Trenn- und Schmiermittel in fester Form

Abstract

 Trenn- und Schmiermittel in fester Form zur Warmmetallverarbeitung, insbesondere zum Warmblech- und Profilwalzen oder zur Schmierung von Dornstangen bei der Herstellung nahtloser Rohre. Das fest Trenn- und Schmiermittel enthält im wesentlichen ein thermoplastisches Polymer und/oder Copolymer und ein Gleitmittel für Kunststoffe. Weitere Zusätze, wie Festschmierstoffe, sind möglich. Der Erweichungspunkt liegt bei 20 bis 250°C, der Schmelzpunkt bei 30 bis 300°C und die Shore-D-Härte bei 20°C bei 20 bis 80.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Trenn- und Schmiermittel in fester Form zur Warmmetallverformung, insbesondere zum Warmblech- oder Profilwalzen und beispielsweise auch als Dornschmiermittel bei der Herstellung von nahtlosen Rohren.

[0002] Es ist bekannt, für die spanlose Metallverarbeitung Gläser, Salze und laminare Schmiermittel auf Graphit-Basis oder wässrige Emulsionen mit synthetischen, oberflächenaktiven Emulsionen mit synthetischen, oberflächenaktiven Mitteln als Trenn- und Schmiermittel anzuwenden. Ausgenommen die laminaren, auf Graphit basierenden Schmiermittel sind alle anderen Mittel für das Warmblechwalzen nicht anwendbar. Gläser oder glasartige Schmiermittel können nicht angewendet werden, da diese kaum mehr von der Oberfläche der bearbeiteten Stücke zu lösen sind. Salze als Schmiermittel in Form wäßriger Lösungen führen zu hoher Korrosion an Werkstück und Maschinen. Die Anwendung von Schmier- und Kühlflüssigkeiten verlangt eine zusätzliche Vorrichtung für deren Kühlung und Reinigung, damit die Flüssigkeit im Kreislauf geführt werden kann.

[0003] Um diese der Fachwelt bekannten Nachteile zu umgehen, wurde in "Steel in the USSR", Februar 1974, Seiten 153 und 154 und Chemical Abstracts Vol. 81, 1974, 109708k, ein Festschmierstoff in Form von Briquettes beschrieben. Das feste, briquettenförmige Schmiermittel auf Basis von Graphit enthält auch Tone und oberflächenaktive Zusätze und wird durch eine Vorrichtung gegen die Arbeitswalzen eines Walzwerkes für Stahl gepresst, wobei ein dünner Schmiermittelfilm auf die Arbeitswalzen aufgetragen wird. Dem Schmiermittel haften aber immer noch Nachteile an, wie sie von Meleshko, Tubol'tsev und Adamskii in "Steel in the USSR", Oktober 1979, Seiten 515-519, angegeben sind. Gemäß Seite 516, linke Spalte, war es unmöglich, durch Aufdrücken der Schmiermittel-Briquettes auf die Walzen einen feinverteilten, gleichmäßigen Schmiermittelfilm über die ganze Breite und den Umfang der Walze zu erhalten. Das führte zu ungleichmäßiger Oberflächenbelastung der Walzen und Bleche und zur Destabilisierung des Walzprozesses.

[0004] Aufgabe der Erfindung war es, ein an sich festes, bei erhöhten Temperaturen erweichendes bis schmelzendes Schmiermittel vorzuschlagen, das die genannten Nachteile nicht aufweist und über das Warmblech- und die Profilwalzen hinaus auch für andere Anwendungen, wie das Schmieren von Dornen oder Dornstangen bei der Herstellung nahtloser Rohre auf beispielsweise Konti- oder Pilgerstraßen angewendet werden kann.

[0005] Erfindungsgemäß wurde dies mit einem Trenn- und Schmiermittel in fester Form zur Warmmetallverformung, insbesondere zum Warmblech- oder Profilwalzen erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Erweichungspunkt bei 20 bis 250°C liegt, der Schmelzpunkt bei 30 bis 300°C und die Shore-D-Härte bei 20°C 20 bis 80 beträgt, wobei das Mittel mindestens ein thermoplastisches Polymer und/oder Copolymer und ein Gleitmittel für Kunststoffe enthält. Das erfindungsgemäße Trenn- und Schmiermittel enthält demnach mindestens ein thermoplastisches Polymer und/oder Copolymer und ein Gleitmittel für Kunststoffe.

