PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3912716A1 25.10.1990
Titel Gleit- bzw. Schiebeelemente aus einem einzigen Material und aus einem Verbundmaterial
Anmelder Daido Metal Co. Ltd., Nagoya, JP
Erfinder Mori, Sanae;
Sakamoto, Masaaki, Nagoya, JP;
Hoda, Atushi;
Imai, Teruo, Shizuoka, JP;
Gotoh, Yoshihisa;
Tutumi, Toshihiko, Yokohama, JP
Vertreter Kraus, W., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Weisert, A., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Spies, J., Dipl.-Phys., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 18.04.1989
DE-Aktenzeichen 3912716
Offenlegungstag 25.10.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.10.1990
IPC-Hauptklasse C08L 71/10
IPC-Nebenklasse C08L 27/18   C08K 3/16   C08K 7/04   C08J 5/16   B32B 15/08   B32B 27/20   B32B 27/28   
IPC additional class // (C08L 71/10,65:00)B32B 27/06,7/02  
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft Gleit- bzw. Schiebeelemente aus einem einzigen Körper bzw. Material und aus einem Verbundmaterial, die eine Harzmasse enthalten, welche 30 bis 98 Gew.-% eines aromatischen Polyetherketons, 1 bis 35 Gew.-% Polytetrafluorethylen und 1 bis 35 Gew.-% Metallfluorid enthält. Sie betrifft weiterhin Gleit- bzw. Schiebeelemente aus einem einzigen Material und aus einem Verbundmaterial, die eine Harzmasse enthalten, welche 30 bis 97 Gew.-% eines aromatischen Polyetherketons, 1 bis 35 Gew.-% eines Polytetrafluorethylens, 1 bis 35 Gew.-% eines Metallfluorids und 1 bis 20 Gew.-% Kaliumtitanat-Fasern enthält. Diese Gleit- bzw. Schiebeelemente besitzen wesentlich verbesserte niedrige Reibungseigenschaften und Abnutzungseigenschaften, verglichen mit den bekannten Produkten, und sind daher sehr nützlich.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Gleit- bzw. Schiebeelemente aus einem einzigen Material und aus einem Verbundmaterial, welche niedrige Reibungseigenschaften und Abnutzungsbeständigkeit aufweisen. Die Gleit- bzw. Schiebeelemente werden im folgenden der Einfachheit halber als Einzelkörper- und Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelemente bezeichnet.

Von der Anmelderin wurde eine Harzmasse für Einzelkörper- Gleit- bzw. -Schiebeelemente entwickelt, die hauptsächlich aus einem aromatischen Polyetherketon besteht. Für diese Harzmasse wurde eine Patentanmeldung als japanische Patentanmeldung Kokai (offengelegt) Nr. 63-297 457 (japan. Patentanmeldung Nr. 62-134 401) hinterlegt. Andererseits sind als Materialien für Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelemente zusammengesetzte Materialien bekannt, die eine poröse Metallunterlage enthalten, die mit einer Masse, welche ein Gemisch aus Graphitfasern enthält, mit einer Masse, die ein Gemisch aus Graphitfasern, Polytetrafluorethylen (im folgenden als PTFE bezeichnet), Graphit, Bronze oder einem ähnlichen Material und Polyetherketon enthält, imprägniert ist oder auf ihrer Oberfläche beschichtet ist, wie es beispielsweise in den japanischen Patentanmeldungen Kokai (offengelegt) Nrn. 59-2 839 und 59- 1 82 843 beschrieben wird.

