DE3917516A1

DE3917516A1 - Graphitierte polyarylensulfid-formmassen

Info

Publication number: DE3917516A1
Application number: DE3917516A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl Ing Dziurla; Helmut Dipl Ing Blaeser; Kurt Jeschke
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1990-12-06

Description

Die Erfindung betrifft Mischungen von Polyarylensulfiden (PAS), vorzugsweise von Polyphenylensulfid (PPS) mit Graphit und Mineralfasern sowie die daraus herstellbaren biegesteifen und leitfähigen Formkörper. Polyarylensulfide und ihre Herstellung sind bekannt, siehe US- PS 3 54 129, EP-OS 1 71 021.

Polyarylensulfide mit Füllstoffen, z. B. Kohlenstoff, abzumischen ist ebenfalls bekannt (siehe US-PS 3 54 129, JP-OS 1 61 960).

In diesen Schriften wird dargestellt, wie durch die Zugabe von Kohlenstoff zu Polyarylensulfiden eine Senkung des spezifischen elektrischen Widerstandes der aus diesen Mischungen herstellbaren Formkörpern erreicht werden kann. Die Zugabe von Kohlenstoff setzt allerdings günstige mechanische Eigenschaften (Biegefestigkeit, Randfaserdehnung, Schlagzähigkeit) erheblich herab.

Kunststoffe mit Mineralfasern oder Glasfasern zu mischen ist ebenfalls bekannt (siehe Elias, Makromoleküle, Hüthig und Wepf Verlag Basel, 1981).

Dünnwandige, rotationssymmetrische Teile (Ventilschieber, Lageringe, Schalen usw.), die erfahrungsgemäß hohen Temperaturen ausgesetzt sind und von denen häufig hohe Elastizitäts Module gefordert werden, können nur beschränkt durch Erhöhung des Glasfaseranteils in einer Mischung realisiert werden.

Es wurde nun gefunden, daß Mischungen von Polyarylensulfiden, vorzugsweise von Polyphenylensulfid mit 1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise mit 10 bis 30 Gew.-% Graphit in Verbindung mit Mineralfasern (z. B. Glasfasern) und mit weiteren handelsüblichen Füll- und Verstärkungsstoffen zu extrem biegesteifen und leitfähigen Formkörpern führen.

Gegenstand der Erfindung sind Mischungen von:

A) von 20 bis 80 Gew.-% Polyarylensulfid, vorzugsweise Polyphenylensulfid
B) von 1 bis 70 Gew.-% Graphitpulver und/oder Graphitfasern, vorzugsweise von 10 bis 30 Gew.-%
C) von 5 bis 50 Gew.-% Mineralfasern, vorzugsweise Glasfasern

und gegebenenfalls

D) von 5 bis 50 Gew.-% andere mineralische Füllstoffe und/oder andere Füllstoffe

wobei die Summe der Gewichtsprozente der Komponenten A) + B) + C) + D) jeweils 100 Gew.-% ist.

Polyarylensulfide im Sinne der Erfindung sind z. B. die durch Umsetzung von Dihalogenaromaten, insbesondere von p-Dichlorbenzol mit Schwefelspendern (z. B. Natriumsulfid) erhältlichen an sich bekannten und handelsüblichen (TEDUR®, RYTON®) linearen oder verzweigten Polykondensate (z. B. US-PS 33 54 129, EP-OS 1 71 021).

Polyphenylensulfid mit einer Schmelzviskosität von 5 bis 1000 Pa.s, (gemessen am Hochdruckkapillarviskosimeter bei 320°C und einer Schergeschwindigkeit von 1000 s^-1), bevorzugt von 30 bis 200 Pa.s, wird bevorzugt zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mischung. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Mischung zur Extrusion von Profilen wird Polyphenylensulfid mit einer Schmelzviskosität von 100 bis 200 Pa.s bevorzugt, besonders bevorzugt von 140 bis 160 Pa.s.

Erfindungsgemäß geeignete Graphite sind handelsübliche Graphitfasern, Graphitpulver oder Graphitstäube, (beispielsweise Elektrodengraphit).

Bevorzugt werden Graphitpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 5 bis 0,5 mm, vorzugsweise von 1 bis 0,5 mm.

Erfindungsgemäße Glasfasern sind handelsübliche, gegebenenfalls geschlichtete (d. h. silanierte) Glasfasern mit einem Durchmesser von 1,5 bis 16 µm, vorzugsweise von 5 bis 12 µm.

Die Glasfasern können als Endlosfasern eingesetzt werden. Ihre Länge beträgt sonst bevorzugt von 0,01 bis 30 mm, besonders bevorzugt von 0,01 bis 10 mm.

Geeignete mineralische und andere Füllstoffe sind Glaskugeln, Glimmer, Quarz, Bariumsulfat, Kreide, Kaolin, Talkum, Molybdändisulfid, Titandioxid, Iriodinpigmente, Metallfasern, -pulver und -flocken, Kohlefasern und Aramidfasern.

Die Glasfasern werden vorzugsweise so dosiert, daß sie in die bereits geschmolzene Mischung eingebracht werden.

Hierbei können Compoundiervorrichtungen mit einer oder mehreren Dosieröffnungen, vorzugsweise solche mit mehreren Dosieröffnungen, verwendet werden.

Bei Verwendung von Pulvermischungen werden die Glasfasern vorzugsweise separat dosiert.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Mischungen zur Herstellung von Formteilen, Halbzeugen u. ä.

