DE69027949T2

DE69027949T2 - Polybenzimidazol-Polyarylenketonformteile und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69027949T2
Application number: DE69027949T
Authority: DE
Inventors: Edwardo Alvarez; Lorenzo P Disano; Bennett C Ward
Original assignee: Hoechst Celanese Corp
Current assignee: PBI Performance Products Inc
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2010-04-13
Also published as: EP0392855B1; EP0392855A3; DE69027949D1; EP0392855A2; JP2962515B2; CA2012755A1; US5070153A; CA2012755C; JPH0341150A

Description

Gebiet und Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf geformte Gegenstände und Verfahren zur Herstellung derartiger Gegenstände. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf spritzgegossene Gegenstände, die aus einem Blend eines Polybenzimidazols und eines Poly(aryletherketons) geformt werden.
Polybenzimidazole sind Polymere mit hoher Wärmebeständigkeit, und sie sind gegenüber oxidativem oder hydrolytischem Abbau beständig. Polybenzimidazol-Polymere können durch Schmelzpolymerisation eines aromatischen Tetraamins und eines Diphenylesters oder eines Anhydrids einer aromatischen oder heterocyclischen Dicarbonsäure in einem ein- oder zweistufigen Verfahren hergestellt werden; siehe z.B. H.Vogle und C.S. Marvel , Journal of Polymer Science, Col. Vol L, Seiten 511- 539 (1961) und die US Patent Nrn, Ref. 26 065, 3 174 947, 3 509 108, 3 551 389, 3 433 772 und 3 655 632. Insbesondere US Patent 3 551 389 offenbart ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung aromatischer Polybenzimidazole, bei dem die Monomere auf eine Temperatur oberhalb von 170 ºC in einer Schmelzpolymerisationszone einer ersten Stufe erhitzt werden, bis ein geschäumtes Prepolymer gebildet wird. Das geschäumte Prepolymer wird abgekühlt, pulverisiert und in eine Polymerisationszone einer zweiten Stufe eingeführt, wo es wiederum erhitzt wird, um ein Polybenzimidazol-Polymerprodukt zu ergeben. Polybenzimidazole können auch aus den freien Dicarbonsäuren oder den Methylestern derartiger Säuren hergestellt werden.
Es ist jedoch schwierig, Gegenstände aus Polybenzimidazolharzen zu formen, und in der Tat gibt es keine bekannten Techniken in Hinblick auf das Spritzgießen von Polybenzimidazol oder dessen Blends. Formpressen von Polybenzimidazol-Hochpolymeren ist bekannt und im US Patent Nr. 3 340 325 beschrieben. Wie darin beschrieben ist, wurde eine Prepolymer durch Umsetzen eines Diphenylesters einer aromatischen Dicarbonsäure und eines aromatischen Tetraamins bis zu einem Grad kurz vor der tatsächlichen Unschmelzbarkeit hergestellt. Das Prepolymer ist bei Temperaturen im Bereich von etwa 200 ºF bis etwa 500 ºF (93 bis 260 ºC) schmelzbar. Eine Mischung des Polybenzimidazol-Prepolymers und Polybenzimidazol-Hochpolymers wurde in eine Form eingebracht, es wurde eine ausreichende Wärme und ein ausreichender Druck angewendet, um das Fluidwerden des Prepolymers zu verursachen, und die Mischung wurde bei dieser Wärme und diesem Druck gehalten, um das Prepolymer ausreichend zu härten.
