DE2339514A1

DE2339514A1 - Drahtzieh-trockenschmiermittel und seine herstellung

Info

Publication number: DE2339514A1
Application number: DE19732339514
Authority: DE
Inventors: Walter Andrew Smigel
Original assignee: Pennwalt Corp
Current assignee: Pennwalt Corp
Priority date: 1972-08-04
Filing date: 1973-08-03
Publication date: 1974-02-14
Also published as: SE392123B; FR2194494B1; GB1416213A; BE802114A; AR229148A1; CA1006497A; BR7305674D0; FR2194494A1; JPS4953609A; NL7310821A

Description

Patentanwälte

Dr. !ng. Walter Abitz
Dr. Dieter F. Mo rf
Dr. Hans-A. Brauns 3. August 1973

8 München uo, r.ouz&nauoistr. 28 jr 2034-

PENNWALT CORPORATION

Pennwalt Building, Three Parkway, Philadelphia, Pa.

V.St.A.

Drahtzieh-Trockenschmiermittel und seine Herstellung

Aus dem in der Drahtziehteehnik vorliegenden Trend zu höheren Arbeitsgeschwindigkeiten ergeben sich neue Forderungen an Schmiermittel, die zur Ausbildung einer».■Grenzflächenschmierung während des Hindurchgangs der Stange oder des Drahtes durch das Ziehwerkzeug Verwendung finden. Beim herkömmlichen Drahtziehvorgang wird auf den Draht nach Reinigung ein Träger für das Metallziehschmiermittel, wie Kalk, aufgebracht. Bei danach Durchführung des Trockenziehens unter Einsatz einer gepulverten Seife wird der die Trägerbeschichtung aufweisende Draht durch einen Ziehkasten geführt, der die gepulverte Seife enthält. An der Drahtoberfläche kommt eine kleine Menge Seife zur Haftung, die mit dem Draht in das Ziehwerkzeug eingeführt wird. Durch die Wärme und den Druck des Ziehvorgangs werden das Schmiermittel und der Träger in einen plastischen FiIm übergeführt, der zur Verminderung von Reibung und Minimierung von Metall-Metall-Kontakt dient, wodurch ein Verkratzen des Drahtes

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verhindert und die Lebenszeit des Ziehwerkzeugs erhöht wird.

Das Schmiermittel hat zum Zeitpunkt der Aufbringung auf den Draht Teilehenform, d. h. es liegt weder in geschmolzener Form noch in Lösung vor. Die erhöhte Arbeitsgeschwindigkeit neuer Maschinen hat zu verschärften Problemen in Verbindung mit einer "Kanalbildung" beim Durchlauf des Drahtes durch die Trockenschmiermittelschicht geführt; mit anderen Worten, der Draht durchläuft das gepulverte Schmiermittel so rasch, dass die Teilchen dazu neigen, zu "packen" und einen Tunnel zu bilden, den der Draht dann durchläuft, ohne adäquaten Kontakt mit dem Trockenschmiermittel zu erlangen. Das Problem verstärkt sich noch durch Schmiermittel, die eine Affinität für Feuchtigkeit, eine erkannte Ursache eines "Zusammenbackens" von Schmiermittel in dem Ziehkasten, haben. Das Mittel gemäss der Erfindung setzt die Tunnelbildung herab und erlaubt zugleich höhere Arbeitsgeschwindigkeiten und eine Verminderung des Ziehwerkzeug—Verschleisses.

Allgemeinen Stand der· Technik gibt ein Aufsatz von Smigel u.a., "Metal Drawing Lubricants For Wire !Tubing and Sheet Steel", "Iron an.d Steel Engineer", April 1951, wieder. Die Herstellung einer typischen Seife ist in US-PS 2 956 beschrieben.

Die vorliegende Erfindung stellt ein 3?rockenzieh-Drahtschmiermittel in Form kleiner» niciitgleichmässiger, gerundeter Agglomerate zur Verfügung. Das Kittel widersteht beim Einsatz in herkömmlichen Vorrichtungen zum Drahtziehen auf Grund seiner Fliesseharakteristiken und Beständigkeit gegen Feuehtigkeitsaufnahme der Eaixalbiläung» Während das Mittel in seiner bevorzugten Form im wesentlichen staubfrei ist, ist das Vorliegen von Feinstoffen in kleineren Anteilen in dem Mittel gemäss der Erfindung ohne Verlust der Arbeitseffizienz tolerierbar.

