DE3912716C2 - Gleit- bzw. Schiebeelemente aus einem einzigen Material und aus einem Verbundmaterial - Google Patents
Gleit- bzw. Schiebeelemente aus einem einzigen Material und aus einem VerbundmaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Gleit- bzw. Schiebeelemente aus einem
einzigen Material und aus einem Verbundmaterial, welche nied
rige Reibungseigenschaften und Abnutzungsbeständigkeit auf
weisen. Die Gleit- bzw. Schiebeelemente werden im folgenden
der Einfachheit halber als Einzelkörper- und Verbund-Gleit- bzw.
Schiebeelemente bezeichnet.
Von der Anmelderin wurde eine Harzmasse für Einzelkörper-
Gleit- bzw. Schiebeelemente entwickelt, die hauptsächlich
aus einem aromatischen Polyetherketon besteht. Für diese Harz
masse wurde eine Patentanmeldung als japanische Patentanmel
dung Kokai (offengelegt) Nr. 63-297457 (japan. Patentanmel
dung Nr. 62-134401) hinterlegt. Andererseits sind als Materia
lien für Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelemente zusammengesetzte
Materialien bekannt, die eine poröse Metallunterlage enthal
ten, die mit einer Masse, welche ein Gemisch aus Graphit
fasern enthält, mit einer Masse, die ein Gemisch aus Graphit
fasern, Polytetrafluorethylen (im folgenden als PTFE bezeich
net), Graphit, Bronze oder einem ähnlichen Material und Poly
etherketon enthält, imprägniert ist oder auf ihrer Oberfläche
beschichtet ist, wie es beispielsweise in den japanischen
Patentanmeldungen Kokai (offengelegt) Nrn. 59-2839 und 59-
182843 beschrieben wird.
Die Einzelkörper-Gleit- bzw. Schiebeelemente, bei denen diese
Harzmasse verwendet wird, sind hinsichtlich ihrer mechani
schen Festigkeit, wie der Beständigkeit unter Belastung,
der Wärmeleitfähigkeit, der Abnutzungsbeständigkeit, der
Backbeständigkeit und der Dimensionsstabilität, ungenügend,
insbesondere wenn sie in Industriemaschinen, Kraftfahrzeugen
usw. verwendet werden, wo die Verwendung dieser Elemente
bei relativ strengen Bedingungen stattfindet. Andererseits
sind die bekannten Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelemente hin
sichtlich ihrer Reibungseigenschaften und dem Verschleiß
widerstand nicht zufriedenstellend, die wesentliche Faktoren
bei den Gleit- bzw. Schiebeeigenschaften sind.
Die EP-A-0 275 038 beschreibt hochtemperaturbeständige
Polyaryletherketone, denen 0,01 bis 10 Gew.-% Polyte
trafluorethylen, Graphit und/oder Molybdänsulfid zuge
mischt sein können.
Die EP-A-0 270 998 und die EP-A-0 270 997 betreffen ther
moplastische Formmassen auf der Basis von Polyamiden und
Polyaryletherketonen.
Die EP-A-0 204 520 beschreibt Harzmassen, die Polyether
ketone und Kaliumtitanat-Fasern mit einem freien Kalium
gehalt von weniger als 0,25 Gew.-% enthalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
obenerwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen, die den Einzel
körper-Gleit- bzw. Schiebeelementen der früheren Erfindung
und den bekannten Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelementen in
härent sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die
folgenden Strukturen bzw. Elemente bzw. Körper zur
Verfügung gestellt werden:
- (1) ein Einzelkörper-Gleit- bzw. Schiebeelement, welches aus der im folgenden beschriebenen Harzmasse (a) besteht,
- (2) ein Einzelkörper-Gleit- bzw. Schiebeelement, welches aus der im folgenden beschriebenen Harzmasse (b) besteht,
- (3) ein Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelement, welches eine metallkaschierte poröse Schicht enthält, die mit der im folgenden beschriebenen Harzmasse (a) imprägniert und auf ihrer Oberfläche beschichtet ist,
- (4) ein Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelement, das eine metall kaschierte poröse Schicht enthält, welche mit der im folgenden beschriebenen Harzmasse (b) imprägniert und auf ihrer Oberfläche beschichtet ist.
