DE4011468A1

DE4011468A1 - Verfahren zur herstellung einer schiebekupplung mittels einer eine monomere substanz verwendenden giesstechnik

Info

Publication number: DE4011468A1
Application number: DE4011468A
Authority: DE
Inventors: Yo Isegawa; Takeshi Kito; Kimimasa Murayama; Shoji Ikawa; Takahiro Iwase; Tutomu Sugiura; Atsuyuki Tsuzuki
Original assignee: Mitsubishi Monsanto Chemical Co; Toyota Motor Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp Tokio/tokyo Jp Toyota
Priority date: 1989-04-10
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1990-10-11
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: CA2014162C; KR900015870A; US5114521A; DE4011468C2; GB2230306A; GB2230306B; KR960014534B1; AU5290290A; AU630941B2; GB9007770D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schiebekupplung oder -verbindung, die eine wechselseitig zusammengepaßte Welle und eine Lagerung für diese umfaßt, wie einen Wellenzapfen und ein Wellenzapfenlager oder eine Keilwelle und eine Keilwellenmuffe. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schiebekupplung, wobei an der Oberfläche der Welle oder der Lagerung bzw. Muffe eine Harzauflage mittels einer eine monomere Substanz verwendenden Gießtechnik ausgebildet wird.

Die JP-Patent-OS Nr. 1 78 013/1985 offenbart eine sog. in- situ-Fertigung, wobei ein niedrigviskoses Monomer oder Präpolymer in einen Zwischenraum oder Spalt zwischen einer Welle und einer Lagerung oder Muffe eingespritzt wird, woran sich eine Polymerisation und ein Härten anschließen, um einen Harzbelag oder eine Harzauflage auf der Oberfläche der Lagerung auszubilden. Als die monomere Substanz werden ein Präpolymer, Caprolactam, ein Lactamanion und ein Azyllactam offenbart, es werden jedoch keine speziellen Monomere angegeben.

Andererseits offenbart die JP-Patent-OS Nr. 2 12 518/1988 die folgenden Polymerisationsinitiatoren als Beispiele von monomeren Substanzen, die bei dem in-situ-Fertigungsverfahren anzuwenden sind:

In den obigen Formeln ist A ein Halogenatom oder

worin Y eine C₃-C₁₁-Alkylengruppe ist, a eine ganze Zahl von 1, 2 oder 3 ist, b eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist, R₁ eine Alkylengruppe, eine Aralkylgruppe, eine Alkyloxygruppe, eine Aryloxygruppe, ein Halogenatom oder eine Aralkyloxygruppe ist, R₂ eine zwei- oder höherwertige Gruppe ist, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche aus einer Kohlenwasserstoffgruppe und einer Kohlenwasserstoffgruppe mit einer Ätherbindung besteht, und Z (1) ein Polyäther mit einer relativen Molekülmasse von wenigstens etwa 2000, (2) ein Polyestersegment mit einem Polyäthersegment von einer relativen Molekülmasse von wenigstens etwa 2000 oder (3) eine Kohlenwasserstoffgruppe mit einer relativen Molekülmasse von wenigstens 1000 ist.

Die JP-Patent-OS Nr. 2 12 518/1988 offenbart jedoch weder, daß das Problem, das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, unter Verwendung eines speziellen Polypropylenoxidpolyols gelöst werden kann, noch legt sie eine Lösung dieses Problems nahe.

Die JP-Patent-OS Nr. 86 723/1988 offenbart einen Lactam- Polymerisationsinititator, der eine elastomere Hauptkette enthält, die von einem lebenden Polyamin hergeleitet wird, das wenigstens zwei primäre oder sekundäre Aminogruppen und wenigstens zwei Lactam-Endgruppen enthält, wie das durch die Formel wiedergegeben ist:

worin Q ein Lactamrest mit einer C₃-C₁₁-Alkylengruppe und dieser Lactamrest an Karbonyl über sein Stickstoffatom gebunden ist; A eine aliphatische oder aromatische Hydrokarbyl- oder Hydrokarbyläthergruppe ist; m gleich 0 oder 1 ist; wenn m gleich 0 ist, dann ist n gleich 0 oder 1 und p gleich 1. Wenn m gleich 1 ist, dann liegt n in einem Bereich von 1 bis 3 und p ist gleich n. Jedoch offenbart diese Veröffentlichung weder, daß ein derartiger Lactam-Polymerisationsinitiator für das in-situ-Fertigungsverfahren verwendet und das der Erfindung zugrundeliegende Problem dadurch gelöst werden kann, noch legt sie das nahe.

Die durch Aufbringen einer Harzauflage mittels des Monomer- Gießverfahrens erhaltene Schiebekupplung wird verwendet, indem ein Fett in einen Zwischenraum zwischen der Welle und der Lagerung oder Muffe, an welcher die Harzauflage ausgebildet ist, eingespritzt wird.

