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Thermoplastisches Formmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung
[Zusatz zu P 24 03 715.8-433 Die Erfindung betrifft ein thermoplastisches Formmaterial
mit einem hohen Schmiermittelgehalt bzw. einer hohen Schmierfähigkeit nach P 24
03 715.8-43, das ein Grundharz und ein Schmieröl enthält. Die Erfindung betrifft
insbesondere ein Formmaterial, das sich für die Herstellung von Formkörpern mit
einer ausgezeichneten Schmierfähigkeit und ausgezeichneten Oberflächeneigenschaften
eignet. Sie betrifft speziell ein Formmaterial mit einer besonderen Struktur, bei
dem ein aus einem Polyäthylen mit hoher Dichte, einen Schmieröl und einem Mittel
zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften aus der Gruppe Graphit, Ruß und Molybdändisulfid
bestehendes integriertes Material innerhalb des Pulvers oder der Körnchen eines
spezifischen thermoplastischen Grundharzes dispergiert ist.
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Man hat bereits auf die verschiedenste Art und Weise versucht, einem
thermoplastischen Harz eine gute Schmierfähigkeit bzw. gute Schmiereigenschaften
zu verleihen durch Einarbeiten eines Schmieröls, es ist bisher jedoch nicht gelungen,
ein harzartiges Formmaterial herzustellen, das mit der sich drehenden Schnecke einer
Spritzguß- oder Strangpreßvorrichtung vom Schnecken-Typ gut transportiert werden
kann und außerdem einen Formkörper mit einem ausgezeichneten Schmiervermögen und
einem ausgezeichneten Oberflächenaussehen liefert.
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In der japanischen Patentpublikation Nr. 5 321/71 ist beispielsweise
ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Schmieröl einem Polyacetal- oder Polyamidharz
einverleibt wird. Da jedoch Polyacetal- und Polyamidharze gegenüber Schmierölen
nur eine geringe Affinität aufweisen, hat das dabei erhaltene Formmaterial den schwerwiegenden
Nachteil, daß das Schmieröl in beträchtlichem Ausmaße durch die Oberflächen ausgeschieden
wird und daß es durch die Schnecke einer Formvorrichtung vom Schnecken-Typ nicht
gut transportiert werden kann.
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Es gilt ganz allgemein, daß thermoplastische Harze eine geringe Affinität
gegenüber üblichen Schmierölen haben und deshalb konnte bisher kein zufriedenstellendes
Formmaterial aus einer Zweikomponenten-Zusammensetzung, bestehend aus einem thermoplastischen
Harz und einem Schmieröl, erhalten werden.
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zu überwinden Man hat daher versucht, diese Schwierigkeiten/durch
Einarbeiten einer dritten Komponente (eines Öl zurückhaltenden bzw. Öl blindenden
Mittels), die dabei erhaltenen Formmaterialien haben sich Jedoch in der Praxis ebenfalls
als nicht erfolgreich erwiesen. So ist beispielsweise in der japanischen Patentpublikation
Nr. 37 571/73 eine Formmasse beschrieben, die aus einen thermoplastischen Harz besteht,
in das jit einen Schmieröl jiprägnierter Graphit eingearbeitet worden ist. In der
US-Patentschrift 3 779 918 ist eine Formmasse beschrieben,
die aus
einem plastischen Grundmaterial besteht, in das ein ein Schmiermittel adsorbierender
Träger eingearbeitet ist, der ein adsorbiertes Schmieröl enthält, wobei der Träger
eine spezifische Oberflächengröße von 0,01 m2/g oder mehr und einen Schmelzpunkt
oder eine Schmelzviskosität aufweist, der (die) höher ist als derjenige (diejenige)
des plastischen Grundmaterials. Da in beiden genannten Formmassen von der Oberflächenadsorption
Gebrauch gemacht wird, sind sie durch die Schnecke einer Bormvorrichtung vom Schnecken-Typ
etwas besser transportierbar, sofern die Menge des Schmieröls diejenige des das
Öl suruckhaltenden (bindenden) Mittels nicht übersteigt, wie in der japanischen
Patentpublikation Nr. 37 571/73 angegeben, während dann, wenn mehr Schmieröl zugegeben
wird, um die Schmierfähigkeit bzw. das Schmiervermögen zu verbessern, die Wirksamkeit
des das Öl zurückhaltenden bzw. bindenden Mittels abnimmt und die Formmasse für
die Verformung nicht mehr geeignet ist.
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In der japanischen Patentanmeldung NrO 55 677/71 und der japanischen
Offenlegungsschrift Nr. 22 133/73 ist bereits eine Formmasse vorgeschlagen worden,
in der als Öl zurückhaltendes bzw. bindendes Mittel ein Äthylen/Vinylacetat-Mischpolymerisat
verwendet wird. Diesem Vorschlag liegt der Gedanke zugrunde, die Eigenschaft des
Mischpolymerisats, ein Kohlenwasserstofföl zu absorbieren, auszunutzen. Durch Verwendung
dieses Mischpolymerisats ist es zwar möglich, im Vergleich zu der Formmasse, in
der ein Öl zurückhaltendes bzw. bindendes Mittel unter Ausnutzung ihrer Oberflächenadsorption
verwendet wird, mehr Schmieröl zuzusetzen, ohne dadurch die anderen Eigenschaften
wesentlich zu verändern, die daraus hergestellten Forikörper haben jedoch den Nachteil,
daß sie bei ihrer Verwendung das absorbierte Schmieröl in nicht ausreichender Menge
wieder abgeben (freisetzen), da das Äthylen/Vinylacetat-Mischpolymerisat gegenüber
Kohlenwasserstoffölen eine starke Affinität aufweist und diese selbst bei Raumtemperatur
in beträchtlichen Mengen absorbiert. Wenn nun in das Mischpolymerisat eine größere
Menge Schmieröl eingearbeitet
wird, um diesen Nachteil zu beseitigen,
kann die dabei erhaltene Formmasse durch die Schnecke einer Formvorrichtung weniger
gut transportiert werden. Diese Formmasse hat darüber hinaus noch den weiteren Nachteil,
daß dann, wenn als Grundharz ein thermoplastisches Harz mit einer geringen Affinität
gegenüber einem Schmieröl, wie z.B. ein Polyacetal-, Polyamid- oder Polyesterharz
verwendet wird, der durch Spritzguß aus einer solchen Formmasse hergestellte Formkörper
häufig eine schichtenförmige Ablösung der Oberflächenschicht zeigt.