Diese Formteile und Halbzeuge zeichnen sich außer durch eine erhöhte Biegefestigkeit (höheren Elastizitätsmodul) besonders durch ihre antistatische Oberfläche aus. Formteile und Halbzeuge mit hohem Graphitanteil weisen darüberhinaus eine gute elektrische Leitfähigkeit auf.

Formteile, hergestellt aus den erfindungsgemäßen Mischungen, finden daher besonders als Pumpenteile für Gehäuse oder Laufräder), kleinere Präzisionszahnräder, Gleitlager u. a. Verwendung.

Beispiele Herstellung der Mischungen für die Beispiele 1-4

Für die Herstellung dieser Mischungen wurde ein Zweischneckenextruder (Type ZSK 32, Fa. Werner u. Pfleiderer) mit 2 Dosier- und 1 Entgasungsöffnung verwendet.

Als Polyphenylensulfid (PPS) wurde ein PPS mit einer Schmelzviskosität von 40 ± 5 Pa.s (bei 320°C und einer Schergeschwindigkeit von 1000 s^-1 gemessen) eingesetzt, welches zusammen mit dem Graphit (Bestnr. 4206, Fa. Merck), und Glimmer (SFG 20, Fa. Asbanger) bzw. Talkum (Moos 10, Fa. Norwegian Talk) dosiert der 1. Öffnung zugegeben wurde.

Die Glasfaser (mittlerer Durchmesser 14 µm, mittlere Länge: 300 mm) wurde, entsprechend der Rezeptur der Beispiele 1 bis 4, ebenfalls dosiert über die 2. Dosieröffnung zugegeben.

In diesem Bereich war das Polyphenylensulfid bereits geschmolzen (Voraussetzung für möglichst große Glasfaserlängen im Compound).

An den verschiedenen Zonen des Extruders wurden die folgenden Temperaturen eingestellt:

Einzugszone\|230°C
Umwandlungszone	340°C
Entgasungszone	300°C
Anstoßzone	320°C

Für die Granulierung wurde ein Stranggranulator verwendet.

Zur Herstellung der Granulate wurden folgende Mischungen verwendet:

Beispiel 1
Polyphenylensulfid (hergestellt nach EP-OS 171 021)
40,0 Gew.-%
Graphit (Fa. Merck)	10,0 Gew.-%
Glasfasern	10,0 Gew.-%
Glimmer	40,0 Gew.-%

Beispiel 2
Polyphenylensulfid (hergestellt nach EP-OS 171 021)
40,0 Gew.-%
Graphit (Fa. Merck)	10,0 Gew.-%
Glasfasern	20,0 Gew.-%
Glimmer	30,0 Gew.-%

Beispiel 3
Polyphenylensulfid (hergestellt nach EP-OS 171 021)
40,0 Gew.-%
Glasfasern	20,0 Gew.-%
Glimmer	40,0 Gew.-%

Beispiel 4
Polyphenylensulfid (hergestellt nach EP-OS 171 021)
40,0 Gew.-%
Glasfasern	30,0 Gew.-%
Talkum	30,0 Gew.-%

An aus dem erhaltenen Granulat gefertigten Formkörpern wurden die in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführten mechanischen und elektrischen Eigenschaften ermittelt.

Ein Vergleich der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Formkörper hergestellt nach den Beispielen 1 bis 4 (Tabelle 1) zeigt, daß eine Erhöhung des Glasfaseranteils (Beispiele 1 und 2 bzw. 3 und 4) entgegen den Erfahrungen aus dem Stand der Technik keine signifikante Verbesserung der mechanischen Kenngrößen bewirkt.

Eine Zugabe von Graphitanteilen hingegen (Beispiele 4 und 2 bzw. 3 und 1) führt zu einer überraschenden Erhöhung des Elastizitätsmoduls.

Tabelle 1

Daß mit den erfindungsgemäßen Mischungen in Verbindung mit der konstruktiven Gestaltung (Formgeometrie) nicht nur eine extrem hohe Biegesteifigkeit sondern auch eine gute elektrische Leitfähigkeit der genannten Formteile erzielt werden kann, zeigen die Beispiele 5 bis 7 (Tabelle 2) in denen zu Polyphenylensulfid 45, 50 oder 60 Gew.-% Graphit und Glasfasern oder Glimmer als weitere Verstärkungsstoffe gemischt wurden.

Solche Mischungen eignen sich hervorragend zur Herstellung von Elektrodenmaterial (z. B. Kohlebürsten).

Tabelle 2

Beispiele für elektrisch leitende Formkörper

Claims

1. Mischungen von

A) von 20 bis 80 Gew.-% Polyarylensulfid
B) von 1 bis 70 Gew.-% Graphitpulver und/oder Graphitfasern
C) von 5 bis 50 Gew.-% Mineralfasern, vorzugsweise Glasfasern

und gegebenenfalls

2. Mischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyarylensulfid Polyphenylensulfid mit einer Schmelzviskosität von 5 bis 1000 Pa · s (gemessen am Hochdruckkapillarviskosimeter bei 320°C und einer Schergeschwindigkeit von 1000 s^-1) eingesetzt wird.

3. Mischungen nach Anspruch 1, in denen als Füllstoffe Glimmer, Titanoxid, Bariumsulfat, Kreide, Quarz, Talkum, Kaolin, Molybdändisulfid oder Iriodine und/oder Metallpulver, -fasern oder -flocken und/oder Kohlefasern und/oder Aramidfasern enthalten sind.

4. Verwendung der Mischungen nach Anspruch 1 zur Herstellung von Formkörpern.