DE1594651A1

DE1594651A1 - Schmiermittel in Form von waessrigen Emulsionen

Info

Publication number: DE1594651A1
Application number: DE19661594651
Authority: DE
Inventors: Klaiber Morton Howard; Pater Anton Stanley
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1965-12-15
Filing date: 1966-12-13
Publication date: 1970-07-09
Also published as: FR1505020A; BE691123A; GB1170290A; NL6617652A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf bei der Metallbearbeitung verwendbare Schmiermittel auf wässriger Basis.

Bei der spanabhebenden Metallbearbeitung erfüllt das Schmiermittel hauptsächlich zwei Punktionen: erstens vermindert es die Reibung zwischen zwei in Berührung stehenden, sich bewegenden Metallflächen, beispielsweise zwischen den Oberflächen von Werkzeug und Werkstück, und zweitens führt es die während der Bearbeitungszeit des Metalles auftretende Wärme ab. Beim Gewindeschneiden verhindert das Schmiermittel außerdem die Ansammlung von Spänen an dem Schneidewerkzeug, schwemmt die Metallspäne gleich bei ihrer Bildung weg und sorgt bis zu einem gewissen Grade für Rostschutz.

BAD ORiGlNM.

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Schmiermittel für spanabhebende Metallbearbeitung lassen sich in zwei Kategorien einteilen:

A) Die sogenannten HochleJsfcungsschmiermittel, d. h. Flüssigkeiten, die im wesentlichen aus einem Mineralöl und organischen Schwefel-, Chlor- oder Phosphorverbindungen als Zusatz bestehen und

B) die Schmiermittel auf'wässriger Grundlage.

Die erste Art findet bei Eisenmetallen Anwendung, wo hohe Einheitsdrucke und starke lokale Temperaturerhöhungen auftreten, also beispielsweise beim Fräsen oder beim Schneiden oder Bohren von Gewinden usw. Diese Hochleistungsschmiermittel lassen sich aber nicht anwenden bei Arbeitsgängen mit hoher Geschwindigkeit, bei denen mit außerordentlichem Wärmeanstieg gerechnet werden muß, da sie eine verhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen· Außerdem sind Schmiermittel auf Mineralölbasis nicht zu empfehlen bei der Bearbeitung von Nichteisenmetallen, da die Möglichkeit eines korrosiven Angriffes oder einer Oxydbildung besteht. Schmiermittel auf wässriger Basis sind dagegen sehr gut geeignet für schneilaufende Arbeitsgänge, wie Bohren, Drehen, Fräsen usw., wobei während der Bearbeitung die Belastung verhältnismäßig gering ist; jedoch sind Schmiermittel auf wässriger Basis, die sich für die oben beschriebenen Hochleistungsarbeitsgänge eignen, bisher noch nicht verfügbar.

Zweck der Erfindung ist daher die Bereitstellung von Schmiermitteln auf wässriger Basis, die anwendbar sind bei Hoohleistungs-

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arbeitsgängen, wie lochen, Gewindeschneiden, Gewindebohren und .dgl., und zwar nicht nur für Eisenmetalle, wie Stahl und die verschiedenen Stahllegierungen, sondern auch für Nichteisenmetalle, wie Kupfer, Aluminium, Messing, Bronze und dgl. Die erfindungsgemäßen Schmiermittel auf Wasserbasis sind außerordentlich widerstandsfähig gegen Verschleiß und verhindern das unerwünschte Verschweißen von Werkzeug und Werkstück ("Festfressen")·

Bei ihrer Anwendung in der spangebenden Bearbeitung von Metallen sind die erfindungsgemäßen Schmiermittel auf Wasserbasis mindestens denjenigen auf Ölbasis äquivalent, wobei jedoch ihre Fähigkeit, die auftretende Wärme von der Bearbeitungsstelle abzuleiten, wesentlich besser ist.

Die erfindungsgemäßen, bei der spangebenden Bearbeitung von Metallen verwendungsfähigen Schmiermittel auf wässriger Basis enthalten als hauptsächliche organische Komponente etwa o,1 bis 25 Gew.-^ eines Polyolefins mit einem Molekulargewicht zwischen 1500 und 25 000 und außerdem ein Emulgiermittel. Unter den Polyolefinen sind Polyäthylen und Polypropylen bevorzugt. Zweckmäßigerweise liegt die Menge an Polyolefin in der Emulsion zwischen etwa o,2 bis 3 Gew.-^; für Hochleistungsbeanspruchung ist der bevorzugte Bereich etwa 1 bis 3 Gew.-7&.

