecht lösliche Bindemittel enthalten sein, und ebenfalls
solche, die bisher nicht oder nur schlecht oder nur durch Zusatz anderer Polymeren,
die dann jedoch die Matrixeigenschaften verschlechbar terten, granulier waren.
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Ein vorteilhaftes Verfahren zur Gewinnung der .erfindungsgemässen
Formmassen, bei dem die pulverförmigen Bestandteile des Gemisches, das Bindemittel
und die Füllstoffe, trocken vermischt werden, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet,
dass nach der Gemischbildung unter Zugabe von wässeriger Alkalisilikatlösung, vorzugsweise
in einer Konzentration von
37/400 B&, bis zur Granulatbildung
weiter gemischt und danach die granulierte Formmasse getrocknet drd. Die Trocknung
nimmt man vorteilhaft im Luftstrom bei Temperaturen von 50 bis 85°C vor.
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Abgesehen davon, dass sich nach dem erfindungsgemässen Verfahren alle
Arten von Formmassen granulieren lassen, auch solche, die, wie zuvor angegeben,
hochschmelzbare, schlecht lösliche Bindemittel enthalten, kann beim erfindungsgemässen
Verfahren ohne Zusatz organischer Lösungsmittel granuliert werden, so dass die mit
der Verarbeitung von organischen Lösungsmitteln bekanntermassen verbundenen Nachteile
vermieden werden.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass erfindungsgemässe mit
Alkalisilikatlösungen gewonnene Granulate die gute Verpressbarkeit der Formmassen
in keiner Weise beeinträchtigen, was nicht vorhersehbar war, denn nach dem in der
Literatur beschriebenen Verhalten von Alkalisilikatlösungen musste angenommen werden,
dass damit vermischte und getrockuete Formmassen durch Koagulation des Alkalisilikates
verhärten bzw. brüchig werden und nicht mehr fliessfähig und verformbar sein würden.
Im Gegensatz dazu wurde gefunden, dass selbst nach fünf Monate langer Lagerung erfindungsgemässe
granulierte Formmassen noch einwandfrei verpressbar waren.
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Darüber hinaus sind die erfindungsgemässen Formmassen-Granulate hervorragend
dosierbar.
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Es hat sich ausserdem gezeigt, dass erfindungsgemässe Formmassen-Granulate
gegenüber nach bekannten Verfahren hergestellten Granulaten eine höhere Festigkeit
aufweisen. Dadurch überstehen sie besser als andere Granulate bei der Verarbeitung
der Formmassen angewandte Mischvorgänge, wie sie z.B. bei der Herstellung von Reibmaterial
durchlaufen werden.
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Man kann wahlweise so arbeiten, dass das erfindungsgemässe Formmassen-Granulat
in seiner ursprünglichen Form im fertigen Reibmaterial wiedergefunden wird, d.h.
die Formmasse als vollständig erhaltene oder teilweise erhaltene Granulate darin
vorhanden
sind; man kann jedoch auch die erfindungsgemässen Formmassen-Granulate zu homogenem
Reibmaterial verarbeiten, in dem dann die Granulate nicht mehr als solche erhalten
sind. Ferner ist es möglich, erfifdungsgemässes Formmassen-Granulat mit anderer
Formmasse kombiniert zu verarbeiten, z B. zu verpressen. Man hat dabei die Möglichkeit,
durch bestimmte Farbgebung der verschiedenen Formmassen strukturgemusterte fertig-verpresste
Produkte zu erhalten, z.B marmorierte Produkte zu gewinnen Ein weiterer wesentlicher
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Eigenschaften, insbesondere die thermo-mechanischen
Eigenschaften der nach dem erfindungsgemässen Verfahren granulierten Formmassen
sich gegenüber den Eigenschaften deren nigen Formmassen, die nicht nach dem erfindungsgemässen
Verfahren granuliert sind, verbessert haben. So weisen nach dem erfindungsgemässen
Verfahren granulierte Reibmaterialien eine höhere Thermostabilität auf, und damit
hergestellte Reibbeläge haben einen geringeren Verschleiß und ein geringeres Fading,
verglichen mit Reibbelägen, die aus aus unbehandelten Formmassen gewonnenen Reibmaterialien
oder aus nach bekannten Verfahren granulierten Formmassen gefertigt worden sind
Die Erfindung soll im folgenden anhand einiger Beispiele erläutert werden Diese
Beispiele dienen nur zur Illustration der Erfindung und sollen in keiner Weise die
Anwendungsart und das Anwendungsgebiet einschränken Vergleichsbeispiel 1 Es wurde
wie folgt eintReibmaterial hergestellt: 50 g Phenolharz-Novolak 140 g Asbest 55
g Kupfer 63 g Bariumsulfat 25 g Calcium-Aluminiumsilikat-10 5 GilallhB$
wurden
trocken vermischt. In die Mischapparaturwurden alsdann 100 ml Äthanol eingegeben,
und es wurde solange weiter gemischt, bis sich ein Granulat gebildet hatte, was
nach ca.
