DE1214387B - Verfahren zum Herstellen geformter Gebilde aus Polytetrafluoraethylenpulver durch Pressen und anschliessendes Sintern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 29c

Deutsche Kl.: 39 ä2- 3/00

Nummer: 1214 387

Aktenzeichen: P 25536 X/39 al

Anmeldetag: 17. August 1960

Auslegetag: 14. April 1966

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Herstellen geformter Gebilde, insbesondere solcher von verwickelter Form, aus gränulatförmigem Polytetrafluorathylenpulver durch Formpressen.

Unter dem granulatförmigen Polytetrafluoräthylenpulver sind hier in dem herkömmlichen Sinne Polytetrafluorathylenpulver in Form von schwammartigen Teilchen mit überkollöidalen Abmessungen und einer spezifischen Oberfläche von 1 bis 4ffl²/g, bestimmt durch Stickstoffadsorption, zu verstehen. Diese granulatförmigen Polytetraflüöräthylenpulver sind von den »Feinpulvern« zu unterscheiden, die sich durch eine viel größere spezifische Oberfläche kennzeichnen und sich im Gemisch mit Gleitmitteln zu Bändern, Streifen und Drahtüberzügen strangpressen lassen, die man dann trocknen und sintern kann (vgl. »Kunststoffe«, 1956, Heft 9, S. 439).

Es ist bekannt, Gegenstände, wie gleichmäßige Platten oder Folien, Zylinder oder Puppen, aus gränulatförmigem Polytetrafluorathylenpulver herzustellen, indem man das Pulver unter hohem Druck zu einem als Vorformling bezeichneten selbsttragenden Gebilde preßt und danach den Fertigformling durch Sintern des Vorformlings erzeugt.

Bei solchen Verfahren ist es wichtig, daß die Form eine gleichmäßige Tiefe hat, so daß beim Verdichtungsvorgang die resultierende Kraft in den granulatförmigen Polytetrafluoräthylenharzteilchen im wesentlichen unaxial gerichtet ist. Bei Verwendung von Formen mit ungleichmäßigem Querschnitt, besonders größeren Formen, besteht die Neigung zum Entstehen von Gleitfehlern in dem Vorformling. Gleitfehler beruhen im wesentlichen auf Scherkräften in der der Verdichtung unterliegenden Masse, wobei das zum Teil verdichtete Material unter der Wirkung der Scherkräfte bricht, was zur Ausbildung glatter Oberflächen führt, die beim Sintervorgang nicht zusammenwachsen und dadurch zu mechanischen Fehlerstellen in dem Fertigefzeugnis werden.

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Verarbeiten von gränulatförmigem Polytetrafluorathylenpulver zu geformten Gebilden mit unregelmäßigem Querschnitt zur Verfügung, bei dem das Auftreten von Gleitfehlem und Porosität stark herabgesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen geformter, insbesondere kompliziert geformter Gebilde durch Pressen von mit einem Gleitmittel angefeuchtetem Polytetrafluorathylenpulver und anschließendes Sintern besteht darin, daß ein Gemisch aus Polytetrafluorathylenpulver in Form schwamm-Verfahren zum Herstellen geformter Gebilde aus Polytetrafluorathylenpulver durch Pressen und anschließendes Sintern

Arüneldef;

E. I. du Pont de Nemours and Company,

Wilmington, Del. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

München 27» Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:
Reuben Thomas Fields,
Wilmington, Del. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 18. August 1959 (834 383)

artiger Teilchen von überkolloidälen Abmessungen und einer spezifischen Oberfläche von 1 bis 4 mVg und dem Gleitmittel in einer Metallform, deren Wandungen für das Gleitmittel durchlässig sind, bei einer Temperatur von 50 bis 25O⁰C zu einem Vorformling gepreßt und der Vorformling getrocknet und vor dem Sintern in einer Form mit federnden Wandungen weiter verdichtet wird.

Als Gleitmittel sind, beliebige stabile organische Flüssigkeiten geeignet, die gegenüber dem Formwerkstoff inert sind und bei einer Temperatur sieden sollen, die wesentlich unter der Temperatur liegt, auf welche die Metallform vorerhitzt wird.

Im allgemeinen soll der Siedepunkt nicht mehr als 20° C und vorzugsweise nicht mehr als 10⁰C unter der Formtemperatur liegen. Andererseits ist auch die Verwendung von Gleitmitteln erwünscht, die verhältnismäßig kleine Moleküle aufweisen und einen niedrigen Siedepunkt haben, um die Diffusion und Abdampfung des Lösungsmittels aus dem nassen Vorformling in der Trocknungsstufe zu unterstützen.

Die Menge des Gleitmittels soll mindestens 5 Gewichtsprozent betragen und vorzugsweise größer sein. Größere Mengen des Gleitmittels unterstützen die Gießfähigkeit des granulatförmigen Preßpulvers. Überschüssiges Lösungsmittel kann durch die porösen Wände der bei der Naßvorformung verwendeten Form entfernt werden und beeinflußt somit die Art

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des Naßvorformlings nicht wesentlich. Im allgemeinen vorformling abweicht, z.B. bei Raumtemperatur, so ist eine Gleitmittelmenge von etwa 20%, bezogen paßt der getrocknete Vorformling nicht in eine auf das Gewicht des gramilatförmigen, trockenen kongruente Form und kann sich bei Anwendung von Polytetrafluoräthylenpulvers, geeignet, und im all- Druck spalten. Die Verdichtung des Vorformlings gemeinen soll man mit nicht mehr als 30 Gewichts- 5 kann aber auch bei anderen Temperaturen erfolgen, prozent arbeiten. wenn man die Schrumpfung des Vorformlings bei

Im allgemeinen hat es sich als wesentlich erwiesen, der zur Verdichtung dienenden Form entsprechend in Verbindung mit dem Gleitmittel höhere Tempe- berücksichtigt.

raturen anzuwenden, um geeignete Naßvorformlinge Die Sinterung wird in bekannter Weise bei Tem-

zu erhalten. Man kann Vorformlinge schon bei 50° C io peraturen durchgeführt, die den Kristallschmelzerhalten, aber höhere Temperaturen liefern im all- punkt von 327⁰C übersteigen. Bei Temperaturen gemeinen bessere Ergebnisse und werden bevorzugt. nahe dem Kristallschmelzpunkt geht die Sinterung Eine Temperatur von 150° C hat gute Ergebnisse bei zu langsam vor sich. Sie wird aber durch Erhöhung schwierigen Formkörpern ergeben. Die Temperatur der Temperatur stark beschleunigt. Temperaturen bei der Naßvorformung soll etwa 250° C nicht über- 15 über 400° C sollen jedoch vermieden werden, da schreiten, da die Entfernung der hochsiedenden sonst ein gewisser Abbau des Polytetrafluoräthylens Gleitmittel, die bei den höheren Temperaturen ver- eintritt. Temperaturen von 350 bis 390° C werden wendet werden müssen, ohne Schädigung des Vor- daher bevorzugt,
formlings sehr schwierig ist. Ein Verziehen oder Werfen von Körpern mit ver-

Die Naßvorformung wird in einer starren Form 20 wickelter Form, welches beim Sintern durch durchgeführt. Es ist besonders zweckmäßig, die Schrumpfen des Vorformlings eintreten kann, läßt Form mit Entlüftungen für überschüssiges Lösungs- sich vermeiden, indem man den Vorformling der mittel zu versehen. Eine bevorzugte Methode hierzu Sinterung unterwirft, während er über einen Formbesteht darin, für die Form einen oder mehrere rahmen gestreckt ist. Wenn genauere Abmessungen poröse Abschnitte zu verwenden, die aus gesinterten 25 erforderlich sind, kann der gesinterte Körper geprägt Metallpulvern aufgebaut und für das Gleitmittel werden, indem man den geleeartigen geschmolzenen durchlässig sind. Poröse Bronze ist ein geeigneter Körper in einer Metallform bei einem Druck von Werkstoff und ist im Handel erhältlich, aber man 70 bis 352 kg/cm² preßt und den Formling in der kann auch andere poröse Metalle verwenden. Man Prägepresse erkalten läßt.

kann den Patrizenteil oder den Matrizenteil der 30 Die Polytetrafluoräthylen-Feinpulver, die sich Form aus dem porösen Material fertigen oder den durch eine weitaus größere Oberfläche je Gewichtszur Schließung der Form dienenden Einsatz so aus- einheit kennzeichnen und die für die Strangpressung bilden oder für die größeren Formen Einsätze aus einfacher Formen im gleitmittelbehandelten Zustand porösem Metall in den Formabschnitten verwenden. verwendet worden sind, sind für die praktische . Die undurchlässigen Teile der Formen werden 35 Durchführung der Erfindung nicht geeignet. Aus vorzugsweise aus Metallen, wie Stahl oder Alumi- solchen Feinpulvern hergestellte Formpreßlinge nium, gefertigt. unterliegen leicht einem Bruch und werden durch

Für die federnde Form, die zur Verdichtung des die Zersetzungsprodukte der Spuren eingeschlossenen getrockneten Vorformlings eingesetzt wird, hat sich Gleitmittels, deren Entfernung beim Trocknen vulkanisierter Natur- und Kunstkautschuk als aus- 4° außerordentlich schwierig ist, stark verfärbt,
gezeichnete Auskleidung erwiesen, aber man kann Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders

auch mit anderen elastischen Stoffen oder mit fließ- zur Herstellung massiver Formkörper mit ungleichfähigen Medien arbeiten, die in eine elastische Hülle mäßigem Querschnitt. Solche Körper, die man bisher eingeschlossen sind. Die Dicke der federnden Form, aus Vorformlingen spanabhebend formen mußte, die für die Erzeugung von Fehlern freier Form- 45 lassen sich nun mit weitaus größerer Leichtigkeit körper wesentlich ist, ändert sich mit der Form- und ohne Vergeudung wertvollen Kunststoffes größe und hängt zum Teil von der Form des Form- fertigen.

lings ab. Ein ungefährer Anhaltspunkt ist, daß die Beispiel 1

Dicke der federnden Auskleidung mindestens 25%

des Preßlingsdurchmessers der Form betragen soll. 50 Becherförmiger Körper von 21,6 cm Höhe und Man kann mit größeren Stärken des federnden Ma- 19,1 cm Außendurchmesser mit einer Wandstärke terials bei höheren Gesamtdrücken der Form ent- von 1,3 cm werden nach der folgenden Arbeitsweise sprechend der erhöhten Gesamtfläche des hydrau- formgepreßt, ohne daß Fehlerstellen auftreten:
lischen Übertragungsmediums arbeiten. 1900 g granulatförmiges Polytetrafluoräthylen-

Bei der Verdichtung in der federnden Form wirkt 55 pulver werden bei Raumtemperatur innig mit 335 g das federnde Material als hydraulisches Medium, Chlorbenzol vermischt und durch die Öffnung eines welches den Druck gleichmäßig auf die Oberfläche Auswerfereinsatzes von 3,8 cm Durchmesser in eine des getrockneten Vorformlings überträgt. auf 150° C vorgeheizte Preßform gegossen. Die

Die Trockenverdichtung kann bei Temperaturen Hülle der Form ist aus poliertem Aluminium geunterhalb etwa 300⁰C durchgeführt werden. Vor- 60 fertigt und 6,4 cm erhöht, um einen für die Aufzugsweise erfolgt sie bei der gleichen Temperatur, nähme der gesamten Charge genügend großen Formdie bei der Naßvorformung Anwendung findet. Es hohlraum zu erhalten. Dann wird der Auswerferhat sich gezeigt, daß bei dieser Temperatur der ge- einsatz wieder eingesetzt und die Form sich schließen trocknete Vorformling leicht in eine Verdichtungs- gelassen, wobei man genügend Zeit für die Erwärform paßt, deren Form derjenigen der bei der Naß- 65 mung des Polytetrafluoräthylenpulvers läßt. Man vorformung verwendeten Form kongruent ist. Wird setzt die Form in eine hydraulische Presse ein und die Trockenverdichtung bei einer Temperatur durch- bringt langsam einen Druck von 151 (56 kg/cm² geführt, die wesentlich von derjenigen der Naß- Preßlingfläche) zur Einwirkung. Überschüssiges

Gleitmittel wird aus der nassen Masse ausgequetscht und tritt durch die Wände des Patrizenteiles des Naßformwerkzeuges hindurch, der aus poröser, für das Gleitmittel durchlässiger Bronze besteht. Der Formling wird dann aus dem heißen Werkzeug entnommen und einige Stunden in einen belüfteten Heißluftofen von 150⁰C eingesetzt, um das Gleitmittel zu entfernen. Während des Trocknens des Vorformlings wird eine zweite, zur Verdichtung dienende Preßform vorbereitet. Diese Form besteht aus einer Matrize aus vulkanisiertem Kautschuk in einer Stahlhülle. Der Gummi hat an allen Stellen eine Stärke von mindestens 4,4 cm und ist gegenüber der Hülle mittels einer dünnen Polytetrafluoräthylenfolie gleitend gemacht, die ein freies Gleiten des Gummis bei Einwirkung des Druckes erlaubt. Die Patrize der Form besteht aus einem polierten Aluminiumteil auf einem zylindrischen Kolben, der dicht in den Stahlhaltezylinder der Matrize paßt. Wenn die Form geschlossen wird, preßt der Kopf der Patrize den Gummi in der Stahlhülle zusammen und überträgt dadurch gleichmäßig Druck auf den Vorformling, wobei der Gummi als hydraulisches Übertragungsmedium dient. Die Form der zweiten Form stimmt mit derjenigen der Naßvorform überein. Sie wird vor der Verwendung auf 150° C, die gleiche Temperatur wie die der Naßform, erhitzt. Der getrocknete Vorformling wird in die mit der federnden Oberfläche versehene zweite Form eingesetzt und bei einem Druck von 141 kg/cm², bezogen auf die Gesamtquerschnittsfläche des Gummis in der Stahlhülle der zweiten Form, verdichtet. Man entlastet dann den Druck, entnimmt den fertig behandelten Vorformling und sintert IV2 Stunden bei 380° C im Luftofen. Der erhaltene Formung wird zerschnitten und sorgfältig untersucht, wobei sich keine Gleitfehler feststellen lassen. An den Schnitten ist keine Verfärbung auf Grund einer Zersetzung des Gleitmittels festzustellen. Die Dichte nach dem Sintern beträgt 2,16, was einen gut verarbeiteten, unporösen Körper bedeutet. Vorformlinge, die aus benetztem Pulver gefertigt werden, das getrocknet, aber nicht verdichtet worden ist, sind nach dem Sintern hochporös.

Beispiel 2

Nach der gleichen Formmethode und unter Verwendung der gleichen Formen wie im Beispiel 1 werden becherförmige Körper unter Verwendung eines innigen Gemisches von 1900 g granulatförmigem Polytetrafluoräthylenpulver und 335 g Tetrachloräthylen hergestellt. Man erhält einen gut geformten Körper, der von inneren Fehlern frei ist. Es ist keine Verfärbung des Inneren des Körpers festzustellen.

Beispiel 3

Es wird ein Gemisch aus 80% granulatförmigem Polytetrafluoräthylenpulver und 20% Tetrachlorkohlenstoff hergestellt. Aus dem Gemisch werden unter Verwendung einer porösen Patrize und einer festen Matrize halbkugelförmige Körper mit einem Preßlingsdurchmesser von 3,2 cm hergestellt. Man preßt den einen Körper bei 422 kg/cm² und den anderen bei 703 kg/cm². Die Körper werden über Nacht in einem Luftofen bei 100° C getrocknet und dann erneut in einer Form gepreßt, deren Matrize mit 9,5 mm Gummi ausgekleidet ist, wobei die Innenseite dem ursprünglichen Werkzeug kongruent ist. Bei jedem Körper wird ein Druck von 2268 kg angewandt. Die Formkörper werden dann auf einem Blech in einem Luftofen bei 380° C gesintert, aus der Zone entnommen und erkalten gelassen. In beiden Fällen sind keine Fehlerstellen festzustellen.

Beispiel 4

Man wiederholt die Arbeitsweise des Beispiels 3 unter Verwendung von 20 Gewichtsprozent einer zwischen 220 und 243° C siedenden Leuchtölfraktion als Gleitmittel. Die Trocknung erfolgt über Nacht bei 15O⁰C. Es wird ein gut geformter Körper erhalten, der von Fehlerstellen frei ist und keine innere Verfärbung aufweist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen geformter, insbesondere kompliziert geformter Gebilde durch Pressen von mit einem Gleitmittel angefeuchtetem Polytetrafluoräthylenpulver und anschließendes Sintern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Polytetrafluoräthylenpulver in Form schwammartiger Teilchen von überkolloidalen Abmessungen und einer spezifischen Oberfläche von 1 bis 4 m²/g und dem Gleitmittel in einer Metallform, deren Wandungen für das Gleitmittel durchlässig sind, bei einer Temperatur von 50 bis 250° C zu einem Vorformling gepreßt und der Vorformling getrocknet und vor dem Sintern in einer Form mit federnden Wandungen weiter verdichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit 5 bis 30 Gewichtsprozent Gleitmittel angefeuchtete Pulver in der durchlässigen Metallform bei einem Druck von 21 bis 703 kg/cm² Preßfläche gepreßt und der getrocknete Vorformling in der federnden Form bei etwa der gleichen Temperatur, die beim Pressen in der durchlässigen Metallform angewandt wurde, einem Druck von 35 bis 352 kg/cm² unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung bei 350 bis 390° C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleitmittel eine verhältnismäßig niedrigsiedende stabile organische Flüssigkeit verwendet wird, deren Siedepunkt um nicht mehr als 20° C unter der Temperatur der bei der Pressung des befeuchteten Pulvers zu einem Vorformling verwendeten Form liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 877 194, 1033 404; Zeitschrift »Kunststoffe«, Heft 9/1956, S. 439, Spalte 1, Abs. 1.

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