DE2811954A1

DE2811954A1 - Verfahren zur herstellung eines stossfesten mehrkomponentenwerkstoffs

Info

Publication number: DE2811954A1
Application number: DE19782811954
Authority: DE
Inventors: Bengt Lundgren
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1978-03-18
Publication date: 1978-10-12
Also published as: IT1158670B; US4186125A; FR2385766A1; SE7703487L; IT7821354A0

Description

SIOi¹KoGELIAGERPAEaRIKENGMBH Schweinfurt, 17.3-1978

TPA/vH/gh SW 77 005 DT

Verfahren zur Herstellung eines stoßfesten Mehrkomponentenwerkstoffs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrkoraponentenwerkstoffs mit einem bei normaler Zimmertemperatur harten Kunststoff.

In Wärme aushärtende und andere herkömmliche Kunststoffe, die bei normalen Zimmertemperaturen eine große Härte aufweisen, haben im nicht-verstärkten, ungefüllten Zustand eine relativ kleine Stoß- und Schlagfestigkeit, das heißt, diese reinen, ungefüllten Kunststoffe reißen und brechen schon bei kleinen Stoß- oder Schlagbeanspruchungen. Eine Ver-Stärkung dieser Kunststoffe durch Füllen mit einem Faserwerkstoff, zum Beispiel Glasfasermatten, verbessert die Stoß-

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und Schlagfestigkeit der Kunststoffe nur geringfügig. Zwar wird durch eine solche Füllung der betreffende Kunststoff auch bei relativ großen Stößen zusammengehalten, es ent« stehen aber bei kleinen Stößen noch schädliche Anrisse im Werkstoff.

Es ist bekannt, Kunststoffe mit pulverisierten Werkstoffen, nämlich mit Kalk, Holzspänen, Sägemehl oder diversen Oxyden, zu füllen und zu verstärken. All diese pulverisierten Füllstoffe haben Jedoch keine verbesserung bezüglich der Rißanfälligkeit des betreffenden Mehrkomponentenwerkstoffs gebracht,

Un Polymer-Kunststoffen eine elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, ist bekannt, diese mit Metallpulver zu füllen. Diese Füllung hat jedoch einen Zweck, der außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegt.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung eines stoßfesten Mehrkomponentenwerkstoffs mit einem bei normaler Zimmertemperatur harten Kunststoff zu schaffen, wobei dem Mehrkomponentenwerkstoff bei guter Steifigkeit und hohem Versohleißwiderstand ein verbesserter Widerstand gegenüber der Entstehung von Rissen bei Stößen oder Schlägen verliehen wird.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird ein Mehrkomponentenwerkstoff erhalten, bei dem die Energie der Stoßbe-

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anspruchung la Nehrkomponentenwerkstoff zum großen Teil durch die einzelnen« sich berührenden bzw. miteinander mechanisch gekoppelten Teilchen infolge plastischer Verformungsarbeit dieser Teilchen absorbiert und vernichtet wird. Dabei bewirkt das zusätzliche Füllen des Kunststoffes mit einem Faserwerkstoff, daß aueh große Stoß- oder Schlagbeanspruchungen ohne Risse oder Brüche im Mehrkoraponentenwerkstoff aufgenommen werden.

Wenn nämlich die Teilchen eine ungenügende plastische Verformbarkeit aufweisen würden, wie dies zum Beispiel bei herkömmlicherweise zum Füllen von Kunststoffen verwendeten Silica-Teilchen der Fall ist, ergibt sich eine bemerkenswert geringe Stoß- und Schlagfestigkeit des Mehrkomponentenwerkstoffs. Der Grund für diese mangelhafte Stoß- und Schlagfestigkeit liegt darin, daß diese spröden Silica-Teilchen beim Stoß im Mehrkomponentenwerkstoff zermalmt werden, ohne daß sie dabei die Stoßenergie wesentlich absorbieren oder vernichten.

