DE2452329A1

DE2452329A1 - Polybutylenterephthalat-formmassen mit erhoehter verschleissfestigkeit

Info

Publication number: DE2452329A1
Application number: DE19742452329
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dipl Chem Dr Hilt; Wolfgang Dipl Chem Dr Seydl; Erich Ing Grad Strickle
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1974-11-05
Filing date: 1974-11-05
Publication date: 1976-05-06

Description

Polybutylenterephthalat-Formmassen mit erhöhter Verschleißfestigkeit Die Erfindung betrifft neuartige thermoplastische Gleitwerkstoffe auf der Basis von Polybutylenterephthalat.
Thermoplastisch verarbeitbare Polyester auf der Basis von Polybutylenterephthalat gewinnen zunehmend als Rohstoff zur T4erstellung von Spritzgußteilen an Bedeutung. Polybutylenterephthalat hat nämlich als Spritzgußmasse wesentliche Vorteile gegenlSber anderen thermoplastischen Polyestern, wie etwa dem PolyMthylenterephthalat. Insbesondere läßt sich Polybutylenterephthalat im Spritzguß wesentlich einfacher als Polyäthylenterephthalat verarbeiten: bereits bei niedrigen Formtemperaturen von etwa 30 bis 60°C kann Polybutylenterephthalat in rascher Zyklusfolge zu hochkristallinen und somit dimensionsstabilen Formteilen verarbeitet werden.
Infolge der großen Kristallisationsgeschwindigkeit auch bei niedrigen Temperaturen treten keine Schwierigkeiten bei der Entformung auf. Die Formstabilität von Polybutylenterephthalat-Spritzgußteilen ist zudem auch bei Temperaturen um und oberhalb der Glastemperatur des Polybutylenterephthalats sehr gut.
Aus Polybutylenterephthalat hergestellte Spritzgußteile zeichnen sich weiter durch hervorragende mechanische Eigenschaften wie große Zähigkeit, Festigkeit und Steifigkeit sowie hohe Oberflächenhärte aus, wodurch sich Anwendungsmöglichkeiten auf den verschiedensten technischen Gebieten ergeben.
Nachteilig bei Polybutylenterephthalat war jedoch bisher seine nicht voll befriedigende Eignung als Gleitwerkstoff, d.h. zur Herstellung von Gleitelementen wie Quer- und Längs lage r, ZahnrBder, Dichtleisten, Kupplungselementen, Rollen u.a. Polybutylenterephthalat verschleißt nämlich beim Gleiten auf Stahl sehr stark 7udem zeigen diese Gleitelemente $"Stick-Slip"-Effekte, d.h. es treten bei der Anwendung in erheblichem Umfang quietschende und knarrende Geräusche durch hohe und stetig wechselnde Haft- und Gleitreibwerte auf, was zu einer erheblichen Belästigung fahrt und dem Einsatz solcher Glei t elemente entgegensteht.
Aufgabe der Erfindung ist es, Formmassen auf der Basis von Polybutylenterephthalat zu schaffen, die eine erhöhte GleitverschleiR-festigkeit haben. Gleitwerkstoffe aus diesen Formmassen sollen kein geräuschverursachendes "Stick-Slip"-Verhalten zeigen. Die Formmassen sollen weiterhin in ihren verarbeitungstechnischen und mechanischen Eigenschaften dem nicht modifizierten Polybutylenterephthalat möglichst weitgehend entsprechen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit Formmassen auf der Basis von Polybutylenterephthalat, die 1 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Formmassen, Polytetrafluoräthylen enthalten, das in Form diskreter kleiner Teilchen mit einem mittleren Korndurchmesser von 150 - Sol um in dem Polybutylenterephthalat vorliegt.
Es war überraschend, daß die Gleitreibungseigenschaften und insbesondere die Gleitverschleißfestigkeit des Polybutylenterephthalats durch die Kombination dieses Polyesters mit Polytetrafluoräthylen wesentlich verbessert werden. Das Gleitreibungsverhalten von Kunststoffen ist nämlich von vielen Bedingungen und Einflußgrößen abhängig, weshalb über die Gleiteigenschaften eines neuen Werkstoffes bzw. über die Wirksamkeit von Zusätzen, insbesondere auf die Verschleißfestigkeit> keine Voraussagen möglich sind Reibungs- und Verschleißphänomene sind sehr komplexe Vorgänge, zumal Verschleißrate und Reibungskoeffizient keine Konstanten sind.
Sie hängen vielmehr von einer Reihe von Faktoren ab, wie etwa der Härte des Gleitlagerwerkstoffs, der Oberflächenbeschaffenheit des Gleitpartners, vo dem mittleren Flächendruck des Lagers, der Temder zurückgelegten Gleitstrecke, der Geschwindigkeit u.
Überraschend war, daß durch die erfindungsfem$;Ren Formmassen nicht nur die Gleitverschleißfestigkeit im Vergleich zu nicht modifiziertem Polybutylenterephthalat wesentlich verbessert wird, sondern daß diese Verschleißfestigkeit auch ilher einen großen Bereich unabhängig von der Rauhigkeit des Gleitpartners und im Bereich von Raumtemperatur bis über 1000C auch unabhängig von der Gebrauchstemperatur ist. Diese für die praktische Anwendung sehr wesentlichen Vorteile waren nicht vorhersehbar. Weiterhin war itherratschend, daß die Verschleißfestigkeit der erfindungsremEPen Formmassen nicht linear mit dem Gehalt an PolytetrafluorMfhvlen verbessert wird, sondern daß oberhalb einer gewissen Grenze ein Weft erreicht wird, der auch bei Zusatz noch größerer Mengen an polytetrafluoräthylen nur unwesentlich beeinflußt wird.
Der Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Formmassen ist Polybutylenterephthalat, das in der Formmasse zu 75 bis 99,0 Gewichtsprozent enthalten ist. Polybutylenterephthalat, ein Polyester aus Terephthalsäure und Butandiol-1,4, ist bekannt. Er wird beispie]sweise durch Umesterung und anschließende Polykondensation von Terephthalsäurealkylestern, die sich von Alkoholen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ableiten, vorzugsweise Dimethylterephthalat, mit Butandiol-1,4 hergestellt. Die erfindungsgemäßen Formmassen enthalten ein Polybutylenterephthalat, das eine relative Viskosität von 1,3 bis 1,8, vorzugsweise von 1,5 bis 1,7 aufweist. Die relative Viskosität wurde in 0,5-prozentiger Lösung bei einer Temperatur von 25 0C in einem Phenol/o-Dichlorbenzol-Gemisch im Gewichtsverhältnis 3 : 2 bestimmt.
