DE2928081C2

DE2928081C2 - Verbund-Schichtwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2928081C2
Application number: DE2928081A
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Chem. Dr. 6365 Rosbach Hodes; Walter Ing.(grad.) 6335 Naunheim Schneider; Danilo Ing.(grad.) 7830 Emmendingen Sternisa
Original assignee: Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Current assignee: Federal Mogul Wiesbaden GmbH
Priority date: 1979-07-12
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1982-08-19
Also published as: JPS5614564A; DE2928081A1

Description

hergestellten Überzugschichten haben nur geringe Haftung, so daß bei einer nachfolgenden Umformung eines mit einer solchen Überzugschicht versehenen Werkstückes durch Biegen, Stauchen oder ähnliche Bearbeitung zur Ablösung der Schicht ν jm metallischen Substrat führt, so daß das Werkstück nicht mehr verwendet werden kann.

Es sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, um den sich aus dem antiadhäsiven Verhalten der Fluorkohlenwasserstoff-Polymere ergebenden N.-.chteil mangelhafter adhäsiver Bindung zu beseitigen.

So wird in DE-OS 18 06551 vorgeschlagen, die Bindung einer Schicht aus Polyvinylfluorid zu einer Metalloberfläche durch das Aufbringen einer haftvermittelnden Grundschicht auf dem Substrat zu erreichen. Diese haftvermittelnde Grundschicht soll eine Dicke von 10 μίτι bis 20 μπι haben und aus einem Gemisch aus Metalloxiden und Polyvinylfluorid-Pulver Gewichtsverhältnis 1 :3 bis 1 :8 bestehen, welches in einem latenten Lösungsmittel suspendiert oder disperg^:ert worden ist. Vor dem Aufbringen der Deckschicht muß diese haftvermittelnde Grundschicht bei einer Temperatur zwischen 230 und 320⁰C eingebrannt werden.

Die Herstellung einer solchen haftvermittelnden Zwischenschicht bzw. Grundschicht auf Basis einer lösungsmittelhaltigen Dispersion erfordert eine blasen- und porenfreie Oberfläche, die nur durch langsames Ablüften des Lösungsmittels erreicht werden kann. Das nachfolgende Einbrennen dieser Grundschicht stellt außerdem einen zusätzlichen energieaufwendigen Arbeitsgang dar. Im übrigen mag ein solches Beschichtungsverfahren für die Herstellung von Korrosionsschutzschichten geeignet sein. Es führt aber nicht zu Schichten, deren Dicke in einem solchen Maße gleichmäßig ist, wie sie für Präzisionsteile, z. B. Gleitlager, erforderlich ist.

In DE-OS 24 36 424 wird vorgeschlagen, daß man ein Substrat und einen Fluorkunststoff zum gegenseitigen Verbinden auf eine Temperatur erwärmt, die mindestens 100°C oberhalb des Schmelzpunktes bzw. Gelpunktes des Fluorkunststoffes liegt, den Fluorkunststoff in geschmolzenem Zustand mit dem Substrat in Berührung hält und den Verbund innerhalb eines definierten Temperaturbereiches mit einer Abnahmeraite von 5° C/min oder noch langsamer abkühlt. ι Mit einem solchen Verfahren wird ausreichende ^Haftung erst bei solchen Temperaturen erreicht, bei 'denen Fluorkunststoffe sich bereits chemisch zu versetzen beginnen und gesundheitsschädigende Stoffe freigesetzt werden. Außerdem werden lange Berührungszeiten in geschmolzenem Zustand der Fluorkunststoffe zum Substrat sowie lange Abkühlzeiten zum Erreichen einer hohen Kristallinität der Fluorkunststoffe benötigt Dieses bekannte Verfahren is* somit nicht für eine kontinuierliche Herstellung und damit für eine wirtschaftliche Fertigung geeignet.