Nach den oben erwähnten herkömmlichen Verfahren erhaltene Schiebekupplungen zeigen einen Nachteil insofern, als dann, wenn sie unter hoher Temperatur (von wenigstens 100°C) mit einem gewöhnlich verwendeten, darin eingespritzten Fett zum Einsatz kamen, das als Belag aufgebrachte Polyamidharz leicht und mit größter Wahrscheinlichkeit einer Verschlechterung, d. h. einer Qualitätsverminderung, unterliegt. Wenn diese Verschlechterung des Harzes fortschreitet, so tritt leicht in dem Polyamidharz ein Reißen auf und mit größter Wahrscheinlichkeit wird als Ergebnis dessen das Harz von der Lagerfläche abgeschält. Deshalb treten an Plätzen, wo die obige Schiebekupplung zum Einsatz kommt, ein Anstieg in den Schwingungsgeräuschen und auch ein Anstieg im Schiebewiderstand während eines Schiebevorgangs auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme zu lösen. Im Hinblick hierauf ist es das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Schiebekupplung anzugeben, die in ihrer Haltbarkeit sowie Standfestigkeit ausgezeichnet und imstande ist, eine Verschlechterung des Polyamidharzes oder eine Verminderung in der Haftfestigkeit mit der metallischen Zwischen- oder Grenzfläche auch in einem hohen Temperaturbereich in einem Zustand, da Fett vorhanden ist, zu vermindern, indem der Polymerisationskatalysator und der Polymerisationsinitiator, die bei der Auflage oder dem Belag aus einem Polyamidharz zur Anwendung kommen, in entsprechender Weise gewählt werden.

Die Erfindung offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Schiebekupplung, das das Injizieren bzw. Einspritzen eines Gießmaterials, das die folgenden Komponenten (A) und (B) enthält, in einen Spalt zwischen einer Lagerung und einer in diese eingesetzten Welle, die in der Lagerung drehbar oder hin- und herbewegbar gehalten ist, umfaßt, woran sich eine Polymerisation und ein Aushärten anschließen, um eine Harzauflage an der Oberfläche der Welle oder der Lagerung bzw. Muffe auszubilden:
(A) eine ω-Lactamflüssigkeit, die einen Polymerisationskatalysator einer Alkalimetall- oder Erdalkalimetallverbindung enthält, und
(B) eine ω-Lactamflüssigkeit, die wenigstens einen Polymerisationsinitiator enthält, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Polyoxyalkylen, einem Oxyalkylenkopolymer, einem Polyalkadien, einem Alkadienkopolymer, einem Polyalken und einem Alkenpolymer besteht, wobei jedes von diesen wenigstens zwei Endgruppen hat, die aus der aus Lactam-Endgruppen der folgenden Formeln sich zusammensetzenden Gruppe ausgewählt sind:

worin Q ein Lactamrest mit einer C₃-C₁₁-Alkylengruppe und dieser Lactamrest an C, P oder S über sein Stickstoffatom gebunden ist; A eine aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffgruppe oder eine Kohlenwasserstoffgruppe mit einer Ätherbindung ist; m gleich 0 oder 1 ist; wenn m gleich 0 ist, dann ist n gleich 0 oder 1 und p gleich 1; wenn m gleich 1 ist, dann ist n im Bereich von 1 bis 3 und p gleich n; R₁ eine Alkylgruppe, eine Aralkylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Aryloxygruppe, ein Halogenatom oder eine Aralkyloxygruppe ist; R₂ ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe ist; oder wenigstens einen Polymerisationsinitiator enthält, der aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Lactaminitiatoren der folgenden Formeln besteht:

worin Z ein Polypropylenoxydpolyol ist, t wenigstens 1 ist und für Q, A, m, n sowie p die obige Definition gilt.

In den beigefügten Zeichnungen ist Fig. 1 ein Querschnitt einer Schiebekupplung, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, und Fig. 2 eine Draufsicht auf die Schiebekupplung von Fig. 1.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Schiebekupplung ist eine solche, die derart erhalten wird, daß zuerst eine runde oder eine im Querschnitt winklige Welle in eine geeignete Lagerung oder Muffe, in der die Welle drehbar oder axial hin- und herbewegbar aufgenommen ist, eingesetzt wird, wobei hier die Lagerung nicht nur eine unabhängige oder getrennte Lagerung umfaßt, sondern auch ein mit dem Hauptteil einer Maschine einstückiges Lagerungsteil, und daß dann eine ω-Lactamlösung, die eine vorgeschriebene Menge eines Polymerisationskatalysators einer Alkali- oder Erdalkalimetallverbindung enthält, d. h. ein Gießmaterial (A), und eine ω-Lactamlösung, die einen Polymerisationsinitiator, d. h. ein Gießmaterial (B) enthält, gemischt und gerührt werden, um eine niedrigviskose Lösung zu erhalten. Diese niedrigviskose Lösung wird dann in einen Raum zwischen der Welle und der Lagerung injiziert oder es wird eine geeignete Menge einer derartigen Lösung zuerst in den Innenraum der Lagerung oder Muffe gegossen und dann die Welle in die Lagerung eingepaßt, um die Lösung gleichförmig über den gesamten Raum auszubreiten, woran sich ein Erhitzen für die Polymerisation und ein Härten anschließt, um eine Harzauflage an der Oberfläche der Welle oder der Lagerung auszubilden.

