Verfahren zur Herstellung von Kunstharzgleitflächen aus pulverförmigen, härtbaren Kunstharzen
Den grossen Vorteilen von Kunststofflagern, wie hohe Verschleissfestigkeit, lange Lebensdauer, gute Dämpfung, ausgezeichnete Elastizität sowie geringe Empfindlichkeit gegen Fremdkörper, steht die geringe Wärmeleitfähigkeit als starker Nachteil gegenüber.
Die Wärmeleitzahl'von Kunststoffen ist ungefähr 200mal kleiner als die von Metallen, so dass man aus dieser Erkenntnis heraus dazu übergegangen ist, Kunststoffverbundlager herzustellen.
Bei den Kunststoffverbundlagern wird ein dünner Film härtbarer Kunstharze auf einen Metalikörper aufgebracht und ausgehärtet, wobei der Kunstharz überzug eine Schichtdicke von vorzugsweise 0,2 bis 0,4 mm aufweist. Das Aufbringen des Kunstharzfilmes erfolgt durch in der Anstrichtechnik übliche Massnahmen, das heisst die in organischen Lösungsmitteln aufgelöste Harzkombination wird durch Streichen, Tauchen oder Spritzen auf den metallischen Stützkörper aufgebracht.
Die bekannte Auftragstechnik erfordert das Aufbringen in Einzelschichten von etwa 30 e Dicke, so dass man bei einem Fertigmass von 0,2 mm mit entsprechender Bearbeitungszugabe im Rohzustand ! eine Schichtdicke von etwa 0,5 nun auftragen muss, wozu ungefähr 10 bis 15 Einzelaufstriche durchzuführen sind. Bei den einzelnen Aufstrichen muss bei Verwendung härtbarer Kunstharze jeweils folgender Arbeitsgang durchgeführt werden: Auftragen des flüssigen Gemisches, Abdampfen des Lösungsmitteis und Aushärten des Kunststoffes in der Wärme. Die Herstellung von Gleitflächen nach diesem bekannten Verfahren ist also mit einem erheblichen Aufwand verbunden.
Ein Verfahren, das es gestattet, möglichst in einem Arbeitsgang die ge samte Schichtdicke zu erzielen, wäre deshalb sehr zweckmässig.
Um dies zu erreichen, wäre es naheliegend, eines der bekannten Sinterverfahren wie Tauch-, Schütt-, Wälz- oder Wirbeischichtverfahren anzuwenden.
Diese Art des Aufbringens setzt jedoch voraus, dass das Kunstharz thermoplastisch sein und einen scharf definierten Schmelzpunkt haben muss, dass es nach dem Erreichen des schmelzflüssigen Zustandes seine Viskosität nicht mehr ändern, das heisst nicht mehr dünnflüssiger werden darf, und dass es pulverisierbar sein und als Pulver eine bestimmte Rieselfähigkeit besitzen muss. Da härtbare Kunstharze diese Eigenschaften nicht besitzen, wurden bisher nur ausgesprochene Thermoplaste, wie Poiyäthylene, Polyamide und Polyacrylate für das Auftragen im Sinterverfahren auf metallische Stützkörper verwendet.
Lagertechnisch gesehen sind härtbare Kunstharze besser geeignet als thermoplastische Kunstharze, da sie eine höhere Wärmestandfestigkeit besitzen und auch eine grössere Belastung zulassen. Härtbare Kunstharze sind solche, die bei steigenden Temperaturen nach Durchschreiten eines plastischen Zustandes eine chemische Veränderung erfahren, die nicht reversibel ist, da sie in allen Richtungen starke molekulare Bindungen erlangen.
Dieser Vorgang, den man auch mit Härten oder Backen bezeichnet, bedringt die allgemein beträchtlich höher liegende Wärmebeständigkeit der härtbaren Kunstharze gegenüber thermoplasftschen Kunstharzen. Die härtbaren Kunstharze besitzen gerade die entgegengesetz- ten Eigenschaften, die für ihre Verwendung zum Sintern gefordert werden, denn sie besitzen während des Aushärtungsvorganges keinen scharf definierten Schmelzpunkt und haben einen sehr weiten Schmelzbereich. Sie zeigen nach Erreichen des schmelzflüssigen Zustandes wechselnde Viskosität, indem sie oft noch bedeutend dünnflüssiger werden, bevor die Vernetzung erfolgt.
Sie spalten oftmals während der Vernetzung noch gasförmige Reaktionsprodukte ab und d sie besitzen oft keine Rieselfähigkeit, sondern fallen als Feinstpuiver an.