Die Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelemente, bei denen diese Harzmasse verwendet wird, sind hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit, wie der Beständigkeit unter Belastung, der Wärmeleitfähigkeit, der Abnutzungsbeständigkeit, der Backbeständigkeit und der Dimensionsstabilität, ungenügend, insbesondere wenn sie in Industriemaschinen, Kraftfahrzeugen usw. verwendet werden, wo die Verwendung dieser Elemente bei relativ strengen Bedingungen stattfindet. Andererseits sind die bekannten Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelemente hinsichtlich ihrer Reibungseigenschaften und dem Verschleißwiderstand nicht zufriedenstellend, die wesentliche Faktoren bei den Gleit- bzw. Schiebeeigenschaften sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obenerwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen, die den Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelementen der früheren Erfindung und den bekannten Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelementen inhärent sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die folgenden Strukturen bzw. Elemente bzw. Körper zur Verfügung gestellt werden:

  • 1) ein Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelement, welches die im folgenden beschriebene Harzmasse (a) enthält,
  • 2) ein Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelement, welches die im folgenden beschriebene Harzmasse (b) enthält,
  • 3) ein Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelement, welches eine metallkaschierte poröse Schicht enthält, die mit der im folgenden beschriebenen Harzmasse (a) imprägniert und auf ihrer Oberfläche beschichtet ist,
  • 4) ein Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelement, das eine metallkaschierte poröse Schicht enthält, welche mit der im folgenden beschriebenen Harzmasse (b) imprägniert und auf ihrer Oberfläche beschichtet ist.


Harzmasse (a) aromatisches Polyetherketon 30 bis 98 Gew.-% Polytetrafluorethylen 1 bis 35 Gew.-% Metallfluorid 1 bis 35 Gew.-%


Harzmasse (b) aromatisches Polyetherketon 30 bis 97 Gew.-% Polytetrafluorethylen 1 bis 35 Gew.-% Metallfluorid 1 bis 35 Gew.-% Kaliumtitanat-Fasern 1 bis 20 Gew.-%


Der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Ausdruck "Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelement" bedeutet ein Gleit- bzw. Schiebeelement, das aus einer einzigen Harzmasse hergestellt wurde, wie es oben bei 1) und 2) beschrieben wurde. Der Ausdruck "Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelement" betrifft ein Gleit- bzw. Schiebeelement, bei dem eine Metallunterlage mit der Harzmasse imprägniert und beschichtet ist, wie es oben unter 3) und 4) beschrieben wurde.

Das aromatische Polyetherketon, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist bevorzugt ein kristallines aromatisches thermoplastisches Polyetherketon-Harz (welches im folgenden als PEEK bezeichnet wird) und das sich wiederholende Einheiten, die durch die folgende Formel (1) dargestellt werden, enthält:



PEEK kann die folgenden, sich wiederholenden Einheiten außer den sich wiederholenden Einheiten (1) enthalten:



Trotz seines hohen Kristallschmelzpunkts, der 334°C beträgt, kann PEEK durch Spritzgießen einer heißen Schmelze verformt werden.

Die kontinuierliche Arbeitstemperatur von PEEK ist so hoch wie 240°C - der höchste Wert bei den vorhandenen thermoplastischen Harzen.

Diese aromatischen Polyetherketone können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden, wie sie in der japanischen Patentanmeldung Kokai (offengelegt) Nr. 54-90 296 beschrieben werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann man ein Polyetherketon oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren solcher Polyetherketone verwenden.

Das bevorzugte PEEK ist für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung eines, dessen Schmelzflußindex, bestimmt gemäß ASTM D-1238, bei 360°C und einer Belastung von 2,16 kg im Bereich von 1 bis 5 g/10 min liegt.

Bei der vorliegenden Erfindung sollte der Gehalt an PTFE in dem aromatischen Polyetherketon im Bereich von 1 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-%, liegen. lrgendein geringerer PTFE-Gehalt als 1% ergibt bei der Verbesserung der niedrigen Reibungseigenschaften, der Backbeständigkeit und bei dem kritischen PV-Wert nur geringe Verbesserungen. Wenn andererseits der PTFE-Gehalt 35% übersteigt, besitzt die Harzmasse eine niedrigere Festigkeit, was eine Verringerung in der Abnutzungsbeständigkeit, den Belastungseigenschaften und der Kriechbeständigkeit und eine Verschlechterung der Verformbarkeit ergibt.

