DE2321877C3 - Werkstoff mit niedrigem Reibbeiwert - Google Patents
Werkstoff mit niedrigem ReibbeiwertInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkstoff mit niedrigem Reibbeiwert, insbesondere Gleitwerkstoff
aus einem temperaturbeständigen Polyimid-Werkstoff und 5 bis 95 Gew.-% Festschmierstoffen einer Korngröße
bis zu 500 Mikron.
Für die Anwendung als Gleitwerkstoffe sind verschiedene
Chemiewerkstoffe als Thermo- und Duroplaste bekannt. Diese Werkstoffe weisen jedoch entweder
einen sehr großen Reibbeiwert, eine nur geringe Temperaturbeständigkeit oder eine relativ schlechte
Belastbarkeit auf, was ihrer Verwendung vielfach eine Grenze setzt.
Neuere entwickelte Chemiewerkstoffe haben zwar die für Gleitwerkstoff erforderliche größere Eigenfestigkeit
sowie die ebenfalls erforderliche höhere Temperaturbeständigkeit, sind aber mit dem Nachteil eines
ziemlich großen Reibbeiwertes behaftet. Bei diesen temperaturbeständigeren Chemiewerkstoffen handelt
es sich um Werkstoffe aus der Gruppe der Polyimide, bei denen sich deren schwieriger Verarbeitungsgrad
auch noch nachteilig auf eine wirtschaftliche Vorarbeit- -)0
barkeit auswirkt, weswegen bisher eine wirtschaftliche Nutzung dieser Werkstoff bei der Serienherstellung für
Gleitwerkstoffe nicht erfolgen konnte.
Es ist weiter bekannt, daß man versuchte, durch eine einfache Beigabe von Festschmierstoffen, wie z. B. -,5
Graphit oder M0S2, in feinstverteilter Form die Laufeigenschaften dieser Werkstoffe zu verbessern. Die
hierbei erzielten Ergebnisse führten jedoch nicht zu den angestrebten Verbesserungen, die als Voraussetzungen
für einen wirtschaftlichen Einsatz solcher Stoffe 6C a|s GleitwerkstofTe erforderlich sind. Die gewünschte
Verbesserung dieser Chemiewerkstoffe blieb den bisher bekannten Verfahren deswegen versagt, weil die
Aktivität der Festschmierstoffe infolge deren vollkommener Einkapselung in den Grundwerkstoff zu- b5
mindest teilweise beseitigt wird.
Die Dfc-OS 20 00 885 befaßt sich u. a. mit einem Polyimid-Werkstoff.
der Festschmierstoffe in feinster Verteilung enthält, deren Körnung im Bereich von 1 bis
5000 Mikron, vorzugsweise zwischen 10 und 500 Mikron liegt. Als geeignete Festschmierstoffe werden PbS,
MoS2, Bornitrid und Graphit genannt Graphit soll insbesondere nach den Beispielen in einer Körnung
zwischen 1 und II Mikron in dem Polyimid-Werkstoff eingesetzt werden, der allerdings nur unbefriedigende
Reibungskoeffizienten zeigt
In »British Plastics«, 1968, S. 69-72, wird zwar ebenfalls
ein Polyimid-Werkstoffbeschrieben, der 15 Gew.-% und mehr Graphit als Füllstoff und damit wohl auch
als Festschmierstoff enthält Jedoch wird für den Festschmierstoff keine bestimmte Körnung angegeben.
Auch in »Piastikverarbeiter«, 1970, Heft 8, S. 758, der BE-PS 6 64078 sowie der FR-PS 13 50946 werden
übliche Polyimid-Werkstoffe beschrieben, die die obenerwähnten Nachteile aufweisen.
Im Chem. Zentralblatt, 1965, Heft 46, Ref. 2966, wird
ein Material für Gleitflächen beschrieben, das aus einem Elastomerengemisch mit einem Gehalt an Festschmierstoffen
besteht Ein derartiges Material ist jedoch im !!inblick auf seine thermische Belastbarkeit
Polyimid-Materialien unterlegen, da es bereits bei Temperaturen von ca. 150°C bis 200°C merkliche Zersetzungserscheinigungen
zeigt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff der vorgenannten Gattung zu schaffen, der
insbesondere verbesserte Reibeigenschaften, wie einen verbesserten Reibbeiwert aufweist, ohne daß die
Druckfestigkeit und die Härte abnehmen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß der Polyimid-Werkstoff 15 bis 80 Gew.-% organische
und/oder anorganische Festschmierstoffe einer Korngröße von 30 bis 500 Mikron und zusätzlich 3 bis
5 Gew.-% Festschmierstoffe einer Korngröße kleiner 10 Mikron enthält
Besonders gute Ergebnisse werden mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff erzielt, wenn die Festschmierstoffe
in einem Korngrößenbereich von 40 bis 300 Mikron liegen.
