DE2452329A1 - Polybutylene terephthalate mouldings of increased wear resistance - contg. discrete particles of polytetrafluorethylene - Google Patents
Polybutylene terephthalate mouldings of increased wear resistance - contg. discrete particles of polytetrafluorethyleneInfo
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Abstract
Description
Polybutylenterephthalat-Formmassen mit erhöhter Verschleißfestigkeit Die Erfindung betrifft neuartige thermoplastische Gleitwerkstoffe auf der Basis von Polybutylenterephthalat. Polybutylene terephthalate molding compounds with increased wear resistance The invention relates to novel thermoplastic sliding materials based on of polybutylene terephthalate.
Thermoplastisch verarbeitbare Polyester auf der Basis von Polybutylenterephthalat gewinnen zunehmend als Rohstoff zur T4erstellung von Spritzgußteilen an Bedeutung. Polybutylenterephthalat hat nämlich als Spritzgußmasse wesentliche Vorteile gegenlSber anderen thermoplastischen Polyestern, wie etwa dem PolyMthylenterephthalat. Insbesondere läßt sich Polybutylenterephthalat im Spritzguß wesentlich einfacher als Polyäthylenterephthalat verarbeiten: bereits bei niedrigen Formtemperaturen von etwa 30 bis 60°C kann Polybutylenterephthalat in rascher Zyklusfolge zu hochkristallinen und somit dimensionsstabilen Formteilen verarbeitet werden.Thermoplastically processable polyesters based on polybutylene terephthalate are increasingly gaining in importance as a raw material for T4 production of injection molded parts. This is because polybutylene terephthalate has significant advantages over this as an injection molding compound other thermoplastic polyesters such as polyethylene terephthalate. In particular polybutylene terephthalate can be injection molded much more easily than polyethylene terephthalate processing: Polybutylene terephthalate can be used even at low mold temperatures of around 30 to 60 ° C in rapid cycle sequence to highly crystalline and thus dimensionally stable molded parts are processed.
Infolge der großen Kristallisationsgeschwindigkeit auch bei niedrigen Temperaturen treten keine Schwierigkeiten bei der Entformung auf. Die Formstabilität von Polybutylenterephthalat-Spritzgußteilen ist zudem auch bei Temperaturen um und oberhalb der Glastemperatur des Polybutylenterephthalats sehr gut.Due to the high rate of crystallization, even at low Temperatures no difficulties arise during demolding. The dimensional stability of polybutylene terephthalate injection molded parts is also at temperatures around and very good above the glass transition temperature of polybutylene terephthalate.
Aus Polybutylenterephthalat hergestellte Spritzgußteile zeichnen sich weiter durch hervorragende mechanische Eigenschaften wie große Zähigkeit, Festigkeit und Steifigkeit sowie hohe Oberflächenhärte aus, wodurch sich Anwendungsmöglichkeiten auf den verschiedensten technischen Gebieten ergeben.Injection molded parts made from polybutylene terephthalate stand out further by excellent mechanical properties such as great toughness and strength and rigidity as well as high surface hardness, which opens up possible applications in various technical fields.
Nachteilig bei Polybutylenterephthalat war jedoch bisher seine nicht voll befriedigende Eignung als Gleitwerkstoff, d.h. zur Herstellung von Gleitelementen wie Quer- und Längs lage r, ZahnrBder, Dichtleisten, Kupplungselementen, Rollen u.a. Polybutylenterephthalat verschleißt nämlich beim Gleiten auf Stahl sehr stark 7udem zeigen diese Gleitelemente $"Stick-Slip"-Effekte, d.h. es treten bei der Anwendung in erheblichem Umfang quietschende und knarrende Geräusche durch hohe und stetig wechselnde Haft- und Gleitreibwerte auf, was zu einer erheblichen Belästigung fahrt und dem Einsatz solcher Glei t elemente entgegensteht.However, it has not been a disadvantage of polybutylene terephthalate up to now fully satisfactory suitability as a sliding material, i.e. for the production of sliding elements such as transverse and longitudinal bearings, gears, Sealing strips, coupling elements, Rollers, including polybutylene terephthalate, wears a lot when sliding on steel In addition, these sliding elements show "stick-slip" effects, i.e. they join the application to a considerable extent squeaking and creaking noises due to high and constantly changing static and sliding friction values, which is a considerable nuisance driving and the use of such sliding elements is an obstacle.
