DE60007974T2 - Schleifmittel enthaltende filamente aus plastifizierten polyamiden - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung richtet sich auf Schleifmittelpartikel enthaltende, plastifizierte Polyamid-Monofilamente, die in Borsten von Bürsten verwendbar sind, wie sie beispielsweise zum Polieren einer großen Vielzahl von Materialien verwendet werden.
• Polyamide und andere thermoplastische Polymere sind zur Erzeugung von Monofilamenten verwendet worden, die einen abrasiven Füllstoff enthalten, wobei die Monofilamente breite Anwendung bei Borsten in Bürsten gefunden haben, wie sie zum Polieren von Metallen und elektronischen Bauelementen verwendet werden. Die US-P-3 522 342 , erteilt am 28. Juli, 1970, an Nungesser et al., zeigt einen Apparat und ein Verfahren zum Erzeugen derartiger Monofilamente. Die US-P-4 507 361 , erteilt am 26. März, 1985, an Twilley et al., zeigt Borsten aus Blends von Polyamiden und Polyestern mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme, die einen abrasiven Füllstoff enthalten. Die US-P-4 585 464 , erteilt am 29. April, 1986, an Haylock et al., zeigt abrasive Borsten aus Polybutylenterephthalat mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme.
• Beim Polieren von Teilen unter trockenen Bedingungen ist zur Bewahrung der Steifheit der Borsten eher die Temperaturbeständigkeit als die Feuchtigkeitsaufnahme entscheidend. Wenn ein Polyamid, wie beispielsweise Nylon 6,12 oder Nylon 6,10 oder Blends von Polyamiden und Polyestern bei Temperaturen von 220°C und darüber betrieben werden, verlieren sie ihre Steifheit und ihre Fähigkeit, Materialien bei erhöhten Temperaturen abzutragen, wie sie im typischen Fall bei Anwendungen des Trockenschleifens auftreten. Wenn für die Borste einer Bürste ein Monofilament aus einem Polyamid verwendet wird, das eine höhere Temperaturbeständigkeit hat, wie beispielsweise Nylon 6,6 (Polyhexamethylenadipamid), brechen die Borsten am Fuß der Bürste nach lediglich kurzer Betriebsdauer, da diese Polyamide relativ spröde sind und einen geringen Flexibilitätsgrad haben.
• Es besteht ein Bedarf nach einem Schleifmittelmaterial enthaltenden Monofilament, das für Borsten von Bürsten betrieben werden kann, die effektiv bei relativ hohen Temperaturen unter den Bedingungen des trockenen Bürstens und Polierens eingesetzt werden können. Die Polyamid-Monofilamente der vorliegenden Erfindung arbeiten unter diesen Bedingungen effektiv.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Das Monofilament der vorliegenden Erfindung ist ein Polyamid von Polyhexamethylenadipamid, das um das 1,0- bis 4,0-fache seiner ursprünglichen Länge orientiert ist, einen Durchmesser von 400 bis 1.600 Mikrometer hat und 2% bis 20 Gew.% eines Alkylarylsulfonamid-Weichmachers bezogen auf das Gewicht des Polyamids des Monofilamentes enthält sowie 5,0% bis 40,0 Gew.% bezogen auf das Gewicht des Monofilamentes Schleifmittelpartikel mit einer Partikelgröße von 10 bis 400 Mikrometer. Diese Monofilamente sind besonders verwendbar als Borsten, wie sie in Bürsten zur Anwendung gelangen, die unter trockenen Bedingungen bei relativ hohen Temperaturen eingesetzt werden.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Das Polyamid-Monofilament besteht aus Polyhexamethylenadipamid, das mit einem Alkylarylsulfonamid-Weichmacher plastifiziert ist, wobei das Monofilament um das 1,0- bis 4,0-fache seiner ursprünglichen Länge orientiert ist und einen Durchmesser von 400 bis 1.600 Mikrometer hat und darin dispergiert 5% bis 40 Gew.% Schleifmittelpartikel bezogen auf das Gewicht des Monofilamentes aufweist. Diese Monofilamente sind für Borsten in Bürsten verwendbar, die unter trockenen Bedingungen und bei Temperaturen im Bereich von 220° bis 250°C eingesetzt werden. Die Borsten bleiben bei diesen erhöhten Temperaturen flexibel und bewahren ihre Fähigkeit, Materialien mit den Bürsten zu schleifen und zu polieren.
