DE19829059A1

DE19829059A1 - Druckbeständige Tetrafluorethylen-Gleitharzzusammensetzung

Info

Publication number: DE19829059A1
Application number: DE19829059A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Oki; Takuya Ishii; Kenji Ito; Kohei Yoshino
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 1999-01-07
Also published as: JPH1171493A; JP3660123B2; US6255380B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine druckbeständige Te trafluorethylen-Gleitharzzusammensetzung, zur Verwendung als Material für einen Dichtungsring, und auf eine Dich tungsvorrichtung, die mit einem Aluminiummetall in gleiten den Kontakt gebracht wird.

Ein geformtes Material aus einer hauptsächlich aus Tetra fluorethylenharz (nachfolgend abgekürzt mit "PTFE") beste henden Zusammensetzung findet breite Anwendung als Material für Gleitdichtungsvorrichtungen, wie für Dichtungsringe, aufgrund des niedrigen Elastizitätsmoduls, leichter Hand habbarkeit, stabilen Dichtungseigenschaften und niedrigem und unveränderlichem dynamischen Reibungskoeffizienten.

Entsprechend den Umgebungsbedingungen bei Gebrauch und dem Material des zugehörigen Teils, können aus PTFE geformte Gleitdichtungsvorrichtungen verschiedene Additive, typi scherweise Glasfaser, Kohlenstoffaser, Graphit, Glimmer und Talk enthalten.

Zum Beispiel schlägt die ungeprüfte japanische Patentveröf fentlichung 1-233150 das Zumischen von thermoplastischem Polyimid in PTFE, der Hauptkomponente, vor, um den Kriech widerstand von PTFE zu verbessern und ferner Glasfasern, Glaskugeln oder Graphit zur Mischung zuzugeben.

Mehrere ähnliche Versuche, den Kriechwiderstand von PTFE zu verbessern, wurden unternommen. Derartige Versuche umfassen die Zugabe eines Tetrafluorethylen-Fluoralkylvinylether- Copolymers (PFA) oder eines Tetrafluorethylen-Hexafluorpro pylen-Copolymers (FEP), die beide PTFE hinsichtlich des Kriechwiderstands überlegen sind. Aber dies verbesserte den Kriechwiderstand nur geringfügig. Es mißlang, den Kriechwi derstand von PTFE auf ein vergleichbares Niveau zu dem von PFA und FEP zu bringen.

Es ist ebenfalls möglich, das Elastizitätsmodul zu vergrö ßern und in einem bestimmten Ausmaß den Kriechwiderstand zu verbessern, indem ein faserförmiger Füllstoff wie Glasfaser oder Kohlenstoffaser und ein flockiger Füllstoff wie Gra phit, Glimmer oder Talk zugegeben wird zu einer aus einem partiell modifizierten Tetrafluorethylen-Copolymer, auch als modifiziertes PTFE-Harz bezeichnet, bestehenden Haupt komponente, die ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und partiell modifiziertem Tetrafluorethylen ist (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 5-239440).

Wenn eine Dichtungsvorrichtung, hergestellt aus einer derar tigen, die oben beschriebenen Füllstoffe enthaltenden par tiell modifizierten PTFE-Harzzusammensetzung, in gleitenden Kontakt mit einem aus einer Aluminiumlegierung hergestell ten Gegenstück unter hohen Kontaktdruck gebracht wird, neigt die Gleitfläche des Gegenstücks dazu, beschädigt und unnormal abgetragen zu werden. Es wurden Versuche unternom men, den Gehalt an Füllstoffen zu reduzieren, um dieses Problem zu vermeiden. Aber dies resultierte in einer Ver ringerung von Kriechwiderstand und Verschleißbeständigkeit.

Aromatische Polyamidfasern (Aramidfasern) beschädigen ein Aluminiumlegierungsteil nicht, aber sie besitzen keine Wir kung zur Verbesserung des Kriechwiderstands. Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 6-184385 schlägt vor, Whisker, die eine geringe Mohs-Härte besitzen, zu einem Harz zuzugeben, um den Gleitverschleiß eines Aluminiumle gierungsteils zu verhindern. Aber derartige Whisker können das Harz nicht genügend verstärken, so daß die Harzzusam mensetzung trotzdem starker Kriechdeformation -und starkem Verschleiß ausgesetzt ist, wenn sie mit dem zugehörigen Teil bei hoher Temperatur und hohem Kontaktdruck in glei tenden Kontakt gebracht wird.

