DE2712874A1 - Schmier- oder gleitmittel - Google Patents

Schmier- oder gleitmittel

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Description

Pat/Dr.Hh/Vh/9 ^
Schmier- oder Gleitmittel
Die Erfindung betrifft Schmier- oder Gleitmittel, insbesondere solche, die zur Reibungsminderung zwischen großen Flächen bei niedrigen Schergeschwindigkeiten und hohen Drucken anwendbar sind. Diese Bedingungen treten besonders bei Umformverfahren auf. Das Schmier- oder Gleitmittel ist in diesen Fällen immer nur Kurzfristig wirksam, denn am Ende des Umformungsvorganges werden die mit dem Schmier- oder Gleitmittel überzogenen Flächen voneinander getrennt.
Zum Umformen von Blechen oder thermoplastischen Kunststoffen wurden bisher vorwiegend hochviskose üle und Fette verwendet. Sie müssen nach der Verwendung mit Hilfe von organischen Lösungsmitteln von der Oberfläche der umgeformten Teile abgewaschen werden, Die Verwendung der organischen Lösungsmittel bringt eine Vielfalt von Problemen mit sich; sie sind teuer, in den meisten Fällen brennbar oder gesundheitsschädlich und müssen nach der Verwendung durch Destillation gereinigt oder verbrannt werden.
Wasserlösliche Schmier- oder Gleitmittel, wie z.B. Schmierseife, oder die aus der DT-OS 24 59 306 bekannten hochvisicosen wäßrigen Polymerisatlösungen haben gegenüber ölen und Fetten den Vorteil, daß sie mit Wasser von den damit bedeuteten Flächen abgewaschen werden Können. Dadurch entfallen zwar die mit der Verwendung organischer Lösungsmittel verbundenen Probleme, jedoch verursacht der Waschvorgang und die anschließende Trocknung einen beträchtlichen Arbeitsaufwand sowie Probleme der Abwasserbeseitigung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schmier- oder
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GmbH Dannstadt Q
Gleitmittel zur Verfügung zu stellen, die auf großen Flächen bei hohen Drucken und niedriger SchergeschwindigKeit anwendbar sind und die es gestatten, nach Kurzzeitiger Anwendung die damit bedeckten Flächen ohne aufwendige Waschverfahren in den trockenen Zustand überzuführen.
Die Lösung dieser Aufgabe wurde in der Verwendung einer durch Wärme und/oder Strahlung zu einem Festkörper härtbaren Flüssigkeit als kurzzeitig wirksames Schmier- oder Gleitmittel gefunden. Die Anwendungsdauer als flüssiges Schmier- oder Gleitmittel kann wenige Sekunden bis einige Minuten betragen und übersteigt nur in Ausnahmefällen eine Stunde. Das Schmier- oder Gleitmittel wird, wenn seine Schmierwirkung nicht mehr benötigt wird und die zu schmierenden Flächen voneinander getrennt sind, nicht wie bisher im flüssigen Zustand entfernt, sondern in einen festen Überzug umgewandelt, der entweder auf der Oberfläche belassen wird oder mit einfachen mechanischen Mitteln davon abgenommen wird. Dadurch entfallen alle Wasch- und Trockenvorgänge und die mit der Beseitigung der Waschflüssigkeiten entstehenden Schwierigkeiten.
Es gibt eine große Zahl von Flüssigkeiten, die unter der Einwirkung von Wärme, Katalysatoren oder einer geeigneten Strahlung in den Festzustand übergehen. Beispiele für Flüssigkeiten, die durch Wärmeeinwirkung härtbar sind, sind flüssige Epoxidharze, Alkydharze oder Aminoplastharze, sofern sie wenig oder keine nicht härtbaren Lösungsmittel enthalten, sowie gelierfähige Piastisole, die aus einem flüssigen Weichmacher und darin dispergierten Polymerisatpartikeln, insbesondere PVC, bestehen. Durch energiereiche Strahlung lassen sich flüssige Harze mit einem Gehalt an radikalisch polymerisierbaren Gruppen härten, z.B. Methacrylatsirupe, ungesättigte Polyesterharze in Kombination mit Styrol, ungesättigte ülalkyde und Acryl- oder Methacrylsäureester von Polyolen. In Verbindung mit thermischen Radikalbildnern lassen sich diese flüssigen Harze auch allein durch Wärmeeinwirkung härten. Die hier genannten Flüssigkeiten werden bisher
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röhm
GmbH Darmstadt
ausschließlich als Gießharze, Beschichtungs- und Imprägniermittel verwendet. Die Erfindung läßt sich deshalb auf außerordentlich vielseitige Weise verwirklichen. Die erwünschte Schmier- oder Gleitwirlcung kann mit praktisch jedem Stoff erzeugt werden, der bei der Anwendungstemperatur flüssig ist. Damit der Schmier- oder Gleitmittelfilm den erforderlichen niedrigen Reibungswert ergibt, muß bei der Anwendung die Aufrechterhaltung eines Mindestbetrages der Filmdicke gewährleistet sein. Das gilt vor allem dann, wenn der Schmiermittelfilm hohe Lasten zu tragen hat bzw. einem hohen Druck ausgesetzt ist und das Schmiermittel durch Leckströmung verlorengehen kann. In derartigen Fällen wird die Stabilität des Schmierfilms durch eine hohe Viskosität des Schmier- oder Gleitmittels gefördert; sie liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 500 Pa.s.
Die Umwandlung des Schmier- oder Gleitmittels in einen Festkörper soll bei Temperaturen oberhalb der Anwendungstemperatur oder durch den Einfluß einer geeigneten Strahlung eintreten. Wenn die Umwandlung allein durch Wärme bewirkt wird, sollte die Umwandlungstemperatur einen ausreichenden Abstand von mindestens 20°, vorzugsweise 50° oder mehr von der Anwendungstemperatur haben. Die Wärme kann auf beliebige Weise, beispielsweise durch Heißluft und vorzugsweise durch Wärmestrahlung erzeugt werden. Wenn schon bei der Anwendung des Schmier- oder Gleitmittels hohe Temperaturen auftreten, ist es zweckmäßig, die Härtung durch eine geeignete Strahlung durchzuführen. Dafür kommen UV-Licht, Elektronenstrahlung, Röntgenstrahlung oder Kernstrahlung in Betracht. UV-Licht oder gegebenenfalls sichtbares Licht ist wegen des geringen technischen Aufwandes und der geringen Gefährlichkeit besonders bevorzugt.
Die Härtung hat vor allem den Zweck, die mit dem Schmier- oder Gleitmittelfilm überzogene Oberfläche trocken und sauber handhabbar zu machen und die Verschleppung des flüssigen Gleitmittels auf andere Gegenstände zu vermeiden. Um dieses Ziel zu erreichen genügt es, das Schmier- oder Gleitmittel in den Gelzustand überzuführen. Im allgemeinen wird jedoch eine
+ )sichtbares und 809839/0404
röhm
GmbH Darmstadt f\
weitergehende Härtung bis zum gummielastischen, zäh-harten oder sogar spröd-harten Zustand bevorzugt. Eine guramiartige bis zäh-elastische Beschaffenheit ist dann von Vorteil, wenn die gehärtete Schicht des Schmier- oder Gleitmittels nicht fest an der Oberfläche haftet und als Film abgezogen wird. Die Oberfläche bleibt dabei in einem völlig sauberen und trockenen Zustand zurück:. Es kann aber auch erwünscht sein, den gehärteten Schmier- oder Gleitmittelfilm als Schutzüberzug oder als Untergrund für eine weitere Beschichtung auf der Oberfläche zu belassen. In diesen Fällen wird eine Aushärtung bis zum zäh-harten oder spröd-harten Zustand vorgezogen.
Die große Zahl der bekannten härtbaren Flüssigkeiten läßt es zu, Schmier- und Gleitmittel für die Zwecke der Erfindung mit jeder erwünschten Viskosität und jedem Grad an Härtbanceit auszuwählen. Die Auswahl wird jedoch in vielen Fällen durch GesicHspunkte eingeschränkt, die mit der Schmierwirkung oder der Härtbarkeit nicht unmittelbar zusammenhängen. So darf das Mittel auf die Werkstoffe, mit denen es in Berührung Kommt nicht korrodierend einwirken. In manchen Fällen wird gefordert, daß das Mittel nicht flüchtig, nicht brennbar und nicht giftig ist und nicht zu Geruchsbelästigung führt. Schließlich wird auf einen niedrigen Preis des Mittels Wert gelegt. Es ist natürlich nicht immer möglich, alle diese Forderungen gleichzeitig zu erfüllen.
Das Mittel enthält in jedem Fall eine härtbare Komponente und eine flüssige Komponente. Diese Komponenten können identisch sein. Beispiele für allein durch Wärme härtbare Stoffe sind Bisepoxide und niedere Polyepoxiverbindungen und Aminoplastharz- und Phenoplastharz-Vorkondensate. Soweit diese Stoffe bei der Anwendungstemperatur nicht selbst flüssig sind, können sie in Form von Lösungen in organischen Lösungsmitteln oder in Weichmachern eingesetzt werden. Der Anteil dieser nicht-härtbaren Zusätze darf jedoch nur so groß sein, daß bei der Härtung wenigstens noch ein gelförmig fester Körper entsteht, der sich nicht zu einer flüssigen und einer festen Phase entmischt.
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Mit besonderem Vorteil werden als härtbare Komponenten ein- oder mehrfach äthylenisch ungesättigte Verbindungen verwendet, die radikalisch zu einem Festkörper polymerisierbar sind. Die Radikalbildung zum Zwecke der Härtung Kann auf verschiedene Weise ausgelöst werden. So kann man dem Mittel Polymerisationsinitiatoren zusetzen, die bei einer oberhalb der Anwendungstemperatur liegenden Temperatur unter Bildung von Radikalen zerfallen, wie z.B. organische Peroxyde, Hydroperoxyde oder Azoverbindungen. Beispiele für Radikalbildner und die dafür geeigneten Anwendungstemperatüren finden sich in der Literatur beispielsweise in Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Bd. 14/1, S. 59 oder in Brandrup-Immergut, Polymer Handbook, (I966) S. II/I-65. Wenn das Schmier- oder Gleitmittel bei erhöhten Temperaturen, z.B. 100° oder mehr, angewendet wird, werden in der Regel Keine solchen Radikalbildner mitverwendet, sondern die Polymerisation wird durch eine der obengenannten Strahlungsarten ausgelöst. Um die Polymerisation durch sichtbares oder ultraviolettes Licht zu erleichtern, Können die Mittel geeignete Fotosensibilisatoren, wie z.B. Benzoin oder Azoverbindungen, enthalten. Die Menge der RadiKalbildner oder Sensibilisatoren wird so hoch gewählt, daß eine Aushärtung innerhalb von wenigen Minuten oder Sekunden erfolgen kann.
Als Beispiele für ungesättigte, radikalisch polymerisierbare Verbindungen, die sich für die Zwecke der Erfindung eignen, können diejenigen Vinyl- und Vinylidenmonomeren genannt werden, die zur Herstellung von festen Polymerisaten gebräuchlich, aber wenigstens bei Raumtemperatur nicht gasförmig sind. Dazu gehören Methacrylsäureester mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen im Alkoholrest, Styrol, Vinylester niederer Carbonsäuren (mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen) oder Vinylidenchlorid. Acrylsäureester oder andere Monomere, die für sich allein polymerisiert weiche Homopolymerisate bilden, können gegebenenfalls im Gemisch mit den zuvorgenannten Monomeren verwendet werden, sofern das Gemisch zu einem festen, nicht klebrigen Überzug polymerisierbar ist. Die Aushärtung wird beschleunigt, wenn wenigstens ein Teil der
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radilcalisch härtbaren Verbindungen zwei oder mehr polymeri si erbare Doppelbindungen enthält. Beispiele für derartige Verbindungen sind Giykoldiacrylat oder -dimethacrylat oder die Diacrylate oder Dimethacrylate von höheren Glykolen oder KondensationsproduK-ten mit mehreren Hydroxylgruppen, beispielsweise dem Umsetzungsprodukt von Bisphenol A mit Epichlorhydrin. Diese Diester eignen sich in besonderem Maße zur Fotopolymerisation mit sichtbarem oder ultraviolettem Licht in Gegenwart geeigneter Fotosensibilisatoren. Da sie jedoch verhältnismäßig teuer sind, werden die obenerwähnten einfach ungesättigten Monomeren bevorzugt.
Die radilcalisch polymerisierbaren Monomeren normen gegebenenfalls auch im Gemisch mit begrenzten Mengen an Lösungsoder Weichmachungsraitteln verwendet werden. Diese Lösungsoder Weichmachungsmittel müssen so ausgewählt werden, daß sie sowohl mit dem verwendeten Monomeren oder Monomerengemisch als auch mit dem daraus entstehenden Polymerisat verträglich sind, d.h. eine homogene Phase bilden. Beispiele solcher Zusätze sind aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, öle, Chlorkohlenwasserstoffe, Ketone, Ester, Alkohole oder Wasser. Beispiele für verwendbare Weichmacher sind Dioctylphthalat, Dibutylphthalat oder Chlorparaffine. Die aus den Gemischen der Monomeren mit Lösungsmitteln oder Weichmachern entstehenden Polymerisationsprodukte liegen meistens bei Polymerisatgehalten oberhalb 50 bis 90 % als nicht Klebrige, zum Teil sogar spröde Festkörper vor.
Die genannten härtbaren Verbindungen und gegebenenfalls ihre Gemische mit Lösungsmitteln oder Weichmachern sind zur Verwendung als Schmier- oder Gleitmittel in vielen Fällen zu dünnflüssig. Die Viskosität dieser Mittel kann durch Zusätze von gelösten makromolekularen Verbindungen auf jeden beliebigen Wert gesteigert werden. Als makromolekulare Verbindungen eignen sich alle Stoffe, die mit der flüssigen und/oder härtbaren Komponente eine homogene Mischung ergeben.
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Wenn das Schmier- oder Gleitmittel nach der Härtung von der Gleitfläche wieder abgenommen wird, sind ais Polymerisatzusätze vor allem büiige, leicht herstellbare Polymere in Betracht zu ziehen. Besonders vorteilhaft ist es, als Schmier- oder Gleitmittel sogenannte Polymerisatsirupe zu verwenden, die man durch teilweise Polymerisation eines flüssigen Γ-ionomeren, wie Methacrylsäuremethylester oder Styrol, mit jeder gewünschten VisKosität erhalten Kann.
Wenn das gehärtete Schmier- oder Gleitmittel als bleibender Schutzüberzug oder Haftgrund auf der Gleitfläche verbleiben soll, werden an sich bekannte strahiungs- oder wärmehärtbare Überzugsmittel von geeigneter VisKosität als Schmier- oder Gleitmittel verwendet. Dabei werden zweckmäßig haftverbessernde Zusätze, die selbst polymerisierbar sein Können, wie z.B. Acryl- oder Methacrylsäure oder Dimethylaminoäthyiacrylat oder -methacrylat, mitverwendet.
Die Schmier- und Gleitmittel Können im Sinne der Erfindung in einem weiten Temperaturbereich angewendet werden. Je nach der gewählten Zusammensetzung liegen sie schon bei Temperaturen weit unter 00C als FlüssigKeiten geeigneter VisKosität vor. Da der Schmier- oder Gleitmittelfilm bei den meisten Anwendungen unter hohem DrucK steht, stellt die Siedetemperatur der flüssigen Komponente des Mittels bei NormaldrucK Keineswegs die obere Grenze des Anwendungsbereichs dar. Beispielsweise Kann ein 20 ?oiger Methylmethacrylat-Sirup bei Temperaturen von 160 oder mehr angewendet werden, obwohl Methylmethacrylat bei 100° siedet. Um eine spontane Verdampfung der flüchtigen Anteile vor der Härtung zu vermeiden, empfiehlt es sich, den Film Kurz vor der Trennung der aneinander gleitenden Flächen unter die Siedetemperatur des Gemisches zu Kühlen.
Der Schmier- oder Gleitmittelfilm Kann - je nach den Erfordernissen des Einzelfalles eine DiCKe zwischen 0,01 und
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föhm
2 7 12 3 7 4
GmbH Darmstadt Ql
1 mm haben. Die anwendbaren DrucKe sind durch die Natur des Mittels nicht begrenzt.
Das bevorzugte Anwendungsfeld der Schmier- und Gieitmittei xiegt bei Umformprozessen, beispielsweise beim Tiefziehen oder DrücKen von Blechen, beim Ziehen von Draht, beim Strangpressen von Metallen und besonders beim Umformen von Kunststoffen. Kunststoffe Kommen beim Umformen mittels Positiv- und/oder Negativ-WerKzeugen, beim Tiefziehen oder beim RecKen im thermoeiastischen Zustand oder beim Extrudieren im thermoplastischen oder beim nachfolgenden Kalibrieren im thermoeias tischen Zustand häufig in gleitende Berührung mit festen Oberflächen von FormwerKzeugen. Dabei treten schon bei geringem DrucK Beschädigungen der Oberfläche auf. Bei hohen DrucKen, etwa beim Kalibrieren von Hohlsträngen, Können so starKe KeibungsKräfte auftreten, daß das Material in Abwesenheit eines Gleitmittels entweder ruckweise oder gar nicht gleitet, in den genannten Fällen Können die Schmier- und Gieitmittei im Sinne der Erfindung mit Vorteil angewendet werden.
Nach der Trennung der gleitenden Flächen Kann in den noch flüssigen Schmier- oder Gleitmittelfilm ein Faden, ein Band oder ein Gewebe eingebettet werden, um das Abziehen des Filmes nach der Härtung zu erleichtern. Zum gleichen ZwecK Kann auch eine Papierschicht oder eine Folie auf den Film aufgelegt werden, so daß nach der Härtung des Filmes eine SchutzbeKlebung vorliegt, die gegebenenfalls bis zur Weiterverarbeitung auf der Oberfläche belassen wird.
Verschiedene MöglichKeiten der Anwendung der Erfindung sind in den nachfolgenden Beispielen dargestellt, ohne daß der Umfang des nachgesuchten Schutzes auf diese Ausführungsformen beschränict sein soll.
(Die Beispiele werden nachgereicht.)
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Claims (8)

  1. Pa ten tans prüche
    Γ 1.ι Verwendung einer durch Wärme, Katalysatoren und/oder
    Strahlung in den Festzustand übergehenden FlussigKeit
    als Kurzzeitig wirksames Schmier- oder Gleitmittel.
  2. 2. Verwendung einer härtbaren Flüssigiceit gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß sie eine äthylenisch ungesättigte, radikalisch polymerisierbar Verbindung enthält.
  3. 3. Verwendung einer härtbaren Flüssigkeit nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen unter Einwirkung von Wärme und/oderyUV-Licht radikalbildenden Polymerisationsinitiator enthält.
  4. 4. Verwendung einer härtbaren Flüssigkeit nach den Ansprüchen
    1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine maicromoleKulare Verbindung in gelöster Form enthält.
  5. 5. Verwendung einer härtbaren Flüssigkeit nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch geKennzeichnet, daß sie eine VisKosität
    von 1 mPa.sec bis 500 Pa.see hat.
  6. 6. Verwendung einer härtbaren Flüssigkeit nach den Ansprüchen
    1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Methylmethacrylat und Polyrnethylmethacrylat enthält.
  7. 7. Verwendung einer härtbaren Flüssigkeit nach den Ansprüchen 1 bis 6 als Schmier- oder Gleitmittel für Kunststoffe.
  8. 8. Verwendung einer härtbaren Flüssigkeit nach den Ansprüchen 1 bis 7 als Schmier- oder Gleitmittel für Umformverfahren.
    +) sichtbarem oder
    809839/0404
    ORIGINAL INSPECTED
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