Harzmasse (a) | |
aromatisches Polyetherketon | |
30 bis 98 Gew.-% | |
Polytetrafluorethylen | 1 bis 35 Gew.-% |
Metallfluorid | 1 bis 35 Gew.-% |
Harzmasse (b) | |
aromatisches Polyetherketon | |
30 bis 97 Gew.-% | |
Polytetrafluorethylen | 1 bis 35 Gew.-% |
Metallfluorid | 1 bis 35 Gew.-% |
Kaliumtitanat-Fasern | 1 bis 20 Gew.-% |
Der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Ausdruck "Einzel
körper-Gleit- bzw. Schiebeelement" bedeutet ein Gleit- bzw.
Schiebeelement, das aus einer einzigen Harzmasse hergestellt
wurde, wie es oben bei (1) und (2) beschrieben wurde. Der
Ausdruck "Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelement" betrifft ein
Gleit- bzw. Schiebeelement, bei dem eine Metallunterlage mit
der Harzmasse imprägniert und beschichtet ist, wie es oben
unter (3) und (4) beschrieben wurde.
Das aromatische Polyetherketon, das bei der vorliegenden Er
findung verwendet wird, ist bevorzugt ein kristallines aro
matisches thermoplastisches Polyetherketon-Harz (welches im
folgenden als PEEK bezeichnet wird) und das sich wiederholen
de Einheiten, die durch die folgende Formel (1) dargestellt
werden, enthält:
PEEK kann die folgenden, sich wiederholenden Einheiten außer
den sich wiederholenden Einheiten (1) enthalten:
Trotz seines hohen Kristallschmelzpunkts, der 334°C beträgt,
kann PEEK durch Spritzgießen einer heißen Schmelze verformt
werden.
Die kontinuierliche Arbeitstemperatur von PEEK ist so hoch
wie 240°C - der höchste Wert bei den vorhandenen thermopla
stischen Harzen.
Diese aromatischen Polyetherketone können nach an sich bekann
ten Verfahren hergestellt werden, wie sie in der japanischen
Patentanmeldung Kokai (offengelegt) Nr. 54-90296 beschrieben
werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann man ein Polyether
keton oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren solcher Poly
etherketone verwenden.
Das bevorzugte PEEK ist für die Verwendung bei der vorliegen
den Erfindung eines, dessen Schmelzflußindex, bestimmt gemäß
ASTM D-1238, bei 360°C und einer Belastung von 2,16 kg im
Bereich von 1 bis 5 g/10 min liegt.
Bei der vorliegenden Erfindung sollte der Gehalt an PTFE in
dem aromatischen Polyetherketon im Bereich von 1 bis 35 Gew.-%,
vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-%, liegen. Irgendein geringerer
PTFE-Gehalt als 1% ergibt bei der Verbesserung der niedrigen
Reibungseigenschaften, der Backbeständigkeit und bei dem kri
tischen PV-Wert nur geringe Verbesserungen. Wenn andererseits
der PTFE-Gehalt 35% übersteigt, besitzt die Harzmasse eine
niedrigere Festigkeit, was eine Verringerung in der Abnut
zungsbeständigkeit, den Belastungseigenschaften und der
Kriechbeständigkeit und eine Verschlechterung der Verformbar
keit ergibt.
Beispiele für Metallfluoride, die bei der vorliegenden Er
findung verwendet werden können, sind Zinkfluorid, Aluminium
fluorid, Eisenfluorid, Kaliumfluorid, Bleifluorid, Calcium
fluorid, Kupferfluorid, Kadmiumfluorid, Bariumfluorid, Li
thiumfluorid, Magnesiumfluorid und ähnliche. Unter diesen sind
Bleifluorid und/oder Calciumfluorid besonders bevorzugt.
Der Gehalt solcher Metallfluoride in der erfindungsgemäßen
Masse sollte im Bereich von 1 bis 35 Gew.-%, bevorzugt 2 bis
20 Gew.-%, liegen. Wenn der Gehalt an Metallfluorid unter
1 Gew.-% liegt, tritt bei den Belastungseigenschaften, der
Abnutzungsbeständigkeit, der Backbeständigkeit, den Reibungs
eigenschaften und der Kriechbeständigkeit kaum eine Verbesse
rung auf, wohingegen, wenn der Metallfluoridgehalt 35% über
steigt, die Harzmasse eine niedrigere Festigkeit besitzt und
die Reibungseigenschaften und die Verarbeitbarkeit durch
Verformen verschlechtert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, zusätzlich
Kaliumtitanat-Fasern zu verwenden. In diesem Fall sollte der
Gehalt an solchen Kaliumtitanat-Fasern im Bereich von 1 bis
20 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 15 Gew.-%, liegen. Wenn der Ge
halt an Kaliumtitanat-Fasern unter 1 Gew.-% liegt, ver
schlechtert sich die Wirkung bei der Verbesserung der Bela
stungseigenschaften, der Abnutzungsbeständigkeit, der Backbe
ständigkeit und der Kriechbeständigkeit. Wenn andererseits
dieser Gehalt 20 Gew.-% übersteigt, erhält man eine Verrin
gerung der Reibungseigenschaften und eine Verringerung der
Bearbeitbarkeit durch Verformung.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Harzmasse ent
hält entweder ein Gemisch aus drei Substanzen, d. h. PEEK, PTFE
und Metallfluorid, oder ein Gemisch aus vier Substanzen, d. h.
die drei Substanzen plus Kaliumtitanat-Fasern. In jedem Fall
ist es erforderlich, daß das Gemisch ein homogenes Gemisch
ist.
Verschiedene Verfahren sind zur Herstellung der Gleit- bzw.
Schiebeelemente in Form des Einzelkörpers oder als Verbund
material verfügbar. Beispielsweise können Pulver oder Pellets
aus PEEK zu Pulvern von PTFE, Metallfluorid und Kaliumtitanat-
Fasern zugegeben werden, und das Gemisch wird in einem Hen
schel-Mischer, einem Supermischer, einem Bandmischer usw.
vorgemischt. Dieses homogene Pulvergemisch wird dann bei der
Herstellung eines Einzelkörper-Gleit- bzw. Schiebeelements
zu der gewünschten Form des Gleit- bzw. Schiebeelements durch
Spritzgießen bzw. Injektionsverformung oder durch andere Ver
fahren verformt. Bei der Herstellung eines Verbund-Gleit- bzw.
-Schiebeelements wird das homogene pulverförmige Gemisch oder
eine pelletisierte Form davon direkt auf ein poröses Sub
strat aufgebracht oder das Gemisch wird zu einer Folie oder
einer Platte nach einem geeigneten Verformungsverfahren ver
arbeitet, und diese Folie oder Platte wird auf eine Tempera
tur erhitzt, die höher ist als die Schmelzpunkte der Harz
bestandteile, um eine Imprägnierung und Beschichtung des po
rösen Substrats mit der Folien- bzw. Plattenmasse zu ergeben.
Die folgenden Verfahren können ebenfalls verwendet werden:
Das homogene Pulvergemisch wird in einen Schmelzextruder gegeben, so daß direkt eine Platte bzw. Folie hergestellt wird und die Imprägnierung und Beschichtung des porösen Substrats mit der Platten- bzw. Folienmasse erfolgt. Das Gemisch wird pelletisiert und dann in einen Schmelzextruder gegeben, um eine Folie bzw. Platte herzustellen und die Imprägnierung und Beschichtung des porösen Substrats zu bewirken. Bei der vorliegenden Erfindung ist es, solange die Wirkung der vor liegenden Erfindung nicht beeinflußt wird, möglich, wenn es erforderlich ist, faserartige Verstärkungsmaterialien (wie Kohlenstoffasern, Glasfasern, Keramikfasern, aromatische Amid fasern etc.), granulare Füllstoffe (wie Calciumcarbonat, Talk, Ton, Siliciumdioxid, Graphit, Graphitfluorid, Aluminiumoxid, Chromoxid, Zinkoxid, Zinnoxid, Antimonoxid, Kadmiumoxid, Molybdändisulfid, Wollastonit etc.), ein Antioxidans, einen thermischen Stabilisator, ein Mittel zur Absorption von Ul traviolett, ein Schmiermittel, ein Entformungsmittel (wie verschiedene Typen von Ölen, Wachsen, Stearinsäure und ihre Salze, Ester, Halbester, Stearylalkohol, Stearamid etc.), einen Farbstoff und ein Pigment (wie Kadmiumsulfid, Phthalo cyanin, Ruß bzw. Carbon Black, Titanoxid, Eisenoxid, Blei oxid, Kobaltoxid etc.) und andere thermoplastische Harze (wie Polyamid, Polycarbonat, Polyetherimid, Polysulfon, Polyether sulfon, Polyphenylensulfid, aromatische Polyester etc.) und wärmehärtende Harze (wie ein Phenolharz, ein Epoxyharz, ein Siliconharz, ein Polyimid, ein Polyamidimid etc.) zuzugeben.