Formpressen eines Polybenzimidazol-Hochpolymers wurde von Jones et al. (International Conference on Composite Materials IV, AIME, Warrendale, Pa., Seite 1591) berichtet. Polybenzimidazol wurde bei einer Temperatur von 600-800 ºF (316-427 ºC) bei einem Druck von 2000 psi (13 790 kPa) und einer abschließenden Standzeit von mehr als einer Stunde formgepreßt. Jedoch erlaubt die Anwendung des beschriebenen Verfahrens nur, daß ein Teil pro Form und Zyklus hergestellt werden kann, wobei die Gesamtzykluszeiten auf eine Stunde pro normale achtstündige Schicht begrenzt waren, und die Dicke des Teils tatsächlich auf weniger als ein inch (25 mm) begrenzt war.
EP-A-0 257 150 offenbart Blends eines Poly(aryletherketons) und eines definierten wärmeformbaren Polyimids, die zur Herstellung extrudierter Folie, Endlosfaser und spritzgegossener Gegenstände geeignet sind. EP-A-0 242 949 offenbart Blends eines aromatischen Polyimids oder aromatischen Polyetherimids und eines aromatischen Polybenzimidazols. Die Blends sind als Folien, Beschichtungen und thermoplastische Formmassen-Zusammensetzungen geeignet.
Es ist auch bekannt, Pressen des Polybenzimidazols in einem zweiteiligen Werkzeug bei Temperaturen bis zu 875 ºF (468 ºC), Drücken von 5000 bis 10 000 psi (34 475 bis 68 950 kPa) und Zykluszeiten von 4-8 Stunden zu verwenden, um geformte Polybenzimidazol-Teile zu erhalten. Diese Teile sind jedoch auf eine Dicke von ¼ inch (6 mm) bei Zugfestigkeiten bis zu 21 000 psi (144 795 kPa) begrenzt.
Diese geformten Gegenstände weisen typischerweise signifikante Blasenbildung und Formverzerrung auf, wenn Temperaturen von 900 ºF (482 ºC) während einer so geringen Zeitspanne wie 5 Minuten auf sie einwirken.
Die Herstellung gesinterter Polybenzimidazol-Gegenstände ist in US 4 814 530 offenbart. Wie darin beschrieben wird, wird ein getrocknetes, teilchenförmiges Polybenzimidazolharz unter einem Druck von 2000 bis 10 000 psi (13 790 bis 68 950 kPa) in einer Form kompaktiert, auf eine Temperatur im Bereich von 825 ºF bis 925 ºF (441 bis 496 ºC) erhitzt, auf eine Temperatur unterhalb von 800 ºF (427 ºC) abgekühlt und anschließend nachgehärtet.
Diese verschiedenen Techniken zum Formen von Polybenzimidazol erfordern jedoch typischerweise die Verwendung einer hohen Temperatur und eines hohen Drucks, wodurch die Verarbeitbarkeit des Polybenzimidazols reduziert wird, und dessen Anwendungen eingeschränkt werden. Darüber hinaus sind keine Techniken bis zum Zeitpunkt der vorliegenden Erfindung hinsichtlich des Spritzgießens von Polybenzimidazol oder dessen Blends bekannt.
Bezüglich des Formens von Polyaryletherketonen sind verschiedene Formgebungstechniken in der Technik bekannt, wie Sinterverfahren, Spritzgießen und Formpressen. Jedoch haben geformte Polyaryletherketon-Gegenstände, verglichen mit Polybenzimidazolen, begrenzte Wärme- und Druckbeständigkeit, und somit auch eine eingeschränkte Anwendbarkeit.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt einen spritzgegossenen Gegenstand bereit, der verbesserte Wärmebeständigkeit und verbesserte mechanische Eigenschaften hat. Der Gegenstand wird aus einer homogenen Mischung geformt, umfassend etwa 5 bis 75 Gew.-% Polybenzimidazolharz und etwa 95 bis 25 Gew.-% eines Poly(aryletherketons), wobei das Poly(aryletherketon) eine wie nachstehend definierte Struktur hat. Der Gegenstand kann aus einer homogenen Mischung stammen, die im wesentlichen nur aus dem definierten Polybenzimidazol und dem Poly(aryletherketon) besteht. Diese Mischung kann auch 5 bis 15 Gew.-% geschnittener Fasern von Polybenzimidazol umfassen. Die vorliegende Erfindung umfaßt auch Verfahren zur Herstellung geformter Gegenstände, die ein Polymerblend verwenden, das die obigen Mischungen gemäß dem Anspruch 12 hat.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Polybenzimidazole, die unter Verwendung bestimmter Dicarbonsäure-Verbindungen als Monomere hergestellt werden, haben Repetiereinheiten der folgenden Formel:
worin R ein vierwertiger aromatischer Kern ist, wobei die Stickstoffatome, die die Benzimidazolringe bilden, paarweise gegenüber benachbarten Kohlenstoffatomen, d.h. ortho-Kohlenstoffatomen, des aromatischen Kerns vorliegen, und R' ein Rest der Klasse ist, bestehend aus einem aromatischen Ring, einer Alkylengruppe (vorzugsweise mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen) und einem heterocylischen Ring wie Pyridin, Pyrazin, Furan, Chinolin, Thiophen und Pyran. In Abhängigkeit davon, ob die Dicarbonsäure-Einheiten in der Dicarbonsäure-Monomer-Komponente gleich oder verschieden sind, kann R' gleich oder statistisch verschieden unter den Repetiereinheiten entlang der Polymerkette sein. Darüber hinaus kann R, in Abhängigkeit davon, ob ein oder mehr als ein Tetraamin-Monomer in der Polymerisation verwendet wird, gleich oder statistisch verschieden entlang der Polymerkette sein.
Die folgende verallgemeinerte Gleichung illustriert die Kondensationsreaktion, die bei der Bildung der Polybenzimidazole erfolgt, die die Repetiereinheiten der vorhergehenden Formel haben:
worin R und R' wie vorhergehend definiert sind. Derartige Polybenzimidazole werden durch die Umsetzung einer Mischung von (1) wenigstens einem aromatischen Tetraamin, das zwei Gruppen von Aminsubstituenten enthält, wobei die Aminsubstituenten in jeder Gruppe in einer ortho-Position zueinander stehen, und (2) einer Dicarbonsäure-Komponente, wie in der vorhergehenden Gleichung angegeben, und wie nachstehend ausführlicher definiert werden wird, hergestellt.
Verwendbare aromatische Tetraamine sind z.B. solche der folgenden Formeln:
worin X -O-, -S-, -SO&sub2; , -C- oder eine Niederalkylengruppe wie -CH&sub2;-, -(CH&sub2;)&sub2;- oder -C(CH&sub3;)&sub2;- darstellt. Unter solchen aromatischen Tetraaminen können z.B. erwähnt werden: 1,2,4,5-Tetraaminobenzol, 1,2,5,6-Tetraaminonaphthalin, 2,3,6,7-Tetraaminonaphthalin, 3,3',4,4'-Tetraminodiphenylmethan, 3,3',4,4'- Tetraminodiphenylethan, 3,3',4,4'-Tetraaminodiphenyl-2,2- propan, 3,3',4,4'-Tetraaminodiphenylthioether und 3,3',4,4'- Tetraaminodiphenylsulfon. Das bevorzugte aromatische Tetraamin ist 3,3',4,4'-Tetraaminobiphenyl.
Die Verbindungen, die die Dicarbonsäure-Komponente der Erfindung umfassen, sind durch die Formel
definiert, in der die Y's Wasserstoff, Aryl oder Alkyl sind, wobei nicht mehr als 95 % der Y's Wasserstoff oder Phenyl sind. Die Dicarbonsäure-Komponente kann deshalb aus einer Mischung einer freien Säure mit wenigstens einem Diester und/oder Monoester, einer Mischung von Diester(n) und/oder Monoester(n) oder einem einzigen Dialkylester, Monoester oder gemischten Aryl-Alkyl- oder Alkyl-Alkylester bestehen, kann jedoch vollständig aus freier Säure oder Diphenylester bestehen. Wenn Y Alkyl ist, enthält es vorzugsweise 1 bis 5 Kohlenstoffatome