Aus der DE-OS 22 16 005 ist die Herstellung von Deckschichten aus PVDF auf metallischen Oberflächen bekannt. Dabei wird zunächst eine Grundschicht aus PVF auf die Metalloberfläche eingebrannt, und anschließend wird die Deckschicht aus PVDF aufgebracht. Das Aufbringen kann aus einer Dispersion mit einem latenten Lösungsmittel als Trägerflüssigkeit erfolgen. »Latentes Lösungsmittel« bedeutet, daß das Mittel die PVDF-Teilchen erst bei höheren Temperaturen löst, so daß das Material zunächst als Dispersion vorliegt. Das Material der Deckschicht kann Pigmente und Farbstoffe enthalten, die bei den Einbrenntemperaturen stabil sind.

Es ist festgestellt, daß der Verbund zwischen der metallischen Oberfläche und der PVDF-Deckschicht ausgezeichnet ist und daß das System extrem verformbar ist. Als Anwendung der Deckschicht ist lediglich der Schutz von Metalloberflächen gegenüber Witterungseinflüssen oder aggresiven Substanzen erwähnt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen reibungsarmen, temperaturbeständigen, hoch verschleißfesten Verbund-Schichtwerkstoff der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die Flächenbildung der Fluorpolymer-Matrix zum Substrat so weit erhöht wird, daß die nachfolgenden Umformungen des Verbund-Schichtwerkstoffs zum Endprodukt, wie Gleitlagerelementen, ohne Schwächung der Bindungszone erfolgen und keine Ablösung der am Substrat anhaftenden Reib- bzw. Gleitschicht bei tfynamischer Belastung zu erwarten ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst.

daß bei einem eingangs beschriebenen Verbund-Schichtwerkstoff das fluorhaltige Polymere der Matrix Polyvinylidenfluorid ist und die Bleiteilchen eine Korngröße < 40 μηι aufweisen.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß trotz der antiadhäsiven Eigenschaften des Polyvinylidenfluorids schon allein durch die Beigabe zwischen 5 Vol.-% und 35 Vol.-% Blei mit Korngröße <40p.m in einem einfachen kontinuierlich durchführbaren Beschichtungsverfahren eine Reib- bzw. Gleitschicht auf einer metallischen Trägerschicht aufgebracht werden kann, wobei die Bindung zwischen beiden Schichten den oben genannten Anforderungen voll entsprechen.

Die verwendete Bezeichnung »Polyvinylidenfluorid« bezieht sich nicht nur auf ein normalerweise festes, hochmolekulares Homopolymer von Vinylidenfluorid, sondern auch auf normalerweise feste Copolymere von Vinylidenfluorid mit einer Mehrheit von Vinylidenfluorid-Einheiten. Diese können beispielsweise Copolymere bis zu 30 Mol-% an comonomeren Tetrafluoräthylen, Trifluorethylen, Vinylfluorid, Hexafluorpropylen sowie weitere bekannte Monomere sein. Die Copolymere besitzen dabei in Bezug auf die Verwendung im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie das Homopolymer.

Die im folgenden benutzte Bezeichnung »PTFE« bezieht sich auch auf niedermolekulare Tetrafluoräthylenpolymere, die durch Pyrolyse von normalerweise festem, hochmolekularem PTFE erhalten werden. Diese PTFE-Teilchen können hergestellt werden, indem man ungesintertes Polytetrafluorethylen, welches man durch Polymerisation von Tetrafluoräthylen in wäßriger Suspension oder Dispersion erhalten hat, Beta- oder Gammastrahlung einer Intensität zwischen 5 bis 50 Mrad aussetzt und so das Molekulargewicht vermindert und es dabei zu einem wachsartigen Produkt abbaut.

Die Bezeichnung »Bleiteilchen« bezieht sich auch auf Blei-Zinn-Legierungen, bevorzugt auf ein Blei mit 2% Zinngehalt.

Die die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden Stoffe können organischer Art sein, beispielsweise niedermolekulares PTFE, oder auch anorganischer Art, beispielsweise Graphit, Molybdänsulfid, und in einer Menge vorliegen zwischen 5 und 50 VoI.-%, vorzugsweise 10 bis 30 Vol.-% des Volumenanteils der Bleiteilchen beträgt, sowie in Pulverform vorliegen mit Korngröße <40 μίτι.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform „„ a:„ d„:k U-... ^,._:._^:-,. _{wj nacnfo},_gend

kann die Reib- bzw. Gleitschicht

zusammengesetzt sein:

60Vol.-% PVDF

30 Vol.-% Pb mit 2% Sn. Korngröße <40 μιτι

10 Vol.-% niedermolekulares PTFE.

In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform kann die Reib-bzw. Gleitschicht bestehen aus:

55 Vol.-% PVDF

25 Vol.-% Pb mit PbO-Beimischung, Teilchengröße

< 40 μιτι

20 Vol.-% PPS/PTFE (niedermolekular).

In einer dritten vorteilhaften Ausführungsform kann die Reib- bzw. Gleitschicht wie folgt zusammengesetzt sein:

6OV0I.-0/0 PVDF

30Vol.-% Pb mit PbO-Beimischung, Teilchengröße

< 40 μιη

10Vol.-% PTFE (niedermolekular) und

eine Deckschicht in einer Dicke zwischen 5 und 20 μπι tragen aus

100 Vol.-% PTFE (niedermolekular), Korngröße zwischen 0,1 und 5 μιη.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verbund-Schichtwerkstoffes besteht darin, daß der Fluorpolymer-Werkstoff ohne Zwischenschicht auf den Trägerwerkstoff aufgebracht sein kann. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, daß die die Reib- bzw. Gleitschicht tragende Oberfläche der Trägerschicht mechanisch aufgerauht ist oder einen aufgesinterten oder aufgespritzten Rauhgrund aus gute Reib- bzw. Gleiteigenschaften aufweisendem, metallischem Material aufweist.

Als Material der Trägerschicht wird bevorzugt Stahl DlN 1624, Qualität St 3, bevorzugt St 4, verwendet In Frage kommen jedoch auch Aluminium, aluminiumplattierter Stahl und kupferhallige Trägerwerkstoffe.

Die aufzubringende reibungsarme Schicht kann zwischen 50 μιη und 1 mm dick sein, bevorzugt zwischen 80 bis 200 μιη. Zur Erzielung eines extrem niedrigen Reibungswertes unter Beibehaltung der hervorragenden Verschleißeigenschaften kann auf die PVDF-Blei-Beschichtung eine 5 μπι bis 20 μιη, bevorzugt 5 μπι bis 10 μπι, dicke Schicht aus einem die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden Stoff aufgebracht werden. Dieser die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernde Stoff kann niedermolekulares PTFE sein und eine Korngröße von maximal 0,1 bis 5 μιη aufweisen. Durch diese Maßnahme kann ein um etwa 15% geringerer Reib-Beiwert gegenüber der reinen PVDF-Blei-Beschichtung erreicht werden.

Die Erfindung betrifft sodann ein Verfahren zur Herstellung des zunächst vorgeschlagenen Verbund-Schichtwerkstoffes. Es kann in einem kontinuierlichen Durchlauf ausgeführt werden. Ausgegangen wird von einem Verfahren, bei dem eine Mischung aus den Materialien der Reib- bzw. Gleitschicht in gewünschter Dicke auf die Trägerschicht aufgebracht und unter Erhitzung auf eine oberhalb der Erweichungstemperatur des Matrix-Kunststoffes liegende Temperatur die Reib- bzw. Gleitschicht ausgebildet wird.

Gemäß diesem Teil der Erfindung ist das Verfahren in der Weise ausgestaltet, daß das PVDF in einem latenten Lösungsmittel zusammen mit dem Zusatzwerkstoff und den eventuell vorgesehenen, die Reib- bzw, Gleiteigenschaften verbessernden Stoffen dispergiert und das Aufbringen aus dieser Dispersion erfolgt, wobei das Lösungsmittel bei der Erhitzung ausgetrieben und das PVDF unter Einbettung der Teilchen des Zusatzwerkstoffes und der die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden Stoffe zu der Matrix zusammengeschmolzen wird. Das Aufbringen der Dispersion auf die Trägerschicht erfolgt z. B. durch Tauchen, elektrostatisches Aufspritzen oder durch Luflsprühen.

