DE1669942A1

DE1669942A1 - Metall-Polymerisatzusammensetzungen und Gegenstaende daraus

Info

Publication number: DE1669942A1
Application number: DE19661669942
Authority: DE
Inventors: Foerster George Stephen
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1966-01-03
Filing date: 1966-12-30
Publication date: 1971-07-15
Also published as: FR1506143A; BE692008A; NL6700036A; GB1168701A

Description

Dipl-Ing. F.Weickmann, Dr. Ing. ü.Weickmann, Dipl.-Ing. H.Weickmann D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Patentanwälte

ΙΐΙ·ίΥ 8 MÜNCHEN 27, MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER «3921/22 ' D D >J & H C

Oase 11 ,275-J?

ΐΗϋί 1>OW ÜJtiiiä-xIÜAL UUtIPiLiY, 929 üast Main ritreet, Midland, lü cni^aii / Y. bX. *.,

Hetall-PolymerisatzuBammensetzungen und ü-egenstände daraus

Me Jirfinduiiij; betriii't Metall-Polymerisatzusammensetzungen uxid ü-egens cäxiüe, insbesondere Formlinge aus einer Zusamnensetzung, die aus einem größeren Anteil I-Ietallteilchen una einem kleineren Anteil eines klebenden, tliermoplndtli-jc:/>en Polymerisat bestellt, sowie ein Verfaiiren zur Herstellung desselben.

Leichtgewientige iletallgegenstäucte eignen sicli für viele VerwendungzwecKe, wo sowohl Festigkeit als auch, geringes G-ewicnt erforderlich sind, -^in übliches Verfahren zur Herstellung von Hetallgegenständen besteht aus dem Vorpressen von Hetallpulvern und Sintern unter Bildung kohärenter, ^eiOrmter Massen. Bei der Herstellung von verdichteten Formungen aus Leichtmetallpulvern, wie Ma-

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_onesium, Aluminium und Beryllium entstehen jedocn ochv;ierigkeiten. Beispielsweise sind (1) derartige lietalle ganz allgemein nicht sinterfähig, (2) ist eJn zusätzliches Komprimieren und eine '„'ärmebehanülung orforderIion, um Strukturen zufriedenstellender i'estigicei c zu erhalten, {')) weisen die net alle auf der x'eilcn^i.oberfläche uxydxilne auf, \/el ehe das Pressen und Sintern a türen, und (4) neigen üiese Metalle dazu, die i'rontflncnen der iiatrisen und otempel bei der i'ormgebung zu y-reciileiiie^. ±jS wurde bereits versucnt, die lietalle ge^e.. aie .Bildung der schädlichen Oxydfilme durch Verfahren vie Versintem des .freiilings in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre zu senützen, die zusätslicneij. Kosten uuu juiiv;endungen zusammen mit unerwünschten i'estigkeitsaii/enscnaften des erhaltenen -froauktes haben jedocn ei..f- v/a^^edennte Anweiidung derartiger Methoden verhinüf-rt.

Diese iiachteile werden erfindunäSgemäli beseitigt durch Zusammensetzungen aus (a) 65 bis ^]-)b Vol.;j feinteiliger aetallpartikel und (b) 35 bis 5 Vol.,« eiuet; lViuteiligen klebenden, thermoplastischen Polymer!satt;, die gründlich miteinander gemischt vorliegen und aie durch Anwendung von Druck und härme zu kohärenten i'orialingen geformt werden. ~~"

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r der J-esei earning "Volumen" wird liier das Volumen verstanden, v/elcues aus der Masse oder den Gewicht der Metallteilchen miti des verwendeten tnei'moplasti sehen Materials durcn Division durch die jeweilige !Dichte ernalteii wird.

ΰ-euäii einer Ausfünrungsform der jirl'indung werden die oben erwännten 3estandteile (a) und (b) miteinander gemischt, (2) die ernaltene Mischung in die gewünschte Forri ^ebraciit, (3) der Formling erhöhten 'j-'emperaturen uixG '.Drucken sun Verselimelzen von Polymerisat und Metallteilchen ausgesetzt, und (4) der erhaltene formling abgekühlt. Bei diesem Verfanren erfolgt das Erhitzen und Komprimieren der Mischung in einer einzigen Stufe, was die Anwendung verhältnismäßig holiei* 'ienperaturen, z.3. 15ü bis 2bO°C, in der Form ermöglicht, so daß es nicht noxwendig ist, übermäßig hohen Druck anzuwenden, um das ProaUiCt zu formen, ßs wurde gefunden, daß geformte Produkte mit guten Festigkeits- und Zugtigenschaften erhalten werden, wenn sie bei der liaximaltemperatur, auf die Form und Metall-Polymerisatmischung erhitzt Vier den, ausgeworfen v/erden. Sobald sie ausgeworfen sind, können die Formlinge ohne Formverlust ohne Träger gekühlt werden.