Die für Apparaturen mit Gleitdichtungsvorrichtungen, wie Dichtungsringen, erforderlichen Eigenschaften umfassen Kom paktheit, hohe Leistungsfähigkeit und reibungsloses Gleiten der Dichtungsvorrichtung im Verhältnis zum zugehörigen Teil, selbst unter hohem Druck.

Speziell in einer Wärmemaschine, die substituiertes Freon als Kühlmittel einsetzt, beträgt der Dampfdruck des Kühl mittels 1 MPa bis 1,7 MPa bei normaler Temperatur und 5 MPa bei Temperaturen über 100°C. Der Wasserdruck in den Leitun gen, die von einem Wassertank auf dem Dach eines Hochhauses ausgehen, kann ein Mehrfaches des Wasserdrucks in ähnlichen Leitungen niedriger Gebäude sein. Hydraulische Systeme heu tiger Fahrzeuge sind viel höheren Belastungen ausgesetzt, als je zuvor. Insbesondere aufgrund der kürzlichen Locke rung der Bestimmungen für Wahrzeuggewichte kann der erfor derliche Kontaktdruck der Dichtungsvorrichtungen in hydraulischen Servolenkungseinheiten von heutigen Lastwagen mehr als 14 MPa betragen.

Aber Dichtungsringe und andere Dichtungsvorrichtungen, die aus PTFE-Harz mit konventionellen Zusammensetzungen wie sie oben beschrieben sind, hergestellt werden, besitzen eine zu große Kriechdeformation, um bei hohem Druck die erforderli che Dichtung zu liefern. Sie neigen auch dazu, aufgrund der Kriechdeformation in einer Scherrichtung unnormal abgetra gen zu werden.

In hydraulischen Einheiten für Lastwagen und Busse werden Dichtungsvorrichtungen unzweifelhaft einer derartigen Kriechdeformation ausgesetzt, weil die Abdichtung bei hohen Temperaturen um 100°C herum erforderlich ist.

Bei Dichtungsvorrichtungen, wie in hydraulischen Zylindern angebrachten Dichtungsringen, ist für ein leichteres Arbei ten und verringertes Gewicht entweder der Schaft oder der Zylinder aus einer Aluminiumlegierung geformt. In einer derartigen Dichtungsvorrichtung ist es wahrscheinlicher, wird die Aluminiumfläche, die in gleitendem Kontakt mit Schmieröl steht, mit größerer Wahrscheinlichkeit beschädigt als eine Oberfläche, die in nicht geschmierter Form gleitet (Trockenreibung).

Das ist deshalb der Fall, weil Schmiermittel in der PTFE- Zusammensetzung nicht auf das Gegenstück übergehen, wie es in der Regel bei einer Trockenreibungsfläche der Fall ist, wenn aufgrund des hohen Kontaktdrucks nicht ausreichend Schmieröl zu den gleitenden Flächen zugeführt wird, oder aus anderen unbekannten Gründen ein extrem dünner Ölfilm auf den Gleitflächen gebildet wird. Wenn dies passiert, können weder feste noch flüssige Schmiermittel den Gleit flächen zugeführt werden, so daß beim Aluminiummetall sonst Verschleißschäden auftreten.

Bei einem Kompressor zur Kompression verschiedener Gase, wie einem Kühlmittel als einem Ersatzmittel für Freon, Luft, Helium und Erdgas, können, selbst wenn beabsichtigt ist, diesen bei Normaltemperatur mit einem Kontaktdruck un terhalb von 10 MPa einzusetzen, die Gleitflächentemperatur und die Umgebungstemperatur aufgrund der Reibungswärme un geschmierter Dichtungen auf über 100°C ansteigen. In einem derartigen Fall können die ungeschmierten Dichtungen auf grund der Kriechdeformation keine ausreichenden Dichtungs eigenschaften zeigen.

Insbesondere wenn die zugehörigen Teile, die mit den Dich tungen in gleitenden Kontakt gebracht werden, aus nichtro stendem Stahl mit geringer thermischer Leitfähigkeit herge stellt sind, neigen die Gleitflächentemperatur und die Um gebungstemperatur dazu, aufgrund der Wärmeakkumulation durch den rostfreien Stahl exzessiv anzusteigen, obwohl die Schmiermittelsubstanz zum zugehörigen Teil übertragen wird. Wenn die zugehörigen Teile aus einer Aluminiumlegierung mit einer korrosionsbeständigen Beschichtung hergestellt sind, tritt keine Übertragung auf, weil die Oberflächenrauhheit gering ist. Somit kann nicht nur die Beschichtung, sondern auch das Aluminiumlegierungssubstrat beschädigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine druckbeständige Tetra fluorethylen-Gleitharzzusammensetzung vorzusehen, die eine gute Dichtung zeigt, während die Kriechdeformation auf ei nem Minimum gehalten wird, wenn sie mit einem zugehörigen Teil bei einem hohen Oberflächendruck von mehr als 10 MPa in gleitenden Kontakt gebracht wird, und die ein aus einer Aluminiumlegierung hergestelltes, zugehöriges Teil während dem gleitenden Kontakt mit einem Schmieröl nicht beschä digt.