Im Gegensatz hierzu können sich die Teilchen im nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Mehrkomponentenwerkstoff in hohem Grade plastisch verformen, so daß durch die einzelnen Teilohen im Mehrkomponentenwerkstoff ein großer Teil der Stoßverformungsarbeit geleistet und dementsprechend die Stoßenergie ohne Rlßbildung absorbiert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den ünteransprUchen beschriebene

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In den Ansprüchen 2, 3 und 4 sind besonders geeignete Werkstoffe für Teilchen angegeben.

Entsprechend der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 5 ist im Mehrkomponentenwerkstoff eine optimale mechanische Kopplung der einzelnen Teilchen aus plastisch verformbarem Werkstoff durch einen entsprechend großen Gehalt dieser Teilchen im Kunststoff gewährleistet, so daß ein bedeutender Teil der Stoßenergie von diesen Teilchen absorbiert wird.

Im Anspruch 6 wird eine besonders vorteilhafte Form der Teilchen beschrieben, die wirtschaftlich herstellbar und in den fehrkomponentenwerkstoff einarbeitbar sind.

Anspruch 7 weist auf besonders vorteilhafte Teilchen durch deren Anwendung sich eine wirtschaftliche Fertigung des Mehrkomponentenwerketoffs mit einem billigen !Nebenprodukt der WXlzlagerfertigung ergibt.

Nachfolgend sollen einige Testergebnisse, die in der beigefügten Zeichnung graphisch dargestellt sind, beschrieben werden, die die Vorteile des erfindungsgema'Sen Verfahrens erläutern.

Bei diesen Tests wurden mit einer 0,5 kg schweren Kugel Fallversuche auf Testplatten durch-geführt. Die Testplatten hatten eine Größe von 150x150x5 mm und waren aus einem Polyester-Kunststoff hergestellt. Sie lagen bei den Fallprüfungen auf einem relativ steifen Fundament. Die Ku gel wurde aus verschiedenen Höhen auf die Testplatten fallen-

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gelassen· Dabei wurde festgestellt, bei welcher Fallhöhe erste Anrisse in den Testplatten entstehen.

In einer ersten Prüfung wurden Testplatten aus reinem (nichtgefülltem) Polyester-Kunststoff untersucht. Dann wurden Test- platten aus Polyester-Kunststoff geprüft, welche mit einer

500 g/m schweren Glasfasermatte verstärkt waren. Außerdem wurden mit Stahlteilchen gefüllte Testplatten aus Polyester« Kunststoff der Fallprüfung unterzogen. Schließlich wurden Testplatten aus Polyester-Kunststoff geprüft, die gemäß dem Verfahren der Erfindung mit der oben angegebenen Glasfasermatte verstärkt und mit Zusätzen von 10,20,30,40,50 und 80 Gewichtsprozenten Teilchen aus Wälzlagerstahl gefüllt waren. Die Teilehen waren als Schleifpartikel spanförmig ausgebildet und besaßen eine Dicke von 2 bis 20 μπι und eine länge, die etwa 10 bis 20 mal so groß wie ihre Dicke war.

In der Zeichnung sind-die Ergebnisse dieser Fallprüfung graphisch dargestellt. Dabei ist die Fallhöhe der Kugel, bei der erste Anrisse entstehen, auf der Ordinate (senk» rechte Achse) und der entsprechende Gehalt von Stahlteilchen in Gewichtsprozenten auf der Abzisse (horizontale Achse) aufgetragen.

Die horizontale Linie A in der Zeichnung zeigt die Fallhöhe für Testplatten aus reinem (nicht-gefülltem) Polyester« Kunststoff und die horizontale Linie B für Testplatten aus mit Glasfasermatten verstärktem Polyester«Kunststoff. Demnach verursacht die Verstärkung des Kunststoffes mit Glasfasermatten eine geringfügige Erhöhung der Rißfestig·

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keit, das ist der Widerstand des Werkstoffes der Testplatte gegenüber Rißentetehung.

