DE2616704C3 - Verfahren zum Herstellen von Formkorpern aus Polytetrafluorethylen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Formkorpern aus Polytetrafluorethylen

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DE2616704C3 DE2616704A DE2616704A DE2616704C3 DE 2616704 C3 DE2616704 C3 DE 2616704C3 DE 2616704 A DE2616704 A DE 2616704A DE 2616704 A DE2616704 A DE 2616704A DE 2616704 C3 DE2616704 C3 DE 2616704C3
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Andre Lyon Monnet
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Description

hoch ist, findet man die oben angegebenen wohlbekannten Fehler, nämlich daß die Teilstücke sich nicht miteinander oder mit dem Pulver verbinden können.
Die geeigneten Drücke für das Herstellen der Teiistücke hängen teilweise von der Art der eingesetzten Pulver ab und liegen vorzugsweise zwischen 20 und 30 bar. Mit Pulvergranulat eines Teilchendurchmessers unter 100 μ wendet man vorzugsweise einen Druck in der Nähe von 20 bar an, während man bei agglomerierten Pulvern vom frei fließenden Typ eher einen Druck in der Nähe von 30 bar verwendet. Die beim Herstellen der Teilstücke verwendete Apparatur ist üblich und ist jedem Fachmann Für das Formpressen von PTFE bekannt.
Die Preßform für das isostatische Formpressen ist an sich bekannt Eine solche Form wurde z. B. in der US-PS 29 29 109 beschrieben. Sie soll so ausgebildet sein, daß der Druck so gleichmäßig wie möglich auf das oder die Formteile und das gegebenenfalls zugesetzte Pulver wirkt
Dieser Druck hängt ebenfalls von der Art des eingesetzten PTFE-Pulvers ab und liegt vorzugsweise zwischen 150 und 350 bar für nicht gefülltes PTFE und zwischen 250 und 500 bar für gefülltes PTFE.
Man versteht unter gefülltem PTFE die Mischungen von PTFE, wie es vorstehend definiert wurde, mit inerten Füllstoffen. Solche inerten Füllstoffe können fasrig sein, wie z. B. Glasfasern, oder pulverförmig, wie z. B. Koksstaub, Graphitstaub, Metallpulver oder Metalloxide.
Die Kompressionsdauer sowohl beim Herstellen der Teilstücke als auch beim isostatischen Formpressen hängt im wesentlichen von den Maßen der herzustellenden Formkörper ab und kann vom Fachmann leicht bestimmt werden. Je nach der Größe des herzustellenden Formkörpers kann diese Dauer zwischen einigen see und einem Mehrfachen von 10 min liegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird unter den vorstehend genannten Bedingungen ein Teilstück hergestellt, das dann mit zusätzlichem gefülltem oder nicht gefülltem PTFE-PuI-vergranulat in die Form zum isostatischen Formpressen gegeben wird. Nach dem isostatischen Formen wird der Vorformling entformt und getempert.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden wenigstens zwei Teilstücke unter den oben genannten Bedingungen hergestellt, dann so in die Form für fias isostatische Formpressen gelegt, daß die miteinander zu verbindenden Teile der Teilstücke im Kontakt sind. Nach dem isostatischen Formpressen wird der Vorformling entformt und getempert.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß man wenigstens zwei Teilstücke unter den oben beschriebenen Bedingungen herstellt und sie dann so in eine Form zum isostatischen Formpressen, setzt, daß die miteinander zu verbindenden Teilstücke untereinander mit gefülltem oder nicht gefülltem PTFE-Pulvergranulat verbunden sind. Nach dem isostatischen Formpressen wird der fertige Vorformling entformt und getempert
Einer der Vorteile de. •..ii.iJdingsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß man ein Verschweißen von verschiedenen PTFE-Pulvern ermöglichen kann. Erfindungsgemäß ist es z. B. möglich, Teilstücke aus verschiedenen PTFE-Pulvern miteinander zu verbinden, beispielsweise ein Teilstück aus frei fließendem PTFE mit einem Teilstück aus einem körnchenförmigen PTFE-Pulver einer Korngröße unter 100 μ. Es ist ferner möglich, für denselben Formkörper gefüllte und nicht gefüllte Teilstücke oder auch mit verschiedenen Füllstoffen gefüllte Teilstücke zu verbinden. Es ist selbstverständlich, daß die zugesetzten PTFE-Pulvergranulate gefüllt oder ungefüllt sein können.