Ferner ist ein Ziel der Erfindung, eine Tetrafluorethylen harzzusammensetzung vorzusehen, die bei Reibung ohne Schmiermittel unter einem Kontaktdruck von nicht weniger als 4 MPa bei Normaltemperatur eine geringe Kriechdeforma tion zeigt, so daß sie ausreichende Dichtungseigenschaften zeigt und die Gleitfläche selbst, wenn sie mit einer Alumi niumlegierung mit einer Beschichtung oder rostfreiem Stahl in gleitendem Kontakt gebracht wird, nicht beschädigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine druckbeständige Tetrafluorethylen- Gleitharzzusammensetzung vorgesehen, umfassend 100 Vol.-Teile eines modifizierten Tetrafluorethylenharzes, das ein Copoly mer von Tetrafluorethylen und partiell modifiziertem Tetra fluorethylen ist, 5-40 Vol.-Teile Kohlenstoffaser und 2-30 Vol.-Teile Whisker mit einer Mohs-Härte von 4 oder weni ger. Die Erfindung sieht ebenfalls eine Dichtungsvorrichtung vor, die mit einem Aluminiummetall in gleitenden Kontakt gebracht werden soll, wobei die Dichtungsvorrichtung aus der oben erwähnten druckbeständigen Tetrafluorethylen-Gleitharz zusammensetzung geformt ist. Bei 100°C besitzt die druckbe ständige Tetrafluorethylen-Gleitharzzusammensetzung der Er findung eine maximale Deformationsrate, die eine Zeitstand druckcharakteristik nach ASTM D621 von 15% oder weniger zeigt.

Das in der Erfindung eingesetzte modifizierte Tetrafluore thylenharz kann ein modifiziertes Tetrafluorethylenharz sein, ausgedrückt durch die nachfolgende Formel (1):

(worin m und n ganze Zahlen sind, die die Beziehung m » n erfüllen, und X eine Seitenkettengruppe mit einer Perfluor alkylethergruppe, einer Fluoralkylgruppe oder einem anderen Fluoralkyl ist).

Die in der Erfindung eingesetzte Kohlenstoffaser besitzt bevorzugt eine Faserlänge von 0,05-1 mm und ein Höhe- Breite-Verhältnis von 5-80. Bevorzugte in der Erfindung verwendete Whisker sind Zinkoxidwhisker oder Calciumsulfat whisker.

Das in der Erfindung eingesetzte modifizierte Tetrafluor ethylenharz ist ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und partiell modifiziertem Tetrafluorethylen. Solch ein parti ell modifiziertes Tetrafluerethylen-Copolymer besitzt aus der TFE-Molekularstruktur hervorragende modifizierte Ab schnitte. Diese Abschnitte dienen als eine Art Widerhaken, die ein Gleiten der Molekülketten zueinander weniger wahr scheinlich machen, als bei herkömmlichem (unmodifiziertem) PTFE. Die Harzzusammensetzung besitzt somit hohe Festig keit, einen hohen Elastizitätsmodul und hohen Kriechwider stand.

Erfindungsgemäß werden Kohlenstoffasern und Whisker mit ei ner vorbestimmten Härte in Kombination als faserförmige Verstärkungsmaterialien verwendet. Die Kohlenstoffaser ver stärkt makroskopisch das gesamte modifizierte PTFE, während die Whisker die Abschnitte zwischen den Fasern mikrosko pisch verstärken. Diese zwei Arten der Verstärkungsmateria lien ergänzen die Schwachpunkte des jeweils anderen, wo durch der Kriechwiderstand und die Verschleißbeständigkeit der Zusammensetzung durch gegenseitiges Zusammenwirken ver bessert werden.

