DE1529954A1 - Verfahren zur Herstellung von Fluorkohlenstoffharz-Gegenstaenden - Google Patents

Description

DR. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FÜNER DIPL. ING. P. STRBHL

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 98 POSTFACH 90 0160 8 MÜNCHEN 90 MAHIAHILFPLATZ 2 ft 3

TELBPONt (0811) 45 40 4O ft 44 32 44 _ , , , _ „ TELEOR.t BUHOMARCPAT MÜNCHEN

Patentanmeldung P 15 29 954.4-16

GARLQCK, Inc. ⁸» ^{Januar 197}°

Unsere Akte DA-K2O1(US-4O) KLS/hö.

Verfahren zur Herstellung von Fluorkohlen3toffharz Gegenständen.

Die Erfindung bezieht sich auf die kalandrierlose Herstellung von Gegenständen aus Fluorkohlenstoffharz und hat zum Ziel die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines gefüllten Fluorkohlenstoffharz Gegenstandes, der sich durch gleiahmässige Verteilung des Füllmaterialβ durch den gesamten Gegenstand auszeichnet. Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit einem wirtschaftlichen Verfahren, um Gegenstände hoher Festigkeit, ForBbeetändigkeit und mit verwickelter Gestalt aus fluorkohlenstoff direkt herzustellen, und zwar von Gegenständen mit verwickelten Oberflächenmustern und «formen.

Ntu· Urrtettag^n iaa 7 f ι At* a Nr. r satz 3 4- Antfwuncm«. *4,*»β

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Wagen ihrer ausgezeichneten chemischen und physikalischen Eigenschaften haben Fluorkohlanstoffharze und insbesondere Poiytatrafluoräthylen eine hervorragende Stellung in einer weiten Verschiedenheit von technologischen Anwendungen oewonnfasu "M- im FaIIa van anderen Harar-aterialien ist es oft notwendig,- dxe Eigenschaften da-3 Fluorkohlenstoffharzes durch Verwendung oder Hereinbringuiig eines i'üliers in das Harz z\x modifizieren. Dies ka^n a«B. gesehenen/ um die Festigkeit oder andere physikalische Eigenschaften des aus dem besonderen verwendeten Fluorkohlenstoffharz- hergestellten endgültigen Gegenstandes zu modifizieren,

Infolge der Natur von Fluorkohlenstoffharzen hat es sich als schwierig und infolgedessen als kostspielig herausgestellt, gefüllte Fluorkohlenstoffharzgegenstände zu schaffen, in denen der Füller homogen durch die Masse des Gegenstandes verteilt ist. Dies Problem ist besonders akut gewesen in Fällen, in denen der Gegenstand sich durch dünnen Querschnitt auszeichnet, insbesondere bei hohen Fülleranteilen. Wo der Gegenstand auch durch ein kompliziertes Muster gekennzeichnet ist, wie z.B. wo die Überfläche gerillt oder gestaltet werden muss, ist das Problem sogar noch schwerer gewesen, und nach bestem diesseitigen Wissen ist kein Verfahren bekannt geworden für die direkte Formung von dünnen Fluorkohlenstoffharzteilen mit dauernd bei hohen Fülleranteilen eingeformten Konturen.

Bei vorbekannten Verfahren werden Harz Füller Mischungen komprimiert und eingeschlossen gesintert, d.h. unter

Druck in einer erhitzten Form. Nach dem Sintern wird die Ge-

dupch
stalt des Materials verändert/ was in Fachkreisen als Prägen bezeichnet ist. Jedoah werden geprägte Fluorkohlenetoffharzgegenstände überbeaneprucht und zeigen sehr of'; Anzeichen von Brüchen. Fernerhin haben solche Teile keiua erhöhte Tem-

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peratur-Form-Stabilität und bei nachfolgender Erhitzung haben die geprägten Gegenstände die Neigung in die Gestalt zurückzukehren, die sie vor dem Prägen hatten. Wenn der endgültige Gegenstand Blattform haben soll, d.h. wenn er einen dünnen Querschnitt besitzt, so erfordern die vorbekannten Verfahren, dass der Gegenstand auf Form zugeschnitten und nach dem Sintern maschinenbearbeitet wird. Dies führte zu erheblichem Abfall von all dem Überschussharz, der von dem Ursprungsblatt weggeschnitten und von dem Teil maschinell entfernt ist, um die Umrisse zu formen, da das Harz, nachdem es einmal gesintert ist, nicht wiedergewonnen werden kann zum Wiederverbrauch ohne wesentliche Opferung der physikalischen Eigenschaften des später davon hergestellten Gegenstandes,

Ein sehr verwickeltes Verfahren des biaxialen Kalandrierens, Laminierens und Formens unter Verwendung von speziellen Fluorkohlenstoffharztypen wurde vorgeschlagen, um gefüllte Harzteile zu schaffen. Dieses Verfahren ist jedoch kostspielig, nicht leicht auf die Herstellung von breiten Blättern auf einer kontinuierlichenBlattbasis wegen der erforderlichen Kalandrierungsscjhritte anwendbar, und es erfordert auch die Verwendung von gewissen Bedingungen, die von dem, dem hier beschriebenen Verfahren zugrundeliegenden erfinderischen Konzept, abweichen und im Gegensatz zu demselben stehen.

Die im vorstehenden beschriebenen, bei dem vorbekannten Verfahren auftretenden Schwierigkeiten der Schaffung von verwickelt gestalteten Fluorkohlenstoff-Harzgegenständen, die durch Oberflächenkonturen und kompliziertes äusseres Muster gekennzeichnet sind, haben die kommerzielle Anwendung von solchen Harzen beschränkt in Gebieten, wo Kosten ein beachtliches Kri-

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ter;um sind, 2ηηι Beispiel, obgleich mis Fluorkoiiienstoff hergestellte Gegenstände weite Beachtung cyi~ tun dor; haben wegen ihres geringem iieibi^-.ri^*:.; e^fizienten,. ha.i 6s s:.vh gezeigt, dass Fluor« kohl en?·;'.^''-i"--^;.->,■■■■■: !■,.■.■-u-i.rtäride, die gbrei.bende Füller enthalten, ».^:.v-."· α*...^;ί-.;"^;)^;-" ■ ; · "!^; ^iricj&ei.^&v.iiöht"', ;~vvi besitzen können um nutsi.ijh für die Her.·;; te:, lung ^o λ r*atomcb I !«Kupplungsf lachen sein wurden, Kupplungsflächen, die mit Fluorkohlenstoffharz bedeckt sind, das ausgewählte Füller enthält, haben nachweislich alle bekannten Materialien füi diesen Zweck in ihrer Wirkung übertroffen_B Infolge der hohen Material- und Fabrikationskosten der vorbekannten Verfahren sind die gefüllten Fluorkohlenstoffprodukte jedoch nicht konkurrenzfähig gewesen mit den konventioneilen Papie^ Bronze und gefüllten phanolisohen Materialien, die der Öffentlichkeit zur Verfügung stehen,, and sie sind trotz Überlegenheit der Qualität nicht kommerziell verwandet worden«

G'effiäss der Erfindung können jadoch gefüllte Fluorkohlenstoff-HarzteiIo hoher Festigkeit bequem hergestellt werden durch ein Verjrahren, das überlegene Mischung und Einarbeitung des Füllers mit dem Harz ergibt und die Festbestandteile gleichmässig vor der Formung verteilt» Das Verfahren ist auf die Herstellung einer weiten Variität von sowohl gefüllten als ungefüllten Gestalten anwendbar und gestattet die Gestaltung komplizierter Muster, ohne die physikalischen Eigenschaften und die Funktion des Harzmaterials zu beeinträchtigen. Billige Fiuorkohlenstoffharz Formen können in einem solchen Verfahren verwendet werden und aller Abfall ist vollkommen wiedergewinnbar, Erfindungsgemäss hergestellte Formstücke sind homogen, formbeständig und von ungewöhnlicher Festigkeit. Wenn gefüllte Teile herzustellen dind, können Fülisranteila ve η atoiir als SO 'Ääunienprozent x.i.d se Loch elB 35 Ycluraenproaant laicht erreicht vmideru Γ ;.ΰ VerfU^..--;-. '■ 5U ::escndsr^ anwandr^r suj d^.v Hi,j;:«i._ur\g /c-ii f-/-;iger: 'jv-i?^::llts:\ ,nd ungsfailCisn i"luoricohlenstcj?f" i

mit dünnem Querschnitt, die verwickelte Oberflächenmuster und Formen haben, ohne Abfall oder Notwendigkeit für weitere Fertigstellung. Formungsverfahren, die in Verbindung mit dem erfindungsgemässen Verfahren angewendet werden, erfordern nur massigen Vorformungsdruck, und die dünnen ungesinterten Vorformen, die hergestellt werden, können leiaht ohne Gefahr des Brechens hantiert werden. Die gestaltenden Vorformen können leicht freigesintert werden bei Temperaturen oberhalb der Schmelzübergangstemperatur des besonderen verwendeten Fluorkohlenstoffharaes und das resultierende freigesinterte Erzeugnis ist formbeständig bei nutzbaren Temperaturen unterhalb der Sintertemperaturen und ist gekennzeichnet durch eine Form, die identisch ist mit der Form, die der Vorform vor dem Sintern gegeben wurde.