Neben den beiden bevorzugten Polyolefinen kann jedoch auch jedes beliebige andere Polyolefin in wässriger Emulsion verwendet werden. Auch die Breite der Molekulargewichtsverteilung, die

Polymerdichte oder die Polymerntruktur nind beliebig. -~ — - *

BAD ORIGiNAL G09828/1466

Besonders geeignet sind Polyolefine mit einem Molekulargewicht zwischen etwa 15oo und etwa 25 ooo, die einen Schmelz-

punkt von vorzugsweise nicht mehr als etwa 2oo° C aufweisen. Typische Beispiele hierfür sind Homo- und Copolymerisate von oc-01efinen mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie Äthylen, Propylen, Butylen und dgl. Wegen ihrer besonders guten Emulgierfähigkeit sind Polyolefine mit durchschnittlich mindestens einer polaren Gruppe je 4 Polyolefinmoleküle bevorzugt.

Die Polyolefine können im erwähnten Molekulargewiohtsbereich erhalten werden durch direkte Polymerisation, Emulsionspolymerisation oder durch Hydrolyse von Polyolefinen mit höherem Molekulargewicht.

Die letztere Methode ist bevorzugt, da die Pyrolyse von Polymerisaten mit relativ hohem Molekulargewicht zu einer endständigen ungesättigten Vinylgruppe führt, die leicht verfügbar ist zur Umsetzung mit einem äthylenisch ungesättigten polaren Monomeren, wie Maleinsäureanhydrid oder Thioglykolsäure, wie dies in den USA-Patentschriften 2 766 214 und 3 144 348 beschrieben ist; das resultierende Polyolefin ist sehr leicht emulgierbar.

Eine andere wertvolle Methode zur Herstellung von emulgierbaren Polymeren mit einer ausreichenden Anzahl an polaren Gruppen besteht in der (gegebenenfalls katalytischen) Oxydation,

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wobei an der Polymerkette neben Keton-, Aldehyd- und Hydroxylgruppen auch Carboxylgruppen erzeugt werden.

Andere geeignete emulgierbare Polyolefine sind die Blookoopolymerisate, die sich bei der Umsetzung von A'thylenoxyd mit Polyäthylen bilden, wobei gemäß der USA-Patentschrift 2 921 92ο Polymerisate mit endständigen Hydroxylgruppen entstehen. Weitere geeignete Polyolefine sind die in der USA-Patentschrift 2 766 214 beschriebenen, mit Maleinsäure umgesetzten Ithylen-Alkohol-Telomeren.

Ebenso kann die notwendige Menge an polaren Gruppen in die erwähnten Homopolymerisate und Mischpolymerisate von oc-01efinem eingeführt werden durch Mischpolymerisation der resultierenden Polyolefine mit ungesättigten Monomeren, weiche die A'thylenbin/dung enthalten, wie Äthylenaorylat, Styrol, Bioyolohepten, Vinylacetat, Acrylsäure, Methacrylsäure und dgl.

Außerdem entstehen bei direkter Polymerisation zu Olefinpolyraeren und/oder Hydrolyse Polymerketten mit der notwendigen Menge an Polarität, so daß die Polymeren eraulgierbar sind und die resultierende Emulsion stabil bleibt.

Die Emulsionspolymerisation kann durchgeführt werden, indem man das olefinische Ausgangsmaterial in Anwesenheit eines geeigneten Eraulgators in Wasser emulgiert und es daraufhin bei hb'herer Temperatur unter Druck in Anwesenheit eines Polymeri-

■ BAD ORJGiNAL Ü09828/U64

aationekatalysators polymerisiert. Derartige Polymerisations- ϊ verfahren sind u. a« beschrieben in folgenden USA-Patentschriften: 2 342 4oo, 2 542 783^ 2 592 526 und 2 7o3 794.

Aus dem oben angedeuteten Stand der OJeohnik ist ersichtlich, daß viele verschiedenen Wege "bekannt und verfügbar sind, um die für Zweoke der Erfindung geeigneten Polyolefine herzustellen· Die wässrigen Polyolefinemulsionen können anionisch, nichtionisch oder kationiBoh sein. Während also grundsätzlich jedes verträgliche Emulgiermittel verwendet werden kann» sind jedooh die nicht-ionisohen Emulgatoren für Schmiermittel, die "bei der Metairbearbeitung benutzt werden sollen, bevorzugt.

Die hier in Betracht kommenden nicht-ionisohen Emulgatoren sind organische Verbindungen von verhältnismäßig hohem Molekulargewicht und bestehen aus einem hydrophoben Anteil, mit dem ein Bolubilisierender oder hydrophiler Anteil verbunden ist, weloh letzterer gewisse Gruppen, wie ätherartige Glieder (-0-0-Q-), Hydroxylgruppen (-OH), Oarbonyloxygruppen

O '

(-C-O-), und dgl. enthält.

