DE2832004C2

DE2832004C2 - Verfahren zur Herstellung von abgestuften und/oder hohlen Körpern aus Polytetrafluoräthylen

Info

Publication number: DE2832004C2
Application number: DE19782832004
Authority: DE
Inventors: Jurij Fedorovi&ccaron; Duni&ccaron;ev; Ivan Pavlovi&ccaron; Knjazkin; Arkadij Konstantinovi&ccaron; Leningrad Puga&ccaron;ev; Rodion Stepanovi&ccaron; Seleznev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-20
Filing date: 1978-07-20
Publication date: 1982-08-26
Also published as: DE2832004A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von abgestuften und/oder hohlen Körpern aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) durch Pressen von PTFE-Pulver zu einem Halbzeug im Innenraum einer starren Form, wobei vor dem Pressen Elemente aus elastischem Werkstoff in den Bereichen in die Form eingelegt werden, an denen die Körper von der Innenraumform abweichen oder Hohlräume entstehen sollen, und nach dem Pressen das Halbzeug aus PTFE von den elastischen Elementen getrennt und einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

Aus der FR-PS 15 04 807 ist ein Verfahren dieser Art bekannt, bei dem Ringe oder Scheiben aus Kautschuk mit einer Shore-Härte A-50 bis A-65 in die Form eingelegt werden. Beim Pressen verformen sich die Gummiringe bzw. -scheiben und es verdichtet sich das PTFE in zur Druckrichtung senkrechter Richtung. Die nach diesem Verfahren hergestellten Körper zeigen jedoch eine relativ große Abweichung der Konfiguration von der gewünschten Gestalt, was auf die ungleichmäßige Verformung der Gummiringe bzw. Scheiben beim Pressen in Verbindung steht. Da das pulverförmige PTFE beim Pressen um das 3 bis 5-fache dichter wird, werden Jie Gummiringe b/w. scheiben ebenfalls zunehmend verdichtet Sie verdichten sich aber nicht wie PTFE sondern ändern ihre Form, was sich in einem Verzug der Gestalt des PTFL-lciis auswirkt. Besonders stark tritt dieser Verzug bei der Herstellung von Körpern gleicher Größe zutage. In einer Reihe von Fällen ist auch Rißbildung bei Körpern zu bemerken, die auf ungleichmäßige Verdichtung und Verschiebung der Polytetrafluoräthylenschichten beim

Pressen zurückzuführen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von abgestuften und/oder hohlen Körpern aus PTFE so weiterzubilden, daß die Maßgenauigkeit der hergestellten Körper erhöht, ihre Qualität verbessert und das Sortiment an herstellbaren Körpern erweitert wird.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß

ίο als elastische Elemente Elemente aus porösem Polyurethan mit einer Volumenporosität von ^O bis 85% eingesetzt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Verwendung von elastischen Elementen aus porösem Polyurethan, das sich in bekannter Weise leicht mit einer Volumenporosität von 40 bis 85% herstellen läßt, ermöglicht es, abgestufte und/oder hohle Körper

aus PTFE mit einer Maßgenauigkeit herzustellen, die 1,5 bis 2 mal so groß ist, als es mit dem bekannten Verfahren erreichbar war. Weiterhin wird es möglich, an den herzustellenden Körpern Fehler, wie Balligkeit und Konkavität der Seitenfläche zu vermeiden und die Gefahr der Riß- und Faltenbildung auf diesen Oberflächen zu beseitigen.

Das elastische Polyurethan wird bei der Porenverminderung um das 1,5 bis 6-fache dichter und ändert dabei stine Querabmessungen nicht. Das pulverförmige

PTFE hat eine Schüttdichte von 0,3 bis 0,8 g/cm³ und wird ähnlich wie das Polyurethan im Preßvorgang um das 3 bis 6-fache verdichtet.

Dank der Möglichkeit, die Verdichtungsgröße von PTFE und Polyurethan beim gemeinsamen Pressen mit hoher Genauigkeit zu berechnen, wird durch die Verwendung von Polyurethan, dessen Porosität mit der von PTFE identisch ist, die Herstellung von abgestuften und/oder hohlen Körpern aus PTFE mit Mindestabweichungen von den Sollmaßen möglich, da die Elemente aus Polyurethan genauso wie das PTFE verdichtet werden.