Primäre und weitere Ziele der Erfindung sind somit die Schaffung eines direkten wirtschaftlichen Verfahrens zur Herstellung von gefüllten und ungefüllten Fluorkohlenstoffharz Gegenständen, einschliesslich solchen, die durch verwickelte Formen und Oberflächenmuster oder dünnem Querschnitt und durch eingeformte Oberflächenumrisse gekennzeichnet sind, und das zur Herstellung von gefüllten Fluorkohlenstoffharz-Kupplungssaheiben mit eingeformtem Oberflächenmuster, insbesondere für Transmissionen von schweren Fahrzeugen, wo aussergewöhnliahe Dauerhaftigkeit und hohe Leistung unter extremen Bedingungen erforderlich sind, geeignet ist.

Diese und andere Ziele werden gemäss der Erfindung durch ein kalandrierloees, durch die folgenden Massnahmen gekennzeichnetes, Verfahren erreiohti

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I. Herstellung eines homogenen Breies von feinteiligen Bestandteilen in einer Flüssigkeit, enthaltend!

(a) feste Teilchen von wenigstens einem Fluorkohlenstoffharz, und

(b) von Null bis ungefähr 95 Prozent, basiert auf dem Gesaratvolumen der Festbestandteile im Brei, wenigstens einem Füllstoff mit der Massgabe, dass wenigstens einer der Bestandteile der aus (a) und {b) bestehenden Klasse in faseriger Form vorhanden ist, und

(c) eine flüchtige, organische, Fluorkohlenstoffharz benetzende Flüssigkeitι

II. Entfernung von im wesentlichen aller Flüssigkeit aus diesem Brei unter Erzeugung einer trockenen biegsamen Matte, die von den verflochtenen Fasern des faserigen Bestandteiles der Festteile gebildet ist, wobei der vorhandene Anteil des faserigen Bestandteils gross genug ist für die Erzielung von Biegsamkeit und Festigkeit^ und

III. Formen, ohne Kalandrieren, wenigstens eines Teiles der trockenen, biegsamen Matte in die gewünschte Gestalt bei einer Temperatur unterhalb der Schmelzübergangstemperatur des Fluorkohlenstoff harzesj

wodurch sich eine formbeständige, ungesinterte Fluorkohlenstoff-Vorform ergibt, die zu einem gesinterten, in seiner Gestalt mit der Gestalt der Vorform identischen Fluorkohlenstoff· harz-Gegenstand hoher Festigkeit frei-sinterbar ist.

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Das in der USA-Patentschrift 3 060 517 angegebene Verfahren unterscheidet sich von dem erfindungsgemässen Verfahren in zwei, für den Erfolg liner lass liehen Merkmalen:

(1) Bei der Patentschrift enthalten die Festbestandteile keine Fasern. Gemäss der Erfindung enthält der Brei Fasern, und es sind diese Fasern, die die Form zusammenhalten und ihr die Formbeständigkeit erteilen, und die ihre Vorverformung aus einer Matte ermöglichen.

(2) Bei der Patentschrift wird der Brei in eine Form gegossen und erzeugt sofort die Vorform. Gemäss der Erfindung dagegen wird zunächst eine Matte erzeugt und dieser

• wird in einem weiteren Arbeitsgang die Gestalt der Vorform gegeben.

Das Verfahren der französischen Patentschrift 1 386 360 unterscheidet sich grundlegend vom Anmeldungsgegenstand dadurch, dass überhaupt keine Flüssigkeit verwendet wird, so dass kein Brei gebildet und keine Flüssigkeit entzogen wird.

Die hochfesten ungesinterten, erfindungsgemäss zubereiteten Fluorkohlenstoffharz Vorformen können leicht und bequem in gesinterte Fluorkohlenstoffharzgegenstände durch Erhitzung der Vorformen auf eine Temperatur oberhalb der Schmelzumwandlungstemperatur des bei ihrer Herstellung verwendeten Fluorkohlenstoffharzes umgewandelt werden. Die sich ergebenden Gegenstände zeichnen sich nach dem freien Sintern durch eine mit der Gestalt der Vorform identische Gestalt aus.

Irgendwelche sinterbaren Fluorkohienstoffharze oder Fluorkunststoffe können verwendet werden, um gemäss der Erfindung geformte Teile zu schaffen. Solche Fluorkohlenstoff«Kunst-

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Stoffmaterialien oder -harze umfassen die hochmolekularen Polymere und Mischpolymere von Tetrafluoräthylen, Trifluorchloräthylen, Hexafluorpropylen und Vinylidenfluorid. Besondere polymere Fluorkohlenstoffharze, deren Verwendung hier vorgesehen ist, sind Polytetrafluoräthylen, Trifluorchloräthylen, Mischpolymere von Tetrafluoräthylen und Polyvinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und fluoriertes Polyäthylen-Propylen Mischpolymer.

Selbstverständlich ist es möglich, eine Mischung voryfewei oder mehr verschiedenen Fluorkohlenstoffharzen oder Fluorkunststoff-Materialien bei der Herstellung von geformten Teilen gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren zu verwenden. Ändere geeignete Fluorkohlenstoffharze, die bei der Anwendung der Erfindung nützlich sind, ergeben sich leicht für die Sachverständigen auf diesem Gebiete,

Meistens sollten die zur Bildung des homogenen, für das erfindungsgemässa Verfahren verwendeten Breies benutzten Fluorkohlenstoffharze in feinverteilter kleinteiliger Form und vorzugsweise, obgleich nicht notwendigerweise (wie nachstehend dargelegt) inform von Fasern vorliegen. Im Sinne dieser Beschreibung soll der Ausdruck "Faser* ein festes Teilchen beschreiben, das unsymmetrisch in dem Sinne ist, dass seine Länge beachtlich den durchschnittlichen Durchmesser übersteigt. Obgleich die Grosse der Teilchen in weitem Masse unterschiedlich sein kann und irgendwelche der im Handel zur Verfügung stehenden Fluorkunstharztypen verwendet werden können, so ist es doch zweckmässig, dass die Teilchan einen Durchmesser von nicht mehr als 1000 Mikrometer und vorzugsweise weniger als 20 Mikrometer aufweisen. Besonders gute Ergebnisse können, soweit es sich um die endgültigen geformten Produkte handelt, erzielt werden durch die Verwendung eines körnigen Polytetrafluoräthylens, das kommerziell von der DuPond Company unter der Handelsbezeichnung "Teflon 7* vertrieben wird.