Besonders zweokraäßig sind oberflächenaktive Mittel, die als hydrophile Hälfte eine oder mehrere Ketten mit einer oder mehreren Alkylenoxygruppen enthalten. Diese oberflächenaktiven Mittel haben die allgemeine Jormel

009828/1414

-■ 7 -

wor£n R der hydrophobe Anteil eines aliphatischen Alkohols mit .8 bis 22 C-Atomen oder .eines alkylierten Phenols mit 4 bis etwa 22 C-Atomen in der Alkylgruppe bedeutet, T eine Alkylenoxykette ist, das durch H bezeichnete Wasserstoffatom an ein Sauerstoffatom der Alkylenoxykette gebunden ist und y für eine Zahl von 1 bis 6, vorzugsweise von 1 bis 4 steht·

Typische aliphatische Alkohole sind Octylalkohol, Nonylalkohol, Decylalkohol, ^ltCooo^M-alkohoL (<to Gemisch aus Cj₀- bis Cjg-Alkoholen), Dodeoylalkohol, Oleylalkohol, "Talk"-Alkohol (d.n Gemisch aus C-jg- bis Cjg-Alkoholen), Ootadecylalkohol, 2,6,8-Trimethyl-4-nonylalkohol und dgl.

Typische alkylierte Phenole Bind Butylphenol, Pentylphenol, Hexylphenol, Octylphenol, Honylphenol, Bodeoylphenol, Hexadeoylphenol, Ootadeoylphenol, Nonadecylphenol und dgl.

Mit dem Ausdruck "Alkylenoxykette" ist hier eine Kette gemeint, die eine«oder mehrere Alkylenoxygruppen enthält, und zwar zweiwertige Alkylengruppen, wie Methylen, Äthylen, Propylen, Butylen und dgl., die derart an ein Sauerstoffatom gebunden sind, daß eine der Valenzen der Alkylenoxygruppe von einem Sauerstoffatom, die andere von einem Kohlenstoffatom stammt. Typische Alkylenoxygruppen sind folgende Gruppen: Methylenoxy (-CH₂O-),- Äthylenoxy (-C₂H₄O-), Propylenoxy (-C₅HgO-), Butylenos:; '-.-O₄H₈O-) und dgl.

0 0 9 V B/Ufiü BAD ORIGINAL

Bevorzugte nicht-ionische Emulgatoren für die erfindungs-.gemäßen Mittel sind die Polyalkylenglykoläther mit etwa 4 "bis etwa 8o Mol Alkylenoxyd. Bevorzugte nicht-ionische oberflächenaktive Mittel sind u. a. die Nonylphenyl-Polyäthylenglykoläther mit etwa 4 Mol Äthylenoxyd, die Trimethylnonyl-Polyäthylenglykoläther mit etwa 6 Mol Äthylenoxyd, die Nonylphenyl-Polyäthylenglykoläther mit etwa 7 Mol Äthylenoxyd, gemischte Polyalkylenglykoläther mit etwa 6o Mol eines Gemisches aus Äthylenoxyd und 1,2-Propylenoxyd im Molverhältnis von etwa 2:1, und dgl.

Typisch für die erfindungsgemäß brauchbaren kationischen Emulgatoren sind Kombinationen aus einer organischen Säure, wie Essigsäure und einem Amin, z. B. einem cyclischen Imidaaolin, tertiärem äthoxyliertem Soya-Amin, polyäthoxyliertem "Talg¹*-Amin mit 2 Äthoxyeinheiten im polyäthoxylierten Teil des Moleküls, den polyäthoxylierten Oleyl-Aminen mit 2-5 Äthoxyeinheiten im PoIyäthoxyteil des Moleküls, polyäthoxyliertem Soya-Amin mit 5 Äthoxyeinheiten im Polyäthoxyteil des Moleküls und dgl.

Die erfindungsgemäß in Betracht kommenden anionisohen Emulgatoren sind u. a. Aminseifen, gebildet durch Umsetzung eines Amins mit einer Fettsäure, wie Plsäure, Palmitinsäure, laurinsäure, Myristinsäure, den Tall öl säur en, den Palmb'lsäuren oder dgl. in etwa stöchiometrischen Mengen bei Umgebungs- oder leicht erhöhten Temperaturen. Geeignete Aminseifen sind Triäthanolaminstearat, Triäthanolaminoleat, Triäthanolamin-Kokosnußöl-Seife,

009Ö28/UÖA

Isopropanolaminoleat, Ν,Ν-Dimethyläthanolaminoleat, 3-Methoxypropylaminoleat, Morpholinoleat und dgl.

Es wurde eine lange Reihe von wässrigen Polyolefinemulsionen auf ihre Eignung für Zwecke der Erfindung untersucht. Diese Emulsionen sind weiter unten "beschrieben und werden im Interesse der Übersichtlichkeit mit den Buchstaben A bis S bezeichnet. Zu Vergleichszwecken sind ferner die üblichen Schneideöle aufgeführt.