In der Zeichnung sind mit einem in einem Kreis eingesetzten Kreuz markierte Testergebnisse eingetragen, die mit Testplatten aus Polyester-Kunststoff ohne Glasfaseraatten-Yer- sta'rkung, aber mit verschiedenen Gehalten an Stahl-Teilchen erhalten worden sind. Diesen einzelnen Testergebnissen ist die Kurve C der Zeichnung angepaßt, welche den Rißwideretand des Polyester-Kunststoffs in Abhängigkeit vom Gehalt an Stahl-Teilchen im Kunststoff angibt. Aus der Darstellung in der Zeichnung geht hervor, daß die Rißfestigkeit des Kunststoffs durch Füllen des (reinen) Kunststoffs mit Stahl-Teilchen etwas verbessert werden kann.

Eine wesentliche Vergrößerung der Rißfestigkeit wird nun mit den mit dem erflndungsgemSßen Verfahren hergestellten Testplatten erzielt, denn die mit Glasfasergewebe verstärkten und mit Stahl-Teilchen gefüllten Testplatten aus Polyester-Kunststoff weisen bedeutend größere Fallhöhen auf, bei der erste Anrisse in den Testplatten entstehen. Dies geht aus den diesbezüglichen mit einem Kreuz in der Zeichnung eingetragenen Testergebnissen hervor. Die Kurve D der Zeichnung, die diesen Testergebnissen angepaßt ist, zeigt die Rlffestigkeit der mit Glasfasergewebe und Stahl-Teilchen gefüllten Testplatten in AbhXngigkeit vom Stahl-Teilchen-Gehalt im Polyester-Kunststoff.

Aus der Zeichnung ist klar ersichtlich, daß die Rißfestigkeit der mit Glasfasergewebe und Stahl-Teilchen gefüllten Testplatten in überraschender Weise größer ist als zu er-

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warten war, denn die Summierung der Festigkeit der mit Glasfasergewebe allein verstärkten Testplatte mit der Festigkeit, die mit einer nur durch Stahl-Teilchen verstärkten Testplatte gefunden wird, liefert eine zusammengesetzte Festigkeit, die mit der mit E bezeichneten Kurve gegeben ist. Diese Kurve E liegt zumindestens im Bereich 20 bis 80 Gewichtsprozente Stahlteilchen im Kunststoff wesentlich unterhalb der Kurve D, die tatsächlich für mit Glasfasermatte und Stahl-Teilchen gefüllte Testplatten gefunden worden ist. Ein Gehalt an Stahl-Teilchen größer als 80 Gewichtsprozente im Kunststoff bewirkt übrigens, daß der Kunststoff in der Testplatte nicht mehr zusammenhängend ausgebildet und somit keine formfeste Testplatte mehr vorhanden ist.

Die Stahl-Teilchen in den Testplatten waren wirtschaftlich als Schleifspäne, ein billiges, leicht zu beschaffendes Nebenprodukt der Stahlbearbeitung, hergestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den wichtigen Vorteil, daß mit ihm ein stoßfester Mehrkomponentenwerkstoff hergestellt werden kann, der bei guter Steifigkeit und hohem Versohleißwideretand einen wesentlich verbesserten Widerstand gegenüber der Entstehung von Rissen bei Stoß- oder Schlagbeanspruchung besitzt.

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Claims

SKF KUGEIIAGERFAERIKEN GMHi Sehweinfurt, 17.3.1978 TPA/vH/gh SW 77 005 DT Verfahren zur Herstellung eines stoßfesten Mehrkomponentenwerkstoffs Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines stoffes ten Mehrkomponentenwerkstoffs nit einen bei normaler Zimmertemperatur harten Kunststoff, gekennzeichnet durch Füllen des Kunststoffs sowohl mit einem Faserwerkstoff als auch mit Teilchen aus einem in hohem Grade plastisch verformbaren Werkstoff.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen aus einem metallischen Werkstoff verwendet werden.

3* Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Teilehen aus Stahl verwendet werden.

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4. Verfahren naeh Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen aus Blei verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff mit einem Gehalt von 20 bis 8o Gewichtsprozenten mit Teilchen gefüllt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen mit einer Dicke von 2 bis 20 pm und einer Länge, die etwa 10 bis 20 mal so groß wie ihre Dicke ist, verwendet werden.

7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Teilchen Schleifabrieb aus Wälzlagerstahl verwendet wird.

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