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Irgendein feinteiliger Füllstoff kann verwendet werden, der reaktionsträge in dem Sinne ist, dass er das mit ihm vermischte Fluorkohlenstoffharz nicht nachteilig beeinflusst, um erfindungsgemäss die gefüllten Fluorkohlenstoffgagenstände zu liefern. Nichtfaserige Füller sollten eine durchschnittliche Teilchengrösse von weniger als 50 Mikrometer und vorzugsweise weniger als 30 Mikrometer aufweisen, während faserige feinteilige Füller ein Länge-zu-Durchmesser Verhältnis zeigen sollten, das vorzugsweise grosser ist als oder in der Gröeaenordnung von 1000 zu 1 liegt und allgemein nicht kleiner als 100 zu 1 ist. Geeignete Füller und Füllerkombinationen umfassen anorganische Materialien in.faseriger und nichtfaseriger Form, wie z.B. sowohl kristallinen und nichtkristallinen Kohlenstoffasern; Kohlenstoff und Graphit; Mineralfüller wie Asbest; Siliziumdioxidfüller wie Diatomeenerde· Quarz sowohl faserig als auch pulverisiert« gemahlenes Siliziumdioxid wie Glasfaserstrang und -flocke; Mineralsiliziumdioxid wie Glimmer, Ton, Talk; Aluminiumsilikatfasern; Metalloxide wie Tonerde, Saphit-Einkristallfäden ("sapphire whiskers") und Titandioxid, Aluminiumoxid-Binkristallfäden ("whiskers*) und Pulver, Cadmiumoxid, faseriges Kaliumtitanat, Calaiumkarbonat, Natriumbicarbonat, Natriumtetraborat (borax); Nitride wie Siliziumnittid, Bornitridfasern und -pulver, Aluminiumnitrid; Borfasernj Molybdänsulfidj Metallfasern und -pulver aus Kupfer, Aluminium, Bronze, Blei, Nickel, Chrom, Titan, nichtrostendem Stahl, Zirkonium, Wolfram; Siliziumkarbid, Zinksulfid und Cadmiumsulfid; polymere Pasern wie "TFE" und *FEP* Fluorkohlenetoff Flocke, Fasern oder Strang; "Orion" Acrylfaser. Andere geeignete Füller und Füllerkombinationen bieten «iah leicht den Fachleuten an*

Während die Füllstoffe, die bei der Durchführung der Erfindung verwendet werden, irgend eine geometrisch· gestalt haben können, so hat es eich doch gezeigt, dass faserige Füll-

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stoffe die besten Resultate ergeben. In diesem Zusammenhang sollte beachtet werden, dass entweder das Fluorkohlenstoffharz oder der Füller in faseriger Form vorliegen müssen, um die gett-mrcliior. hochfesten, formbeständigem_? gefüllten Fluorkohlen- ~io.ff'iarsteiie iiiit deis. a r:? i r. d :,u ι gs gelassen Verfahren au erzielen. Sel.b;:-tTC--3t.ß,ndli{'a körnen gs^ln^ahterifall- sowohl das fluorplaetische Material als auch der Füllstoff in faseriger Form verwendet werden.

Obgleich die Grosse der verwendeten Füllstoffe in weitem Ausmass© verschieden 3einji;ann, so wird es doch vorgezoger>_f dass das verwendete Füllmaterial einen durchschnittlichen Durchmesser von nicht mehr als ungefähr 1000 Mikrometer und vorzugsweise weniger als ungefähr 20 Mikrometer hat. Die vorstehenden Werte sind jedoch nur als vorzugsweise Werte zu verstehen und dürfen nicht als den Erfindungsbereich begrenzend aufgefasst werden. Vorausgesetzt, dass das verwendete Fluorkohlenstoff oder fluorplastische Harz in faseriger Form verwendet wird, so können die Füllstoffe irgendwelche reaktionsträge feinteilige Materialien irgend einer Grosse oder Gestalt umfassen, die in der Lage sind, einen homogenen Brei mit dem Fluorkohlenstoff harz in der verwendeten reaktionsträgen organischen Flüssigkeit zu ergeben.

Irgend eine organische Flüssigkeit, die reaktionsträg· in dem Sinne ist, dass sie das Füllmaterial und die darin zu verteilenden fluorplastischen Harzteilchen nicht nachteilig beeinflusst, kann verwendet werden, um den erfindungsgemäss verwendeten homogenen Brei zu ergeben, vorausgesetzt, dass die Flüssigkeit in der Lage ist, das verwendete Fluorkohlenstoffharz zu benetzen und dass es vorzugsweise flüchtig ist, ohne einen Rück«· atand nach Sinterung der Vorform 8urüokaula*8«r*· Di· Flüssigkeit

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sollte die Fähigkeit haben, auch den Füllstoff zu benetzen, und sie sollte vorzugsweise eine ziemlich niedrige Flüchtigkeit bei der Temperatur, bei der der homogene Brei geformt wird, aufweisen. Die bevorzugten organischen Flüssigkeiten sind die, die eine Oberflächenspannung von weniger als etwa 70° C und vorzugsweise von weniger als 20 Dyn pro qcm bei ungefähr 60°C besitzen« Spezifische Beispiele von bevorzugten, zur Durchführung der Erfindung brauchbaren organischen Flüssigkeiten oder Lösungsmitteln sind Petroleum, Naphthalin, Aceton, Benzin, Äthylalkohol, Äthyläther, Isopentan, Isopropylalkohol, Methyläther, Methylenchlorid, n-0ct,an, η-Propylalkohol, Toluol und p-Xylen. Andere geeignete reaktionsträge organische Flüssigkeiten oder Lösungsmittel, die fluorplastische Materialien benetzen und die flüchtig sind, ergeben sich leicht für die Fachleute. Selbstverständlich können Mischungen von zwei oder mehr von solchen Flüssigkeiten verwendet werden, um den homogenen Brei zu ergeben, der bei der Durchführung der Erfindung verwendet wird.

Der homogene Brei, der das feste feinteilige Material in dem reaktionsträgen organischen Lösungsmittel enthält, kann erhalten werden durch Bewegen, wie durch Rühren der Festbestandteil -Flüssigkeitsmischung in irgend einem geeigneten Mischapparat während einer vollständigen Dispersion der Festbestandteile in der Flüssigkeitsphaae gewährleistenden Zeitdauer. Die verwendete Menge organischer Flüssigkeit kann in grossem Ausmass variieren, aber im allgemeinen bildet sie einen grösseren Teil der Festbestandteil-Flüssigkeitsmischung. Falls die Festbestandteile lange Stapelfasern oder dergl. aufweisen, werden ziemlich grosse Mengen von Flüssigkeit benötigt, und in solchen Fällen kann das Verhältnis von Festbestandteilen zur Flüssigkeit sich einem Wert von so niedrig wie 0,02 oder weniger, basiert auf das Gesamtvolumen der Mischung, nähern. Allgemein gestattet eine Mischung, die durch ein Flüssigkeit-zu-Festbestandteil Volumenverhältnis von

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wenigstens etwa 5 und vorzugsweise etwa 50 gekennzeichnet ist, eine gute Verteilung der Festbestandteile und demgemäss die Her-'-.teilung «.ines homogenen Breies <,

"'."--. ^fV'■^;;:■-■ r-Tbur und die Sohorzustände der Verfahrensu:r-7'^jbuv? r.:ör.r.-A-.u ""." ""dert werden, 'im. die faserige Matur der poiyr^rer iaintai 3 igen FMiorhohleiigi-off^omponante zu verbessern. En v.rd-3 ir· d:..^3e>. ThiHc-^rhanc- ermittelt, dass hohe Mischungst'i'i; ;:=i.;-'■.;<:..r·:.:'·. -^b^: ei wa ^r0^u ^) utid niedriga Scherung (eine Sfihr-ε:::^;. ^:^e:-/eo^hvir^I:⁵. ;'ro:'.t "Cn wor.igar als 15^24 m/sec. } lange grobe P^r" τι 3-':rs\v;r'> ".hr^r.d hohe» Temperaturen und hohe Scherur-.g i'iir- ?''.h^v's:x.":.-;-u";i3i.cb"^r'd.ud.i:":^/'"^it in d~:: Grössenordnung von S(X 5 • :^;"^: T₁; ■;;-- · "----1.T ; p-\r?frrr. s.i'^!· JrIc:-.:v^-~ Ihirch.messern erzeuger, Es :: -r fe. -■«-., . ; - .". ^¹¹..'.".-; ; —j-.^sii., uafs ^i^ sich ergebenden F^ucrkoh-

'Γ. :'-.·■. ■ "^;.?- Fl ^:>±o}-l--^yMacf"'"-: vül^.i Ich en während der

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Teilchen werden gefasert durch den stromlinienförmigen Scherfluss im Mischer. Hitze über 60° C erweicht das Harz beträchtlich und erleichtert die Verlängerung der Teilchen in Faserform. Der Erweichungseffekt wird erhöht, in dem Masse_#ih dem die Temperatur in dem Mischmaterial erhöht wird, bis herauf zur Schmelzübergangstemperatur des verwendeten Fluorkohlenstoffharzes. Durch Kontrollierung des Grades der Scherung und der Temperatur kann der Grad der Faserung kontrolliert werden, um die gewünschte Faserung zu erzeugen. Die Fachleute werden erkennen, dass das Harz in der Gegenwart von Füllstoffen und anderen Harzformen gefasert werden kann.