Beschreibung von Schneideflüssigkeiten

Emulsion A - Wässrige nicht-ionische Emulsion von chemisch inertem, niedrigmolekularem Polyäthylen, emulgiert durch ein Polyoxyäthylenderivat einer aliphatischen Verbindung·

Emulsion B - Wässrige anionische Emulsion von Polyäthylen mittleren Molekulargewichtes, emulgiert durch einen flüchtigen Emulgator,

Emulsion C - Wässrige nicht-ionische Emulsion von hoohschmelzendem, sehr dichtem Polyäthylen (Molekulargewicht 65oo - 84oo), das gecrackt und an der luft oxydiert worden war.

Emulsion D - Wässrige anionische Emulsion von gecracktem Polyäthylen hoher Dichte (Mol-ekulargewicht etwa 2ooo), modifiziert mit etwa 5 Gew.-^ Maleinsäureanhydrid und emulgiert mit einem Amin-Fettsäure-Kraulgator.

BAD ORIGINAL 009828/U64

Emulsion E - Wässrige kationische Emulsion von gecraoktem Polyäthylen hoher Dichte (Molekulargewicht etwa 2ooo), modifiziert mit etwa 5 Gew.-$> Maleinsäureanhydrid und emulgiert mit einem äthoxylierten primären Fettsäureamin und Essigsäure.

Emulsion 3? - Wässrige nicht-ionische Emulsion von gecracktem Polyäthylen hoher Dichte (Molekulargewicht etwa 2ooo), modifiziert mit etwa 5 Gew.-^ Maleinsäureanhydrid und emulgiert mit einem Gemisch aus Honylphenyl-Polyäthylenglykoläthern, die etwa 4 und etwa 7 Mol Äthylenoxyd enthalten, und Morpholin.

Emulsion G - Wässrige nicht-ionische Emulsion von gecracktem Polyäthylen hoher Molekular dichte (. .Molekulargewicht etwa 2ooo), modifiziert mit etwa 5 Gew.-# Maleinsäureanhydrid und eraulgiert mit einem Gemisch aus Nonylphenyl-Polyäthylenglykoläthern, die etwa 4 und etwa 7 Mol Äthylenoxyd enthalten, und 2-Methoxypropylamin.

Emulsion H - Wässrige anionische Emulsion von' Polyäthylen niedriger Dichte (Molekulargewicht etwa 16 ooo), hergestellt duroh Emulsionspolymerisation.

Emulsion I - Wässrige, nioht-ionisohe Emulsion aus Polyäthylen

niedriger Dichte (Molekulargewicht etwa 24 ooo), hergestellt durch Emulsionspolymerisation.

^8AD

009828./U64

Emulsion J - Wässrige nicht-ionisohe Emulsion aus Polyäthylen niedriger Dichte.

Emulsion K - Wässrige kationische Emulsion aus Polyäthylen niedriger Dichte.

Emulsion L - Wässrige nicht-ionische Emulsion von Polyäthylen mit ■verhältnismäßig niedrigem Gehalt an Emulgatoren.

Emulsion M - Wässrige nicht-ionische Emulsion von Polyäthylen-Emulsion ΪΓ - Wässrige nicht-ionieohe Emulsion von Polypropylen. Emulsion P - Wässriger Styrol-Butadien-Copolymerlatex. Emulsion Q - Wässriger carboxylierter Styrol-Butadienlatex. Emulsion R - Wässriger Polyisoprenlatex (natürlich). Emulsion S - Wässriger Polyvinylidenchloridlatex.

öl A - Übliches Mineralöl zum Gewindeschneiden und -bohren. Enthält als aktive Hochdruckmittel etwa 3 Gew.-# Schwefel und etwa 1 Gew.-# Chlor.

Öl B - Lösliches Schneideöl mit verhältnismäßig sehr hohem Anteil an hoohdruokbeständigen und das Festfressen verhindernden Fetten und Zusätzen. _ _t■

^A& OFUGlNAL 009828/1464

Öl C - Paraffinöl rait einem Viskositätsindex von etwa 9o. ICnthalt keine Zusätze.

Öl D - Wasserunlösliches Polyalkylenglykol.

Die Bewertung der Schmiermittel erfolgte auf einem Falex-Tester. Diese Versuchsanordnung besteht aus einer auswechselbaren Welle von etwa 6 mm (1/4 inch) Durchmesser (Weichstahldorn ITr. 8), die mit 29o Umdr./min zwischen zwei Stahl-V-Blöcken umläuft. Die Welle kann aus SAE 3135-Stahl mit einer Rockwell-B-Härte von 07 (vergütet auf 8 - 1o MS) bestehen und die beiden V-Blοcks können aus AISI C-1137-Stahl mit einer Rockwell-O-Härte von 2o (vergütet auf 6-8 RIiS) bestehen (Methode I). Bei einer anderen Durchführungsform kann die Welle aus M-2-Werkzeugstahl mit einer Rockwell-C-Härte vnn 6o (vergütet auf 12-14 RMS) und die beiden V-Blocks können aus rostfreiem 44o-C-Stahl mit einer Rockwell-C-Härte von 6o (vergütet auf 12 bis 14 RMS) bestehen (Methode II).