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Bei der weiteren Untersuchung von Öl zurückhaltenden bzw.
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bindenden Mitteln wurde gefunden, daß ein Formmaterial mit einer ausgezeichneten
Schmierfähigkeit, das durch die Schnecke einer Formvorrichtung vom Schnecken-Typ
ausgezeichnet transportiert werden kann, dadurch erhalten werden kann, daß man eines
der in der US-Patentschrift 3 779 918 angegebenen Öl zurückhaltenden bzw. bindenden
Mittel, nämlich ein Polyäthylen mit einer hohen Dichte, verwendet, wobei man nicht
von seinem Oberflächenadsorptionsvermögen, sondern von seinem Absorptionsvermögen
bei hohen Temperaturen gegenüber Ölen, wie z.B. Kohlenwasserstoffölen und Esterölen,
Gebrauch macht.
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Da Polyäthylen mit einer hohen Dichte bei gewöhnlicher Temperatur
Schmieröle nicht absorbiert, wurde in der US-Patentschrift 3 779 918 angenommen,
daß es ein Ölrückhaltervermögen (ölbindevermögen) aufweist, das mit demjenigen anderer
Öl zurückhaltender bzw. bindender Mittel vegleichbar ist.
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Überraschenderweise wurde nun aber gefunden, daß bei erhöhten Temperaturen
Polyäthylen mit hoher Dichte dem Äthylen/Vinylacetat-Mischpolymerisat in bezug auf
sein ölabsorptionsvermögen überlegen ist. Durch Verwendung eines Polyäthylens mit
einer hohen Dichte, das bei erhöhter Temperatur ein Schmieröl absorbiert hatte,
war es dann möglich, ein Formmaterial herzustellen, das eine große Menge Schmieröl
enthielt und dennoch durch die Schnecke einer Formvorrichtung vom Schnecken-Typ
ausgezeichnet transportiert werden konnte. Dieses Formmaterial
hat
sich jedoch in der Praxis als noch nicht befriedigend erwiesen, weil es den Nachteil
hat, daß sich bei einem durch Spritzguß daraus hergestellten Formkörper die Oberflächenschicht
ablöst.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Formmaterial anzugeben,
das eine ausgezeichnete Schmierfähigkeit aufweist, durch die Schnecke einer Formvorrichtung
vom Schnecken-Typ perfekt transportiert werden kann und keine Ablösung zeigt, wenn
ein Formkörper durch Spritzguß daraus hergestellt wird. Ziel der Erfindung ist es
ferner, ein Formmaterial anzugeben, das ein thermoplastisches Harz enthält, dessen
ursprünglich geringe Affinität gegenüber einem Schmieröl verbessert ist. Ziel der
Erfindung ist es außerdem, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Formmaterials
anzugeben.
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Auf der Suche nach einem F Formmaterial, das nicht nur die ausgezeichnete
Schmierfähigkeit und die ausgezeichnete Transportierbarkeit durch die Schnecke einer
Formvorrichtung vom Schnecken-Typ des oben beschriebenen Materials aufweist, sondern
auch frei von dem Nachteil der Oberflächenablösung ist, wenn es zu einem Formkörper
spritzverformt wird, wurde nun gefunden, daß ein solches Formmaterial, aus dem ein
Formkörper hergestellt werden kann, der den vorstehend angegebenen Nachteil der
Oberflächenablösung nicht aufweist, dadurch erhalten werden kann, daß man,vorzugsweise
unter Erhitzen, in eine Formmasse aus drei Komponenten, namlich einem Grundharz,
einem Polyäthylen mit hoher Dichte und einem Schmieröl, eine spezifische vierte
Komponente (ein Oberflächenverbesserungsmittel) einmischt unter Bildung einer pulverförmigen
oder körnigen Mischung, in welcher die Komponenten mit Ausnahme des Grundharzes
eine spezifische Struktur bilden, die in dem Grundharz gleichmäßig dispergiert ist.
Eine solche Formmasse ist der weiter oben angegebenen Formmasse aus drei Komponenten
insofern überlegen, als daraus ein Formkörper
mit einer verbesserten
Schmierfähigkeit hergestellt werden kann und sie mittels der Schnecke einer Formvorrichtung
vom Schnecken-Typ perfekt transportiert werden kann.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung hervor, Die Erfindung geht von einem thermoplastischen Formmaterial
mit einem hohen Schmiermittelgehalt bzw. einer guten Schmierfähigkeit gemäß P 24
03 715.8, die ein Grundharz und ein Schmieröl enthält, aus und ist dadurch gekennzeichnet,
daß es besteht a) zu 95,5 bis 50 Gew.-% aus einem pulverförmigen oder körnigen Grundharz,
b) zu 0,5 bis 10 Gew.-% aus einem Polyäthylen mit hoher Dichte, c) zu 2 bis 20 Gew.-%
aus einem Schmieröl und d) zu 2 bis 20 Gew.-% aus mindestens einem Oberflächenverbesserungsmittel
aus der Gruppe Graphit, Ruß und Molybdändisulfid, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen
dem Schmieröl (c) und dem Polyäthylen mit hoher Dichte (b) innerhalb des Bereiches
von 1:1 bis 20:1 liegt und die Komponenten (b), (c) und (d) eine einheitliche (integrierte)
Struktur bilden, die innerhalb des Pulvers oder der Körnchen des Grundharzes (a)
dispergiert ist.