Wasser, das allgemein bisher verwendete Verfahrensmedium wurde als nicht wünschenswert erkannt. In dieser Hinsicht sollte daher der Brei nur eine Flüssigkeitsphase enthalten, d.h. die organische Phase, die - wie oben angegeben - aus einer Mischung von zwei oder mehreren organischen Flüssigkeiten bestehen kann. Es sollte jedoch verstanden werden, dass kleinere Mengen von Wasser, wie z.B. die an der Oberfläche der Festbestandteile anhaftende Menge oder die in der organischen Flüssigkeit unter Qleichgewichtsbedingungen bei der Behandlungstemperatur aufgelöste Menge, zugelassen werden können, und dass das Mischen nicht unter absolut wasserfreien Bedingungen durchgeführt zu werden braucht.

Nach Zubereitung des homogenen Breies muss alle da- · rin enthaltene Flüssigkeit entfernt werden zur Erzeugung einer-Matte in Gestalt eines im allgemeinen flachen Gegenstandes, der aus vielen Strängen und Fasern des fluorplastischen Harzes und/ oder des Füllers besteht, wobei die Fasern miteinander verschlungen sind. Der feste Gegenstand oder die Matte, die so erhalten wird, zeichnet sich durch eine äusserst qleichmässige Verteilung von Harz und Füllstoff aus und ist biegsam, d.h. sie besitzt ge nügend physikalische Fettigkeit, um ohne Gefahr des Breahens oder ι des Auteinanderfallene hantiert werden zu können, bad owginal

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Entfernung von im wesentlichen aller Flüssigkeit , aus dem homogenen Brei, um eine trockene_? biegsame Matte zu bilden, kann bequemerweise erreicht werden durch Verteilung des Breis über eine Oberfläche, die selektiv durchlässig für die verwendete Flüssigkeit aber undurchlässig für die Festbestandteila im Brei ist, wie S₀B₀ ein Filtrierpapier» Ein wesentlicher Teil der Flüssigkeit kann so durch. Schwerkraft entfernt werden, und insbesondere unter Anwendung eines Vakuums auf der Oberfläche, die der gegenüberliegt, auf der der Brei abgelagert ist. In dieser Weise können bis zu 90 % der Flüssigkeit entfernt werden. Alternativ kann der homogene Brei einer geeigneten Zentrifuge zugeleitet und as können durch Zentrifugieren die Flüssigkeit entfernt und die Matte gebildet werden. Solch ein Verfahren ist besonders nützlich bei der Herstellung von zylindrischen oder rohrförmigen Erzeugnissen*

Nach Entfernung von im wesentlichen der gesamten Flüssigkeit kann die resultierende Matte* die noch genügend Festigkeit zum Hantieren enthält, weiter getrocknet werden, wie z.B. in einem Luftumlaufofen, der auf einer genügend hohen Temperatur (d.h. in der Grössenordnung von 100 bis 200° G) gehalten wird, um die letzten Spuren der organischen Flüssigkeit zu verdampfen. Ändere, sich den Fachleuten anbietende Verfahren, um die getrockente biegsame Matte aus dem homogenen Brei zu erzeugen, können selbstverständlich, ohne von dem erfinderischen Gedanken abzuweichen, verwendet werden.

Für den Fachmann ergibt es sich, dass die Dicke der endgültigen trockenen biegsamen Matte variiert werden kann durch die Menge homogenen Breies, dar auf der flüssigkeitsdurchlässigen Oberfläche abgelagert wird| je mehr Brei verwendet wird, je dicker wird die Matte. In diesem Zusammenhang ist zu beachten,

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dass verhältnismässig dicke "Matten* erhalten werden können für weitere erfindungsgemässe Behandlung, und dass der Ausdruck "Matte", wie er hier verwendet ist, nicht in irgend einerWeise irgendwelche Abmessungen der Tiefa oder Dicke "bagren-asii soll, sondern dass er vielmehr dis Katyir des Gegenst & ride 3 Und-ssi^a. Konstruktion von verschlungenen. Fasern des Harzes tx-ia/oder am Füllstoffes andeuten soll, natürlich hat, via τοτ^χ .oKg3geb-3ii_ff die vorliegende Erfindung bascr^e.vü I'Lt-slichkeit ti^ys iz'i se':."-:' vorteilhaft. für dia Herstellung iror· dünnen, gsf'illt'-rr.' FiüotIzjL·» lefistoffharzteiien und es ist für die Herstellung diei'Sr ikrt" von gefüllten .Gegenständen, dass eile Erfindung dan grossten 3aitrag zur Technik liefert«

Manchmal ist es wUnsciisuswert, intäh&zcn<aA^-3_f ;-f£-iii lange Stapelfasern in der Grösssnoranung von S^lS Ms 6, SS ilj. C1/8 bis 1/4 Zoll) Länge verwer.det werden, düm;_te Mattaii a-asybö«» .reiten, die nachträglich bis sur gfeÄÖ-.achtesi. Bicke ^^fci^acMchtet werden, öurch diese Tecanik ist es auoii nic.gliuu, rarealii^dene Schichten zu verwenden, die verschiedenen. Funktionen .im fertigen Gegenstand dienen. So könnte a«B, die Mittellags in siiier dreischichtigen Struktur zur "VQXSu&iitung benutat herden, ■v.lhrsnd eine äussere Lage für hohe thsniiisähe Leitfähigkeit und die andere . aussere Lage zur Vorsehung hohen chemischen Widerstandes oder spezifischer Reibungseigöiisshaften verwendet wird«

Die getrocknete_r biegsame Matte, die eine homogene gegenseitige Dispersion von Fluorkchleiistoffh&rz und feinteiligem Füllmaterial aufweist, kann dann als Äusgangsmaterial benutzt werden, von dem die gewünschte Gestalt des endgültigen Gegenstandes zugeschnitten wird« Sc wird ζ»EL im Falle dar Schaffung einer Kupplungsscheibej. ©ine Matte von geeigneter Dicke erzeugt und die Form der Scheibe, ein Hing mit einem inneren Durah-

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messer von ungefähr 15,24 cm (6 Zoll) und einem äusseren Durchmesser von ungefähr 20,32 cm, wird aus dieser Matte ausgeschnitten. Der sich ergebende Ring wird in eine Form gelegt, die ein Prägewerkzeug enthält, das die Konturen aufweist, die in die endgültige. Kupplungsscheibe eingeformt werden sollen. Der Ring wird danach zusammengepresst bei einer Temperatur, die unterhalb der Sintertemperatur des besonderen verwendeten Fluorkohlenstoffharzes (unter etwa 300° C im Falle von Polytetrafluoräthylen) liegt und mit einem massigen Druck, d.h. in der" Grössenordnung von 140,6 kg/cm (2000 psi). Der Druck kann selbstverständlich je nach der gewünschten Dicke des Endproduktes verändert werden,

■ " aber im allgemeinen sollte er sich im Bereich von ungefähr 14,1 kg/cm

(200 psi) bis ungefähr 211 kg/cm² (3000 psi) bewegen. Obgleich Drucke in der Grössenordnung von 351,5 kg/cm (5000 psi) oder höher verwendet werden können, so sind sie weder erforderlich, noch besonders wünschenswert.

Es wurde ermittelt, dass ein besonders gut definiertes Rillen- oder Konturmuster dadurch erzielt werden kann, dass in der Form eine verhältnismässig dünne - in der Grössenordnung von 0,0254 bis 0,127 (0,01 bis 0,05 Zoll) Dicke - deformierbare Zwischenplatte benutzt wird, die sich durch thermische Stabilität bei der verwendeten Formungstemperatur auszeichnet und im wesentlichen dieselben Urafangsabmessungen wie der au formende Teil der Matte hat. Beim Zusammendrücken verteilt die deformierbare Zwischenplatte den Druck gleichmässig über die gesamte Oberfläche des Musters und zwingt di© Vorform, sich den Konturen des direkt auf die Oberfläche der Vorform ©inwirkenden Prägewerkzeuges anzupassen. Obgleich die Verwendung der Zwischenplatte zur

"Herstellung der formbeständigen Vorform nicht notwendig ist, wird sie doch bevorzugt, da eine scharfe Markierung (*fin® resolution*) des gerillten Musters und gute Toleranzen erreicht werden können. Geeignete Zwisahenplatten können aus SiIisium-

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und "Viton* Elastomeren hergestellt werden, sowie auch aus Metallen wie Blei und Zink. Gute Resultate-können erzielt werden durch Verwendung einer Zwischenplatte irgend eines gut bekannten, im Handel erhältlichen Qrganopolysiloxen Elastomers, der gute Formablösungseigenschaften hat.

