DE1794176A1 - Formmassen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Nach der Erfindung erhält man eine Polyimid-Polytetrailuoräthylen-Harzmasse, die zu Lagern mit ungewöhnlich niedrigem Reibungswiderstand verarbeitet werden kann,

Fluorkohlenstoffpolymere sind bekannte Materialien, Materialien, wie Polytetrafluoräthylenharze, die nachfolgend als TIE-Harze bezeichnet werden, erreichten weitverbreitete Verwendung auf Anwendungsgebieten, auf denen hohe Temperaturen, di—elektrische und chemische Widerstandsfähigkeit erforderlich sind. Auch wurden TPE-Harze bereits für Lager verwendet, doch erfolgten solche Anwendungen eher nach Wunsch als aufgrund der Erfordernisse. Wenn reines Polytetrafluoräthylen

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als Lager oberfläche oder als Stab,· der sich in Anlage zu einer Lageroberflache bewegt, benutzt wird, erfolgt eine zu schnelle Abnutzung, um eine solche Anwendung wirtschaftlich zu rechtfertigen,

Polglich wurden in der Vergangenheit TFE-Harze mit Füllmaterialien versehen, um die Abnutzungseigenschaften zu verbessern und die Verwendung von TFE als Lagermaterial zu erleichtern, Beispiele von Füllmaterialien sind Silicate, wie Glim-φ mer, Talcum, Aluminiumsilicate und Glas. Außerdem wurde die Verwendung von Silicaten in Kombination von Materialien, wie Molybdän, Silber und anderen Metallen zur Verstärkung von TI¹E versucht und ergab eine Verbesserung. Die USA Patentschrift ES. 26 088 beschreibt eine Reihe von Füllmaterialien zur Verbesserung der Abnutzungseigenschaften von Teflon.

Polyimidharze sind.allgemein seit einiger Zeit bekannt, obwohl in jüngerer Zeit eine Reihe unterschiedlicher Formen von Polyimidharzen entwickelt wurde. Meistens können PoIy- ™ imidhärze geformt werden, doch öie können nicht mit Erfolg als Lageroberflachen benutzt werden. Wenn Polyimidharze als lagermaterialien verwendet werden, bieten sie im wesentlichen keinen Schutz gegen übermäßige Abnutzung und Deformation. Sie Polyimide sind jedoch auf elektrischen Anwendungsgebieten und für andere Zwecke brauchbar.

Fach der vorliegenden Erfindung kann eine Masse, die TFE-Harz und Polyimidhars enthält, verwendet werden, einen Form-

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ling mit außergewöhnlicher Widerstandsfähigkeit gegen Reibungsabnutzung herzustellen, und ist daher als trockenes Lagermaterial zufriedenstellend, selbst wenn es gegen weiche Metalle, wie Messing, anliegt. Biese ungewöhnliche synergictische Wechselbeziehung zwischen dem TFE-Harz und dem PoIyimidharz ist um so überraschender, da keine der Komponenten alleine, weder das TFE-Harz noch das Polyimidharz, zufriedenstellende Lagerwiderstandsfähigkeit besitzt, speziell wenn gegen ein solches Lager ein weiches Metall, wie Messing, bewegt wird.

Die vorliegende Erfindung umfaßt demnach auch ein Verfahren zur Verbesserung der Abriebbeständigkeit von ΤΙΈ-Harzen.

Das Polytetrafluoräthylen, das zur Verwendung nach dieser Erfindung herangezogen werden kann, kann anfänglich in irgendeiner Form, wie beispielsweise als Harzpulver, Wachs, als Pasern uaw,, vorliegen. Auch Teloraere von Polytetrafluoräthylen können nach der Erfindung als Polytetrafluoräthylen verwendet werden. Polytetrafluoräthylen erhält man nach herkömmlichen Methoden, beispielsweise durch Polymerisation von Tetrafluoräthylen unter Druck und unter Verwendung freier Radifcalkatalysatoren, wie von Peroxiden oder Persulfaten. Representative Verfahren zur Herstellung von Polytetrafluoräthylenharzen sind in der USA Patentschrift 2 393 967 beschrieben. Polyimidharze werden allgemein durch Umsetzung eines primären Mamins mit einer aromatischen fetracarbonsäure, einem Anhydrid oder Ester hiervon gewonnen, wobei eine

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lineare Polyamidsäure gebildet wird, die bei nachfolgendem Erhitzen in das Polyimid umgewandelt wird. Die Reaktionsfolge kann unter Bezugnahme auf die Umsetzung, von Pyromellitsäure mit Tetramethylendiamin leichter verstanden werden. Die Reaktionsstufen sind folgende:

Stufe I - Bildung von Polyamidsäure

HOOO

+NH₉- (0H₀). - NH₀ ^{2 2}'4 ²

HN -

HNOC HOOC

GOOH

- (OE₀) ²

Stufe II - Umwandlung von Polyamidsäure zu Polyimid

Im allgemeinen besitzen die nach der vorliegenden Erfindung brauchbaren Polyimide die Strukturformel

N-R¹

OG

y® *

CO

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BAD

worin R eine Gruppe "bedeutet, die einen aromatischen Ring enthält, welcher wenigstens einen Benzolring "besitzt. Bevorzugte Gruppen R sind die folgenden:

Phenyl

Naptfhthyl

Diphenyl

oder

worin R₂ - Q - , - S - , - O - , - SO₂ - , - R₅ - , - O - R₅ 0

und - 0 - R^ - 0 - bedeutet, worin R^ ein gesättigter aliphatlscher Kohlenwasserst off rest mit 1 "bis etwa 6 Kohlenstoffatomen ist, wie - CH₂ - und GH* - OH - OH,.

Im allgemeinen kann R irgendein vierwertiger aromatischer Rest mit "tenzoiden ungesättigten Bindungen sein. Die Tier Carbonylgruppen sind vorzugsweise direkt angefügt, so daß sie Kohlenstoffatome aromatischer Ringe voneinander trennen. Die Diaminkomponente der Polyimide kann irgendein Dlamin sein, das in der Technik als "bei der Herstellung von Polyimiden

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"brauchbar bekannt ist. Is ist bekannt, daß die erwünschten Bndeigenschaften die Natur des zu verwendenden Amins beeinflussen. Im allgemeinen ist in gewissem Maße jedes primäre Polyamin brauchbar. Das Amin kann aromatisch oder aliphatisch sein. Unter den aliphatischen Aminen sind die Diaminoalkane mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen in der Kette, die die Aminogruppen voneinander trennt, bevorzugt, wobei der Alkanteil des Moleküls eine Gesamtzahl von 4 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen besitzt, wie beispielsweise Tetramethylendiamin und Hexamethylendiamin· Aromatische Diamine können ebenfalls verwendet werden, einschließlich der Phenylendiamine, wie . Metaphenylendiamin, verschiedener Haphthylendiamine und primärer Amine der allgemeinen Formel

worin IL - O - , - S -, - SO« - , - H - , - Si - , -0-Si-O- , -O-P-O- ,und -

sein kann, wobei jede Gruppe Hc eine niedermolekulare Alkylgruppe mit 1-6 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit etwa 6 Kohlenstoffatomen bedeuten kann.

Das Polymerisationsverfahren zur Bildung der Polyamidsäuren ist bekannt und bildet nicht einen ieil dieser Erfindung.

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BAD ORIGINAL

Im allgemeinen wird die gewünschte Tetracarbonsäure bzw. das Anhydrid oder der Ester mit einem primären Polydiamin in einem geeigneten Lösungsmittel ausreichend lange und bei einer erwünschten Temperatur für die Bildung der Polyamidsäure umgesetzt. Die Polyamidsäure ist allgemein in dem verwendeten Lösungsmittel löslich oder , wenn nicht, in ein oder mehreren anderen Lösungemitteln löslich.

Das Molekulargewicht der Polyamidsäure und folglich des endgültigen Polyimide kann stark variieren, je nach den Reaktionsbedingungen und den erwünschten Endeigenschaften. Die bevorzugten Polyamidsäuren besitzen eine Brookfield-Viskosität im Bereich von etwa 100 - 5.000 Centiprise als 15 Gewichts- #ige Lösung in Dimethylacetamid und N-Methylpyrrolidon in einem Mischungsverhältnis von 1:1 be125⁰C.

Das Polyimid kann aus der Polyamidsäure gebildet werden, indem man der Polyamidsäure Hitze zuführt, beispielsweise durch Erhitzen der Lösung von Polyamidsäure in einem Lösungsmittel oder durch Erhitzen der trockenen festen Polyamidsäure. Eine Zeit von wenigstens etwa 5 - etwa 30 Minuten bei einer Temperatur von wenigstena etwa 204° C (400° F) und vorzugsweise zwischen etwa 316 und 371° 0 (600 - 700° F) ist allgemein ausreichend für die Umwandlung der Polyamidsäure in das Polyimid. Bei niedrigeren leaktionstemperaturen und auch für größere Molekulargewichte und, falls erwünscht, für erhöhte Quervernetzung sind natürlich längere Zeiten erforderlich,

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Manchmal werden auch andere Verfahren für die Umwandlung von Polyamidsäure in Polyimid angewendet, wie "beispielsweise die chemische Behandlung mit einem Dehydratisierungsmittel entweder alleine oder in Kombination mit einem tertiären Amin als Katalysator. Weitere Einzelheiten von Verfahren zur Herstellung unterschiedlicher Polyimid- und Polyamidsäureharze kann man aus der Literatur entnehmen, wie "beispielsweise aus den USA Patentschriften 3 190 856, 3 105 775, 3 179 635, 2 421 024, 3 037 966, 2 710 853, 3 179 634, 2 731 447 und 2 712 543.