Das homogene Pulvergemisch wird in einen Schmelzextruder gegeben, so daß direkt eine Platte bzw. Folie hergestellt wird und die Imprägnierung und Beschichtung des porösen Substrats mit der Platten- bzw. Folienmasse erfolgt. Das Gemisch wird pelletisiert und dann in einen Schmelzextruder gegeben, um eine Folie bzw. Platte herzustellen und die Imprägnierung und Beschichtung des porösen Substrats zu bewirken. Bei der vorliegenden Erfindung ist es, solange die Wirkung der vor liegenden Erfindung nicht beeinflußt wird, möglich, wenn es erforderlich ist, faserartige Verstärkungsmaterialien (wie Kohlenstoffasern, Glasfasern, Keramikfasern, aromatische Amid fasern etc.), granulare Füllstoffe (wie Calciumcarbonat, Talk, Ton, Siliciumdioxid, Graphit, Graphitfluorid, Aluminiumoxid, Chromoxid, Zinkoxid, Zinnoxid, Antimonoxid, Kadmiumoxid, Molybdändisulfid, Wollastonit etc.), ein Antioxidans, einen thermischen Stabilisator, ein Mittel zur Absorption von Ul traviolett, ein Schmiermittel, ein Entformungsmittel (wie verschiedene Typen von Ölen, Wachsen, Stearinsäure und ihre Salze, Ester, Halbester, Stearylalkohol, Stearamid etc.), einen Farbstoff und ein Pigment (wie Kadmiumsulfid, Phthalo cyanin, Ruß bzw. Carbon Black, Titanoxid, Eisenoxid, Blei oxid, Kobaltoxid etc.) und andere thermoplastische Harze (wie Polyamid, Polycarbonat, Polyetherimid, Polysulfon, Polyether sulfon, Polyphenylensulfid, aromatische Polyester etc.) und wärmehärtende Harze (wie ein Phenolharz, ein Epoxyharz, ein Siliconharz, ein Polyimid, ein Polyamidimid etc.) zuzugeben.
Beispiele für die Produkte gemäß der früheren Erfindung der
Anmelderin (japanische Patentanmeldung Kokai Nr. 63-297457),
die erfindungsgemäßen Produkte und die bekannten Produkte wer
den im folgenden erläutert. Als Materialien werden bei die
sen Beispielen verwendet: PEEK 450G (Warenzeichen für PEEK,
hergestellt von ICI Corp., Großbritannien; M.F.I.: 3,1 g/10
min), Tetrafluorethylen-Harz M-12 (Warenzeichen, erhältlich
von Daikin Kogyo K.K., welches als PTFE verwendet wird), Blei
fluorid (hergestellt von Junsei Kagaku K.K.), Calciumfluorid,
(hergestellt von Junsei Kagaku K.K.), TISMO-D (Warenzeichen
für Kaliumtitanat-Fasern, hergestellt von Otsuka Kagaku Ya
kuhin K.K.), Blue P (Warenzeichen für Graphit, hergestellt
von Nippon Kokuen Kogyo K.K.), Kohlenstoffasern, die von
Pech abstammen M-107T (Warenzeichen, hergestellt von Kureha
Kagaku Kogyo K.K.), und Kohlenstoffasern, die von PAN abstam
men, TOREKA CHOPPED STRAND T008A-003 (Warenzeichen, herge
stellt von Toray Corporation). Die Komponenten der Massen,
die in Tabelle 2 angegeben werden, werden zuerst trocken ver
mischt und dann unter Schmelzen und Mischen mit einem 40-mm⌀-
Extruder (Extrudiertemperatur: 360°C) extrudiert, wobei man
Pellets mit einheitlicher Zusammensetzung erhält. Diese Pel
lets werden durch Spritzgießen unter Verwendung einer übli
chen Spritzgußvorrichtung unter Bildung eines Einzelkörper-
Gleit- bzw. Schiebeelements gemäß der früheren Erfindung
(japanische Patentanmeldung Kokai Nr. 63-297457) (Proben Nrn.
1 bis 10), der vorliegenden Erfindung (Proben Nrn. 11 bis 16)
und nach den bekannten Verfahren (Proben Nrn. 17 und 18) ver
formt. Die Produkte werden einem Reibungs-Abnutzungstest bei
den in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen unterworfen. Die
Testergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Die erfindungsgemäßen Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelemente
(Proben Nrn. 11 bis 16) wurden auf folgende Weise hergestellt.
Die homogenen Pellets der in Tabelle 2 aufgeführten Massen
wurden zu 0,40 mm dicken Platten mittels eines Plattenextru
ders (Extrudiertemperatur: 360°C) verarbeitet. In einem ge
trennten Arbeitsvorgang wurde Bronzepulver in einer Dicke
von 0,4 mm auf eine 0,80 mm dicke Kupferunterlage aufgetragen
und bei 800°C unter Bildung einer porösen Schicht gesintert.