• Vorzugsweise haben diese Monofilamente eine Bruchlastspielzahl von mindestens 50 min und vorzugsweise 50 bis 500 min und darüber, ermittelt mit Hilfe des Schlag-Ermüdungsversuchs für Nylonfilamente, DuPont-Prüfverfahren PP-0071 vom 14.1.98.
• Diese Monofilamente sind besonders bei Borsten von Bürsten verwendbar, die unter Trockenbedingungen verwendet werden und speziell bei Bürsten, die zum Schleifen und/oder Polieren von Metallen, elektronischen Bauelementen und elektronischen Schaltkreisen verwendet werden.
• Das zur Erzeugung des Monofilamentes verwendete Polyamid ist bevorzugt Nylon 6,6 (Polyhexamethylenadipamid) mit einer relativen Viskosität von 50 bis 240 und bevorzugt 180 bis 240, ermittelt nach dem Standard ASTM D-789-62T.
• Dem Polyamid wird ein Weichmacher zugesetzt, so dass es seine Flexibilität unter Anwendungsbedingungen und speziell dann bewahrt, wenn es erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist. Der Weichmacher wird in einer Menge von 2% bis 20 Gew.% und bevorzugt 5% bis 15 Gew.% bezogen auf das Gewicht des Polyamids des Monofilamentes verwendet. Der Weichmacher ist ein Alkylarylsulfonamid und bevorzugt, wenn die Alkylgruppe 1 bis 4 Kohlenstoffatome hat. Typische Weichmacher sind n-Methylbenzolsulfonamid, n-Ethylbenzolsulfonamid, n-Propylbenzolsulfonamid, n-Isopropylbenzolsulfonamid, n-Isobutylbenzolsulfonamid und n-Butylbenzolsulfonamid. Einer der bevorzugten Weichmacher ist n-Butylbenzolsulfonamid, da er leicht verfügbar ist und dem Monofilament eine optimale Flexibilität vermittelt.
• Die in dem Monofilament verwendeten Schleifmittelpartikel haben eine Partikelgröße von 10 bis 400 Mikrometer und bevorzugt 20 bis 350 Mikrometer. Die Partikel liegen in einer Menge von 5,0% bis 40 Gew.% bezogen auf das Gewicht des Monofilamentes vor und vorzugsweise in einer Menge von 10,0% bis 30,0 Gew.%. Die Partikel sind aus einem solchen Material, das einem Monofilament Schleifcharakter vermittelt, um das Schleifen und Polieren zu unterstützen.
• Bevorzugte Schleifmittelpartikel sind folgende: Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid/Zirconiumoxid, Siliziumdioxid, Natriumaluminiumsilicat, kubisches Bornitrid, Granat, Bimsstein, Korund, Glimmer, Quarz, Diamant, Borcarbid, amorph geschmolzenes Aluminiumoxid, gesintertes Aluminiumoxid und alle Mischungen davon. Bevorzugte Schleifmittel sind Siliciumcarbid und Aluminiumoxid.
• PROZESS DER FILAMENTERZEUGUNG
• Bei der Herstellung des Filamentes wird typischerweise ein Doppelschneckenextruder verwendet, wie beispielsweise ein W & P (Werner und Pfleiderer)-Doppelschneckenextruder, wobei das Polyamid in Form von Granalien von einer Aufgabeeinrichtung in den Extruder entweder volumetrisch oder gravimetrisch zugeführt wird. Das Schleifmittel wird von einer separaten Aufgabevorrichtung in den Extruder wie auch der Weichmacher zugegeben und mit dem Polyamid in dem Extruder bei einer Temperatur von 220° bis 275°C compoundiert. Das compoundierte Gemisch von Polyamid, Weichmacher und Schleifmittel wird sodann in ein Spinn-Aggregat mit einer Formplatte dosiert und Filamente verschiedener Formen (nicht auf massive runde Formen beschränkt) und Größen erzeugt. Die Form des Filamentquerschnittes wird durch die Form der Öffnungen in der Formplatte festgelegt und kann jede beliebige Querschnittsform haben, wie beispielsweise rund, oval, rechteckig, dreieckig, ein beliebiges reguläres Polygon oder eine nichtregelmäßige und nichtkreisförmige Form, und kann massiv sein, hohl oder kann mehrfache Hohlräume in Längsrichtung in seinen Querschnitten enthalten. Jeder Extruderdurchlauf kann eine bestimmte Kombination von Querschnittsformen erzeugen, indem eine Formplatte mit verschieden geformten Öffnungen verwendet wird. Es lassen sich gleichzeitig Stränge von einem oder mehreren Durchmessern erzeugen, indem die Größe der Öffnungen in der Formplatte verändert wird.
