DE2823001C2 - Anwendung eines Strangpreßverfahrens auf höher-molekulare Verbindungen - Google Patents

Anwendung eines Strangpreßverfahrens auf höher-molekulare Verbindungen

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Description

Die Erfindung betrifft die Anwendung des Verfahrens zum Strangpressen von feinteiligen Werkstoffen, bei dem der Werkstoff kontinuierlich in ein Gesenk eingebracht, dort mittels laufender Hübe eines Stempels jeweils zu einem Preßkörper gegen einen durch einen Abschnitt des bereits verdichteten Stranges aufgebauten Reibungswiderstandes kaltverdichtet, unter dem Druck des Reibungshubes bei der Erzeugung des nachfolgenden Preßkörpers um die Länge des Strangabschnittes unentspannt unter gleichem Radialdruck weitergeführt wird und die Preßkörper nach Durchführung durch eine Sintereinheit kontinuierlich in einer Kalibriereinrichtung stranggepreßt worden, wobei die Preßkörper nach ihrer Erzeugung unentspannt als Strang unter gleichem Radialdruck in und durch die Sintereinheit geführt werden.
Obiges Verfahren war bisher zum Strangpressen von granulierten pulvermetaliurgischen Werkstoffen angewandt worden. Mit diesen Ausgangsmaterialien läßt sich nach diesem Verfahren ein kontinuierlicher Strang erzeugen, der an jeder beliebigen Stelle einen vergleichsweise hohen Raumerfüllungsgrad und gleichzeitig eine relativ hohe Gleichmäßigkeit der technologischen Eigenschaften des Werkstoffs über seine ganze Länge hin aufweist. Dieses Verfahren ermöglicht somit unmittelbar vom Pulvergemisch ausgehend in einem Vorgang das Kalt- und Warmpressen des Granulates, wobei das Sintern und das Strangpressen nicht mehr als voneinander getrennte Vorgänge vorgenommen werden müssen. Der Gegendruck für die Verdichtung wird durch die gesamte Reibung innerhalb des Strangpreß-Gesamtwerkzeuges aufgebracht. Hierbei nimmt die Reibung ε us der Herstellungslänge des Gesenks ebenso teil, wie die Reibung innerhalb des Sinterteils. Die entstandenen Preßlinge werden dann nacheinander in die unmittelbar angeschlossene Sinterzone eingeschoben. Dabei wird zunächst die eigentliche Verdichtung im kalten Zustand erreicht, wie es sonst bei hydraulischen
ίο Pressen z. B. für die Erzeugung von Preßlingen geschieht Die Erwärmung in der Erwärmungszone kann auf vielfältige Weise, so z. B. durch eine mittelfrenuente Induktion, erfolgen. Der nach diesem Verfahren ausgepreßte Strang zeigt gegenüber dem mit einem herkömmlichen Heißpreßverfahren erzeugten Strang verbesserte physikalische Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Dichte, Druckfestigkeit und Zugfestigkeit, wie auch in vielen Fällen in der Brinellhärte. Dieses Verfahren zeichnet sich des weiteren durch eine verbesserte Wirtschaftlichkeit aus.
Es gibt zwar bereits Verfahren zum Verpressen von organischen höher-molekularen Verbindungen. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in Grundlagen der Kunststoffverarbeitung (Habilitationsschrift von W.Knappe, Darmstadt, 1970, Carl Hanser Verlag), S. 144 beschrieben. Danach werden einfache Profile aus pulverförmigem Polytetrafluoräthylen in einem Kolbenextruder zu einem zusammenhängenden Strang verdichtet. Dieser Strang verläßt den Kolbenextruder, was zwangsläufig ein Entspannen bedeutet, und wird dann entspannt einem rohrförmigen Ofen zugeführt, in dem eine Aufheizung über den Kristallitschmelzpunkt erfolgt. Hierdurch wird eine weitgehende Plastifizierung des Preßkörpers erreicht, der einen mehr oder weniger viskosen Zustand einnimmt und somit Fließfähigkeitscharakter erlangt. Dieses bekannte Verfahren ist apparativ aufwendig, da es in zwei getrennten Verfahrensstufen durchgeführt werden muß.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß das eingangs beschriebene Verfahren nicht nur zum Strangpressen von granulierten pulvermetallurgischen Werkstoffen geeignet ist, sondern ganz allgemein zum Strangpressen von sinterungsfähigen organischen höher-molekularen Verbindungen.
Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein Verfahren der eingangs genannten Art, das auf organische höher-molekulare Verbindungen angewandt wird.