Der mit Kupfer plattierte poröse Körper wurde auf 350°C er
hitzt, und die Folie bzw. Platte wurde auf den porösen Kör
per gelegt und zwischen Walzen geleitet, so daß der poröse
Körper und seine Oberfläche mit der Masse der Folie bzw.
der Platte imprägniert und beschichtet wurden. Die bekannten
Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelemente (Proben Nrn. 17 und 18)
wurden hergestellt, indem ein einheitlich vermischtes Pulver
der in Tabelle 2 aufgeführten Massen auf den porösen Körper
aufgetragen wurde und indem dann auf 350°C erhitzt wurde, um
eine Imprägnierung und Beschichtung des porösen Körpers mit
der Pulvermasse zu erhalten. Diese Verbund-Gleit- bzw.
Schiebeelemente wurden zuerst dem Reibungs-Abnutzungstest
bei den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen unterworfen. Die
Testergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Beispiele
beschränkt und umfaßt andere Formen.
Aus Tabelle 2 folgt, daß die erfindungsgemäßen Verbund-Gleit- bzw.
Schiebeelemente (Proben Nrn. 11 bis 16) wesentlich
bessere niedrige Reibungseigenschaften und Abnutzungsbestän
digkeit aufweisen, verglichen mit den Einzelkörper-Gleit- bzw.
Schiebeelementen der früheren Anmeldung (japanische
Patentanmeldung Kokai Nr. 63-297457) (Proben Nrn. 1 bis 10)
und den bekannten Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelementen (Pro
ben Nrn. 17 und 18). Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfin
dung zugrundelag, konnte somit gelöst werden.
Claims (12)
1. Einzelkörper-Gleit- bzw. Schiebeelement, dadurch
gekennzeichnet, daß es aus einer Harzmasse besteht,
welche 30 bis 98 Gew.-% eines aromatischen Polyetherketons,
1 bis 35 Gew.-% Polytetrafluorethylen und 1 bis 35 Gew.-%
eines Metallfluorids enthält.
2. Einzelkörper-Gleit- bzw. Schiebeelement nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß das aroma
tische Polyetherketon ein Polyetheretherketon ist.
3. Einzelkörper-Gleit- bzw. Schiebeelement nach Anspruch
1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Metallfluorid Bleifluorid und/oder Calciumfluorid ist.
4. Einzelkörper-Gleit- bzw. Schiebeelement, dadurch
gekennzeichnet, daß es aus einer Harzmasse be
steht, welche 30 bis 97 Gew.-% eines aromatischen Polyether
ketons, 1 bis 35 Gew.-% Polytetrafluorethylen, 1 bis 35
Gew.-% eines Metallfluorids und 1 bis 20 Gew.-% Kaliumtita
nat-Fasern enthält.
5. Einzelkörper-Gleit- bzw. Schiebeelement nach Anspruch
4, dadurch gekennzeichnet daß das aroma
tische Polyetherketon ein Polyetheretherketon ist.
6. Einzelkörper-Gleit- bzw. Schiebeelement nach Anspruch
4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Metallfluorid Bleifluorid und/oder Calciumfluorid ist.
7. Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelement, dadurch ge
kennzeichnet, daß es aus einer von einer
Metallunterlage getragenen po
rösen Schicht besteht, welche mit einer Harzmasse, welche
30 bis 98 Gew.-% eines aromatischen Polyetherketons, 1 bis
35 Gew.-% Polytetrafluorethylen und 1 bis 35 Gew.-% eines
Metallfluorids enthält, imprägniert und auf ihrer Ober
fläche beschichtet ist.
8. Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelement nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische
Polyetherketon ein Polyetheretherketon ist.
9. Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelement nach Anspruch 7
oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Me
tallfluorid Bleifluorid und/oder Calciumfluorid ist.
10. Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelement, dadurch ge
kennzeichnet, daß es aus einer von einer Me
tallunterlage getragenen porösen Schicht besteht, die mit
einer Harzmasse, welche 30 bis 97 Gew.-% aromatisches
Polyetherketon, 1 bis 35 Gew.-% Polytetrafluorethylen, 1
bis 35 Gew.-% eines Metallfluorids und 1 bis 20 Gew.-%
Kaliumtitanat-Fasern enthält, imprägniert und auf ihrer
Oberfläche beschichtet ist.
11. Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelement nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische
Polyetherketon ein Polyetheretherketon ist.
12. Verbund-Gleit- bzw. Schiebeelement nach Anspruch 10
oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
Metallfluorid Bleifluorid und/oder Calciumfluorid ist.
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