[0006] Weitere Zusätze können, entsprechend den Anfordernissen an das Trenn_- und Schmiermittel, vorgesehen werden. Solche Zusätze können ein Festschmierstoff und/oder ein Netzmittel und/oder ein Haftungsvermittler und/oder ein Oberflächenmodifikationsmittel und/oder ein Weichmacher und/oder Fasern und/oder Ton sein.

[0007] Zweckmäßig enthält das Trenn- und Schmiermittel zwei thermoplastische Polymere und/oder Copolymere.

[0008] Als thermoplastische Polymere und/oder Copolymere können Polyolefine, Vinylharze, Acryl- und Methacrylharze, Polyester, Polyamide, thermoplastische Polyurethane, Polyoxymethylen, Polyoxyäthylen, Polyoxypropylen, Polycarbonate, Folyätherimide, Polyphenylenoxide und -sulfide, thermoplastische Cellulosederivate oder Kohlenwasserstoffharze in Mengen von 1 bis 90 Gew._-% eingesetzt werden.

[0009] Werden nach einer zweckmäßigen Ausführungsform zwei thermoplastische Polymere und/oder Copolymere eingesetzt, so kann das Polymer das an sich gleiche molekulare-Gerüst aber unterschiedliche Kettenlängen aufweisen. Beispiele dafür sind Polyäthylene, Cumaron-Inden-Harze, Kohlenwasserstoffharze.

[0010] Weitere geeignete Mischungen zweier verschiedener Polymere und/oder Copolymere sind beispielsweise Polyäthylen mit Polyisobutylen und Polymethylmethacrylate mit Polymethacrylat. Diese Polymere sind an sich gegenseitig unverträglich, als besonders vorteilhaft hat sich eine Mischung von Polymeren oder Copolymeren erwiesen, die als gegenseitig verträglich einzustufen sind, beispielsweise Polystyrol mit 2,6-Dimethyl-1,4-phenylenoxid.

[0011] Das Trenn- und Schmiermittel enthält erfindungsgemäß ein Gleitmittel für Kunststoffe. Als Gleitmittel können Fettsäuren, Fettalkohole, Fettamide, Seifen, Wachse oder Polyäthylen-Wachse oder Silikanöl angewendet werden.

[0012] Der Zusatz eines Haftungsvermittlers und/oder Weichmachers für die Polymere oder Copolymere soll die Haftung auf Metallflächen verbessern und die Erweichungstemperatur der Mischung erniedrigen. Es sind in der Regel Kollophoniumderivate, Terpenharze oder Kohlenwasserstoffharze, Cumaron-Inden-Harze und die bei Thermoplasten üblicherweise verwendeten Weichmacher, wie sie beispielsweise in "Modern Plastic Encyclopedia (1983)" aufgeführt sind.

[0013] Das Trenn- und Schmiermittel enthält zudem vorteilhaft einen Festschmierstoff. Bevorzugt sind Polytetrafluoräthylen, Calciumfluorid, Molybdändisulfid, Bornitrid und insbesondere Graphit. Die Wirkung derartiger Schmierstoffe ist an sich bekannt.

[0014] Um den Festschmierstoff im Trenn- und Schmiermittel zu dispergieren und die Adhäsion auf dem Metall zu erhöhen, kann ein Netzmittel zugefügt werden. Das Netzmittel bewirkt eine oberflächliche Plastifizierung ("Rehbinder-Effekt", P.A. Rehbinder, E.D. Scukin, Les phenomenes de surface dans la deformation et la fracture des solides - Seminaire de Mecanique des Surfaces ISMCM - CNRS (1971)) des Metalls, die bei Reibung zu niedrigen Reibungskoeffizienten und durch Glättung der Oberfläche zu niedrigem, gleichmäßigem Verschleiß der Reibpartner führt.

[0015] Aus dem gleichen Grund kann ein Oberflächenmodifikationsmittel, bevorzugt aus der Reihe der Silane oder Titanate angewendet werden. Als Beispiele können Aminopropyltri- äthoxysilan oder Isopropyltriisostearyltitanat genannt werden.

[0016] Um aus dem Trenn- und Schmiermittel, Formkörper mit einer erhöhten mechanischen Festigkeit herstellen zu können, kann es vorteilhaft sein, Fasern aus der Reihe der Polyäthylene, Polypropylene, Polyamide, Polyacrylnitrile, Polyester, aus Kohlenstoff oder Glas, zuzumischen.