Die Schiebekupplung wird folglich durch eine in-situ-Fertigung erhalten, wobei eine Harzauflage oder ein Harzüberzug unmittelbar an einem Spalt zwischen der Welle und der Lagerung, die bereits ineinander gepaßt oder zusammengebaut sind, ausgebildet wird. In einem solchen Fall ist es schwierig, die Harzauflage nach der Polymerisation zu entfernen. Es ist deshalb ratsam, vorbereitend auf der Lagerung eine geeignete Abdeckung oder Abdichtung mit Ausnahme desjenigen Teils, für den eine Lagerfunktion gewünscht oder vorgesehen wird (die lagernde oder tragende Fläche), aufzubringen. Um die Polymerisationsreaktion gleichförmig und störungsfrei fortschreiten zu lassen, ist es ratsam, die Welle und die Lagerung vor dem Injizieren der Lösung auf eine Temperatur vorzuwärmen, die für die Polymerisation, wie es jeweils erforderlich ist, geeignet ist. Darüber hinaus kann vor dem Injizieren der Lösung ein geeignetes Grundier- oder Haftmittel auf die lagernde Fläche der Lagerung oder Muffe aufgebracht und ein geeignetes Trennmittel an der Welle angebracht werden, so daß die Harzauflage eindeutig und sicher an der lagernden Fläche befestigt wird. Wenn erwünscht ist, die Harzauflage an der Welle anzubringen, kann das Grundiermittel auf die Welle und das Trennmittel auf die Lagerung aufgebracht werden.

Die Erfindung wird im folgenden in weiteren Einzelheiten erläutert.

ω-Lactam

Das bei der Erfindung zu verwendende ω-Caprolactam umfaßt beispielsweise γ-Butyrolactam, δ-Valerolactam, ε-Caprolactam, ω-Oenantolactam, ω-Kapryllactam, ω-Undekanolactam und ω-Laurolactam. Diese l-Lactame können allein oder in Verbindung als eine Mischung von zwei oder mehreren verwendet werden.

Polymerisationskatalysator

Der Polymerisationskatalysator eines Alkalimetalls oder einer Erdalkalimetallverbindung, der in dem bei der Erfindung zu verwendenden Gießmaterial (A) enthalten ist, kann aus solchen gewählt werden, die gewöhnlich bei herkömmlichen Anion-Polymerisationen von ω-Lactamen verwendet werden. Spezielle Beispiele eines solchen Polymerisationskatalysators schließen ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall, deren Hydride, Oxide, Hydroxide, Karbonate, Alkylverbindungen, Arylverbindungen, Alkoholate und Grignard-Verbindungen sowie Reaktionsprodukte dieser Metalle oder Metallverbindungen mit ω-Lactamen, wie Natriumsalze, Kaliumsalze und Magnesiumhalogenide von ω-Lactamen ein. Der Alkali-Polymerisationskatalysator wird in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 15 Mol-% oder 20 Mol-% oder mehr, bezogen auf die Gesamtmenge an ω-Lactamen, verwendet.

Polymerisationsinitiator

Der Lactam-Polymerisationsinitiator gemäß der Erfindung umfaßt einen solchen, der eine elastomere Hauptkette enthält, die von einem lebenden Polyamin abgeleitet ist, das wenigstens zwei primäre oder sekundäre Aminogruppen und wenigstens zwei Lactam-Endgruppen, wie durch die folgenden Formeln dargestellt ist, enthält:

worin Q ein Lactamrest mit einer C₃-C₁₁-Alkylengruppe und dieser Lactamrest an C, P oder S über sein Stickstoffatom gebunden ist; A eine aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffgruppe oder eine Kohlenwasserstoffgruppe mit einer Ätherbindung ist; m gleich 0 oder 1 ist; wenn m gleich 0 ist, dann ist n gleich 0 oder 1 und p gleich 1; wenn m gleich 1 ist, dann ist n im Bereich von 1 bis 3 und p gleich n; R₁ eine Alkylgruppe, eine Aralkylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Aryloxygruppe, ein Halogenatom oder eine Aralkyloxygruppe ist; R₂ ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe ist.

Im einzelnen wird dieser Initiator durch die Formel dargestellt:

worin Z eine mehrwertige Gruppe ist, die aus einem lebenden Polyamin hergeleitet ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Polyoxyalkylenpolyamin, einem Oxyalkylenkopolymerpolyamin, einem Polyalkadienpolyamin, einem Alkadienkopolymerpolyamin, einem Polyalkenpolyamin, einem Alkenkopolymerpolyamin und einer Kombination von diesen besteht; t ist wenigstens 1; für A, Q, m, n, R₁ und p gilt die obige Definition.

Dieser Initiator kann durch die Reaktion eines Azyllactammonomeren, das Azylgruppen hat, mit einem lebenden Polyamin gebildet werden.

Gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Polyamidpolyäther-Blockpolymerisat als das die Auflage bildende Harz zu erhalten. Um ein Blockpolymerisat mit ausgezeichneten Eigenschaften zu bilden, ist es ratsam, daß vor der wirklichen oder substantiellen Lactam-Polymerisation wenigstens 90 Mol-%, in mehr bevorzugter Weise wenigstens 95 Mol-% der Aminogruppen des Polyamins in Lactam- Endgruppen umgewandelt werden. Zu diesem Zweck kann der Initiator vorbereitend oder kann der Initiator, bevor das System unter den Lactam-Polymerisationszustand gebracht wird, gebildet werden.

Der Latam-Polymerisationsinitiator der vorliegenden Erfindung schließt auch Initiatoren ein, die durch die folgenden Formeln dargestellt werden:

worin Z ein Polypropylenoxidpolyol ist, t wenigstens 1 ist und für Q, A, m, n und p die oben gegebene Definition gilt.

Dieser Initiator kann durch die Reaktion eines Azyllactammonomeren, das Azylgruppen hat, mit einem lebenden Polypropylenoxidpolyol erzeugt werden. Um ein Blockkopolymerisat von ausgzeichneten Eigenschaften zu erhalten, ist es ratsam, daß vor der wirklichen Lactam-Polymerisation wenigstens 90 Mol-%, in mehr bevorzugter Weise wenigstens 95 Mol-% der Hydroxylgruppen des Polypropylenoxidpolyols in Lactam- Endgruppen umgewandelt werden. Zu diesem Zweck kann der Initiator vorbereitet oder, bevor das System unter den Lactam- Polymerisationszustand gebracht wird, gebildet werden.