In Kenntnis dieser Tatsachen erscheinen für den Fachmann härtbare Kunstharze für die Verwendung im Sinterverfahren ungeeignet.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass das Aufbringen härtbarer Kunstharze auf Stützkörper aller Art, das heisst entweder auf das Lager oder den zu lagernden Teil oder beide im Sinterverfahren - dadurch möglich wird, dass härtbare Kunstharze bzw.
Kunstharzkombinationen in Pulverform mit mindestens 5 O/B, höchstens jedoch 90 O/o, bei den Sinter- und Härtungstemperaturen nicht schmelzbaren Festkörpern mit gutem Wärmeleitvermögen und vorzug weise möglichst grossen Oberflächen versetzt und nach dem Aufsintern ausgehärtet werden.
Der zugesetzte Festkörper verhindert während der Härtung ein Ablaufen des dünnflüssiger werdenden Kunstharzes sowie eine ungleichmässige Verteilung an Kanten, Ecken, Rillen usw.
Die Aushärtung des aufgesinterten Gemisches erfolgt z. B. in an sich bekannter Weise in der Wärme. Beim ganzen Verfahren ist keinerlei Druck erforderlich; es ist somit zu unterscheiden von den bekannten Verfahren, bei denen härtbare Harze unter Druck mit entsprechenden Füllstoffen verpresst werden.
Das Aufsintern der Mischung erfolgt vorzugsweise im Wirbeischichtverfahren, bei dem das Aufsintern zweckmässig durch mehrmaliges Aufwirbeln bzw. durch mehrmalige Luftstösse erfolgt; es kann aber auch durch Tauchen oder andere geeignete Methoden erreicht werden.
Als härtbare Kunstharze bzw. Kunstharzkombinationen kommen vorzugsweise solche in Frage, die mahlfähig sind, insbesondere Phenolharz oder Harze der Homologen des Phenol, wie Phenolformaldehydharze oder Kresolformaldehydharze, ausserdem Methylolverbindungen des Harnstoffes und der Triazine, wie beispielsweise Dimethyioiharnstoff und Hexamethylolmelamin, ferner Epoxyharze, die als Vernetzungsmittel Phenol-oder Kresolharze, Poliyamine, z. B. Melamin, Dicyandiamid oder Benzoguanimin oder Amin-Formaidehydiharze, wie z. B.
Harnstoff-, Dicyandiamid-oder Melamin-Formaldehydharze oder Polycarbonsäure oder ihre Anhydride, beispielsweise Phthalsäureanhydribd usw. enthalten. Als Festkörper, die bei den Sinter- und Härtungstemperaturen nicht schmelzen und ; eine verhältnismässig grosse Oberfläche und gutes Wärmeleitvermögen aufweisen, werden vorzugsweise Titandioxyd, aber auch Bariumsulfat, Eisenoxydrot, Chromoxydgrün usw. verwendet.
Besonders geeignet sind solche Festkörper, die zudem noch die Gleiteigenschaften verbessern, wie Graphit, Molybdändisulfid, Glimmer oder Metallpulver. Die Festkörper können einzeln oder in Mischung untereinander dem Kunstharz zugesetzt werden.
Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin zu sehen, dass Gleitfllächen aller Art und auch solche mit kompllizierter Formgebung in einfacher Weise in einem Arbeitsgang mit einem dünnen Harzfilm mit Schichtstärken von 0,5 bis 0,8 mm überzogen und ausgehärtet werden können. Für die Durchführung des Verfahrens sind keinerlei Druckpressen erforderlich, und es können durch Anwen dung des s Verfahrens auch beschädigte Gleitftächen in einfacher Weise ausgebessert werden.
Beispiel 1
95 Gewichtsteile einer härtbaren Epoxyharzkom bination, bestehend aus 70 Gewichtsteilen Epoxyharz, wie es durch Kondensation von 1 Mol Bisphe nol mit 1,5 Mol Epichlorhydrin erhalten wurde, und 30 Gewichtsteilen in an sich bekannter Weise erhaltenen härtbaren Phenolformaldehydharzes werden in festem Zustand mit 56/0 Titandioxyd innig vermah- len. Der vorgewärmte Stützkörper mit einer Temperatur von etwa 2000 C wird nun in diese Mischung 6 sec getaucht, wodurch der Körper allseitig von der Kunstharzmasse überzogen wird. Anschliessend wird der überzogene Körper im Trockenschrank bei 2500 C eine halbe Stunde ausgehärtet.
Die dabei erzielte Schichtdicke beträgt etwa 0,5 bis 0,8 mm.
Zur Erreichung der Masshaltigkeit wird die Kunststoffschicht in an und für sich bekannter Weise bearbeitet.
Beispiel 2
70 Gewichtsteile eines durch alkalische Kondensation gewonnenen härtbaren Phenolformaldehydharzes werden mit 10 Gewichtsteilen Eisenoxyd rot und 20 Gewichtsteilen Glimmer innig vermahlen. Diese Mischung wird in ein Gefäss mit einer porösen Bodenplatte gegeben. Um z. B. die Bohrungen eines Pumpengehäuses auszukleiden, wird das Schüttgut durch einen Luftstrom etwa 5 sec durch die Bohrung des auf 200"C vorgewärmten Metallstützkörpers gewirbelt und die aufgesinterte Masse dann bei 2200 C 1 Stunde ausgehärtet. Anschliessend wird der Gleit- überzug in bekannter Weise bearbeitet.
Beispiel 3
70 Gewichtsteillle Dimethylolharnstoff, der durch bekannte alkalische Kondensation von 1 Mol Harnstoff und 2 Mol Formaldehyd erhalten wurde, werden mit 30 Gewichtsbeilien Titandioxyd und l/o Molybdänsulfid innig vermischt und das Schüttgut in einen Topf mit einer porösen Platte gelegt. Das aufgewirbelte Gut wird über eine Schlauchleitung von 1 m Länge auf einen vorgewärmten Körper, z. B. einer Scheibe von 10 cm Durchmesser, gleichmässig aufgesprüht. Die Metallscheibe hatte dabei eine Tem peratur von etwa 1800 C. Nach dem Aufsprühen bis zur gewünschten Schichtstärke wird in bekannter Weise ausgehärtet und bearbeitet.
Beispiel 4
80 Gewichtsteile Hexamethylolmelamin, das durch Kondensation von 1 Mol Melamin mit 6 Mol Formaldehyd erhalten wurde, werden mit 20 Ge wichtsteilen Titandioxyd und 1 01o Graphit innig vermischt und das Schüttgut in einen Topf mit einer porösen Platte gelegt. Das aufgewirbelte Gut wird über eine Schiauchieitung von 1 m Länge auf einen vorgewärmten Körper z. B. einer Scheibe von 10 cm Durchmesser gleichmässig aufgesprüht. Die Metall scheibe hat dabei eine e Temperatur von etwa 1800 C.
Nach dem Aufsprühen bis zur gewünschten Schichtstärke wird in bekannter Weise ausgehärtet und bearbeitet.
Beispiel 5
90 Gewichtsteile einer härtbaren Epoxyharzkombination, bestehend aus 95 Gewichtsteilen Epoxyharz und 5 Gewichtsteilen Dicyandiamid, werden mit 10 Gewichtsteilen Titandioxyd innig vermischt. Der vorgewärmte Stützkörper mit einer Temperatur von etwa 2000 C wird nun in diese Mischung 6 sec getaucht, wodurch der Körper allseitig von der Kunstharzmasse überzogen wird. Anschliessend wird der überzogene Körper im Trockenschrank bei 2500 C eine halbe Stunde ausgehärtet. Die dabei erzielte Schichtdicke beträgt etwa 0,5 bis 0,8 mm. Zur Erreichung der Masshaltigkeit wird die Kunststoffschicht in an und für sich bekannter Weise bearbeitet.
Beispiel 6
40 Gewichtsteile Hexamethylolmelamin, das durch Kondensation von 1 Mol Melamin mit 6 Mol Formaldehyd erhalten wurde, werden mit 60 Gewichtsteilen Graphit innig vermischt und das Schüttgut in einen Topf mit einer porösen Platte gelegt. Das aufgewirbelte Gut wird über eine Schlauchleitung von 1 m Länge auf einen vorgewärmten Körper z. B. einer Scheibe von 10 cm Durchmesser gleichmässig aufgesprüht. Die Metalischeibe hat dabei eine Temperatur von etwa 1800 C. Nach dem Aufsprühen bis zur ge wünschten Schichtstärke wird in bekannter Weise ausgehärtet und bearbeitet.
Beispiel 7
20 Gewichtsteile einer härtbaren Epoxyharzkombination, bestehend aus 95 Gewichtsteilen Epoxyharz und 5 Gewichtsteilen Dicyandiamid, werden mit 80 Gewichtsteilen Molybdändisulfid innig vermischt. Der vorgewärmte Stützkörper mit einer Temperatur von etwa 2000 C wird nun in n diese Mischung 6 sec ge- taucht, wodurch der Körper allseitig von Bder Kunst harzmasse überzogen wird. Anschliessend ; wird der überzogene Körper im Trockenschrank bei 2500 C eine halbe Stunde ausgehärtet. Die dabei erzielte Schichtdicke beträgt 0,5 bis 0,8 mm. Zur Erreichung der Masshaltigkeit wird edie Kunststoffschicht in an und für sich bekannter Weise bearbeitet.
Process for the production of synthetic resin sliding surfaces from powdery, hardenable synthetic resins
The great advantages of plastic bearings, such as high wear resistance, long service life, good damping, excellent elasticity and low sensitivity to foreign bodies, are offset by their low thermal conductivity as a major disadvantage.
The coefficient of thermal conductivity of plastics is about 200 times smaller than that of metals, so that, based on this knowledge, one has switched to manufacturing plastic composite bearings.
In the case of plastic composite bearings, a thin film of curable synthetic resin is applied to a metal body and cured, the synthetic resin coating preferably having a layer thickness of 0.2 to 0.4 mm. The application of the synthetic resin film is carried out by the usual measures in painting technology, i.e. the resin combination dissolved in organic solvents is applied to the metallic support body by painting, dipping or spraying.
The known application technique requires the application in individual layers of about 30 e thickness, so that with a finished dimension of 0.2 mm with a corresponding machining allowance in the raw state! A layer thickness of about 0.5 must now be applied, for which about 10 to 15 individual coats are to be carried out. When using curable synthetic resins, the following work step must be carried out for the individual spreads: application of the liquid mixture, evaporation of the solvent and hardening of the plastic in the heat. The production of sliding surfaces according to this known method is therefore associated with considerable effort.
A method that makes it possible to achieve the entire layer thickness in one operation, if possible, would therefore be very useful.
In order to achieve this, it would be obvious to use one of the known sintering processes such as dipping, pouring, rolling or fluidized bed processes.
However, this type of application presupposes that the synthetic resin must be thermoplastic and have a sharply defined melting point, that it no longer change its viscosity after it has reached the molten state, i.e. it must no longer become thinner, and that it can be pulverized and as Powder must have a certain flowability. Since curable synthetic resins do not have these properties, only specific thermoplastics such as polyethylenes, polyamides and polyacrylates have been used for application to metallic support bodies in the sintering process.
From a storage point of view, curable synthetic resins are more suitable than thermoplastic synthetic resins, since they have a higher thermal stability and also allow greater stress. Curable synthetic resins are those which, when the temperature rises, after passing through a plastic state, undergo a chemical change that is not reversible because they acquire strong molecular bonds in all directions.
This process, which is also known as hardening or baking, affects the generally considerably higher heat resistance of the hardenable synthetic resins compared to thermoplastic synthetic resins. The curable synthetic resins have exactly the opposite properties that are required for their use for sintering, because they do not have a sharply defined melting point during the curing process and have a very wide melting range. After reaching the molten state, they show changing viscosity, in that they often become significantly thinner before crosslinking takes place.
They often split off gaseous reaction products during crosslinking, and they often do not flow, but are obtained as very fine powders.
In the knowledge of these facts, curable synthetic resins appear unsuitable for use in the sintering process to the skilled person.
Surprisingly, it has now been found that the application of curable synthetic resins to support bodies of all kinds, that is either to the bearing or the part to be stored or both in the sintering process, is made possible by the fact that curable synthetic resins or
Synthetic resin combinations in powder form with at least 5 O / B, but not more than 90 O / o, at the sintering and curing temperatures non-meltable solids with good thermal conductivity and preferably as large surfaces as possible are added and cured after sintering.
The added solid prevents the synthetic resin, which is becoming thinner, from draining off during the hardening process, as well as uneven distribution on edges, corners, grooves, etc.
The curing of the sintered mixture takes place z. B. in a known manner in the heat. No pressure is required in the whole process; It is thus to be distinguished from the known processes in which curable resins are pressed under pressure with appropriate fillers.
The mixture is preferably sintered using the fluidized bed process, in which the sintering is expediently carried out by repeatedly whirling up or by repeated blasts of air; however, it can also be achieved by immersion or other suitable methods.
As curable synthetic resins or synthetic resin combinations are preferably those that are grindable, in particular phenolic resin or resins of the homologues of phenol, such as phenol-formaldehyde resins or cresol-formaldehyde resins, also methylol compounds of urea and triazines, such as dimethyl urea and hexamethylol melamine, as well as epoxy resins Phenolic or cresol resins, polyamines, e.g. B. melamine, dicyandiamide or benzoguanimine or amine-Formaidehydiharze such. B.