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Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Grundharz" ist ein thermoplastisches
Harz mit einer geringen Affinität gegenüber einem Schmieröl zu verstehen. Es kann
genauer definiert werden als ein thermoplastisches Harz, das im Vergleich zu dem
Polyäthylen mit hoher Dichte nur halb so viel oder weniger, vorzugsweise
nur
ein Viertel oder weniger, insbesondere ein Zehntel oder weniger Schmieröl absorbiert,
bestimmt an einer Testprobe mit einem Gewicht von etwa 1 g und einer Dicke von etwa
1 mm, die 5 Stunden lang bei der Verformungstemperatur des Harzes in das Schmieröl
eingetaucht wird. Zu Beispielen für bevorzugte Grundharze gehören Polyacetalharze,
wie ein Oxymethylenhomopolymerisat oder ein Mischpolymerisat mit einem cyclischen
Äther, der hauptsächlich aus Oxymethylengruppen besteht, Polyamidharze, wie Nylon
6, Nylon 66, Nylon 610, Nylon 612, Nylon 11 und Nylon 12, sowie Polyesterharze,
wie Polyäthylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, ein 1,4-Cyclohexylendimethylenterephthalat/Isophthalat-Mischpolymerisat
und Polyäthylen-1,2-diphenoxyäthan-4,4'-dicarboxylat. Diese thermoplastischen Harze
werden in pulveriger oder körniger Form verwendet.
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Die Menge des verwendeten Grundharzes beträgt 95,5 bis 50, vorzugsweise
93 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Formmaterial.
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Wenn die Menge des Grundharzes 95,5 Gew.-% übersteigt, werden die
perfekte Transportierbarkeit des Formmaterials durch die Schnecke einer Formvorrichtung
vom Schnecken-Typ oder die Schmierfähigkeit oder das Oberflächenaussehen des daraus
hergestellten Formkörpers in Abhängigkeit von den Magneverhältnissen der anderen
drei Komponenten beeinträchtigt, während dann, wenn die Menge unterhalb 50 Gew.-%
liegt, die charakteristischen Eigenschaften des Grundharzes beeinträchtigt werden
und es schwierig wird, das gewünschte pulverförmige oder körnige Formmaterial herzustellen.
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Wenn das Polyäthylen mit hoher Dichte ebenfalls in pulvriger oder
körniger Form verwendet wird, beträgt die bevorzugte Teilchengröße 1,651 mm (10
Tyler mesh) oder weniger. Die Menge des einzuarbeitenden Polyäthylens mit hoher
Dichte beträgt 0,5 bis 10, vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-%. Wenn die Menge unterhalb
0,5 Gew.-% liegt, wird die perfekte Transportierbarkeit des Formmaterials durch
die Schnecke beeinträchtigt
und darüber hinaus wird die Bildung
der speziellen Struktur erschwert, die für das erfindungsgemäße Formmaterial charakteristisch
ist, während dann, wenn die Menge 10 Gew.-% übersteigt, die Steifheit oder die Abriebsbeständigkeit
(Verschleißfestigkeit) des Formkörpers abnehmen.
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Das erfindungsgemäß zu verwendende Schmieröl ist von der Art, daß
es von dem Polyäthylen mit hoher Dichte an dem Schmelzpunkt desselben oder bei höheren
Temperaturen absorbiert werden kann. Bevorzugte Schmieröle sind Paraffinöle, Naphthenöle,
aromatische und andere Kohlenwasserstofföle und Esteröle, wie Alkylester-, Phthalatester-
und Phosphatesteröle. Die Menge, in der es zugegeben wird, beträgt 2 bis 20, vorzugsweise
5 bis 15 Gew.-%. Wenn die Menge unterhalb 2 Gew.-% liegt, ist der Effekt des Schmieröls
auf die Schmierfähigkeit des Formkörpers nahezu Null, während dann, wenn die Menge
20 Gew.-% übersteigt, die Steifheit des Formkörpers deutlich abnimmt.
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Bei dem einzuarbeitenden Oberflächenverbesserungsmittel handelt es
sich um mindestens einen Vertreter aus der Gruppe Graphit, Ruß und Molybdändisulfid0
Die Menge, in der es verwendet wird, beträgt 2 bis 20 Gew.-% und vorzugsweise das
bis 3-fache der Gesamtmenge an Polyäthylen mit hoher Dichte und Schmieröl.
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Wenn die Menge unterhalb 2 Gew.-% liegt, ist der Kontrolleffekt (Steuerungseffekt)
des Mittels auf die Oberflächenablösung sehr gering, während dann, wenn die Menge
20 Gew.-% übersteigt, die Festigkeit und Schlagbeständigkeit des Formkörpers verringert
werden.
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Das Gewichtsverhältnis zwischen dem Schmieröl und dem Polyäthylen
mit hoher Dichte liegt innerhalb des Bereiches von 1:1 bis 20:1, vorzugsweise von
2:1 bis 15:1, insbesondere von 3:1 bis 10:1. Wenn das Verhältnis unterhalb 1:1 liegt,
ist die Schmierfähigkeit gering, während dann, wenn das Verhältnis 20:1 übersteigt,
die perfekte Transportierbarkeit
des Materials durch die Schnecke
der Formvorrichtung vom Schnecken-Typ beeinträchtigt wird.
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Die charakteristischen Merkmale des erfindungsgemäßen Formmaterials
sind die physikalische Struktur der oben genannten Komponenten und das Mischungsverhältnis
zwischen den Komponenten. In dem erfindungsgemäßen Formmaterial müssen das Polyäthylen
mit hoher Dichte (b), das Schmieröl (c) und das Oberflächenverbesserungsmittel (d)
eine integrierte (einheitliche) Struktur bilden, die innerhalb des Pulvers oder
der Körnchen des Grundharzes dispergiert (verteilt) ist.
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Im einzelnen ist das Oberflächenverbesserungsmittel in einer Matrix
aus dem Polyäthylen mit hoher Dichte dispergiert, welches das Schmieröl absorbiert
hat, unter Bildung einer einheitlichen (integrierten) Struktur, die innerhalb des
Pulvers oder der Teilchen des Grundharzes dispergiert ist.
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Der hier erwähnte Zustand "dispergiert" umfaßt den Zustand, bei dem
die Materialien mit der integrierten Struktur an dem Pulver oder den Teilchen des
Grundharzes haften oder diese bedeken. Nur durch eine solche Struktur des erfindungsgemäßen
Formmaterials kann die Oberflächenablösung bei dem daraus hergestellten Formkörper
vermieden werden. Wenn das Grundharz sehr feine Harzteilchen enthält, kann ein Teil
dieser Teilchen zusammen mit dem Oberflächenverbesserungsmittel in der integrierten
Stuktur eingeschlossen sein, was keine praktischen Störungen verursacht. Die Oberflächenablösung
kann durch Verwendung solcher Formmaterialien, welche die gleichen Komponenten wie
erfindungsgemäß enthalten, die jedoch durch einfaches Mischen der Komponenten unter
Bildung einer gleichmäßigen Mischung oder durch Zugabe eines Oberflächenverbesserungsmittels
und einer Mischung aus einem Polyäthylen mit hohe Dichte und einem Schmieröl zu
einem Polyacetalharz hergestellt werden, wie in der US-Patentschrift 3 779 918 beschrieben,
oder die nach einem Verfahren hergestellt werden, bei dem ein Grundharz in Mischung
mit einem Oberflächenverbesserungsmittel verwendet wird, nicht in ausreichendem
Maße eliminiert werden.
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Der Grund dafür ist der, daß die Strukturen solcher Formmaterialien
von derjenigen des erfindungsgemäßen Formmaterials verschieden sind, auch wenn die
Zusammensetzung die gleiche ist.
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Der Unterschied in bezug auf die physikalische Struktur zwischen dem
erfindungsgemäßen Formmaterial und den konventionellen Formmaterialien geht aus
der folgenden Erläuterung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor,
In den Fig. 1 bis 4 sind verschiedene Formmaterialien nach der Extraktion mit Aceton
durch einfaches Kontaktieren-Dekantieren und durch fünfmal wiederholtes Kontaktieren-Dekantieren
dargestellt. Die Fig. 5 bis 8 zeigen Mikrophotographien (in 80-facher Vergrößerung)
von Formmaterialien, die einer fünfmal wiederholten Kontaktierung-Dekantierung unterworfen
worden sind. Die Fig. 5 zeigt eine Mikrophotographie des erfindungsgemäßen Formmaterials
(Beispiel 1), während die Fig. 6 bis 8 Mikrophotographien von Formmaterialien zeigen,
die außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen (Vgl.-Beispiele 1-1,
1-2 und 1-3).
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In der Fig. 5 stellen die durchsichtigen (durchscheinenden) Teile
das als Grundharz verwendete Polyacetalharz dar und die dunklen Teile stellen die
integrierte Struktur aus Graphit und Polyäthylen mit hoher Dichte (aus dem das Schmieröl
durch Extraktion entfernt worden ist) dar. Diese Mikrophotographie zeigt eindeutig,
daß die integrierte Struktur aus Graphit und Polyäthylen mit hoher Dichte (und dem
Schmieröl) innerhalb der Teilchen des Grundharzes dispergiert ist. Dagegen ist in
den Figuren 6 bis 8 keine innerhalb der Teilchen des Grundharzes dispergierte integrierte
Struktur erkennbar.
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Das erfindungsgemäße Formmaterial kann erforderlichenfalls verschiedene
Zusätze, wie z.B. Stabilisatoren, Antistatikmittel, Ultraviolettabsorber, flammverzögernd
machende Mittel,
Verstärkungsmittel, wie Glasfasern und Kohlefasern,
sowie Füllstoffe, wie Calciumcarbonat und Siliciumdioxid, enthalten.
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Diese Zusätze können entweder vorher in dem Grundharz dispergiert
oder dem Formmaterial während oder nach seiner Herstellung zugesetzt werden.
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Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Formmaterials braucht keine
spezielle Vorrichtung verwendet zu werden, sondern es wird vorzugsweise ein üblicher
Hochgeschwindigkeitsmischer verwendet. Das erfindungsgemäße Formmaterial der speziellen
Struktur kann in einer einzigen Stufe hergestellt werden, indem man die Komponenten
alle gemeinsam in den Hochgeschwindigkeitsmischer einführt und die Komponenten bei
einer Temperatur miteinander mischt, die ausreichend hoch ist, um die Absorption
des Schmieröls durch das Polyäthylen mit hoher Dichte zu bewirken, die jedoch die
Verformungstemperatur des Grundharzes nicht übersteigt. Die Reihenfolge der Zugabe
jeder Komponente kann beliebig sein, wobei jedoch das Grundharz vor dem gemeinsamen
Vermischen mit den anderen Komponenten nicht eine oder mehrere der anderen Komponenten
enthalten sollte. Die Komponenten (b), (c) und (d) können in irgendeiner beliebigen
Form vorliegen, so lange sie nicht vorher in das Grundharz eingearbeitet werden.