Es gibt verschiedene Methoden, die zur Bildung brauchbarer Massen von TEE-Harzen und Polyimid verwendet werden können. Bei einer Methode kann ein Polyimidharz entweder direkt wahrem! der Herstellung oder durch Pulverisieren zu einer Teilchengröße von etwa 10-80 Micron, vorzugsweise zwischen etwa 70 und 80 Micron, fein· verteilt und anschließend mit einem geeigneten TFE-Harz vermischt werden, das ebenfalls in feinteiliger Porm vorliegt und eine Teilchengröße zwischen etwa 5iund 50 Micron, vorzugsweise zwischen 25 und 40 Micron, besitzt.

Eine geeignete Mischmethode sollte angewendet werden, um Homogenität zu gewährleisten. Beispielsweise kann das feinteilige TPE-Harz und das feinteilige Polyimidharz in trokkener Porm bei Raumtemperatur vermischt und umgewälzt werden, um ein· ziemlich, gleichförmiges Gemisch zu erhalten. Danach, ist es allgemein erwünscht, das Gemisch in eine Pulverisier-

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maschine, wie eine Hammermühle, zu geben, um die Harzkomponenten zu vermählen und weiter zu vermischen und so Homogenität zu gewährleisten. In der Praxis erwies es sich als erwünscht, das TFl-Polyimidgemisch durch eine Hammermühle mit einem 3 mm Sieb (die öffnungen haben einen Durchmesser von 3 mm - 1/8 Zoll) zu schicken. Ideale Ergebnisse erreicht man, wenn man das Gemisch durch die Hammermühle viermal schickt.

Eine alternative Mischmethode ist die, daft Polyimidharz unter Rühren zu einer wässrigen Suspension von TEE-Harz zuzusetzen, um die Bildung einer homogenen Dispersion zu bewirken. Dann kann die Ausfällung von Feststoffen durch die Zugabe eines nicht-wässrigen Lösungsmittels,,wie Azeton, verursacht werden. Das so erhaltene Gemisch kann filtriert, gewaschen und getrocknet werden, um ein für das Formen geeignetes homogenes Material zu liefern. Natürlich kann auch in Umkehrung der obigen Methode das Polyimidharz dispergiert und das feinteilige TEE-Harz zugesetzt werden.

Das erhaltene Gemisch von Polyimid- und TEE-Harzen ist ei» jedoch ein sehr brauchbares Produkt und"besitzt außerordentliche Verschieißbeständigkeit bei der Verformung zu einer Lageroberflache. Diese Brauchbarkeit ist größer als die Brauchbarkeit irgendeines Polyimidharzes oder TEE-Harzes alleine. Jedoch muß das Gemisch weniger als 50 Gewichts-^ Polyimidharz und umgekehrt mehr als 50 Gewichts-$ TEE-Harz enthalten, um zu gewährleisten, daß die Masse eine kontinuierliche TEE-Phase oder -Matritze besitzt. In der Praxis

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wurde gefunden, daß ein Gemisch von 80$ TFS-Harz und 20$ Polyimid die erwüns elite st e Zusammensetzung eines Materials für die Verwendung in Lagern liefert.

Zusätzlich, können auch Füllstoffe während der Vermischung zugesetzt werden, um dem Geraisch Eigenschaften zu verleihen, die beim Zusatz dieser Füllstoffe zu Harzmassen normalerweise erwartet werden. Allgemein sollten nicht mehr als etwa 15 Gewichts-^ des Gemisches aus solchen anderen Füllstoffen bett stehen, die beispielsweise Graphit, Glaöfasern, Metalloxide, Glimmer, !Dalkum, Bronze, Kupfer, Aluminium, Silber, Molybdän, "Fiberfrax" usw. sein können.

Dnizch sorgfältige Kontrolle der Mengenverhältnisse, relativen Teilchengrößen, des Homogenitätsgrades und der Herstellungsbedingungen können nach dieser Erfindung Massen hergestellt werden, die, optimale Lagereigenschaften besitzen.

Bei der vorliegenden Erfindung, gemäß der die TFE-Harze ab- ■ ™ riebbeständiger gemacht werden, werden IFE-Harze durch die Einarbeitung von etwa 5-40 Gewichts-^, vorzugsweise von wenigstens 10$ lind idealerweise von 20$, Polyimidharzen, während das Polytetrafluoräthylen als kontinuierliche Phase oder Matrix beibehalten wird, verbessert. DAS !EFE-Harz und das Polyimidharz können direkt in trockener Form miteinander vermischt werden, oder das Polyimidharzpulver kann mit einer wässrigen Dispersion^, von TFS-Harzteilchen vermischt werden.