Beispiele für Metallfluoride , die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind Zinkfluorid, Aluminiumfluorid, Eisenfluorid, Kaliumfluorid, Bleifluorid, Calciumfluorid, Kupferfluorid, Kadmiumfluorid, Bariumfluorid, Lithiumfluorid, Magnesiumfluorid und ähnliche. Unter diesen sind Bleifluorid und/oder Calciumfluorid besonders bevorzugt.

Der Gehalt solcher Metallfluoride in der erfindungsgemäßen Masse sollte im Bereich von 1 bis 35 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 20 Gew.-%, liegen. Wenn der Gehalt an Metallfluorid unter 1 Gew.-% liegt, tritt bei den Belastungseigenschaften, der Abnutzungsbeständigkeit, der Backbeständigkeit, den Reibungseigenschaften und der Kriechbeständigkeit kaum eine Verbesserung auf, wohingegen, wenn der Metallfluoridgehalt 35% übersteigt, die Harzmasse eine niedrigere Festigkeit besitzt und die Reibungseigenschaften und die Verarbeitbarkeit durch Verformen verschlechtert werden.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es möglich, zusätzlich Kaliumtitanat-Fasern zu verwenden. ln diesem Fall sollte der Gehalt an solchen Kaliumtitanat-Fasern im Bereich von 1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 15 Gew.-%, liegen. Wenn der Gehalt an Kaliumtitanat-Fasern unter 1 Gew.-% liegt, verschlechtert sich die Wirkung bei der Verbesserung der Belastungseigenschaften, der Abnutzungsbeständigkeit, der Backbeständigkeit und der Kriechbeständigkeit. Wenn andererseits dieser Gehalt 20 Gew.-% übersteigt, erhält man eine Verringerung der Reibungseigenschaften und eine Verringerung der Bearbeitbarkeit durch Verformung.

Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Harzmasse enthält entweder ein Gemisch aus drei Substanzen, d.h. PEEK, PTFE und Metallfluorid, oder ein Gemisch aus vier Substanzen, d.h. die drei Substanzen plus Kaliumtitanat-Fasern. ln jedem Fall ist es erforderlich, daß das Gemisch ein homogenes Gemisch ist.

Verschiedene Verfahren sind zur Herstellung der Gleit- bzw. Schiebeelemente in Form des Einzelkörpers oder als Verbundmaterial verfügbar. Beispielsweise können Pulver oder Pellets aus PEEK zu Pulvern von PTFE, Metallfluorid und Kaliumtitanat- Fasern zugegeben werden, und das Gemisch wird in einem Henschel-Mischer, einem Supermischer, einem Bandmischer usw. vorgemischt. Dieses homogene Pulvergemisch wird dann bei der Herstellung eines Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelements zu der gewünschten Form des Gleit- bzw. Schiebeelements durch Spritzgießen bzw. Injektionsverformung oder durch andere Verfahren verformt. Bei der Herstellung eines Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelements wird das homogene pulverförmige Gemisch oder eine pelletisierte Form davon direkt auf ein poröses Substrat aufgebracht oder das Gemisch wird zu einer Folie oder einer Platte nach einem geeigneten Verformungsverfahren verarbeitet, und diese Folie oder Platte wird auf eine Temperatur erhitzt, die höher ist als die Schmelzpunkte der Harzbestandteile, um eine Imprägnierung und Beschichtung des porösen Substrats mit der Folien- bzw. Plattenmasse zu ergeben. Die folgenden Verfahren können ebenfalls verwendet werden: Das homogene Pulvergemisch wird in einen Schmelzextruder gegeben, so daß direkt eine Platte bzw. Folie hergestellt und die Imprägnierung und Beschichtung des porösen Substrats mit der Platten- bzw. Folienmasse erfolgt. Das Gemisch wird pelletisiert und dann in einen Schmelzextruder gegeben, um eine Folie bzw. Platte herzustellen und die Imprägnierung und Beschichtung des porösen Substrats zu bewirken. Bei der vorliegenden Erfindung ist es, solange die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht beeinflußt wird, möglich, wenn es erforderlich ist, faserartige Verstärkungsmaterialien (wie Kohlenstoffasern, Glasfasern, Keramikfasern, aromatische Amidfasern etc.), granulare Füllstoffe (wie Calciumcarbonat, Talk, Ton, Siliciumdioxid, Graphit, Graphitfluorid, Aluminiumoxid, Chromoxid, Zinkoxid, Zinnoxid, Antimonoxid, Kadmiumoxid, Molybdändisulfid, Wollastonit etc.), ein Antioxidans, einen thermischen Stabilisator, ein Mittel zur Absorption von Ultraviolett, ein Schmiermittel, ein Entformungsmittel (wie verschiedene Typen von Ölen, Wachsen, Stearinsäure und ihre Salze, Ester, Halbester, Stearylalkohol, Stearamid etc.), einen Farbstoff und ein Pigment (wie Kadmiumsulfid, Phthalocyanin, Ruß bzw. Carbon Black, Titanoxid, Eisenoxid, Bleioxid, Kobaltoxid etc.) und andere thermoplastische Harze (wie Polyamid, Polycarbonat, Polyetherimid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyphenylensulfid, aromatische Polyester etc.) und wärmehärtende Harze (wie ein Phenolharz, ein Epoxyharz, ein Siliconharz, ein Polyimid, ein Polyamidimid etc.) zuzugeben.