Nachdem alle Komponenten in den Mischer eingeführt worden sind, sollte das Erhitzen
und Mischen durchgeführt werden. Die Mischtemperatur sollte ausreichend hoch sein,
um die Absorption des Schmieröls durch das Polyäthylen mit hoher Dichte zu bewirken,
sie darf jedoch die Verformungstemperatur des Grundharzes nicht übersteigen, wobei
eine bevorzugte Temperatur innerhalb des Bereiches von 100 bis 150°C liegt. Das
Erhitzen der Komponenten kann entweder von außen oder von innen durch autogene Entwicklung
von Wärme bewirkt werden.
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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert,
ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
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Beispiel 1 und Vergleichsbeispiele 1-1, 1-2 und 1-3 85 Gew.-% . des
pulverförmigen Polyacetalharzes Nr. 1 (Teilchengröße etwa 0,58 mm (30 mesh)), 5
Gew.-% des pulverförmigen Polyäthylens NrO 1 mit hoher Dichte (Teilchengröße etwa
0,25 mm (60 mesh)), 5 Gew.-% eines Naphthenöls und 5 Gew.-% Graphit wurden bis zu
einer Gesamtmenge von 5 kg eingewogen. Alle Komponenten wurden in einen 20 1-Henschel-Mischer
eingeführt und bei einer Temperatur von 100 bis 130°C etwa 10 Minuten lang gründlich
miteinander gemischt, wobei ein pulverförmiges Formmaterial Nr. 1 (Beispiel 1) erhalten
wurde, das freifließend war und nicht durch des Öl klebte.
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Ein pulverförmiges Bormmaterial Nr. 2 (Vergleichsbeispiel 1-1) der
gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 wurde hergestellt durch Mischen von Polyäthylen
Nr. 1 mit hoher Dichte mit Naphthenöl bei Raumtemperatur, Einführen der dabei erhaltenen
Mischung zusammen mit dem pulverförmigen Polyacetalharz Nr. 1 und Graphit in den
Henschel-Mischer und etwa 10-minütiges Mischen bei Raumtemperatur.
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Ein pulverförmiges Formmaterial Nr. 3 (Vergleichsbeispiel 1-2) wurde
hergestellt durch Mahlen des Polyacetalharzes Nr. 1, in welches Graphit (bis zu
einem Graphitgehalt von 5,56 Gew.-%) eingearbeitet worden war, Mischen des dabei
erhaltenen Pulvers mit dem Polyäthylen Nr. 1 mit hoher Dichte und Naphthenöl unter
Bildung eines Mischung der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 und weiteres
Mischen der dabei erhaltenen Mischung in dem Henschel-Mischer unter den gleichen
Bedingungen wie in Beispiel 1.
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Ein pulverförmiges Formmaterial Nr. 4 (Vergleichsbeispiel 1-3) wurde
hergestellt durch Einführen einer Mischung aus den vier Komponenten in den gleichen
Mischungsverhältnissen wie in Beispiel 1 in den Henschel-Mischer und 10-minütiges
Mischen
bei Raumtemperatur.
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In den Fig. 1 bis 4 der beiliegenden Zeichnungen sind diese vier Formmaterialien
nach Durchführung einer Acetonextraktion (um die Struktur klar zu machen, das Polyäthylen
mit hoher Dichte hatte sich mit Ausnahme des Formmaterials Nr. 3 verfärbt) dargestellt.
In den Fig. 1 bis 4 handelt es sich bei den links und rechts dargestellten Formmaterialien
um solche nach einmaliger bzw. fünfmaliger Durchführung der Kontakt-Dekantierungs-Extraktion.
Daraus ist zu ersehen, daß nur das Schmieröl aus den Formmaterialien Nr. 1 und Nr.
3 extrahiert wurde, während nahezu der gesamte Graphit zusammen mit dem Schmieröl
aus den Formmaterialien Nr. 2 und Nr. 4 entfernt wurde.
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Die Fig. 5 bis 8 der beiliegenden Zeichnungen zeigen Mikrophotographien
(in 80-facher Vergrößerung) der Formmaterialien Nr. 1 bis Nr. 4 nach 5-maliger Extraktion
mit Aceton nach dem Kontakt-Dekantierungs-Verfahren. Wie aus den Figuren 5 bis 8
hervorgeht, zeigt das erfindungsgemäße Formmaterial (Fig. 5), daß die integrierte
Struktur von Graphit und Polyäthylen mit hoher Dichte (dunkle Teile) zwischen den
Teilchen des Grundharzes (durchscheinende Teile) dispergiert ist, während die außerhalb
der Erfindung liegenden Formmaterialien (Fig.
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6 bis 8) völlig andere Strukturen aufweisen als das erfindungsgemäße
Formmaterial.
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Die Formmaterialien wurden durch Verformen mittels einer Spritzgußvorrichtung
vom Schnecken-Typ (141,75 g = 5 oz) zu 130 mm x 100 mm x 3 mm großen flachen Platten
getestet.
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Das Formmaterial Nr. 1 (Beispiel 1) konnte unter gewöhnlichen Bedingungen
für die Spritzverformung verformt werden und das geformte Stück zeigte kein Oberflächenablösungsphänomen;
dagegen war das Formmaterial Nr. 2 (Vergleichsbeispiel 1-1) mit der Schnecke sehr
schlecht transportierbar und die geformte Platte wies eine Oberflächenablösung auf;
das Formmaterial Nr. 3 (Vergleichsbeispiel 1-2) konnte relativ leicht
verformt
werden, das geformte Stück wies jedoch eine Oberflächenablösung auf; das Formmaterial
Nr. 4 (Vergleichsbeispiel 1-3) konnte sehr schlecht mit der Schnecke transportiert
werden und es konnte kein Formkörper hergestellt werden.
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Beispiele 2-1 bis 2-7 und Vergleichsbeispiele 2-1 und 2-2 Aus pulverförmigen
Polyacetalharzen, pulverförmigen Polyäthylenen mit einer hohen Dichte, Schmierölen
und Mitteln zur Verbesserung der Oberfläche in den in der weiter unten folgenden
Tabelle I angegebenen verschiedenen Mengenverhältnissen wurden verschiedene Formmaterialien
hergestellt durch Mischen derselben in einem Henschel-Mischer unter den gleichen
Bedingungen wie in Beispiel 1. Die charakteristischen Eigenschaften dieser Formmaterialien
sind ebenfalls in der Tabelle I angegeben. Unter diesen Formmaterialien wiesen diejenigen,
die in den Beispielen 2-1 bis 2-7 erhalten wurden, Strukturen auf, die derjenigen
des in Beispiel 1 erhaltenen Formmaterials ähneltenO Unter Verwendung einer Reibungs-Verschleiß-Testvorrichtung
vom Druck-Typ (Modell Suzuki) wurde bei einer zylindrischen Testprobe, die mittels
einer Spritzgußvorrichtung vom Schnecken-Typ (28,35 g = 1 oz) geformt worden war,
unter den nachfolgend angegebenen Testbedingungen der Reibungskoeffizient gemessen:
die Belastung wurde auf 10 kg/cm2, die lineare Geschwindigkeit auf 12 cm/Sekunde
eingestellt und die Reibung erfolgte zwischen dem Harz und S 45 C-Stahle Die Messung
oder Beobachtung der Plastifizierungszeit bei der Verformung und des Oberflächenablösungsphänomens
wurden durch Verformen der gleichen Plattenprobe wie in Beispiel 1 mittels einer
Spritzgußvorrichtung vom Schencken-Typ (141,75 g = 5 oz) durchgeführt.
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Beispiele 3-1 bis 3-7 und Vergleichsbeispiele 3-1 bis 3-8 Aus pulverförmigem
Polyacetalharz Nr. 1, pulverförmigem Polyäthylen Nr. 1 mit hoher Dichte, Naphten-Schmieröl
und Graphit in den in der weiter unten folgenden Tabelle II angegebenen
Mischungsverhältnissen
wurden verschiedene Formmaterialien hergestellt durch Mischen derselben in einem
Henschel-Mischer unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 10 Die charakteristischen
Eigenschaften dieser Formmaterialien sind ebenfalls in der Tabelle II angegeben,
Der obige Versuch wurde wiederholt unter Verwendung des Polyacetalharzes in Pellet-Form,
des Polyäthylens mit hoher Dichte in Pellet-Form und unter Anwendung des in dem
Beispiel 3-5 angegebenen Mischungsverhältnisses. Das dabei erhaltene Formmaterial
wies die Struktureigenschaften des erfindungsgemäßen Formmaterials und die in der
folgenden Tabelle II angegebenen vorteilhaften charakteristischen Eigenschaften
auf.
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Geeignete Pellets wurden unter Verwendung eines Extruders aus dem
Formmaterial des Beispiels 3-5 hergestellt.
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Beispiele 4-1 bis 4-8 und Vergleichabeispiele 4-1 bis 4-5 Aus pulverförmigen
Polyamidharzen (Teichengröße etwa 0,58 mm (30 mesh)), pulverförmigem Polyäthylen
Nr. 1 mit hoher Dichte, Schmierölen und Mitteln zur Oberflächenverbesserung in den
in der weiter unten folgenden Tabelle III angegebenen verschiedenen Mengenverhältnissen
wurden verschiedene Formmaterialien hergestellt durch Mischen derselben in einem
Henschel-Mischer unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1. Die charakteristischen
Eigenschaften dieser Formmaterialien sind ebenfalls in der folgenden Tabelle III
angegeben. Unter diesen Formmaterialien wiesen die in den Beispielen 4-1 bis 4-8
erhaltenen Formmaterialien ähnliche Strukturen wie das Formmaterial des Beispiels
1 auf.
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Beispiele 5-1 bis 5-8 und Vergleichsbeispiele 5-1 bis 5-5 Aus pulverförmigen
Polyesterharzen (Teilchengröße etwa 0,58 mm (30 mesh)), pulverförmigem Polyäthylen
Nr. 1 mit hoher Dichte,
Schmierölen und Mitteln zur Oberflächenverbesserung
in den in der weiter unten folgenden Tabelle IV angegebenen verschiedenen Mengenverhältnissen
wurden verschiedene Formmaterialien hergestellt durch Mischen derselben in einem
Henschel-Mischer unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel lo Die charakteristischen
Eigenschaften dieser Formmaterialien sind ebenfalls in der Tabelle IV angegeben.
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Unter diesen Formmaterialien wiesen diejenigen der Beispiele 5-1 bis
5-8 ähnliche Strukturen auf wie das Formmaterial des Beispiels 1.
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Beispiele 6-1 bis 6-4 und Vergleichsbeispiel 6-1 Aus dem Polyamidharz
Nr. 4 in Pellet-Form, gepulvertem Polyäthylen Nr. 2 mit hoher Dichte, Schmierölen
und Graphit in den in der weiter unten folgenden Tabelle V angegebenen verschiedenen
Mengenverhältnissen wurden verschiedene Formmaterialien hergestellt durch Mischen
derselben in einem Henschel-Mischer unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel
1. Die charakteristischen Eigenschaften dieser Formmaterialien sind ebenfalls in
der Tabelle V angegeben. Unter diesen Formmaterialien wiesen diejenigen, die in
den Beispielen 6-1 bis 6-4 erhalten wurden, ähnliche Strukturen auf wie das Formmaterial
des Beispiels 1. Aus dem Formmaterial des Beispiels 6-2 wurde durch Extrusion ein
ausgezeichneter Stab mit einem Durchmesser von 40 mm hergestellt.
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Wie in den weiter unten folgenden Tabellen I bis V angegeben, sind
die erfindungsgemäßen Formmaterialien durch die Schnecke perfekt transportabel und
liefern Formkörper mit einem ausgezeichneten Schmiervermögen sowie mit einem ausgezeichneten
Oberflächenaussehen.
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Nachfolgend sind die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten
Materialien angegeben:
Polyacetalharz Nr. 1: Polyoxymethylenhomopolymerisat,
MI = 13; Polyacetalharz Nr. 2: Trioxan/Äthylenoxid (3 Mol-%)-Mischpolymerisat, MI
= 9; Polyamidharz Nr. 1: Nylon 66, Lösungsviskosität (Schwefelsäure) = 2,5; Polyamidharz
Nr. 2: Nylon 61C, Lösungsviskosität (Schwefelsäure) = 2,6; Polyamidharz Nr. 3: Nylon
12, Lösungsviskosität (Schwefelsäure) = 2,4; Polyamidharz Nr. 4: Nylon 6, Lösungsviskosität
(Schwefelsäure) = 2,7; Polyesterharz Nr. 1: Polybutylenterephthalat, Lösungsviskosität
= 1,2; Polyesterharz Nr. 2: Polyäthylenterephthalat, Lösungsviskosität = 1,2; Polyesterharz
Nr. 3: 1,4-Cyclohexylen-dimethylenterephtalatisophthlat-Mischpolymerisat, Lösungsviskosität
= 1,2; Polyäthylen Nr. 1 mit hoher Dichte: MI - 0,04; Polyäthylen Nr. 2 mit hoher
Dichte: MI = 6,0; Paraffinöl: Viskosität = 10 cSt (bei 37,8°C); Naphthenöl: Viskosität
= 12 cSt (bei 37,8°C); aromatisches Öl. Viskosität = 15 cSt (bei 37,8°C), Aromatengehalt
= 50 Gew.-%; Paraffinwachs: durchschnittliches Molekulargewicht = 600; Esteröl Nr.
1: Dioctylsebacat; Esteröl Nr. 2: Butylstearat; Esteröl Nr. 3: Dioctylphthalat;
Esteröl Nr. 4: Trikresylphosphat; Graphit: durchschnittlicher Teilchendurchmesser
= 10/u; Ruß: durchschnittlicher Teilchendurchmesser = 20 Molybdändisulfid: durchschnittlicher
Teilchendurchmesser = 300 ii.
Tabelle I Polyacetalharz HD-Polyäthy-
Schmieröl Mittel zur Scmier- Plasti- Rei- Ober-(Gew.-%) len* (Gew.-%) (Gew.-%) Verbesse-
öl/HD- fizie- bungs- flärung der Poly- rungs- koeffi- chen-Oberflächen- äthylen-
zeit zient ablöeingenschaften Gew.-Ver- für die (u) sung (Gew.-%) hältnis Verformung
(Sek.) Beisp. Polyacetalharz HD-Polyäthy- Naphten- Graphit (8) 4 18 0,12 gut 2-1
Nr. 1 (82) len Nr. 1(2) öl (8) Beisp. " " Paraffin- " 4 19 0,12 " 2-2 öl (8) Beisp.
" " aromati- " 4 13 0,13 " 2-3 sches Öl (8) Beisp. " " Esteröl " 4 12 0,11 " 2-4
Nr. 1 (8) Beisp. Polyacetalharz " (1) Napthhen- Ruß (5) 6 26 0,10 " 2-5 Nr. 2 (88)
öl (6) Beisp. Polyacetalharz " (1) " MoS2 (15) 6 22 0,11 " 2-6 Nr. 2 (78) Beisp.
Polyacetalharz HD-Polyäthylen Naphthen- Graphit (8) 4 22 0,13 " 2-7 Nr. 1 (82) Nr.
2 (2) öl (8) Vergl.- Polyacetalharz HD-Polyäthylen " - 4 24 0,15 ausgebeisp. Nr.
1 (90) Nr. 1 (2) prägt: 2-1 Vergl.- Polyacetalharz beisp. Nr. 1 (84) - " Graphit
(8) - - -2-2 * HD-Polyäthylen = Polyäthylen mit hoher Dichte.
-
Tabelle II Polyace- HD-Poly- Naphthen- Graphit Schmier- Plastifi-
Reibungs- Ober- Struktalharz äthylen öl öl/HD- zierungs- koeffi- flächen- tur u.
-
Nr. 1 Nr. 1 Poly- zeit für zient ablö- Ausse-(Gew.-%) (Gew.-%) (Gew.-%)
(Gew.-%) äthylen- die Ver- (µ) sung hen d.
-
Gew.-Verh. formung (geform- Formma-(Sek.) tes Stück) terials Beisp.
3-1 (93) (1) (3) (3) 3 13 0,15 gut gut " 3-2 (88) (1) (6) (5) 6 21 0,11 " " " 3-3
(72) (1) (12) (15) 13 37 0,10 " " gut, schwach " 3-4 (61) (1) (18) (20) 18 55 0,09
" benetzt mit " 3-5 (79) (2) (9) (10) 4.5 18 0,11 " Öl gut " 3-6 (76) (2) (6) (16)
3 14 0,14 " " " 3-7 (60) (8) (16) (16) 2 12 0,16 " " Vergl.- enthält nichtbeisp.
3-1 (97,6) (0,4) (1) (1) 2,5 11 0,28 fast integrierten gut Graphit " 3-2 (93,6)
(0,4) (3) (3) 7,5 45 0,17 schwach enthält nichtintegr. Graphit, benetzt mit Öl "
3-3 (94) (2) (1) (3) 0,5 10 0,33 gut gut " 3-4 (92) (1) (6) (1) 6 27 0,11 ausge-
" prägt " 3-5 (69) (1) (5) (25) 5 16 0,13 gut* fast gut " 3-6 (59) (1) (25) (15)
25 120 0,09 " ** benetzt mit Öl " 3-7 (48) (12) (24) (16) 2 12 0,16 ****schwach***
gut " 3-8 (100) - - - - 9 0,35 gut -Fußnoten: * Verringerung der Schlagbeständigkeit
** Die Form war durch das Öl verschmutzt *** Der Formkörper war weich *** Es trat
ein Verschleiß auf.
Tabelle III Polyamidharz HD-Poly- Schmieröl
Mittel zur Schmier- Plastifi- Rei- Ober-(Gew.-%) äthylen (Gew.-%) Verbesse- öl/HD-
zierungs- bungs- flächen-Nr. 1 rung d. Polyäthy- zeit für koeffi- ablösung (Gew.-%)
Oberflächen- len-Gew.- die Ver- zient (geformeigenschaf- verhält- formung (µ) tes
ten (Gew.-%) nis (Sek.) Stück) Beisp. 4-1 Polyamidharz (2) Naphthenöl Graphit (8)
4 30 0,14 gut Nr. 1 (82) (8) " 4-2 " (2) Paraffinöl (8) " 4 30 0,15 " " 4-3 " (2)
aromatisches " 4 26 0,17 " Öl (8) " 4-4 " (2) Esteröl Nr. 1 " 4 25 0,14 " (8) "
4-5 " (85) (1) Naphthenöl (8) Ruß (6) 8 33 0,13 " " 4-6 " (83) (1) " (6) MoS2 (10)
6 31 0,13 " " 4-7 Polyamidharz Nr. 2 (76) (2) " (10) Graphit (12) 5 30 0,15 " "
4-8 Polyamidharz Nr. 3 (76) (2) " (10) " 5 29 0,13 Vergl. -beisp. 4-1 Polyamidharz
Nr. 1 (90) (2) " (8) - 4 42 0,19 ausgeprägt " 4-2 " (84) - " (8) Graphit (8) # #
- -" 4-3 " (100) - - - - 20 0,45 gut " 4-4 Polyamidharz Nr. 2 (100) - - - - 17 0,48
" " 4-5 Polyamidharz Nr. 3 (100) - - - - 18 0,46 "
Tabelle IV Polyamidharz
HD-Poly- Schmieröl Mittel zur Schmier- Plastifi- Rei- Ober-(Gew.-%) äthylen (Gew.-%)
Verbesse- öl/HD- zierungs- bungs- flächen-Nr. 1 rung d. Polyäthy- zeit für koeffi-
ablösung (Gew.-%) Oberflächen- len-Gew.- die Ver- zient (geformeigenschaf- verhält-
formung (µ) tes ten (Gew.-%) nis (Sek.) Stück) Beisp. 5-1 Polyesterharz (2) Naphthenöl
Graphit (8) 4 19 0,13 gut Nr. 1 (82) (8) " 5-2 " (2) Paraffinöl (8) " 4 21 0,11
" " 4-3 " (2) aromatisches " 4 15 0,15 " Öl (8) " 5-4 " (2) Esteröl Nr. 1 " 4 16
0,11 " (8) " 5-5 " (85) (1) Naphthenöl (8) Ruß (6) 8 18 0,15 " " 5-6 " (83) (1)
" (6) MoS2 (10) 6 19 0,13 " " 5-7 Polyesterharz (2) " (10) Graphit (12) 5 75 0,11
" Nr. 2 (76) " 5-8 Polyesterharz (2) " (10) " (12) 5 19 0,12 " Nr. 3 (76) Vergl.
-beisp. 5-1 Polyesterharz ausge-Nr. 1 (90) (2) " (8) - 4 24 0,14 prägt " 5-2 " (84)
- " (8) Graphit (8) # # - -" 5-3 " (100) - - - - 10 0,31 gut " 5-4 Polyesterharz
- - - - 42 0,33 " Nr. 2 (100) " 5-5 Polyesterharz - - - - 10 0,30 " Nr. 3 (100)
Tabelle
V Polyamidharz HD-Poly- Schmieröl Graphit Schmieröl/ Plati- Reibungs- Ober-(Gew.-%)
äthylen (Gew.-%) (Gew.%) HD-Poly- fizie- koeffizi- flächen-Nr. 1 äthylen- rungs-
ent (µ) ablö-(Gew.-%) Gew.-Ver- zeit f. sung hältnis d. Ver- (geformformung tes
Stück) (Sek.) Beisp. 6-1 (82) (2) Paraffinwachs (8) 4 28 0,16 gut (8) " 6-2 (82)
(2) Esteröl Nr. 2 (8) 4 38 0,10 " " (8) " 6-3 (82) (2) Esteröl Nr. 3 (8) 4 21 0,20
" (8) " 6-4 (82) (2) Esteröl Nr. 4 (8) 4 22 0,19 (8) Vergl. -beisp. 6-1 (100) -
- - - 18 0,45 "