Das in der Erfindung eingesetzte modifizierte Tetrafluore thylenharz ist ein Copolymer, ausgedrückt durch Formel (1). Dieses Harz ist ein soweit modifiziertes PTFE, daß es die dem PTFE eigenen Eigenschaften beibehält, und keine Schmelz formbarkeit bekommt, und es besitzt verschiedene jener Como nomeren, die ein schmelzformbares, thermoplastisches Fluor harz bilden, das durch Modifizieren von PTFE in einem größe ren Ausmaß gebildet wird, wie Tetrafluorethylen-Hexafluor propylen-Copolymer (FEP) oder ein Tetrafluorethylen-Fluor alkylvinylether-Copolymer (PFA).

Dies bedeutet, daß m und n in Formel (1), die die Zusammen setzung der Comonomeren darstellen, die das modifizierte Tetrafluorethylenharz bilden, die Beziehung m » n erfül len. Damit dieses Harz die dem PTFE eigenen Eigenschaften beibehält, muß m ausreichend größer sein als n. Wenn die Beziehung m » n eines derartigen, partiell modifizierten Tetrafluorethylenharzes hinsichtlich des modifizierten An teils ausgedrückt wird, liegt er bei 0,01-0,5 Gew.-%. In Formel (1) ist X eine mit TEE copolymerisierbare, einwerti ge Gruppe. Diese Gruppe unterliegt keiner Beschränkung, vorausgesetzt, daß sie sich bei der Formungstemperatur nicht thermisch zersetzt. Beispiele sind Seitenkettengrup pen mit Perfluoralkylethergruppen, ausgedrückt durch -O-Rf (Rf: Perfluoralkylgruppe), Fluoralkylgruppen, wie diejeni gen, dargestellt durch -CF₃ oder andere Fluoralkyle.

Ein solches modifiziertes Tetrafluorethylenharz kann durch Suspensionspolymerisation, eingesetzt für die Polymerisati on von Preßpulver, oder Emulsionspolymerisation, eingesetzt für die Polymerisation von feinem Pulver, hergestellt wer den. Das Molekulargewicht ist bevorzugt eine halbe Million bis 10 Millionen, bevorzugter 1 bis 7 Millionen.

Handelsüblich erhältliche modifizierte Tetrafluorethylen harze, die diese Anforderungen erfüllen, umfassen TEFLON TG-70J, hergestellt von Du-pont-mitsui Fluorochemicals, POLYFLON M111 und POLYFLON M112, hergestellt von DAIKIN KOGYO und HOSTAFLON TFM1600 und TFM1700, hergestellt von Hoechst.

Die in dieser Erfindung verwendeten Kohlenstoffasern können entweder Pechkohlenstoffasern oder PAN-Kohlenstoffasern sein. Eine bei etwa 1000°C calcinierte Carbidfaser ist ge genüber einer durch Calcinierung bei 200°C oder höher ge bildete graphitisierte Faser bevorzugt, weil es bei der er steren weniger wahrscheinlich ist, das aus einer Aluminium legierung hergestellte zugehörige Teil zu verschleißen und zu beschädigen. Die Kohlenstoffaser sollte eine Faserlänge von 0,05-1 mm, bevorzugt 0,05-0,2 mm, einen Durchmesser von nicht mehr als 20 µm, bevorzugt 7-15 µm und ein Höhe- Breite-Verhältnis von 5-80, bevorzugt 5-30 besitzen. Wenn deren Faserlänge und/oder Durchmesser unterhalb des obigen Bereichs liegt, könnte die Kohlenstoffaser das Substrat nicht genügend verstärken, um dessen Kriechwiderstand und Verschleißbeständigkeit zu erhöhen. Eine Kohlenstoffaser mit einer Faserlänge und/oder einem Durchmesser, der größer ist als der obige Bereich, würde die Formbarkeit beein trächtigen und es wäre wahrscheinlicher, daß es zu einem Verschleiß und einer Beschädigung der zugehörigen Alumini umlegierung kommt.

Handelsüblich erhältliche Kohlenstoffasern, die diese An forderungen erfüllen, umfassen KURECA MILLED M101S, M107S, M201S, M207S, hergestellt von Kureha Chemical KOGYO und DONA CARBO S241, S244, SG241 und SG244, hergestellt von Osaka Gas Chemicals als Pechkohlenstoffaser; und BESFIGHT HTA-CMF0160-OH und HTA-CMF0070-OH, hergestellt von Toho Rayon und TORAYCA MLD-30 und MLD-100, hergestellt von Toray als PAN-Kohlenstoffaser.

Whisker mit einer Mohs-Härte von nicht mehr als 4, die in der Erfindung verwendbar sind, umfassen Calciumsulfatwhis ker, Kaliumtitanatwhisker, Zinkoxidwhisker und Magnesium sulfatwhisker. Hinsichtlich einer möglichen Beschädigung der zugehörigen Aluminiumlegierung aufgrund der Gleitrei bung sind Whisker mit einer Mohs-Härte von 3 oder weniger zu bevorzugen.

Bevorzugt sind die Whisker hinsichtlich der Faserlänge ge ringfügig kürzer als die Kohlenstoffasern, d. h. ca. 50 µm lang. Whisker, die sehr viel kürzer sind als die Kohlen stoffasern könnten den Kriechwiderstand und die Verschleiß beständigkeit der Zusammensetzung nicht ausreichend erhö hen.

Durch Zugabe derartiger Whisker und Kohlenstoffasern zu der PTFE-Zusammensetzung verstärkt die Kohlenstoffaser die Ma trix, indem ein verhältnismäßig grobes Netzwerk gebildet wird, während die Whisker die Matrix mikroskopisch verstär ken, wie wenn sie sich durch das Netzwerk der Kohlenstoffa ser fädelten, wodurch der Kriechwiderstand und die Ver schleißbeständigkeit der Zusammensetzung drastisch erhöht werden. Da die Whisker kleiner sind als die Kohlenstoffa sern, sind sie in einem größeren Verhältnis auf der Rei bungsfläche vorhanden. Daher lastet auf den Whiskern mit einer vorbestimmten Mohs-Härte das meiste der Reibungs scherkraft auf der Reibungsfläche, so daß es weniger wahr scheinlich ist, daß die zugehörige Aluminiumlegierung (wie eine Aluminiumspritzgußlegierung, festgesetzt nach JIS H2118) verschleißt und beschädigt wird.

Whisker, die diese Anforderungen erfüllen, umfassen Calci umsulfatwhisker vom wasserfreien Salztyp und vom Halbhy drattyp. Die ersteren sind bevorzugt. Handelsübliche in der Erfindung verwendbare Whisker sind nachfolgend aufgelistet.

[Calciumsulfatwhisker]

FLANKLIN-Faser (wasserfreier Salztyp)
FLANKLIN-Faser (Halbhydratsalztyp), beide hergestellt von Dainichiseika Color & Chemicals Mfg. (Mohs-Härte: 2-3, Fa serlänge: 50-60 µm)

[Kaliumtitanatwhisker]

TISMO N, hergestellt von Otsuka Chemical (Mohs-Härte: 4, Faserlänge: 10-20 µm)
TIBREX 7, hergestellt von Kawatetsu Mining (Mohs-Härte: 4, Faserlänge: 20 µm)

[Zinkoxidwhisker]

Zinkoxidwhisker, hergestellt von Matsushita Electric Indu stry (Mohs-Härte: 4, Faserlänge: 2-50 µm)

[Magnesiumsulfatwhisker]

MOSHIGE, hergestellt von Ube Kosan (Mohs-Härte: 2,5, Faser länge: 10-30 µm)

Wie zuvor beschrieben, werden Kohlenstoffasern mit 5-40 Vol.-Teilen auf 100 Vol.-Teile eines modifizierten PTFE-Harzes zugegeben. Whisker mit einer Mohs-Härte nicht über 4 werden mit 2-30 Vol.-Teilen zugegeben.

Wenn der Gehalt an Kohlenstoffaser mehr als 40 Vol.-Teile beträgt, erschwert die Kohlenstoffaser das Formen und er höht die Möglichkeit von Verschleiß und Beschädigung des zugehörigen Aluminiummetalls. Wenn er aber weniger als 5 Vol.-Teile beträgt, wird es unmöglich, die Zusammenset zung ausreichend zu verstärken, um ihren Kriechwiderstand und ihre Verschleißbeständigkeit zu erhöhen.

Wenn der Whiskergehalt größer als 30 Vol.-Teile ist, ver schlechtert der Whisker die Formbarkeit der Zusammensetzung und die Verschleißbeständigkeit. Wenn er unterhalb von 2 Vol.-Teilen liegt, wird es unmöglich, die Zusammensetzung ausreichend zu verstärken und die Gleiteigenschaften zu verbessern. So ist es wahrscheinlicher, daß das Aluminium metall verschlissen und beschädigt wird.

Die Zusammensetzung kann ferner bekannte Harzadditive ent halten, wie sie nachfolgend aufgelistet sind, vorausge setzt, daß die Additive die Wirkungen der vorliegenden Er findung nicht beeinträchtigen.

(1) Verstärkungsmittel gegen Verschleiß: PTFE-Schmier mittelpulver, Molybdändisulfid,
(2) Verbesserer für die elektrische Charakteristik: Carbidpulver, Zinkoxid, Titanoxid, etc.,
(3) Verbesserer für die Rißbildungscharakteristik: Graphit,
(4) Verbesserer für die thermische Leitfähigkeit: Graphit, Metalloxidpulver und
(5) Härteverbesserer: PFA, FEP.

Jedes bekannte Misch- und Knetmittel kann verwendet werden, um diese Rohmaterialien zu mischen und zu kneten. Nur Pul vermaterialien werden in einem Henschelmischer, Kugelmi scher, Bandmischer, Lödigmischer oder Ultra-Henschel- Mischer trocken miteinander vermischt. Bevorzugt wird die derart erhaltene Mischung dann entsprechend dem Formverfah ren durch z. B. ein Naßverfahren zu einer vorbestimmten Pel letgröße pelletiert.

Eine Dichtungsvorrichtung, die mit einem Aluminiummetall in gleitenden Kontakt gebracht werden soll, kann erfindungsge mäß aus der druckbeständigen Tetrafluorethylen-Gleitharz zusammensetzung durch jedes herkömmliche Formverfahren, wie ein freies Brennverfahren (free baking method), Warmpreß verfahren, isostatisches Pressen, kontinuierliche Sinterex trusion, Pastenextrusion und direktes Formen geformt wer den.

Die erfindungsgemäße druckbeständige Tetrafluorethylen- Gleitharzzusammensetzung kann vorteilhafterweise als Mate rial für Dichtungen in Kompressoren verwendet werden, in denen ein Ersatzstoffkühlmittel für Freon eingesetzt wird, in Hochdruckwasserdichtungen für Hochhäuser, wie Hochhaus eigentumswohnungen und öffentliche Gebäude, und für Dich tungen in Servolenkungen für Lastwagen, Busse und andere Fahrzeuge, genauso wie für Dichtungslager von Baufahrzeu gen, wie Schaufelfahrzeugen, Gabelstaplern, Bulldozern und Rammvorrichtungen. Wenn die Sicherheit besonders wichtig ist, kann die Harzzusammensetzung der Erfindung nur für Dichtungsvorrichtungen, die bei Lastdrücken nicht über 10 MPa bei 100°C verwendet werden, eingesetzt werden. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Harzzusammen setzung auch als Material für eine Dichtungsvorrichtung eingesetzt werden, die mit einem härteren Material als ei ner Aluminiumlegierung in gleitenden Kontakt gebracht wird, wie Stahl und Gußeisen.

[Beispiele]

Die in den Beispielen der Erfindung und den Vergleichsbei spielen verwendeten Rohmaterialien sind nachfolgend aufge listet. Die Zahlen in Klammern entsprechen den Materialnum mern in den Tabellen.

(1) Modifiziertes Tetrafluorethylenharz-1
[modifiziertes PTFE-1]
TEFLON TG70J, hergestellt von Pont-Mitsui Fluoroche micals
(2) Modifiziertes Tetrafluorethylenharz-2
[modifiziertes PTFE-2],
POLYFLON M111, hergestellt von DAIKIN KOGYO
(3) Tetrafluorethylenharz
[PTFE]
TEFLON 7J, hergestellt von Pont-Mitsui Fluorochemi cals
(4) Tetrafluorethylen-Fluoralkylvinylether-Copolymer
[PFA]
PFA MP10, hergestellt von Pont-Mitsui Fluorochemicals
(5) Kohlenstoffaser (Pech)-1
[CF-1]
KURECA MILLED M101S, hergestellt von Kureha Chemical Kogyo (Faserlänge: 100 µm, Faserdurchmesser: 14,5 µm)
(6) Kohlenstoffaser (PAN)-2
[CF-2]
BESFIGHT HTA-CMF0160-OH, hergestellt von Toho Rayon (Faserlänge: 160 µm, Faserdurchmesser: 7 µm) (7) Kohlenstoffaser (Pech)-3
[CF-3]
KURECA MILLED M107S, hergestellt von Kureha Chemical Kogyo (Faserlänge: 700 µm, Faserdurchmesser: 14,5 µm)
(8) Kohlenstoffaser (Pech)-4
[CF-4]
KURECA MILLED M101T, hergestellt von Kureha Chemical Kogyo (Faserlänge: 100 µm, Faserdurchmesser: 18 µm)
(9) Calciumsulfatwhisker
[Calciumsulfat W]
FLANKLIN-Faser A-30 (wasserfreier Salztyp), herge stellt von Dainichiseika Color & Chemicals Mfg. (Mohs-Härte: 2-3, Faserlänge: 50-60 µm)
(10) Zinkoxidwhisker
[Zinkoxid W]
Zinkoxidwhisker, hergestellt von Matsushita Electric Industry (Mohs-Härte: 4, Faserlänge: 2-50 µm)
(11) Kaliumtitanatwhisker
[Kaliumtitatanat W]
TISMO N, hergestellt von Otsuka Chemical (Mohs-Härte: 4, Faserlänge: 10-20 µm)
(12) Graphit, hergestellt von Nippon Graphite Industries:
ACP
(13) Aluminiumboratwhisker
[Aluminiumborat W]
ALBOREX Y, hergestellt von Shikoku Kasei Kogyo (Mohs- Härte: 7, Faserlänge: 10-30 µm)
(14) Glasfaser
MF-KAC, hergestellt von Asahi Fiber Glass

[Beispiele 1-9 der Erfindung und Vergleichsbeispiele 1-13]

Die in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Rohmaterialien wurden mit den in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Verhältnissen in einem Henschel-Trockenmischer trocken zusammengemischt, und die Mischung wurde durch eine Presse in Stäbe mit 30 (mm) Durchmesser × 100 (mm) und zylindrische Teile mit 124 (äu ßerer Durchmesser) × 64 (innerer Durchmesser) × 100 (mm) geformt, die dann für 4 Stunden bei 370°C durch ein freies Brennverfahren calciniert wurden. Die derart calcinierten Teile wurden in ringförmige Teststücke mit den Maßen 17 Durchmesser × 21 Durchmesser × 100 (mm) für den Reibungs verschleißtest und Teststücke für den Zeitstanddrucktest mit den Maßen 12,7 × 12,7 × 12,7 (mm) geschnitten. Zylin drische Materialien wurden zur Vermessung der allgemeinen physikalischen Eigenschaften in Teststücke mit den Abmes sungen 1 × 18 × 1000 (mm) aufgespalten.

Als Reibungsverschleißtest wurden (1) ein ölgeschmierter Reibungsverschleißtest und (2) ein Reibungsverschleißtest ohne Schmierung durchgeführt. Im Test (1) wurde ein Schub krafttester eingesetzt und der Test wurde durchgeführt, in dem die Teststücke mit den zugehörigen Teilen, hergestellt aus einer Aluminiumlegierung (ADC12: JIS H 2118, Typ 12), eingetaucht in ATF-Öl bei 100°C für 10 Minuten mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 6 m/min. und einem Kontaktdruck von 12 MPa in gleitenden Kontakt gebracht wurden. Die Ta bellen 3 und 4 zeigen den dynamischen Reibungskoeffizien ten, das Verschleißgewicht jedes Teststücks und das Ver schleißgewicht jedes zugehörigen Teils unmittelbar vor Te stende.

Im Reibungsverschleißtest ohne Schmierung wurde ein Schub krafttester eingesetzt, und der Test wurde durchgeführt, indem die Teststücke mit dem zugehörigen Teil oder Har talaunstein (mit A5056-Substrat) mit einer Umfangsgeschwin digkeit von 32 in/min. und einem Kontaktdruck von 4 MPa für 20 Stunden unter Umgebungsbedingungen in gleitenden Kontakt gebracht wurden. Tabelle 5 zeigt den dynamischen Reibungs koeffizienten, das Verschleißgewicht jedes Teststücks und das Verschleißgewicht jedes zugehörigen Teils unmittelbar vor Testende.

Der Zeitstanddrucktest wurde nach ASTM D621 durchgeführt, indem die Teststücke unter einem Kontaktdruck von 140 kgf/cm² bei Normaltemperatur und bei 100°C komprimiert wurden. Es wurden die maximale Deformationsrate (%) nach Verstreichen von 24 Stunden und die Deformationsrate (permanente Deforma tionsrate: %) nach dem Verstreichen weiterer 24 Stunden ge messen.

Die Zerreißfestigkeit und die Bruchdehnung wurden ebenfalls nach ASTM D1708 gemessen und sind in den Tabellen 3 und 4 gezeigt.

Wie in den Tabellen 3 und 4 gezeigt, gab es keine Teststücke der Beispiele der Erfindung, die eine Zeitstanddruckcha rakteristik nach ASTM D621 zeigten, d. h. eine maximale De formationsrate in 24 Stunden von mehr als 15%. Auch beschä digte jede von diesen die zugehörigen Teile (ADC12) in Öl nur wenig. Sie besaßen niedrige Reibungseigenschaften und hohe Verschleißbeständigkeit.