Die Elemente aus elastischem porösem Polyurethan, die in Preßform eingeführt wurden und einen bestimmten Teil ihres Volumens einnehmen, gewährleisten die Bildung von Absätzen, Flanschen, Fasen usw. an den Preßkörpern. Je nach der erwünschten Konfiguration des Preßkörpers werden z. B. ringförmige oder zylinderförmige Elemente aus Polyurethan verwendet. Zur Herstellung eines Artikels vom Spulentyp können

so gleichzeitig mehrere Elemente aus Polyurethan eingesetzt werden. Dazu wird ein Element aus Polyurethan in die Preßform eingebracht, danach das PTFE-Pulver eingeführt, auf das ein anderes Element aus Polyurethan gestellt wird, wonach eine weitere Portion PTFE-Pulver eingeführt wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht auch die Anwendungsmöglichkeit von Elementen aus porösem elastischem Polyurethan, die aus mehreren Schichten mit unterschiedlicher Volumenporosität bestehen, beim Pressen vor Die Gesamtvolumenporosität sämtlicher Schichten eines st ichen Elementes beträgt 40 bis 85% um' entspricht der Porosität des PTFE-Puiverv Es ha; SU.U gciciäU daß d.i. Verwendung vun solchen mehrschichtigen Elementen bei der Herstellung von Körpern, deren Höhe über 50 mm beträgt, zweckmäßig ist.

Dabei ist zu bevorzugen, daß die Porosität der Schichten in Preßrichtung abnimmt, weil festgestellt

wurde, daß sich das PTFE-Pulver beim Pressen an der Angriffsseite der Preßkraft in höherem Grad verdichtet

In jenen Fällen, wenn PTFE-Körper mit hoher Oberflächenglätte hergestellt werden müssen, wird die Verwendung von Elementen aus elastischem porösem Polyurethan mit der genannten Porosität bevorzugt, auf deren Oberfläche Metalleinlagen angeordnet sind.

Dann sollte die gesamte »Porosität« der verwendbaren Elemente mit den Metalleinlagen der Porosität des zu pressenden PTFE-Pulvers entsprechen.

Die Erfindung gestattet es auch, kompliziert gestaltete PTFE-Körper mit einem metallischen Einlegeteil in Form von Stiftschrauben, Schrauben, Kernen, Mitnehmern usw. herzustellen. Dazu wird das metallische Einlegeteil vor dem Pressen mit dem einen Ende in die Preßform ins PTFE-Pulver eingebracht und eines der Elemente aus elastischem porösem Polyurethan unter dem anderen Ende dieses metallischen Einlegeteils angeordnet Durch das Vorhandensein des Elementes aus elastischem porösem Polyurethan unter dem metallischen Einlegeteil wird beim Pressen eine mit der Verdichtung der PTFE-Schicht synchrone Verschiebung des metallischen Einlegeteils gewährleistet Daraus ergibt sich die Verhinderung eines Rissigwerdens des PTFE-Körpers im Bereich der Einlegeteilanbringung im Preßvorgang.

Als PTFE können PTFE-Sorten, die zur Verarbeitung im Preßverfahren bestimmt sind, Verwendung finden.

Diese Sorten schließen sowohl frei schüttbare als auch feingepulverte klumpenbildende PTFE-Typen ein. Üblicherweise haben diese PTFE-Sorten eine Schüttdichte von 0,30 bis 0,8 g/cm³, was einer Porosität der Pulver von 85 bis 40% entspricht. Die Dichte der durch Pressen aus diesen PTFE-Pulvern vor dem Sintern hergestellten Halbzeuge beträgt 1,80 bis 1,90 g/cm³. Alle diese PTFE-Sorten sind zur Herstellung von Körpern gemäß der Erfindung geeignet, obwohl feindisperse Pulver gewöhnlich Körper von besserer Qualität herzustellen ermöglichen, was an sich bekannt ist.

Das Pressen von PTFE-Pulver erfolgt bei Raumtemperatur, nicht aber unter 19⁰C, da dann das PTFE bekanntlich eine polymorphe Umwandlung erfährt und sich schlecht pressen läßt.

Die Preßgeschwindigkeit ist kein kritischer Faktor

: und beträgt gewöhnlich 0,2 bis 0,6 m/min. Je nach dem iPTFE-Typ erfolgt das Pressen bis zu einem Druck von -30 bis 400kp/cm². Im Falle der Verwendung von ;gefüllten PTFE-Typen, z. B. im Gemisch mit Kohle, Glasfaser und dergl. wird der Preßdruck auf 500 bis 600 kp/cm² erhöht.