Das Zahlenmittel des Molekulargewichts des Lactam-Polymerisationsinitiators reicht in vorteilhafter Weise von etwa 500 bis etwa 15 000, bevorzugterweise von etwa 1000 bis etwa 10 000. Ein bevorzugter Lactam-Polymerisationsinitiator wird aus einem Polyätherpolyamin sowie einem Polyhydrokarbonpolyamin gebildet und hat eine relative Molekülmasse von wenigstens etwa 1000, vorzugsweise von etwa 2000 bis etwa 6000. Hier bedeutet die relative Molekülmasse ein Zahlenmittel des Molekulargewichts, gemessen durch ein auf diesem technischen Gebiet allgemein bekanntes Verfahren, falls nichts anderes angegeben wird.

Der Initiator gemäß der Erfindung kann durch Ausführen der folgenden Schritte in Aufeinanderfolge bei Umgebungstemperatur erhalten werden:

a) ein Schritt einer Komplexbildung von Säurehalogenidgruppen eines polyfunktionellen Säurehalogenids mit einem tertiären Amin;
b) ein Schritt einer Reaktion von wenigstens einer, jedoch nicht allen in einen Komplex überführten Säurehalogenidgruppen mit einem Lactammonomeren der Formel: worin Y eine C₃-C₁₁-Alkylengruppe ist, um das Halogen mit einem Lactamrest zu substituieren, so daß ein halogeniertes Ammoniumsalz gebildet wird;
c) ein Schritt einer Reaktion von wenigstens 90 Mol-% des Rests der in einen Komplex überführten Säurehalogenidgruppe mit einem mehrfunktionellen primären Amin, um Amidgruppen zu bilden; und
d) einen Schritt des Entfernens des halogenierten Ammoniumsalzes.

Es ist von Vorteil, daß die Säurehalogenidgruppen stöchiometrisch leicht im Überschuß mit Bezug zu den Aminogruppen sind. Bei diesem Verfahren regieren die Säurehalogenidgruppen mit Aminogruppen eines Polyamins, um Amidbindungen und ein substituiertes halogeniertes Ammonium-Nebenprodukt zu bilden. Ein Beispiel dieser Reaktion ist:

In der obigen Formel ist X gleich Chlor oder Brom; :NR₃ ist ein tertiäres Amin; für Z, Q, A und m gilt die obige Bestimmung; K ≧ dx.

In manchen Fällen kann das mehrfunktionelle Säurehalogenid mehr als eine Säurehalogenidgruppe selbst nach der Reaktion mit dem Lactammonomeren im Schritt b) enthalten, um einen Initiator zu bilden. In diesen Fällen ist das polyfunktionelle Säurehalogenid imstande, zwei oder mehr lebende Polyamine oder lebende Polypropylenoxidpolyole durch Entfernen von zwei oder mehr substituierten halogenierten Ammoniummolekülen pro einer Kopplungsreaktion zu koppeln.

Dieser Initiator kann in vorteilhafter Weise unter Anwesenheit eines von Verunreinigungen freien Lösungsmittels, wie Zyklohexan, Toluol, Tetrahydrofuran oder Azeton, gebildet werden.

In Abhhängigkeit von der Natur des verwendeten Lösungsmittels kann dieser Initiator bei einer erhöhten Temperatur, z. B. bei einer Temperatur von 30-150°C gebildet werden. Wenn ein Lösungsmittel zur Anwendung kommt, kann ein solches durch Destillieren nach der Bildung des Initiators entfernt werden.

Das lebende Polyamin oder das lebende Polypropylenoxidpolyol hat in vorteilhafter Weise ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von 300 bis 10 000, vorzugsweise von wenigstens 500 und in mehr bevorzugter Weise von wenigstens 1000. Die durch die Additionspolymerisation des Lactammonomeren zum Initiator gebildeten Polylactamsegmente stellen harte und kristalline Segmente dar, während dieses lebende Polyamin oder das lebende Polypropylenoxidpolyol so gewählt wird, daß Hauptketten von weichen und elastomeren Segmenten zu einem Nylon- Blockkopolymerisat geboten werden.

Wenn die weichen Segmente in ein Nylon-Blockkopolymerisat eingegliedert werden, so tragen sie dazu bei, die Glasumwandlungstemperatur Tg auf einen Wert von höchstens etwa 0°C, vorzugsweise von höchstens etwa -25°C, zu bringen. Die Glasumwandlungstemperatur kann ohne Schwierigkeiten durch ein Differential-Abtastkalorimeter unter einer Stickstoffatmosphäre bei einer Abtastgeschwindigkeit von 10 bis 20°C/min gemessen werden.

Derartige Segmente werden vorteilhafterweise von einem lebenden Polypropylenoxidpolyol oder einem lebenden Polyamin, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Polyoxyalkylenolyamin, einem Oxyalkylenkopolymerpolyamin, einem Polyalkadienpolyamin, einem Alkadienkopolymerpolyamin, einem Polyalkenpolyamin, einem Alkenkopolymerpolyamin und einer Kombination dieser besteht, hergeleitet.

Die Menge der elastomeren Segmente in dem durch das Verfahren nach der Erfindung erzeugten Nylon-Blockkopolymerisat schwankt in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften und wird üblicherweise innerhalb des Bereichs von 10 bis 90 Gew.-% des Kopolymerisats verändert.