Die vorliegende Erfindung findet zahlreiche industrielle Anwendungsmöglichkeiten zur Herstellung von komplexen Formkörpern. Sie ist insbesondere vorteilhaft zur Herstellung von Formkörpern, die mehrere identische Elemente enthalten, beispielsweise Bälge, Isolatoren usw.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung.
Beispiel 1
Man stellt durch einen einzigen Formpreßvorgang Isolatoren mit einer großen Zahl von Elementen her, wodurch sich ein homogenes Formteil ergibt das die ausgezeichneten mechanischen und elektrischen Eigenschaften des PTFE besitzt Die Form zum Herstellen der Teilstücke besitzt gemäß F i g. 1 einen starren Zylinder I aus gewöhnlichem Stahl, einen Unterstempel 2 aus Hart-PVC, einen Oberstempel 3 aus Hart-PVC. eine Patrize 4 aus Hart-PVC. Der Oberstempel 3 wird mittels einer Stange 5 auf einen Abstand von 6,6 mm vom Unterstempel 2 gehalten.
Der Hohlraum 6 wird mit fließfähigem PTFE-Pulver gefüllt. Die Stange 5 wird weggenommen und man preßt 30 see lang unter 30 bar. Nach dem Entformen erhält man ein kegels'umpfartiges Teilstück 7, das in F i g. 2 wiedergegeben wird. F i g. 3 zeigt die Bestandteile einer Form zum isostatischen Formpressen, die aus einer festen Form 8 aus gewöhnlichem Stahl und Abstandsstücken 9 aus Hart-PVC in Halbkreisform, die das Teilstück 7 in Stellung halten, bestehen. Letzterer überragt die Abstandsstücke 9 im Inneren um 1 mm. Die Form umfaßt weiter eine weiche mittlere Membran 10 aus Naturkautschuk von 1 mm Stärke und der Shore-A-Härte 30, getragen von einem durchlöcherten PVC-Rohr 11 und zentriert durch Zentrierscheiben 15.
Die Enden der Form werden mit weichen Membranen 12 geschlossen und die Dichtigkeit wird durch Kautschukbänder 14 gewährleistet Ein Filz 13 sichert gutes Entgasen und vermeidet das Durchlöchern der Membranen 12.
Die Teilstücke 7 werden zwischen die Abstandsstücke 9 eingelegt, dann wird der zusammengesetzte Körper in die feste Form 8 gesetzt. Man schließt ein Ende mit einer Zentrierscheibe 15, einem Filz 13 und einer schmiegsamen Membran 12.
Die mittlere Membran 10 wird auf ihrem Träger eingesetzt und der Abstand zwischen dieser Membran 10, den Abstandsstücken 9 und den Enden der Teilstücke 7 mit fließfähigem PTFE-Pulver gefüllt.
Das zweite Ende wird geschlossen und die Form durch die hierfür vorgesehene öffnung 16 evakuiert. Sie wird in einen mit Wasser gefüllten Behälter gebracht, dessen Druck während 2 min auf 250 bar erhöht wird, bei diesem Wert 5 min lang gehalten und anschließend 3 min lang verringert wird.
Während das Pulver unter Druck gesetzt wird, wird es gegen die Abstandsstücke 9 und die Enden der Teilstücke 7 gepreßt. Diese werden über die Membranen 12 und die Abstandsstücke 9 komprimiert.
Zum Entfernen nimmt man die Membranen 12 und 10 ab, entfernt den Kern aus der festen Form 8 und nimmt die Abstandsstücke 9 eins nach dem anderen fort.
Der Vorformling wird 1 h lang in einen Wärmeschrank bei 340° C gehalten, worauf die Temperatur auf
380°C gesteigert wird, 1 h bei diesem Wert gehalten wird und dann auf 300°C gesenkt wird. Nach einer '/2 h bei 3000C werden die Formkörper herausgenommen und auf einem angepaßten Dorn abgekühlt.
Der erhaltene Formkörper hat die folgenden Maße:
Äußerer Durchmesser des inneren 36 mm
Rohrs
Äußerer Durchmesser der Rippen 98 mm
Stärke der Rippen 2,6 mm
Abstand der Rippen 30 mm
Beispiel 2 ,.-,
Man verwendet das im Beispiel 1 beschriebene Material, wendet jedoch unterschiedliche Vorformdrukke von 10, 30 bzw. 50 bar an. Unter 10 bar ist das Teilstück zu zerbrechlich und zerbröckelt im Verlauf des Einsetzens in die Form 8. Unter 30 bar erhält man eine gute Verbindung des Pulvers. Unter 50 bar ist die Verbindung offensichtlich gut, aber von zwei Rippen weist eine eine schlechte Verbindung mit dem gesamten Teilstück auf.