Aufgabe der Erfindung ist es, Formmassen auf der Basis von Polybutylenterephthalat zu schaffen, die eine erhöhte GleitverschleiR-festigkeit haben. Gleitwerkstoffe aus diesen Formmassen sollen kein geräuschverursachendes "Stick-Slip"-Verhalten zeigen. Die Formmassen sollen weiterhin in ihren verarbeitungstechnischen und mechanischen Eigenschaften dem nicht modifizierten Polybutylenterephthalat möglichst weitgehend entsprechen.The object of the invention is to provide molding compositions based on polybutylene terephthalate to create that have an increased resistance to sliding wear. Sliding materials No “stick-slip” behavior that causes noise should be made from these molding compounds demonstrate. The molding compositions should continue to be in terms of their processing technology and mechanical properties Properties of the unmodified polybutylene terephthalate as much as possible correspond.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit Formmassen auf der Basis von Polybutylenterephthalat, die 1 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmassen, Polytetrafluoräthylen enthalten, das in Form diskreter kleiner Teilchen mit einem mittleren Korndurchmesser von 150 - Sol um in dem Polybutylenterephthalat vorliegt.The object is achieved according to the invention with molding compositions on the basis of polybutylene terephthalate, the 1 to 25 weight percent based on the total weight The molding compounds contain polytetrafluoroethylene, which is in the form of discrete small particles with an average grain diameter of 150 sol .mu.m in the polybutylene terephthalate is present.
Es war überraschend, daß die Gleitreibungseigenschaften und insbesondere die Gleitverschleißfestigkeit des Polybutylenterephthalats durch die Kombination dieses Polyesters mit Polytetrafluoräthylen wesentlich verbessert werden. Das Gleitreibungsverhalten von Kunststoffen ist nämlich von vielen Bedingungen und Einflußgrößen abhängig, weshalb über die Gleiteigenschaften eines neuen Werkstoffes bzw. über die Wirksamkeit von Zusätzen, insbesondere auf die Verschleißfestigkeit> keine Voraussagen möglich sind Reibungs- und Verschleißphänomene sind sehr komplexe Vorgänge, zumal Verschleißrate und Reibungskoeffizient keine Konstanten sind.It was surprising that the sliding friction properties and in particular the sliding wear resistance of the polybutylene terephthalate by the combination this polyester can be significantly improved with polytetrafluoroethylene. The sliding friction behavior of plastics depends on many conditions and influencing factors, why about the sliding properties of a new material or about the effectiveness of additives, especially on the wear resistance> no predictions possible Friction and wear phenomena are very complex processes, especially since the rate of wear and coefficient of friction are not constants.
Sie hängen vielmehr von einer Reihe von Faktoren ab, wie etwa der Härte des Gleitlagerwerkstoffs, der Oberflächenbeschaffenheit des Gleitpartners, vo dem mittleren Flächendruck des Lagers, der Temder zurückgelegten Gleitstrecke, der Geschwindigkeit u.Rather, they depend on a number of factors, such as the Hardness of the plain bearing material, the surface properties of the sliding partner, from the mean surface pressure of the bearing, the sliding distance covered by Temder, the speed u.
Überraschend war, daß durch die erfindungsfem$;Ren Formmassen nicht nur die Gleitverschleißfestigkeit im Vergleich zu nicht modifiziertem Polybutylenterephthalat wesentlich verbessert wird, sondern daß diese Verschleißfestigkeit auch ilher einen großen Bereich unabhängig von der Rauhigkeit des Gleitpartners und im Bereich von Raumtemperatur bis über 1000C auch unabhängig von der Gebrauchstemperatur ist. Diese für die praktische Anwendung sehr wesentlichen Vorteile waren nicht vorhersehbar. Weiterhin war itherratschend, daß die Verschleißfestigkeit der erfindungsremEPen Formmassen nicht linear mit dem Gehalt an PolytetrafluorMfhvlen verbessert wird, sondern daß oberhalb einer gewissen Grenze ein Weft erreicht wird, der auch bei Zusatz noch größerer Mengen an polytetrafluoräthylen nur unwesentlich beeinflußt wird.It was surprising that the inventive molding compounds did not only the sliding wear resistance compared to unmodified polybutylene terephthalate is significantly improved, but that this wear resistance also one large area independent of the roughness of the sliding partner and in the area of Room temperature up to over 1000C is also independent of the usage temperature. These Benefits that were very important for practical application could not be foreseen. Furthermore, it was advisable that the wear resistance of the invention Molding compounds are not improved linearly with the polytetrafluorine content, but that above a certain limit a weft is reached that also at The addition of even larger amounts of polytetrafluoroethylene has only an insignificant effect will.