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Die Teilchengrösse der gerundeten Agglomerate kann sehr verschieden gewählt werden. Den "bevorzugten Teilchengrösse-Bereich nennt die folgende Tabelle:

Siebanalyse Mengenbereich, % vom Gewicht

der Probe

von 20-Masehen-Sieb

(lichte Maschenweite 0,8¹I mm) . 35 - 44

von 40-SKaschen-Sieb

(lichte Maschenweite 0,4-2 mm) 33 - 36 von bU-^naschen-Sieb

(lichte Maschenweite 0,25 nun) 14 - 16

passierend . 8-13

Die chemische Zusammensetzung der Agglomerate des Mittels gemäss der Erfindung ist nicht entscheidend. Man kann mit allen für den Einsatz als Trockenschmiermittel geeigneten Seifen-Formulierungen arbeiten. Typischerweise enthalten solche Formulierungen etwa 30 bis 95 Gew.% einer Seife und, etwa 5 bis 70 Gew.% eines Füllstoffs oder Dickungsmittels zur Regelung oder Lenkung des Erweichungspunktes des Fertigprodukts. Das Agglomerat-Mittel kann auch bis zu etwa 35 % an filmfestigenden und reibungsmindernden Stoffen und kleinere Mengen, d. h. bis zu 1 bis 5 Gew.% an Rostschutzmitteln, Farbstoffen, Parfüm- bzw. Geruchsstoffen oder dergleichen enthalten.

Bei der Bildung des Mittels gemäss der Erfindung wird zuerst eine Seifen-Formulierung zubereitet, indem man die verschiedenen Reaktanten, wie ein Fett oder eine Fettsäure, ein Alkalineutralisierungsmittel, Wasser, einen Füllstoff und ein Rostschutzmittel in eine beheizte, mit einem Bewegungsorgan versehene Reaktionsvorrichtung einführt. Die Reaktionstemperatur beträgt etwa 65 bis 150° C (etwa 150 bis 300 F). Die Art der Reaktionsvorrichtung ist nicht entscheidend; man kann im beheizten und mit Bewegungsorgan

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versehenen Eeaktionsvorri.chtungen beliebiger Art arbeiten. Während der Eeaktion geht das Eeaktionsprodukt von einer teigig gearteten Paste in ein Pulver über.

Das Pulver enthält am Schluss gewöhnlich etwa 7 bis 12 % Feuchtigkeit (bestimmt durch Erhitzen auf konstantes Gewicht bei 105 C). Es wird dann dem Trocknen unterworfen, das man durch Bewegung noch unterstützen kann. Die erste Trocknungsstufe kann in der Eeaktionskammer durchgeführt werden. Wenn das Trocknen unter Verwendung eines gesonderten Behälters erfolgt, erlaubt eine einfache, belüftete Trommel, die mit einem zweischaufeiigen Bewegungsorgan zum sachten Umwälzen der Teilchen versehen und auf eine Temperatur von über 93 C (200° F), aber unter dem Schmelzpunkt der Seife erhitzt ist, ein gutes Arbeiten. Während des Trocknens in dieser Verarbeitungsstufe, in der das Produkt unter sachter EoIl- bzw. Umwälzbewegung bewegt wird, bildet sich eine weiche, heisse, klumpige Masse. Die Agglomerate in der klumpigen Masse haben einen Durchmesser von 0,3 bis 9 cm (i/8 bis 3 V 2 Zoll).

Es ist für die Erfindung wesentlich, dass in der ersten Trocknungsstufe nicht das gesamte Wasser aus dem Produkt entfernt wird. Wasser wird entfernt, bis das klumpige Agglomerat etwa 5 % Feuchtigkeit enthält, worauf man dieses abkühlt und dann einer Mahlvprrichtung zuführt. Wie sich gezeigt hat, liefert ein Feuchtigkeitsgehalt von etwa 3 bis 5 °/° ein Produkt, das sich nach Abkühlung gut für das Mahlen eignet. Bei einigen Formulierungen kann auch ein höherer Feuchtigkeitsgehalt in dieser Stufe, bis zu 7 bis 12 Gew.%, toleriert werden. Ein Arbeiten im oberen Teil des Bereichs des Feuchtigkeitsgehaltes des Produktes ist für das Mahlen im allgemeinen bei denjenigen Formulierungen notwendig, die mit höherschmeIzenden Fetten (d. h. oberhalb etwa 58° C schmelzenden) hergestellt werden oder bei denen, in denen sich unlösliche Seifen bilden, oder bei solchen, die einen relativ hohen Prozentsatz an unlöslichen Füll-

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Stoffen oder Additiven enthalten. Bei einigen Mitteln kann der Wassergehalt vor dem Mahlen auch auf derart niedrige Werte wie etwa 1 % vermindert werden.

