DE2028747C3

DE2028747C3 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus anorganischen Pulvern und Epoxidharz

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Publication number: DE2028747C3
Application number: DE19702028747
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Filing date: 1970-06-11
Publication date: 1977-01-13

Description

als keramische Abfallprodukte, ferner Graphite, Re- Nach weiterem Durchmischen bis zum Erkalten wird

tortenkohle und ähnliche Stoffe können verwendet eine verpreßbare Masse aus der Trommel entnommen,

werden. Sie stellt eine gut rieselfähige Masse dar, die sich un-

Es hat sich gezeigt, daß die Festigkeit bzw. die Härte mittelbar nach der Entnahme aus der Trommel weiterder Formteile nach der Erfindung von der Korngröße 5 verarbeiten läßt. Die Formgebung kann nach den in bzw. der Korngrößenverteilung der verwendeten an- der Keramik bekannten preß- und strangpreßtechniorganischen Stoffe und der wahlweise verwendeten Ζυ- sehen Verfahren erfolgen. Infolge ihrer guten Rieselschläge abhängt Für jede Zusammensetzung der an- fähigkeit und ihrer ausgezeichneten Preßkorn-Eigenorganischen Grundstoffe ist daher eine optimale Grenz- schäften eignen sich die Massen nach der Erfindung korngröße zu verwenden, die in Wechselwirkung mit io auch für eine Verarbeitung in Preßautomaten. Ein dem benutzten Binder einen höchstmöglichen Verfesti- hoher Preßdruck ist dabei von Vorteil,
gungsfaktor für die Formteile nach der Erfindung er- Man kann aber auch auf das Mundstück einer Vakugibt. Im allgemeinen kommt ein Korngrößenbereich umstrangpresse oder auf eine andere geeignete Preßzwischen 0,1 und 1 mm in Frage. Innerhalb des jeweils vorrichtung eine Metallform mit Entlüftungskanälen verwendeten Bereichs ist eine möglichst breite Streu- 15 nach Art der Spritzgußformen aufsetzen und die ung der Korngröße von Vorteil. Massen in diese Formen kalt einpressen, wobei die gute

Eine weitere Verfestigung bzw. Steigerung der Härte Gleitfähigkeit der nach der Erfindung aufbereiteten

wird erzielt, wenn dem relativ groben Stoff des ge- Massen eine Ausformung ohne Schwierigkeit ermög-

nannten Korngrößenbereichs 0,1 bis 1 mm feinstes licht. Die Art der Massen macht eine Standzeit in der

Material des gleichen Grundstoffes in Mengen bis zu 20 Form, wie sie seither für ähnliche Zusammensetzungen

50% zugesetzt wird, wobei das feinste Material durch einzuhalten war, überflüssig.

Zerkleinern und Sieben auf 75, 63 oder 40μηη ge- Die beschriebenen Massen bzw. die aus ihnen er-

wonnen wird. stellten Formkörper sind in verschiedener Hinsicht

Eine weitere Gütesteigerung der Formteile wird da- noch verbesserungsfähig.

durch erzielt, daß man dem Grundstoff oder dem Harz as Durch geeignete geringfügige Zusätze von Feuchtigkleine Mengen porenfüllender oder als Gitter wirken- keit entziehenden oder bindenden Stoffen zu dem der Stoffe zumischt, nämlich Substanzen von kolloi- Grundstoff in der Mischtrommel oder zu dem flüssigen daler Feinheit oder kolloidähnliche Substanzen, wie Harz-Härter-Gemenge kann bei den fertigen Form-Kieselsäure, Kolloidgraphit od. dgl., aber auch SiO₂, körpern eine äußerst geringe Wasseraufnahme erreicht TiO₂ oder Al₂O₃, die aus der Dampfphase gewonnen 30 werden.

wurden, ferner Stoffe, die einen hohen Anteil an mikro- Man erreicht dies beispielsweise durch Siliziumdi-

kristalliner Ausmahlung besitzen, wie gewisse Dolomit- oxid aus der Dampfphase (hydrophiles »Aerosil«).