und ist am meisten bevorzugt Methyl. Wenn Y Aryl ist, kann es jede einwertige aromatische Gruppe - die durch Auffüllen aller Valenzen, bis auf einer, mit Wasserstoff erhalten wird - der aromatischen Gruppen sein, die R oder R' - wie vorstehend erwähnt - entweder unsubstituiert oder substituiert mit irgendeinem inerten, einwertigen Rest wie Alkyl oder Alkoxy, das 1 bis 5 Kohlenstoffatome enthält, sein können. Beispiele derartiger Arylgruppen sind Phenyl, Naphthyl, die drei möglichen Phenylphenyl-Reste und die drei möglichen Tolylreste. Die bevorzugte Arylgruppe ist üblicherweise Phenyl.
Die Dicarbonsäuren, die in freier oder veresterter Form als Teil der Dicarbonsäure-Komponente - wie oben beschrieben - zur Herstellung der Polybenzimidazole der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen aromatische Dicarbonsäuren, aliphatische Dicarbonsäuren (vorzugsweise solche, die 4 bis 8 Kohlenstoffatome haben) und heterocyclische Dicarbonsäuren, worin die Carboxylgruppen Substituenten an den Kohlenstoffatomen in einer Ringverbindung wie Pyridin, Pyrazin, Furan, Chinolin, Thiophen und Pyran sind.
Dicarbonsäuren, die in freier oder veresterter Form - wie beschrieben - verwendet werden können, sind aromatische Dicarbonsäuren wie die nachstehend illustrierten Dicarbonsäuren:
worin X wie oben definiert ist. Z.B. können die folgenden Disäuren geeigneterweise verwendet werden: Isophthalsäure, Terephthalsäure, 4,4'-Biphenydicarbonsäure, 1,4-Naphthalindicarbonsäure, Diphensäure, (2,2'-Biphenyldicarbonsäure), Phenylindandicarbonsäure, 1,6-Napthalindicarbonsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 4,4'-Diphenyletherdicarbonsäure, 4,4'-Diphenylthioetherdicarbonsäure. Isophthalsäure ist die Dicarbonsäure, die in freier oder veresterter Form am meisten für die Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
Die Dicarbonsäure-Komponente kann eine der folgenden Kombinationen sein: 1) wenigstens eine freie Dicarbonsäure und wenigstens ein Diphenylester einer Dicarbonsäure, 2) wenigstens eine freie Dicarbonsäure und wenigstens ein Dialkylester einer Dicarbonsäure, und 3) wenigstens ein Diphenylester einer Dicarbonsäure und wenigstens ein Dialkylester einer Dicarbonsäure, und 4) wenigstens ein Dialkylester einer Dicarbonsäure Die Dicarbonsäure-Reste der Verbindungen jeder Kombination können gleich oder verschieden sein, und die Alkylgruppen der Alkylester der Kombinationen 2), 3) und 4) enthalten im allgemeinen 1 bis 5 Kohlenstoffatome und sind am meisten bevorzugt Methyl.
Die Dicarbonsäure-Komponente kann in einem Verhältnis von etwa 1 mol gesamte Dicarbonsäure-Komponente zu 1 mol aromatisches Tetraamin verwendet werden. Jedoch kann das optimale Verhältnis der Reaktionsteilnehmer in einem bestimmten Polymerisationssystem auf einfache Weise durch den Fachmann bestimmt werden.
Beispiele von Polybenzimidazolen, die gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellt werden können, umfassen:
Poly-2,2'-(m-phenylen)-5,5'-bibenzimidazol;
Poly-2,2'-(biphenylen-2"2'")-5,5'-bibenzimidazol;
Poly-2,2'-(biphenylen-4"4"')-5,5'-bibenzimidazol;
Poly-2,2'-(1",1",3"-trimethylindanylen)-3"5"-p-phenylen-5,5'-bibenzimidazol;
2,2'-(m-Phenylen)-5,5'-bibenzimidazol/2,2-(1",1",3"-trimethylindanylen)-5",3"-(p-phenylen)-5,5'-bibenzimidazol-Copolymer;