Nach dem Aufbringen der Beschichtungsmasse auf den Trägerwerkstoff wird das beschichtete, bandförmige Material beispielsweise zunächst einem induktiv beheizten Ofen zugeführt, um das PVDF der Matrix zu schmelzen. Daran anschließend wird das beschichtete Band durch eine Ofenanlage mit getrennt regelbarer Oberhitze und Unterhitze geführt. Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist es, daß durch das Anschmelzen der Beschichtungsmasse von der Unterseite sichergestellt ist, daß die den verbessernden Haftmechanismus auslösende PVDF-Blei-Beschichtungsmasse aufgrund des durch den Zusatzwerkstoff Blei erreichten erhöhten statischen Druckes auf die Bindezone eine optimale Haftung des PVDF zum Trägerwerkstoff hervorruft. Durch die gelrennte Regulierung der Temperatur der Oberhitze und der Unterhitze im Durchlaufofen ist es gewährleistet, daß der fortlaufend beschichtete Trägerwerksloff ohne Haltezeiten bei kurzen Verarbeitungszeiten ein sicheres, vollständiges Aufschmelzen der Beschichtungsmasse ohne Zersetzung des PVDF erfährt.
Falls der herzustellende Verbund-Schichtwerkstoff zusatzliche Schicht aus einem die Reib- bzw.

eine

Gleiteigenschaften verbessernden Stoff über der PVDF-Blei-Beschichtung erhalten soll, wird man diese zusätzliche Schicht anschließend an das induktive Beheizen mittels eines Walzenpaares in die PVDF-Blei-Beschichtungsmasse eindrücken.

Anschließend an die Wärmebehandlung kann ein abgestimmtes Abkühlen des bandförmigen Verbund-Schichtwerkstoffes vorgenommen werden, um innere Spannungen innerhalb der Gleitschicht zu vermeiden bzw. abzubauen. Dieser geregelte Abkühlvorgang kann ohne Schwierigkeiten innerhalb des Produktionsprozesses ausgeführt werden, so daß keine Produktionsstillstandszeiten zu befürchten sind und das bandförmige Schichtmaterial so weit abgekühlt wird, daß das Band zu einer Rolle aufgewickelt und ohne thermische oder mechanische Nachbehandlung zu Gleitlagerelementen weiterverarbeitet werden kann.

Das erfindungsgemäßc Verfahren !äßt sich auch vorteilhaft auf die Herstellung von Verbund-Schichtwerkstoff in Form von die Reib- bzw. Gleitschicht an ihrer Innenseite tragenden rotationssymmetrischen Körpern abwandeln- Hierzu kann man das Aufbringen der Dispersion und das Zusammenschmelzen der PVDF-Matrix unter Rotation des Körpers vornehmen.

Dabei wird eine definierte Menge der Dispersion zum Einschleudern in die Öffnung des rotationssymmetrischen Körpers eingegeben. Dabei kann der mit einer Reib- bzw. Gleitschicht zu versehende rotationssymmetrische Körper vor Einbringen der Suspension auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden, beispielsweise auf eine Temperatur von 280° Q Die Umfangsgeschwindigkeit des rotationssymmetrischen Körpers wird entsprechend der Viskosität der Suspension bzw.

entsprechend dem Innendurchmesser des rotationssysmmetrischen Körpers abgestimmt. Der rotationssymmetrische Körper kann dann mit aufgebrachter Reib- bzw. Gleitschicht in einer Abkühlstation gezielt abgekühlt werden. Im Anschluß daran kann die aufgeschleuderte Reib- bzw. Gleitschicht des rotationssymmetrischen Körpers mechanisch, kalt verdichtet werden.

• Im folgenden werden Ausführungsmöglichkeiten für die Herstellung des erfindungsgemäßen Verbund-Schichtwerkstoffes beschrieben.

Beispiel I

Eine metallische Trägerschicht ist an ihrer mechanisch aufgerauhten Oberfläche mit einer Reib- bzw. Gleitschicht belegt. Das mechanische Aufrauhen der zu belegenden Oberfläche der metallischen Trägerschicht ist durch Strahlen, Bürsten oder Schleifen erfolgt. Die Zusammensetzung der Reib- bzw. Gleitschicht ist wie folgt:

60 Vol.-% Polyvinylidenfluorid,

30 VoL-% Blei mit 2% Zinngehalt und Korngröße

< 40 μπι,
10 Vol.-% niedermolekulares PTFE.