Urea, dicyandiamide or melamine-formaldehyde resins or polycarboxylic acid or their anhydrides, for example phthalic anhydride, etc. contain. As solids that do not melt at the sintering and hardening temperatures and; have a relatively large surface and good thermal conductivity, titanium dioxide, but also barium sulfate, iron oxide red, chromium oxide green, etc. are preferably used.
Solid bodies which also improve the sliding properties, such as graphite, molybdenum disulfide, mica or metal powder, are particularly suitable. The solids can be added to the synthetic resin individually or as a mixture with one another.
The advantage of the method according to the invention can be seen in the fact that sliding surfaces of all kinds and also those with complex shapes can be coated and cured in one operation with a thin resin film with layer thicknesses of 0.5 to 0.8 mm. No printing presses are required to carry out the process, and even damaged sliding surfaces can be repaired in a simple manner by using the process.
example 1
95 parts by weight of a curable Epoxyharzkom combination, consisting of 70 parts by weight of epoxy resin, as it was obtained by condensation of 1 mole of Bisphe nol with 1.5 moles of epichlorohydrin, and 30 parts by weight of curable phenol-formaldehyde resin obtained in a conventional manner are in the solid state with 56/0 Thoroughly grind titanium dioxide. The preheated support body with a temperature of about 2000 C is then immersed in this mixture for 6 seconds, whereby the body is covered on all sides by the synthetic resin compound. The coated body is then cured in a drying cabinet at 2500 C for half an hour.
The layer thickness achieved is about 0.5 to 0.8 mm.
To achieve dimensional accuracy, the plastic layer is processed in a manner known per se.
Example 2
70 parts by weight of a curable phenol-formaldehyde resin obtained by alkaline condensation are intimately ground with 10 parts by weight of red iron oxide and 20 parts by weight of mica. This mixture is placed in a vessel with a porous bottom plate. To z. B. to line the bores of a pump housing, the bulk material is swirled by a stream of air for about 5 seconds through the bore of the metal support body preheated to 200 "C and the sintered mass is then hardened at 2200 C for 1 hour. The sliding coating is then processed in the known manner .
Example 3
70 parts by weight of dimethylolurea, which was obtained by the known alkaline condensation of 1 mol of urea and 2 mol of formaldehyde, are intimately mixed with 30 parts by weight of titanium dioxide and 1 / o molybdenum sulfide and the bulk material is placed in a pot with a porous plate. The whirled-up material is transferred to a preheated body, e.g. B. a disc of 10 cm diameter, sprayed evenly. The metal disc had a temperature of around 1800 C. After spraying to the desired layer thickness, hardening and processing are carried out in a known manner.
Example 4
80 parts by weight of hexamethylolmelamine, which was obtained by condensation of 1 mole of melamine with 6 moles of formaldehyde, are intimately mixed with 20 parts by weight of titanium dioxide and 1010 graphite and the bulk material is placed in a pot with a porous plate. The whirled up material is applied to a preheated body z. B. sprayed evenly onto a disc of 10 cm diameter. The metal disc has a temperature of around 1800 C.
After spraying to the desired layer thickness, hardening and processing are carried out in a known manner.
Example 5
90 parts by weight of a curable epoxy resin combination, consisting of 95 parts by weight of epoxy resin and 5 parts by weight of dicyandiamide, are intimately mixed with 10 parts by weight of titanium dioxide. The preheated support body with a temperature of about 2000 C is then immersed in this mixture for 6 seconds, whereby the body is covered on all sides by the synthetic resin compound. The coated body is then cured in a drying cabinet at 2500 C for half an hour. The layer thickness achieved is about 0.5 to 0.8 mm. To achieve dimensional accuracy, the plastic layer is processed in a manner known per se.
Example 6
40 parts by weight of hexamethylolmelamine, which was obtained by condensation of 1 mole of melamine with 6 moles of formaldehyde, are intimately mixed with 60 parts by weight of graphite and the bulk material is placed in a pot with a porous plate. The whirled-up material is applied to a preheated body z. B. sprayed evenly onto a disc of 10 cm diameter. The metal disc has a temperature of around 1800 C. After spraying to the desired layer thickness, hardening and processing takes place in a known manner.
Example 7
20 parts by weight of a curable epoxy resin combination, consisting of 95 parts by weight of epoxy resin and 5 parts by weight of dicyandiamide, are intimately mixed with 80 parts by weight of molybdenum disulfide. The preheated support body with a temperature of about 2000 C is then immersed in this mixture for 6 seconds, as a result of which the body is coated on all sides with bath resin. Subsequently ; the coated body is cured in a drying cabinet at 2500 C for half an hour. The layer thickness achieved is 0.5 to 0.8 mm. To achieve dimensional accuracy, the plastic layer is processed in a manner known per se.