Als Festschmierstoffe werden in dem erfindungsgemäßen Werkstoff vorzugsweise Graphit, MoS2 oder
Polytetrafluoräthylen verwendet, die sich durch besonders gute Festschmiereigenschaften auszeichnen.
Die technologischen Zusammenhänge, die der Erfindung zugrundeliegen, können wie folgt erläutert
werden:
Durch die Einlagerung von Festschmierstoffen einer Korngröße zwischen 30 und 500 Mikron in den PoIyimid-Grundwerkstoff
wird möglicherweise erreicht, daß die Festschmierstoffe ihre Schmieraktivität während
eines Gleitvorgangs voll beibehalten, da die sich beim Gleitvorgang aus den eingelagerten Festschmierstoff-Nestern
lösenden Feinstpartikel nicht bereits als solche vom umgebenden Polyimid eingekapselt und
damit schmierinaktiv sind. Durch die Erfindung wird nun erreicht, daß die Aktivität des Festschmierstoffs
bei dessen Freisetzung in feinstverteilter Form in die Gleitzone voll erhalten bleibt, wenn er aus den besagten
Festschmierstoff-Nestern stammt. Durch den zusätzlichen Anteil von 3 bis 5Gew.-% Festschmierstoffen
einer Korngröße kleiner als 10 Mikron wird die Schmieraktivität des beladenen Polyimid-Werkstoffs
überraschenderweise erheblich gesteigert, was demnach auf ein vorteilhaftes funktionelles Zusammenwirken
zwischen den beiden Festschmierstoff-Fraktionen unterschiedlicher Körnung hinweist.
Die Beigaben von Festschmierstoffen einer Körnung
kleiner als JO Mikron lagern sich im übrigen unmittelbar
in das zu vernetzende Gefüge des Polyimid-Grundwerkütoffs
ein, der mit diesem Festschmierstoffanteil
versehen, dann granuliert und anschließend mit den Festschmierstoffen der größeren Körnung erst zum
Endpunkt verarbeitet wird. Durch die zuerst erfolgte Einlagerung der FestschmierstofTpartikel einer Körnung
kleiner als 10 Mikron wird im übrigen das Fließverhalten des granulierten Polyimid-GrundwerkstofTs
im Sinne einer preßtechnischen Verarbeitbarkeit verbessert.
Durch die geeignete Auswahl der verwendeten PoIyimid-Werkstoffe sowie durch eine passende Einlagerung
von Festschmierstoffen im Rahmen der durch die Erfindung aufgezeigten Variationsbereiche ist es
möglich, den verschiedensten Betriebseinflüssen des jeweils vorgesehenen Einsatzfalles, die sich aus
Flächenpressung, Gleitgeschwindigkeit, Reibflächenzustand
und Betriebstemperatur ergeben, Rechnung zu tragen und ein optimales Verschleißverhalten bei
günstigsten Reibbetwerten zu erzielen.
Das oben bereits genannte Granulat aus dem PoIyimid-GrundwerkstofTund
den Festschmierstoffen einer Körnung kleiner als 10 Mikron wird im übrigen zunächst
bei erhöhter Temperatur, die jedoch unter dem Schmelzpunkt liegt, vorvernetzt, d. h. es handelt sich
um ein Prepolymerisat Danach erfolgt die A1 "..rbeitung
zu einem Granulat, das mit den ebenfalls granulierten, vorbehandelten Festschmierstoffen des genannten
größeren Körnungsbereictu zu einem Verarbeitungsgranulat
gemischt, anschließend unter Druck verdichtet, sodann zur Erdvernetzung erneut einer
Wärmebehandlung unterzogen und hiernach bei erhöhter Temperatur gealtert wird.
In der ersten Stufe dieses Heistellungsverfahrens
des erfindungsgemäßen Werkstoffs win. durch die Einwirkung
einer unter seinem Schmelzpunkt liegenden Temperatur, die vorteilhafterweise zwischen 70 und
HO0C liegt und sich über eine Zeitspanne von 30 bis 90 Minuten, die ihrerseits wiederum von der Höhe der
gewählten Temperatur abhängig ist, erstreckt, eine teilweise Vorvernetzung des Polyimid-Grundwerkstoffes
erreicht, um die Voraussetzung für eine weitere Verarbeitung durch Einbringen des Festschmierstoffes
zu schaffen. Danach erfolgt die Aufbereitung des PoIyimid'Werkstoffes
als Granulat und die Beigabe der ebenfalls granulierten Festschmierstoffe in der vorbehandelten
Kornfraktion von 30 bis 500 Mikron, vorzugsweise 40 bis 300 Mikron. Das dabei entstehende
Granulat ist äußerst rieselfähig und leicht verarbeitbar. Es ermöglicht eine automatische Zuführung zu den
Werkzeuggesenken für die anschließende Verdichtung und ergibt gleichzeitig niedrige Füllhöhen. Die
sich anschließende Verdichtung im Werkzeug erfolgt auf herkömmlichen Pressen mit einem Verdichtungsdruck,
der vorteilhafter Weise über l,0Mp/cm2, vorzugsweise 5 bis 6 Mp/cm2, liegt.