BAD ORiGiNAL 109829/172 U

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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird (1) Bestandteil ( a) mit Bestandteil (b) wie oben beschrieben miteinander gemischt, (2) die Mischung in eine form gebracht, (3) die Mischung unter Druck gesetzt,

(4) der erhaltene Gegenstand aus der 3?orm entfernt und

(5) der geformte Gegenstand erhöhten Temperaturen zum Verschmelzen des Kunststoffmaterials mit der Überfläche der Metallteilchen unterworfen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden etwa 90 bis etwa 70 Vol.# der Metallteilchen mit etwa 10 bis etwa 30 Vol.$ eines feinen Pulvers eines klebfähigen thermoplastischen Polymerisats, wie z.B. eines Mischpolymerisats von Äthylen mit einer äthylenisch ungesättigten Garbonsäure, gemischt. In der Mischung sind die Polymer ■risatpulverteilchen sehr klein im Vergleich zu den Metallteilchen, und das Polymerisatpulver bedeckt im wesentlichen die Oberfläche jedes Metallteilchens. Die erhaltene Mischung wird bei Temperaturen von etwa 15Ö°G in jede gewünschte Form gebracht. Der geformte Gegenstand wird dann gekühlt.

Die Erfindung ist besonders von Vorteil für die Verwendung von Metallteilchen, die auf ihrer Oberfläche Oxyd-

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schichten aufweisen« Es ist bekannt, daß Metallteilchen, die keine Qxydüberzüge aufweise»., zusammengepreßt und versintert werden können. Es ist jedoch schwierig, eine starke Bindung zwischen den leuchen zu erhalten. Auch ist es bekanntlich sehr schwierig _r gesinterte Gegenstände zu formen, wenn oxydüberzogene Metallteilchen verwende t werden. Bs wurden bereits Versuche unternommen, um oxydüberzogene Metallteilchen einer Kohlenmonoxyd- oder Wasserstoffatmosphäre auszusetzen, um das Oxyd auf dem Metall zu reduzieren, jedoch lassen sich nicht alle überzogenen Teilchen leicht reduzieren. Da erfindungsgemäß ein klebfähiges, thermoplastisches polymerisat zum "Verbinden der Metallteilchen verwendet wird, können entweder aus reinem Metall bestehende oder oxydüberzogene Teilchen zur Herstellung der gesinterten Gegenstände verwendet werden. 2u den in der Erfindung verwendbaren Metallteilchen gehören beispielsweise Magnesium, Magnesiumlegierungen, wie beispielsweise Magnesium-Aluminium, Magnesium-Zink und Magnesitun-Zinn-Legierungen,, Aluminium, Aluminiumlegierungen, wie z.B. Aluminiua-Silicium und Aluminium-Kupfer-Iegierungen, Eisen, Kupfer, Blöi, Titan und Beryllium. Me Metallteilchen haben vorteilhaft eine Größe von 0,84· bis 0,04 mm* vorzugsweise von 0,3 Me 0,07 ram*

Als Polymerisate können bei der Erfindung die klebfähigen.Thermoplasten verwendet werden. Bevorzugte Beispiele hierfür sind normale, Pfropf- oder Blockmischpolymerisate aus einem größeren ■Anteil-Äthylen und etwa 3 bis etwa 20 Gew.fo, bezogen auf das Mischpolymerisat, eines saueren Comonomeren, welches zu den oC,ß-äthylenisch ungesättigten Mono— und Polycarbonsäuren und Säureanhydriden mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen pro Molekül und den Partialestern dieser Polycarbonsäuren, in denen die Alkoholgruppe 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweist, gehört. Zu derartigen sauren Oomonomeren gehören beispielsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Itaeonsäure, Maleinsäureanhydrid, Monomethylmaleat, Monoäthylmaleat, MonomethyIfumarat und Monoäthylfumarat.