talke. Von letzteren kommt ein Zuschlag bis zu 10 Ge- Eine andere Verbesserung der beschriebenen neuen

wichtsprozent zum Grundgemenge in Frage, während Massen kann dadurch erzielt werden, daß man das

die kolloidähnlichen Zusatzstoffe bis zu 5 Gewichts- 35 fertige Preßkorn — sei es gleich in der Mischtrommel

prozent Verwendung finden können (vgl. Beispiel 1 bis oder in einer getrennten zweckentsprechenden Vor-

11). richtung — mit einer geringen Menge von hydrophober

Durch einen Anteil solcher Zusätze wird die Fließ- Kieselsäure, z. B. einem oder mehreren passend ausge-

fähigkeit der erfindungsgemäCen Mischung so erhöht, wählten Aerosilen oder ähnlich wirkender Substanzen,

daß die Formgebung auch im Strangpreßverfahren er- 40 so behandelt, daß das Massekorn vollständig von einer

folgen kann, bei gleichzeitiger Entlüftung der Masse sehr dünnen Schicht dieser Stoffe eingehüllt wird. Hier-

im Vakuum. Durch den Zusatz geringer Mengen der durch wird die Rieselfähigkeit des Preßkorns bedeutend

oben benannten hochdispersen Stoffe zu den neuen verbessert. Bei den Massen nach der Erfindung ist

Versätzen wird überdies die Kerbschlagzähigkeit der dieses Verfahren von einer neuen, überraschend guten

fertigen Formkörper erhijht. Als Harz wird verteil- 45 Wirkung.

hafterweise Epoxidharz verwendet, das keine Eigen- Wie schon erwähnt, können die aus der Mischfarbe aufweist, da andernfalls die Wirkung von Färb- trommel kommenden Massen sofort weiterverarbeitet zusätzen gestört oder gemindert würde. werden, so daß sich eine Lagerung erübrigt. Sollte

Den Massen können im Mischer auch lichtechte jedoch einmal eine solche erforderlich werden, so kann organische oder anorganische Farbstoffe, erstere in ge- 50 die gelagerte Masse durch die beschriebene Behandringen Mengen bis zu 0,5%, zugefügt werden. lung mit hydrophober Kieselsäure oder ähnlich wir-

In diesem Falle erhält man eine homogen durchge- kenden Mitteln sofort wieder zu einem Preßkorn von färbte Masse, aus der sich farbige Formkörper her- höchster Güte regeneriert werden,
stellen lassen. Die Farbe kann dann in ähnlicher Weise Nach dem Formen werden die Körper in einem gezur Farbkennzeichnung verwendet werden wie eine 55 eigneten Wärmeschrank oder auch in einem entfarbige Glasur bei herkömmlichen keramischen Teilen, sprechenden Durchlaufofen bei Temperaturen bis wobei jedoch die dem Glasieren entsprechenden höchstens 16O⁰C gehärtet. Bei dieser niedrigen Tempe-Arbeitsgänge in Wegfall kommen. ratur behalten die gegebenenfalls zugesetzten organi-

Die Aufbereitung der Masse wird in der Weise vor- sehen Farbstoffe noch ihre volle Farbwirkung,

genommen, daß man zunächst in einem Mischer die 60 Diese niedrige Verfestigungstemperatur ermöglicht

mineralischen Bestandteils und gegebenenfalls die Zu- es, zusammen mit der Formgebung Metallteile, Arma-

schläge von Kolloidstofferi und Farbstoffen in feuchtig- türen, feste Halbleiter, magnetische Körper jeder Art,

keitsfreiem Zustande homogen mischt. Gegebenenfalls Formteile aus Kohle oder Graphit, elektrische Leiter

ist der Mischer heizbar. !In einem heizbaren Behälter od. dgl. fest in die Formkörper nach der Erfindung

wird gleichzeitig das Harz erwärmt und nach dem 65 einzubetten.