Beispiele

Beispiele für die Produkte gemäß der früheren Erfindung der Anmelderin (japanische Patentanmeldung Kokai Nr. 63-297 457), die erfindungsgemäßen Produkte und die bekannten Produkte werden im folgenden erläutert. Als Materialien werden bei diesen Beispielen verwendet: PEEK 450G (Warenzeichen für PEEK, hergestellt von ICI Corp., Großbritannien; M.F.I.: 3,1 g/10 min), Tetrafluorethylen-Harz M-12 (Warenzeichen, erhältlich von Daikin Kogyo K.K., welches als PTFE verwendet wird), Bleifluorid (hergestellt von Junsei Kagaku K.K.), Calciumfluorid, (hergestellt von Junsei Kagaku K.K.), TISMO-D (Warenzeichen für Kaliumtitanat-Fasern, hergestellt von Otsuka Kagaku Yakuhin K.K.), Blue P (Warenzeichen für Graphit, hergestellt von Nippon Kokuen Kogyo K.K.), Kohlenstoffasern, die von Pech abstammen M-107T (Warenzeichen, hergestellt von Kureha Kagaku Kogyo K.K.), und Kohlenstoffasern, die von PAN abstammen, TOREKA CHOPPED STRAND TOO8A-003 (Warenzeichen, hergestellt von Toray Corporation). Die Komponenten der Massen, die in Tabelle 2 angegeben werden, werden zuerst trocken vermischt und dann unter Schmelzen und Mischen mit einem 40-mm ∅- Extruder (Extrudiertemperatur: 360°C) extrudiert, wobei man Pellets mit einheitlicher Zusammensetzung erhält. Diese Pellets werden durch Spritzgießen unter Verwendung einer üblichen Spritzgußvorrichtung unter Bildung eines Einzelkörper- Gleit- bzw. -Schiebeelements gemäß der früheren Erfindung (japanische Patentanmeldung Kokai Nr. 63-297 457) (Proben Nrn. 1 bis 10), der vorliegenden Erfindung (Proben Nrn. 11 bis 16) und nach den bekannten Verfahren (Proben Nrn. 17 und 18) verformt. Die Produkte werden einem Reibungs-Abnutzungstest bei den in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen unterworfen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Reibungs-Abnutzungs-Testbedingungen Testvorrichtung Reibungs-Abnutzungs-Testgerät des Schub- bzw. Drucktyps Dimensionen der Proben 50 mm×50 mm×1,5 mm Belastung 100 kgf/cm² Periphere Geschwindigkeit 0,05 m/s Testzeit 4 Stunden Schmieröl keins