Bei der Formung der formbeständigen Vorform hat es sich als vorzugsweise herausgestellt, der Mattenform zu gestatten, die Formungsteniperatur vor Aufbringung des gewünschten Druckes in der Form anzunehmen. Dies kann leicht erreicht werden, in dem man z.B. eine kurze Zeit verstreichen lässt, nachdem der Mattenzusohnitt in die Form eingelegt wurde. Die ÄUfenthaltszeit wird selbstverständlich von der Grosse der zu formenden Matte, von der Formungstemperatur, der Art des verwendeten Fluorkohlenstoffharzes, und der Menge und der Type des verwendeten Füllstoffes abhängen. Im allgemeinen, wenn verhältnismässig dünne Teile zu formen sind, ergab sich eine Aufenthalt sz ei t von ungefähr 1 Minute als ausreichend.

Die Zeitdauer, während der die Matte dem gewünsch-, ten Druck in der Form ausgesetzt wird, kann auch in weiten Grenzen verschieden sein. Es hat sich in diesem Zusammenhang ergeben, dass die normalerweise kursse Zeit in der Grossenord* nung von 1 Minute oder so ausreichend ist, um verhältnismässig dünne Gegenstände zu formen. Obgleich der Druck für längere Zeiten aufgebracht werden kann, ist solch Verfahren unnötig, und, wirtschaftlich gesehen, unerwünscht« Die Zeit der Druckanwendung kann daher einfach als die Minimalzeit beschrieben werden, die notwendig iet, um genügende Verdichtung des Gegenstandes zu erreichen, und sie kann leicht durch einfache, der Fachwelt wohlbekannte, Prüfverfahren ermittelt werden.

BAD ORJGINAl.

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Wie oben bemerkt, muss die Temperatur, bei der das Verdichten der Matte zwecks Erzeugung einer formbeständigen Vorform durchgeführt wird, unterhalb der Schmelzübergangstemperatur des besonderen^ aur Bildung der Matte verwendeten Fluorkohlen-" stoffharzes oder -harz© liegen,

auch verstanden werden, dass die trockene, biegsame, erfindis&igsgemäss erhaltene Matte vorzugsweise so geformt wird, um die Vorform ohne jegliche' vorhergehende Ausweitung ihrer Abmessungen zu^chaffen. Obgleich die Matte etwas ausgeweitet werden kann, d.h. xfiNdjer Grössenordnung von 10 % oder weniger, sollte die Matte keinemBt^sskjSOrgaiig wie Kalandrieren oder anderem Streckvorgang vor dem zur Herstellung der formbeständigen Vorform führenden Formungsschritt unterworfen werden,, In dieser Hinsicht kann das erfindungsgemässe Verfahren in seiner bevorzugten Ausbildung als *kalanderlos" in dem Sinne bezeichnet werden, dass einachsiges oder zweiachsiges Strecken nicht nur unnötig ist, sondern auch vermieden werden soll.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass formbeständige Vorformen durch Mittel erzielt werden, die vollkommene Wiedergewinnung von irgendwelchem Äbfallmaterial ermöglichen, das während der Schneid- und Formvorgänge angesammelt wird. In der Tat, die Vorform selbst, die Formstabilität und eine mit der endgültigen Gestalt identische Gestalt erreicht hat, kann gewünschtenfalls der Wiederverarbeitung unterworfen werden, da kein Sintern des fluorplastisohen Materials stattgefunden hat. Weiterhin gibt die Tatsache, dass Streckvorgänge weggelassen sind, .dem erfindungsgemäs-isen Verfahren 4as Merkmal der Kontinuität. Dl®s maaht, in Ver- '■ bindung mit der Beseitigung der Bildung von niahtwiedergewinnbarem Abfall, das erfindungsgemässe Verfahren aowohl in verfahrenstechnischer als auch wirtschaftlicher Hinsicht sehr vorteilhaft. ■ * ':■ ■ ■·;.-"· ,-'·.■

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Das endgültige Sintern der forrafoeständigen Vorform kann in irgend einer bequemen Weise durchgeführt werden, wie z.B. durch Einbringen der Vorform in einen Heissluftzirkulations- oder Infrarotofen, der auf einer Temperatur oberhalb der Sintertemperatur des zur Bildung der Matte verwendeten Fluorkohlenstoffharzes gehalten wird. Während die Vorform frei-' gesintert werden kann, wodurch die Festlegung von kostspieligen Formeinrichtungen während das Sinterungsschrxites vermieden wird, ist es selbstverständlich möglich, die/eingeschlossene Vorform zu sintern, obgleich sich keinjferteil aus solch einem Schritt ergibt. Die besondere, wähpelid des Sinterungsvorganges -verwendete Temperatur hängj>^ön dem besonderen verwendeten Fluor^^, während der die Vorform der Sintertemperatur ausgesetzt wird, hängt natürlich von der Masse des Gegenstandes, der Menge und der Natur des Füllstoffes und anderen, die Geschwindigkeit der Hitzeübertragung beeinflussenden Faktoren ab. '.·■■■■'

Falls sperrige, schwere Vorformen zu sintern sind, ■ können Behandlungszeiten von einer Stunde oder mehr erforderlich sein, um vollkommenes und gleichmässiges Sintern durch den gesamten Gegenstand zu erzielen. Sollte es sich um dünnere Teile handeln, so wird oft eine Zeit von weniger als einer Stunde genügen. Die genaue Dauer, während der die Vorform der Sinterumgebung ausgesetzt wird, kann leicht von Fachleuten auf dem Sinterungsgebiet bestimmt werden.

Während die Erfindung besondere Nützlichkeit auf dem Gebiet der Herstellung von gefüllten Fluorkohlenstoffharzteilen hat, so sollte doch verstanden werden, dass ungefüllte . Teile auch erfindungsgem&ss hergestellt werden können. Verwendung der Erfindung für die Herstellung von ungefüllten Teilen oder Gegenständen, die eine verwickelte Oberflächenmusterung

00 988 5/1842. ^ßAD

oder Gestaltung haben, ergibt einen besonderen Vorzug über vorbekannte Verfahren insofern, als die Erfindung gleiahmässige Verteilung des Fluorkohlenstoffharzes in der Forahöhle und eine formbeständige frei-sinterbare Fluorkohlenstoffhars-Vorfdrm ergibt _B um Gegenstände hoher Festigkeit mit komplizierten OberflSchemaustern au liefern.

Damit die Fachwelt besser beurteilen kann, wie

" sich die Erfindung ausführen lässt, werden die folgenden Beispiele als Illustrationen jedoch nicht als Beschränkungen gegebenβ Alle Teile und Prozentsätze sind Volumen, ausser wenn anderweitig angegeben, ■

Beispiel. 1

30 Ge.¥oTeile von "Superglas 1500", ein Erzeugnis der Pittsbourg. Plats Glass Company, mit feingeteilten Glasfädchen mit Durchmessern in der Grössenordnung von 3 bis 5 Mikron und Stapellängen von ungefähr 6,35 mm (1/4 Zoll), werden in ein Mischgefäss eingebracht zusammen mit 70 Gew.Prozent _k von Teflon 7*, einem körnigen gefaserten Polytetrafluoräthylen, das von der DuPond Company hergestellt wird und eine durchschnittliahe Sieb~Teilchengrösse von ungefähr 35 Mikron hat. Petroleum ("Kerosene*) wird dann dem Gefäss in einer Menge zugeführt, die ausreicht, um eine Mischung von 25 Teilen Petroleum zu einem Teil der Festbestandteile (umfassend die Glasfasern plus dem Fluorkohlenstoffharz) zu ergeben. Die Bestandteile werden während etwa einer Minute gemischt mit einem Rührer, der eine Spitzengeschwindigkeit von ungefähr 30,5 m/sec (100 Fuaspro Sekunde) bei einer Temperatur von 30° G hat, um einen Brei homogener Dispersion der Festbestandteile in der Flüssigkeit zu erzeugen. Die verwendete Flüssigkeit (Petroleum) benetzt sowohl das Fluorkohlenstoff harz als much die Glasfüll·· bestandteile, - _