Flüssigwerden ein Härter zugegeben. Nach dem Durch- Nach diesem Verfahren können also Verbundkörper

mischen wird das homogene Gemenge aus Harz und hergestellt werden. Die Eigenschaften der neuen

Härter in die laufende Mischtrommel eingesprüht. Formteile nach der Erfindung sind bei dem extrem

5 I 6

hohen Anteil an anorganischem Füllstoff fast aus- folgenden Eigenschaften auf (vgl. Normblatt DIN

schließlich durch dessen spezifische Eigenschaften be- 40 685):

stimmt- Dementsprechend können durch geeignete Biegefestigkeit 400kp/cm²

Wahl des anorganischen AnteUs auch Formteile mit er- Kerbschlagzähigkeit 1,7 kp · cm/cm*

höhter Dielektrizitätskonstante, mit bestimmtem ohm- 5 KriechstromfestigVeit Ka 3 c

sehen Widerstand oder m^:t magnetischen Eigen- Oberflächenwiderstand[".'.'. 10»bis 10"Ω

schäften hergestellt werden. Durchgangswiderstand ... ~ 10¹³ bis ΙΟ¹* Ω cm

Das Anwendungsgebiet der Formkörper nach der Dichte 2,0 kg/dm*

Erfindung ist außerordentlich vielseitig uad unterliegt Temperaturbeständigkeii.'. bis 200⁰C praktisch keinen Einschränkungen. Beispiele sind die to

elektrische Isolationstechnik, Teile für Schaltungs- 2. Es werden gemischt:

technik, magnetische und dielektrische Formteile, Kalkspat (0,1 bis 0,8 mm Korngröße) 45

Potentiometerringe, Teile für Wärmeleitung und Kalkspat (Siebgut 10 000 Maschen)... 45

Wärmeisoliejung usw. Epoxidharz 7,4

Der wirtschaftlich-technische Fortschritt durch die 15 Härter 2,6

erfindungsgemäßen Verfahrensmaßnahmen und Form- 100,0

körper ist ein erheblicher: Zugegeben werden

Durch Fortfall zahlreicher Arbeitsgänge gegenüber

der üblichen Herstellungsweise technischer Keramik- Farbstoff - · - 0,3

teile ergibt sich eine sehr wirtschaftliche Fertigung, ins- 20 Kieselsäure aus der Dampfphase .... 0,3 besondere durch die Herabsetzung der Fertigungs- _{Diese Miscnung} besitzt gegenüber derjenigen des temperatur auf 160⁰C (größenordnungsmaßig 1200° C Beispiels 1 eine verbesserte Rieselfähigkeit. Das Ausin der Keramik). Durch das unmittelbare Einpressen f_orn,_en und Härten kann in gleicher Weise wie laut bzw. durch das Fest-Zusammenfügen von Metallteilen Beispiel 1 erfolgen und die endgültigen Formkörper oder anderen Festkörpern mit den Formkörpern nach 25 _{wdsen sodann die} gleichen Festigkeits- und Widetder Erfindung ist eine weitere wesentliche Verminde- _Stands-Daten auf, wie sie dort angegeben wurden, rung von Arbeitsgängen gegeben. Ein besonderes Merkmal der neuen Formkörper ist ihre außerordentlich 3. Es werden gemischt: hohe Maßhaltigkeit, welche die Einhaltung sehr kleiner Kalkspat (0,1 bis 1 mm Korngröße) .. 40

Toleranzen ermöglicht, bedingt durch den Fortfall 30 Kalkspat (Siebgut 6400 Maschen) 40

jeglicher Brennschwindung. Dadurch können kompli- Speckstein 10

zierte dünnwandige Formkörper hergestellt werden, Epoxidharz 7,4

ohne, daß — wie in der Keramik — ein Verziehen im Härter 2,6

Brande und somit hoher Ausschuß befürchtet werden 100,0

muß. Dies bedeutet eine weitere Erhöhung der Wirt- 35 Zugegeben wird

Schädlichkeit.