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Die Teilchengrößen und relativen Schüttvolumina sollten so sein, daß das TFE als die kontinuierliche Phase oder Matritze beibehalten wird, wie "beispielsweise durch Verwendung relativ kleiner TFE-Harzteilchen.

Die Massen nach der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, am formlinge unterschiedlicher Typen herzustellen. Die Hauptbrauchbarkeit der Massen ist 3^ed°ch offenbar diejenige ^ftt* leger und Lager oberflächen. Jedoch können aus diesen Materialien auch andere brauchbare formlinge gewonnen ^ werden. Die Fonnmethode sollte dem Fachmann für das Formen von Polymermaterialien auf der Hand liegen. Eine repräsentative Methode zur Herstellung von lagern ist die folgendes

Eine etwa 30 cm (12 Zoll) lange Stahlform wird verwendet, um eine Schnecke oder einen kleinen Bolzen vorzufonnen_s der letztlich zu einem Lager verformt wird. Der Boden der Form enthält einen Endstopfen von 2,5 cm (1 Zoll) Länge_β Die Fora wird mit der pulverisierten Masse nach dieser Erfindung gefüllt. Ein Stopfen Ton 2,5 cm (1 Zoll) wird lose auf das % obere Ende gesetzt _s sind eine Treibstange wird installiert, um dasunter-Druck-Setzen des Bolzens zu erleichtern. Die Form wird dann unter einen Druck von etwa 422 kg/cm (6.000 Psi) gesetzt, um den Bolzen vorzuformen. Anschließend wird die Form in einen Ofen gegeben, der auf 371° C (700° F) vorer- h±t%t wurde. Die Form wird in dem Ofen drei Stunden gehalten, während-welcher Zeit der Ofen auf der Temperatur von 371° 0 (700° F) gehalten wird, Dann wird die Form aus dem Ofen

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entfernt, und ein Druck von 211 kg/cm² (3*000 Psi) wird aufgebracht, während man die Form und den Bolzen abkühlen läßt.

Der Formling wird dann auf die erwünschte Größe geschnitten, gedreht und gebohrt.

Die nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung und enthalten bevorzugte Ausführungsformen.

Beispiel^ 1-4

In jedem der folgenden Beispiele war das Ausgangsiiaterial zur Herstellung des Polyimide eine im Handel erhältliche Polyamidsäure in der Form einer Polyamidsäure-Lackmasse. Die PoIyamidsäure wird durch Umsetzung von Benzophenontetracarbonsäureanhydrid mit 4,4^l~0xydianilin in N-Methylpyrrolidon als Lösungsmittel nach dem Verfahren der USA Patentschrift 3 190 856 hergestellt.

Das Polyimidharz wurde aus dem im Handel erhältlichen Lack bereitet, indem man das Material in einen Vakuumreaktor goß, 711 mm (28 inch) Vakuum aufbrachte, dann Luft in den'Reaktor einströmen ließ, um ein Vakuum von 457 min' (18 Zoll) zu erhalten, und ein Vakuum von 457 mm (18 Zoll) aufrecht erhielt. Der Beaktor wurde etwa 16 Stunden auf 107 - 121° 0 (225 250° F) erhitzt, worauf man das Material durch eine Oumberland-Mahleinrichtung unter Verwendung eines 3 mm Siebes schickte. Das Material wurde dann unter einem Vakuum von

^u^·^,,..,. 109844/1419

-"■■&Z; -. BAD ORIGINAL.

380 mm (15 Zoll) auf 107 - 121° C zusätzliche acht Stunden erhitzt und in vier Durchgängen durch eine Mikropulverisiereinrichtung mit einem 0,8 mm Sieh vermählen. Danach wurde das Material an der Luft hei 218°.0(425° F) etwa eine Stunde getrocknet, um alles Lösungsmittel zu entfernen. Nach vollständiger Entfernung des Lösungsmittels wurde die Temperatur 15 Minuten auf 357° C (675° F) gesteigert, um eine Umwandlung der Polyamidsäure in die Polyimidform zu gestatten. Das Polyimidprodukt wurde dann durch die Mikropulverisierainrichtung mit einem 0,8 mm Sieh hindurchgeschickt.

