CH690721A5 - Materiale a basso coefficiente d'attrito ed utilizzazione del materiale per la fabbricazione di sci e simili nonché un procedimento fabbricazione del materiale a basso coefficiente d'attrito - Google Patents
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Description
Allo stato attuale il materiale impiegato per le solette degli sci polietilene ad alto peso molecolare. Altri materiali come il polipropilene, il polimetilmetacrilato, il politetrafluoroetilene stesso potrebbero essere pi¶ adatti per i loro bassi valori di tensione superficiale e quindi di coefficiente d'attrito, ad essere impiegati come materiali scivolanti. Questi materiali presentano per delle caratteristiche chimiche e fisico-meccaniche che, per il momento, non li rendono interessanti nell'utilizzarli come solette. Le caratteristiche utili del polietilene invece (pur avendo questo materiale solo 31/33 dine/cm di tensione superficiale) sono dovute alla sua alta stabilitÙ all'ossidazione ed alle caratteristiche meccaniche quali il modulo elastico, la resistenza a trazione, il carico di rottura, tutti fattori che aumentano all'aumentare del peso molecolare. In teoria la soletta di uno sci dovrebbe essere la pi¶ liscia possibile e fatta di un materiale che non si lasci abradere dalla neve ghiacciata, in modo che la superficie diventi rugosa (e quindi opponga una maggior forza d'attrito) ed abbia la tensione superficiale pi¶ bassa possibile. Per questo motivo, al giorno d'oggi si scelto il polietilene ad alto peso molecolare (U.H.M.W.) per avere un materiale di buone caratteristiche meccaniche e sufficientemente duro e si ricorre alla sciolinatura per: A) eliminare le rugositÙ e le irregolaritÙ della soletta B) abbassare la tensione superficiale C) creare un lubrificante vero e proprio che si interponga tra la soletta e la superficie nevosa. La scioline comuni sono costituito in prevalenza da paraffine lineari che, a causa della loro struttura chimica, sono in parte solubili nel polietilene. Questa solubilitÙ per diminuisce all'aumentare dei grado di polimerizzazione del polietilene, e per i polietileni ad alto peso molecolare, la solubilitÙ della paraffine quasi nulla. Si perci pensato di utilizzare del polietileni ad alto peso molecolare, per le loro caratteristiche meccaniche, ma di aumentare la loro impregnabilitÙ in modo meccanico agendo sulla porositÙ del materiale stesso. In sostanza si agito in modo che le caratteristiche meccaniche fossero quelle dei polietileni ad alto peso molecolare, mentre la capacitÙ di impregnazione della solette, da parte della paraffina, fosse dovuta essenzialmente ad un assorbimento di natura fisica anzich chimica, agendo appunto sulla porositÙ del materiale. Con questo tipo di solette porose si avuto inoltre il vantaggio di poter far assorbire alla soletta stessa anche della scioline particolari come la "Cera F" (una perfluoro paraffina) che ha una tensione superficiale sulle 16-18 dine/cm (contro le 28-30 dine/cm di una paraffina normale) e che non assolutamente solubile nel polietilene. Un altro tipo di soletta che viene utilizzata quella ottenuta impiegando polietilene ad alto peso molecolare con grafite. La grafite ha la funzione di lubrificante solido in quanto un materiale duro ma ha una bassa tensione superficiale ed un basso coefficiente d'attrito. Il coefficiente d'attrito statico ( mu ) infatti uguale a 0,2 per il polietilene su s stesso e di 0,12 per la grafite su grafite. Questa aggiunta di grafite al polietilene ha lo scopo di: - Abbassare il coefficiente d'attrito della soletta in quanto si passa da un valore di mu (coefficiente d'attrito statico) = 0,2 per il polietilene ad un valore di mu = 12 per la grafite. - Rendere la soletta pi¶ dura e omogenea anche in profonditÙ in modo da avere minor facilitÙ di abrasione e lo stesso grado di scorrevolezza anche dopo ogni raschiamento delle rugositÙ superficiali formatisi durante l'uso. - Poter produrre anche solette non porose, che hanno migliori proprietÙ meccaniche, in quanto la grafite stessa funge da lubrificante. Lo scopo della presente invenzione di migliorare ulteriormente le proprietÙ di scivolamento del materiale della soletta da sci, abbassandone ulteriormente il coefficiente d'attrito, in particolare dotandoia di un coefficiente d'attrito inferiore a mu = 0,20 corrispondente al coefficiente d'attrito delle migliori solette note. Questo ed altri scopi verranno meglio spiegati con l'ausilio di alcuni esempi di realizzazione e di una tabella, rispettivamente della fig. 1, che mostra un