DE2716185C2 - Fäden oder Fasern aus Polytetrafluoräthylen und Verfahren zu deren Herstellung sowie Dichtungspackung - Google Patents

Fäden oder Fasern aus Polytetrafluoräthylen und Verfahren zu deren Herstellung sowie Dichtungspackung

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Description

Du· 1 -".iTiiicliiii}· hclrilil l'iuli'ii ικΐιτ ΙΊιμμίι ims I'olyU' lialluoialliyleii mil verbesserter Wärmeleitfähigkeit, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung, und eine Dichtungspackung.
Fäden aus Polytetrafluorethylen werden üblicherweise nach dem Matrixspinnverfahren bzw. Pastenextrusionsverfahren hergestellt, wobei feinteiliges Polytetrafluorethylen in Viskose suspendiert und mit dieser versponnen wird. Nach dem Verspinnen werden die Fäden einer Wärmebehandlung unterworfen, wobei sich die Matrix zersetzt und die Polytetrafluoräthylenfasern zusammensintern.
Nach einem anderen bekannten Verfahren können Fäden aus Polytetrafluorethylen dadurch hergestellt werden, daß ein auf einer Drehbank montierter Zylinder gegenüber einem spanabhebenden Werkzeug rotieren gelassen wird, wobei eine Schar von parallelen Fäden abgeschält und gegebenenfalls unter Erwärmung verstreckt wird. Die nach diesem Verfahren hergestellten Fäden zeichnen sich durch gleichmäßige Einzeltiter und hohe Festigkeit aus.
Es ist bekannt, Fäden oder Fasern aus Polytetrafluoräthylen mit Asbestfasern zu vermischen, die Mischung zu Dichtungspackungen zu verflechten und diese gegebenenfalls mit einer wässerigen Polytetrafluoräthylendispersion sowie mit Gleitmitteln nachzubehandeln. Diese Polytetrafluoräthylen-Asbest-Mischpackungen haben jedoch eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit, was ihre Einsatzmöglichkeit stark einschränkt. Besonders in Einsatzbereichen, in denen Maschinenteile mit hohen Drehzahlen und hohem Anpreßdruck arbeiten, hat die schlechte Wärmeleitfähigkeit der Packungen die Folge, daß die Packungen erhärten und zerstört werden, worauf die Maschinenteile beschädigt werden.
Viele Versuche sind gemacht worden, um die Wärmeleitfähigkeit von Fäden aus Polytetrafluorethylen zu verbessern. So wurde versucht, bei der Herstellung der Fäden den Polytetrafluoräthylenpasten wärmeleitfähige Pigmente, wie Ruß, zuzusetzen und diese mitzuverspinnen. Diese Versuche brachten nicht den gewünschten Erfolg. Im Pastenextrusionsverfahren hergestellte pigmenthaltige Fäden brachten keine nennenswerte Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, Fäden oder Fasern aus Polytetrafluorethylen mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit zu schaffen, welche universell anwendbar sind und welche beispielsweise zu Dichtungspackungen geflochten, eine gute Wärmeableitung in dauerhafter, durch Abrieb oder Auswasehen nicht verminderbarer Form aufweisen. Außerdem sollen die textlien Qualitätseigenschaften der Polytetrafluoräthylenfäden bzw. -garne nicht in nachteiliger Weise beeinflußt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fäden oder Fasern eine aus feinteiligem Polytetrafluorethylen, einem wärmeleitfähigen Pigment, wie Ruß oder Graphit, und einem Bindemittel bestehende Hülle aufweisen.
Vorteilhaft beträgt das Gewicht der Hülle 10 bis 200 Gew.-%, vorzugsweise 80 bis 100 Gew.-% des Gewichtes der Grundfäden bzw. -fasern, wobei der Gehalt der Hülle an dem wärmeleitfähigen Pigment 30 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise etwa 70 Gew.-% beträgt.
Diese Fäden oder Fasern besitzen einen Titer von 500 bis 20 000 dtex, vorzugsweise von 10 000 bis 20 000 dtex.
Versuche mit erfindungsgemäß zusammengesetzten
Fäden oder Fasern zeigten, daß die Wärmeleitfähigkeit sowie ilk' I'lcklrisi'lie I .eilliiliinkeil ΙκΊΓίκΊιΙΙκ Ii lu'ilici' sind als die von herkömmlichen Fäden. Dieser Klickt beruht auf einem homogenen Verbund der einzelnen Pigmentpartikel in der Fadenhülle. Der erfindungsgemäß erreichte Effekt zeigt sich in überzeugender Weise bei der Ermittlung des spezifischen Oberflächenwider-
Standes. Dieser Widerstand liegt bei konventionellen Polytetrafluoräthylenfäden in der Größenordnung von über 1018i2/cm und erniedrigt sich bei den erfindungsgemäß zusammengesetzten Fäden auf ein": Größenordnung von \04Cl/cm. Diese Fäden sind in hervorragendem Maß für die Herstellung von Dichtungspackungen geeignet und besitzen auch bei schneii laufenden Wellen und hohen Drücken eine außerordentlich hohe Haltbarkeit