Beispiele eines geeigneten Kohlenwasserstoffpolyamins des Polymertyps umfassen ein Polybutadiendiamin, ein Polybutadienpolyamin und ein Butadienakrylnitrilkopolymerpolyamin.

Beispiele eines geeigneten Polyätherpolyamins schließen ein Poly(oxybutylen)diamin, ein Poly(oxyäthylen)diamin, ein Poly(oxypropylen)diamin, ein Poly(oxypropylen)triamin, ein Poly(oxypropylen)tetramin und eine Kombination dieser, beispielsweise ein Block-Kopolymerisat eines Poly(oxyäthylen) und eines Poly(oxypropylen), modifiziert mit wenigstens zwei Aminogruppen, ein. Ein bevorzugtes Polyätherpolyamin ist ein Poly(oxypropylen)triamin mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von wenigstens etwa 5000.

Ein lebendes Polyamin kann von einem lebenden Polyol durch Substituieren der Hydroxylgruppe des lebenden Polyols mit einer Aminogruppe in Übereinstimmung mit dem in den US- Patenten 31 55 728 und 32 36 896 offenbarten Verfahren gebildet werden. In Abhängigkeit von dem Verfahren zur Herstellung einer derartigen Verbindung wird in Betracht gezogen, daß eine gewisse Menge von Rest-Hydroxylgruppen verbleibt.

Als ein weiteres Verfahren kann ein Nitril enthaltendes Polymer in ein aminfunktionelles durch Reduktion der Nitrilgruppe umgewandelt werden. Darüber hinaus kann ein Formyl enthaltendes Polymer in ein aminfunktionelles durch Reduktionsaminierung seiner Formylgruppe umgewandelt werden.

Die polyfunktionellen Säurehalogenide, die in geeigneter Weise für die Herstellung der Lactam-Polymerisationsinitiatoren verwendet werden können, werden durch die folgende Formel dargestellt:

worin m gleich 0 oder 1 ist; wenn m gleich 0 ist, dann ist n gleich 0 oder 1 und p gleich 1; wenn m gleich 1 ist, dann ist n im Bereich von 1 bis 3 und p gleich n; X ist Chlor oder Brom; A ist eine aliphatische oder aromatische Hydrokarbylgruppe oder Hydrokarbyläthergruppe; R₁ ist eine Alkylgruppe, eine Aralkylgruppe, eine Alkyloxygruppe, eine Aryloxygruppe, ein Halogenatom oder eine Aralkyloxygruppe.

A ist bevorzugterweise eine p-Phenylengruppe, eine m-Phenylengruppe oder

(worin x im Bereich von 3 bis 8 liegt), mehr bevorzugterweise eine p-Phenylengruppe, eine m-Phenylengruppe oder eine Mischung dieser, die ein Nylon-Blockkopolymerisat mit überlegenen physikalischen Eigenschaften hervorbringt. Andere bevorzugte zweibasige Halogenide enthalten eine Oxalylgruppe, worin m gleich 0 und n gleich 1 ist.

Ein für die Reaktion mit dem in einen Komplex überführten Säurehalogenid geeignetes Lactam ist das, das eine C₃-C₁₁- Alkylengruppe hat, vorzugsweise dasjenige, das eine C₃- oder C₅-Alkylengruppe hat, d. h. 2-Pyrrolidinon oder ε-Caprolactam, und zwar im Hinblick auf die Reaktionsfähigkeit und die leichte Verfügbarkeit.

Das tertiäre Amin, das für die Komplexbildung der polyfunktionellen Säurehalogenide nützlich ist, schließt beispielsweise ein Trialkylamin, Pyridin, ein alkylsubstituiertes Pyridin, Chinolin und andere substituierte Amine, welche Substituenten haben, die im wesentlichen nicht die Funktion des Amins als das komplexbildende Agens und die Bildung des Lactam-Polymerisationsinitiators hindern, ein. Das Ammoniumsalz und jegliches überschüssiges tertiäres Amin werden bevorzugterweise nach der Bildung des Initiators entfernt.

Der Lactam-Polymerisationsinitiator wird bevorzugterweise durch Reaktion von einem Äquivalent eines lebenden Polyamins auf der Grundlage der Anzahl der Aminogruppen oder eines lebenden Polypropylenoxidpolyols auf der Grundlage der Anzahl der Hydroxylgruppen mit einem Äquivalent der Säurehalogenide auf der Grundlage der Anzahl der Säurehalogenidgruppen hergestellt. Wenn jedoch ein Lactam-Polymerisationsinitiator des Polymertyps mit einer Hauptkette, die abwechselnd harte und weiche Segmente enthält, gewünscht wird, wird das polyfunktionelle Säurehalogenid zur Reaktion gebracht, um eine Bindung mit zwei oder mehr lebenden Polyaminen oder lebenden Polypropylenoxidpolyolen einzugehen. In einem solchen Fall wird das Äquivalenzverhältnis eines jeden lebenden Polyamins oder lebenden Polypropylenoxidpolyols zu dem Säurehalogenid so gewählt, daß es kleiner als 1 : 1 ist. Wenn das lebende Polyamin oder das lebende Polypropylenoxidpolyol trifunktionell ist und ein bifunktionelles Säurehalogenid zur Kopplung mit den zwei Polyaminen oder Polypropylenoxidpolyolen hinzugefügt wird, so ist es beispielsweise von Vorteil, ein Äquivalenzverhältnis von 1: 3 anzuwenden, um einen tetrafunktionellen Initiator eines Polymertyps zu erhalten. Die obige Erläuterung der weichen Segmente folgt vorzugsweise der allgemeinen Beschreibung der relativen Molekülmasse, die oben mit Bezug auf das lebende Polyamin oder das lebende Polypropylenoxidpolyol gegeben wurde.

