DE2517845A1 - Selbstschmierendes thermostabiles material und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Selbstschmierendes thermostabiles material und verfahren zu seiner herstellung

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Description

Priorität vom 24. 4. 1974 UdSSR Nr. 2017551
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf polymere Antifriktionsmaterialien und Verfahren zu ihrer Herstellung, insbesondere auf ein selbstschmierendes thermostabiles Material und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Das Material kann in vielen Zweigen des Maschinenbaus (Flugzeugindustrie, Kraftfahrzeugindustrie, Industrie der Massenbedarfsartikel und der Haushaltstechnik usw.) für die Herstellung von Teilen der Reibungsbaugruppen verwendet werden, die die Betriebsfähigkeit der Maschinen und Mechanismen ohne Verwendung flüssiger oder plastischer Schmiermittel gewährleistet.
Es sind selbstschmierende Materialien bekannt, in denen man als Bindemittel Polycarbonat (SU-PS 292 487) oder Phenolphthalein-Phenolformaldehydharz (SU-PS 294 475) und als Antifriktionsfüllstoff Tetrafluoräthylen oder Molybdändisulfid verwendet. Es ist außerdem ein polymeres Antifriktionsmate-
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rial auf der Basis von Polyimidharz (SU-PS 379 592, US-PS 3 629 103) bekannt, welches ebenfalls Polyarylate oder aromatische Polyamide und einen Antifriktionsfüllstoff, Molybdändisulf id oder Graphit, enthält. Neben den genannten Komponenten kann das beschriebene Material Pulver von Metallen (Kupfer oder Silber) enthalten. Dieses Material erhält man durch Pressen bei Temperaturen von 390 bis 5000C und Drücken von 1000 bis 1200 kp/cm einer Mischung auf der Basis von polymeren: Bindemittel, Polyimid in Kombination mit Polyarylaten oder aromatischen Polyamiden, und Antifriktionsfüllstoff, Molyb- · dändisulfid oder Graphit, unter oder ohne Zugabe der Pulver von Metallen, wie Silber oder Kupfer.
Das Anwendungsgebiet der beschriebenen Antifriktionsmaterialien ist durch 2700C nicht übersteigende Temperaturen begrenzt. Einer der wesentlichen Nachteile dieser Materialien ist es, daß die polymeren Bindemittel, auf deren Basis sie geschaffen sind, durch eine komplizierte organische Synthese erhalten werden, was ihrer breiten Verwendung infolge hoher Rohstoffkosten im Wege steht.
Zweck der vorliegenden Erfindung war es, die genannten Nachteile zu vermeiden.
Die Aufgabe bestand darin, durch die Wahl der Komponenten der Mischung und die Wahl der Bedingungen für ihre Verarbeitung ein selbstschmierendes thermostabiles und verschleißfestes Material zu erhalten.
Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß das selbstschmierende thermostabile Material auf der Basis von polymerem Bindemittel, welches einen Antifriktionsfüllstoff enthält, erfindungsgemäß als polymeres Bindemittel 20 bis 90 Gew.-% Polybutadien mit einem Vernetzungsgrad von 30 bis 95% und als Antifriktionsfüllstoff 10 bis 80 Gew.-% Molybdändisulfid, Graphit oder Bornitrid oder aber ein Gemisch derselben enthält.
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Vorzugsweise enthält das selbstschmierende thermostabile Material erfindungsgemäß 30 bis 50 Gew.-% Polybutadien mit einem Vernetzungsgrad von 30 bis 95% und 50 bis 70 Gew.-^ Molybdändisulfid.
Das selbstschmierende thermostabile Material kann erfindungsgemäß 20 bis 40 Gew.-% Kupferpulver enthalten.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von selbstschmierendem thermostabilem Material durch Thermopressen einer Mischung auf der Basis von polymerem Bindemittel, die einen Antifriktionsfüllstoff enthält, vorgeschlagen, in welchem erfindungsgemäß eine Mischung, die als polymeres Bindemittel 20 bis 90 Gew.-% Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 20 bis 800 Tausend und als Antifriktionsfüllstoff 10 bis 80 Gew.-% Molybdändisulfid, Graphit oder Bornitrid oder Gemische derselben enthält, oder eine Mischung, welche als polymeres Bindemittel 20 bis 70 Gew.-% Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 20 bis 800 Tausendund als Antifriktionsfüllstoff 10 bis 60 Gew.-% Molybdändisulfid, Graphit oder Bornitrid oder eines Gemisches derselben enthält, bei einer Temperatur von 200 bis 3300C und einem Druc]
einer Pressung unterworfen wird.
von 200 bis 3300C und einem Druck von 1000 bis 7000 kp/cm2
Nachstehend wird eine ausführliche Beschreibung der Erfindung angeführt.