Im Gegensatz hierzu beschädigten die Vergleichsbeispiele 2-5 und 8, in denen Kohlenstoffasern und andere Füllstoffe zu modifiziertem PTFE zugegeben wurden, die zugehörigen Teile im Reibungsverschleißtest schwer, obwohl ihre maxima le Deformationsrate immer unterhalb 15% lag. Das Ver gleichsbeispiel W, in dem der Kohlenstoffasergehalt zu niedrig war, war hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit und des Kriechwiderstands unterlegen, wenn auch das zugehö rige Teil nicht beschädigt wurde.

Wie aus Tabelle 5 offensichtlich, beschädigten die Zusam mensetzungen der Beispiele 2, 3, 6 und 8 die zugehörigen Teile (Hartalaunstein) während des ungeschmierten Reibungs verschleißtests kaum und besaßen auch hohe Verschleißbe ständigkeit.

Im Gegensatz dazu war das Vergleichsbeispiel 6, in dem Cal ciumsulfatwhisker zugegeben wurden, hinsichtlich der Ver schleißbeständigkeit schlechter, obwohl das zugehörige Teil kaum beschädigt wurde. Im Vergleichsbeispiel 4 und 5 zeig ten sowohl die Harzteile, als auch die zugehörigen Teile hohe Verschleißgewichte.

Erfindungsgemäß unterliegt die Harzzusammensetzung geringer Kriechdeformation, während die guten Dichtungseigenschaften aufrechterhalten werden, selbst wenn die Zusammensetzung mit einem zugehörigen Teil bei einem hohen Kontaktdruck über 10 MPa in gleitenden Kontakt gebracht wird. Die Harz zusammensetzung der Erfindung besitzt ferner den Vorteil, daß sie eine druckbeständige Tetrafluorethylen-Gleitharz zusammensetzung ist, die in keinem Fall ein zugehöriges Teil aus Aluminiumlegierung verschleißt oder beschädigt.

Wie aus Tabelle 5 offensichtlich, beschädigen die Zusammen setzungen der Beispiele 2, 3, 6 und 8 die zugehörigen Teile (Hartalaunstein) während des ungeschmierten Reibungsver schleißtests kaum und besitzen auch hohe Verschleißbestän digkeit.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

Claims

1. Druckbeständige Tetrafluorethylen-Gleitharzzusammen setzung, umfassend 100 Vol.-Teile eines modifizierten Tetrafluorethylenharzes, das ein Copolymer von Tetra fluorethylen und partiell modifiziertem Tetrafluorethy len ist, 5-40 Vol.-Teile Kohlenstoffaser und 2-30 Vol.- Teile Whisker mit einer Mohs-Härte von 4 oder weniger.

2. Druckbeständige Tetrafluorethylen-Gleitharzzusammen setzung, umfassend 100 Vol.-Teile eines modifizierten Tetrafluorethylenharzes, das ein Copolymer von Tetra fluorethylen und partiell modifiziertem Tetrafluorethy len ist, 5-40 Vol.-Teile Kohlenstoffaser und 2-30 Vol.- Teile Whisker mit einer Mohs-Härte von 4 oder weniger und mit einer maximalen Deformationsrate in 24 Stunden bei 100°C von 15% oder weniger, die eine Zeitstand druckcharakteristik nach ASTM D621 zeigt.

3. Druckbeständige Tetrafluorethylen-Gleitharzzusammen setzung nach Anspruch 1 oder 2, worin das modifizierte Tetrafluorethylenharz ein modifiziertes Tetrafluorethy lenharz ist, ausgedrückt durch die nachfolgende Formel:
worin m und n ganze Zahlen sind, die die Beziehung er füllen m»n, und X eine Seitenkettengruppe mit einer Perfluoralkylethergruppe, einer Fluoralkylgruppe oder einem anderen Fluoralkyl ist.

4. Druckbeständige Tetrafluorethylen-Gleitharzzusammen setzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, worin die Kohlenstoffaser eine Faserlänge von 0,05-1 mm und ein Höhe-Breite-Verhältnis von 5-80 besitzt.

5. Druckbeständige Tetrafluorethylen-Gleitharzzusammen setzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, worin die Whisker Calciumsulfatwhisker sind.

6. Druckbeständige Tetrafluorethylen-Gleitharzzusammen setzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, worin die Whisker Zinkoxidwhisker sind.

7. Dichtungsvorrichtung, die mit einem Aluminiummetall in Gleitkontakt gebracht werden soll, wobei die Dichtungs vorrichtung aus der druckbeständigen Tetrafluorethylen- Gleitharzzusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-6 geformt ist.