• Nach dem Austreten aus der Formplatte wird das Bündel der Filamentstränge in einem Wasserabschreckbad verfestigt und anschließend durch eine Reihe von Abzugwalzen zum Verstrecken der Filamentstränge transportiert. Die Filamentstränge werden sodann durch den Aushärtofen transportiert, um die Filamente einem Heißfixieren zu unterwerfen. Die Filamentstränge werden sodann auf einer Haspel aufgewickelt, bei der es sich normalerweise um eine Trommel oder eine Spule handelt. Wahlweise können die Filamente eine Oberflächenbehandlung erhalten, um die Oberflächeneigenschaften, wie beispielsweise den Reibungskoeffizienten, zu verbessern oder zu modifizieren.
• Mit den folgenden Beispielen wird die Erfindung veranschaulicht. Sofern nicht anders angegeben, sind alle Anteile und Prozentangaben auf Gewicht bezogen.
• BEISPIELE
• BEISPIEL 1
• Es wurden Monofilamente unter Verwendung von Nylon 6,6-Polyamid (Polyhexamethylenadipamid) mit einer relativen Viskosität von 240, einem Schleifmittelmaterial aus Siliziumcarbid mit einer Partikelgröße von 20 bis 400 Mikrometer und einem Weichmacher aus n-Methylbenzolsulfonamid hergestellt. Es wurde ein 30 mm-W&P-Doppelschneckenextruder verwendet, der 6 bis etwa 270°C beheizte Zonen hatte. Das Polyamid, das Schleifmittelmaterial und der Weichmacher wurden separat in den Extruder gegeben und gemischt. Das resultierende Polymergemisch wurde in das Spinaggregat mit einer Formplatte dosiert und ein Monofilament mit 1.000 Mikrometer in ein Wasserabschreckbad extrudiert, das bei Raumtemperatur gehalten wurde, und anschließend über eine Reihe von Abzugwalzen zum Verstrecken des Monofilamentes transportiert und das Monofilament sodann durch einen Warmhärtofen geführt, um das Monofilament einer Thermofixierung zu unterziehen, und auf eine Spule aufgewickelt. Jedes der Monofilamente 1 bis 10 hatte einen Schleifmittelgehalt von 30 Gew.%. Monofilament Nr. 1 war die Kontrolle und enthielt keinen Weichmacher. Monofilamente 2 bis 10 hatten jeweils unterschiedliche Weichmachergehalte, wie nachfolgend gezeigt wird:

  Monofilament Nr. 1	0% Weichmacher
  Monofilament Nr. 2	1,5% Weichmacher
  Monofilament Nr. 3	3,0% Weichmacher
  Monofilament Nr. 4	3,2% Weichmacher
  Monofilament Nr. 5	4,6% Weichmacher
  Monofilament Nr. 6	6,4% Weichmacher
  Monofilament Nr. 7	6,8% Weichmacher
  Monofilament Nr. 8	8,0% Weichmacher
  Monofilament Nr. 9	10,2% Weichmacher
  Monofilament Nr. 10	13,7% Weichmacher

  (der Prozentanteil Weichmacher ist auf das Gewicht des Polyamids des Filamentes bezogen).
• Die Ermüdungsfestigkeit jedes der vorgenannten Monofilamente 1 bis 10 wurde mit Hilfe des vorgenannten Schlag-Ermüdungsversuches für Nylonfilamente ermittelt. In diesem Versuch wurden Monofilamente mit einer Länge von 6,35 cm, die bei etwa 50% relativer Luftfeuchtigkeit und bei etwa 23°C für 48 Stunden gehalten wurden, in 4 um 90° auf einem Rotationskopf beabstandete Spannfutter eingespannt. Die Monofilamente wurden jeweils in ein Spannfutter eingespannt. Der Rotationskopf war an einem Motor angebracht, der auf eine Drehzahl von 500 U/min eingestellt war. Für diese Monofilamentgröße wurde ein Schlagstab 12,9 mm vom Rotationskopf angeordnet, so dass jedes der Cluster von Monofilamenten in den Spannfuttern auf dem Rotationskopf auf den Stab an der gleichen Stelle aufschlug. Die Cluster der Monofilamente wurden in regelmäßigen Abständen untersucht, in diesem Fall alle 10 min, und beim Versagen von 50% der Monofilamente die Zeit aufgezeichnet. Je größer die Zeit ist, umso besser ist die Ermüdungsfestigkeit des Monofilamentes. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind nachfolgend zusammengestellt:

  	Ermüdungsfestigkeit (50%) Versagen
  	Dauer (min)
  Monofilament Nr. 1	45
  Monofilament Nr. 2	45
  Monofilament Nr. 3	60
  Monofilament Nr. 4	75
  Monofilament Nr. 5	60
  Monofilament Nr. 6	120
  Monofilament Nr. 7	148
  Monofilament Nr. 8	240
  Monofilament Nr. 9	488
  Monofilament Nr. 10	708

• Bei einem kommerziell akzeptablen Monofilament ist eine Ermüdungsfestigkeit von mindestens 50 min erforderlich. Die vorstehend gegebenen Ergebnisse zeigen, dass das Monofilament Nr. 1, das keinen Weichmacher enthielt, und das Monofilament Nr. 2, das lediglich 1,5 Gew.% Weichmacher enthielt, im Ermüdungsversuch versagten. Demgegenüber hatten die Monofilamente 3 bis 10, die 3,0, 3,2, 4,6, 6,4, 6,8, 8,0, 10,2 bzw. 13,7% Weichmacher enthielten, eine akzeptable Ermüdungsfestigkeit.

Claims (10)

1. Monofilament, bestehend aus einem Polyamid aus Polyhexamethylenadipamid, von dem 1,0- bis 4,0-fachen seiner ursprünglichen Länge orientiert mit einem Durchmesser von 400 bis 1600 Mikrometer, enthaltend 2% bis 20 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht des Polyamids des Monofilaments einen Alkylarylsulfonamid-Weichmacher und 5,0% bis 40,0 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht des Polyamids des Monofilaments Schleifmittelpartikel mit einer Partikelgröße von 10 bis 400 Mikrometer.
2. Monofilament nach Anspruch 1, bei welchem die Alkylgruppe des Weichmachers 1 bis 4 Kohlenstoffatome hat.
3. Monofilament nach Anspruch 1, bei welchem der Weichmacher ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus n-Methylbenzolsulfonamid, n-Ethylbenzolsulfonamid, n-Propylbenzolsulfonamid, Isopropylbenzolsulfonamid, Isobutylbenzolsulfonamid und n-Butylbenzolsulfonamid.
4. Monofilament nach Anspruch 1, bei welchem der Weichmacher n-Butylbenzolsulfonamid ist.
5. Monofilament nach Anspruch 1, bei welchem das Polyamid eine relative Viskosität von 50 bis 240 hat.
6. Monofilament nach Anspruch 1, bei welchem das Schleifmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Partikeln von Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxid/Zirkoniumoxid, Siliziumdioxid, Natriumaluminiumsilicat, kubischem Bornitrid, Granat, Bimsstein, Korund, Glimmer, Quarz, Diamant, Borcarbid, geschmolzenem Aluminiumoxid, gesintertem Aluminiumoxid und Mischungen davon.
7. Monofilament nach Anspruch 1, bei welchem das Schleifmittel Siliziumcarbid oder Aluminiumoxid ist.
8. Monofilament nach Anspruch 1, bei welchem der Weichmacher n-Butylbenzolsulfonamid ist und das Schleifmittel Siliziumcarbid oder Aluminiumoxid ist.
9. Bürstenborste, bestehend aus einem Monofilament nach Anspruch 1.
10. Bürste, bestehend aus Borsten nach Anspruch 9.