diagramma del coefficiente d'attrito mu per un certo numero di campioni di materiale in funzione della lunghezza in Km. percorsa con gli sci realizzati con simili materiali inventivi. Lo scopo dell'invenzione viene raggiunto mediante un materiale a basso coefficiente d'attrito avente le caratteristiche della rivendicazione 1, rispettivamente mediante l'impiego dello stesso per la fabbricazione di oggetti di scorrimento secondo la rivendicazione 8, ed in particolare per la fabbricazione di sci da neve secondo la rivendicazione 9. Inoltre l'invenzione prevede un metodo di fabbricazione del materiale secondo la rivendicazione 9. Prima di descrivere pi¶ nei dettagli alcuni esempi di realizzazione dell'invenzione, vogliamo qui dare alcune precisazioni riguardanti le proprietÙ dei materiali che entrano a costituire la miscela inventiva. La fluorografite un lubrificante solido ottenuto per fluorurazione diretta della grafite con fluoro elementare. Il suo coefficiente d'attrito di 0,08 (vedi il brevetto giapponese 85/67 593 del 17.04.1985) contro lo 0,12 della grafite. Essa una specie particolare dei fluorocarboni pi¶ generali ottenuti partendo da altri tipi di carbone e pu essere considerata come un polimero del carbonio, dove tra i diversi strati di carbonio sono interposti degli atomi di fluoro. Anche le caratteristiche diverse della grafite di partenza possono influenzare il coefficiente d'attrito della fluorografite che ne deriva (vedi ad esempio brevetto giapponese 85/67 594 del 17.04.1985). La sua formula generale (CF)n, dove il rapporto molecolare F/C pu variare da 0,5 a 1,3 ma pi¶ generalmente da 0,95 a 1,3. Il suo colore varia da nero a grigio a bianco a seconda dei suo contenuto di fluoro. La sua densitÙ reale varia da 2,5 a 2,8 gr/cm<3> mentre quella apparente varia da 0,5 a 0,9 gr/cm<3> a seconda della grafite di partenza. La fluorografite ha la pi¶ bassa tensione superficiale che si conosca: 12-13 dine/cm, per cui ne risulta il miglior lubrificante solido in assoluto. Va anche detto che l'impiego della fluorografite come lubrificante solido in s conosciuto da tempo. Essa stata utilizzata in molti lubrificanti con grassi, olii perfluorurati, polvere di teflon ecc. (Vedi ad esempio brevetti giapponesi 89/266 192 del 24.10.1989; 84/149 996 del 28.08.1984 ed il brevetto tedesco 1 594 392 del 26.04.1973 ecc.). Essa stata inoltre incorporata in materiali polimerici diversi da sola o in associazione con grafite, MOS2, lana di vetro ecc. I materiali polimerici finora impiegati per abbassare il coefficiente d'attrito e la resistenza all'abrasione sono ad esempio: - resine poliammidiche (brevetto giapponese 91/252 453 del 11.11.1991) - copolimeri etilene-tetrafluoroetilene (brevetto russo 899 597 del 23.01.1982) - resine epossidiche-siliconiche (brevetto russo 1 031 993 del 30.07.1983) - fluoropolimeri e poliacetali (brevetto giapponese 87/54 753 del 10.03.1987). Tuttavia nessuno fino al giorno d'oggi ha mai proposto di incorporare la fluorografite nel polietilene, ed in particolare nel polietilene ad alto peso molecolare, con lo scopo ad esempio di abbassare il coefficiente d'attrito ed impiegare questo materiale per realizzare oggetti di scorrimento dotati di basso coefficiente d'attrito, quali ad esempio solette per gli sci ed in tutti gli altri settori dove il polietilene ad atto peso molecolare normalmente impiegato. Alcuni esempi servono ora a dimostrare l'effetto ottenuto sul coefficiente d'attrito mu quando si mischia la fluorografite al polietilene. Gli esempi 1, 2 e 3 mostrano l'influsso sul coefficiente d'attrito mu in funzione delle sue percentuali nella mescola. Da essi si ricava che, come ci si pu attendere, una percentuale maggiore di fluorografite produce una riduzione di mu . L'esempio 4, nel quale non si aggiunta fluorografite, serve da esempio di riferimento per meglio mostrare l'influsso importante che ha sul mu l'aggiunta di fluorografite. Esempio n. 1 E' stata fatta una mescola contenente il 10% in peso di fluorografite in polvere con R.M. F/C = 1,3 e con diametro delle particelle inferiore a 15 micron, ed il 90% di polietilene ad alto peso molecolare del tipo Hostalen GUR 4150. Dopo aver fuso il materiale con un ciclo di lavorazione che prevede variazioni di pressione da 50 a 100 atmosfere ed una temperatura massima di 220 DEG C, si sono ottenuti dei cilindri del diametro di 250 mm. e di 150 mm. di altezza. Su questo materiale sfogliato, si misurato il coefficiente d'attrito secondo il metodo ASTM D 3702 utilizzando come materiale di controsuperficie un