Ferner haben die Formkörper nach der Erfindung Kieselsäure aus der Dampfphase,

gegenüber bekannten Teilen aus Kunststoffen einen hydrophob 0,3

außergewöhnlich hohen Anteil an billigen anorgani-

sehen Bestandteilen. Außerdem besteht die Möglich- 40 An den geformten und sodann ausgehärteten Kor-

keit, aus der Keramik bekannte Fertigungsverfahren Pem wurden die folgenden Daten ermittelt (vgl. Norm-

mit einer hohen Stückzahl pro Zeiteinheit anzuwenden. blatt DIN 40 685):

Die Wirtschaftlichkeit des neuen Verfahrens wird

weiterhin auch dadurch gesteigert, daß kennzeichnende Biegefestigkeit 395 kp/cm"

oder/und verarbeitungsverbessemde Zusätze nur in 45 Kerbschlagzähigkeit 1,9 kp · cm/cm*

geringen Mengen erforderlich sind. Sie liegen sowohl Kriechstromfestigkeit ^Kaj3c

bei der Farbstoffzusätzen als auch bei der Verwendung Oberflächenwiderstand 10« U

des hydrophoben Aerosils unter 0,5 %. Durchgangswiderstand ~ 10" Ω cm

Die Eigenschaften der mittels des Verfahrens nach Dichte 2,0 kg/dm

der Erfindung hergestellten Formkörper kommen in 50 Temperaturbeständigkeit bis 200 C

mechanischer und elektrischer Hinsicht denen eines 4. Es werden gemischt:

Porzellans vom Typ KER 111 nach DIN 40 685 weit- ' _{Kalkspat (0>1 bis} 0,9 mm Korngröße) 40

gehend nahe. Kalkspat (Siebgut 6400 Maschen) .... 40

_ . . , Dolomittalkum (16 000 Maschen,

^BeisP^iele 55 alkalifrei) 10

_ . t _v j η · · 1 -jj-χί τ Epoxidharz 7,4

In den nachstehenden Beispielen sind die Masse-Zu- Härter 2,6

sammensetzungen in Gewichtsteilen angegeben.

1. Wie vorstehend beschrieben, werden gemischt: Zugegeben wird

Kalkspat (0,1 bis 1 mm Korngröße).. 45 ° Hochdisperse Kieselsäure 0,4

Kalkspat (Siebgut 6400 Maschen) 45

Epoxidharz 7,4 5. Es werden gemischt:

Härter 2,6 Kalkspat (0,1 bis 1 mm Korngröße) .. 30

₁₀QQ ₆ Kalkspat (Siebgut 6400 Maschen) 60

' Epoxidharz 7,4

Hieraus werden Formkörper erstellt, die unmittelbar Härter —2,6

anschließend gehärtet werden. Sie weisen sodann die 100,0

Zugegeben wird

Kieselsäure aus der Dampfphase,
hydrophob 0,6

6. Es werden gemischt:

Kalkspat (0,1 bis 0,9 mm Korngröße) 30

Kalkspat (Siebgut 6400 Maschen) 50

Dolomittalkum (16 000 Maschen) 13,25

Epoxidharz 5,0

Härter 1,75

100,00 Zugegeben wird

Aluminiumoxid aus der Dampfphase 0,5 hochdisperse Kieselsäure 0,5

7. Es werden gemischt:

Kalkspat (0,1 bis 1 mm Korngröße).. 30

Kalkspat (Siebgut 6400 Maschen) 60

Epoxidharz 7,4

Härter 2,6

100,0 Zugegeben wird

Kolloidgraphit 3,0

Kieselsäure aus der Dampfphase 0,5

8. Es werden gemischt:

Ferrite (0,1 bis 1 mm Korngröße) 30

Ferrite (Siebgut 10 000 Maschen) 60

Epoxidharz 7,4

Härter 2,6

100,0 Zugegeben wird

Kolloidgraphit 0,5

Kieselsäure aus der Dampfphase 0,7

9. Es werden gemischt:

Titanate (Siebgut 6400 Maschen) 60

Titanate (Siebgut 10 000 Maschen) ... 30

Epoxidharz „ 7,4

Härter * 2,6

100,0 Zugegeben wird

Titandioxid aus der Dampfphase 0,5

10. Es werden gemischt:

Ferrite (0,1 bis 0,2 mm Korngröße) .. 45

Ferrite (Siebgut 6400 Maschen) 45

Epoxidharz 7,4

Härter 2,6

Zugegeben wird
Carbonyleisen

11. Es werden gemischt:

Retortenkohle (0,1 bis 1 mm Korngröße)