- . ·■■ ■. ■■- ■_.'.. . - bad

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Der so erhaltene homogene Brei wird in eine Papierform (30,5 χ 30,5 cm oder 12 χ 12 Zoll) gegossen, Ein Vakuum von 50,8 bis 63,5 cm (20 bis 25 Zoll) Quecksilber wird auf die Form ausgeübt und die Festbestandteile lagern sich an der flüssigkeitsdurchlässigen Oberfläche der Form ab, die ein grobes Filterpapier (Whatman Nr. 1) aufweist, das alle Festbestandteile zurückhält. Nach ungefähr 15 Sekunden enthält das gebildete Blatt weniger als ungefähr 35 Volumen Prozent Petroleum, ist biegsam und hat ausreichende Festigkeit, um aus der Form entfernt zu werden. Die so erhaltene Tafel oder Matte wird in einen Luftumlaufofen gebracht, der auf einer Temperatur von zwischen 100 und 200° C gehalten wird, um die letzten Spuren.von Petroleum zu verflüchtigen.

Nachdem die biegsame Platte geringer Dichte vollkommen getrocknet 1st, wird aus ihr ein Ring von ungefähr 15,24 cm (6 Zoll) innerem Durchmesser und 20,32 cm (8ZoIl) äusöerem Durchmesser mit Gesenk ausgeschnitten. Der so zubereitete Sing wird in einer auf 204 bis 260° C (400 bis 500° F) erhitzte Form gebracht, die als Boden ein auf gleicher Temperatur gehaltenes Prägewerkzeug aufweist. Eine Silikon-Kautschuk Platte »von 0,0635 cm (0,025 Zoll) Dicke und mit denselben äusseren und inneren Durchmessern wie der Ring wird auf die Oberseite der gefüllten Fluorkohlenstoffharzmatte gelegt. Die heisse Form wird geschlossen und unter Berührungsdruck während ungefähr einer Minute gehalten. Ein Druck von 141 kg/cm (2000 psi) wird dann aufgebracht und für eine Minute aufrechterhalten. Die Form wird geöffnet und die Zwischenplatte entfernt. Dia Form wird wiederum gejahlossen und auf Berührungsdruck während 15 Sekunden gehalten, gefolgt von der Aufbringung von 141 kg/cm Druck während 15 Sekunden« Dieser letzte Schritt dient dazu, die erhabenen Teile auf der dem Prägewerkzeug gegenüberliegenden Seite

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der Matte abzuflachen, aber er lässt ein Rillenmuster in der Kupplungsfläche, das von dem Präge^fwerkzeug geformt wurde. Das Teil wird von der Form entfernt und frei-gesintert in einem Luftumlaufofen bei'382° C (720° F) während 30 Minuten und wird dann aus dem Ofen entfernt und bei Raumtemperatur abkühlen gelassen« Die durchschnittliche Zugfestigkeit des so geschaffenen iCupplnngsbelages ist 141 kg/cm (2000 psi) und die durchschnittliche Dehnung 150 Prozent«

Beispiel 2

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung , eines ungefüllten, gesinterten Fluorkohlenstoffharzgegenstandes mittels des erfindungsgemässen Verfahrens.

16 Teile Petroleum werden einem Rührgefäss zusammen mit einem Teil DuPond Teflon 6", einem koagulierten Dispersionstyp Polytetrafluoräthylenharz mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von ungefähr 500 Mikron, zugeführt. Die Bestandteile werden während 120 Sekunden bei einer Temperatur von 125° C gemischt. Infolge dar Mischung bei dieser Temperatur wird das Fluorkohlenstoffharz in faserige Form gebracht, wobei die sich ergebenden Fasern gekennzeichnet sind durch eine durchschnittliche Länge von ungefähr 6,35 ram (1/4 Zoll) und einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 5 bis etwa 50 Mikron. 32 Teile Petroleum werden dann dem Rührgefäss hinzugefügt und die Bestandteile werden mit einer Rührspitzengeschwindigkeit von 38,10 m/sec. (125 Fuss pro Sekunde) während zusatz-. Hoher 30 Sekunden gerührt, um einen Brei mit homogener Dispersion der Festbestandteile, in dem Petroleum zu erzeugen.

&A0

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Der so erhaltene homogene Brei wird dann in eine Papierform von 30,5 χ 30,5 cm (12 χ 12 Zoll) gegossen. Ein Vakuum von 50,8 bis 63,5 am (20 - 25 Zoll) Quecksilber wird dann von der Form abgesaugt und die Festbestandteile setzen sich.auf der flüssigkeitsdurchlässigen, ein grobes - alle die Festbestandteile zurückhaltendes - Filterpapier {Whatman Nr. 1) aufweisenden Oberfläche der Form ab. Die so erhaltene Matte wird dann in einen Trockenofen eingebracht, der auf einer Temperatur von 100 bis 200 C gehalten wird, um irgendwelche zurückbleibenden Teile des darin enthaltenen Petroleums zu verflüchtigen. Die sich ergebende getrocknete Matte wird dann in einer Form bei einem Druck von 35,2 kg/cm (500 psi) und einer Temperatur von ungefähr 149° C (300° F). kompremiert, um eine 0,8 mm (1/32 Zoll) dicke gleichmassige Platte oder Vorform zu ergeben. Letztere wird dann einem Ofen zugeleitet, der auf einer Temperatur von 382° C(720° F) zwecks Sinterung des Fluorkohlenstoffharzes gehalten wird. Prüfung des so erhaltenen gesinterten Blattes ergab eine durchschnittliche Zugfestigkeit von 316 kg/cm (4500 psi) und eine durchschnittliche Dehnung von 350 Prozent.

Beispiel 3

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung einer ungesinterten, hochfesten Fluorkohlenstoffharzvorform mittels des erfindungsgemässen Verfahrens«

Ein Teil eines fibriliierten "Teflon 6*, das gemäss dem in Beispiel 2 dargelegten Verfahren zubereitet und gekennzeichnet ist durch eine durchschnittliche Länge von ungefähr 0,635 (1/4 Zoll) und einen durchschnittlichen Durchmesser von ungefähr 5 bis ungefähr SO Mikron wurde einem 32 Teile Petroleum enthaltenden Mischgefäss zugeführt. Danach wurde genug

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Siliziumdioxyd ("Opal Supersil¹* der Pennsylvania Glas and Sand Corporation) mit einer Tailchengrösse von weniger als ungefähr 0^044 mm. (^W325 mesh^w) dem Mischgefäss hinzugeführt, um eine Mischung au ergeben _f in der das Siliziumdioxyd ungefähr 30 Volumenprozent dar gesamten Festbestandteile (d.h. Siliziumdioxyd plus Fluorkohlenstoff harz) ausmachte«, Die sich ergebende Mischung wurde gerührt, wie beim vorhergehenden Beispiel, um einen homogenen Brei zu erzeugen« Der Brei wurde wie im Beispiel 1 behandelt, .um eine trockene, biegsame Matte zu erzeugen, die danach in Hinge geschnitten und mit einem'Druck von ungefähr 141 kg/cm (2000 psi) und einer Temperatur von ungefähr 260° C (500° F) heiss geprasst xvurdSa Kein Prägewerkzeug wurde beim Formen verwendet, las wurde ermittelt, dass die resultierende ungesinterte, formbeständige, ringförmige Vorform Fluorkohlenstoffharz enthielt, das durch einen hohen Grad von Kristallin!tat -(94 bis.98 %), bestimmt durch Röntgenstrahl enberechnungstechniken, gekennzeichnet war. Die so erhaltene, hoc.h kristalline Tetrafluoräthylendichtung wies ausserordentlich hohe Gasundurchlässigkeit auf und war in dieser Hinsicht weit den Dichtungen aus gesintertem Tetrafluoräthylenharzmaterial überlegen„

Beispiel 4

Dieses Beispiel gibt einen Vergleich dar vorbekannten Verfahren mit dem erfindungsgemässen Verfahren und veranschaulicht die sehr unerwarteten und überlegenen Resultate, die in den endgültigen geformten, mittels des erfindungsgemässen Verfahrens zu» bereiteten Gegenständen erzielt werden.

30 Gew. Prozent Cwens-Corning "Fiberglas⁴* (Stapellange von 0,794 mm oder 1/32 Zoll) wird trocken mit 70 Gew.Prozent DuPond «Teflon T* körnigem Formharz gemischt. Das Harz wird in eine 7,62 χ 17,78 cm (3 χ 7 Zoll) Positivdruckform gegossen

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■und sorgfältig geebnet. Ein Vorformungsdruck von 141 kg/cm . (2000 pel)-wird bei einer Umgebungstemperatur von etwa 23,9° C (75° F) aufgebracht. Das Q,762 mm (ö,Q3 Zoll) dicke Blatt, das äusserst brüchig ist, wird aus der Form entfernt und in einem Luftzirkulationsofen bei 382° C (720° F) während 30 Minuten gesintert und dann aus dem Ofen entfernt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Die durchschnittliche endgültige Zugfestigkeit des Blattes ist 56,2 kg/cm (800 psi) und die endgültige Dehnung ist 20 Prozent«

Das obige Verfahren wird wiederholt mit Ausnahme,,

■ ■?

dass ein Vorformungsdruck von 351,5 kg/cm (5000 psi) angewendet wird« Die an dem frei-gesinteiten 0,762 mm (0,03 Zoll) dicken Blatt bestimmten Eigenschaften zeigen.eine- Enddehnungsfestigkeit

2
von 84,4 kg/cm (1200 psi) und eine endgültige Dehnung von 40 Prozent» .

Beispiel 5

Dieselbe prozentuale Mischung wie beim Beispiel 4 wird einer zylindrischen Form zugeführt, die einen durch geeignete engpassende Pfropfen zentrierten Kern enthält. Die gefüllte Form wird bei einem Druck von 703 kg/cm (10,000 psi) bei Baum« temperatur von 23,9° C (75° F) komprimiert. Das komprimierte Material in der Form wird während Sinterung bei 382^Q C (720° F) für 2 Stunden unter Druck gehalten. Die Form wird während der Abkühlung unter Druck gehalten. Der geschmolzene Rohling wird aus der Form genommen und der Kern wird entfernt und durch «inen engp.äseenden randalierten Kern ersetzt. Der Rohling wird dann in einer Drehbank durch den Kern_:gehalten und glasgefülltes Blatt wird von dem Werkstück abgeschält mit einer picke von 0,76mm (0,03 Zoll)» Die endgültige Pehnungsfesitigkeit ist 155 kg/om² (2200 pel) und die endgültige Dehnung 120 Prozent»

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Das in "dom Fluorkohlenstoffharz eingebettete Glas stumpft das SoIiIl = oder Spaltmesser ab und erfordert häufiges itaschärfen und erzeugt ßippsn und Kinnen in der Spaltfläche des Blattes*,

Bas Ysrf ahren des Beispiels 4 ifird wiederholt mit dass das Blatt bei 382° C C720° F) und einem Druck von 311,, S kg/cm" (50ÖÖ psi) während 30· Minuten-.gesintert und dann auf Raumtemperatur unter Druck 'durch, mittels in den Druckplatten airku-lierendes ICühlt-msser abgekühlt wird. Zusätzlich enthält-nur die obere Platte der Form ein erhabenes Halbrund» muster - Radius 0,794.mm (1/32 Zoll) und 0,51 mm (0,02 Zoll) über seine Fliehe erhaben₀ Das geformte und geprägte Blatt kann nur schwer toe der Fon entfernt werden und neigt dazu, während des Hantierens zu brechen,, Das geformte Teil hat kein homogenes Aussehen_β Di© Zugeigensohaften variieren in -weitem Masse und das Teil hat wenig Verwendbarkeit,- Die Tiefe der geformten Kinnen variiert in weitem Masse und das Blatt variiert beträchtlich in Dicke.

' ■ Beispiel 7-

Die Mischung wurde behandelt,wie in Beispiel 1 beschrieben, zu einer getrockneten, biegsamen Matte geringer Dichte gebracht, fiinge mit ungefähren inneren und äusseren Durchmessern der Formungsform wurden aus der Matte mit Gesenk geschnitten und auf ungefähr das Gewicht des fertigen Ringes, 8,5 g, geschichtet. . Die Vorformungsform wurde auf 288° G (550° F) erhitzt, Die gesenkgeschnittenen Ringe wurden in das heisse Forminnere gebracht und es wurde ihnen gestattetV sich vor Aufbriiigung. <fes Druckes' auf Formtemperatur von 288° C (550° F) au QrMtaen.. Die Form wurde geschlossen und der Druck wurde auf IXl Jcg/cm {3000 pst)

erhöht« Nach einer Minute wurde der Druck entlastet und das vorgeformte Teil aus dem Forminnern entfernt. Die Vorform wurde bei 362° C (720° F) während 20 Minuten gesintert und dann von dem Ofen entfernt und luftgekühlt. Dar fertiggestellte V«Ring hatte ausgezeichnete Qualität und gab genau die Gestalt und die Umrisse der Form wieder.

Beispiel 8

Das Verfahren und die Form des Beispiels 7 wurden verwendet, um die Verwendung von "BETA" gehacktem "Fiberglas" (Stapellänge 6,35 mm oder 1/4 Zoll) der Owens Corning fiberglas Corporation als Füllmaterial anstatt das "Supergias* au demonstrieren. Die ausgezeichnete Qualität und hohe Festigkeit des sich ergebenden Gegenstandes demonstrierte, dass lange Stapelfasern leicht verwendet werden können, tun gefüllte Fluorkohlenstoff harzgegenstända su erzeugen, die durch -verwickelt s Form gekennzeichnet sind»

Beispiel 9

Das Verfahren und die Form des Beispiels 7 wurden verwendet, um die Verwendung von Äsbestfasern ("Plastibest 20") als Füllmaterial zu demonstrieren. Die geformten Teile hatten ausgezeichnete Qualität ähnlich denen, die aus den Materialien der Beispiele 1, 7 und 8 geformt wurden,

Zusätzlich findet die Erfindung Anwendung bei der Herstellung von sowohl gesinterten als ungesinterten Fluorkohlenstoff harzgegenständen, die einen durch einen hohen Grad von Porosität aufweisen* Solche porösen Gegenstände können gemäss der Erfindung zubereitet werden durch iäinschluss in dem homogenen Brei von bis zu 90 %, auf Basis des gesamten Festbestandteil·

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DA-K2O1 -

Volumens im Brei, von einem feinteiligen Material, das unlöslich in der organischen, zur Bildung des Breies verwendeten Flüssigkeit ist, das aber löslich ist in einer Flüssigkeit, in der das Fluorkohlenstoffharz (und der Füllstoff,falls anwesend) unlöslich ist* Solch feinteiliges Material kann dann entfernt werden, entweder von der ungesinterten Form im Falle ein poröser ungesinterter Teil wird gewünscht, oder von dem gesinterten Gegen-· stand, falls ein poröser gesinterter Gegenstand erwünscht ist, durch einfache Behandlung des Teiles mit der Flüssigkeit, in dem das feinteilige Material löslich ist, in dem aber das Fluorkohlenstoffharz und der Füller unlöslich sind. Beispiele von geeigneten Materialien, die in dieser Eigenschaft verwendet werden können, sind wasserunlösliche Salze, wie Natriumchlorid, Kaliumchlorid· Metalle wie Kupfer, Blei, Eisen etc₀, die in wässrigen Säurelösungen löslich sind₀ Allgemein, gesprochen, irgend ein Material, das unlöslich in der organischen, zur Bildung des homogenen Breis verwendeten Flüssigkeit ist, das jedoch löslich ist in einer Flüssigkeit, in der das Fluorkohlenstoffharz (und im Verwendungsfalle der Füller) unlöslich ist, kann verwendet werden, vorausgesetzt, dass im Falle der Herstellung eines porösen, gesinterten Fluorkohlenstoffharzteiles das Material zusätzlich charakterisiert sein muss durch thermische Stabilität bei der Temperatur, bei der das Sintern des Fluorkohlenstoffharzes stattfindet«