Die Natur der Mahlvorrichtung ist mit der Massgabe nicht entscheidend, dass die teilgetrocknete Formulierung in ein feines Pulver übergeführt wird. Eine herkömmliche Hammermühle ergibt ein zufriedenstellendes Verhalten. Die Produktteilchen haben in dieser Stufe im allgemeinen das Aussehen abgescherter, flacher Plättchen mit rauhen Kanten unter Vorliegen zufallsmässiger bzw. statistisch ungeordneter Grossen,

Nach dem Mahlen wird das feine Pulver in einen mit sachter Bewegung arbeitenden Trockner eingeführt, der in dieser Stufe, wenn gewünscht, von der Atmosphäre abgeschlossen sein kann. Durch Wärmezufuhr bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt der Formulierung wird in dem Trockner eine feuchte Atmosphäre (Wasserdampfatmosphäre) hergestellt. Die sachte Bewegung führt bei diesen Bedingungen zur Agglomeration des feinen Pulvers zu gerundeten Teilchen ohne scharfe Kanten. Obwohl die Teilchen nicht vollständig kügelchenförmig sind, liegt doch ein merkliches Fehlen von scharfen Kanten vor. Ein Verschliessen der Trockner-Trommel während der Eingangsphase der Trocknungsendstufe wird oft bevorzugt, um die Erhöhung des Temperaturniveaus der gemahlenen Masse zu unterstützen und eine feuchte Atmosphäre über der Schicht der dem Trocknen und Agglomerieren unterliegenden Teilchen •auszubilden. Nachdem die Teilchen Trocknungstemperatur (unter dem Schmelzpunkt der Formulierung) erreicht haben, liegt über der Teilchenschicht im allgemeinen genügend Feuchtigkeit vor, um das Agglomerieren in selbst einem belüfteten System zu fördern. Eine zweckentsprechende, sachte Bewegung wird durch langsames Hindurchführen einer Schaufel durch eine Schicht der Teilchen während des Trocknungsvorgangs erhalten, wobei eine Belüftung zur Entfernung von Feuchtigkeit zumindest in den Endstadien erfolgen muss.

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Das Erhitzen der belüfteten, sacht gerührten Masse wird fortgesetzt, bis ein Feuchtigkeitsgehalt von etwa 0,75 Gew.% oder darunter erreicht ist. Vorzugsweise beträgt der Endgehalt an freier Feuchtigkeit (d. h, ausschliesslieh Kristallwasser) etwa 0,5 Gew.%. Ein Gehalt des Endproduktes an Feinstoffen ist sehr gering.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne dass diese auf es beschränkt ist.

Beispiel

Ein mit einem Wasserdampfmantel versehener Mischer wurde mit einer Reaktionsmasse aus 58 Gew.% Talgfettsäure (Titer 42° C), Λ7 % calcinierter Soda, 15 % 50%iger Natronlauge und 10 % (10 Mol) Borax beschickt und bei einer Temperatur von 71° C angefahren. Das Mischen wurde 5 Ms 15 Min. fortgesetzt, wobei die Reaktionsmasse während dieses Zeitraums ihre Konsistenz von pastenförmig zu pulvrig veränderte.