Man kann auch ein Polybutylenterephthalat einsetzen, das in geringem Umfang mit anderen Dicarbonsäuren oder Alkoholen modifiziert ist. Als Modifizierungsmittel kommen beispielsweise aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Dicarbonsäuren in Frage, wie Adipinsäure, Azelainsäure, Dodecandisäure, Cyclohexandicarbonsäure oder Isophthalsäure. Als alkoholische Modifizierungskomponenten eignen sich besonders aliphatische und cycloaliphatische Glykole, z.B. Äthylenglykol, Propylenglykol, Hexamethylenglykol oder 1,4-Bis-hydroxy-methyl-cyclohexan. In einzelnen FFllen kann es auch zweckmäßig sein, geringe Mengen tri- und mehrfunktioneller Vernetzersubstanzen wie Trimethylolpropan oder Trimesinsäure in das Polybutylenterephthalat einzukondensieren Die Modifizierungsmittel werden in Mengen bis zu 20 Mol% eingesetzt e e erfindungsgemäßen Formmassen können noch weitere Zusätze, wie iers aekungsmlttel und Füllstoffe> z0 B0 Glasfasern, Glaskugeln, Asbest, Kreide und Kalk, sowie Farbstoffe, Antistatika, Pigmente Graphit, Molybdändisulfid, Stabilisatoren gegen thermische und thermooxidative Schädigung sowie Verarbeitungshilfsmitteln, die ein störungsfreies Extrudieren und Spritzgießen gewährleisten, in den üblichen Mengen enthalten Die erfindungsgemäßen Formmassen enthalten 1 bis 25, vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent Polytetrafluoräthylen Der mittlere Korndurchmesser des Polytetrafluoräthylens liegt zwischen 150 und 800 µm, vorzugsweise zwischen 200 und 5001um.
Die erfindungsgemäßen Formmassen aus Polybutylenterephthalat und Polytetrafluoräthylen werden durch intensives Mischen der Komponenten hergestellt T3i e Temperaturen, bei denen die Komponenten gemischt werden, liegen im allgemeinen oberhalb des Schmelzpunktes des Polybutylenterephthalats. Für die Herstellung der Mischungen eignen sich die in der Kunststofftechnik gebräuchlichen Vorrichtungen, wie Extruder und Kneter Vorzugsweise mischt man granulat förmi ges Polybutylenterephthalat zunächst trocken mit dem Polytetrafluoräthylen, bringt das noch inhomogene Gemisch in einen Extruder ein, in dem es aufgeschmolzen und homogenisiert wird Die homogene Mischung wird anschließend in ein Wasserbad ausgepreßt und.
granuliert0 Die erfindungsgemäßen Formmassen werden zur Herstellung von Gleitwerkstoffen verwendet Unter Gleitwerkstoffen im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen beispielsweise Quer- und Längslager, Zahnräder, Kupplungselemente, Dichtleisten, Rollen, Nocken- und Steuerscheiben verstanden werden. Die aus den erfindungsgemäßen Formmassen hergestellten Gleitwerkstoffe zeichnen sich vor aller durch eine im Vergleich zu Gleitwerkstoffen, die aus nichtmodifiziertem Polybutylenterephthalat hergestellt werden, wesentlich höhere Gleitverschleißfestigkeit aus. Der Verschleiß ist zudem über einen großen Bereich weitgehend unabhängig von der Rauhigkeit des Gleitpartners und von der Gebrauchs temperatur. "Stick-Slip"-Verhalten tritt nicht auf. Gleitelemente aus den erfindungsgemREen Formmassen zeichnen sich weiterhin durch gute Notlaufeigenschaften, geringen Wartungsaufwand und damit hohe Betriebssicherheit aus.
Neben den guten Trockenlaufeigenschaften besteht ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gleitlagerwerkstoffe in ihrer guten Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit, besonders auch gegenlther herkömmlichen Schmierfetten, Ölen und organischen Lösungsmitteln.
Besonders geeignet sind die Werkstoffe auch zum Einsatz als Gleitelemente in Gegenwart von Feuchtigkeit und Wasser, da infolge der praktisch vernachlässigbar geringen Wasseraufnahme keine Quellung auftritt.
Ein weiterer wesentlicher anwendungstechnischer Vorteil der erfindungsgemäßen Gleitwerkstoffe sind die hervorragend mechanischen Eigenschaften und die problemlose Verarbeitbarkeit im Spritzguß.
Diese Werkstoffe eignen sich somit ausgezeichnet zur Herstellung hochwertiger Gleitlager, von Stirn- und Schraubenrädern, Kupplungselementen, Dichtleisten, Lauf- und Seilrollen, WSlzlagerkEfigen u.a. Gleitelementen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Die in den Beispielen angegebene relative Viskosität des Polybutylenterephthalats wurde in 0,5-prozentiger Lösung bei 250 c in einem Phenol/o-Dichlorbenzol-Gemisch im Gewichtsverhältnis 7 : 2 bestimmt. In den Beispielen angegebene Teile sind Gewichtsteile.
Beispiele und Vergleichsversuch Granulatför;fli ges PolybutylenterephthalaZG einer relativen Vaslrositat von 1,638 wurde rrlit unterschiedlichen Mengen Polvtetrafluoräthylen einer mittleren Korngröße zwischen 250 und 350/um intensiv trocken gemischt, in einem Zweischneckenextruder bei 250 bis 260°C aufgeschmolzen und homogenisiert. Die Mischungen wurden in Form von 2,5 mm dicken Strängen in ein Wasserbad extrudiert und granuliert. Das Granulat wurde danach gut getrocknet und im Spritzguß unter optimalen Verarbeitungsbedingungen (Formtemperatur = 60°C) zu feinkristallinen Probekörpern verarbeitet, aus denen spanabhebend Stifte zur Messung des Gleit- und Verschleißverhaltens hergestellt wurden. Das Gleit- und VerschleiRverhalten wurde entsprechend den in der Zeitschrift "Kunststoffe", Band 59 (1969), Seiten 45 bis 50 angegebenen Prilfungsbedingungen ermittelt. Das Gleitverhalten wurde im Trockenlauf (technisch trocken) bestimmt. Gleitpartner der Stifte war eine Stahlscheibe.
Für die Versuche galten folgende Daten: Stahlscheibe aus 16 MnCr 5 tWerkstoff-Nr. 1.7131 nach DIN 17 007) durchschnittliche Rauhtiefe der Stahlgleitfläche: Rv 0,5/um Rockwellhärte der Stahlgleitfläche HRc = 52 bis 56 mittlerer Flächendruck p = 85 kp/cm2 Gleichgeschwindigkeit v = 0,5 m/sec Die Prüfungen wurden sowohl bei einer Gleitflächentemperatur 40°C als auch bei 100°C durchgeführt.
In der nachfolgenden Tabelle ist die Zusammensetzung der Formmassen sowie die an Prüfkörpern aus den Formmassen bei den erschiedenen Gleitflächentemperaturen ermittelte Gleitverchleißrate und der Gleichreibungskoeffizient zusammengestellt.