Die Polymerisatteilchen sollten klein genug sein, um die Oberfläche jedes Metallteilchens in der Polymerisat-Metallmisehung im wesentlichen zu bedecken. Vorzugsweise sollten die Polymerisatteilohen kleiner als 0,07 mm sein und vorzugsweise kleiner als 0,04 mm.

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Aus der erfindungsgemäßen Polymerisat-Meta.llzusammensetzung lassen sich verschieden geformte. Gegenstände
herstellen, beispielsweise indem man die Zusammensetzung in eine Formpresse mit der gewünschten Form bringt und Temperaturen von 135 bis etwa 260⁰O und einem Druck von mindestens 1,4 kg/cm aussetzt. Die Form wird gekühlt und die geformte Zusammensetzung ausgeworfen. Die speziellen Eigenschaften des verwendeten Polymerisats ergeben nicht nur eine gute Haftung unter Verbindung aller Metallteilchen, sondern ergeben auch eine gute
Sciimierwirkung für den Formling, wenn er aus der Form ausgeworfen wird. Die Gleitmitteleigenschaften des
iolymeriaats ermöglichen daher das Auswerfen des Formlinge aus der Form ohne Zerbrechen oder Rißbildung im F α !'Eiprodukt.

Uu den erfindurigsgemäßen iOrmgegenetänden gehören beispielsweise Zahnräder, Kettenräder, Unterlegscheiben, Diatanzscheiben sowie Rohr© and Hohlinge, aus denen
derartige nützliche Gegenstände anschließend hergestellt werden.

In den folgenden Beispielen wurden die bei erhöhter Temperatur geformten Metall-Polymerisatpreßlinge auf Propor-

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tionalgrenze, Zugfestigkeit und prozentuale Kontraktion untersucht, Die Versuche wurden durchgeführt, indem ein Metall-Polymerisatpreßling zwischen die Platten einer hydraulischen Presse gebracht wurde. Die Presse var mit einer Druckmeßvorriclitung und einem Extensometer ausgerüstet, welches die vertikale Distanz maß, um die sich die obere Platte bei Erhöhung der Belastung bewegte» Bei Erhöhung der Belastung wird das format des Preßlings proportional vermindert (Kontraktion). Bei Erhöhung der Belastung wurde jedoch ein Punkt erreicht, bei dem eine gegebene Belastung eine größere Kontraktion des Preßlings hervorruft als bei geringeren Drucken. Der Druck oder die Belastung an diesem Punkt wird als Proportionalgrenze bezeichnet. Bei der kontinuierlichen Erhöhung der Belastung wurde ein weiterer Punkt erreicht, an dem der Preßling riß. Der Druck an diesem Punkt wird als Zugfestigkeit bezeichnet. Die prozentuale Kontraktion wird durch Division der Länge des komprimierten Preßlings am Reißpunkt durch die ursprungliche Länge, d.h. die Länge des Preßlings vor dem Anlegen von Druck, und Multiplizieren des Quotienten mit 100 bestimmt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken.

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Beispiel 1

95,00 g Aluniniumkügelchen mit 0,149 bis 0,044 mm Durchmesser wurden zusammen mit 5,0 g (12,4 Vol.>i>) eines feinteiligen Aerylsäuremischpolymerisats (8 G-ew.;?ö), welches auf Polyäthylen gepfropft war, in einen verschließbaren Behälter gebracht. Die Mischung von Metall und Polymerisat wurde durch etwa Iminütiges Schütteln des .Behälters gründlich gemischt* Darm, wurde die Mischung in eine Preßform mit zylindrischer S'ormvertiefung von 19 mm Durchmesser und 3ö mm Höhe gebracht und darin komprimiert. Während der Verdichtung'wurde die l'emperatur auf 107°C und der Druck auf 70 kg/mm erhöht,und di-eser ÜJemperaturgrad mid dieser Druck wurden etwa 1 Minute aufrechteriialten« Der Preßling wurde dann nus der Form ausgeworfen und erneut 1 Stunde auf 177⁰U erhitzt und dann auf !Raumtemperatur abgekühlt.

Der Preßling wurde untersucht und wies folgende Eigenschaften aus;

PrOporitonalgrenze (kg/cm ) 147

Zugfestigkeit (kg/cm²) 259

Kontraktion, '/<* 7

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Beispiel 2

Das Verfahr en. von Beispiel 1 wird im ve sent liehen wiederholt, jedoch wurde die Polymerisat-Metallzusaramensetzung, während sie in der i'ori war, auf 195⁰G erhitzt und gleichzeitig einem Druck von 35 kg/mni ausgesetzt. Der Preßling wurde noch in der l^?orm auf 93^Qö abgekühlt und anschließend ausgeworfen und auf Zimmertemperatur gekühlt.

