DE1475098C

DE1475098C - Den Eindnngwiderstand vermindernde Gleitschicht an Holzschrauben und Nageln und Verfahren zu deren Aufbringung

Info

Publication number: DE1475098C
Application number: DE19651475098
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Niebergall, Dr Heinz, Blochl, Wal ter, 7500 Karlsruhe
Priority date: 1965-07-14
Filing date: 1965-07-14
Publication date: 1973-06-07

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine den Eindringwiderstand vermindernde Gleitschicht an Holzschrauben und Nägeln.

Es hat bisher nicht an Versuchen gefehlt, die verschiedensten den Eindringwiderstand vermindernden Gleitschichten an Holzschrauben und Nägeln vorzusehen. Hierzu wurde oft Seife verwendet, jedoch rosten diese Schrauben und lockern sich durch einen Entquellvorgang des Holzes. Außerdem ist dieses Verfahren zeitraubend und wirkt sich beim späteren Anstrich störend aus.

Ferner ist es bekannt, einen festhaftenden Schmierfilm aus Bienenwachs aufzubringen (britische Patentschrift 706 332), jedoch gelingt damit nur eine 20%ige Verminderung des Eindringwiderstandes. Auch eine feste Gleitschicht auf Holzschrauben ist bekannt (Gebrauchsmuster 1 770 059), jedoch ist kein Weg gewiesen, wie dies zu erreichen ist. Werden Schmiermittel, wie Bienenwachs, Graphit, Molybdänsulfid, Polyäthylen, Silikone, Polyamide, Metallstearate u. a., auf Holzschrauben oder Nägel aufgebracht, werden in annähernd allen Fällen keine oder nur sehr kleine Verbesserungen erzielt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine den Eindringwiderstand vermindernde Gleitschicht für Holzschrauben und Nägel zu schaffen, durch welche der Eindringwiderstand um etwa 60 bis 75% gegenüber dem unbehandclter Nägel und Holzschrauben verringert wird, wobei die Schrauben und Nägel durch die Gleitschicht bzw. durch deren Aufbringen in ihren Eigenschaften nicht ungünstig verändert werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleitschicht aus einer Suspension von Polytetrafluoräthylen und einem niedrigschmelzenden Thermoplast, Wachs, Silikonöl oder einem hochmo'ekularen Polyäther besteht.

Mit diesem stabilen Suspensionsgemisch können durch Tauchen, Besprühen oder Übergießen Überzüge auf Holzschrauben und Nägeln erzeugt werden, die in gewöhnlicher Atmosphäre zwischen 140 und 220⁰C in unkritischer Weise eingebrannt werden können. Überraschend ist dabei, daß Polyäthylen allein höchstens eine 20%ige Verbesserung bringt, da dieses Material trotz des guten Gleitvermögens beim Eindringen der Schrauben oder Nägel abgeschabt wird. Polytetrafluoräthylen in Form einer Polymerdispersion läßt sich nur in einem engen Temperaturbereich um 39O°C einsintern, wobei für Eisen und Messingwerkstoffe unbedingt teures Schutzgas erforderlich ist, das Sauerstoff nur in wenigen ppm-Gehalten enthält (Reinstickstoff oder Lampenstickstoff, gegebenenfalls explosionsgefährlicher Wasserstoff). Reines Polytetrafluoräthylen muß in ausreichender Menge auf den Schrauben aufgebracht sein, wozu in einer Dispersion mit 2O^r/o Feststoffgehalt getaucht wird. Der Materialverbrauch an diesem teuren Polymeren wird dadurch verhältnismäßig hoch. Verwendet man geringere Konzentrationen, so erhält man schlechtere Werte. Dagegen lassen sich Gemische aus einer Polyäthylensuspension mit einer Polytetrafluoräthylensuspension mit nur 4% Polytetrafluoräthylen und 2,5% Polyäthylengehalt ohne Verminderung ihrer Wirkung anwenden, was eine große Kostenersparnis '„„deutet.