Der Lactam-Polymerisationsinitiator wird mit einem Lactammonomeren, vorzugsweise einem ε-Caprolactam, in Gegenwart eines Lactam-Polymerisationskatalysators zur Reaktion gebracht, um ein Nylon-Blockkopolymerisat, das weiche sowie harte Segmente hat, zu bilden. Das harte Segment wird durch die Formel wiedergegeben:

worin q von etwa 4 bis etwa 300 reicht und Y der obigen Definition entspricht sowie das harte und das weiche Segment durch eine Amidbindung der Formel verknüpft sind:

worin für A, Y, m, n und p die obige Definition gilt.

Dieses Blockkopolymerisat enthält keine Esterbindung zwischen dem harten sowie dem weichen Segment und ist in seiner Stabilität gegen Hydrolyse und gegen Wärme einem solchen, das eine Esterbindung aufweist, überlegen.

Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des dadurch erhaltenen Nylon-Blockkopolymerisats kann innerhalb eines weiten Bereichs verändert werden, jedoch liegt es vorzugsweise in einem Bereich von etwa 18 000 bis etwa 100 000. Die relative Molekülmasse hängt üblicherweise von dem Mol-Verhältnis des Lactammonomeren und des Lactam-Polymerisationsinitiators ab.

Die Konzentration des Initiators oder die Konzentration der aktivierten N-Lactamgruppen, die vom Lactam-Polymerisationsinitiator zugeführt werden und während der Polymerisation des Lactammonomeren vorhanden sind, beeinflußt die gesamte Reaktionsgeschwindigkeit. Die Gesamtmenge der aktivierten N-Lactamgruppen, d. h. die äquivalente Menge des Initiators, kann sich in Abhängigkeit von der Funktionalität und/oder der Konzentration des in der Mischung vorhandenen Initiators ändern. Im allgemeinen ist die Funktionalität des Initiators oder die Anzahl der aktivierten N-Lactamgruppen pro Molekül wenigstens 2, vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 10 und in mehr bevorzugter Weise von etwa 3 bis etwa 6. Der Lactam- Polymerisationsinitiator wird üblicherweise in einer Menge von wenigstens 0,1 Mol-%, vorzugsweise von 0,2 bis 1,0 Mol-% auf der Grundlage der gesamten Mol-Menge des verwendeten Caprolactammonomeren zur Anwendung gebracht.

Wenn durch Reagieren des Lactam-Polymerisationsinitiators mit einem ε-Caprolactammonomeren in Gegenwart eines geeigneten Katalysators ein Nylon-6-Blockkopolymerisat erzeugt wird, so ist das sich ergebende Blockkopolymerisat üblicherweise ein solches, das eine Polyamidkette mit Struktureinheiten der Formel hat:

und zwar zugefügt zum Lactam-Polymerisationsinitiator. Das Nylon-6-Blockkopolymerisat wird im wesentlichen aus einem ε-Caprolactam erzeugt. Jedoch kann es andere Lactammonomere enthalten, solange die Reaktionsgeschwindigkeit für die Caprolactampolymerisation oder der Grad der Polymerisation nicht wesentlich nachteilig beeinflußt wird.

Weitere Mischmaterialien

Bei der vorliegenden Erfindung können darüber hinaus andere Additive, wie ein Weichmacher, ein Treibmittel, ein Farbstoff oder ein Pigment, ein Antioxydationsmittel und ein internes Trennmittel, eingegliedert werden, solange sie nicht die Polymerisationsreaktion im wesentlichen nachteilig beeinflussen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Beispiele weiter im einzelnen erläuert. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Erfindung in keiner Weise durch diese Beispiele eingeschränkt oder begrenzt wird.

Bei den folgenden Beispielen wurde die Bewertung des äußeren Aussehens und die Bewertung einer Minderung oder Qualitätsverschlechterung des Harzes in den folgenden Arten durchgeführt:

Äußeres Aussehen der Schiebekupplung

Ein Fett (Autolex A, hergestellt durch Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.) wurde in einen Spalt zwischen der Welle und der Muffe einer Schiebekupplung gemäß jedem der folgenden Beispiele injiziert und für 1000 h in einem Ofen bei 120°C belassen. Dann wurde der Verschiebevorgang zwischen der Welle und der Muffe 10 000 Male wiederholt. Anschließend wurde die Welle aus der Muffe gezogen, und die an der Muffe aufgebrachte Harzauflage wurde visuell hinsichtlich irgendwelcher im Harz gebildeter Risse inspiziert. Die Bewertung beruhte auf den folgenden Normen:

○: kein Riß gebildet
×: Risse gebildet

Bewertung der Verschlechterung des Harzes

Aus einem flachen, geformten Produkt, das bei jedem der folgenden Beispiele gebildet wurde, wurden 30 Hantelprüfkörper des Typs IV gemäß ASTM D-638-72 ausgeschnitten. Diese Prüfstücke wurden in ein vorbestimmtes Fett, nämlich das o. a. Autolex A, eingetaucht. In diesem Zustand wurden die Prüfstücke für 1000 h in einem Ofen bei 120°C belassen. Anschließend wurde die Zugdehnung gemäß ASTM D-638-72 gemessen.