acciaio C40. Le condizioni di carico e velocitÙ erano le seguenti: - carico = 6 libbre corrispondenti ad una pressione specifica di 0,21 Mpa = 21 Kg/cm<2> - VelocitÙ di rotazione = 1000 R pm pari ad una velocitÙ di 1,41/m/s. Il coefficiente d'attrito mu misurato sui materiale sfogliato risultato = 0,27. Esempio n. 2 Operando come nell'esempio n. 1 e con gli stessi materiali si fatta una mescola con il 20% in peso di fluorografite e l'80% di polietilene. Il coefficiente d'attrito mu misurato sul materiale sfogliato risultato = 0,22. Esempio n. 3 Operando come nell'esempio 1 e gli stessi materiali stata fatta una mescola con il 30% in peso di fluorografite ed il 70% di polietilene. Il coefficiente d'attrito mu misurato sul materiale sfogliato risultato = 0,13. Esempio n. 4 Si operato come nell'esempio n. 1 dove per il polietilene impiegato Hostalen GUR 4150 stato impiegato da solo. Il coefficiente d'attrito mu misurato sul materiale sfogliato risultato = 0,35. I valori medi dei coefficienti d'attrito mu dinamico sono riassunti nella Tabella n. 1 <tb><TABLE> Columns=3 Tab. n. 1 <tb>Head Col 1: Campione <tb>Head Col 2: mu <tb>Head Col 3: % di fluorografite <tb><SEP>1<SEP>0,27<SEP>10% <tb><SEP>2<SEP>0,22<CEL AL=L>20% <tb><CEL AL=L>3<SEP>0,13<SEP>30% <tb><SEP>4<SEP>0,35<SEP>0% <tb></TABLE> Nella fig. 1 riportato invece l'andamento delle prove nel tempo, ossia si vede la variazione del coefficiente d'attrito mu delle diverse mescole esaminate in funzione della durata di uso, rispettivamente dei Km. percorsi sugli sci. Dalla tabella, che mostra il coefficiente d'attrito mu sull'ordinata ed i Km. percorsi sull'ascissa, si vede come il coefficiente d'attrito rimane essenzialmente costante, ci che dovuto naturalmente al fatto che le buone proprietÙ di scorrimento o scivolamento del materiale ottenute sono insite nel materiale stesso, nel quale le componenti sono omogeneamente mischiate, a differenze di quanto avviene con l'uso di scioline che, malgrado gli sforzi per farle penetrare nel materiale di base, rimangono pur sempre sostanze superficiali applicate sulle superfici di scivolamento.
Claims (11)
1. Materiale a basso coefficiente d'attrito costituito da una miscela di due componenti, una delle quali serve per le sue caratteristiche meccaniche e di durezza, mentre la seconda serve per abbassare il coefficiente d'attrito, caratterizzato dal fatto che la prima componente della miscela costituita da polietilene, mentre la seconda componente costituita da fluorografite.
2. Materiale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il contenuto di fluorografite nel polietilene compreso tra il 3% ed il 50% in peso e preferibilmente tra il 10% ed il 30%.
3. Materiale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che quale polietilene viene impiegato polietilene ad alto peso molecolare.
4.
Materiale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fluorografite impiegata ha un rapporto molecolare R.M.F/C compreso tra 0,5 e 1,3 e preferibilmente tra 0,95 ed 1,3.
5. Materiale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la granulometria della fluorografite impiegata inferiore a 100 micron e preferibilmente inferiore a 15 micron.
6. Procedimento di fabbricazione del materiale a basso coefficiente d'attrito secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che la miscela di polietilene e fluorografite viene ottenuta per fusione o sinterizzazione ad alta temperatura e viene quindi lavorata, dopo solidificazione, per ottenere superfici con un coefficiente d'attrito mu minore di 0,20.
7.
Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la fusione della miscela avviene con un ciclo di lavorazione che prevede variazioni di pressione da 50 a 100 atmosfere ad una temperatura massima di 220 DEG C.
8. Utilizzazione del materiale a basso coefficiente d'attrito secondo una qualsiasi delle rivendicazione da 1 a 5 per la fabbricazione di oggetti di scorrimento quali pattini scorrevoli, guide di scorrimento ecc. dotati di un coefficiente d'attrito mu minore di 0,20.
9. Utilizzazione del materiale secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che gli oggetti di scorrimento sono degli sci da neve.
10. Utilizzazione del materiale secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che tutto lo sci costituito dal materiale.
11.
Utilizzazione del materiale secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che solo la parte di scivolamento dello sci che entra in contatto con la neve costituita dal materiale.
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