Für die Zwecke der Erfindung ist es wesentlich, daß zumindest ein Bestandteil dem Erfordernis der Fähigkeit zur Sinterung genügt. Wenn hier von Sinterung gesprochen wird, so ist das im weitestgehenden Sinne zu verstehen. So wird häufig in der Technik unter Sintern lediglich das Zusammenbacken feinkörniger Stoffe bei hohen Temperaturen verstanden, wobei das Sintergut nicht geschmolzen wird. Unter Sintern im Sinne der Erfindung soll jedoch auch ein teilweises Schmelzen des zu verpressenden Werkstoffs oder eines Gemischbestandteils verstanden werden. Das Sintern führt dazu, daß ein Verfahrensprodukt entsteht, das den gewünschten inneren Zusammenhang aufgrund der in der Sinterzone abgelaufenen physikalischen und chemischen Vorgänge erhält, um die Vorteile des beschriebenen Strangpreßverfahrens zu erzielen. Der Mechanismus der Sintervorgänge ist hierbei vielgestaltig. So handelt es sich
b1) sowohl um Schmelzvorgänge an den Oberflächen der Sinterkörper, besonders in einem heterogenen Sintergut, wie auch um Diffusionsvorgänge im festen Material sowie chemische Reaktionen.
28 23 0Oi
Die einzustellende Sintertemperatur kann entweder durch Außenbeheizung oder auch durch Oxidationsvorgänge im Inneren der zu verpressenden organischen höher-molekularen Verbindungen innerhalb der erfindungsgemäß eingesetzten Vorrichtung erzeugt werden. Es ist jedoch auch eine Kaltsinterung denkbar, wobei es sich um einen Vorgang handelt, bei dem die Verfestigung bei gewöhnlicher Temperatur erfolgt Grundsätzlich gestattet die Erfindung in Abhängigkeit von dem jeweils gewählten bzw. den jeweils gewählten höhermolekularen Verbindungen ein Strangpressen der vorgepreßten Preßlinge bei normaler oder auch erhöhter Temperatur. Beim Warmstrangpressen muß dann unter Luftabschluß erwärmt werden, wenn eine gegebenenfalls unerwünschte Oxidation auszuschließen ist Dies kann durch die Umhüllung des Preßlings mit einer dünnen Stahl-Hülle erfolgen. Das Pressen in der Hülle ermöglicht zudem die Anwendung eines flüssigen Schmiermittels. Da beim Kaltstrangpressen ohne Hülle gearbeitet wird, entfällt die obengenannte Schmierung oder es wird mit einem trockenen Schmiermittel, z. B. Graphit oder Molybdändisulfid, gearbeitet wenn ein solches Ausgangsmaterial eingesetzt wird, in dessen Preßling flüssiges Schmiermittel eindringen könnte und die Verschweißung der Pulverteilchen stören würde. Der Einsatz eines trockenen Schmiermittels ist selbstverständlich auch im Falle des Warmstrangpressens möglich.
Die sinterungsfähigen organischen höher-molekularen Verbindungen werden erfindungsgemäß im allgemeinen in feinteiliger Form eingesetzt Dabei können sie in pulvriger, granulierter oder pelletisierter Form vorliegen. Die vorzugsweise gewählte Teilchengröße hängt von dem jeweils gewählten Ausgangsmaterial ab. Es können Grob-, Fein- und Feinstpulver wie auch sedimentierte Anhäufungen in Form von Granulatkörnern oder Pellets stranggepreßt werden.
Bei der Verpressung der organischen höher-molekularen Verbindung setzt sich die Bindung beim Sintern aus atomaren und molekularen Kohäsionskräften zusammen, die etwa gleich stark werden können wie Gitterkräfte, die den Zusammenhalt der Atome bzw. Ionen in den Partikeln selbst bewirken. Zu den in Frage kommenden organischen höher-molekularen Verbindungen zählen Polymerisations-, Polyadditions- und Polykondensationsprodukte, wobei jedoch die letzteren zumindest weitgehend auskondensiert vorliegen müssen, damit beim Sinterprozeß, sofern Wärme angewandt wird, nicht Wasser oder ein anders Kondensationsprodukt in störender Weise ausgeschieden wird.
Zu den Polymerisationsprodukten zählen insbesondere die Polymeren von Äthylen, Propylen, Butylen, Styrol, Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenchlorid, Tetrafluoräthylen, Trifluoräthylen, Vinylpropionat, Methylvinyläther, Äthylenvinyläther, Acrylsäure, Acrylsäureester, wie Acrylsäuremethylester und Acrylsäureeäthylester, Methacrylsäure, Methacrylsäureester, wie Methacrylsäuremethylester und Methacrylsäureäthylester, Acrylnitril, Vinylcarbazol, Vinylpyrrolidon und Maleinsäuredimethylester.
Unter Polyadditionsprodukten haben sich als besonders geeignet erwiesen: Polyurethane, Epoxidharze, Polyimide, Polyamide und Polysiloxane.