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5 Minuten der Fall war. Dieses Produkt wurde 1 Stunde lang bei 70°C
im Luftstrom getrocknet. Es lag ein Formmasse-Granulat vor, das ein Rohmaterial
für ein Reibmaterial darstellte und durch folgende Behandlung: 10 Minuten langes
Verpressen bei 180°C mit einem Druck von 400 kp/cm³ und 4-stündiges Nachhärten bei
200°C zu einem Reibbelag verarbeitet wurde Beispiel 1 Es wurde wie folgt ein Reibmaterial
hergestellt: Die gleichen Bestandteile wie im Vergleichsbeispiel 1 angegeben wurden
in den gleichen dort genannten Mengen trocken miteinander vermischt. In die Mischapparatur
wurde dann im Handel erhältliches Natronwasserglas (37/400 se) gegeben, und es wurde
solange weiter gemischt, bis sich ein Granulat gebildet hatte, was nach ca. 5 Minuten
der Fall ar. Dieses Produkt wurde 1 Stunde lanc bei 700C im Luftstrom getrocknet,
und es wurde ein lagerfähiges Formmassen-Granulat erhalten.
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Aus diesem Formmassen-Granulat wurde unter folgenden Be dingungen:
10 Minuten langes Verpressen bei 180°C mit einem Druck von 400 kp/cm2 und 4-stündiges
Nachhärten bei 200°C ein Reibbelag gefertigt.
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In der nachstehenden Tabelle I sind die Eigenschaften der gemäss Vergleichsbeispiel
1 einerseits und gemäss Beispiel 1 andererseits hergestellten Formmassen-Granulate
und der daraus gefertigten Reibbeläge gegenübergestellt.
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T a b e 1 1e 1 Vergleich der Eigenschaften Eigenschaften der hergestellt
nach hergestellt nach Formmassen-Granulate Vergleichsbeispiel 1 Beispiel sehr lockere
Teil- hartes, festes Beschaffenheit chen mit grossem Granulat ohne Anteil ungebunde-
einen Anteil ner Partikel ungebundener Teilchen Verhalten bei mechanischer Granulat
Granulat Belastung zerfällt bleibt (Weitermischen nach größtenteils stabil der Trocknung)
Eigenschaften der aus den !Formmassen-Granulatien gefertigten Reibbeläge Beschaffenheit
einwandfrei einwandfrei Reibtest 12 kp/cm 9 m/sec.
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450°C ) Reibwert in u 0,54 0,58 /u - Streubereich 0,30 - 0,57 0,52
- 0,63 Verschleiß 6,4 g 3,4 g
Die Angaben machen deutlich, dass
die erfindungsgemässen Formmassen-Granulate eine bessere Stabilität aufweisen und
die daraus gefertigten Reibbeläge einen mindestens gleich guten Reibungskoeffizienten
(Reibwert) haben, dessen Konstanz gegenüber den in bekannter Weise gefertigten Reibbelägen
stark verbessert ist und dessen Verschleißeigenschaften beinahe doppelt so gut sind.
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Beispiel 2 Zur Herstellung eines Reibmaterials wurden zu 300 g eines
Gemisches aus 50 g Phenolharz-Novolak 100 g Asbest 50 g Magnesiumoxid 100 g Graphit
100 g Bleisulfid 100 g Eisensulfid 100 g des erfindungsgemässen Formmasse-Granulats
gemäss Beispiel 1 gegeben und damit vermischt. Das entstandene Gemisch wurde bei
1000C 10 Minuten lang mit einem Druck von 400 kp/cm2 verpresst und anschliessend
4 Stunden bei 2000C gehärtet.
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Ein Schliff des gefertigten Formkörpers zeigte, dass das Granulat
während in Fertigung vollständig erhalten geblieben war.
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Ein derartiges Produkt zeigte ausgezeichnete Eigenschaften als Reibmaterial
für Scheibenbremsen.
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Beispiel 3 Zer Herstellung eines Reibmaterials wurden zu 200 g eines
Gemisches aus 50 g Phenol-Novolak 100 g Asbest 50 g Magnesiumoxid 100 g Graphit
100 g Bleisulfid 100 g Eisensulfid
100 g eines Granulates gemäss
Vergleichsbeispiel 1 zugemischt, und weiterhin wurden 100 g eines Granulates zugegeben,
das wie folgt hergestellt worden war: 80 g Phenol-Novolak 50 g Asbest 700 g Stahl
späne 50 g Graphit 50 g Calcium-Aluminiumsilikat wurden trocken gemischt und durch
Zusatz von 100 g Natronwasserglas (37/400 se) in einer Mischapparatur granuliert.
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Das erhaltene Granulat wurde 1 Stunde lang bei 700C im Luftstrom getrocknet
Das Gemisch dieser beiden Granulate und der pulverförmigen Grundformmasse wurde
anschliessend bei 1800C mit 400 kp/cm2 10 Minuten lang verpresst und danach 4 Stunden
lang bei 200°C gehärtet.
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Ein Schliff des so gewonnenen Formkörpers zeigte, dass die Granulate
während der Fertigung erhalten geblieben waren.
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Ein derartiges Materi-al zeigte als Reibmaterial für Scheibenbremsen
ausgezeichnete Eigenschaften.
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Beispiel 4 Zur Herstellung eines Formmasse-Granulates wurden 150 Gew.-Teile
Asbest 150 Gew.-Teile BaSO4 50 Gew.-Teile handelsüblicher Füllstoffverstärker (Handelsname
"Vulkadur A") 25 Gew.-Teile Zement trocken vermischt. In die Mischapparatur wurden
dann 125 Gew.-Teile handelsübliches Natronwasserglas (37/4-0° se) gegeben, und es
wurde solange weiter gemischt, bis sich ein Granulat gebildet hatte, was nach ca.
10 Minuten der Fall war. Dieses Produkt wurde 1/2 Stunde lang bei etwa 500C im Luftstrom
getrocknet, und es wurde ein lagerfhiges
Formmassen-Granulat erhalten.
Aus diesem FOrmmassen-Granulat liessen sich unter Benutzung üblicher Ausform-Techniken
beliebige Formkörper herstellen, die gute Festigkeitseigenschaften aufwiesen.
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Beispiel 5 Zur Herstellung von gefärbten bzw.strukturierten Formkörpern
wurde zunächst eine Grundmischung aus 150 Gew.-Teilen Asbest 150 Gew.-Teilen Kreide
50 Gew.-Teilen Handelsüblicher Füilstoffverstärker ( Handelsname "Vulkadur AN) 25
Gew.-Teilen Zement durch trockenes Mischen hergestellt, und dann wurde durch Zusatz
von 125 Gew.-Teilen Natronwasserglas (37/400 Be) in einer Mischapparatur granuliert.
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In einem zweiten Ansatz wurden 150 Gew.-Teile Asbest 100 Gew.-Teile
Kreide 50 Gew.-Teile Handelsüblicher Füllstoffverstärker ( Handelsname "Vulkadur
AN ) 25 Gew.-Teile Zement und 50 Gew.-Teile eines Farbpigments ( Cr2°3 grün oder
CdS - gelb oder Sb2S5 - orange oder Graphit - schwarz trocken gemischt und durch
Zusatz von 125 Gew.-Teilen Natronwasserglas (37/400 se) in der Mischapparatur granuliert.
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Die in beiden Ansätzen erhaltenen Granulate wurden 1 Stunde lang bei
70°C im Luftstrom getrocknet.
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Die Granulate hatten eine gute Lagerfähigkeit.
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Aus einem Gemisch dieser beiden Granulat-Arten wurden durch 10 Minuten
langes Verpressen mit 400 kp/cm2 bei l000C und danach mehrstündigem Nachhärten bei
etwa Zimmertemperatur plattenförmige Formkörper einer homogenen Struktur, die ein
marmorisiertes
Aussehen hatten; hergestellt. Diese Formkorper sind z.B. zur Herstellung von Fensterbänken
über Heizungen bruachbar.