Der erhaltene Preßling wies folgende Eigenschaften auf:

'Proportionalgrenze 189 kg/cm

"■■--■■■_ . ' "j

Zugfestigkeit ^: "' 210 kg/cm

Kontraktion 3 >

Be i s ρ i e 1 3

Das Verfahren von Beispiel 1 v/urde. im wesentlichen wie derholt, jedoch wurden 90 g Aluminiuiapellets und 10 g . (23 VoI·$'«)" des Pfropfmischpölymerisats anstelle der in Beispiel 1 verwendeten Mengen angewandt. Der erhaltene Preßling wies folgende Eigenschaften aus: .

ο Proportionalgrenze 105 ^

Zugfestigkeit 245 kg/cm²

Kontraktion ; 17 5«

BAD

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Beispiel 4

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde im wesentlichen wiederholt, jedoch wurden 90 g Äluminiumpellets und 10 g (23 Vol«';o) des Pfropfmischpolymerisats anstelle der in Beispiel 1 verwendeten Mengen eingesetzt Der erhaltene Preßling wies folgende Eigenschaften auf:

Proportionalgrenze 84 kg/cm

Zugfestigkeit 224 kg/cm

Kontraktion 16 %

Beispiel

Das "Verfahren von Beispiel 1 wurde im wesentlichen wiederholt, jedoch wurden 85 g Aiuminiumpel3ebs und 15 g (30 Vol.fo) des Pfropfmischpolymerisate anstelle der in Beispiel 1 verwendeten Mengen eingesetzt. Der erhaltene Preßling wies folgende Eigenschaften auf:

Proportionalgrenze 140 kg/cm

Zugfestigkeit 228 kg/em

Kontraktion 21 $>.

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Claims

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P A Ϊ E M" T A E S. P R Ü G H E

1. Formgegenstand aus einer Metall-Polymerisat-

zusammeiis et surig, dadurcli gekennzeichnet, daß er 65 bis y5 Vol./o feiner He tall teilchen und 35 bis 5 Vol.>S feiner xeilcheii eines A-iisclipolyjnerisats von Äthylen und Utnylenisch ungesättigten Carbonsäure enthält.

ι... ■ J-egeixötand na cn Anspruch T, dadurch gekennzeich net, daß die -netallteilchen aus Aluminium und das Mischpolymerisat aus -a-thylen und Acrylsäure bestehen.«

3. ' Verfahren zur Herstellung eines geformten Metall-Polymerisatgegenständes, dadurch gekennzeichnet, daß (1) miteinander (a) 65 bis 95 VoI.^ feiner Metall-■ teilchen und (b) 35 bis 5 Vo~L.^Lß> feiner Teilchen eines Hischpolymerisats von Äthylen mit einer äthylenisch ungesättigten Carbonsäure gemischt, "(2) die erhaltene Mischung in eine gewünschte Form gebracht, (3) der formling erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck zum Verschmelzen der Teilchen von Polymerisat und .Hetall miteinander ausgesetzt, und (4) das erhaltene verschmolzene Produkt gekühlt wird.

©AD ORIQINAL

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4· Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gc-kennze lehnet, daß die Hetallteilchen. aus Aluminium una das .Mischpolymerisat aus Äthylen und Acrylsäure bestehen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurcn gekennzeichnet, daß die iietallteilchen eine &röße von vreniger als
0,84 mm und die Mis clip ο lymeri sat teilchen eine dröBe von
weniger als 0,074 mm aufweisen»

6. Verfahren nach·Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der formgebung der Mischung der formling
nur Druck una anschließend einer erhönteii Temperatur
ausgesetzt wird.

7. Formmasse aus 65 Ms. 95 Vol.> feiner Hetallteilchen und 35 t»is 5 Vol.>⁰ feiner i'eilchen eines riischoolycierisats von Äthylen mit einer äthylenisch ungesättigten Garbonsäure.

8» Formmasse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Die tall teilchen aus Aluminium und das Mischpolymerisat aus Äthylen und Acrylsäure bestehen.

9. Formmasse nach Anspruch Q₃ dadurch gekennzeichnet, daß sie 90 bis 70 Vol.> Aluminium und 10 bis 30 Vol.;< Hiβcupοlymerisat enthält, __

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