Nach beendeter Umsetzung wurde das feuchte, pulvrige Produkt (das etwa 7 "°is 10 % Feuchtigkeit enthielt) in einen mit einem Wasserdampfmantel versehenen, belüfteten Trockenbehälter eingeführt, der eine Einzelschaufel enthielt, welche die Schicht der pulvrigen Masse in langsamer, eine Rollbewegung der Teilchen der Masse ergebender Weise durchlief. Das Wasser wurde entfernt, bis das Produkt etwa 3 bis 5 % Feuchtigkeit enthielt, und das Produkt, das Klumpen von bis zu etwa 6,4 cm Durchmesser enthielt, in dieser Stufe aus dem Trockner entnommen und abgekühlt. Nach dem Abkühlen wurde das Produkt einer Hammermühle zugeführt und zu einem feinen Pulver gemahlen und dann wieder zu dem Trockner zurückgeführt, der auf 155° ^c erhitzt wurde, worauf die sachte Bewegung der Schaufel wieder hergestellt wurde. Die Restfeuchtigkeit in dem Pulver ergab in dem Trockner eine feuchte und wasserdampfhaltige Atmosphäre. Das Trocknen wurde ungefähr 3 Std.

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fortgesetzt. Während der Frühstadien dieser zweiten Trocknung agglomerierte das feine Pulver zu einer staubfreien Zusammensetzung mit gerundeten Formen. Die agglomerierten Teilchen wurden auf einen Endgehalt an freier Feuchtigkeit von etwa 0,6 % getrocknet. Das Produkt passierte ein Sieb von 0,074 mm Sieböffnung zu nur etwa 1 %. Ohne Anwendung einer zweiten Trocknungsstufe passiert ein gemahlenes Produkt ein Sieb von 0,074 mm Sieböffnung mit einem derart hohen Anteil wie 3 Gew.% oder mehr.

Das Produkt dieses Beispiels zeigte bei Verwendung bei einem mit hoher Geschwindigkeit ablaufenden Ziehvorgang als Trockenschmiermittel auf kalk-, borax- bzw. phosphatbeschichtetem Stangen- bzw. Drahtmaterial ein gutes Verhalten. Das Fliessvermögen des Fertigproduktes war ausgezeichnet.

Prüfungen

Während die maximale und allein beweiskräftige Prüfung eines Trockenschmiermittels auf Eignung bzw. Verhalten bei einem Drahtziehvorgang der praktische Einsatz, wie oben ist, lässt sich ein Hinweis auf Neigungen zur Kanalbildung oft im voraus erhalten, indem man einen glatten Glasstab in einer' Schicht des locker in einen offenen Behälter gepackten Trockenschmiermittels 15- oder 20mal rasch auf dem gleichen Weg hin- und herführt. Wenn beim Herausziehen des Stabes dann das Produkt nicht in den Raum einfliesst, durch den sich der Stab während der Hin- und Herführung bewegte, wird das.Gut in der Regel nicht ohne Kanalbildung einsetzbar sein. Eine andere Laboratoriumsprüfung besteht darin, ein verstöpseltes, zum Teil mit Trockenschmiermittel gefülltes Reagenzglas 4- oder 5mal auf eine v/eiche Fläche zu stossen, so dass sich eine Tendenz zum Zusammenballen bzw. -pressen des Sehmiermittels im Bodenteil des Glases ergibt, worauf man das Rohr in einer stetigen Bewegung umdreht. Ein Produkt

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mit schlechten "Fliess"-Charakteristiken zeigt dabei -die Tendenz, im nun oben befindlichen Bodenteil des Glases hängenzubleiben. Wenn die Produkte im Glas frei herunterfallen-, zeigt dies die Tendenz, ohne Kanalbildung einsetzbar zu sein. Die Produkte gemäss der Erfindung genügen allen obigen Laboratoriumsbewertungen.

Seifen

Die Art der zur Bildung des Mittels gemäss der Erfindung verwendeten Seife ist nicht entscheidend, wenngleich auch Natriumseifen bevorzugt werden. Solche Seifen sind wasserlöslich und werden durch Umsetzen von Ätznatron mit Fetten oder Fettsäuren, in diesem oder jenem Fall in Kombination mit Füllstoffen, wie calcinierter Soda und Natriummetasilicat, hergestellt. Auch wasserunlösliche Metallseifen sind verwendbar. Zu diesen gehören die Calcium-, Aluminium- und Zinksalze verschiedener Fettsäuren. Die gebräuchlichsten Metalldraht-Ziehschmiermittel sind Calciumseifen (oder Kalkseifen), wenngleich auch Aluminium-, Zink- und Bariumseifen Verwendung finden. Diese Metallseifen können aus vielen verschiedenen Fetten und Fettsäuren hergestellt und auch mit anderen Chemikalien aufgemischt werden. Während in dem obigen Beispiel zur Seifenbildung Talgfettsäure verwendet wird, eignet sich auch jegliches Fett oder jegliche Fettsäure mit 12 bis 22 Kohlenstoffatomen. Darüberhinaus werden zur Herstellung von Seife,für Trockenschmiermittel auch Fette solcher Fettsäuren und deren Partialester verwendet. Methoden zur Umsetzung der verschiedenen seifenbildenden Bestandteile sind vertraut und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Im allgemeinen erfolgt als Reaktion die Umsetzung mit Alkali zur Neutralisation der Säure oder Verseifung des Fettes. Als Neutralisierungsmittel kann jedes Alkali Verwendung finden.