Die V-Blockp sind derart angeordnet, daß sie durch ein mit Kerben versehenes Belastungsrad gegen die Welle angedrückt werden. Die Einstellung des Belastungsrades während des Versuchs, um eine vorbestimmte Belastung aufrechtzuerhalten, gibt ein Maß für den Abrieb an der Testwelle. Ein Vorrücken um eine Kerbe bzw. einen Zahn auf dem Belastungsrad zeigt o,145 /U (o,oooo57 inches) Abrieb an der Testwelle an.

009828/U64

Während des Versuches tauchen Welle und V-Blocks in das zu untersuchende Schmiermittel ein.

Der Versuch besteht aus folgenden einzelnen Arbeitsvorgängen:

1. Zu Beginn des Versuches läßt man die Welle zwischen den V-Blocks 3 Minuten bei einer Belastung von 45,4 kg rotieren;

2. die Belastung wird dann je Minute um 45,4 kg gesteigert bis auf 454 kg (1ooo lbs);

3. wenn die Belastung von 454 kg erreicht ist, erfolgt die weitere Steigerung je Minute um 113 (25o lbs) kg bis zur Blockierung oder bis zu einer maximalen Belastung von 2o4o kg (45oo lbs);

4. die Drehleistung (Drehmoment) und Temperatur werden jede Minute notiert;

5. in jedem einzelnen Minutenintervall wird der Abrieb an der Testwelle notiert als Anzahl von Kerben (Nuten) auf dem Belastungsrad, die nachgestellt werden mußten, um die gewünschte Belastung aufrechtzuerhalten.

Wach Beendigung des Versuches wird die durchschnittliche Breite der an den V-Blooks erzeugten Sohleifspur mikroskopisch gemessen und der Kontaktdruck.aus folgenden Formeln berechnet;

BAD ORIGINAL

009828/U64

-H-

Belastung "bei Blockierung

VT

= Lagerbelastung

, , _{= Druok ±n kg/offl}i

Sparlänge χ Spurbreite in cm

Spurlänge = 1,25 cm

Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele näher erläutert,

Beispiel 1

Mit Hilfe des Palex-G-erätes und nach der oben beschriebenen Methode I wurden verschiedene Polymeremulsionen auf Belastungsfähigkeit und auf ihre Wirkung hinsichtlich der Verhinderung des Festfressens (Blockierung) untersuoht. Es handelte sich um wässrige Emulsionen mit etwa o,5 Gew.-$ an Peststoffen. Die Resultate gehen aus Tabelle I hervor.

Tabelle I

Emulsion

Art der Emulsion

Belastung beim Emulgatortyp Blockieren in (1) kg-

Styrol-Butadien (SBR)

natürlicher latex

SBR, carboxyliert

Polyvinylidenchlorid

modifiziertes Polyäthylen

Polyäthylen

modifiziertes Polyäthylen

Polyäthylen

113ο	a
113o	a
125o	a
794	a
>2o4o	η + a
>2o4o	η
>2o4o	a + a
2o4o	η
181o	a
181o	η
17oo	a
	Fortsetzung

009828/1484

- 15 Tabelle I (!Fortsetzung)

Emulsion Art der Emulsion

Belastung beim Emulgatortyp

Blockieren in
kg

(D

J	Polyäthylen
K	Polyäthylen
M	Polyäthylen
L	Polyäthylen
N	Polypropylen

193o

2o4o
193o
193o

η = nicht-ionisch; a «■ anionisch; c = kationisch.

η c η η η

Aus den Daten der Tabelle ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Polyolefinemulsionen eine ausgezeichnete Belastbarkeit aufweisen und mit Sicherheit das Festfressen verhindern.