@@gl@@@ sind die entsprechenden Werte des nicht modifi-@@@@@@utylentersphthalats angegeben. Tabelle

Beispiel Zusammensetzung der Formmassen G l e i t e i g e n s c h a f t e n
Polybutylentere- Polytetrafuor- Gleitflächen- Gleitverschleiß- Gleitreibungs-
phthalat (Teile) äthylen (Teile) temperatur rate s koeffizient µm
°C (µm/km) (-)
1 89,8 10,2 40 5,5 0,24
100 4 0,72
2 82,7 17,3 40 6,5 0,22
100 3 0,72
Vergleichs- 100 - 40 45 0,37

Claims

Patent anspruch Gleitwerkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß diese bestehen aus a) 75 bis 99 Gew. -Teilen Polybutylenterephthalat mit einer relativen Viskosität von 1,3 bis 1,8, gemessen in 0,5-Biger Lösung bei einer Temperatur von 25 0C in einem Phenol/o-Dichlorbenzol-Gemisch (3 : 2), b) 25 bis 1 Gew.-Teilen Polytetrafluoräthylen, wobei das Polytetrafluoräthylen in dem Polybutylenterephthalat in Form von diskreten Teilchen mit einem mittleren Korndurchmesser von 150 bis 800/um, vorzugsweise 200 bis 500/um, vorliegt.