DE2925519C2 - Thermoplastische Formmasse, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine thermoplastische Formmasse auf Basis eines Styrolpolymerisats mit darin dispcrgicrtcn Polyteirafluorethylen-(PTFE)Teilchen mit verbesserten Eigenschaften, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Formmasse und ihre Verwendung für Formteile, an die besondere Ansprüche hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften gestellt werden.

Obwohl bereits eine große Zahl von Formmassen bekannt und auf dem Markt verfügbar ist, tritt immer wieder ein Bedarf für weitere Formmassen auf, die sich für besondere Zwecke eignen und daher auch Kombinationen von Eigenschaften aufweisen sollen, welche die Formmassen des Standes der Technik nicht besitzen. So enthalten beispielsweise Durchflußniesser gewöhnlich ein in einer Meßkammer angeordnetes, bewegliches, d. h. drehbares Teil, das von der hindurchströmenden Flüssigkeit in Bewegung versetzt wird, was eine Messung der durchgeflossenen Flüssigkeitsmenge ermöglicht. Die Kammer kann beispielsweise aus Metall oder einem thermoplastischen Material geformt sein. Um ein ordnungsgemäßes Funktionieren des Durchflußmessers sowie eine lange Lebensdauer beim Betrieb desselben zu gewährleisten, sollten sowohl die kammer als auch das bewegliche Teil aus Werkstoffen mit hoher Verschleißfestigkeit und mit möglichst niedrigen (ileitreibungskoelli/ienten gclornit sein. Außerdem müssen das hcw etliche Teil. /. B. ein kolben oder eine Taumelscheibe, sowie die Kammer in der hindurchströmenden Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, dimensionsstabi! sein und diese darf auch Wasser nicht nennenswert absorbieren.

Die beweglichen Teile der auf dem Markt befindlichen Durchflußmesser werden nun aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt, die unterschiedliche Nachteile aufweisen. So wird häufig Hartgummi verwendet, der zwar die erforderlichen physikalischen Eigenschaften, nämlich Dimensionsstabilität in einem wäßrigen Medium sowie einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine hohe Verschleißfestigkeit, aufweist, sich jedoch nur schwer zu eine komplizierte Form aufweisenden Teilen verformen läßt, so daß die Kosten für den Formvorgang hoch sind. In der Praxis wird daher aus dem Hartgummi zunächst ein Rohling geformt, der anschließend spanabhebend bearbeitet wird, was zeitraubend und aulwendig ist.

Zwei weitere, bisher eingesetzte Werkstoffe sind Polyamid- und Polyphenylenoxid-Verbindungen. Diese beiden Werkstoffe sind zwar billiger als Hartgummi und lassen sich ohne Schwierigkeiten formgebend verarbeiten, jedoch machen sie ihre Eigenschaften für den angestrebten Zweck weniger geeignet. So zeigen selbst Polyamide mit einem niedrigen Absorptionsvermögen für Wasser in diesem eine Längsdehnung von wenigstens 0,5%. Aus Polyphenylenoxiden geformte Teile wiederum sind in Wasser zwar stabil, jedoch weniger vcrschleißbeständig als solche aus Hartgummi und haben einen höheren Reibungskoeffizienten, worunter die Meßgenauigkeit bei kleinen Durchflußmengen leidet.

In der FR-PS 12 20 069 ist ein Verfahren zur Herstellung von porösen Gegenständen aus Polytetrafluorethylen beschrieben, die aus einer Mischung von Polytetrafluorethylen mit einem zweiten polymeren Material, das man anschließend entfernen kann. Verformen der Mischung zur gewünschten äußeren Form, Entfernen des zweiten Bestandteils, beispielsweise als flüchtiges Abbauprodukt, und anschließendes Sintern des nunmehr nur noch aus Polytetrafluorethylen bestehenden Gegenstandes hergestellt werden. Diese Formmassen enthalten als Hauptbestandteil zwar Polytetrafluorethylen, sie sind jedoch nicht thermoplastisch.

Es wurden Versuche mit bekannten Formmassen angestellt, um einen zum Formen von beweglichen Teilen von Durchflußmessern geeigneten Werkstoff zu finden. Es wurde jedoch kein Material gefunden, welches die folgenden Bedingungen erfüllt:

a) Ein thermoplastisches Material zu sein, welches mit einer Maßgenauigkeit von 0,1 % verformbar ist;

b) in wäßrigem Medium stabil zu sein, so daß die Längsdehnung eines geformten Teils aufgrund der Aufnahme von Wasser unter 0,1 % liegt;

c) die Herstellung von Formteilen zu ermöglichen, welche bis zu einer Temperatur von 50⁰C in Wasser arbeiten können und unter tropischen Bedingungen nicht abgebaut werden;

d) bei Verwendung in einer üblichen Kammer einen niedrigen Reibungswiderstand und eine hohe Verschleißfestigkeit sowie ferner auch

c) eine befriedigende mechanische Festigkeit und Schlagfestigkeit aufzuweisen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be-

ii"i stand daher darin, eine thermoplastische Formmasse /u schaffen, die es erlaubt, auch komplizierte Formen mit hoher Maßgenaiiigkcit her/ustcllci. die vor allem in wäßrigen Medien auch unter ironischen Bedingungen.

d. h. bis zu Wassertemperaturen von etwa 50⁰C, formstabil bleiben, die ferner einen niedrigen Reibungswiderstand und hohe Verschleißbeständigkeit aufweisen und außerdem eine befriedigende mechanische Festigkeit und Schlagfestigkeit besitzen. Derartige Formmassen sind vor allem zur Herstellung von beweglichen Teilen, insbesondere für Durchflußmesser, in hohem Maße erwünscht.

Diese Aufgabe wurde nun durch die Erfindung mit der Schaffung einer thermoplastischen Formmasse der oben geschilderten Art gelöst, in welcher der Anteil der PTFE-Teilchen 5 bis 30Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse, beträgt, die PTFE-Teilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich zwischen 2 und 10 μηι aufweisen und das Längen-Breiten-Verhältnis der Teilchen nicht größer als 2 : I ist.

Die genaue Form der PFTE-Teüchen ist zwar nicht übermäßig entscheidend, vorzugsweise haben jedoch die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Formmassen verwendeten Teilchen ein Längen-Brciten-Verhältnis von nicht mehr als 1,5 :1.

Bevorzugterweise beträgt die Größe der PTFE-Teilchen weniger als 100 μηι.

Bevorzugte Formmassen gemäß dieser Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß die PFTE-Teilchen eine mittlere Teilchengröße von 5 bis 7 μηι und zu nicht mehr als 1% eine Teilchengröße von mehr als 35 μηι haben.

Vorteilhafterweise besteht in den erfindungsgemäßen Formmassen das Styrolpolymerisat aus einem schlagfesten Polystyrol.

Die Teilchen liegen somit vorzugsweise in granulierter Form vor, d. h. in Form von unregelmäßigen Perlen, Kügelchen, Würfeln usw. Stärkere Abweichungen von der granulierten Form können dazu führen, daß die js Formmasse unerwünschte Fließeigenschaften aufweist, beispielsweise daß die erhitzte Masse eine gewisse Schmelzelastizität besitzt, was insofern unerwünscht ist, als dadurch Ungenauigkeiten bei der Formgebung entstehen können.

Die erfindungsgemäße Formmasse wird in der Weise hergestellt, daß man das Styrolpolymerisat und die PTFE-Teilchen miteinander mischt, das Gemisch erhitzt, so daß das Styrolpolymerisat eine im wesentlichen homogene, plastifizierte Masse bildet, in welcher die PTFE-Teilchen gleichmäßig dispergiert sind, und die Masse granuliert.

Die erfindungsgemäßen Formmassen eignen sich insbesondere zum Formen von Teilchen von Vorrichtungen, die für die Verwendung in einem wäßrigen Medium bestimmt sind, wie beispielsweise für Teile, insbesondere für bewegliche Teile, von Durchflußmessern.

Das nachstehende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel

Hochschlagfestes Polystyrol in granulierter Form wurde mit in Form eines Granulats vorliegenden PFTE-Teilchen, die eine mittlere Teilchengröße von 5 bis 7 μιη aufwiesen, vermischt, wobei der Anteil der Teilchen mit einer Größe von mehr als 35 um weniger als 1% betrug. Das Längen-Breiten-Veriiültnis der Teilchen lag unter 1,5 : 1.

Die PFTE-Teilchen wurden gleichmäßig in dem Polystyrol dispergien und das Gemisch wurde ei int/t, so daß eine homogene, plastifi/ierte Masse entstand, die einem Schneckenextruder zugeführt wurde, der aul cmc über dem Erweichungspunkt des Polystyrols liegende Temperatur aufgeheizt worden war. Das Extrudat wurde abgekühlt und zu einem für Formverfahren verwendbaren Granulat zerkleinert. Auf diese Weise wurden Formmassen mit Gehalten von 5, 10, 15, 20, 25 und 30 Gew.-% PFTE-Teilchen hergestellt.

Aus jeder Formmasse wurden mittels einer herkömmlichen Formvorrichtung Kolben für die Verwendung in Durchflußmessern geformt.

An den Kolben vorgenommene Messungen zeigten, daß sich alle Formmassen mit einer Maßgenauigkeit von unter 0,1% formen lassen, und daß die Kolben ohne spanabhebende Bearbeitung für die Verwendung in einem Wasserzähler geeignet sind. Die Kolben wurden in einem Wasserzähler geprüft, um festzustellen, ob sie den vorstehend unter (bj· bis (e) genannten Bedingungen genügen.

In den Versuchen wurde festgestellt, daß die aus jeder der Formmassen geformten Kolben zufriedenstellend arbeiteten und auch bei kleinen Strömungsmengen genaue Ergebnisse lieferten. Außerdem erwiesen sich die Kolben als verschleißfest und dimensionsstabil in Wasser.

Die irfindungsgemäßen Formmassen können beispielsweise auch in Durchflußmessern verwendet werden, bei denen das von der Strömung betätigbare, bewegliche Teil eine Taumelscheibe ist, sowie in anderen, in einerr wäßrigen Medium arbeitenden Vorrichtungen, wie beispielsweise in Pumpen.

55

b0

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Thermoplastische Formmasse auf Basis eines Styrolpolymerisats mit darin dispergierten Polytetrafluorethylen-(PTFE)-Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der PTFE-Teilchen 5 bis 30 Gew. -%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmasse, beträgt, die PTFE-Teilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich zwischen 2 und 10 μπι aufweisen und das Längen-Breiten-Verhältnis der Teilchen nicht größer als 2 : I ist.

2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der PTFE-Teilchen weniger als 100 μιτι beträgt.

3. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die PTFE-Teilchen eine mittlere Teilchengröße von 5 bis 7 μηι und zu nicht mehr als 1% eine Teilchengröße von mehr als 35 μηι haben.

4. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Styrolpolymerisat aus einem schlagfesten Polystyrol besteht.

5. Verfahren zur Herstellung einer Formmasse nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Styrolpolymerisat und die PTFE-Teilchen miteinander mischt, das Gemisch erhitzt, so daß das Styrolpolymerisat eine im wesentlichen homogene, plastifizierte Masse bildet, in welcher die PTFE-Teilchen gleichmäßig dispergiert sind, und die Masse granuliert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Masse extrudiert und das Extrudat zerhackt.

7. Verwendung der Formmasse nach einem der Ansprüche I bis 4 :<ur Bildung eines Formkörper.