DE1284615B

DE1284615B - Process for the production of molded articles from polytetrafluoroethylene

Info

Publication number: DE1284615B
Application number: DE1957G0021485
Authority: DE
Inventors: Hibbard Robert Lawrence
Original assignee: Grinnell Corp
Current assignee: Grinnell Corp
Priority date: 1957-02-13
Filing date: 1957-02-13
Publication date: 1968-12-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus Polytetraffuoräthylen, bei dem zunächst aus dem pulverigen oder körnigen Stoff ein Rohling kaltgepreßt wird, der dann über die Umwandlungstemperatur erhitzt sowie bei dieser Hitze einem Überdruck ausgesetzt und schließlich noch abgekühlt wird. The invention relates to a method for producing molded bodies made of polytetrafluoroethylene, in which initially from the powdery or granular material a blank is cold-pressed, which is then heated above the transformation temperature as well exposed to overpressure at this heat and finally cooled down.

Polytetrafluoräthylen erleidet bekanntlich bei 3270 C eine reversible Umwandlung. Oberhalb dieser Temperatur ist Polytetralluoräthylen in dicken Schichten durchsichtig. Polytetrafluoroethylene is known to suffer a reversible at 3270 C Conversion. Above this temperature, polytetralluoroethylene is in thick layers transparent.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Polytetraffuoräthylen bekannt, bei dem gepulvertes Polytetrafiuoräthylen in einer Form unter Druck gesetzt und der erhaltene Formkörper dann auf 327 bis 5(YO C erhitzt wird. Gegebenenfalls kann das pulverförmige Polytetrafiuoräthylen bei einem Druck von 7 bis 210 kg/cm2 kaltgepreßt werden. Die Abkühlung des Formkörpers kann durch Abschrecken in einer Flüssigkeit oder unter stufenweiser Verringerung seiner Temperatur durchgeführt werden. Darüber hinaus kann der vorgeformte Formkörper in einer geschlossenen und den Formkörper dicht umschließenden Form erhitzt und dem dadurch erzeugten inneren Druck ausgesetzt werden. It is already a process for the production of moldings Polytetraffuoräthylen known, in the powdered Polytetrafiuoräthylen in one The mold is put under pressure and the molded body obtained is then heated to 327 to 5 (YO C will. Optionally, the powdery Polytetrafiuoräthylen can with a pressure from 7 to 210 kg / cm2 can be cold-pressed. The cooling of the molding can by Quenching in a liquid or with a gradual decrease in its temperature be performed. In addition, the preformed molded body can be in a closed and heats the molded body tightly enclosing the mold and the inner mold produced thereby Exposed to pressure.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Polytetrafiuoräthylen zu schaffen, die sich im Vergleich zu den nach den bekannten Verfahren hergestellten Formkörpern aus Polytetraffuoräthylen durch verbesserte Biegestandfestigkeit auszeichnen, d. h. die viel öfter auf Biegung beansprucht werden können als die bisher bekannten Formkörper aus Polytetrafiuoräthylen und dadurch-vorteilhaft als Membran für Absperrorgane verwendet werden können. The invention is now based on the object of a method for production of molded bodies made of Polytetrafiuoräthylen to create, which are compared to the molded articles made of polytetrafluoroethylene by the known method characterized by improved flexural strength, d. H. which much more often on bend can be claimed than the previously known molded articles made of polytetrafluoroethylene and thereby-advantageously can be used as a membrane for shut-off devices.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus Polytetrafluoräthylen gelöst, bei dem zunächst aus dem pulverigen oder körnigen Stoff ein Rohling kaltgepreßt wird, der dann auf die Umwandlungstemperatur erhitzt sowie bei dieser Hitze einem Überdruck ausgesetzt und schließlich noch abgekühlt wird, und das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der kaltgepreßte Rohling zunächst in an sich bekannter Weise in der Atmosphäre auf die über der Umwandlungstemperatur liegende Temperatur bis zu etwa 2 Stunden erhitzt und dann erst bei dieser Hitze dem Ueberdruck ausgesetzt wird, daß darauf eine erste Abkühlung unter die Umwandlungstemperatur erfolgt, wenn der Formkörper völlig durchsichtig geworden ist, worauf sich eine erneute Erhitzung des Formkörpers in der Atmosphäre über den Umwandlungspunkt anschließt, so lange, bis der trüb gewordene Formkörper wieder durchsichtig geworden ist, worauf sein rasches Abkühlen erfolgt, während er unter einem Überdruck steht. The object on which the invention is based is now achieved by a method for the production of moldings made of polytetrafluoroethylene dissolved, in which initially from the powdery or granular material a blank is cold-pressed, which is then on the transition temperature is heated and exposed to overpressure at this heat and finally is still cooled, and characterized according to the invention is that the cold-pressed blank is initially in the atmosphere in a manner known per se to the temperature above the transition temperature for up to about 2 hours heated and then exposed to the overpressure only at this heat, so that on it a first cooling below the transition temperature takes place when the shaped body has become completely transparent, whereupon renewed heating of the molded body continues in the atmosphere above the transition point, until the one that has become cloudy Molded body has become transparent again, whereupon it cools down rapidly, while he is under overpressure.

Bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird pulveriges oder körniges Polytetrafluoräthylen zunächst in einer Vorform zu einem Rohling verpreßt, die ungefähr die Gestalt des Fonnkörpers aufweist. Am besten erfolgt das Verpressen in der Vorform bei Zimmertemperatur mit einem Druck in der Größenordnung von 35 bis 245 kg/cm2 und vorzugsweise von 70 bis 210 kg/cm2. Dabei wird das pulverige oder körnige Polytetrafluoräthylen zu einem Rohling verdichtet, der weiß und durchscheinend aussieht und die zur weiteren Bearbeitung erforderliche Dichte und Festigkeit aufweist. When carrying out the method according to the invention, it becomes powdery or granular polytetrafluoroethylene first pressed in a preform to form a blank, which has approximately the shape of the shape of the body. The compression is best done in the preform at room temperature with a pressure of the order of 35 to 245 kg / cm2 and preferably from 70 to 210 kg / cm2. The powdery or granular polytetrafluoroethylene compressed into a blank that is white and translucent looks and has the density and strength required for further processing.

Dann wärmt man den Rohling in einem Ofen bei atmosphärischem Druck bis zu einer Temperatur, die über der Umwandlungstemperatur des Polytetrafluoräthylens liegt, die sich bei atmosphärischem Druck auf etwa 3270 C beläuft und mit zunehmendem Druck steigt. Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung des in der Vorform erzeugten Rohlings auf eine Temperatur von etwa 3600 C. The blank is then heated in an oven at atmospheric pressure up to a temperature which is above the transition temperature of polytetrafluoroethylene which amounts to about 3270 C at atmospheric pressure and with increasing Pressure rises. The blank produced in the preform is preferably heated to a temperature of about 3600 C.

Beim Überschreiten der Umwandlungstemperatur bleibt der Rohling weiß und durchscheinend. When the transformation temperature is exceeded, the blank remains white and translucent.

Nachdem man nun den Rohling eine bestimmte Zeit lang (bei einer Temperatur von 3600 C empfehlen sich 30 Minuten) auf der ausgewählten Temperatur gehalten hat, nimmt man ihn aus dem Ofen heraus und bringt ihn in eine zweite Form, die Hauptform, ein. Der Preßraum dieser Form hat die Gestalt, die der fertige Formkörper aufweisen soll. Diese Hauptform wird nun auf einer Temperatur gehalten, die über der Umwandlungstemperatur liegt und am besten ungefähr der Temperatur des erhitzten Rohlings entspricht. Dann wird der Rohling in der Hauptform unter Druck gesetzt, und dieser Druck wird mindestens so lange aufrechterhalten, bis der Rohling die gewünschte Gestalt erhalten hat und völlig durchsichtig geworden ist. Alle trüben Stellen in dem erhitzten Polytetrafluoräthylen verschwinden nämlich bei dieser Behandlung. Der Druck bei diesem Preßvorgang muß mindestens so hoch. bemessen werden, daß die Fließgrenze des erhitzten Rohlings überschritten wird und dieser daher die gewünschte Gestalt annehmen kann. Andererseits darf der Preßdruck bei diesem Verfahrensschritt nicht so hoch werden, daß etwa Sprünge in dem erhitzten Preßling entstehen oder daß ein übermäßig breiter Grat in der Fuge zwischen den Formhälften gebildet wird. Bei einer Preßtemperatur von 3600 C beispielsweise empfiehlt sich ein Preßdruck von 70 kg/cm2. Nachdem die Preßtemperatur und der Preßdruck etwa 15 Minuten lang auf den Rohling eingewirkt hauben, ist dieser im allgemeinen durchsichtig geworden, sofern es sich um einen kleinen Rohling handelt mit einem Volumen in der Größenordnung von 100 cm3 und sofern das Einfüllen des Ausgangsmaterials in die Vorform hinreichend sorgfältig durchgeführt worden war. After you have now held the blank for a certain period of time (at a temperature of 3600 C we recommend 30 minutes) at the selected temperature, you take it out of the oven and put it in a second form, the main form, a. The press space of this mold has the shape that the finished molded body have target. This main shape is now kept at a temperature which is above the transition temperature and ideally corresponds approximately to the temperature of the heated blank. then the blank in the main mold is put under pressure, and this pressure becomes at least Maintained until the blank has obtained the desired shape and has become completely transparent. All cloudy spots in the heated polytetrafluoroethylene disappear with this treatment. The pressure during this pressing process must at least as high. be measured that the yield point of the heated blank is exceeded and this can therefore take the desired shape. on the other hand the pressing pressure in this process step must not be so high that, for example, cracks arise in the heated compact or that an excessively wide ridge in the joint is formed between the mold halves. At a pressing temperature of 3600 C, for example a pressure of 70 kg / cm2 is recommended. After the pressing temperature and the pressing pressure worked on the blank for about 15 minutes, this is generally become transparent, provided it is a small blank with a Volume on the order of 100 cm3 and provided the filling of the starting material had been carried out sufficiently carefully into the preform.

Um eine Zersetzung des Polytetrafluoräthylens zu vermeiden, darf der Rohling kurzzeitig nur bis auf eine Temperatur von 4550 C erwärmt werden. In order to avoid decomposition of the polytetrafluoroethylene, may the blank can only be briefly heated up to a temperature of 4550 C.

Zweckmäßigerweise wird die Erwärmung so geführt, daß der Rohling nur ein paar Sekunden lang eine über 4000 C liegende Temperatur aufweist. Auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten empfiehlt sich eine Höchsttemperatur von etwa 4000 C, wobei das Polytetrafluoräthylen aber nicht länger als etwa 10 Minuten eine Temperatur von über 3700 C aufweisen sollte. Am besten hat sich eine Temperatur von etwa 3700 C bei 10 Minuten Behandlungsdauer bewährt, da Polytetrafiuoräthylen eine merkliche Zersetzung erfährt, wenn es 2 Stunden lang auf einer Temperatur im Bereich zwischen der Umwandlungstemperatur und 3700 C gehalten wird. Bei Anwendung einer Temperatur im Bereich von 330 bis 3500 C wird der in der Hauptform befindliche Rohling einem Überdruck im Bereich von 70 bis 140 kg/cm2 und bei Verwendung einer Temperatur im Bereich von 350 bis 3700 C einem Überdruck im Bereich von 35 bis 105 kg/cm2 ausgesetzt.Appropriately, the heating is done so that the blank only has a temperature above 4000 C for a few seconds. Also for economic reasons From a point of view, a maximum temperature of about 4000 C is recommended, whereby the Polytetrafluoroethylene but no longer than about 10 minutes a temperature of should be above 3700 C. It is best to have a temperature of around 3700 C Proven with 10 minutes treatment time, since Polytetrafiuoräthylen a noticeable Decomposition undergoes if left at a temperature in the range between for 2 hours the transition temperature and 3700 C is maintained. When applying a temperature in the range from 330 to 3500 ° C., the blank in the main shape becomes a Overpressure in the range from 70 to 140 kg / cm2 and when using a temperature in Range from 350 to 3700 C exposed to an overpressure in the range from 35 to 105 kg / cm2.

Nachdem der Rohling in der Hauptform unter den vorgenannten Druck- und Temperaturbedingungen so lange gehalten worden ist, bis ein durchsichtiger Formkörper vorliegt, läßt man den Formkörper unter die Umwandlungstemperatur abkühlen. Zu diesem Zweck läßt man vorzugsweise den Formkörper so lange in der Hauptform, bis er sich auf eine Temperatur von beispielsweise 2600 C abgekühlt hat. Der Formkörper läßt sich dann leicht aus der Hauptform herausnehmen, ohne dabei bleibende Formänderungen zu erleiden. Da man jedoch die höchste Festigkeit erzielt, wenn der Formkörper von der Temperatur aus, bei der er durchsichtig geworden, abgeschreckt wird, wird der Formkörper nach Herausnehmen aus der Hauptform wieder auf eine Temperatur erwärmt, bei der er durchsichtig wird. Diese Temperatur wird ohne Anwendung von Druck auf den Formkörper so lange aufrechterhalten, bis der Formkörper wieder durchsichtig geworden ist. Anschließend wird dann der Formkörper rasch abgekühlt. Zu diesem Zweck wird der noch durchsichtige Formkörper in eine kalte Form eingebracht und durch Zusammenpressen der Form einem Überdruck ausgesetzt. Die Temperatur der kalten Form kann beispielsweise etwa - 180 C betragen. Die kalte Form wird zweckmäßigerweise derart zusammengepreßt, daß der auf den in der Form befindlichen Formkörper ausgeübte Druck zwischen 35 bis 105 kg/cm2 liegt. Auf diese Weise erzielt man eine innige Berührung zwischen den kalten Innenflächen der Form und den Oberflächen des heißen Formkörpers und dadurch eine rasche Abkühlung desselben. Das Einsetzen des in einem Ofen bis auf Durchsichtigkeit erhitzten Formkörpers in die zum Abschrecken vorgesehene Form erfolgt zweckmäßigerweise so schnell, daß der Formkörper bei Schließen der Form noch durchsichtig ist. After the blank is in the main form under the aforementioned pressure and temperature conditions has been held until a If a transparent shaped body is present, the shaped body is left below the transition temperature cooling down. For this purpose, the molding is preferably left in the main mold for so long until it has cooled down to a temperature of, for example, 2600 C. The molded body can then be easily removed from the main shape without permanent changes in shape to suffer. However, since the highest strength is achieved when the molded body of the temperature at which it becomes transparent, is quenched, becomes the Molded body reheated to a temperature after being removed from the main mold, where it becomes transparent. This temperature is raised without the application of pressure maintain the shaped body until the shaped body is transparent again has become. The shaped body is then rapidly cooled. To this end the still transparent molding is placed in a cold mold and through Compression of the mold subjected to overpressure. The temperature of the cold form can for example be about -180 ° C. The cold form is expedient compressed in such a way that the exerted on the molded body in the mold Pressure is between 35 and 105 kg / cm2. In this way one achieves an intimate Contact between the cold inner surfaces of the mold and the surfaces of the hot Shaped body and thereby rapid cooling of the same. Inserting the in one Oven heated to transparency into the shaped body provided for quenching Form is expediently done so quickly that the shaped body when closing the Shape is still transparent.

Im Bedarfsfall können die Druck- und Temperaturbedingungen so gewählt werden, daß der Formkörper nur an vorbestimmten Stellen durchsichtig wird. Dies kann beispielweise dadurch erreicht werden, daß man nur an diesen Stellen den vollen Druck zur Wirkung bringt, auf die anderen Stellen jedoch einen niedrigen Druck einwirken läßt, der nicht die völlige Durchsichtigkeit des Polytetrafluoräthylens zur Folge hat. Auch beim raschen Abkühlen kann man so vorgehen, daß man nur bestimmte ausgewählte Stellen des erwärmten, durchsichtig gewordenen Preßlings abschreckt, im übrigen den Preßling aber langsamer abkühlen läßt. Bei Formkörpern mit einem verhältnismäßig großen Querschnitt wird die Oberflächenschicht viel schneller abgekühlt als der Kern des Formkörpers. Bei solchen Formkörpern weist also die Oberflächenschicht eine viel bessere Biegestandfestigkeit auf als der Kern. If necessary, the pressure and temperature conditions can be selected in this way be that the molded body is transparent only at predetermined points. this can be achieved, for example, by only using the full Applying pressure, but applying low pressure to the other areas leaves, which does not result in the complete transparency of the polytetrafluoroethylene Has. In the case of rapid cooling, too, one can proceed in such a way that only certain selected ones are used Places of the warmed, transparent pressed part deterred, otherwise but lets the pressed part cool down more slowly. For moldings with a relatively the surface layer is cooled much faster than the large cross-section Core of the molding. In the case of such shaped bodies, the surface layer has has a much better flexural strength than the core.

Die Erfindung wird nun näher an Hand eines Beispiels erläutert. The invention will now be explained in more detail using an example.

Zur Herstellung einer Ventilmembran wurde eine entsprechend gestaltete Vorform mit 60g handelsüblichem Polytetrafluoräthylenpulver beschichtet. Die Vorform wurde dann in einer Presse bei Zimmertemperatur derart zusammengepreßt, daß auf die Polytetrafluoräthylenfüllung ein Druck von 105 kg/cm2 ausgeübt wurde. Anschließend wurde der gebildete Membranrohling, dessen Dicke etwas größer war als die gewünschte Enddicke der Membran, aus der Vorform herausgenommen. Der Membranrohling war weiß und trüb. Der Membranrohling wurde dann in einem Ofen auf 3600 C erwärmt und 30Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Anschließend wurde dann der auf einer Temperatur von annähernd 3600 C befindliche Membranrohling in eine Hauptform eingebracht, die auf etwa 3600 C vorgewärmt worden war. Die auf einer Temperatur von etwa 3600 C gehaltene Hauptform wurde dann so zusammengepreßt, daß auf den Membranrohling ein Druck von etwa 70 kg/cm2 ausgeübt und dieser dadurch in die endgültige Form des Formkörpers gebracht wurde. Etwa alle 5 Minuten wurde die Form entlastet und geöffnet, um das Aussehen des Formkörpers zu prüfen. Nach etwa 15 Minuten ergab sich, daß alle Teile des Formkörpers durchsichtig geworden waren. To produce a valve membrane, a corresponding one was designed Preform coated with 60g commercial polytetrafluoroethylene powder. The preform was then pressed together in a press at room temperature so that on a pressure of 105 kg / cm2 was applied to the polytetrafluoroethylene filling. Afterward became the formed membrane blank, the thickness of which was slightly larger than the desired one Final thickness of the membrane removed from the preform. The membrane blank was white and cloudy. The membrane blank was then heated in an oven to 3600 C and 30 minutes kept at this temperature for a long time. Then it was then on a temperature of approximately 3600 C located membrane blank introduced into a main mold, the had been preheated to about 3600 C. The at a temperature of about 3600 C The main shape held was then pressed together so that on the membrane blank Pressure of about 70 kg / cm2 is exerted and this thereby results in the final shape of the Shaped body was brought. Approximately every 5 minutes the mold was relieved and opened, to check the appearance of the molding. After about 15 minutes it was found that all parts of the molding had become transparent.

Im Anschluß an diese Feststellung wurde nach Schließen und erneuter Belastung der Hauptform die Temperatur des Formkörpers durch Abkühlen der Form auf etwa 2600 C verringert. Der auf einer Temperatur von etwa 2600 C befindliche trübe Formkörper wurde dann aus der Hauptform herausgenommen und in einen Ofen gebracht, in dem er dann unter Atmosphärendruck auf 3700 C erwärmt und auf dieser Temperatur gehalten wurde, bis er wieder völlig durchsichtig geworden war. Dies trat etwa nach 20 Minuten nach Einführen des Formkörpers in den Ofen ein. Anschließend wurde der Formkörper schnell in eine kalte Form aus Stahl gebracht, deren Innenflächen verchromt waren. Die Temperatur der kalten Form betrug beim Einführen des heißen durchsichtigen Formkörpers ungefähr - 180 C. Sofort nach dem Einführen des heißen Formkörpers in die kalte Form wurde diese so zusammengepreßt, daß auf den Formkörper ein Druck von ungefähr 105 kg/cm2 ausgeübt wurde. Nach etwa 60 Sekunden wurde die Form geöffnet und der fertige Formkörper herausgenommen. Bei Prüfung dieses die Form einer Membran aufweisenden Formkörpers ergab sich, daß dieser eine fünfmal höhere Biegefestigkeit aufwies, als die nach den bekannten Verfahren hergestellten Formkörper.Following this finding, it was closed and renewed Loading of the main mold increases the temperature of the molded body by cooling the mold decreased about 2600 C. The cloudy, at a temperature of about 2600 C Shaped body was then removed from the main mold and placed in an oven, in which it is then heated to 3700 C under atmospheric pressure and at this temperature was held until it was completely transparent again. This occurred about after 20 minutes after inserting the molding into the oven. Then the Molded body quickly brought into a cold mold made of steel, the inner surfaces of which are chrome-plated was. The temperature of the cold mold when the hot one was introduced was clear Molded body approximately - 180 C. Immediately after inserting the hot molded body into the cold form was pressed together in such a way that a pressure was exerted on the shaped body of approximately 105 kg / cm2 was exercised. After about 60 seconds the mold was opened and the finished molded body removed. When examining this the shape of a membrane exhibiting molded body, it was found that this has a five times higher flexural strength exhibited than the moldings produced by the known processes.

Vergleichsweise wurde das vorgenannte Beispiel wiederholt, wobei man jedoch den Membranrohling vor Einführen in die Hauptform auf etwa 2600 C abkühlen ließ. Die Biegefestigkeit des fertigen Formkörpers betrug jedoch nur ein Fünftel des nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Formkörpers. For comparison, the aforementioned example was repeated, wherein however, the membrane blank is cooled to about 2600 ° C. before it is introduced into the main mold let. However, the flexural strength of the finished molding was only one fifth of the molded body produced by the process of the invention.

Weiterhin wurde vergleichsweise Beispiel 1 noch einmal wiederholt, wobei jedoch der Membranrohling vor Einführen in die Hauptform 2 Stunden lang auf etwa 4000 C gehalten wurde. Der fertige Formkörper wies eine geringere Festigkeit auf als die nach den bekannten Verfahren hergestellten Formkörper.Furthermore, for comparison example 1 was repeated again, however, the membrane blank remains on for 2 hours before being inserted into the main mold about 4000 C was held. The finished molded body had a lower strength on than the moldings produced by the known processes.

Claims

Claim: Process for the production of molded articles from polytetrafluoroethylene, in which a blank is initially cold-pressed from the powdery or granular material which is then heated above the transition temperature and at this heat a Is exposed to overpressure and finally cooled down, characterized in that that the cold-pressed blank is initially in the atmosphere in a manner known per se to the temperature above the transition temperature for up to about 2 hours heated and then exposed to the overpressure only at this heat, that on it a first cooling below the transition temperature takes place when the shaped body has become completely transparent, resulting in renewed heating of the molded body in the atmosphere through the transition point, as long as until the molded body that has become cloudy has become transparent again, what to be rapid cooling occurs while it is under positive pressure.