Der Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Formmassen ist Polybutylenterephthalat, das in der Formmasse zu 75 bis 99,0 Gewichtsprozent enthalten ist. Polybutylenterephthalat, ein Polyester aus Terephthalsäure und Butandiol-1,4, ist bekannt. Er wird beispie]sweise durch Umesterung und anschließende Polykondensation von Terephthalsäurealkylestern, die sich von Alkoholen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ableiten, vorzugsweise Dimethylterephthalat, mit Butandiol-1,4 hergestellt. Die erfindungsgemäßen Formmassen enthalten ein Polybutylenterephthalat, das eine relative Viskosität von 1,3 bis 1,8, vorzugsweise von 1,5 bis 1,7 aufweist. Die relative Viskosität wurde in 0,5-prozentiger Lösung bei einer Temperatur von 25 0C in einem Phenol/o-Dichlorbenzol-Gemisch im Gewichtsverhältnis 3 : 2 bestimmt.The main component of the molding compositions according to the invention is polybutylene terephthalate, which is contained in the molding compound to 75 to 99.0 percent by weight. Polybutylene terephthalate, a polyester made from terephthalic acid and 1,4-butanediol is known. He is, for example by transesterification and subsequent polycondensation of terephthalic acid alkyl esters, derived from alcohols with 1 to 8 carbon atoms, preferably dimethyl terephthalate, made with 1,4-butanediol. The molding compositions according to the invention contain a polybutylene terephthalate, which has a relative viscosity of 1.3 to 1.8, preferably 1.5 to 1.7. The relative viscosity was measured in 0.5 percent solution at a temperature of 25 ° C. in a phenol / o-dichlorobenzene mixture in a weight ratio of 3: 2.
Man kann auch ein Polybutylenterephthalat einsetzen, das in geringem Umfang mit anderen Dicarbonsäuren oder Alkoholen modifiziert ist. Als Modifizierungsmittel kommen beispielsweise aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Dicarbonsäuren in Frage, wie Adipinsäure, Azelainsäure, Dodecandisäure, Cyclohexandicarbonsäure oder Isophthalsäure. Als alkoholische Modifizierungskomponenten eignen sich besonders aliphatische und cycloaliphatische Glykole, z.B. Äthylenglykol, Propylenglykol, Hexamethylenglykol oder 1,4-Bis-hydroxy-methyl-cyclohexan. In einzelnen FFllen kann es auch zweckmäßig sein, geringe Mengen tri- und mehrfunktioneller Vernetzersubstanzen wie Trimethylolpropan oder Trimesinsäure in das Polybutylenterephthalat einzukondensieren Die Modifizierungsmittel werden in Mengen bis zu 20 Mol% eingesetzt e e erfindungsgemäßen Formmassen können noch weitere Zusätze, wie iers aekungsmlttel und Füllstoffe> z0 B0 Glasfasern, Glaskugeln, Asbest, Kreide und Kalk, sowie Farbstoffe, Antistatika, Pigmente Graphit, Molybdändisulfid, Stabilisatoren gegen thermische und thermooxidative Schädigung sowie Verarbeitungshilfsmitteln, die ein störungsfreies Extrudieren und Spritzgießen gewährleisten, in den üblichen Mengen enthalten Die erfindungsgemäßen Formmassen enthalten 1 bis 25, vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent Polytetrafluoräthylen Der mittlere Korndurchmesser des Polytetrafluoräthylens liegt zwischen 150 und 800 µm, vorzugsweise zwischen 200 und 5001um.You can also use a polybutylene terephthalate, which in a little Scope is modified with other dicarboxylic acids or alcohols. As a modifier For example, there are aliphatic, cycloaliphatic or aromatic dicarboxylic acids in question, such as adipic acid, azelaic acid, dodecanedioic acid, cyclohexanedicarboxylic acid or isophthalic acid. Alcoholic modification components are particularly suitable aliphatic and cycloaliphatic glycols, e.g. ethylene glycol, propylene glycol, Hexamethylene glycol or 1,4-bis-hydroxy-methyl-cyclohexane. In individual cases can it may also be useful to use small amounts of trifunctional and multifunctional crosslinking substances such as trimethylolpropane or trimesic acid to condense into the polybutylene terephthalate The modifying agents are used in amounts of up to 20 mol% according to the invention Molding compounds can contain other additives, such as aekungsmlttel and fillers> z0 B0 glass fibers, glass balls, asbestos, chalk and lime, as well as dyes, antistatic agents, Pigments graphite, molybdenum disulphide, stabilizers against thermal and thermo-oxidative Damage as well as processing aids that ensure trouble-free extrusion and Ensure injection molding, contained in the usual amounts The invention Molding compositions contain 1 to 25, preferably 10 to 20 percent by weight of polytetrafluoroethylene The mean grain diameter of polytetrafluoroethylene is between 150 and 800 µm, preferably between 200 and 5001 µm.
Die erfindungsgemäßen Formmassen aus Polybutylenterephthalat und Polytetrafluoräthylen werden durch intensives Mischen der Komponenten hergestellt T3i e Temperaturen, bei denen die Komponenten gemischt werden, liegen im allgemeinen oberhalb des Schmelzpunktes des Polybutylenterephthalats. Für die Herstellung der Mischungen eignen sich die in der Kunststofftechnik gebräuchlichen Vorrichtungen, wie Extruder und Kneter Vorzugsweise mischt man granulat förmi ges Polybutylenterephthalat zunächst trocken mit dem Polytetrafluoräthylen, bringt das noch inhomogene Gemisch in einen Extruder ein, in dem es aufgeschmolzen und homogenisiert wird Die homogene Mischung wird anschließend in ein Wasserbad ausgepreßt und.The molding compositions according to the invention made from polybutylene terephthalate and polytetrafluoroethylene are produced by intensive mixing of the components T3i e temperatures, in which the components are mixed are generally above the melting point of polybutylene terephthalate. For the preparation of the mixtures are suitable Devices commonly used in plastics technology, such as extruders and kneaders, preferably if you mix granular polybutylene terephthalate dry with the polytetrafluoroethylene, brings the still inhomogeneous mixture into an extruder, in which it is melted and is homogenized. The homogeneous mixture is then placed in a water bath squeezed and.
granuliert0 Die erfindungsgemäßen Formmassen werden zur Herstellung von Gleitwerkstoffen verwendet Unter Gleitwerkstoffen im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen beispielsweise Quer- und Längslager, Zahnräder, Kupplungselemente, Dichtleisten, Rollen, Nocken- und Steuerscheiben verstanden werden. Die aus den erfindungsgemäßen Formmassen hergestellten Gleitwerkstoffe zeichnen sich vor aller durch eine im Vergleich zu Gleitwerkstoffen, die aus nichtmodifiziertem Polybutylenterephthalat hergestellt werden, wesentlich höhere Gleitverschleißfestigkeit aus. Der Verschleiß ist zudem über einen großen Bereich weitgehend unabhängig von der Rauhigkeit des Gleitpartners und von der Gebrauchs temperatur. "Stick-Slip"-Verhalten tritt nicht auf. Gleitelemente aus den erfindungsgemREen Formmassen zeichnen sich weiterhin durch gute Notlaufeigenschaften, geringen Wartungsaufwand und damit hohe Betriebssicherheit aus.granulated0 The molding compositions according to the invention are used for production used by sliding materials Under sliding materials in the sense of the present Invention, for example, transverse and longitudinal bearings, Gears, Coupling elements, sealing strips, rollers, cam and control disks are understood. The sliding materials produced from the molding compositions according to the invention stand out in front of all by a compared to sliding materials that are made of non-modified Polybutylene terephthalate are produced, significantly higher sliding wear resistance the end. The wear is also largely independent of over a large area the roughness of the sliding partner and the usage temperature. "Stick-slip" behavior does not occur. Sliding elements made from the molding compositions according to the invention are distinguished furthermore through good emergency running properties, low maintenance requirements and thus high Operational safety.
Neben den guten Trockenlaufeigenschaften besteht ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gleitlagerwerkstoffe in ihrer guten Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit, besonders auch gegenlther herkömmlichen Schmierfetten, Ölen und organischen Lösungsmitteln.In addition to the good dry running properties, there is another advantage the plain bearing materials according to the invention in their good resistance to corrosion and chemicals, especially against conventional lubricating greases, oils and organic solvents.
Besonders geeignet sind die Werkstoffe auch zum Einsatz als Gleitelemente in Gegenwart von Feuchtigkeit und Wasser, da infolge der praktisch vernachlässigbar geringen Wasseraufnahme keine Quellung auftritt.The materials are also particularly suitable for use as sliding elements in the presence of moisture and water, as practically negligible as a result low water absorption, no swelling occurs.
Ein weiterer wesentlicher anwendungstechnischer Vorteil der erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffe sind die hervorragend mechanischen Eigenschaften und die problemlose Verarbeitbarkeit im Spritzguß.Another important application advantage of the invention Sliding materials are the excellent mechanical properties and the problem-free Processability in injection molding.
Diese Werkstoffe eignen sich somit ausgezeichnet zur Herstellung hochwertiger Gleitlager, von Stirn- und Schraubenrädern, Kupplungselementen, Dichtleisten, Lauf- und Seilrollen, WSlzlagerkEfigen u.a. Gleitelementen.These materials are therefore ideally suited for the production of high-quality products Plain bearings, of spur and helical gears, coupling elements, sealing strips, running and rope pulleys, winder bearing cages and other sliding elements.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.The invention is illustrated in more detail by means of the following examples.
Die in den Beispielen angegebene relative Viskosität des Polybutylenterephthalats wurde in 0,5-prozentiger Lösung bei 250 c in einem Phenol/o-Dichlorbenzol-Gemisch im Gewichtsverhältnis 7 : 2 bestimmt. In den Beispielen angegebene Teile sind Gewichtsteile.The relative viscosity of the polybutylene terephthalate given in the examples was in 0.5 percent solution at 250 c in a phenol / o-dichlorobenzene mixture determined in a weight ratio of 7: 2. Parts given in the examples are parts by weight.
Beispiele und Vergleichsversuch Granulatför;fli ges PolybutylenterephthalaZG einer relativen Vaslrositat von 1,638 wurde rrlit unterschiedlichen Mengen Polvtetrafluoräthylen einer mittleren Korngröße zwischen 250 und 350/um intensiv trocken gemischt, in einem Zweischneckenextruder bei 250 bis 260°C aufgeschmolzen und homogenisiert. Die Mischungen wurden in Form von 2,5 mm dicken Strängen in ein Wasserbad extrudiert und granuliert. Das Granulat wurde danach gut getrocknet und im Spritzguß unter optimalen Verarbeitungsbedingungen (Formtemperatur = 60°C) zu feinkristallinen Probekörpern verarbeitet, aus denen spanabhebend Stifte zur Messung des Gleit- und Verschleißverhaltens hergestellt wurden. Das Gleit- und VerschleiRverhalten wurde entsprechend den in der Zeitschrift "Kunststoffe", Band 59 (1969), Seiten 45 bis 50 angegebenen Prilfungsbedingungen ermittelt. Das Gleitverhalten wurde im Trockenlauf (technisch trocken) bestimmt. Gleitpartner der Stifte war eine Stahlscheibe.Examples and comparative experiment Granulatför; fli ges PolybutyleneterephthalaZG a relative Vaslrositat of 1.638 was rrl with different amounts of polytetrafluoroethylene a mean grain size between 250 and 350 / um intensively dry mixed, in melted in a twin-screw extruder at 250 to 260 ° C and homogenized. The mixtures were extruded into a water bath in the form of 2.5 mm thick strands and granulated. The granulate was then dried well and injection molded under optimal processing conditions (mold temperature = 60 ° C) to fine crystalline test specimens processed, from which cutting pins for measuring the sliding and wear behavior were manufactured. The sliding and wear behavior was determined according to the in the magazine "Kunststoffe", Volume 59 (1969), pages 45 to 50 specified test conditions determined. The sliding behavior was determined in a dry run (technically dry). The sliding partner of the pins was a steel disk.
Für die Versuche galten folgende Daten: Stahlscheibe aus 16 MnCr 5 tWerkstoff-Nr. 1.7131 nach DIN 17 007) durchschnittliche Rauhtiefe der Stahlgleitfläche: Rv 0,5/um Rockwellhärte der Stahlgleitfläche HRc = 52 bis 56 mittlerer Flächendruck p = 85 kp/cm2 Gleichgeschwindigkeit v = 0,5 m/sec Die Prüfungen wurden sowohl bei einer Gleitflächentemperatur 40°C als auch bei 100°C durchgeführt.The following data applied to the tests: Steel disk made of 16 MnCr 5 tMaterial no. 1.7131 according to DIN 17 007) average roughness depth of the steel sliding surface: Rv 0.5 / µm Rockwell hardness of the steel sliding surface HRc = 52 to 56 mean surface pressure p = 85 kp / cm2 constant speed v = 0.5 m / sec The tests were carried out at both carried out at a sliding surface temperature of 40 ° C and at 100 ° C.
In der nachfolgenden Tabelle ist die Zusammensetzung der Formmassen sowie die an Prüfkörpern aus den Formmassen bei den erschiedenen Gleitflächentemperaturen ermittelte Gleitverchleißrate und der Gleichreibungskoeffizient zusammengestellt.The table below shows the composition of the molding compositions as well as those on test specimens from the molding compounds at the various sliding surface temperatures Determined sliding wear rate and the coefficient of constant friction compiled.
@@gl@@@ sind die entsprechenden Werte des nicht modifi-@@@@@@utylentersphthalats
angegeben.
Tabelle
Claims (1)
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- 1974-11-05 DE DE19742452329 patent/DE2452329A1/en active Pending
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