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Beispiel 3
Man verwendet ein Werkzeug, das dem des Beispiels 1 ähnelt, wobei jedoch die PVC-Teile durch Messing-Teile ersetzt werden. Die Teilstücke werden mit zu 20% J<> mit «-Aluminiumoxid gefülltem PTFE-Pulver einer Teilchengröße unter 100 μ hergestellt. Das zugesetzte Pulver ist fließfähiges PTFE. Alle übrigen Bedingungen entsprechen denen des Beispiels 1, wobei der Vorformdruck 30 bar und der Druck beim isostatischen ^ Formpressen 350 bar beträgt Man erhält eine ausgezeichnete Verbindung zwischen den oc-Aluminiumoxidgefüllten PTFE-Rippen und dem Rohr aus PTFE.
Beispiel 4
Man stellt zwei Arten von Teilstücken 7 und 17, die in F i g. 5 und 7 abgebildet sind, in den in den F i g. 4 und 6 abgebildeten Formen her. Man verwendet fließfähiges PTFE und formt bei 30 bar unter den entsprechenden Bedingungen des Beispiels 1 vor.
Die einzelnen Elemente werden anschließend, wie in F i g. 8 gezeigt, in die starre Form 8 eingesetzt, voneinander durch Abstandsstücke 9 getrennt, wobei die Teilstücke 7 den inneren Teil des Balgs und die Teilstücke 17 die Außenteile bilden.
Eine schmiegsame Membran 10 aus Naturkautschuk der Shore-A-Härte 30 und einer Stärke von 1 mm wird zwischen den Enden durch PVC-Rohre 11 gehalten.
Die Enden der Form sind mit weichen Membranen 12 verschlossen, die durch Bänder 14 abgedichtet werden. Nach dem Einsetzen der Teilstücke 7 und 17 wird kein zusätzliches Pulver zugegeben. Man evakuiert und gibt die Form dann in einen Wasserbehälter, dessen Druck auf 250 bar erhöht wird. Unter der Einwirkung des Drucks wird die Membran 10 gegen das Innere der Teilstücke 7 und 17 gepreßt und komprimiert sie. Die äußeren Enden der Teilstücke werden ebenfalls durch die weichen Membranen über die Abstandsstücke 9 komprimiert. Nach dem Entformen wird der Balg bei unter den im Beispiel 1 angegebenen Bedingungen getempert.
Beispiel 5
Man verwendet das im Beispiel 1 beschriebene Material und ein PTFE-Granulat einer Teilchengröße unter 100 μ. Alle übrigen Bedingungen entsprechen denen des Beispiels 1, wobei der Druck beim Herstellen der Teilstücke 20 bar und der Druck beim isostatischen Formpressen 150 bar beträgt. Alle Elemente des Teilstückes weisen untereinander ausgezeichnete Verbindungen auf.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus durch Suspensionspolymerisation hergestelltem PTFE-Pulver, bei dem durch isostatisches Pressen mittels einer Druckflüssigkeit bei Drücken zwischen 100 und 1000 bar ein Vorformling gepreßt wird, der nachträglich getempert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung der isostatischen Preßform durch aus dem PTFE-Pulver bei einem Druck zwischen 10 und 50brr gepreßten Teilstücken zusammengesetzt oder durch ein aus dem PTFE - Pulver bei einem Druck zwischen 10 und 50 bar gepreßtes Teilstück und darüber eingefülltem PTFE-Pulver gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstücke unter Drücken von 20 bis 30 bar hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Polytetrafluoräthylenpulver inerte Füllstoffe zusetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Teilstücke aus verschiedenen Arten von Polytetrafluoräthylen dem Druck in der isostatischen Formpresse aussetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man Teilstücke aus füllstofffreiem und aus füllstoffhaltigem Polytetrafluoräthylen miteinander verbindet.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Polytetrafluoräthylenteile mit verschiedenen inerten Füllstoffen gefüllt sind.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus durch Suspensionspolymerisation hergestelltem Pulver aus PTFE durch isostatisches Formpressen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Unter den PTFE-Pulvem unterscheidet man ganz allgemein zwei Arten: Die feinen Pulver zum Strangpressen, die durch Koagulieren einer PTFE-Dispersion erhalten werden und die durch Strangpressen in Pastenform oder unter Verwendung von Gleitmitteln verarbeitet werden, und die körnchenförmigen Pulver, die durch Suspensionspolymerisation mit anschließenden verschiedenen Mahl- und Agglomerisationsbehandlungen, die ihre Handhabung erleichtern, erhalten werden.