Das selbstschmierende thermostabile Material weist eine Thermostabilität bis zu einer Temperatur von 3500C auf, gewährleistet einen stabilen Wert der Reibungszahl und eine hohe Verschleißfestigkeit in einem Temperaturbereich von -150 bis +3500C an der Luft, im Medium von Inertgasen und im Hochvakuum. Das Material läßt sich leicht mechanisch bearbeiten, behält die Form und die Abmessungen während längerer Erhitzung bei verschiedenen Temperaturen (bis zu 35O0C) bei.
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Einer der wichtigen Vorteile dieses Antifriktionsmaterials gegenüber den bekannten ist es, daß man für seine Herstellung ein zugängliches und billiges Produkt, wie Polybutadien, verwendet, das in vielen Tonnen hergestellt wird.
Die Gesamtheit der oben genannten Eigenschaften des selbstschmierenden thermostabilen Materials wird einerseits durch die Zusammensetzung der Mischung, aus der es erhalten wird, und andererseits durch das Verfahren zu seiner Herstellung aus dieser Mischung gewährleistet.
Die hohe Thermostabilität, Härte und Verschleißfestigkeit des Materials gewährleistet durch die Verwendung als Bindemittel von Polybutadien, d&s einer Vernetzung ohne spezielle Vernetzungsmittel unterworfen wurde, wobei die entscheidende Rolle der Vernetzungsgrad des Polybutadiens spielt. So besitzt das Material bei einem Vernetzungsgrad von unterhalb 30% niedrige Härte, niedrige thermooxydative Stabilität und schlechte Verschleißfestigkeit. Andererseits führt eine Steigerung des Vernetzungsgrades" auf über 95% zur Bildung eines spröden Materials, welches die mechanische Bearbeitung nicht aushält.
Gute Antifriktionseigenschaften des Materials sind bedingt durch die Anwesenheit der Antifriktionskomponente, weshalb das Material bei einem Gehalt der Mischung an dieser Komponente von unterhalb 10Jo durch eine hohe (0,3 bis 0,5) Reibungszahl gekennzeichnet wird. Bei einem Gehalt der Mischung an Antifriktionskomponente von über 80% kann das Material wegen niedrigen Gehaltes der Mischung an Bindemittel nicht geformt werden.
Zur Verleihung einer höheren Wärmeleitfähigkeit kann der Mischung Kupferpulver in einer Menge von 20 bis 40% zugegeben werden.
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Die Herstellung des selbstschmierenden thermostabilen Materials besteht in folgendem.
Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 20 bis 800 Tausend (20 bis 90 Gew.-%) und Molybdändisulfid, Graphit oder Bornitrid oder ein Gemisch derselben bei beliebigem Verhältnis der genannten Komponenten im Gemisch (10 bis 80 Gew.-^) vermischt man auf Walzen bis zur Erzielung einer homogenen Mischung. Dann preßt man die genannte Mischung bei einem Druck von 1000 bis 7000 kp/cm und einer Temperatur von 200 bis 330°C. Während des Pressens kommt es zur Vernetzung des Polybutadiens durch die Öffnung der Doppelbindungen unter Bildung eines räumlichen Netzes, wodurch eine hohe Thermostabilität des Materials gewährleistet wird. Die kennzeichnende Besonderheit des Verfahrens ist die Herstellung des vernetzten Polybutadiens ohne Verwendung konventioneller Vernetzungsmittel. Die Dichte des Netzes oder der Vernetzungsgrad des Polybutadiens wird durch die Änderung der Bedingungen des Pressens der Mischung (Temperatur, Druck) geregelt, wobei eine Steigerung der Temperatur und des Druckes zu einer Erhöhung des Vernetzungsgrades führt, wodurch es möglich wird, das Material mit verschiedenen physikalisch-mechanischen Kennwerten zu erhalten. Jedoch erhält man bei Drücken über 7000 kp/cm und Temperaturen über 330°C ein sprödes Material, während bei der Anwendung eines Druckes von unterhalb 1000 kp/cm und.einer Temperatur von unterhalb 200 C das sich bildende Material niedrige Härte, ThermoStabilität und Verschleißfestigkeit aufweist.