2,2'-(m-Phenylen)-5,5'-bibenzimidazol-2,2'-biphenylen-2",2"'- 5,5'-bibenzimidazol-Copolymer Poly-2,2'-(furylen-2",5")-5,5'-bibenzimidazol;
Poly-2,2'-(naphthalin-1",6")-5,5'-bibenzimidazol;
Poly-2,2'-(naphthalin-2",6")-5,5'-bibenzimidazol;
Poly-2,2'-amylen-5,5'-bibenzimidazol;
Poly-2,2'-octamethylen-5,5'-bibenzimidazol;
Poly-2,2'-(m-phenylen)-diimidazobenzol;
Poly-2,2'-cyclohexenyl-5,5'-bibenzimidazol;
Poly-2,2'-(m-phenylen)-5,5'-di(benzimidazol)ether;
Poly-2,2'-(m-phenylen)-5,5'-di(benzimidazol)sulfid;
Poly-2,2'-(m-phenylen)-5,5'-di(benzimidazol)sulfon;
Poly-2,2'-(m-phenylen)-5,5'-di(benzimidazol)methan;
Poly-2,2"-(m-phenylen)-5,5"-di(benzimidazol) propan-2,2; und Polyethylen-1,2-2,2"-(m-phenylen)-5,5"-dibenzimidazol) ethylen-1,2, worin die Doppelbindungen der Ethylengruppen in dem endgültigen Polymer intakt sind.
Poly-1,2'-(m-phenylen)-5,5'-bibenzimidazol, ein bevorzugtes Polymer, kann durch die Umsetzung von 3,3',4,4'-Tetraaminobiphenyl mit einer Kombination von Isophthalsäure und Diphenylisophthalat oder mit einem Dialkylisophthalat wie Dimethylisophthalat; einer Kombination von Diphenylisophthalat und einem Dialkylisophhalat wie Dimethylisophthalat; oder wenigstens einem Dialkylisophthalat wie Dimethylisophthalat, als der einzigen Dicarbonsäure-Komponente hergestellt werden.
Bezüglich der Poly(aryletherketone), müssen dieselben die allgemeine Formel:
haben, worin X, Y und N ganze Zahlen sind. Ein beispielhaftes Poly(aryletherketon) ist Polyetherketon mit den Repetiereinheiten:
Polyetheretherketon mit den Repetiereinheiten
ist auch ein kristalliner Thermoplast, der Eigenschaften hat, die ähnlich denen von Polyetherketonen sind.
Ein drittes exemplarisches Poly(aryletherketon) ist Polyetheretherketonketon der Repetiereinheit:
Ein viertes beispielhaftes Poly(aryletherketon) ist Polyether ketonketon der Repetiereinheit:
Im allgemeinen haben Polybenzimidazole gute chemische Beständigkeit, hohe Druckfestigkeit, und behalten diese Eigenschaften bei hoher Temperatur bei. Poly(aryletherketone) haben gute chemische Beständigkeit und mäßige Druckfestigkeit, weisen jedoch , verglichen mit Polybenzimidazol, schlechtere mechanische Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen auf. Wie oben festgestellt wurde, haben aus Polybenzimidazol geformte Gegenstände aufgrund der Verarbeitungsbeschränkungen begrenzte Verwendbarkeit, während aus Poly(aryletherketonen) geformte Gegenstände aufgrund der begrenzten Wärme- und Druckbeständigkeit begrenzte Verwendbarkeit haben.
Es wurde in der vorliegenden Erfindung gefunden, daß ein spritzgegossener Gegenstand hergestellt werden kann, der verbesserte Wärmebeständigkeit, verbesserte chemische Beständigkeit und verbesserte Festigkeitseigenschaften hat, indem man ein homogenes Blend von Polybenzimidazol und Poly(aryletherketon) verwendet. Das Blend oder die Mischung umfaßt 5 bis 75 Gew.-% Polybenzimidazol und 95 bis 25 Gew.-% Poly(aryletherketon), wobei das Poly(aryletherketon) eine Struktur wie oben definiert hat.