Die synergistische Wirkung des Thermoplasten auf die Wirksamkeit des Polytetrafluoräthylenanteils war unerwartet und läßt sich durch keine Theorie erklären. Damit gelingt es auch, ansonst ungeeignete Polytetrailuoräthylenpolymere, die durch Telomerisation oder Mischpolymerisation mit Hexafluorpropylen gewonnen wurden, mit guten Ergebnissen erfindungsgemäß einzusetzen. Eine solche Thermoplast-Polytetrafluo! älhylen-Suspension schmilzt bei 140⁰C zu einem praktisch unsichtbaren, dünnen Film ein, wodurch kein Schutzgas für das Verfahren benötigt wird, m;-.i das Verfahren infolge der weiten zulässigen Temperaturspanne zwischen 140 und 220⁰C keine aufwendigen Erhitzungs- und Temperaturregelvorrichtunge!! benötigt. Da auch die Verweilzeit unkritisch ist, las: ο sich alle denkbaren Erhitzungsvorrichtungen anwer. den, wogegen bei Einsatz reiner Polytetrafluorethylen Suspension außer der notwendig hohen Beschichtung menge eine Erhitzung auf ziemlich genau 370 bis 400 · notwendig ist. Dadurch werden teure Schleusenv^ fahren, kostspieliger Schutzgasverbrauch und höh. Verfahrensaufwendungen für Temperaturregelung ijj;.' zur Vermeidung von Überhitzung gespart. Bei der·. erfindungsgemäßen Verfahren werden wegen th·: niedrigen Temperaturen beim Einbrennen keine gift gen Gase frei, die sich sonst beim Sintern von Poly tetrafluoräthylen bilden. Als Thermoplastcnkomp. nenten eignen sich vorzugsweise Polyolefine, insbesondere Polyäthylen-Mischpolymerisate mit polaren Monomeren, wie Acrylsäure, oder Polyäthylenwacr^.c mit vereinzelten Carbonylgruppen in der Kette. An statt der Polymeren lassen sich auch höherschmelzend. Wachssuspensionen oder Lösungen verwenden, wofu: besonders wäßrige Synthesewachsemulsionen oder Lösungen hochmolekularen Polyäthylenoxyds in Frag kommen. Auch organische Lösungen solcher Thermo plaste und Tetrafluoräthylen poly merwachse sind gifeignet. Jedoch haben sich Suspensionen von Poly äthylen, die vorteilhaft Carboxylgruppen enthalten, besonders bewährt. Weniger wirtschaftlich ist der Einsatz von Suspensionen hochpolymerer Silikone, die allein für sich nur eine 20%>ge, mit Polytetrafluoräthylen jedoch eine 70%igc Verbesserung bringen. Die Thermoplaste oder Wachse können ohne wesentlichen Schaden bei der erfindungsgemäßen Behandlung vernetzen, wie dies auch bei den Silikonen bei den erhöhten Temperaturen durch Oxydation vorkommen kann. Das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten kann in weitem Bereich variieren. Es lassen sich Gemische im Verhältnis 1 Teil Polyäthylen und 20 Teilen Polytetrafluoräthylen und 10 Teilen Polyäthylen zu 1 Teil Polytetrafluoräthylen anwenden. Am vorteilhaftesten sind jedoch Mischungsverhältnisse zwischen 1: 1 bis 1: 4 Polyäthylen zu Polytetrafluoräthylen, wovon ein Gemisch von 1 Teil carboxylgruppenhaltigem Polyäthylen zu 2 Teilen Polytetrafluoräthylen mit einem Gehalt von 4,4% Polytetrafluoräthylen mit nichtionogenem Emulgator als wäßrige Emulsion die besten Ergebnisse bringt. Man taucht, übergießt oder besprüht die Holzschrauben oder Nägel, schleudert ab oder läßt abtropfen, trocknet und erhitzt etwa 5 Minuten auf eine Temperatur zwischen 180 und 220°C an der Luft. Völlig überraschend tritt bei einer erfindungsgemäß zusammengesetzten Gleitschicht in bezug auf den Eindringwiderstand der Holzschrauben und Nägel kein additives, sondern ein synergistisches Verhalten der beiden Gemischkomponenten auf, so daß damit die hohen erfindungsgemäßen Effekte erzielt werden können. Dies ist um so überraschender, da entsprechend dem Stand der Technik einerseits alle Verunreinigungen des reinen Polytetrafluoräthylens bei der Erzeugung einer Gleitschicht vermieden, andererseits mindestens eine Sintertemperatur von 327⁰C beim

Hinbrennen überschritten werden sollen. Dabei werden durch, außer der Materialersparnis, eine beträchtliche

Temperaturen um 390 bis 400°C angegeben. Kraft- bzw. Arbeitszeitersparnis. Der Verwendung