Beispiel 1

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine äußere Keilprofillagerung oder -buchse 1, eine innere Keilwelle 2, die in die Lagerung eingesetzt sowie in dieser hin- und herbewegbar gehalten ist, und eine an der tragenden Fläche 4 der Lagerung 1 ausgebildete Harzauflage oder -auskleidung 3 aus einem Polyamidharz. Zentrierspitzen 5 und 6 dienen der Ausrichtung der Teile.

Die Schiebekupplung nach diesem Beispiel wurde derart hergestellt, daß zuerst ein Grundiermittel auf die Lagerung 1 und ein Trennmittel auf die Welle 2 aufgebracht wurden, worauf die Lagerung 1 und die Welle 2 vorgewärmt und auf einer Temperatur von 130-160°C gehalten wurden. Dann wurden die folgenden Gießmaterialien (A) und (B) in gleichen Mengen gemischt, in einen Zwischenraum oder Spalt 7 (etwa 0,2 mm) zwischen der Lagerung 1 und der Welle 2 injiziert sowie durch Polymerisation bei einer Temperatur von 130-160°C ausgehärtet, um eine Harzauflage 3 an der tragenden Fläche 4 der Lagerung 1 zu bilden. Das äußere Aussehen der auf diese Weise erhaltenen Schiebekupplung wurde nach einer Minderungs- oder Verschlechterungsfunktion bewertet.

Ferner wurden 90 g eines jeden der folgenden Gießmaterialien (A) und (B) gewogen, gemischt und augenblicklich in eine Form injiziert, um eine flache Platte mit einer Vertiefung von einer Länge von 220 mm, einer Breite von 180 mm und einer Tiefe von 3 mm bei einer geregelten Temperatur von 140°C (elektrische Beheizung), wobei die Temperatur von 140°C für 5 min beibehalten wurde, zu formen. Mit Bezug auf das geformte Produkt wurde die Bewertung der Verschlechterung des Harzes durchgeführt.

worin Z ein Polypropylenoxid mit einer relativen Molekülmasse von etwa 5000 ist.

Das äußere Aussehen der Schiebekupplung und die Ergebnisse der Bewertung der Verschlechterung des Harzes sind in der Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 2

Die Harzauflage der Lagerung wurde in derselben Weise wie zum Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, daß das folgende Material als der im Gießmaterial (B) enthaltene Polymerisationsinitiator verwendet wurde:

Beispiel 3

Die Harzauflage des Lagers wurde in gleicher Weise wie zum Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde das folgende Material als der im Gießmaterial (B) enthaltene Polymerisationsinitiator verwendet:

Das äußere Aussehen der Schiebekupplung und die Bewertungsergebnisse bezüglich der Verschlechterung des Harzes sind in der Tabelle 1 aufgetragen.

Beispiel 4

Die Harzauflage der Lagerung wurde in derselben Weise wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß das folgende Material als der im Gießmaterial (B) enthaltene Polymerisationsinitiator verwendet wurde:

Das äußere Aussehen der Schiebekupplung und die Ergebnisse der Bewertung der Verschlechterung der Harzauflage sind in der Tabelle 1 dargestellt.

Vergleichsbeispiel 1

Die Harzauflage der Lagerung wurde in gleicher Weise wie zum Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß das folgende Material als der im Gießmaterial (B) enthaltene Polymerisationsinitiator verwendet wurde:

worin Z ein Blockkopolymerisat eines Polypropylenoxids und Polyäthylenoxids ist, das Polyäthylenoxidenden hat und eine relative Molekülmasse von etwa 5000 aufweist.

Aus der Tabelle 1 wird deutlich, daß, wenn die Harzauflage der Lagerung unter Verwendung eines Gießmaterials (B) mit dem gemäß der Erfindung ausgewählten Polymerisationsinitiator hergestellt wird, keine Verschlechterung oder kein Bruch der Auflage oder des Überzugs auftritt, selbst wenn diese (dieser) einer Verschiebe- oder Gleitbewegungsprüfung bei einer hohen Temperatur für eine lange Zeitspanne ausgesetzt wird, und daß keine physikalische Verschlechterung des Harzes selbst in Erscheinung tritt.

Tabelle 1

Beispiel 5

Das äußere Aussehen der Schiebekupplung und die Ergebnisse der Bewertung der Qualitätsverschlechterung des Harzes sind in der Tabelle 2 gezeigt.

Beispiel 6

Die Harzauflage des Lagers wurde in gleicher Weise wie zum Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß das folgende Material als der im Gießmaterial (B) enthaltene Polymerisationsinitiator verwendet wurde:

Das äußere Aussehen der Schiebekupplung und die Ergebnisse der Bewertung der Qualitätsminderung des Harzes sind in der Tabelle 2 aufgetragen.

Beispiel 7

Das äußere Aussehen der Schiebekupplung und die Bewertungsergebnisse bezüglich der Qualitätsminderung des Harzes sind in der Tabelle 2 gezeigt.

Beispiel 8

Die Harzauflage der Lagerung wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß das folgende Material als der im Gießmaterial (B) enthaltene Polymerisationsinitiator verwendet wurde:

Das äußere Aussehen der Schiebekupplung und die Ergebnisse der Bewertung der Verschlechterung des Harzes sind in der Tabelle 2 aufgetragen.

Vergleichsbeispiel 2

worin Z ein Blockkopolymerisat eines Polypropylenoxids und Polyäthylenoxids, das Polyäthylenoxidenden hat und eine relative Molekülmasse von etwa 5000 aufweist, ist.