Bei dem Verfahren wird die Trennung des gepreßten Körpers von den Elementen aus Polyurethan nach ihrer Entformung durchgeführt. Falls jedoch eine auf der Polyurethanschicht angebrachte Metalleinlage zum Einsatz gelangt, läßt sich der PTFE-Körper bei seinem Ausstoßen aus der Preßform abtrennen, so daß sich Polyurethan und Metalleinlagen bei wiederholten Preßvorgängen ständig in der Preßform befinden. Die hergestellten PTFE-Körper werden bei Temperaturen von 360 bis 390⁰C, vorzugsweise 375 bis 38O⁰C, wärmebehandelt Die Zeit der Wärmebehandlung beträgt 2 Stunden für Körper mit 3 bis 5 mm Wanddicke und bis zu 24 Stunden für Körper mit 50 bis 100 mm Wanddicke. Die Artikel können inner- oder außerhalb des Ofens, z. B. durch Eintauchen eines dünnwandigen Körpers in Wasser abgekühlt werden.

Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert In den Zeichnungen zeigt:

F i g. 1 eine Preßform mit einem Element aus porösem Polyurethan für die Herstellung eines abgestuften Körpers,

F i g. 2 einen in der in F i g. 1 dargestellten Preßform hergestellten abgestuften Körper,

F i g. 3 eine Preßform mit einem Element aus porösem Polyurethan zur Herstellung eines hohlen Körpers,
ίο F i g. 4 einen in der in F i g. 3 dargestellten Preßform hergestellten hohlen Körper,

F i g. 5 eine Preßform mit einem mit Metalleinlage versehenen Element aus porösem Polyurethan zur Herstellung eines abgestuften mit Einlegeteil versehenen Körpers,

F i g. 6 einen in der in F i g. 5 dargestellten Preßform hergestellten Abgestuften und mit Einlegeteil versehenen Körper,

F i g. 7 eine Preßform mit mehreren Elementen aus porösem Polyurethan zur Herstellung eines abgestuften und hohlen Körpers und

Fig. 8 einen in der in Fig. 7 dargestellten Preßform hergestellten abgestuften und hohlen Körper.

Fig. 1 zeigt eine Preßform, die aus Formmantel 1, Stempel 2 und Unterplatte 3 besteht und m.t pulverförmiger!) PTFE gefüllt ist, das das Halbzeug 4 bildet. Dabei ist ein in Form eines Ringes 5 aus elastischem porösem Polyurethan ausgeführtes Element in der Preßform angeordnet.

PTFE-Pulver und Polyurethan haben die gleiche Porosität. PTFE-Pulver und Polyurethan werden mit dem Stempel 2 bis zu einem Druck von 350 kp/cm² verdichtet. Während der Verdichtung wird aus dem PTFE-Pulver und Polyurethan durch die Annäherung der Pulverteilchen und Porenverdichtung in Polyurethan Luft verdrängt. Das Pressen erfolgt bis zur Bildung einer kompakten Struktur des PTFE-Pulvers. Danach werden der Druck entlastet, das Halbzeug 4 aus PTFE und der Ring 5 aus Polyurethan ausgestoßen und die genannten Teile getrennt, wobei sich der Ring 5 aus Polyurethan erholt und zur Wiederverwendung geeignet ist. Fig.2 zeigt einen auf die genannte Weise hergestellten Körper 4'.

Gute Ergebnisse können z. B. erhalten werden, wenn pulverförmiges PTFE mit einer Schüttdichte von 0,46 g/cm³ ( der Hohlraumanteil zwischen den Puiverteilchen beträgt ca. 75%) und Polyurethan mit einer Volumenporosität von 75% verwendet wird, während ein Polyurethan mit einer Volumenporisität von 65%

so bei einer Schüttdichte des PTFE-Pulvers von 0,60 g/cm³ zu bevorzugen ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen angeführt.

Beispiel 1

In die in F i g. 1 dargestellte Preßform wird ein Element 5 aus elatischem Polyurethan mit 75 Vol.-% Porosität eingebracht, das in Form eines Ringes mit 50 mm Außendurchmesser, 25 mm Innendurchmesser und 40 mm Höhe ausgeführt ist. Danach werden 500 cm³ PTFE-Pulver mit 0,460 g/cm³ Schüttdichte und 100 μπι Teilchengröße in die Preßform eingeschüttet. Die Oberschicht PTFE wird planiert und mit Hilfe des Stempels 2, der sich mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/min bewegt, ein Druck von 350 kp/cm² in der Preßform erzeugt, der im Laufe von einer Minute aufrechterhalten wird. Danach werden der Stempel 2