Beispiel 2

Die Fähigkeit von wässrigen Polyolefinemulsionen, das Blockieren oder Festfressen zu verhindern, wurde gemessen auf dem Falex-Versuchsgerät nach der oben beschriebenen Methode I. Die Resultate der Versuche gehen aus Tabelle II hervor:

Tabelle II (folgt)

BAD ORJGlNAL

00982 8/H64

Tabelle II

Feststoff-

Emulsion

Emu Is

;ator-

Belastung beim

Anzahl an

Zähnen, die

1590 kg

O

—

eingestellt werden

bei

2o

17o

gehalt in

typ (

/Ο

Festfressen in

müssen, um

den Abrieb

185

110

auszugleichen

15

155

Gew.-/S

kg

Belastung

mit

115

2o4o kg

125

27o

136o kg

54o

193ο kg

_

76o

o,5

J

η

193o

95

Ho

>1ooo

57o

—

o,5

K

C

>2o4o

45

125

22o

—

1o

165 ^

o,5

I

η

181 ο

I60

19o

—

o,5

H

a

17oo

2o

17o

—

>815

o,5

M

η

2o4o

15

O

435

—

o,5

I

η

193o

7o

O

52o

>66o

o,5

C

η

2o4o

7o

O

4oo

Pestgefressen

o,5

B

a

181o

O

30

o,5

A

η

>2o4o

O

180

•o,5

D

a

>2o4o

O

—

o,5

j?

η

+ a

>2o4o

O

o,5

Ή

η

193o

15

€3

o,2

B

a

794

^11 0

cr>

o,2

A

η

>2o4o

O

ro

o,2

D

a

68o

>2o

OO

o,2

j?

η

+ a

181o

2o

^ ' η = nicht-ionisch

; a =

anionisch; c = kationisch

CD CT)

Die Daten de* labeile zeigen deutlich, daß die erfindungsgemäßen wässrigen Polyolefinemulsionen besonders gut geeignet sind, das Festfressen bei spanabhebenden Arbeitsgängen zu vermeiden. Die Daten zeigen ferner, daß einige der Emulsionen selbst bei geringem Feststoffgehalt besonders gut geeignet sind, den unerwünschten Abrieb zu νerhindern.

Beispiel 3

In den in Tabelle III zusammengestellten Versuchen wurde das Verhalten einer Polyäthylenemulsion bei verschiedenen Peststoffkonzentrationen auf dem IPalex-Versuchsgerät erprobt.

Tabelle III

BAD ORiGiNAL

GD

	Tab	eile III	30	95	38o
Emulsion A mit Wasser νerdünnt auf:	Belastung beim Pestfressen in kg		35	95	' 4o5
3,o Gew.-$> Peststoffe	>2o4o		O	2o	17o
1,o Gew.-# Peststoffe	>2o4o		O	1o	165
o,5 Gew.-# Peststoffe	^2o4o	Anzahl an Zähmen, die eingestellt werden müssen, um den Abrieb auszugleichen bei Belastung mit 136o kg 159o kg 193ο kg 2o4o kg
o*2 Gew.-# Peststoffe	>2o4o	O
o,1 Gew.-9£ Peststoffe	113o	O
O
O
O

O O CD ZO

CO

_i OO

■' Die angegebenen Daten zeigen, daß bei Konzentrationen von •etwa o,2 bis 3,ο Gew.-$ Peststoffen die Fähigkeit, das Pestfressen zu verhindern, die Grenze der auf der Vorrichtung möglichen Versuche überschreitet. Eine besonders gute Abriebverhinderung wurde erhalten bei o,2 bis o,5 G-ew.~$ Peststoffen, jedoch auch bei höheren Konzentrationen zeigten die erfindungsgemäßen Schmiermittel noch sehr gute Eigenschaften.

Beispiel 4

Die in !Tabelle IV aufgeführten Versuche dienten der -Bestimmung des Kontaktdruckes bei verschiedenen Schmiermitteln bekannter Art im Vergleich zu den erfindungsgemäßen Schmiermitteln. Die Versuche wurden durchgeführt auf der Palex-Vorriohtung, wobei die oben beschriebene Methode II angewendet wurde.

tabelle IV

009828/ U6A *

BAD ORIGINAL

Tabelle IV

σ co οο

Im Wasser enthaltenes Schmiermittel

Öl A

Öl B -verdünnt (15/D mit Wasser Öl C
Öl D

1,o Gew.-$ Peststoffe, Emulsion F o,2 Gew.~i> Feststoffe, Emulsion F 1,o Gew.-$ Feststoffe, Emulsion A o,2 Gew.-# Feststoffe, Emulsion A o,2 Gew.-^ Feststoffe, Emulsion D 1,o Gew.-^ Triäthanolamin (Seife) o,2 Gew.-# Triäthanolamin (Seife) 1,o Gew.-# Feststoffe, Emulsion IT o,2 Gew.-# Feststoffe, Emulsion N

Belastung heim	Durchschnittl.	Kontaktdruck in
Festfressen in kg	Spurbreite in mm	kg/cm
17oo	o,94	984o
181o	o,74	141 oo
136o	o,61	12700
113o	o,41	15500
181 ο	o,53	19000
113o	o,38	16900
2o4o	o,48	23200
136o	o,41	18300
125o	o,41	16900
125o	o,66	1o5oo
113o	o,46	14100
159o	o,46	2o4oo
147o	o,46	19000

Die in. der Tabelle angegebenen Werte zeigen, daß nur mit wässrigen Polyäthylen- und Polypropylenemulsionen Kontaktdruoke von mehr als etwa 15 5oo kg/cm erhalten werden konnten. Diese Emulsionen sind demnach den ölemulsionen überlegen.

Beispiel 5

Die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Polyolefin-Schmierflüssigkeiten, den Abrieb und das Festfressen bzw. Verschweißen von Werkzeug und Werkstück zu verhindern, wurde in einem Gewindeschneidversuch gemessen. Das Verhalten der erfindungsgemäßen Schmiermittel wurde dabei verglichen mit demjenigen des Öls A, das zu den normalerweise beim Gewindeschneiden in rostfreiem Stahl verwendeten Ölen gehört.

Einzelheiten zu den Versuchen:

Vorrichtung Werkstück Sacklöcher

Gewindebohrer -

Vorrichtung

4'-Radialbohrmaschine Fr. 4; American-Hole Wizard Rostfreier Stahl 3o4 (2 1/2 χ 1 1/4 ι 12 Zoll) Gebohrt mit Bohrer Fr. 7 (0 o,2o1 Zoll), 1 1/8 Zoll tief bei 61 ο Umdr./roin; Vorschub o,o1 cm/ Umdr.; Kühlmittel: Wasserlösliches Öl, verdünnt 1/4 χ 2o F.O.; H.S. Grd. H 3 4 FIt. (Spezialausführung für rostfreien Stahl, Hersteller Winter B^os., Rochester, Michigan, USA) Kupplung mit einstellbarem Drehmoment (Rutschkupplung), schwedisches Modell, SPV-SA-1E.

BAD OFUGIISIAL

828/U64

Auswertung der Schmiermittel:

1. Ein Sackloch von 2,5 cm Tiefe wird auf seiner vollen länge bis zum Ende der Nut mit Gewinde versehen (8o % Gewinde, 2,5 cm tief);

2. Schneidgeschwindigkeit - 7o Umdr./min;

3. das Schmiermittel wird eingebracht; es füllt das Sacklooh vollständig aus;

4. sobald das übertragene Drehmoment die Gewindeschneidvorrichtung durchrutschen läßt, kehrt sich die Drehrichtung., um und die Späne und Schmiermittel werden mit Hilfe eines IuftSchlauches aus dem Bohrloch ausgeblasen; damit ist ein Arbeitsgang abgeschlossen.

5. Unter nochmaligem Einbringen von Schmiermittel wird ein teuer Schneidevorgang vorgenommen (zweiter Arbeitsgang).

6. Die bis zum Schneiden eines vollständig ausgebildeten Gewindes von 2,5 cm liefe notwendige Anzahl von Arbeitsgängen bildet das Kriterium für die Leistungsfähigkeit des Schmiermittels.

Die üblichen zur Metallverarbeitung benutzten flüssigkeiten auf wässriger Grundlage und andere, wie wässrige Suspensionen von Graphit oder Halogenalkanharzen, ließen sich zum Gewindeschneiden

009828/1484

unter den obigen Bedingungen nicht φit Erfolg verwenden. Auch .Suspensionen von nicht .emulgierbarem Polyäthylen oder mit Maleinsäureanhydrid modifiziertem Polyäthylen in Mineralöl (Kerosin, Mittelöl, Leichtöl) waren nicht geeignet.

Die beim Gewindeschneiden mit""Öl A" im Vergleich zu verschiedenen wässrigen Polyolefinemulsionen erzielten Resultate sind in Tabelle T zusammengestellt.

Tabelle V

Schmiermittel zum Gewindeschneiden, ausgewertet in
wässriger Emulsion

Anzahl der Arbeitsgänge zur
Bildung eines
Gewindes von
2,5 cm Tiefe

Bohrloch-Nummern

Öl A 3,3,3

Ol A 4,4,4

15 Gew.-$ Feststoffe, Emulsion G 3

3 Gew.-$ Feststoffe, Emulsion G 2,2,2

1 Gew.-$ Feststoffe, Emulsion G 4

3 Gew.-% Feststoffe, Emulsion D 4

1 Gew.-$ Feststoffe, Emulsion D 5

25 Gew.-$ Feststoffe, Emulsion E 2

3 Gew.-^ Feststoffe, Emulsion E 2

1 Gew.-# Feststoffe, Emulsion E 3

2o Gew.~# Feststoffe, Emulsion F 2

3 Gew-# Feststoffe, Emulsion F 3,3

1 Gew.-% Feststoffe, Emulsion F 3 1 Gew.-# Feststoffe, Emulsion F

+ 3 Gew. -$> Triäthylenglykol 2 o,5 Gew.-io Feststoffe, Emulsion F

"+ 3 Gew.-^ Triäthylenglykol 5

57, 66, 75, 1o6, 1o7

56 51, 53,

52

49

5o

72

75

74

62 63, 71

64

7o 1o8

BAD ORiGlNAL

009828/ 1664

Die obigen Daten zeigen die Vorteile der Verwendung von wässrigen Polyolefinemulsionen als Schmiermittel "beim Gewindeschneiden.