[0017] Mit einem möglichen Zusatz von plastischen anorganischen Rohstoffen aus der Reihe der Tonmineralien, wie Kaolinen, Tonen, Bentoniten, Talk oder Verminculit, wird erreicht, daß die Plastizität und der Reibungskoeffizient des Trenn-und Schmiermittels beeinflußt werden kann.

[0018] Ein Trenn- und Schmiermittel, beispielsweise für das Warmblech- und Profilwalzen, kann folgende Mengenanteile er einzelnen Komponenten aufweisen:

1 bis 90 Gew.-% Polymer und/oder Copolymer und 1 bis 70 Gew.-% Gleitmittel, bis zu 90 Gew.-% Festschmierstoff, bis zu 10 Gew.-% Netzmittel, bis zu 70 Gew.-% Haftungsvermittler, bis zu 30 Gew.-% Weichmacher, bis zu 2 Gew.-% Oberflächenmodifikationsmittel, bis zu 20 Gew.-% Ton und bis zu 5 Gew.-% Fasern.

[0019] Für die Anwendung als Dornschmiermittel kann die Zusammensetzung des Trenn- und Schmiermittels in den folgenden Mengenanteilen zweckmäßig sein:

30 bis 70 Gew.-% Polymer und/oder Copolymer, 1 bis 50 Gew.-% Gleitmittel, 20 bis 50 Gew.-% Haftungsvermittler, 10 bis 90 Gew.-% Festschmierstoff, bis zu 7 Gew.-% Netzmittel, bis zu 2 Gew.-% Oberflächenmodifikationsmittel und bis zu 5 Gew.-% Fasern.

[0020] Die Mischung der Komponenten nach der Erfindung muß ein Trenn- und Schmiermittel, das bei Normaltemperatur eine feste Form aufweist, ergeben. Wenn sich das Trenn- und Schmiermittel beispielsweise bei der Anwendung beim Warmblechwalzen durch den Kontakt mit einer heißen Walze oder bei der Herstellung nahtloser Rohre an einem heißen Dorn erwärmt und dabei erweicht, vermag sich durch Abreiben und/oder Abschmelzen auf der Walze oder auf dem Dorn ein in Zusammensetzung und Dicke homogener Film bilden.

[0021] Dieser Film ist einerseits wasserfest, so daß die erheblichen Mengen Kühlwasser, welche über die Walzen oder den Dorn fließen, den Film nicht beeinträchtigen. Andererseits läßt sich der Film leicht von einer Walze auf die andere übertragen. So ist es beispielsweise beim Warmblech- oder Profilwalzen möglich, das Trenn- und Schmiermittel auf die Druckwalzen aufzutragen, die ihrerseits das Trenn- und Schmiermittel auf die Arbeitswalzen übertragen, wobei immer ein in Zusammensetzung und Dicke homogener Film erhalten bleibt.

[0022] Bei der Anwendung des Trenn- und Schmiermittels, insbesondere als Dornschmiermittel, stellt der Festschmierstoff sicher, daß auch unter diesen erschwerten Bedingungen, wie hohen Drücken, hohen Temperaturen und Friktion zwischen Werkzeug und Werkstück keine übermäßigen Belastungen und Spannungen auftreten.

[0023] Der Trenn- und Schmierstoff wird hergestellt durch Mischen der Bestandteile in der Wärme, beispielsweise einem Kneter und Verpressen der einzelnen Bestandteile in die gewünschte Form. Die Verarbeitung kann auch in einem Extruder und mit Spritzgußtechnik vorgenommen werden.

[0024] Die fertigen Elemente sind bei Normaltemperatur fest und weisen einen Erweichungspunkt von 20 bis 250°C auf. Die Shore-D-Härte beträgt 20 bis 50 für Elemente mit tiefem Erweichungspunkt und 50 bis 80 für Elemente mit hohem Erweichungspunkt.

[0025] Der Schmelzpunkt liegt bei 30 bis 300°C. Die Kaltdruckfestigkeit soll 5 bis 500 kg/cm² betragen.

[0026] Mit dem erfindungsgemäßen Trenn- und Schmiermittel wird erreicht, daß durch den gut trennenden und schmierenden Effekt die aufzuwendende Leistung, beispielsweise um Bleche und Profile zu walzen, erheblich sinkt. Die Qualität der Oberfläche der verarbeiteten Werkstücke ist ebenfalls verbessert und weist beispielsweise eine geringe Rauhigkeit auf. Das Trenn- und Schmiermittel führt auch zu einer größeren Betriebssicherheit, da sich der Schmiereffekt durch die Wahl der Zusätze steuern läßt und sich damit ein zu guter Schmiereffekt, der zu durchrutschenden Blechen führt, vermeiden läßt.

[0027] Die Filmdicke läßt sich ebenfalls gut steuern und es lassen sich Filme von 50 bis 200 Mikron Dicke auftragen. Das das Mittel eine hohe Schmierleistung aufweist, ist eine Filmdicke von durchschnittlich 1 bis 2 Mikron in vielen Fällen schon ausreichend. Gegenüber den bekannten Schmiermitteln auf Öl-Basis entfällt die Qualm- und Rauchbildung und die Umweltbelastung.

Beispiel 1

[0028] 

Diese Mischung gibt einen Übertragungsfilm, schmierend bei einer Temperatur von 80 bis 90^oC.

Beispiel 2

[0029] 

[0030] Diese Mischung gibt einen Übertragungsfilm, schmierend zwischen 50 und 100°C.

Beispiel 3

[0031] 

Diese Mischung gibt einen Übertragungsfilm bei einer Temperatur von 100 bis 150°C.

Beispiel 4

[0032] 

Diese Mischung gibt einen Übertragungsfilm bei einer Temperatur von 50 bis 70°C.

[0033] Die Bezugszeichen bedeuten jeweils die Wirkung des Bestandteils als:

(1) thermoplastisches Polymer

(3) Haftungsvermittler

(4) Gleitmittel für Kunststoffe

(5) Netzmittel auf Fettsäurebasis

(6) Oberflächenmodifikationsmittel

(7) Festschmierstoff

(9) Ton

Ansprüche

1. Trenn- und Schmiermittel in fester Form zur Warmmetallverformung, insbesondere zum Warmblech- oder Profilwalzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Erweichungspunkt bei 20 bis 250°C liegt, der Schmelzpunkt bei 30 bis 300°C und die ₅ Shore-D-Härte bei 20°C 20 bis 80 beträgt, wobei das Mittel mindestens ein thermoplastisches Polymer und/oder Copolymer und ein Gleitmittel für Kunststoffe enthält.

2. Trenn- und Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel einen Festschmierstoff enthält.

3. Trenn- und Schmiermittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Netzmittel enthält.

4. Trenn- und Schmiermittel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel einen Haftungsvermittler enthält.

5. Trenn- und Schmiermittel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zwei thermoplastische Polymere und/oder Copolymere enthält.

6. Trenn- und.Schmiermittel nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Gleitmittel für Kunststoffe aus der Reihe der Fettsäuren, Fettalkohole, Fettamide, Seifen, Wachse, Polyäthylen-Wachse oder Silikon-Oel enthält.

7. Trenn- und Schmiermittel nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel einen Weichmacher für die Polymere oder Copolymere enthält.

8. Trenn- und Schmiermittel nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Oberflächenmodifikationsmittel, zweckmässig ein Silan oder Titanat, enthält.

9. Trenn- und Schmiermittel nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel Fasern aus der Reihe der Polyäthylene, Polypropylene, Polyamide, Polyacrylnitrile, Polyester, aus Kohlenstoff oder Glas enthält.

10. Trenn- und Schmiermittel nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel Ton enthält.

11. Trenn- und Schmiermittel nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Festschmierstoff fluorierte Kohlenwasserstoffe, zweckmässig Polytetrafluoräthylen, Calciumfluorid, Bornitrid, Molybdändisulfid und vorzugs- ⁵ weise Graphit angewendet wird.

12. Trenn- und Schmiermittel nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer und/oder Copolymer in Mengen von 1 bis 90 Gew.% und das Gleitmittel in Mengen von 1 bis 70 Gew.% enthalten ist.

13. Trenn- und Schmiermittel nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer und/oder Copolymer in Mengen von 30 bis 70 Gew.% und das Gleitmittel in Mengen von 1 bis 50 Gew.% enthalten ist.

14. Trenn- und Schmiermittel nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Festschmierstoff in Mengen bis 90 Gew.% enthalten ist.