Intensives Vermischen dieser Komponenten wurde durch einen Mischvorgang über 2 Stunden in einem Turbularmischer sichergestellt.

Beispiel 2

Polyvinylidenfluorid wird in einem latenten Lösungsmittel, beispielsweise Dimethylformamid (DMF) dispergiert. In diese Dispersion werden der aus Blei bestehende Zusatzstoff mit spezifischer Dichte >8gr/cm³ und der die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernde Stoff mittels eines schnell laufenden Rührers eingerührt. Die Viskosität ist so eingestellt, daß der Zusatzstoff in Schwebe gehalten wird und die Homogenität der Mischung erhalten bleibt Diese Beschichtungsmasse wird beispielsweise über einen regelbaren Streichbalken aufgetragen. 1st ein extrem dünnes Aufbringen erforderlich, wird durch erhöhte Zugabe des latenten Lösungsmittels die Viskosität der Beschichtungsmasse so weit herabgesetzt, daß das Beschichten durch Tauchen oder Spritzen mittels elekrostatischer oder Luftsprühvorrichtungen oder ähnliche bekannte Beschichtungsverfahren möglich ist. Gespeist werden solche Vorrichtungen aus einem geschlossenen Vorratsbehälter, der die niedrig-viskose Beschichtungsmasse in Bewegung und damit auch den Zusatzstoff in Schwebe hält. Die erreichbaren Schichtdicken betragen 10 μπι bis 80 μπι, bevorzugt 20 μΐη bis 40 μπι. Das verwendete latente Lösungsmittel wird aus der Beschichtungsmasse in einer Vorwärmzone entfernt, so daß eine dünne, über den Beschichtungsquerschnitt gleichmäßige, porenfreie Reib- bzw. Gleitschicht entsteht.

Die Zusammensetzung dieser Reib- bzw. Gleitschicht ist wie folgt:

55 VoL-% Polyvinylidenfluorid (PVDF)
■ 25VoL-⁰Zo Blei mit Beimischung von Bleioxid mit

Korngröße <40 μιτι
20 VoL-% niedermolekulares Polytetrafluoräthylen.

Beispiel 3
Als Beschichtungsmasse wird eine Mischung aus

65 Vol.-o/o Polyvinylidenfluorid (PVDF)

26 Vol.-% Blei mit Beimischung von Bleioxid und/

oder Bleisulfide; Korngröße <40μΐη
10Vol.-% niedermolekulares Polytetrafluoräthylen

(PTFE)(NM) hergestellt.

Das PVDF wurde in einem latenten Lösungsmittel dispergiert und in einem schnell laufenden Rührer mit den anderen Komponenten versetzt. Als günstige Viskosität zum Einschleudern in einen rotationssymmefrischen Körper hat sich eine Ausflußzeit nach Engler zwischen 60 bis 80 Sekunden ergeben.

Zur Herstellung des Schichtwerkstoffes wurde der auf einer Drehvorrichtung befestigte rotationssymmetrische Körper auf eine Temperatur von 280⁰C erwärmt und eine definierte Menge der oben angegebenen Beschichtungsmasse in die Öffnung des rotationssymmetrischen Körpers gefüllt. Durch die Rotationsbewegung wird die Innenfläche des erwärmten rotationssymmetrischen Körpers gleichmäßig beschichtet. Als am günstigsten hat sich für einen rotationssymmetrischen Körper mit einem Innendurchmesser von 300 mm eine Drehzahl von 50 bis 60 min-¹ erwiesen, da bei der entsprechenden Umfangsgeschwindigkeit keine Entmischung des Zusatzwerkstoffes erfolgt und der Zusatzwerkstoff zusätzlich durch die an ihm erzeugte Zentrifugalkraft das PVDF zusätzlich gegen die Innenfläche des Trägerwerkstoffes drückt, so daß eine hervorragende Bindung unter der Maßnahme einer gezielten Abkühlung des Schichtwerkstoffes erreicht wird.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verbund-Schichtwerkstoffes anhand der Zeichnung:

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine stark vergrößerte Ausführungsform und

F i g. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform.

Bei F i g. 1 befindet sich auf der mechanisch aufgerauhten Oberfläche 2 einer Trägerschicht 1 aus Stahl DlN 1624, Qualität St 4, eine Reib- bzw. Gleitschicht 3, die eine Matrix 4 aus Polyvinylidenfluorid aufweist. In dieser Matrix 4 sind fein dispers PTFE-Teilchen 5 gleichmäßig verteilt. Die Korngröße dieser PTFE-Teilchen beträgt 0,1 μπι bis 5 μπι. Ebenso so sind in die Matrix 4 Bleiteilchen 6 als Zusatzwerkstoff mit einer Dichte > 8 gr/cm³ und Korngröße < 40 μπι eingebettet Die Dicke der Reib- bzw. Gleitschicht beträgt etwa 200 μπι. Die Dicke des Trägerwerkstoffs 1 kann beliebig gewählt werden. Wird der Schichtwerk stoff zur Herstellung von Gleitlagern verwendet beispielsweise für den Einbau in Pumpen oder Stoßdämpfer, kann die Dicke des Trägerwerkstoffs zwischen 0,2 bis 2,5 mm liegen. Der Verbund-Schichtwerkstoff gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von demjeni-6a gen nach F i g. 1 dadurch, daß auf die Reib- bzw. Gleitschicht 3 zusätzlich eine weitere, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernde Schicht 7 aufgebracht ist die im Betrieb teilweise auf den Gegenläufer übertragen wird und einen gegenüber der Reib- bzw. Gleitschicht 3 um etwa 15% verbesserten Reibbeiwert ergibt Die Reib- bzw. Gleitschicht 3 hat wiederum die Matrix 4 aus PVDF mit eingelagerten PTFE-Teilchen 5 und eingelagerten Bleiteilchen 6.

Die zusätzliche, die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernde Schicht 7 kann 5 μΐη bis 20 μίτι dick sein und aus einem Pulver eines die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden Materials bestehen, das eine Korngröße von 0,1 μιη bis 5 μίτι aufweist. Im vorliegenden Fall wurde Pulver aus niedermolekularem PTFE mit einer Korngröße von 1 μίτι bis 5 μηι verwendet.

Vergleichsversuche

Es wurden vergleichende Versuche zwischen Gleitlagern durchgeführt:

a) Gleitlager aus Verbund-Schichtwerkstoff gemäß Fig. 1;

b) Gleitlager aus Verbund-Schichtwerkstoff gemäß F i g. 2 und

c) Gleitlager mit reiner PVDF-Gleitschicht.

Die Vergleichsversuche wurden mit einer Stift-Walze-Abriebprüfvorrichtung ermittelt, an der folgende Bedingungen eingestellt wurden:

Gleitgeschwindigkeit:
statische Belastung:
spezifische Belastung:
pV-Wert:
Prüfplättchen-0:
Prüfwalzen-0:
Härte der Prüfwalze:
Versuchsdauer:
Oberflächenrauhigkeit
der Prüfwalze:

Verschleißrate:

100min-¹ =0,523m

700N

8,9 N/mm*

4,68 N/mm² ■ m/s

10 mm

100 mm

60 HRC

30 min

/?, 2,84 μιη
R_a 0,24 μιη
R₂ 1,78 μιη
1 μηι

Die Reibwerte wurden bei einer Seitenlast von 900 N gemessen.

Versuchsergebnis

1) Probe mit Schichtaufbau entsprechend Fig. 1 und Zusammensetzung:

60 Vol.-% PVDF
30Vol.-% Pb mit 2%
< 40 μιη

Sn-Gehalt; Korngröße 10 Vol.-% niedermolekulares PTFE
gemessener Abrieb: I μπι; gemessener Reibwert: 105 N.

<, 2) Probe mit Schichtaufbau entsprechend Fig. 1 und Zusammensetzung der Gleitschicht:

55 VoI.-% PVDF

25 Vol.-% Pb mit PbO-Beimischung; Korngröße in <40μιη

20 Vol.-o/o PPS/PTFE (niedermolekular)
gemessener Abrieb: 1,5 μιη; gemessener Reibwert: 98 N.

i-i 3) Probe mit Gleitschicht aus:

lOOVol.-0/o PVDF

gemessener Abrieb 65 μιη; gemessener Reibwert 155 N.

4) Probe in Schichtenaufbau gemäß Fig.2 mit Zusammensetzung:

Reib- bzw.Gleitschicht:
60 Vol.-% PVDF

30 Vol.-% Pb mit PbO-Beimischung; Korngröße < 40 μιη

10 Vol.-% PTFE (niedermolekular)

Deckschicht: 100 Vol.-% PTFE (niedermolekular)
gemessener Abrieb: 6 μιη; gemessener Reibwert:

4ON.

Die Vergleichsversuche ergaben

Obwohl das als Matrix-Material benutzte PVDF in seinen Reib- bzw. Gleiteigenschaften wesentlich weniger günstig als PTFE ist, werden durch die Aufnahme der Bleiteiichen in die PVDF-Matrix Reib- bzw. Gleitwerte erzielt, die sich mit denjenigen des PTFE vergleichen lassen. Andererseits wird durch die PVDF-Matrix in Verbindung mit den in ihr enthaltenen Bleiteilchen eine Bindungsfestigkeit zur Trägerschicht erzielt, wie sie mit einer PTFE-Matrix auch dann nicht erreicht wird, wenn einer solchen PTFE-Matrix Bleiteilchen zugegeben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbund-Schichtwerkstoff mit metallischer Trägerschicht und einer mit der Trägerschicht verbundenen Reib- bzw. Gleitschicht, die eine Matrix aus fluorhaltigem Polymerem und Bleiteilchen als Zusatzwerkstoff im Volumenverhältnis zwischen 5% und 35%, vorzugsweise zwischen 10% und 25% aufweist und die die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernde Stoffe als Einlagerung enthalten kann, dadurch gekennzeichnet, daß das fluorhaltige Polymere der Matrix (4) Polyvinylidenfluorid ist und die Bleiteilchen (6) eine Kerngröße <40 μΐη aufweisen.

2. Verbund-Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dd3 die die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden Stoffe organischer Art, beispielsweise niedermolekulares PTFE, oder anorganischer Art sind, beispielsweise Graphit, Molybdändisulfid, und in einer Menge, die zwischen 5 und 50 Vol.-%, vorzugsweise 10 bis 30 VoI.-% des Volumenanteils der Bleiteilchen (6) beträgt, sowie in Pulverform vorliegen mit Korngröße <40 μπι.

3. Verbund-Schichtwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Gleitschicht (3) eine Deckschicht (7) aus niedermolekularem PTFE (NM) vorgesehen ist.

4. Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die PVDF-Matrix (4) der Reib- bzw. Gleitschicht (3) sich unmittelbar auf der mechanisch aufgerauhten Oberfläche der Trägerschicht {1) befindet.

5. Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die PVDF-Matrix (4) der Reib- bzw. Gleitschicht (3) auf einem auf die Oberfläche der Trägerschicht (1) aufgesinterten oder aufgespritzten Rauhgrund aus gute Reib- bzw. Gleiteigenschaften aufweisendem metallischem Material aufgetragen ist.

6. Verfahren zum Herstellen von Verbund-Schichtwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Mischung aus den Materialien der Reib- bzw. Gleitschicht in gewünschter Dicke auf die Trägerschicht aufgebracht und unter Erhitzung auf eine oberhalb der Erweichungstemperatur des Matrixkunststoffes liegende Temperatur die Reibbzw. Gleitschicht ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das PVDF in einem latenten Lösungsmittel zusammen mit dem Zusatzwerkstoff und den evtl. vorgesehenen die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernden Stoffen disper-• giert wird und das Aufbringen aus dieser Dispersion erfolgt, wobei das Lösungsmittel bei der Erhitzung ausgetrieben und das PVDF unter Einbettung der Teilchen des Zusatzwerkstoffes und der die Reibbzw. Gleiteigenschaften verbessernden Stoffe zu der Matrix zusammengeschmolzen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, für die Herstellung von Verbund-Schichtwerkstoff in Form von die Reib- bzw. Gleitschicht an ihrer Innenseite tragenden rotationssymmetrischen Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Suspension und das Zusammenschmelzen der PVDF-Matrix unter Rotation des Körpers vorgenommen werden.