Die Erfindung bezieht sich auf den letzteren Typ der Pulvergranulate. Unter PTFE sollen nicht nur die Pulvergranulate von Tetrafluoräthylenhomopolymerisat, sondern auch die körnchenförmigen Pulver von Copolymeren mit geringem Gehalt an Comonomerem, vorzugsweise unter 5%, die sich wie die Homopolymeren einsetzen lassen, verstanden werden. Diese PTFE-Pulvergranulate können z. B. Copolymere von Polytetrafluoräthylen und Hexafluorpropen oder perfluorierten Vinyläthern sein.
Wegen der sehr hohen Viskosität des PTFE unterhalb seines Schmelzpunkts werden die PTFE-Granulate und gefüllte PTFE-Pulver durch Techniken verarbeitet, die darin bestehen, daß man ein Stück bei Raumtemperatur unter einem Druck von im allgemeinen 100 und 1000 bar formt, entformt, und anschließend dieses Stück bei
ausreichender Temperatur, im allgemeinen zwischen 360 und 400° C, und während einer ausreichenden Dauer tempert, um das gesamte Polyn:ere in den amorphen Zustand zu überführen.
Die Umlagerung der Makromoleküle im Laufe des Abkühlens ergibt die gewünschten mechanischen Eigenschaften.
In der ältesten und einfachsten Form dieser Technik formt man massive oder Hohlblöcke, in denen man die Endprodukte bearbeitet Dieses Verfahren ist für einfache Gegenstände geeignet. Für komplizierte Stücke, deren spanabhebende Bearbeitung schwierig oder sogar unmöglich ist oder die einen beträchtlichen Materialverlust mit sich bringt, ist dieses Verfahren nicht geeignet
Es wurden verbesserte Verfahren vorgeschlagen, insbesondere die unter dem Namen »isostatisches Formpressen« bekannte Technik, bei der die Form im ganzen oder teilweise aus einem unter Druck leicht verformbaren Stoff besteht, wodurch man genau die gewünschten Teile oder einen ihnen sehr ähnlichen Rohling erhalten kann. Dieses Verfahren hat ferner den Vorteil, daß das ganze Objekt mit gleichförmigem Druck gepreßt wird. Im Fall des isostatischen Formpressens von PTFE wird das Formstück anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 360 bis 400° C getempert.
Jedocn können trotz der Verbesserung der Fließfähigkeit von PTFE-Pulvem bestimmte komplizierte Teile mit dem bekannten isostatischen Formpreßverfahren nicht hergestellt werden, da es unmöglich ist, die Form gleichmäßig zu füllen.
Weiterhin ist es schwierig oder unmöglich, aus körnigem PTFE-Pulver mit sehr feiner Korngröße, die ein schlechtes Fließverfahren und eine hohe Dichte aufweisen, die aber sehr geringe Porosität bei den Endprodukten ergeben, Teile durch isostatisches Formpressen herzustellen.
Es ist schließlich wohlbekannt, daß man beim Formpressen von PTFE die Form nicht mehrfach füllen darf, wobei nach jeder Füllung komprimiert wird, weil man sonst Formteile erhält, die auf der Höhe der verschiedenen Füllungen zerbrechen.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß man PTFE unter schwachem, aber ausreichendem Druck zur Herstellung eines Teilstückes formpressen kann und dieses Teilstück dann sehr wirksam entweder mit einem anderen Teilstück oder mit zusätzlichem PTFE-Pulvergranulat durch nachfolgendes isostatisches Formpressen verbinden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem, ausgehend vom Verfahren der eingangs genannten Art, Formteile mit komplizierter Gestalt hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Nach dem isostatischen Formpressen wird der Formkörper entformt und unter den üblichen Bedingungen bei Temperaturen von 360 bis 400° C, insbesondere zwischen 365 und 380°C unter Erwärmen und programmiertem Abkühlen in Abhängigkeit von der Wandstärke getempert. Beim Herstellen der Teilstücke ist der angewandte Druck ein wichtiger Parameter. Wenn der Druck beim Herstellen der Teilstücke zu schwach ist, beispielsweise unter 10 bar liegt, ist das Teilstück zu bröcklig und es besteht die Gefahr, daß es bei den nachfolgenden Bearbeitungen zerbricht.
Wenn der Druck beim Herstellen der Teilstücke zu
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