Gemäss der Erfindung wurde ein poröses, gesintertes Fluorkohlenstoffharzteil zubereitet durch Zumischung von 10 Gew. Teilen von "Teflon 6* und 10 Gew.Teilen von Teflon 7" und 80 Teilen von Sodiumchlorid (Gesamtgewicht 2530 g) mit 1,89 1(2 quart) Petroleum bei einer Temperatur von 125° C während 120 Sekunden, um das Teflon 6 zu fibrillieren. Der sich ergebende homogene Brei wurde verwendet zur Bildung einer trockenen Vorform, die nachträglich freigesintert wurde bei 382 C

BAD

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(720 F), um einen gesinterten Fluorkohlenstoffgegenstand zu erzeugen, der eine mit der Form identische Gestalt hat. Das Salz wurde dann aus dem gesinterten Teil ausgewaschen durch Aussetzung des Teiles eines umlaufenden Wasserbades für ungefähr 14 bis 15 Stunden. Der so erhaltene poröse Gegenstand wurde getrocknet, geprüft und es wurde gefunden, dass er gekennzeichnet ist durch einen Hohlraumanteil von 80 Prozent, eine Dichte von ungefähr 0,448 kg/1 (28 Pfund pro Kubik Fuss), eine endgültige Zugfestigkeit von 14,1 kg/cm (200 psi) und einer endgültigen Streckung von 100 Prozent. Flüssigkeit, die Fluorkohlenstoffharze benetzen, sowie ihre Dämpfe gehen leicht durch den porösen Gegenstand hindurch,, Der Gegenstand stellte sich-auch als sehr wirksames Dochtmaterial heraus. -

Die Erfindung gestattet somit die Herstellung von sowohl gefüllten als auch ungefüllten Fluorkohlenstoffharzgegenständen, die sich durch ihre überlegenen Eigenschaften auszeichnen. Das erfindungsgemässe Verfahren, mit dem solche Erzeugnisse zubereitet werden können, ist bequem, wirtschaftlich und, was äusserst wichtig ist, direkt. Dank der Erfindung sind die Anwendungen für Fluorkohlenstoffharze bedeutsam ausgedehnt. Die Erfindung findet Anwendung in der Herstellung einer grossen Variität von verwickelt gestalteten gefüllten und ungefüllten Fluorkohlenstoffharzgegenständen, wie Kupplungsbelägen, Röhren, Laminaten sowie verschiedenen anderen geformten Gegenständen.

Es sollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht als auf irgend eines dar hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt angesehen werden darf, sondern dass sie in anderen Weisen ohne Abweichung von den Grundgedanken der Erfindung oder den in den Ansprüchen umrissenen Merkmalen verwendet werden kann.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur kalandrierlosen Erzeugung eines formbeständigen ungesinterten Fluorkohlenstoffharz-Gegenstandes, g e kennzeichne t durchs

   I, Herstellung eines homogenen Breies von feinteiligen Festbestandteilen in einer Flüssigkeit, enthaltend:

   (a) feste Teilchen von wenigstens einem Fluorkohlenstoffharz, und

   (b) von Null bis ungefähr 95 Prozent, basiert auf dem Gesamtvolumen der Festbestandteile im Brei, wenigstens einem Füllstoff mit der Massgabe, dass wenigstens einer der Bestandteile der aus (a) und (b) bestehenden Klasse in faseriger Form vorhanden istj'

   (σ) eine flüchtige, organische, Fluorkohlenstoffharz benetzende Flüssigkeit} und

   II, Entfernung von im wesentlichen aller Flüssigkeit aus diesem Brei unter Erzeugung einer trockenen biegsamen Matte, die von den verflochtenen Fasern des faserigen'Bestandteils der Festteile gebildet ist, wobei der vorhandene Anteil des faserigen Bestandteils gross genug ist für die Erzielung von Biegsamkeit und Festigkeit} und

   III ο Formen, ohne Kalandrieren, wenigstens eines Teiles der trockenen, biegsamen Matte in die gewünschte Gestalt bei einer

   Unterlagen (Art 711 Abc 2 Nr. I Sttz 3 <1m Xndwungae··. v. 4.0. IMH

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   15299SU

   DA-K201 .-ι ja J7 ^ ο. η

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   Temperatur unterhalb der Schmelzübergangstemperatur des Fluorkohlenstoff harzesj

   wodurch sich eine formbständige, ungesinter.te Fluorkohlenstoff-Vorform ergibt, die zu einem gesinterten, in seiner Gestalt mit der Gestalt der Vorform identischen Fluorkohlenstoffharz-Gegenstand hoher Festigkeit frei-sinterbar ist.

   •2, Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet

   durch:

   Rühren einer Mischung, die eine grössere Menge der Flüssigkeit und eine kleinere Menge der feinteiligen Festbestandteile enthält, zwecks Erzeugung.des homogenen Breies; und

   Entfernen von im wesentlichen aller Flüssigkeit aus dem Brei zur Schaffung der trockenen, biegsamen Matte.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , dass die Formung wenigstens eines Teiles der trockenen, biegsamen Matte zur"Bildung einer formbeständigen un-

   gesinterten Vorform bei einem Druck von ungefähr 14,1 kg/σία bis ungefähr 211 kg/cm (2CX) bis 3000 psi) durchgeführt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass volumenmässig ein Verhältnis von Flüssigkeit zu Festbestandteilen in dem Brei von wenigstens 6 angewendet wird.

   ■— ■* BAD

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   DA-K201

   5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4·, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff in einer Menge von ungefähr 25 bis ungefähr 60 Volumen Prozent der gesamten Festbestandteile in dem Brei verwendet wird. - -

   6„ Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e kennzei chnet , dass als Fluorkohlenstoff Polytetrafluoräthylen verwendet wird.

   7, Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Formung wenigstens eines Teiles der trockenen biegsamen Matte zu der gewünschten Gestalt in einer Form durchgeführt wird, die eine deformierbare, sich durch thermische Stabilität bei der angewendeten Formungstemperatur auszeichnende, Zwischenplatte aufweist, um eine formbeständige Vorform zu erzeugen.

   8, Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net , dass vor Entfernung der Flüssigkeit der homogene Brei auf einer flüssigkeitsdurchlässigen Fläche abgelagert wird.

   9, Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet , dass dem Brei bis zu 90 Prozent, basiert auf dem Gesamtvolumen der Festbestandteile in dem Brei, ein feinteiliges Material zugesetzt wird, das unlöslich in dar organisahen Flüssigkeit aber löslich in einer Flüssigkeit ist, in welch letzterer das Fluorkohlenstoffharz und der Füllstoff unlöslich sind,

   5/1

   und dass mittels eines zusätzlichen Schrittes das feinteilige Material aus der formbeständigen ungesinterten Vorform ausgewaschen wird, um einen porösen, ungesinterten Fluorkohlenstoffharzgegenstand zu erzeugen.

   10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis

   9, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt der Sinterung der formbeständigen Vorform bei einer Temperatur oberhalb der Schmelzübergangstemperatur des Fluorkohlenstoffharzes, um einen gesinterten Fluorkohlenstoffharzgegenstand hoher Festigkeit zu erzeugen, dessen Gestalt identisch mit der Gestalt der Vorform ist.

   11. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass als feinteiliges in der organischen Flüssigkeit unlösliches Material ein Material verwendet wird, das thermische Stabilität bei Temperaturen in der Grossenordnung der Schmelzübergangstemperatur des Fluorkohlenstoffharzes aufweist, und dass das Auswaschen des feinteiligen Materials aus dem gesinterten Gegenstand nach dem Sintern erfolgt, um einen porösen gesinterten Fluorkohlenstoffharzgegenstand zu erzeugen.

   12· Verfahren nach Ansprüchen 5,7 und 10, dadurch ge kennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Kupplungsbe- lagea bii zu ungefähr 50 Prozent, basiert auf dem Gesamtvolumen der FestbestandteiIe, eines feinteiligen Füllers verwendet werden.

   BAD ORIGINAL

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   DA-K201 · .. ■ ! * ^ ^{Ό D H}

   13α Verfahren nach Ansprüchen 5 und 10, dadurch g e k e η η zeichnet, dass zur Erzeugung eines Schleif-Fluorkohlenstoffharz-Blattes ein, ein Äbreib- oder Schleifmittel darstellendes,Material als Füller verwendet wird.

   14. Gegenstand, der nach dem in einem der vorangehenden Ansprüche angegebenen Verfahren hergestellt ist.

   bad 009885/1642