In den Rahmen der Erfindung fällt auch ein Verfahren zur Herstellung der beschriebenen Fäden bzw. Fasern, welches darin besteht, daß ein Grundfilament bzw. ein Grundgarn aus Polytetrafluoräthylen durch Tauchen mit einer wässerigen Dispersion aviviert wird, welche feinteiliges Polytetrafluoräthylen in einer Menge von 20 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 60 Gew.-%, ein feinteiliges, leitfähiges Pigment, wie Ruß oder Graphit, in einer Menge von 30 bis 90 Gew.-°/o, insbesondere etwa 70 Gew.-°/o, und einen Emulgator in oiner Menge bis zu 5 Gew.-% enthält; die überschüssige Dispersion wird abgepreßt und die avivierten Filamente bzw. Garne werden getrocknet, worauf sie gegebenenfalls vor dem Aufspulen mit einem Gleitmittel, vorzugsweise SiIikonöl, behandelt oder, wenn erwünscht, zu Stapelfasern geschnitten werden.
Der Graphit wird vorteilhaft als eine Mischung von Pulvergraphit und Naturgraphit eingesetzt. Zur Herstellung der Dispersion geht man von einer handelsüblichen 20- bis 7O-Gew.-°/oigen Polytetrafluoräthylendispersion in Wasser aus, die einen Emulgator enthält. In diese Dispersion wird Graphitpulver eingerührt, wobei ein Bindemittel bzw. ein zusätzlicher Emulgator in kleiner Menge zugegeben werden kann, bis die gewünschte Viskosität erreicht ist, die 50 bis 1000 cP, vorzugsweise zwischen 100 und 200 cP, betragen kann. Diese Viskosität ist bedeutend höher als die Viskosität handelsüblicher Polytetrafluoräthylendispersionen, deren Viskositätszahl bei 10 bis 12 cP liegt. Durch Einstellung dieser hohen Viskosität ist es möglich, den Feststoffanteil der Hülle in sehr weiten Grenzen einzustellen und den Gehalt der Hülle an dem wärmeleitfähigen Pigment sehr hoch zu halten, wie vorstehend schon erwähnt. Das verwendete Bindemittel bzw. der zugesetzte Emulgator kann auf der Basis von Reaktionsprodukten von Octylphenol und Äthylenoxid etwa der Formel
CgH,7-C6H4-(OCH2CH2)n-OH
Ein Polytetrafluoräthylen-Grundgam mit einem Titer von 10 000 dtex wird in die Dispersion eingetaucht und die Oberfläche des Garns mit einer Gabel abgestreift. Das imprägnierte Garn wird getrocknet, das getrocknete Produkt hat einen Titer von 20 000 dtex, ist sehr gut wärmeleitend und kann mit Vorteil zu Dichtungspakkungen geflochten werden.
Beispiel 2
In 2,75 kg einer handelsüblichen wässerigen Polytetrafluoräthylendispersion mit einem Polytetrafluoräthylengehalt von 60 Gew.-% werden 3,85 kg Graphit und 0,14 kg Emulgator Triton χ 155 in 3,26 kg Wasser eingerührt. Man erhält 10 kg einer Dispersionsmischung mit einem Feststoffgehalt von 55 Gew.-°/o. Diese Dispersionsmischung besitzt eine Viskosität von 30 cP; sie wird zur Imprägnierung von Polytetrafluoräthylen-Grundgarnen verwendet, die zu Dichtungspackungen verflochten werden.
Beispiel 3
Wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben, werden 10 kg einer Polytetrafluoräthylendispersion durch Verrühren von 6,43 kg einer wässerigen Polytetrafluoräthylendispersion mit 35 Gew.-% Feststoffgehalt, 2,25 kg Elektrodengraphit, 0,09 kg Emulgator und 1,23 kg Wasser hergestellt. Die Dispersionsmischung hat einen Gesamtfeststoffgehalt von 45 Gew.-% und eine Viskosität von 15 cP. Sie kann wie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben verwendet werden.
In der Zeichnung ist die Neuerung näher erläutert.
F i g. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Polytetrafluoräthylen-Einzelfaden mit einem Titer von etwa 20 dtex. Der Querschnitt des Fadens 1 ist rechteckig, da solche Fäden nach dem Spaltschälverfahren von einer rotierenden, aus festem Polytetrafluoräthylen bestehenden Walze abgefräst werden. Der Faden 1 ist in einer Hülle 2 aus feinteiligem Polytetrafluoräthylen, einem wärmeleitfähigen Pigment, wie Ruß oder Graphit, und einem Bindemittel eingebettet.
F i g. 2 zeigt ein Bündel, bestehend aus umhüllten Einzelfäden, wobei die Einbettungsmasse wieder mit 2 und die Einzelfäden mit 1 bezeichnet sind.
Beispiel 1
In 3,00 kg einer wässerigen Dispersion von Polytetrafluoräthylen mit einem Gehalt von 60 Gew.-% Feststoff werden 4,20 kg Pudergraphit mit einem Schüttgewicht von 375 g/l und 0,21 kg Emulgator Triton in 2,59 kg Wasser eingerührt. Man erhält 10 kg einer leitfähigen Polytetrafluoräthylendispersion mit einem Gesamtfeststoffgehalt von 60 Gew.-% und einer Viskosität von Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
aufgebaut sein.
Zur Erhöhung der Gleiteigenschaften der Fäden können vorteilhaft 2 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 15 Gew.-% Silikonöl, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fäden, verwendet werden, wodurch das Aufspulen erleichtert wird.
Die erfindungsgemäßen Fäden und das zu ihrer Herstellung dienende Verfahren sind in den folgenden Beispielen näher erläutert.