Als Polykondensationsprodukte kommen z. B. in Frage: Polyester, Polyimide, Polyamide, Phenoplaste, Aminoplaste usw., die jedoch zum Teil, wie oben gezeigt, auch in Form ihrer Polyadditionserzeugnisse eingesetzt werden können.
Bei der Verarbeitung der obigen Materialien kann es von Vorteil sein, sie nicht in endgültig ausre?gierter, z. B. vernetzter Form, einzusetzen, um während des Sinterprozesses die vollständige Ausreaktion zu erreichen, was insbesondere für duroplastische Fertigprodukte gilt, die eine vollständige Raumnetzstruktur zeigen.
Grundsätzlich können besonders leicht teilchenförmige Kunststoffe mit vorzugsweise begrenzter Thermoplastizität z. B. Polytetrafluoräthylen oder hoch-molekulares Niederdruck-Polyäthylen verarbeitet werden. Aufgrund der sehr geringen Fließfähigkeit (auch oberhalb ihres Erweichungspunktes) der fertigen preßgesinterten Formlinge haben diese sehr gut Maßhaltigkeit
Schließlich ist es möglich, den Ausgangsmaterialien Additive beizugeben, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Endproduktes zu verbessern. So können beispielsweise zur Verbesserung der Gleitfähigkeit organische und/oder anorganische Festschmierstoffe beigegeben werden, wie Graphit Molybdändisulfid oder Polytetrafluoräthylen.
Die beschriebenen Ausgangsmaterialien lassen sich im Hinblick auf das Material der Strangpreßvorrichtung ohne weiteres verarbeiten, da die dafür geeigneten Temperaturen in Bereich liegen, bei denen Vorrichtungen aus billigen metallischen Materialien eingesetzt werden können. Sind nun höhere Temperaturen erforderlich, so werden, zumindest an der Kontaktstelle des gepreßten Stranges und der Vorrichtung, hoch- oder höchstschmelzende Metalle zur Anwendung kommen müssen, wie z. B. Chrom, Wolfram, Molybdän und Vanadin. Anstelle dieser Materialien können auch hitzebeständige keramische Materialien verwendet werden. Die bei der Durchführung der Erfindung optimalen Temperatur- und Druckwerte, die miteinander in Beziehung stehen, lassen sich ohne weiteres auffinden.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels noch näher erläutert.
Beispiel
Ein nicht voll ausreagiertes Polyimid einer Teilchengröße von ca. 300 μπι wird unter einem Preßdruck von 10 000 N/cm2 mittels des aus dem Anspruch 1 ersichtlichen Verfahrens zu einem Preßkörper kaltverdichtet Unter dem Druck des Verdichtungshubes wird das Material bei der Erzeugung des nachfolgenden Preßkörpers um die Länge des Strangabschnittes unentspannt und unter gleichem Radialdruck weitergeführt und der Preßkörper über eine auf etwa 1900C aufgeheizte Sintereinheit kontinuierlich in einer Kalibriereinrichtung stranggepreßt wobei der Preßkörper nach seiner Erzeugung ohne Entspannen als Strang unter gleichem Radialdruck in und durch die Sintereinheit geführt wird. Es schließt sich eine einstündige Alterung bei 250°C an, die jedoch fakultativ ist.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Anwendung des Verfahrens zum Strangpressen von feinteiligen Werkstoffen, bei dem der Werkstoff kontinuierlich in ein Gesenk eingebracht, dort mittels laufender Hübe eines Stempels jeweils zu einem Preßkörper gegen einen durch einen Abschnitt des bereits verdichteten Stranges aufgebauten Reibungswiderstand kaltverdichtet, unter dem Druck des Reibungshubes bei der Erzeugung des nachfolgenden Preßkörpers um die Länge des Strangabschnittes unentspannt unter gleichem Radialdruck weitergeführt wird und die Preßkörper nach Durchführung durch eine Sintereinheit kontinuierlich in einer Kalibriereinrichtung stranggepreßt werden, wobei die Preßkörper nach ihrer Erzeugung unentspannt als Strang unter gleichem Radialdruck in und durch die Sintereinheit geführt werden,
auf organische höher-molekulare Verbindungen.
2. Anwendung nach Anspruch 1 auf Polymerisations- und/oder Polyadditionsprodukte.
3. Anwendung nach Anspruch 2 auf thermoplastische Polymerisations- und/oder Polyadditionsprodukte.
4. Anwendung nach Anspruch 2 oder. 3 auf Polymerisations- und/oder Polyadditionsprodukte in nicht vollständig ausreagiertem Zustand.
5. Anwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 auf ein Polyimid, Polysiloxan, Polytetrafluoräthylen, Polyäthylen, Polypropylen oder Polybutylen.
6. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auf eine Mischung mit einem Zusatz von Graphit, Molybdändisulfid oder Polytetraflouräthylen als Festschmierstoff.
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