Eine Reihe von Zusammensetzungen wurde mit unterschiedlichen Mengen von TFE-Harz und Polyimidharz "bereitet. Bei der Herstellung von Gemischen von TFE-Harz und Polyimidharz wurden die ausgewählte Menge an Polyimidharz, wie oben hergestellt, und die ausgewählte Menge an TFE-Harz, in jedem Falle ein handelsübliches, feingemahlenes TFE-Pulver mit einer Teilchengröße von etwa 30 Micron, hei Raumtemperatur miteinander vermischt und gerommelt, um ein ziemlich gleichförmiges Gemisch zu ergehen. Danach wurde das Gemisch in einer Pulverisiermaschine pulverisiert, um es zu vermählen, und das TFE mit dem Polyimidharz weiter zu vermischen. Die speziell hergestellten Gemische sind in Tahelle I nachfolgend aufgeführt.

Lager und andere Testformen wurden dann aus dem Pulver durch Druckformungsmethoden gewonnen, bei denen ein hei Luft* arbeitender Stempel eine Pulverbeschickung abwärts in eine Form preßt. Verschiedene physikalische Tests wurden mit dem Form-

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ling nach den in Tabelle I angegebenen Methoden durchgeführt, und die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle I aufgeführt.

Der in Tabelle I angegebene !Reibungskoeffizient wurde in der Weise bestimmt, daß man die spezielle Hasse in eine Testhülse mit einem Innendurchmesser von 12 vm (1/2 Zoll), einem Außendurchmesser von 17 mm (11/16 Zoll) und einer länge von 12 mm (1/2 Zoll) einformte und die Hülsen^ passend in Aluminiumgehäuse mit einem AußSndurchmesser von 50 mm (2 Zoll) einsetzte und auf diese Weise ein Testieger mit der Lageroberfläche aus einer in Tabelle I aufgeführten Hasse bildete· Das Testlager wurde dann auf eine 12 um -Welle aufgebracht, die von einem Motor mit variierbarer Geschwindigkeit angetrieben wurde. Diese Welle wurde auf einen maximalen Anzeigebetrieb außerhalb 0,025 mm (0,001 Zoll) eingestellt. Das Lager wurde belastet, indem man ein Gewicht aufgab, das mit einem Draht verbunden war, welcher um die But am Umfang des Aluminiumgehäuses verlief, Reibungskraft wird dann mit Hilfe eines Brabender-Dynomometers gemessen. Bei den Standardver-φ suchen wurden Proben eine Stunde bei einem Druckgeschwindigkeit swert von 2.000 unter Verwendung einer Belastung von etwa 7 kg/cm² (100 Psi) bei einer Wellenoberflächengeschwindigkeit von etwa 6 m (20 Fuß) je Minute betrieben. Der anfängliche Abstand auf dem Lager betrug zwischen 0,076 und 0,152 mm (0,003 - 0,006 Zoll). Der Reibungskoeffizient wird dann nach ' Beendigung des Versuches berechnet. !Natürlich ist das Lager um so wertvoller, je niedriger der Reibungskoeffizient ist.

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BAD ORIGINAL

Bei der Bestimmung des Abnutzungsfaktors K, der in labelle I aufgeführt ist, wurden das gleiche Lager, Gehäuse und die gleiche Welle verwendet wie bei dem Reibungsversuch. Eine Druckgeschwindigkeit von 10.000 wurde bei einer Belastung von etwa 5 kg/cm (45 Psi) angewendet, und eine Wellenoberflächenge schwindigke it von 66 m 3e Minute wurde benutzt. Das Wellenmaterial bestand aus einer Bohrstange von e3ner Härte von B85 bis 90 Rockwell. Bei der Berechnung des Abnutzungsfaktors 1 wurde der Gewichtsverlust nach dem Betrieb während eines bestimmten Zeitraumes bestimmt, um die radiale Abnutzimg unter Verwendung der Formel R = W 4 d χ Α zu berecÄen. W ist der Gewichtsverlust, A ist die projektierte Fläche und d die Dichte. E wird dann mit Hilfe der Formel

berechnet, worin P der Druck in Pfund pro Quadratscil auf die projektierte Fläche, in öieseis Fall 1,6 mf (1/4 Qoa£ratzoll)v ¥ die Geschwindigkeit in Fuß je Minute und S die Zeit in Stunden bedeutet* Abn&t&ungsversuclie liefert währsni wenigstens 150 Stunden·

Die in Tabelle I aufgeführten Ergebnisse zeigen die überraschenden Vorteile, die man nach der vorliegenden.Erfindung erhält« So konnten Bageroberfläclien aus reines Pelyimid (Beispiel 1) oder"reinem IFE-Harz (Beispiel 4} "£leM. während der .für den Tarsuch notwendigen Zeit verwendet "^ssaeri* Me reine Poljimidlageroberflache, Beispiel 1 _f ire^SEg'fes in neEiger

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alB 5 Minuten Betriebszeit und führte zu einem ernsthaften Festfressen des VersuchsZylinders infolge der Abwesenheit einer zufriedenstellenden Lageroberflache. Die Verwendung der reinen TFE-Lageroberflache wurde nach 15 Minuten unterbrochen, da auch sie an dem Punkt des Versagens angekommen war und jede weitere Benutzung zu einem Pestfressen geführt hätte, für das Polyimidharzlager,konnte überhaupt kein Abnutzungsfaktor berechnet werden, während für das ΤΙΈ-Harzlager ein Abnutzungsfaktor Über 50.000 roh geschätzt werden konnte. Wenn jedoch TFE-Harz mit unterschiedlichen Mengen Polyimid unter genau den gleichen Bedingungen verwendet wurde, erhielt man viel niedrigere Abnutzungsfaktoren»

In ähnlicher Weise erhielt man einen überraschend niedrigen fieibuagskoeffizienten für eine Masse aus IPl mit Polyimid.

1098U/H19 ·»<*««.

Beispiel

Polyimidharz, Gewicht st eile

TEE-Harz, Gewichtsteile

Spezifisches Gewicht (ASiDM D792-60T)

Zerreißfestigkeit, Teg/cm (psi) (ASTM 1708-59T)

Dehnung, 56
(ASTM 1708-591)

Defonnierung unter Belastung, $ (ASTM D 621-59, Höd,) "bei HO kg/cm2 nach 24 Stunden "bei Eaumtemperatur
Eeilaungskoeffizient

Abnutzungsfaktor K nach 150 Stunden, Druckgeschwindigkeit = 10.000 "bei Eaumtemperatux

Tabelle I	2	3	4	..
1	20	10	0
100	80	90	100	1 • -α I
0	1.89	2*10	2.16
1.40	.174		,281
1 \S15	200		300	1794
3.0	0.19	0.24	HbenDäßiges Abblättern
0.4 0.52	30	50	unterbrochen nach 15 Minuten
Versagen innerhalb 5 Minuten

Beispiele" 5 - 13

Zur Erläuterung der Brauchbarkeit der Gemische nach der Erfindung als lageroberflächen für die Verwendung in Lagern im Zusammenhang mit Weichmetallen, wie Messing, wurden verschiedene TFE-Massen mit Polyimidharz wie in den Beispielen 1-4 hergestellt, wobei das Polyimidharz das gleiche war, wie es dort verwendet wurde. Wenn Füllstoffe zugesetzt wurden, wurden sie gleichzeitig mit dem 5_rockenvermisehen des TEE und Polyimidharzes zugegeben. Die Mengenverhältnisse der Bestandteile.sind in !Tabelle II aufgeführt. Bei der Berechnung des Abnutzungsfaktors, der in Tabelle II angegeben ist, war das bei den Versuchen zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten und des Abnixtzungsfaktors verwendete Wellenmaterial Messing, und bei der Berechnung des Abnutzungsfaktors wurde eine Druckgeschwindigkeit von 5.000 bei einer Belastung von etwa 1,6 kg/cm (23 Bsi) angewendet, wobei die Wellenoberflächengeschwindigkeit 66 m je Minute (220 Fuß je Minute) ausmachte. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle II aufgeführt.

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ÖAD ORIGINAL Tabelle II

Bei Messingwelle

Bei atitel ^^E-Harz

üeispiex Gewichtsteile Gewichtsteile

Polyimidharz JSJ⁸Sg"' Reibungsko- Abnutzungs- ^f^g j!*
n«Jr.^»<,_a "einher- effizilnt ..faktor ^e versuch

100

6	90	10	-*
7	90	10* .
8	80	20	«Mt
9	60	40	-
10	0	100
11	85	O	15 Teile Graphit
12	75	10	15 Teile Graphit
13	75	0	25 Teile Glasfaser

Blätterte für eine Verwendung zu stark ab - K größer als 50.000

35 gut

1 gut

0,18 2 gut

0.26 20 gut

Versagte innerhalb von 5 Minuten unter übermäßigem "Festfressen der Welle

0,20 200

0.25

gut gut

Versagte innerhalb von 5 Minuten unter starkem Festfressen der Welle

* Enthält 15 Gewichts-?6 einer ü?FE~Wachsmasse

Aus T_a"belle II ist wiederum unmittelbar ersichtlich, daß eine Zusammensetzung von TFE mit Polyimidharz zu merklich unterschiedlichen Ergebnissen gegenüber jenen.Ergebnissen führt, die man mit TFE oder Polyimidharζ fileine für Lager örhaTfc. So blättern die TFE-Harzlageroberflachen für eine "Verwendung zu stark ab, und reines Polyimidharz versagte meist unmittelbar nach Inbetriebnahme. Im Gegensatz dazu ergab eine Masse mit TfE als kontinuierlicher Phase mit Polyimid darin eingearbeitet gute Ergebnisse. Offensichtlieh dient das Polyimid nicht nur als Füllstoff für das TFE-Harz, da die bloße Zugabe eines Füllstoffes, wie im Falle von Glasfasern, zu einem schnellen Versagen der Lageroberfläche führte.

Beispiele 14 - 18

Die Beispiele 14 - 18 erläutern die Abnutzungseigenschaften von TFE mit darin eingearbeiteten Polyimid gegenüber mit Glas und Graphit gefüllten TFE-Kontrollproben· Wie aus Tabelle III ersichtlich, wurden drei TFE-Massen auf Abnutzung untersucht. Die drei Massen waren: TFE mit 2Ö# darin eingelagertem Polyimid, TFE mit 25# Glasfüllstoff und TFE mit 15# Graphitfüllstoff. Jede der Versuchsproben war eine Hülse, die aus Stäben von 19 mm (3/4 Zoll) Durchmesser geformt 'wurde, wobei diese Stäbe bei 562 kg/cm² (8,000 Psi) vorgeformt und unter Verwendung eines Standard SPI-Zyklus gesintert worden waren. Die drei Massen wurden auf Wellen aus Messing, Aluminium, Aluminium (nach Martin hartbesohlchtet), rost-,freiem Stahl 315 und einer Bohrstange angeordnet. In jedem '"""'■'■"*> 109844/1419

Fall wurde der Druckgeschwindigkeitsfaktor von einem Minimum •zu einem Maximum gesteigert, und die K-Faiktoren (Abnutzungsfaktoren) und Wellenbedingungen wurden bei verschiedenen Druckgeschwindigfceitshöhen geprüft» Wie in Tabelle III zu sehen, zeigen die Ergebnisse der Beispiele die Überlegenheit von Teflon mit darin eingearbeitetem Polyimid gegenüber mit Glas oder Graphit gefülltem OJFE,

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	Art der Welle Druckgeschwin- digkeit	2000 5000 10000 20000	10000 15000 20000 .	20?	!Dabelle III	gut gut	Füllstoffart	155t Graphit K Welle	gut * WN	I N) ro I
	Messing	2000 5000 10000 20000		K	» Polyimid	gut etwas fest gefressen	25# Glas K Welle	200 gut Versager* mm mm	gut
	Aluminium	Aluminium 10000 (nach Martin 20000 hartheschiohtet)	3 • 300	Welle		Versager* MW M MM MK	200	gut	179
—* O	Bostfreier Stahl 316 ·	«M «-» gut etwas fest gefressen	Versager*	130
CD CP -j» *-* CO	8 gut 180 etwas fest gefressen Versager*	3 gut Versager*	180
	7 8	9 gut Versager*
	7 120

!Fortsetzung Tabelle III

Art äer Welle Druckgeschwin-

digkeit

20g Polyimid E Welle

Itaist off art

Glas K Welle

15# Graphit K Welle

Bohrstange

10000
20000

30
70

gut gut

gut Versager*

60

gut

* "Versager" "bedeutet, daß das leger und die Welle stark festfraßen. Dies erfolgte gewöhnlich in weniger als einer Stunde der Versuchszeit.

Beispiele 19 und 20

Zur Bestimmung der Wirkung der Teilchengröße des in den TEE-Massen eingearbeiteten Polyimidmaterials wurden Versuche unter Verwendung von Polyimid mit Teilchengrößen von 100 Maschen (149 Micron) und TFE mit Teilchöngrößen von 200 Maschen (74 Micron) durchgeführt, wobei die ΤΙΈ-Massen 20$ Polyimid darin eingearbeitet besaßen. Die ΤΙΈ-Massen wurden aus Stäben von 19 mm (3/4 Inch) zu Hülsen verformt, wobei die Stäbe bei 562 kg/cm (8000 Psi) vorgeformt und unter Verwendung des Standard SPI-Zyklus versintert worden waren. Die. Versuche zeigen, daß die Abnutzungsfaktoren von TFE-Maseen mit 20$ Polyimid besser sind, wenn Teilchengrößen von 200 Maschen (74 Micron) verwendet werden. Tabelle IV erläutert die Ergebnisse des Versuches.

Tabelle IV

Beispiel 19 20

Durchschnittliche Teil- 100 Maschen 200 Maschen chengröße (149 Micron) (74 Micron)

30 5

Zustand der Welle gut gut

Die vorliegende Erfindung liefert ausgezeichnete Lagermassen' für Weichmetalle, wie Messing. Bis zu dieser Erfindung besaß die Technik keine zufriedenstellenden, bei hohen Temperaturen arbeitenden nicht geschmierten Lagerraaterialien für die Ver-

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wendung zusammen mit Weichmetallen, wie Messing. Es ist leicht zu verstehen, daß in vielen Pällen die Verwendung einer geschmierten Lageroberfläche nicht erwünscht ist* Bis heute aber gab es praktisch keine Alternative für die Verwendung geschmierter Lager für Oberflächen in Lagerkontakt mit Weichmetallen.

Ähnlich zufriedenstellende Lagermassen erhält man unter Verwendung von Mischungen von Tetrafluoräthylenharz und den linearen polymeren, mit Amid modifizierten Polyamiden der USA Patentschrift 3 179 635 einschließlich des im Handel erhältlichen Produktes, das als Westinghouse AI-131 bezeichnet wird und wohl das nach den Beispielen 1 und 2 des genannten USA Patentes hergestellte Produkt ist. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden ebenfalls mit Polyimidmischungen erhalten, in denen das Polyimid Monsanto RX-268 und Monsanto SS-6720 ader Amoco AI-.11 war.

Außer diesen speziellen Polyimidharzen können auch irgendwelche bekannten Polyimidharze, die in der Technik bekannt und beschrieben sind, verwendet werden, da es offenbar nicht die Hatur des Gesamtmoleküles, sondern vielmehr die Anwesenheit der Imidgruppen ist, die «ti den überraschenden Ergebnissen nach der vorliegenden Erfindung führt.

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Claims (13)

Patentansprüche

1. Formmasse, gekennzeichnet durch einen Gehalt an PoIytetrafluoräthylen und Polyimidharz, wobei das Polytetrafluoräthylen die kontinuierliche Phase ist.

2. Formmasse nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 80 Gewichts-fo Polytetrafluoräthylen und ?0 Gewichts-$ Polyimidhars.

3. Verfahren zur Verbesserung der AbriobbeständigkeIt von Polytetrafluoräti^lenharz, dadurch gekennzeichnet, daß man in das Polytetrafluoräthylenharz etwa 5-40 Gewichts- fo Polyimidharz einarbeitet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Polytetrafluoräfthylenharz in feinvertsilte. Porra bringt, ein Polyimidharz in feinverteilter Porm bereitet, die beiden feinverteilten Harze in einem Gowichtsver-

W - hältnis von etwa 5 - 40 Gewichts-^ Polyiraidharz und 95 bis 60 Gewichtε~>ί Polytebrafluoräthylenhars homogen raiteinander vermischt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man'ein Mengenverhältnis von 80 Gewichts-^ Polytetrafluoräthylen und 20 Gewichts-^ Polyimidharz verwendet.

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6« Verfahren nach Anspruch 5» dadurch go\?.mizelohnet, daß man das Polyimidharz bis zu einer ^teilchengröße zwischen 10 und 80 Micron pulverisiert, bevor man vermischt, und ein Polytetrafluoräthylenharc mit Teilchengrößen zwischen 5 und 5C Micron verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,, daß man Pol3^rimidharz mit Ueilchengrößen zwischen 70 und 80 Micron und Polytetrafluoräthylen mit Teilchengrößen zwischen 20 und 4C Micron, verwendet.

•3, Verfahren nach Anspruch /\ - 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pol3^rtetrafluoräthylen und Polyiraidharz durch Vermischen in einer Hammermühle homogenisiert und pulverisiert.

9. Verfahren nach Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet, daß man PolytetrafluorathjOLen-harz in einer wässrigen Lösung

suspendiert, zu dieser wässrigen Suspension.'von PolytetraflUDräthylanhars Polyimidharz in einem Mengenverhältnis von etwa 5 - 40 Gewichts-^ Polyimidharz, bezogen auf die Gesamtmenge an Polyimidharz und Polytetrafluoräthylen, zusetzt, das Gemisch unter Bildung 3iner homogenen Dispersion durchrührt und die Feststoffe aus der wässrigen Suspension durch Zugabe einer nicht-wässrigen Lösung ausfällt.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ^an eine Menge von 20 Gewichts-^ Polyiiaidhars, bezogen auf die Gesamtmenge an Polyimidhars und Polytetrafluorethylen, verwendet. ■

.11. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß man Polytetrafluoräthylen in einer Teilchengröße zwischen 5 und 50 Micron und Polyimidhars mit einer Tsilchengröße zwischen 10 und 80 Micron verwendet.

12. Verfahren nach Anspruch 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß man als nicht-wässrige Lösung zur Ausfällung der
Feststoffe aus der wässrigen Lösung Aceton verwendet.

13. Verfahren nach Anspruch 9-12, dadurch gekennzeichnet, daß man anschließend den Niederschlag von der wässrigen Suspension ahfiltriert, wäscht und trocknet.

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