Der so erzeugte Grünling wird in einer nachgeschalteten Wärmebehandlung vollständig vernetzt, vorteilhafterweise
bei einer Temperatur von 170 bis 200°C während einer Zeitdauer von 1 bis 2 Stunden. Es sind
hier auch höhere Temperaturen und entsprechend niedrigere Einwirkzeiten oder tiefere Temperaturen und
entsprechend längere Zeiten vorstellbar. Diese Wärmebehandlung erfolgt in der Art der Freisinterung, wobei
der Grünling außerhalb des Preßwerkzeuges im freien Raum der Temperatureinwirkung ausgesetzt wird. Ihr
schließt sich unmittelbar eine weitere Wärmebehandlung zur Alterung des Werkstoffs an, die bei erhöhter
Temperatur, vorzugsweise bei 250C während einer Zeitdauer von mindestens einer Stunde erfolgt. Der
Vorteil bei dieser Herstellungsmethode liegt auch darin, daß der Polyimid-Werkstoff hierbei keine Scbmelzphasi?
durchläuft und somit eine maßlich einwandfreie und formgerechte Herstellung von Gleitelementen
ohne weitere Nachbehandlung gleichzeitig mit der Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstolfes er-
IU folgen kann.
Zwar zeigen die vorstehenden Ausführungen bereits eine Vielzahl technischer Vorzüge des erfindungsgemäßen
Werkstoffs gegenüber den Produkten des Standes der Technik. Die anschließende Tabelle belegt
jedoch zusätzlich die wesentlichen Vorteile der erfindun&sgemäßen
Erzeugnisse zahlenmäßig sowie des zu deren Herstellung angewandten Verfahrens. Die Proben
1 bis 5 sowie 8 und 9 sind erfindungsgemäße PoIyimid-Werkstoffe, während die Proben 6 und 7 zwar nach
einer Firmenfertigungsanweisung gewonnen wurden, jedoch den Produkten nach der DE-OS 20 00 885 entsprechen.
Außer der Herstellungszeit pro Stück (reine Preßzeit) sind die für einen Gleitwerkstoff wesentlichen
Eigenschaften, nämlich der Reibbeiwert, die Druckfestigkeit und die Brinellhärte angegeben.
Aus der Herstellungszeit pro Stück für eine Scheibe von 76 mm 0 x 37 mm Höhe (diese Größe wurde gewählit,
um Vergleichsweue zu den Produkten nach der genannten Fertigungsanweisung zu erhalten), ergibt
sich, daß nach der bekannten Verfahrensweise eine reine Preßzeit von 42 Minuten erforderlich ist. Demgegenüber
erfordert die Herstellung des erfindungsgemäßen Produktes lediglich eine Preßzeit von 20 Sekunden,
wobei sogar im Gegensatz zu der bekannten Verfahrensweise bei Normaltemperatur (Kaltpressen)
gepreßt werden kann. Des weiteren ist aus der Tabelle ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Erzeugnisse
den bekannten hinsichtlich der Druckfestigkeit überwiegend und bezüglich der Brinellhärte grundsätzlich
überlegen sind. Hinsichtlich des Reibbei .wertes sind die
beanspruchten Produkte den Vergleichsprodukten weit überlegen. Der deutliche Unterschied zeigt sich insbesondere
bei Raumtemperatur (etwa 25GC), die für den praktischen Anwendungsfall besonders bedeutsam ist.
Das folgende Beispiel dienst der weiteren Erläuterung der Herstellung des erfindungsgemäßen Polyimid-Werkstoffs.