Geformte Gegenstände der Polybenzimidazol/Poly(aryletherketon)-Blends können durch Spritzgießen hergestellt werden. Die Polybenzimidazol- und Poly(aryletherketon)-Polymere werden dann unter Bildung einer homogenen Mischung trocken vermischt. Die vermischten Harzpulver werden dann bei einer Temperatur von etwa 800 bis 950 ºF (427 bis 510 ºC), und vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 850 bis 880 ºF (454 bis 471 ºC), extrudiert. Das extrudierte Material wird dann durch Einführen des Extrudats in ein Wasserbad abgekühlt, in dem es zu Pellets zerkleinert wird.
Diese Pellets werden dann bei einer Zylindertemperatur von etwa 725 bis 875 ºF (385 bis 468 ºC) und einer Düsentemperatur von etwa 750 bis 800 ºF (399 bis 427 ºC) in ein Werkzeug spritzgegossen, das eine Temperatur von etwa 425 bis 475 ºF (218 bis 246 ºC) hat. Der spritzgegossene Gegenstand wird dann bei einer Temperatur von wenigstens 450 ºF (232 ºC) wenigstens 1 Stunde pro ¼ inch (6,4 mm) nomineller Dicke getempert. Beispielhafte geformte Gegenstände umfassen Dichtungen, Abdichtungen, O-Ring-Sicherungsunterlagen und Ventilsitze.
Geformte Gegenstände können auch durch Zugabe von zerkleinerten Polybenzimidazol-Fasern einer Länge von 1/64 inch (0,4 mm) bis etwa 1/2 inch (12,7 mm) - wobei 1/32 inch (0,8 mm) bevorzugt ist - gebildet werden, die in die Blends in Mengen, die von etwa 5 bis 15 Gew.-% reichen - wobei 10 Gew.-% bevorzugt sind - eingemischt werden können. Die zerkleinerten Fasern können sowohl sulfoniert als auch nichtsulfoniert sein. Die Zugabe der Fasern verbessert nicht nur die mechanischen und chemischen Eigenschaften wie oben erwähnt, sondern auch die Wärmebeständigkeit der Gegenstände; und spezifischerweise kann die Gewichtsverlust-Temperatur um etwa 10 bis 20 % verbessert werden.
Die spritzgegossenen, geformten Gegenstände der Erfindung weisen verbesserte mechanische, Wärmebeständigkeits- und chemische Eigenschaften, verglichen mit den konventionellen Poly(aryletherketonen) und gefüllten Poly(aryletherketonen), auf. Der geformte Gegenstand hat typischerweise eine Zugfestigkeit und einen Zugmodul von mehr als 16 000 psi (110 320 kPa) bzw. 0,60 x 10&sup6; psi (4,75 x 10³ MPa) (ASTM D 638). Die Gegenstände weisen eine größere Elastizität als Polybenzimidazol-Gegenstände bei der Verwendung bestehender Formgebungstechniken und eine verbesserte Wärmebeständigkeit beim Vergleich mit geformten Poly(aryletherketon)-Gegenständen auf.
Die Gegenstände sind auch gegenüber Ketonen, organischen Säuren, Salzlösungen für die Erdölbohrung, Sauergas für die Erdölbohrung und Kohlenwasserstoffen chemisch hochbeständig und haben verbesserte Abdichtungseigenschaften. Demgemäß sind die geformten Gegenstände besonders bei Anwendungen wirksam, bei denen die Anforderungen nicht durch andere Harze, einschließlich reinen Poly(aryletherketonen) und gefüllten Poly(aryletherketonen), erfüllt werden können, wie bei extrem hohen Temperaturen und Drücken, in agressiven chemischen Umgebungen oder bei Anwendungen, bei denen Haltbarkeit und Verschleißbeständigkeit wichtig sind. Geformte Gegenstände der Produktion, die komplexe Formen und Geometrien haben, sind besonders für Dichtungen, Abdichtungen, O-Ring-Sicherungsunterlagen und Ventilsitze bei Erdölbohrungen und bei geothermischen, petrochemischen und anderen industriellen Anwendungen brauchbar.
Die Erfindung wird weiterhin durch die folgenden Beispiele illustriert, deren Spezifizierungen als nicht-einschränkend und beispielhaft für die Erfindung angesehen werden sollen.

Beispiel I

Poly-2,2'-(m-phenylen)-5,5'-bibenzimidazol-Harzpulver von 100 mesh (0,15 mm), das eine logarithmische Viskositätszahl von 0,55 dl/g hat, wurde zu Polyetherketon-Harzpulver von 100 mesh (0,15 mm) gegeben und trocken vermischt, um ein Blend mit einem Gew.-%-Verhältnis von 50/50 in einem Hochgeschwindigkeitsmischer zu ergeben. Das Blend wurde dann in einem Doppel schneckenextruder, der mit einer 3/16 inch (4,8 mm) Düse versehen ist, extrudiert. Die Mischung wurde bei einer Temperatur von 850-950 ºF (454-510 ºC) bei einer Beschickungsrate von 10 lbs/h (4,54 kg/h) und einer Schneckengeschwindigkeit von 100 U/min extrudiert.
Das Extrudat wurde in einen Wassertrog und dann in eine Pelletisierungsvorrichtung geleitet, die das Extrudat zu Pellets von etwa 1/25 inch (1 mm) Länge und einem Durchmesser von 3/16 inch (4,8 mm) zerkleinerte. Die Pellets wurden dann in einem Vakuumofen getrocknet und unter Verwendung einer Spritzgießmaschine, die mit einem Trockenstoff-Einfülltrichtersystem, einer Schnecke vom Doroplasttyp, einer Düse mit gerader Bohrung und einem Formwerkzeug vom ASTM D638-Typ für den Probestab Typ 5 spritzgegossenen. Die Zylindertemperaturen waren 725-850 ºF (385-454 ºC), die Düsentemperatur betrug 770 ºF (410 ºC), die Schneckengeschwindigkeit 75 U/min, der Schließdruck 75 Tonnen (1158 MPa), der Einspritzdruck 15-20 kpsi (103-138 MPa), die Formzeit 45-55 Sekunden und das Schußvolumen eine Unze (0,023 1).
Die spritzgegossenen Gegenstände wurden dann bei 470 ºF (243 ºC) 1 Stunde getempert.

Beispiel II

Das Verfahren des Beispiels I wurde mit der Abänderung wiederholt, daß das Polyetherketon-Pulver durch Polyetheretherketon-Harzpulver ersetzt wurde. Die geformten Gegenstände der Beispiele I und II wurden getestet, und die Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 dargestellt. Tabelle 1 Druckeigenschaften Beispiel-Nr. Gew.-%-Verhältnis Druckfestigkeit bei 10 % Dehnung in psi (MPa) (ASTM D 695) Druckmodul in mpsi (MPa) (ASTM D 695) reines Tabelle 2 Zugeigenschaften Beispiel-Nr. Gew.-%-Verhältnis Durchschnittl. Zugfestigkeit in psi (MPa) (ASTM D 638) Zugbeanspruchung in % (ASTM D638) Angangsmodul in mpsi (MPa) (ASTM D638) reines
Aus den obigen Tabellen ist ersichtlich, daß die spritzgegossenen Gegenstände des Blends überlegene Druck-, Zugfestigkeits- und Moduleigenschaften, verglichen mit den gleichen Eigenschaften spritzgegossener Gegenstände von reinem Polyetherketon oder reinem Polyetheretherketon, haben.

Beispiel III

Es wurde eine Dichtung, die als ein Dampfabdichtelement verwendet wird - wie in Beispiel I beschrieben - mit der Abänderung hergestellt, daß 10 Gew.-% Polybenzimidazol-Fasern, geschnitten zu Längen von 1/8 inch (3 mm), mit der Mischung von Polybenzimidazol-Pulver und Polyetherketon-Pulver vermischt wurden. Das Dichtungselement konnte eine positive Abdichtung bei 75 ºF (24 ºC) und einem Druck unterhalb von 20 kpsi (138 MPa) erreichen; und die Dichtung wurde in einer Betriebsstrom-Umgebung von 500 ºF (260 ºC) bei einem Druck von 20 kpsi (138 MPa) mehr als 200 Stunden beibehalten. Auf konventionelle Weise geformte, reine und mit Glas gefüllte (30 bis 40 Gew.-% Glas), Polyetheretherketone versagen bei Temperaturen von etwa 500 ºF (260 ºC) und Drücken von 20 kpsi (138 MPa).

Beispiel IV

Ein geformter Gegenstand, der durch das Verfahren des Beispiels I hergestellt wurde, hat eine Gewichtsverluststemperatur von 878 ºF (470 ºC) . Ein geformter Gegenstand, der durch das Verfahren des Beispiels III hergestellt wurde, hat eine Gewichtsverluststemperatur von 1004 ºF (540 ºC) Durch die Zugabe der Polybenzimidazol-Fasern zum Blend wurde eine erhöhte Wärmebeständigkeit erhalten. Die Gewichtsverluststemperatur bezieht sich auf die Temperatur, bei der der Feststoff 10 % seines Gewichts verlor.

Claims

1. Fester, wärmebeständiger, spritzgegossener Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer homogenen Mischung gebildet wird, umfassend 5 bis 75 Gew.-% Polybenzimidazol-Harz und 95 bis 25 Gew.-% eines Poly(aryletherketons) der Formel:

worin X, Y und N ganze Zahlen sind.

2. Geformter Gegenstand gemäß Anspruch 1, worin das Poly(aryletherketon) aus Polyetherketon, Polyetheretherketon, Polyetheretherketonketon und Polyetherketonketon ausgewählt ist.

3. Geformter Gegenstand gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die homogene Mischung eine Mischung aus 33 bis 50 Gew.-% Polybenzimidazol und 67 bis 50 Gew.-% eines Poly(aryletherketons) umfaßt.

4. Geformter Gegenstand gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Polybenzimidazol Poly-2,2'(m-phenylen)- 5,5'-bibenzimidazol ist.

5. Geformter Gegenstand gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Mischung nur aus dem Polyimidazol und dem Poly(aryletherketon) besteht.

6. Geformter Gegenstand gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, welcher auch 5 bis 15 Gew.-% ,bezogen auf das Gewicht von Polybenzimidazol und Poly(aryletherketon), geschnittene Polybenzimidazol-Fasern umfaßt.

7. Geformter Gegenstand gemäß Anspruch 6, der 45 Gew.-% Polybenzimidazol, 45 Gew.-% Poly(aryletherketon) und 10 Gew.-% geschnittene Fasern von sulfoniertem oder nichtsulfoniertem Polybenzimidazol umfaßt.

8. Geformter Gegenstand gemäß Anspruch 6 oder 7, worin das Polybenzimidazol der geschnittenen Fasern Poly-2,2'(m- phenylen)-5,5'-bibenzimidazol ist.

9. Geformter Gegenstand gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, worin die geschnittenen Fasern eine Länge von 0,397 bis 12,7 mm (1,64 inch bis ½ inch) haben.

10. Geformter Gegenstand gemäß Anspruch 9, worin die geschnittenen Fasern eine Länge von etwa 0,794 mm (1,32 inch) haben.

11. Spritzgegossene O-Ringe, Dichtungen und Ventildichtungen, die Gegenstände gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10 sind.

12. Verfahren zur Herstellung eines geformten Gegenstandes gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Bildung der Polymer-Mischung, Extrudieren der Mischung zu Pellets bei einer Temperatur von 426ºC bis 510ºC (800ºF bis 950ºF), Spritzgießen der Pellets bei einer Zylinder-Temperatur von 385ºC bis 468ºC (725ºF bis 875ºF), und anschließendes Tempern des geformten Gegenstandes bei einer Temperatur von wenigstens 232ºC (450ºF) während wenigstens einer Stunde für jede 0,635 cm (¼ inch) der Nenndicke.