Nachstehend werden Beispiele für die Herstellung des selbstschmierenden thermostabilen Materials und seine physikalischmechanischen Kennwerte angeführt.
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Beispiel 1
20 g Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 20.000 und 80 g Molybdändisulfid (Teilchengröße 1 bis 10 pm) vermischt man auf Mikrowalzen bis zur Erzielung einer homogenen Mischung. Dann wird die Mischung bei einem Druck von 7000 kp/cm und einer Temperatur von 33O0C während 30 min gepreßt.
Das erhaltene Antifriktionsmaterial weist folgende physikalisch-mechanische Kennwerte auf: Vernetzungsgrad von Polybutadien - 95%, Vickershärte - 45,6 kp/mm2, Schubmodul - 3,3x1O10 dyn/cm , linearer Verschleiß bei einem spezifischen Druck von
O —Q
1 kp/cm - 0,8 χ 10 , Reibungszahl - 0,04, maximale Arbeitstemperatur 35O°C, minimale Arbeitstemperatur -1500C
Beispiel 2
50 g Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 800.000 und 50 g Graphit vermischt man auf Mikrowalzen bis zur Erzielung einer homogenen Mischung, die dann bei einem Druck von 1000 kp/cm und einer Temperatur von 2800G während 1 h gepreßt wird.
Das erhaltene Antifriktionsmaterial weist folgende physikalischmechanische Kennwerte auf: Vernetzungsgrad von Polybutadien 30%, Schubmodul - 5,0 χ 10 dyn/cm , Reibungszahl im Vakuum von 2 χ 10~' Torr - 0,07, maximale Arbeitstemperatur 35O°C, · minimale Arbeitstemperatur -150°C.
Beispiel 3
90 g Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 219.000 und 10 g Bornitrid vermischt man auf Mikrowalzen bis zur Erzielung einer homogenen Mischung, die dann bei einem Druck von 5000 kp/cm und einer Temperatur von 2000C während 2 h gepreßt wird.
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Das erhaltene Antifriktionsmaterial weist folgende physikalisch-mechanische Kennwerte auf: Vernetzungsgrad von Polybu-
Q Ο
tadien - 65%, Schubmodul 8,0 χ 1Cr dyn/cm, Vickershärte -
22,0 kp/mm , Reibungszahl im Medium von Helium - 0,16, maximale Arbeitstemperatur 35O°C, minimale Arbeitstemperatur -1500C.
Beispiel 4
30 g Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 300.000, 15 g Graphit, 15 g Bornitrid und 40 g Kupferpulver vermischt
man auf Mikrowalzen und preßt bei einem Druck von 5000 kp/cm und einer Temperatur von 300°C während 1h.
Das erhaltene Antifriktionsmaterial weist folgende physikalisch-mechanische Kennwerte auf: Vernetzungsgrad von Polybutadien - 84^, Schubmodul - 4,1 χ 10 dyn/cm2, Vickers-
härte - 42,2 kp/mm , linearer Verschleiß bei einem spezifi-
o —10
sehen Druck von 1 kp/cm - 7,2 χ 10 , Reibungszahl - 0,1 maximale Arbeitstemperatur +3500C, minimale Arbeitstemperatur -1500C.
Beispiel 5
30 g Polybutadien mit einem MoIekulargewicht von 219.000, 50 g Molybdändisulfid und 20 g Kupferpulver vermischt man auf Mikrowalzen und preßt bei einem Druck von 3000 kp/cm und einer Temperatur von 250°C während 30 min.
Das erhaltene Antifriktionsmaterial weist folgende physikalisch-mechanische Kennwerte auf: Vernetzungsgrad von Polybutadien - 48%, Schubmodul - 5,6x 108 dyn/cm2, linearer Ver-
2 —Q
schleiß bei einem spezifischen Druck von 1 kp/cm - 3»7 x 10 , Reibungszahl - 0,07f maximale Arbeitstemperatur + 35O0C, minimale Arbeitstemperatur -150°C.
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Beispiel 6
20 g Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 300.000, 60 g Graphit und 20 g Kupferpulver vermischt man auf Mikrowalzen und preßt bei einem Druck von 7000 kp/cm und einer Temperatur von 2800C während 1h.
Das erhaltene Antifriktionsmaterial weist folgende physikalisch-mechanische Kennwerte auf: Vernetzungsgrad von Polybutadien - 90^, Schubmodul - 5,3 x 1010 dyn/cm2, Vickershärte -
46,4 kp/mm , Reibungszahl 0,06, maximale Arbeitstemperatur +35O0C, minimale Arbeitstemperatur -150°C.
Beispiel 7
70 g Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 80.000, 10 g Molybdändisulfid und 20 g Kupferpulver vermischt man auf Mikrowalzen und preßt bei einem Druck von 5000 kp/cm und einer Temperatur von 3300C während 30 min.
Das erhaltene Antifriktionsmaterial Weist folgende physikalisch-mechanische Kennwerte auf: Vernetzungsgrad von Polybutadien - 81%, Schubmodul - 1,3 x 10 dyn/cm , Vickershärte -
47,4 kp/mm , Reibungszahl - 0,12, maximale Arbeitstemperatur + 3500C, minimale Arbeitstemperatur -150°C.
Beispiel 8
30 g Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 219.000 und 70 g Molybdändisulfid vermischt man auf Mikrowalzen und preßt
bei einem Druck von 3000 kp/cm und einer Temperatur von 250°C während 30 min.
Das erhaltene thermostabile selbstschmierende Antifriktionsmaterial weist folgende physikalisch-mechanische Kennwerte auf: Vernetzungsgrad von Polybutadien - 48?S, Schubmodul -
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tr
5,6 χ 10 dyn/cm , linearer Verschleiß "bei einem spezifischen Druck von 1 kp/mm - 3,7 x 10 , Reibungszahl - 0,07, maximale Arbeitstemperatur + 35O0C, minimale Arbeitstemperatur -1500C.
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Claims (4)

Patentansprüche
1. Selbstschmierendes thermostabiles Material auf der Basis eines, polymeren Bindemittels mit einem Antifriktionsfüllstoff, dadurch gekennzeichnet, daß es als polymeres Bindemittel 20 bis 90 Gew.-% Polybutadien mit einem Vernetzungsgrad von 30 bis 95% und als Antifriktionsfüllstoff 10 bis 80 Gew.-% Molybdändisulfid, Graphit oder Bornitrid oder eines Gemisches derselben enthält.
2. Selbstschmierendes thermostabiles Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 30 bis 50 Gew. -% Polybutadien und 50 bis 70 .Gew.-# Molybdändisulf id enthält.
3. Selbstschmierendes thermostabiles Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auch Kupferpulver enthält und die folgende Zusammensetzung aufwe'ist; 20 bis 70 Gew.-# Polybutadien mit einem Vernetzungsgrad vpn 30 bis 95#, 10 bis 60 Gew.-% Molybdändisulf id, Graphit, Bornitrid oder ein Gemisch derselben, 20 bis 40 Gew.-# Kupferpulver.
4. Verfahren zur Herstellung von selbstschmierendem thermostabilem Material nach Anspruch 1 bis 3 durch Thermopressen
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einer Mischling auf der Basis eines polymeren Bindemittels mit einem Antifriktionsfüllstoff, dadurch ge-' kennzeichnet , daß eine Mischung, welche als polymeres Bindemittel 20 bis 90 Gew.-% Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 20.000 bis 800.000 und als Antifriktionsfüllstoff 10 bis 80 Gew.-# Molybdändisulfid, Graphit, Bornitrid oder eines Gemisches derselben enthält, oder eine Mischung, welche als polymere Bindemittel 20 bis 70 Gew.-% Polybutadien mit einem Molekulargewicht von 20.000 bis 800.000, als Antifriktionsfüllstoff 10 bis 60 Gew.-% Molybdändisulfid, Graphit, Bornitrid oder eines Gemisches derselben und 20 bis 40 Gew.-% Kupferpulver enthält, bei einer Temperatur von 200 bis 3300C und einem Druck von 1000 bis 7000 kp/cm2 gepreßt wird.
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