Ein geeignetes Polyimid wird mit 3 bis 5 Gew.-% Graphit, der in Feinstform kleiner Korngrößen unter
10 Mikron vorliegt, zu einem Granulat verarbeitet und hiervon 40 Gew.-% mit 60 Gew.-% vorbehandeltem
Graphit in der Kornfraktion von 40 bis 300 Mikron zu einem Verarbeitungsgranulat gemischt. Das Granulat
wird über eine Füllvorrichtung automatisch in ein Preßwerkzeug eingefüllt und zur Erzeugung des Grünlings
einem Preßdruck von 5 Mp/cm2 ausgesetzt. Das ausgeformte
Teil wird in einem Umluftwärmeschrank in einer ersten Stufe zwei Stunden lang einer Temperatur
von 190 C ausgesetzt und ohne Veränderung anschließend eine Stunde lang bei 250 C vollständig vernetzt
h5 (gealtert). Durch eine entsprechende maßliche Auslegung
des Werkzeuges befindet sich nunmehr auch gleich das so hergestellte Teil in einem passungsgerechten,
einbaufahigen Zustand.
| I | 5 | Tabelle | I (Elf.) | 23 21 | 877 | 6 | 4 (Erf.) | 5 (ErT.) | 20 Sek. | 20 Sek. | 9 (Erf.) |
| ι Si |
Probe | 60 | 60 | 60 | |||||||
| If | Zusammensetzung, % | 60 | |||||||||
| § if./' |
Ρί-Harz | Talkum | 2(ErH) | 3 (erf,) | PTFE | Graphit | |||||
| ir it |
FestschmierstofT | 5 | 60 | 60 | 5 | 5 | 1400 | 1300 | Polyvinylidenfluorid | ||
| Körnung < IO μ | 35 | 35 | 35 | 30 | 40 | und Graphit | |||||
| Se | Körnung 40-300 μ | PbO | WS, | 0,18 | J, 105 | 5 % Graphit | |||||
| (granuliert) | Kaltpressen | 5 | 5 | Kaltpressen Kaltpressen | 15% Graphit und | ||||||
| ίέ | Herstellung | 20 Sek. | 35 | 35 | 20 Sek. | 20 % Polyvinylidenfluorid | |||||
| Herstellungszeit | Kaltpressen | ||||||||||
| pro Stück Scheibe | Kaltpressen | Kaltpressen | 20 Sek. | ||||||||
| -Τ- | 76 mm 0 x 37 mm Höhe | 20 Sek. | 20 Sek. | ||||||||
| Jl | (nur Preßzeit) | 1400 | 1000 | ||||||||
| Druckfestigkeit in kp/cm2 | 55 | 25 | |||||||||
| Hi- | Brinellhärte in kp/mm2 | 0,12 | 0,08 | 1100 | |||||||
| Reibbeiwert μ (bei 25°C) | 1500 | 1100 | 25 | ||||||||
| Fortsetzung | 6 Vergleichs | 65 | 44 | 0,17 | |||||||
| Probe | produkt | 0,11 | 0,09 | ||||||||
| 75 | |||||||||||
| Zusammensetzung, % | 7 Vergleichs | 8 (Erf.) | |||||||||
| Pi-Harz | Graphit | produkt | Polyvinylidenfluorid | ||||||||
| Festschmierstoffe | 60 | 60 | |||||||||
| - | |||||||||||
| Körnung < 10 μ | 25 | Graphit | 5 % Polyvinyliden fluorid |
||||||||
| Körnung 40-300 μ | 35% Polyvinyliden | ||||||||||
| (granuliert) | Warmpressen | - | fluorid | ||||||||
| Herstellung | 42 Min. | 40 | Warmpressen Kaltpressen | ||||||||
| Herstellungszeit | 42 Min. | ||||||||||
| pro Stück Scheibe | |||||||||||
| 76 mm 0 x 37 mm Höhe | |||||||||||
| (nur Preßzeit) | 1440 | ||||||||||
| Druckfestigkeit in kp/cm2 | 30 | 1100 | |||||||||
| Brinellhärte in kp/mm2 | 0,25 | 25 | |||||||||
| Reibbeiwert, μ (bei 25 C) | Anmerkung: l'i = l'olybismaleinimidharz. | 0,20 | |||||||||
Claims (4)
- Patentansprüche;K Werkstoff mit niedrigem Reibbeiwert, insbesonder Gleitwerkstoff, aus einem temperaturbestän-(Jigen Polyimid-Werkstoff und 5 bis 95 Gew,-% Festschmierstoffen einer Korngröße bis zu 500 Mikron, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyimid-Werkstoff 15 bis 80Gew.-% organische und/oder anorganische Festschmierstoffe einer Korngröße von 30 bis 500 Mikron und zusätzlich 3 bis 5 Gew.-% Festschmierstoffe einer Korngröße kleiner als 10 Mikron enthält
- 2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festschmierstoffe eine Korngröße zwischen 40 und 300 Mikron aufweisen.
- 3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als FestschmierstolT Graphit, MoS2 oder Polytetrafluoräthylen enthält
- 4. Verwendung des Werkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Lagerwerkstoff.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BI | Miscellaneous see part 2 | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |