DE2913745B2

DE2913745B2 - Verfahren zum Herstellen von Schichtwerkstoff mit metallischer Stützschicht und darauf angebrachter, Bleiteilchen enthaltender, reibungsarmer Schicht aus Polyamid-ll

Info

Publication number: DE2913745B2
Application number: DE19792913745
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Chem. Dr. Erich 6361 Rodheim Hodes; Horst 6200 Wiesbaden Mann; Ing.(grad.) Danilo 6058 Nauheim Sternisa
Original assignee: Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Current assignee: Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Priority date: 1979-04-05
Filing date: 1979-04-05
Publication date: 1981-04-09
Also published as: DE2913745C3; DE2913745A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Schichtwerkstoff mit metallischer Stützschicht und darauf angebrachter, Bleiteilchen enthaltender, reibungsarmer Schicht aus Polyamid-11 in einem als kontinuierlicher Durchlauf ausgeführten Verfahrensgang, bei dem ein Gemisch der für die Bildung der reibungsarmen Schicht benötigten, Polyamid-11-Teilchen und Bleiteilchen einschließenden Materialien als Pulver auf die vorbehandelte Oberfläche der metallischen Stützschicht in geregelter Dicke aufgebracht und dort unter Steuerung von Unter- und Oberhitze zusammengeschmolzen wird, wonach der gebildete Schichtkörper gekühlt wird.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt (DE-OS s 27 06328). Es wird kontinuierlich durchgeführt. Dabei wird zunächst lösungsmittelhaltiger Haftvermittler mit Hilfe einer Sprühvorrichtung auf eme Stützschicht aus Stahl aufgebracht, das Lösungsmittel anschließend in einem Trockenofen entfernt und der Haftvermittler vernetzt, damit bei dem sich anschließenden Puiverauftrag zur Bildung der eigentlichen Kunststoffschicht infolge KJebens keine Auftragschwierigkeiten entstehen. Die Praxis hat gezeigt, daß gerade die letztgenannte Operation des Vernetzens des Haftvermittlers außerordentlich schwierig und kritisch ist, da infolge der s^hr dünnen Schicht keine Möglichkeiten gegeben sind, den Vernetzungsgrad zu kontrollieren. Hierdurch können die dynamischen Beanspruchungen des auf diese Weise hergestellten Schichtwerkstoffs Ablösun gen an der Bindezone »Stahl/Haftvermittler« mit entsprechenden Folgeschäden am Bauteil nicht mit der gewünschten Sicherheit ausgeschlossen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der beschriebenen Art so auszugestalten, daß auf eine Zwischenschicht zwischen der metallischen Stützschicht und der Kunststoffschicht verzichtet werden kannn und trotzdem eine gute und sichere Bindung der Kunststoffschicht auf der metallischen Stützschicht besteht, wobei dieser Schichtwerkstoff weiterhin in einem wirtschaftlichen, kontinuierlichen Verfahren herstellbar sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das pulverförmige Gemisch direkt auf die durch Aufrauhen und Reinigen vorbehandelte Oberfläche der Stützschicht aufgebracht wird, vor dem Zusammenschmelzen der Polyamid-11-Teilchen ein Anschmelzen des pulverförmigen Gemisches durch Induktionsheizen innerhalb eines kurzen Zeitabschnittes vorgenommen wird, das Zusammenschmelzen der Polyamid-11-Teil chen bis zur Erzielung einer porenfreien Schicht vorgenommen wird und daß das danach erfolgende Abkühlen des Schichtwerkstoffes langsam unter Abstimmung auf Einstellung eines hohen Kristallinitätsgrades im Polyamid-11 ausgeführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß in einem kontinuierlichen Verfahren ohne Zuhilfenahme einer Zwischenschicht auf die metallische Stützschicht bei optimaler Haftung die reibungsarme Schicht aufgebracht wird. Trotzdem läßt sich eine extrem dünne und gleichmäßige Auftragung der reibungsarmen Schicht über die gesamte Bandbreite gewährleisten.

Zusätzlich zur Lösung der gestellten technischen Aufgabe wird eine kurze Verarbeitungszeit erreicht unter Einhaltung einer ausreichenden Genauigkeit beim Aufbringen der reibungsarmen Schicht, um einer wirtschaftlichen Herstellung gerecht zu werden.

Grundsätzlich kann das Polyamid-11-Teilchen enthaltende pulverförmige Gemisch durch verschiedene

M bekannte Methoden aufgebracht werden, wie z. B. Aufstreuen über einen Streubalken oder elektrostatisches Pulverbeschichten. Am besten geeignet hat sich im Rahmen der Erfindung das Aufbringen des Polyamid-11 enthaltenden pulverförmigen Gemisches mit einer elektrostatischen Auftragsvorrichtung, da hier eine zuverlässige, gleichmäßige Beschichtung gewährleistet ist. Wird jedoch das pulverförmige Gemisch in anderer Weise als elektrostatisch aufgetragen, so ist

eine Schicbtdickenbegrenzung des aufgestreuten Pul· vermaterials unbedingt vorzunehmen, vorzugsweise mit einem Rakelbatken, Nach dem Auftragen des pulverförmigen Gemisches werden dessen thermoplastischen Bestandteile in der Beschichtung des bandförmigen Materials zunäschst in einem induktiv beheizten Ofen angeschmolzen und alsdann durch eine Ofenanlage mit regulierter Ober- und Unterhitze geführt Die Regulierung der Temperatur in den einzelnen Ofenbereichen gewährleistet, daß bei kurzen Verarbeitungszeiten ein sicheres, vollständiges Aufschmelzen der reibungsarmen Schicht ohne Zersetzung erfolgt Nach dem Zusammenschmelzen des thermoplastischen Materials in der reibungsarmen Schicht hat der bandförmige Schichtwerkstoff beim Ofenaustritt eine Temperatur von noch mindestens 200⁰C, oder er wird auf diese Temperatur eingestellt Versuche haben gezeigt, daß das alleinige Schmelzen des Kunststoffes im Induktionsofen zu starker Porosität und das alleinige Aufschmelzen im Durchlaufofen immer noch zu Porosität der reibungsannen Schicht führt Jedoch hat sich überraschend herausgestellt, daß durch das Zusammenwirken des Anschmelzens im Induktionsofen und des insch.iießenden vollständigen Aufschmelzen im Durchlaufofen die reibungsarme Kunststoffschicht praktisch porenfrei wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß nach dem Aufschmelzvorgang ein langsamer Kühl Vorgang zur besseren Auskristallisierung des Polyamid-11 vorgesehen ist, der das bandförmige Schichtmaterial so weit abkühlt daß das Band zu einer Rolle aufgewickelt und ohne zusätzliche thermische und mechanische Nachbehandlung in herkömmlicher Weise zu Gleitlagerelementen weiterverarbeitet werden kann. Daraus ergibt sich als besonderer Vorteil der Erfindung, daß der Schichtwerkstoff weiterhin kostengünstig hergestellt werden kann.

Im Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich bevorzugt Schichtwerkstoff mit einer Stützschicht aus Stahl DIN 1624, Qualität St 3, bevorzugt St 4, herstellen. Es kommen jedoch auch andere metallische Stützwerkstoffe, beispielsweise Aluminium und aluminium-plattierter Stahl, in Betracht

Die Dicke der Stützschicht kann grundsätzlich beliebig sein, soll aber bevorzugt im Bereich zwischen 0,2 mm und 2£ mm liegen.

Der gleiU'erbessernde, temperatur; tabilisierende und physikalische Eigenschaften günstig beeinflussende Zusatzstoff Blei kann zwischen 5% und 20% Volumenanteüe, bevorzugt zwischen 10% und 15% Volumenanteile, betragen. Zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit empfiehlt es sich, solches Blei zu verwenden, das mit etwa 0,02% bis 2% Mengcnanteilen, bevorzugt 0,5% Mengenanteilen Zinn legiert ist Die Teilchengröße des Bleipulvers kann < 0,04 mm sein.

In Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens ist vorgesehen, daß etwa 1% bis 3% Volumenanteile niedermolekulares PTFE mit Teilchengrößen zwischen 0,002 mm und 0,008 mm, vorzugsweise zwischen 0,004 mm und 0,006 mm, pulverförmig in gleichmäßiger Verteilung dem auf die Oberfläche der Stützschicht aufzubringenden Gemisch beigegeben werden.

Das Aufrauhen der mit reibungsarmer Schicht versehenen Oberfläche der metallischen Stützschicht kann durch Strahlen, Bürsten oder Schleifen, also auf mechanische Weise erfolgen. Will man besonders hohe Bindungsfestigkeit erreichen, so kann man auch auf der zu beschichtenden Oberfiche der metallischen Stützschicht ein Sintergerflst anbringen, vorzugsweise ein Sintergerüst aus Metallteilchen, Beispielsweise kann man auf der zu beschichtenden Oberfläche einer Stützschichf aus Stahl ein Sintergerüst aus Lagerlegie» rung mit Notlaufeigenschaften, beispielsweise aus Bleibronze, aufbringen, Dieses Sintergerüst kann dabei sehr dünn ausgebildet werden, also nur in einem geringen Bruchteil der Dicke der darüber zu bildenden Kunststoffschicht eingreifen. Durch das Anschmelzen

ίο und anschließende vollständige Verschmelzen der Kunststoffschicht durchdringen die Kunststoffmatrix und die in ihr enthaltenen Bleiteilchen und evtl. PTFE-Teilchen dieses Sintergerüst vollständig bis auf die eigentliche Stahloberfläche.

Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen stark vergrößerten Schnitt durch einen im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schichtwerkstoff und

F i g. 2 einen stark vergrößerten Schnitt durch einen Schichtwerkstoff, der im erfindungagemäßen, jedoch beispielsweise in zweifacher Hinsicht abgewandelten Verfahren hergestellt ist

Verfahrensbeschreibung

Auf einen fortlaufenden die Stützschicht bildenden Trägerwerkstoff aus Stahl gemäß DIN 1624 der Qualität St 3 bzw. St 4 wird nach dem Aufrauhen durch Strahlen, Bürsten oder Schleifen und entsprechender Reinigung mit vorzugsweise organischen Lösungsmitteln ein pulverförmiges Gemisch aus Polyamid-11-Teilchen und Bleiteilchen (Blei das zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit mit 0,2 bis 2% Zinn legiert ist und eine Teilchengröße von <40μηι aufweist) aufgebracht

Die Auftragung erfolgt über einen Streubalken (Alternative: elektrostatische Beschichtung), der so eingestellt wird, daß eine über die Breite gleichmäßige Beschichtung erfolgt um keine weitere Nachbearbeitung erforderlich zu machen. Nach dem Aufbringen der Beschichtung wird der Kunststoff in einem induktiv beheizten Ofen angeschmolzen. Anschließend erfolgt das Aufschmelzen der gesamten Kunststoffschicht in einem Durchlaufofen.

Durch das Anschmelzen im Induktionsofen und das nachfolgende Aufschmelzen der Schicht im Durchlaufofen wird eine porenfreie Schicht geschaffen. Durch das dem Kunststoff beigemengte Blei wird die Viskosität

so der Kunststoffschmelze so weit heraufgesetzt, daß das Blei weder beim Anschmelzen noch beim Aufschmelzen seigern kann, sondern gleichmäßig und fein dispers in der Kunststoffmatriz verteilt ist Die Temperatur des beschichteten Bandes nach dem Ofenaustritt beträgt 200°C Zur Erreichung eines hohen Kristallinitätsgrades des Polyamid-11 wird langsam abgekühlt In Folge der feindispersen Einlagerung der Bleipartikel wird eine vollkommen gleichmäßige Abkühlung des Schichtwerkstoffes erreicht Gleichzeitig wird ein hohes Maß Kristallinität und geringen inneren Spannungen der Kunststoffschicht erzielt

Die Schichtdicke wird bevorzugt zwischen 0,07 mm und 0,2 mm gewählt. Ein Nachkalibrieren ist nicht erforderlich. Der Schichtwerkstoff kann zu Gleitlagerelementen weiterverarbeitet werden.

F i g. 1 gibt einen '.n der oben beschriebenen Weise hergestellten Schichtwerkstoff wieder, bei dem auf die zu beschichtende, mechanisch aufgerauhte Oberfläche 2

einer Stutzschicht 1 aus Stahl DIN 1624, Qualität St 4, eine Kunststoffschicht 3 aufgebracht ist, die eine Matrix 4 aus Polyamid-11 aufweist. In dieser Matrix 4 sind Bleiteilchen 5 fein dispers und praktisch gleichmäßig verteilt. Diese Bleiteilchen 5 haben maximale Durch- ; messergröBe von 0,04 mm. Die Dicke der Kunststoffschicht beträgt etwa 0,1 mm. Die Dicke der Stützschicht 1 ist beliebig. Wenn der Schichtwerkstoff zur Herstellung von Gleitlagern, beispielsweise für Pumpen oder Stoßdämpfer, benutzt werden soll, kann die Dicke der Stützschicht zwischen 0,2 mm und 2,5 mm liegen.

Der in F i g. 2 wiedergegebene Schichtwerkstoff unterscheidet sich dadurch von demjenigen nach Fig. 1, daß die Kunststoffschicht 3 außer den Bleiteilchen 5 aucli PTFE-Teilchen 6 innerhalb der Matrix im wesentlichen gleichmäßig verteilt enthält, wobei dieser PTFE-Zusatz bei etwa 2% Volumenanteil der Kunststoffschicht liegt. Durch zusätzliche Zugabe von 1% bis 3% Volumenanteil niedermolekularem PTFE verringert sicn der Verschleiß um etwa 50%. Die aufgerauhte Oberfläche 2' ist bei diesem Schichtwerkstoff beispielsweise durch ein Sintergerüst aus Bleibronzeteilchen gebildet. Dieses Sintergerüst hat eine Dicke von etwa 10% bis 20% der Gesamtdicke der Kunststoffschicht 3. Zur Herstellung des Schichtwerkstoffes nach Fig.2 ist das oben beschriebene Verfahren lediglich dahingehend abzuwandeln, daß das Aufrauhen der mit der Kunststoffschicht zu belegenden Oberfläche der Stützschicht durch bekanntes Aufsintern eines Gerüstes gewünschter Dicke aus Bleibronze-Teilchen erfolgt und daß dem auf die Oberfläche der Stutzschicht 1 aufzubringenden pulverförmiger! Gemisch niedermolekulares PTFE mit Teilchengröße zwischen 0,002 mm und 0,008 mm, vorzugsweise zwischen 0,004 mm und 0,006 mm, pulverförmig in gleichmäßiger Verteilung und in der gewünschten Menge zwischen 1% und 3%, beispielsweise etwa 2% Volumenanteilen, beigegeben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Herstellen von Schichtwerkstoff mit metallischer Stützschicht und darauf angebrachter, Bleiteilchen enthaltender, reibungsarmer Schicht aus Polyamid-lt in einem als kontinuierlicher Durchlauf ausgeführten Verfahrensgang, bei dem ein Gemisch der für die Bildung der reibungsarmen Schicht benötigten Polyamid-11-TeUchen und Bleiteilchen einschließenden Materialien als Pulver auf die vorbehandelte Oberfläche der metallischen Stützschicht in geregelter Dicke aufgebracht und dort unter Steuerung von Unter- oder Oberhitze zusammengeschmolzen wird, wonach der gebildete Schichtkörper gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Gemisch direkt auf die durch Aufrauhen und Reinigen vorbehandelte Oberfläche der Stützschicht aufgebracht wird, vor dem Zusammenschmelzen der Polyamid-11-Teilchen ein Abschmelzen des pulverförmigen Gemisches durch Induktionsheizen innerhalb eines kurzen Zeitabschnittes vorgenommen wird, das Zusammenschmelzen der Polyamid-11-Teilchen bis zur Erzielung einer porenfreien Schicht vorgenommen wird und daß das danach erfolgende Abkühlen des Schichtwerkstoffes langsam unter Abstimmung auf Einstellung eines hohen Kristallinitätsgrades im Polyamid-11 ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Blei verwendet wird, das mit 0,02% bis 2% Mengena''teilen, bevorzugt 0,5% Mengenanteilen Zinn legiert ist

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Blei mit Teilchengröße S 0,04 mm in einer Menge von 5% bis 20% Volumenanteilen, bevorzugt von 10% bis 15% Volumenanteilen, verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 1% bis 3% Volumenanteile niedermolekulares PTFE mit Teilchengröße zwischen 0,002 mm und 0,008 mm, vorzugsweise zwischen 0,004 mm und 0,006 mm, pulverförmig in gleichmäßiger Verteilung dem auf die Oberfläche der Stützschicht aufzubringenden Gemisch beigegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Stützschicht mit einer Dicke zwischen 0,2 mm und 2,5 mm benutzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Schichtwerkstoffes vor Beginn des Abkühlens bei oder oberhalb 200° C eingestellt wird.