Die trtmdung bezieht sich zunächst auf einen Verbund-Schichtwerkstoff mit metallischer Trägerschicht und einer mit der Trägerschicht verbundenen Reib- bzw. Gleitschicht, die eine Matrix aus fluorhaltigern Polymeren und Bleiteilchen als Zusatzwerkstoff im Volumenverhältnis zwischen 5% und 35%, vorzugsweise zwischen 10% und 25%, aufweist, die die Reib- bzw. Gleiteigenschaften verbessernde Stoffe als Einlagerung enthalten kann.

Aus DE-OS 14 94 078 ist ein derartiger Verbund-Schichtwerkstoff bekannt, bei dem in der Gleit- bzw. Reibschicht in eine Matrix aus einer Mischung von einem oder mehreren thermoplastischen oder durch wärmehärtbaren Kunststoffen ein Gemisch von 2,5 bis 40 Vol.-% eines Phosphats und 2,5 bis 40 Vol.-% Blei und/oder Bleioxid und/oder Graphit eingelagert ist. Als Kunststoffmaterial der Matrix werden dort Polytetrafluoräthylen. Polyäthylen, Polycarbonat und Polypropylen in Betracht gezogen. Soweit bei solchem bekannten Verbund-Schichtwerkstoff die Matrix im wesentlichen aus Poiyietrafluoräthylen gebildet ist, besitzen sie besonders gute chemische Beständigkeit oder Oberflächeneigenschaften, dazu hervorragende Reibwerteigenschafttn und ausgezeichnete Wärmebeständigkeit.

Jedoch weisen sie schwache Verbindungs- oder Verklebungseigenschaften auf. Gemäß DE-OS 14 94 078 soll daher aus dem Kunststoff für die Matrix und den Füllstoffen zunächst eine Formmasse gebildet werden, die durch Pressen, Strangpressen, Heißpressen oder Gießen zu Gleitlagern verarbeitbar ist. Für die Herstellung von Verbund-Schichtwerkstoff ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten für das Verbinden dieser Formmasse mit der metallischen Trägerschicht. Wenn der Kunststoff für die Matrix im wesentlichen Polytetrafluorethylen ist, kommt man bei dem aus DE-OS 14 94 087 bekannten Schichtwerkstoff nicht ohne das bekannte Eingießen oder Einwalzen der Formmasse in eine poröse oder rauhe Unterlage aus.

Aus DE-OS 19 25 000 ist eine selbstschmierende Fluorkohlenwasserstoff-Polymermischung mit 40 bis 75 Gew.-% Polyvinylidenfluorid, etwa 10 bis 35 Gew.-% Polytetrafluoräthylen und etwa 5 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer Telomere der Formel R-(CF₂-CF₂)H-X. Der Einsatz solcher selbstschmierender, Polyvinylidenfluorid und Polytetrafluoräthylen enthaltender Polymermischungen als Formmassen ist jedoch begrenzt. Insbesondere verhindert das Fehlen eines festigkeitserhöhenden Trägerwerkstoffes den Einsatz bei dünnwandigen Gleitlagerelementen, da bei hoch belasteten Teilen die mechanischen Eigenschaften nicht ausreichend sind.

Aus der DE-OS 25 45 897 ist eine Form- bzw. Überzugsmasse beschrieben, welche aus etwa 25 bis 99 Gew.-% eines Mischpolymers von 3,3,3-trifluor-2-trifluormethylpropen und Vinylidenfluorid und etwa 75 bis etwa 1 Gew.-% eines niedermolekularen feinteiligen Polytetrafluoräthylenharzes besteht. Verwendet werden diese Überzugsmassen an fertigen Gegenständen, wo zusammenhängende Schichten, Härte, chemische Beständigkeit, nicht klebende Eigenschaften und Abriebsbeständigkeit gefordert werden. Die aus solchen Überzugsmassen hergestellten Überzugschichten sollen durch elektrostatische Pulversprühmethoden, Wirbelschicht- und Plasmasprühmethoden oder Flammsprüh-

(55 methoden hergestellt werden. Um eine porenfreie geschlossene Schicht zu erreichen sind Mindestschichtdicken von 0,13 mm bis 2,5 mm erforderlich. Die mit Form- oder Überzugsmassen gemäß DE-OS 25 45 897