Beispiel 6

Das Verhalten von wässrigen Polyolefinemulsionen wurde weiterhin ausgewertet beim Arbeiten auf einer GewindeSchneidedrehbank (Leitspindeldrehbank), wobei eine Stange von 2,5 cm Durchmesser aus rostfreiem Stahl ETr. 3o4 mit einem 8-Punktgewinde bei 67 Umdr./min auf einer 4o χ 137 cm~Axelson-Drehbank bearbeitet wurde. Die Resultate gehen aus Tabelle VI hervor:

Tabelle VI

Schmiermittel und Ver- Vorschnitte Fertigschnitte Gesamtdünnungsverhältnis bewer-

tung

Öl	A	(Verdünnung 3ο :	1)	brauchbar	ausgezeichnet	ausgez.
Öl	B	.-$>, Emulsion P		schlecht	brauchbar	brauchbar
1	Gew		gut	gut	ausgez.

Die Versuchsresultate zeigen, daß wässrige Polyolefinemulsionen in ihrem Verhalten und ihrer Leistungsfähigkeit den Ilochleistungsschmiermitteln auf Mineralölbasis mindestens äquivalent sind.

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-■ 25 -

Außer den bereits erwähnten aktiven Bestandteilen können die erfindungsgemäßen Schmiermittel noch die üblichen Zusätze enthalten, die den Mitteln gewisse erwünschte Eigenschaften verleihen, wie Antikorrosionsmittel, Antischaummittel, antibakteriell Mittel und dgl.

Als korrosionsverhindernde Mittel können u. a. Morpholin, Alkalinitrite (z. B. Kalium- oder Natriumnitrit), Alkalimercaptobenzodiazole (z. B. das Natriumsalz des Mercaptobenzodiazols), Polyphosphate (z. B. Hexametaphosphat) und dgl, verwendet werden.

Illustrativ für antibakterielle Mittel sind Chlorphenole, die Neomycinsulfate, das 6-Acetoxy-2,4-dimethyl-m-dio3:an und dgl. Eine wässrige lösung mit Di-(phenylmerouri)-ammoniumpropionat in einer Menge, die 6 Gew.-^ Quecksilber entspricht, hat ebenfalls antibakterielle Wirkung.

Als das Schäumen verhindernde Mittel seien genannt: Alkohole mit 6 bis 1o Kohlenstoffatomen, z. B. 2-lthylhexanol, oder oberflächenaktive Mittel mit einem niedrigen hydrοphil/liοphiI-Gleichgewicht und dgl.

Das Herstellungsverfahren ist bei den erfindungsgemäßen Mitteln nicht ausschlaggebend, d. h. die Bestandteile der Mittel können in beliebiger lolge und in jeder geeigneten Vorrichtung miteinander vermischt werden und zu ihrer Bereitung können die bei der Herstellung der üblichen wässrigen Schmiermittel bewährten

Methoden angewendet werden. _DA_ ~_,.~_IK1 '

BAD ORIGINAL

009828/1484

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Mittel wurde im Vorangehenden bei der Bearbeitung von Eisen bzw. Stahl beschrieben, wobei die Schmiermittel einer besonderen Belastung unterworfen sind. Selbstverständlich sind aber die Mittel ebenso bei der Bearbeitung von Metallen jeder Art, also beispielsweise von Kupfer, Aluminium, Bronze, Messing und dgl., kurz überall, wo bewegte Metallflächen miteinander in Berührung kommen, mit Erfolg verwendbar .

Patentansprüche

009828/1464

Claims

Patentansprüche

1. Schmiermittel in Form einer wässrigen Emulsion zur Verminderung der Reibung zwischen gegeneinander bewegten Metallflächen und zur Ableitung der Reibungswärme, gekennzeichnet durch einen Gehalt an o,1 bis etwa 25 Gew.-$ eines Polyolefins mit einem Molekulargewicht von etwa 1 5oo bis 25 ooo neben einem Emulgator und gegebenenfalls anderen, bei Schäummitteln auf Wasserbasis üblichen Zusätzen.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich· net, daß das Polyolefin Polyäthylen oder Polypropylen ist.

3. Schmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin in einer Menge von o,2 bis 3, insbesondere von 1 bis 3 Gew.-^ in der Emulsion anwesend ist,

4· Schmiermittel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e nn zeichnet , daß als Emulgator ein nicht-ionischer Emulgator anwesend ist.

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