Das äußere Aussehen der Schiebekupplung und die Bewertungsergebnisse in bezug auf eine Qualitätsminderung des Harzes sind in der Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Aus der Tabelle 2 wird deutlich, daß bei der Herstellung der Harzauflage für eine Lagerung unter Verwendung eines Gießmaterials (B) mit einem entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgewählten Polymerisationsinitiator keine Verschlechterung oder Bruch der Auflage eintritt, selbst wenn eine Verschiebebewegungsprüfung bei einer hohen Temperatur über eine lange Zeitspanne hinweg ausgeführt wird, und daß keine physikalische Verschlechterung des Harzes selbst in Erscheinung tritt.

Wie im vorstehenden beschrieben wurde, ist die durch das Monomer-Gießverfahren gemäß der Erfindung erhaltene Schiebekupplung ausgezeichnet bezüglich ihres Widerstandes gegenüber Fett, und sie ist eine Schiebekupplung von hoher Präzision, die von einer Spielpassung oder einem Spielsitz, was ein Charakteristikum von herkömmlichen Schiebekupplungen ist, frei ist. Die Bedeutung und der Wert der vorliegenden Erfindung für eine industrielle Anwendung sind insofern bemerkenswert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Schiebekupplung, das das Injizieren bzw. Einspritzen eines folgenden Komponenten (A) und (B) umfassenden Gießmaterials in einen Spalt zwischen einer Lagerung und einer in diese eingesetzten sowie von der Lagerung drehbar oder hin- und herbewegbar gehaltenen Welle umfaßt, woran sich eine Polymerisation und ein Härten zur Ausbildung einer Harzauflage auf der Fläche der Welle oder der Lagerung anschließen:
(A) eine ω-Lactamflüssigkeit, die einen Polymerisationskatalysator einer Alkalimetall- oder Erdalkalimetallverbindung enthält und
(B) eine ω-Lactamflüssigkeit, die wenigstens einen Polymerisationsinitiator enthält, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Polyoxyalkylen, einem Oxyalkylenkopolymer, einem Polyalkadien, einem Alkadienkopolymer, einem Polyalken und einem Alkenkopolymer besteht, von denen jedes wenigstens zwei Endgruppen hat, die aus der aus Lactam-Endgruppen der folgenden Formeln sich zusammensetzenden Gruppe ausgewählt sind: worin Q ein Lactamrest mit einer C₃-C₁₁-Alkylengruppe und dieser Lactamrest an C, P oder S über sein Stickstoffatom gebunden ist; A eine aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffgruppe oder eine Kohlenwasserstoffgruppe mit einer Ätherbindung ist; m gleich 0 oder 1 ist; wenn m gleich 0 ist, dann ist n gleich 0 oder 1 und p gleich 1; wenn m gleich 1 ist, dann ist n im Bereich von 1 bis 3 und p gleich n; R₁ eine Alkylgruppe, eine Aralkylgruppe, eine Alkoxygruppe, eine Aryloxygruppe, ein Halogenatom oder eine Aralkyloxygruppe ist; R₂ ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe ist; oder wenigstens einen Polymerisationsinitiator enthält, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Lactaminitiatoren der folgenden Formeln besteht: woin Z ein Polypropylenoxydpolyol ist, t wenigstens 1 ist und Q, A, m, n sowie p gleich der obigen Definition sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundiermittel vorbereitend auf entweder die Welle oder die Lagerung und ein Trennmittel vorbereitend auf entweder die Lagerung oder die Welle aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ω-Lactam wenigstens ein Glied ist, das aus der aus γ-Butyrolactam, δ-Valerolactam, ε-Caprolactam, ω-Oenantolactam, ω-Kapryllactam, ω-Undekanolactam und ω-Laurolactam bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerisationskatalysator in der Komponente (A) wenigstens ein Glied ist, das aus der aus einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall, ihren Hydriden, Oxiden, Hydroxiden, Karbonaten, Alkylverbindungen, Arylverbindungen, Alkoholaten und Grignard-Verbindungen sowie Reaktionsprodukten dieser Metalle oder Metallverbindungen mit einem ω-Lactam bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerisationskatalysator in einer Menge von 0,01 bis 15 Mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge an ω-Lactam, verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerisationsinitiator in der Komponente (B) ein Lactaminitiator der Formel ist: worin Z eine polyvalente Gruppe ist, die aus einem lebenden Amin abgeleitet ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Polyoxyalkylenpolyamin, einem Oxyalkylenkopolymerpolyamin, einem Polyalkadienpolyamin, einem Alkadienkopolymerpolyamin, einem Polyalkenpolyamin, einem Alkenkopolymerpolyamin und einer Kombination dieser besteht, wobei t wenigstens 1 ist und A, Q, m, n, R₁ sowie p gleich der obigen Definition sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lactam-Polymerisationsinitiator ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von etwa 500 bis etwa 15 000 hat.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lactam-Polymerisationsinitiator aus einem Polyätherpolyamin und einem Polyhydrokarbonpolyamin hergeleitet ist sowie ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von wenigstens etwa 1000 hat.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerisationsinitiator in einer Menge von wenigstens 0,1 Mol-% auf der Grundlage der Gesamtmenge des ω-Lactams verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polymerisationsinitiator in einer Menge von 0,25 bis 1,0 Mol-% auf der Grundlage der Gesamtmenge des ω-Lactams verwendet wird.