Die erfindungsgemäßen Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelemente (Proben Nrn. 11 bis 16) wurden auf folgende Weise hergestellt. Die homogenen Pellets der in Tabelle 2 aufgeführten Massen wurden zu 0,40 mm dicken Platten mittels eines Plattenextruders (Extrudiertemperatur: 360°C) verarbeitet. In einem getrennten Arbeitsvorgang wurde Bronzepulver in einer Dicke von 0,4 mm auf eine 0,80 mm dicke Kupferunterlage aufgetragen und bei 800°C unter Bildung einer porösen Schicht gesintert. Der mit Kupfer plattierte poröse Körper wurde auf 350°C erhitzt, und die Folie bzw. Platte wurde auf den porösen Körper gelegt und zwischen Walzen geleitet, so daß der poröse Körper und seine Oberfläche mit der Masse der Folie bzw. der Platte imprägniert und beschichtet wurden. Die bekannten Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelemente (Proben Nrn. 17 und 18) wurden hergestellt, indem ein einheitlich vermischtes Pulver der in Tabelle 2 aufgeführten Massen auf den porösen Körper aufgetragen wurde und indem dann auf 350°C erhitzt wurde, um eine lmprägnierung und Beschichtung des porösen Körpers mit der Pulvermasse zu erhalten. Diese Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelemente wurden zuerst dem Reibungs-Abnutzungstest bei den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen unterworfen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Beispiele beschränkt und umfaßt andere Formen.

Aus Tabelle 2 folgt, daß die erfindungsgemäßen Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelemente (Proben Nrn. 11 bis 16) wesentlich bessere niedrige Reibungseigenschaften und Abnutzungsbeständigkeit aufweisen, verglichen mit den Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelementen der früheren Anmeldung (japanische Patentanmeldung Kokai Nr. 63-297 457) (Proben Nrn. 1 bis 10) und den bekannten Verbund-Gleit- bzw. -Schiebelementen (Proben Nrn. 17 und 18). Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundelag, konnte somit gelöst werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelement, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Harzmasse enthält, welche 30 bis 98 Gew.-% eines aromatischen Polyetherketons, 1 bis 35 Gew.-% Polytetrafluorethylen und 1 bis 35 Gew.-% eines Metallfluorids enthält.
  2. 2. Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polyetherketon ein Polyetheretherketon ist.
  3. 3. Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallfluorid Bleifluorid und/oder Calciumfluorid ist.
  4. 4. Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelement, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Harzmasse enthält, welche 30 bis 97 Gew.-% eines aromatischen Polyetherketons, 1 bis 35 Gew.-% Polytetrafluorethylen, 1 bis 35 Gew.-% eines Metallfluorids und 1 bis 20 Gew.-% Kaliumtitanat-Fasern etnhält.
  5. 5. Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polyetherketon ein Polyetheretherketon ist.
  6. 6. Einzelkörper-Gleit- bzw. -Schiebeelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallfluorid Bleifluorid und/oder Calciumfluorid ist.
  7. 7. Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelement, dadurch gekennzeichnet, daß es eine metallkaschierte poröse Schicht enthält, welche mit einer Harzmasse, welche 30 bis 98 Gew.-% eines aromatischen Polyetherketons, 1 bis 35 Gew.-% Polytetrafluorethylen und 1 bis 35 Gew.-% eines Metallfluorids enthält, imprägniert und auf ihrer Oberfläche beschichtet ist.
  8. 8. Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polyetherketon ein Polyetheretherketon ist.
  9. 9. Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallfluorid Bleifluorid und/oder Calciumfluorid ist.
  10. 10. Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelement, dadurch gekennzeichnet, daß es eine metallkaschierte poröse Schicht enthält, die mit einer Harzmasse, welche 30 bis 97 Gew.-% aromatisches Polyetherketon, 1 bis 35 Gew.-% Polytetrafluorethylen, 1 bis 35 Gew.-% eines Metallfluorids und 1 bis 20 Gew.-% Kaliumtitanat-Fasern enthält, imprägniert und auf ihrer Oberfläche beschichtet ist.
  11. 11. Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polyetherketon ein Polyetheretherketon ist.
  12. 12. Verbund-Gleit- bzw. -Schiebeelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallfluorid Bleifluorid und/oder Calciumfluorid ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com