Retortenkohle (Siebgut 6400 Maschen)

Epoxidharz

²S Härter

100,0 1,0

45

45 7,4 2,6

Zugegeben wird

Kolloidgraphit

Kieselsäure aus der Dampfphase

100,0

1,0 0,3

Die vorstehenden Massezusammensetzungen sind Beispiele nach der Erfindung. Die Kombinationen der verschiedenen Stoffe können in sinngerechter Weise beliebig variiert werden, je nach dem Gebrauchszweck, dem die neuen Formkörper dienen sollen. Dies gilt besonders für Dielektrika und für magnetische Formkörper, bei denen gegebenenfalls feinere Körnunger überwiegen müssen.

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Claims

1 2 betreffenden Stoffe voll zur Geltung, z. B. elektrisch Patentansprüche: isolierende Eigenschaften, Klima- und Hitzebeständig. keit, gegebenenfalls auch besondere dielektrische oder

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern magnetische Eigenschaften (z. B. Titanatebzw. Ferrite), aus einer Mischung au ? anorganischen Pulvern und 5 Die keramische Arbeitsweise bringt jedoch zwangs-Epoxidharz, wobei die Mischung, gegebenenfalls läufig auch gewisse Nachteile mit sich, die unter andeunter Einbettung von Fonnkörperteilen, verformt rem bedingt sind durch die Dauer und die Kosten des und einer Wärmehärtung bei einer erhöhten Tem- Herstellungsvorganges (insbesondere der Sinterung bei peratur unterworfen wird, dadurch gekenn- hohen Temperaturen) und die Maßabweichungen, die zeichnet, daß das trockene anorganische Aus- io durch die Schwindung bei der Sinterung entstehen gangspulver, das eine Körnung mit einem Feinst- können.

anteil nicht unter 0,04 mm und einem Grobanteü Daher sind schon Versuche unternommen worden,

nicht über 1 mm aufweist, mit höchstens 10 Ge die Stoffe in Pulverform durch geeignete organische wichtsprozent Epoxidharz und frisch zugesetztem Bindemittel ohne Sinterung zu Formteilen zu gestalten, Härter eingesprüht und diese Mischung Vorzugs- 15 die gegebenenfalls nach Erhitzung bei mäßigen Tempeweise unmittelbar danach durch einen Preßvor- raturen lediglich diejenigen Eigenschaften aufweisen, gang, gegebenenfalls unter Einbettung von Form- die für die vorgesehenen Anwendungen notwendig sind, körperteilen verfonnt und vorzugsweise unmittel- unter Verzicht auf die möglichen zusätzlichen Vorzüge bar danach einer Aushärtung bei maximal 160⁰C der entsprechenden gesinterten Stoffe,
unterworfen wird. *> Ein praktisches Beispiel hierfür sind die magneti-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- sehen Massekerne aus Ferritpulvern mit Bindemitteln zeichnet, daß als anorganischer Stoff mineralischer nach der deutschen Patentschrift 756 383, S. 2, Kalkspat verwendet wird. Zeile 103 ff., die zur Erzielung magnetischer Wirkun-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gen in Hochfrequenzfeldern dienen,
gekennzeichnet, daß dem anorganischen Stoff im *5 Ein weiterer Vorschlag gemäß der deutschen AusMischer vor der Zugabe des Harz-Härter-Gemen- legeschrift 1 192 090, nach einem entsprechenden Verges kolloidale oder kolloidartige Substanzen, wie fahren Formteile für die elektrische Isolierung herzuhochdisperse Kieselsäure, Kolloidgraphit oder aus stellen, hat keine praktische Verwendung gefunden,
der Dampfphase gewonnenes SiO₁ TiO₂ und/oder Beide vorstehend genannte Verfahren eignen sich A1,O„ in Mengen bis zu 5% sowie gegebenenfalls 30 nämlich nur für die Herstellung einfach gestalteter lichtechte Farbstoffe in Mengen bis zu 0,5% beige- Formteile, wie sie als Vollzylinder, Hohlzylinder oder fügt werden. Ringe für Ferritmassekerne od. dgl. in Betracht kom-

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, men, nicht jedoch für die Herstellung von Formteilen dadurch gekennzeichnet, daß das Rohgemenge ent- mit komplizierter Gestalt, wie sie bei den elektrischen weder in der Mischtrommel oder nach Entnahme 35 Isolierteilen benötigt werden.

mit kolloidähnlichen Stoffen nachbehandelt wird. Das Verfahren nach der Erfindung steHt eine neu-

wobei der Stoffzusatz 1 % nicht übersteigt. artige Arbeitsweise für die Herstellung von Formteilen

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, aus anorganischen Pulvern ohne Sinterung dar, die dem dadurch gekennzeichnet, daß geformte Metallteile, geschilderten Nachteil der Beschränkung auf Form-Armaturen, elektrische Leiter und -Halbleiter, 4° teile einfacher Gestalt nicht unterworfen ist und außermagnetische Körper jeder Art, Formteile aus dem zusätzlich Vorteile mit sich bringt, die nachfolgend Kohle oder Graphit, deren Eigenschaften durch aufgeführt und erläutert werden.

den erfindungsgemäßen Herstellungsprozeß nicht Das Herstellungsverfahren nach der Erfindung ist

verändert werden, in einem Arbeitsgang in die gekennzeichnet durch die Vereinigung bereits bekann-Masse kalt eingepreßt werden, wobei bei Be- 45 ter mit neuen, bisher unbekannten Verfahrensschritten nutzung von Preßautomaten diese mit Zubringer- und ermöglicht eine einfache und wirtschaftliche Fertivorrichrungen für die einzupressenden Festkörper gung von Formteilen aus 90 und mehr Gewichtsproversehen sind. zent anorganischer Pulver, also mit besonders geringen

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, Anteilen von organischen Bindemitteln, auch bei komdadurch gekennzeichnet, daß auf das Mundstück 50 plazierten Körperformen. Ein entscheidender Vereiner geeigneten Vakuum-Preß- oder Strangpreß- fahrcnsschritt besteht darin, daß die anorganischen Einrichtung Metallformen mit Entlüftungseinrich- Bestandteile der Rohmasse in einer Mischtrommel mit tungen so aufgesetzt werden, daß in diese die einem homogenen Gemenge aus einem Kunstharz und Masse fest eingepreßt und sogleich kalt ausgeformt einem zugehörigen Härter besprüht werden. Hierdurch wird, wobei gegebenenfalls in die Formen einge- 55 wird es ermöglicht, eine Rohmasse zu erhalten, die legte Metallarmaturen oder andere Festkörper von ohne die sonst für das Ablaufen physikalischer oder der eingepreßten Masse zumindest teilweise um- chemischer Vorgänge benötigten Standzeiten preßgeschlossen werden. formt und unmittelbar nach der Formgebung einer

Aushärtung bei höchstens 160⁰C unterworfen werden

60 kann.

Als anorganische Ausgangsstoffe haben sich besonders solche als geeignet erwiesen, die von Natur aus

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ver- oder durch vorangegangene keramische oder technifahren zur Herstellung von Formteilen aus anorgani- sehe Verarbeitung kristalline Struktur besitzen. Solche sehen Pulvern und Epoxidharz. Formteile aus solchen 6g Stoffe sind z. B. Kalkspat, Magnesit, natürliche oder Stoffen werden gewöhnlich nach keramischer Arbeits- synthetische Ferrite, Zirkonsand, Titanate und Titanweise hergestellt. Die gesinterten Erzeugnisse bringen dioxid, gegebenenfalls nach besonderem Herstellungsdie nhvsikalischen und chemischen Eigenarten der verfahren. Auch Silikate in mineralischer Form oder