zurückgezogen und der PTFE-Körper 4' und das Element 5 aus Polyurethan mit der Unterplatte 3 aus der Preßform ausgestoßen und voneinander getrennt. Nach der Herstellung von etwa 10 PTFE-Körpern 4', deren Form in F i g. 2 veranschaulicht ist, werden diese Körper in einen Ofen eingegeben, in dem sie bei einer Temperatur von 380⁰C während 5 Stunden wärmebehandelt werden. Die PTFE-Fertigkörper haben einen Außendurchmesser von 48 ±0,3 mm im Bereich des Flansches und einen Durchmesser von 24 + 0,3 mm im Bereich der Trenngrenze zwischen Polyurethan und PTFE. Die Dichte des PTFE betrug 2,175±0,001 g/cm³. Bei allen hergestellten PTFE-Körpern wurden keine Risse entdeckt, als diese Körper zur Kontrolle längs der Achse zerschnitten wurden.

Es wird ein PTFE-Körper, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt nur daß in die Preßform vier gleiche Ringe aus Polyurethan mit 200 mm Gesamthöhe eingeführt werden, wobei die Volumenporosität vom oberen Ring 85%, vom unteren Ring 50% und von den beiden mittleren Ringen 65% betrug, so daß die gesamte durchschnittliche Volumenporosität des Polyurethans 65% betrug. Die PTFE-Fertigkörper haben einen Außendurchmesser von 48,2 + 0,3 mm im Bereich des Flansches und 23,9 ±0,25 mm im Bereich der Trenngrenze zwischen Polyurethan und PTFE. Die Dichte des PTFE-Körpers beträgt 2,1760 ± 0,0005 g/ cm³. Die Polyurethan-Elemente erhalten ihre ursprüngliche Form auch nach wiederholter Verwendung zurück.

Beispiel 3

In die in Fig.3 dargestellte, zur Herstellung eines in F i g. 4 gezeigten Bechers bestimmte Preßform wird ein Element aus elastischem Werkstoff in Form eines Vollzylinders 6 aus Polyurethan mit 70% Volumenporosität eingeführt und mitten im Hohlraum der Preßform aufgestellt Zur Vermeidung einer Verlagerung des Zylinders 6 relativ zu der Achse der Preßform wird der Zylinder 6 auf die Unterplatte 3 der Preßform geklebt. Danach werden 100 cm³ pulverförmiges PTFE mit 0,600 g/cm³ Schüttdichte und 600 μπι Teilchengröße in die Preßform eingeführt Das Pressen des PTFE erfolgt in Anwesenheit des Zylinders 6 aus Polyurethan unter einem Druck von 350 kp/cm². Nach Abschluß des Pressens wird der PTFE-Körper 4' mit der Unterplatte 3 aus der Preßform ausgestoßen. Nach der Herstellung von 10 Halbzeugen wie in diesem Beispiel beschrieben, werden die Körper bei einer Temperatur von 380⁰C während 3 Stunden in einem Ofen wärmebehandelt Die hergestellten becherförmigen PTFE-Körper weisen einen Außendurchmesser von 49 ±03 mm und einen Innendurchmesser von 40+0,5 mm auf. Die Krümmung der Innenfläche des Bechers ist nicht größer als 0,8 mm. Die Dichte der Seitenwände des Bechers betrug 2,183+0,001 g/cm³ und des Bodens 2,182±0,0005 g/cm³. Der wiederholt verwendete Polyurethan-Zylinder erhält seine ursprüngliche Form zurück.

Mittenteil befestigtes metallisches Einlegeteil 7. Bei der Herstellung des Körpers findet die in F i g. 5 dargestellte Preßform Verwendung. In die Preßform wird ein Element 5 aus elastischem Werkstoff — poröser

Polyurethan mit 67% Volumenporosität — eingebracht, das in Form eines mit einer Metalleinlage 8 versehenen Ringes ausgeführt ist. Außerdem wird PTFE-Pulver in die Preßform eingeführt. Unter dem mitten in der Preßform angeordneten metallischen Einlegeteil 7 wird

ίο eine Schicht 9 poröses Potyurethan mit einem Porengehalt von 67 Vol.-% angeordnet.

In die Preßform werden 250 g PTFE-Pulver mit 0,60 g/cm³ Schüttdichte eingeschüttet und die Oberfläche des eingeschütteten Pulvers planiert. Danach wird ein Druck von 300 kp/cm² mit dem Stempel, der sich in der Form mit einer Geschwindigkeit von 0,6 m/min bewegt, erzeugt und während 5 Minuten aufrechterhalten, worauf der Körper aus der Preßform ausgestoßen wird. Der PTFE-Körper mit dem metallischen Einlegeteil wird in einen Ofen eingegeben und bei einer Temperatur von 380⁰C während 5 Stunden wärmebehandelt. Die hergestellten PTFE-Körper haben eine glatte blanke Oberfläche und im Bereich des metallischen Einlegeteils und in anderen Teilen des Körpers wurden weder Risse noch Schichtspaltungen entdeckt. In verschiedenen Teilen der Körper betrug die PTFE-Dichte 2,177 g/cm³.

Beispiel 5 Beispiel 4

Es wird eine PTFE-Membran, die Fig.6 zeigt, hergestellt Dieser Körper wird zur Herstellung einer Ventilmembran eingesetzt und hat ein in seinem Mit Hilfe der in F i g. 7 gezeigten Preßform wird ein in F i g. 8 in axonometrischer Darstellung gezeigter PTFE-Körper hergestellt Der herzustellende Körper ist ein Balgmembranhalbzeug eines Ventils. In die Preßform wird ein in Form eines Zylinders 6 aus Polyurethan mit 80% Volumenporosität ausgebildetes Element eingeführt und in der Mitte der Unterplatte 3 aufgestellt, wobei dieses Element auf die Platte 3 geklebt wird, um seine Verlagerung relativ zum Zentrum zu vermeiden. Danach wird das in Form einer Buchse 10 aus Polyurethan mit 80% Volumenporosität ausgebildete Element aus elastischem Werkstoff in die Form eingeführt Sodann wird das PTFE-Pulver 11 mit 0,300 g/cm³ Schüttdichte und 40 μπι Teilchengröße in die Preßform eingeschüttet Hierauf wird ein in Form eines Ringes 5 aus Polyurethan mit 60% Volumenporosität ausgebildetes Element in die Form eingeführt In den Ring 5 wird ein Pulver 12, bestehend aus einem Gemisch aus PTFE und Glasfasern, deren Gehalt im Gemisch 25 Gew.-% beträgt, eingeschüttet Die Schüttdichte des Gemisches beträgt 0,600 g/cm³. Das Pressen erfolgt mit Hilfe des Stempels 2 unter einem Druck von 500 kp/cm² innerhalb von 3 Minuten. Danach wird der hergestellte Körper mit Hilfe der Platte 3 aus der Preßform ausgestoßen. Vom Körper werden der Ring 5 und die Buchse 12 aus Polyurethan getrennt Der Zylinder 6 bleibt an der Oberfläche der Platte 3 infolge Klebeschicht haften.

Der PTFE-Körper wird in einen Ofen eingegeben und bei einer Temperatur von 330⁰C während 6 Stunden wärmebehandelt Der in F i g. 8 dargestellte PTFE-Körper 4' weist Außenflansch 13, Körper 14, Innenflansch 15 und Bund 16 auf.

Nach der Herstellung von 10 Körpern wie oben beschrieben wurde eine Messung der Maße vorgenommen. Die ermittelten Ergebnisse sind in einer Tafel zusammengefaßt

Tafel

Meßergebnisse der Maße eines Balgmembranhalbzeuges

Gemessener Teil
des Halbzeuges

Mittel- Maßab- Maßabwert, weichung, weichung, in mm ± mm ± %

1. Körperdurchmesser

Außen 50

Innen 35

2. Bunddurchmesser 25

±0,43 ±0,8 ±0,32 ±0,9

±0,4 ±1,6

Bei den hergestellten Artikeln aus Polytetrafluoräthy- 15 wiederholter Verwendung behalten die Polyurethanlen wurden bei ihrem Schnitt längs der Achse keine Teile ihre Ausgangsrnaße bei. Risse oder .Schichtspaltungen entdeckt. Auch nach

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von abgestuften und/oder hohlen Körpern aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) durch Pressen von PTFE-Pulver zu einem Halbzeug im Innenraum einer starren Form, wobei vor dem Pressen Elemente aus elastischem Werkstoff in den Bereichen in die Form eingelegt werden, an denen die Körper von der Innenraumform abweichen oder Hohlräume entstehen sollen, und nach dem Pressen das Halbzeug aus PTFE von den elastischen Elementen getrennt und einer Wärmebehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als elastische Elemente aus porösem Polyurethan mit einer Volumenporosität von 40 bis 85% eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus mehreren Schichten mit jeweils unterschiedlicher Volumenporosität bestehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente an ihren dem PTFE zugewandten Oberflächen Metallagen aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung von Körpern aus PTFE mit den Körper überragenden metallischen Einlegeteilen, die den Körper überragenden Bereiche der Einlegeteile mit elastischen Elementen desselben Aufbaus wie die in Anspruch 1 aufgeführten Elemente abgestützt werden.