Zu den Füllstoffen oder Dickungsmitteln, die zu der Seife zur Bildung der Formulierungen hinzugefügt werden können, gehören

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Borax, calcinierte Soda, Kalk, Ton, Glimmer, Calciumcarbonat und Talk. Filmfestigende Additive, wie Schwefel oder Schwefelverbindungen, und Additive zur Herabsetzung des Reibungskoeffizienten, wie Molybdändisulfid, finden ebenfalls regelmässig Verwendung. Als Rostschutzmittel kann Uatriumnitrit zugesetzt werden, aber auch alle anderen verträglichen Rostschutzmittel erlauben ein zufriedenstellendes Arbeiten. Beim Einsatz von Natriumnitrat muss dessen Zusatz zur Reaktionsmasse hinausgeschoben werden, bis die Fettsäure vollständig verseift ist, da sonst eine Reaktion mit der Säure •unter Freisetzung von Stickstoffoxiden auftritt.

Endtroc knung

Es ist für die vorliegende Erfindung wesentlich, dass eine abgekühlte (d. h. Raumtemperatur, etwa 38° C (1OO° F) oder darunter aufweisende), relativ feuchte (vorzugsweise 4 bis 7 Gew.% Wasser enthaltende) Seife gemahlen und danach weiter in einem Endtrocknungsvorgang unter sachter Roll- bzw. Umwälzbewegung in einer feuchten Atmosphäre auf einen Gehalt an freier Feuchtigkeit von etwa 0,5 bis 0,75 Gew.% oder darunter getrocknet wird. Die sachte Umwälzbewegung während der Endtrocknung lässt sich durch einen umlaufenden Trommeltrockner, einen Drehtrockner oder einfach durch langsame Hindurchführung einer Schaufel durch eine Schicht des teilchenförmigen Produktes zwecks Herbeiführung eines Sichdrehens der Teilchen auf einander erzielen.

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Claims

ΤΕ_2034 3· AuSusfc 1973 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen staubfreien, freifliessenden, gegen Feuchtigkeitsaufnahme beständigen Drahtzieh-Trockenschmiermittels, dadurch gekennzeichnet, dass man

a) ein partiell getrocknetes Seifenformulierungs-Eeaktionsprodukt abkühlt,

b) die partiell getrocknete Formulierung zu einem feinen Pulver mahlt und

c) die Formulierung durch Erhitzen auf eine Temperatur unter ihrem Schmelzpunkt in einer feuchten Atmosphäre, während man die Formulierung einer sachten Umwälzbewegung unterwirft, weiter trocknet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine partiell getrocknete Formulierung verwendet, die etwa 3 bis 12 Gew.% Wasser enthält.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das weitere Trocknen fortsetzt, bis die Formulierung einen Gehalt an freier Feuchtigkeit von etwa 0,5' bis 0,75 % hat.

4. Drahtzieh-Trockenschmiermittel in Form kleiner, nichtgleichmässiger, gerundeter Agglomerate, das a)' im wesentlichen staubfrei ist,

b) eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme ergibt und

c) gegen Kanalbildung während der Aufbringung auf die laufende Stange oder den laufenden Draht in einem Ziehkasten beständig ist,

und von einer Formulierung mit einem Gehalt von etwa 30 bis 95 Gew.% an Seife, 5 bis 70 Gew.% an Füllstoff oder Dickungsmittel zur Lenkung des Erweichungspunktes, bis zu 35 Gew.% an filmfestigenden oder reibungsvermindernden Additiven und bis zu 5 % an Rostschutzmitteln,

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Farbstoffen, Geruehsstoffen oder dergleichen gebildet wird, wobei sich die Anteile der Fonmilierungs-Komponenben in dem Fertigprodukt zu 100 % ergänzen.

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