Überraschenderweise sind die erfindungsgemäßen größerer Schrauben stehen nun keine Schwierigkeiten F.fTekte dann besonders hoch, wenn als Thermoplast- durch zu große Kraftanstrengung entgegen, was neue komponente das besonders weiche Polyäthylen ver- 5 Anwendungsmöglichkeiten erschließt,
wendet wird, von dem wegen dieser schlechten mechanischen Festigkeitseigenschaften eine sehr geringe B e i s ρ i e 1 1
Haftungs- und Abscherfestigkeit beim Eindringen
bzw. Eindrehen zu erwarten gewesen wäre. Eine Flachkopfschraube für Holz gemäß DlN 97

Die erlindungsgemäßen Überzüge zeigen weiter io 4,0 · 30 wird in eine Lösung aus 0,5 g 55%iger PoIy-.:1s besonders vorteilhafte Eigenschaft eine erheblich tetrafluoräthylensuspension, 0,5 g einer 30%igen Sus- !höhere Korrosionsfestigkeit, sowohl im Salzsprühtest pension von Polyäthylen, das eine größere Anzahl vie auch in lndustrieluftbewitterungen, als dies durch freier Carboxylgruppen trägt, und 5,25 g Wasser gelolytetrafluoräthylenfreie Thermo^astüberzüge zu er- taucht, zweimal von Hand aus abgeschleudert und . iclen war. Die erfindungsgemäßen Effekte lassen sich 15 5 Minuten in einen Trockenschrank gelegt, der auf auch ohne Zusatz von teuren perfluorierten Weich- 200°C beheizt war. Nach dem Abkühlen ist auf der iKicherkomponenten oder Lösungsvermittlern, wie Schraube ein unsichtbarer Belag vorhanden. In ein iVrfluorkohlenstofftelomeren, erzielen. Die Verwen- Buchen- und ein Fichtenholzbrett wurden Löcher vorging von lösungsmittelfreien wäßrigen Dispersions- gebohrt mit 1,5 mm Durchmesser und 3 mm Tiefe. Je ,.mischen besitzt den Vorteil hoher Stabilität gegen 20 eine auf diese Weise behandelte und eine zum Vergleich Badzerfall, geringer Kosten und weitgehender Freiheit unbehandelte gleichgroße Schraube wurde nun glcich-Miη Problemen der Gewerbehygiene und Luftverun- tief etwa 14 mm eingeschraubt und dann das Drehreinigung. . moment zum weiteren Einschrauben gemessen. In

Als Werkstoffe für Schrauben oder Nägel eignen Fichtenholz konnte die behandelte Schraube mit :ich Eisen, blank oder mit galvanischen Überzügen, »5 2,1 cmkg weiter eingeschraubt werden, wogegen die Messing oder Aluminium. Normalerweise reicht die unbehandelte Schraube 7 bis 8 cmkg benötigte. Dieses natürliche Rauheit der Metalloberfläche für die Be- Drehmomentverhältnis konnte über den gesamten Handlung aus, doch ist es in einigen Fällen von Vor- Einschraubvorgang beobachtet werden, bis der Kopf (eil, die Schrauben oder Nägel etwas zu beizen. Insbe- versenkt war. In Buchenholz waren Einschraubdrehsonders Messingschrauben lassen sich durch Beizen in 30 momente von 3,3 cmkg für die behandelte und 12 cmkg Säuren gut vorbereiten. Bei Aluminium können für die unbehandelte Schraube unter sonst gleichen weitere Verbesserungen durch Beizen mit Chromsäure, Verhältnissen notwendig.
Chromat, Natronlauge oder durch anodische Auf- _R . · 1 -?
rauhung erzielt werden, doch werden 75%ige Verbesse- B e 1 s ρ 1 e _
rungen bereits mit nicht vorbehandelten Aluminium-¹35 Man behandelt eine 4,0 · 30-Schraube wie im Beischrauben erreicht. In allen Fällen wird das erforder- spiel 1, erhitzt sie jedoch nur auf 140°C. Das Einliche Einschraubdrehmoment bei Holzschrauben bzw. Schraubdrehmoment beträgt 2,6 cmkg.
der Eindringwiderstand bei Nägeln ohne Vorbereitung

der Metalloberfläche bereits um 65 bis 75% herabge- Beispiel 3

setzt. 40

Erst durch diese Behandlung lassen sich Schrauben Man behandelt eine 4,0 · 30-Schraube wie im Beifür Holz aus Aluminium ohne Mißerfolg verwenden. spiel 1 und erhitzt auf 23O⁰C. Das Einschraubdrch-Die Kraft wird gerade so stark reduziert, daß die moment beträgt 2,5 cmkg.
Schrauben weder am Schlitz noch am Schaft brechen, _R . . . .
was bei Verwendung von Bienenwachs oder anderen 45 P

Gleitmaterialien nicht möglich war. Durch die ange- Man behandelt eine verzinkte 4,0 · 30-Schraubc wie wendete niedere Temperatur erleiden gehärtete Alu- im Beispiel 1 und erhitzt auf 200⁰C. "Das Einschraubminiumschrauben keine störenden Gefügeänderungen, drehmoment wurde mit 2,6 cmkg gemessen,
wie dies bei der Sintertemperatur von Tetrafluoräthylen

der Fall ist. Bei Holzschrauben kann der Gewinde- 50 B e i s ρ i e I 5
kerndurchmesser bei Erhaltung gleicher Torsionsfestigkeit um 35 bis 43% verringert werden, wodurch Eine Aluminiumschraube 4,0 · 30 wird wie im Beibei geringerem Gewicht die Gewindetiefe bei üblichen spiel 1 behandelt und die Schicht bei 200⁰C einge-Handelsschraubcn mehr als verdoppelt werden kann. brannt. Das Eindrehmoment betrug 1,8 cmkg. Eine Eine solche, die Vorteile des Überzugs ausnutzende 55 Vergleichsschraube aus Aluminium zeigte bei gleicher konstruktiv gestaltete Schraube besitzt bei einem ge- Eindringtiefe 7 cmkg, doch riß dabei die Hälfte des ringen Gewicht einen mehr als doppelt so hohen Aus- Kopfes ab.

reißwiderstand bei einer gleichzeitigen Verminderung Beispiel 6
des notwendigen Einschraubdrehmomentes um etwa

80% gegenüber einer handelsüblichen Schraube. Es 60 Eisenschrauben nach Beispiel 1 und wie dort beerübrigt sich außerdem bei den gebräuchlichen Größen handelt, jedoch bei 18O⁰C oder bei 22O°C eingebrannt, die Löcher vorzubohren. Besonders geeignet sind diese haben ein Einschraubdrehmoment von 2,2 cmkg erSchrauben für Preßspan- und Hartfaserplatten, die geben.

zum Ausreißen der Gewindegänge neigen. Entspre- Beispiel 7

chend dem größeren Ausreißwiderstand können nun 65

kleinere Schrauben angewendet werden, was eine Läßt man zum Vergleich im Verfahren nach Beiweitere Verringerung des Kraft- und Zeitaufwandes er- spiel 1 die Polyäthylenkomponente weg, so erzielt laubt. Der holzverarbeitenden Industrie entsteht da- man ein Einschraubdrehmoment von 4,5 cmkg.

Beispiel 8

Läßt man zum Vergleich im Beispiel 1 die Polytetrafluoräthylenkomponente weg, so erhalt man Linschraubdrehmomente von 5,5 cmkg.

Beispiel 9

Behandelt man Schrauben gemäß Beispiel 1, jedoch mit einer Suspension, die nur die Polyäthylenkomponente mit lü"/_oigem Feststoffgehalt enthielt, so werden Einschraubdrehmomente von 5.0 cmkg gemessen, was sich auch durch Variation des Feststoffgehaltes nicht verbessern läßt.

Beispiel 10

Behandelt man eine Schraube gemäß Beispiel 7 und erhitzt sie jedoch unter Lampenstickstoff auf 390°C für 5 Minuten, so erhält man vergleichbare Drehmomentwertc beim Einschrauben der Schraube von 3,7 cmkg.

Beispiel 11

Taucht man Flachkopfschrauben nach DlN 97 aus Eisen 4,0 · 30 in eine Suspension aus 1,0 g Polytetrafluorethylen mit 55% Feststoffgehalt im Gemisch mit 1 g einer 20'Vnigen Emulsion eines Synthesewachses mit einem Schmelzpunkt von S7"C und 6 g Wasser, schleudert das überschüssige Imprägniermittel von Hand aus und erhitzt 10 Minuten auf 180°C, so hat diese Schraube einen vergleichbaren Einschraubwiderstand von 2.3 cmkg.

Beispiel 12

Man gehl wie im Beispiel 11 vor, ersetzt jedoch die Wachsemulsion durch eine 20"/₀igc Siükonemulsion eines Öls mit 30 000 ccntistoke. Das Einschraubdrehmoment beträgt 2,7 cmkg.

20

Beispiel 13

Man behandelt Eiscnnägel gemäß Beispiel 1 und schlägt sie in hartes Holz ein. Die behandelten Nägel lassen sich mit weniger Kraftanstrengung etwa doppelt so schnell einschlagen wie die unbehandelten Vergleichs-10 g Äthyl-methylketon zugefügtIn diese Lösung taucht man eine Eisenschraube nach DlN 97 4,0 · 3d, cchüttelt ab, trocknet und erhitzt in einem Trockenofen auf 170°C etwa 5 Minuten lang. D.ese Schraube besitzt einen Eindrehwiderstand in Holz von 2,i!cmkg, während eine vergleichbar eingeschraubte unbehandelte Schraube einen Eindrehwiderüand von 7,5 cmke hatte.

Beispiel 17

Zu einer Suspension von 1 g eines Polyamids der Formel

CO · C₄H₈ -CO-N- C₆H₁₂ — N

CH₃ CI

in 20 g Wasser wurde eine wäßrige Suspension von 1 g eines käuflichen Mischpolymeren auf Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen, das in der Kette eine Mehrzahl von -CF₂-CF₂-GrUPPCn aufwies in 30 g Wasser gegeben. In diese Lösung wurde eme Schraube DIN 97 4,0-35 getaucht, getrocknet und daran 10 Minuten auf 180'C erhitzt. Die Schraube besaß einen Eindrehwiderstand von 3,0 cmkg im Vergle.ch zu 7,5 cmkg einer unbehandelten Schraube.

Beispiel 18

Zur Herstellung der Beschichtungsmassc wurde gemäß Beispiel 17 verfahren, aber an Stelle des Mischpolymeren Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylcn 0.5 g eines hochpolymeren Tetrafluorälhylens als wäßrige Dispersion und 0,5 g eines in Wasser fein dispergieren PolytetrafUioräthylcns mit einem Molgew.chtsbere.ch von 1500 bis 10 000. wie im Beispiel 16 delin.crt gegeben. In diese Lösung wurde eine Schraube DIN 97 40-35 getaucht, getrocknet und darauf 10 Minuten auf 180⁰C erhitzt. Die Schraube besaß einen Eindrehwiderstand von 3,8 cmkg im Vergleich zu 7,5 cmkg einer unbehandelten Schraube.

stücke.

Beispiel 14

45

50

Man geht wie im Beispiel 11 vor, ersetzt jedoch die Wachsemulsion durch eine 20°/₀igc Polyvinylchloridemulsion und brennt bei 150⁰C ein. Das vergleichbare Einsehraubdrchmomenl beträgt 2,8 cmkg.

Beispiel 15 Man geht wie im Beispiel 11 vor, ersetzt jedoch die Wachsemulsion durch 0,2 g Polyäthylenglykol 6000. Das Einschraubdrehmoment betrug 2,8 cmkg.

Beispiel 16

1 geines Tetrafluorälhylenpolymercn mit einem MoI-gewichtsbereicli von 1500 bis 10 000 mit einem Schmelzpunkt von etwa 280"C, das durch Telomerisation \on Tetrafluorethylen als Taxogcn und Tetrachlorkohlcnstoff als Telogen mit anschließendem Chlor-Fluoraustauscli mit SbF₅ hergestellt worden war, wird in 20 g I ligeii 113 unter Kochen fein dispergiert. Dazu wird eine Lösung von 1,5 g eines Polyälhylenwachscs. das durch Oxydation einen Anteil Ketongruppen enthielt. in 20 g heißes Tetrahydrofuran gegeben und weiter

Claims

Patentansprüche:

1 Den Eindringwiderstand vermindernde Gleitschicht an Holzschrauben und Nägeln, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Suspension von Polytetrafluorethylen und einem niedrigschmelzenden Thermoplast. Wachs, Silikonöl oder einem hochmolekularen Polyether besteht.
2 Gleitschicht nach Anspruch 1, oadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer wäßrigen Suspension von Polytetrafluorethylen und Polyäthylen bc-

^S V Gleitschicht nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthylen als Mischpolymerisat mit Acrylsäure freie Carboxylgruppen ent-

'V Verfahren zum Aufbringen der Gleitschicht nach Anspruch 1 bis 3 auf Holzschrauben und Nagel dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen und der Thermoplast oder das Wachs gemeinsam oder nacheinander auf die Schrauben oder Nägel durch Tauchen, Übergießen oder Besprühen aufgebracht und der Überzug bei Temperaturen unterhalb des Sinterpunktes von Polytetrafluorethylen, vorzugsweise bei etwa 200 C, wenige Minuten lang eingebrannt wird.