Claims (12)

Patentansprüche:
1. Fäden oder Fasern aus Polytetrafluorethylen mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden oder Fasern eine aus feinteiligem Polytetrafluorethylen, einem wärmeleitfähigen Pigment, wie Ruß oder Graphit, und einem Bindemittel bestehende Hülle aufweisen.
2. Fäden oder Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der Hülle 10 bis 200% des Gewichtes der Grundfäden bzw. -fasern beträgt, wobei der Gehalt der Hülle an dem wärmeleitfähigen Pigment 30 bis 90 Gew.-°/o beträgt
3. Fäden oder Fasern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der Hülle 30 bis 100% des Gewichtes der Grundfäden bzw. -fasern beträgt und der Gehalt der Hülle an dem wärmeleitfähigen Pigment etwa 70 Gew.-% beträgt.
4. Fäden oder Fasern nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Titer von 500 bis 20 000 dtex aufweisen.
5. Fäden oder Fasern nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Titer von 10 000 bis 20 000 dtex aufweisen.
6. Dichtungspackung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus verflochtenen Fäden oder Fasern gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 besteht.
7. Verfahren zur Herstellung von Fäden oder Fasern aus Polytetrafluorethylen mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundfilament bzw. ein Grundgarn aus Polytetrafluorethylen durch Tauchen mit einer wäßrigen Dispersion aviviert wird, welche feinteiliges Polytetrafluorethylen in einer Menge von 20 bis 70Gew.-%, ein feinteiliges, leitfähiges Pigment, wie Ruß oder Graphit, in einer Menge von 30 bis 90 Gew.-% und einen Emulgator in einer Menge bis zu 5 Gew.-% enthäli; die überschüssige Dispersion abgepreßt und die avivierten Filamente bzw. Garne getrocknet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die getrockneten Filamente bzw. Garne vor dem Aufspulen mit einem Gleitmittel behandelt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Silikonöl als Gleitmittel verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, daß die getrockneten Filamente bzw. Garne zu Stapelfasern geschnitten werden.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Avivierungsdispersion verwendet wird, die eine Viskosität zwischen 50 und 1000 cP aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Avivierungsdispersion eine Viskosität zwischen 100 und 2CO cP aufweist.
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