Glasfaserverstärktes Polyoxymethylen zeigt einen hohen Verschleiß.

JP 05 039405 beschreibt Polyacetal-Formmassen, die als Gleitmittel PTFE verwenden.
JP 59 179656 beschreibt Polyacetal-Formmassen mit einem Gemisch aus mehreren Gleitmitteln wie Öle, Fettsäureestem, PTFE und Graphit.
JP 03 265646 beschreibt thermoplastische Formmassen mit PTFE als Gleitmittel.
JP 05 255571 beschreibt Polyacetal-Formmassen mit Zinkoxid-Whiskers als Verstärkungsstoff und verschiedenen Gleitmitteln, offenbart jedoch nicht ultrahochmolekulares Polyethylen als Gleitmittel.
EP 159904 beschreibt Polyacetal-Formmassen mit Kaliumtitanat-Whiskers als Verstärkungsstoff und verschiedenen Gleitmitteln. Auch hier wird ultrahochmolekulares Polyethylen als Gleitmittel nicht offenbart.
JP 63 196646 offenbart Polyacetal-Formmassen mit ultrahochmolekularem Polyethylen, gegebenenfalls in Kombination mit Fluorpolymerfasem.
Die als Verstärkungsfaser verwendeten Fluorpolymerfasem wirken gleichzeitig auch als Gleitmittel. Das problematische Verschleißverhalten von Polyacetalen, die z.B. mit Glas- oder Kohlefasem verstärkt sind, findet keine Beachtung.
Amer. Soc. Lubric. Eng. Trans. Bd. 15, Nr. 3 (1972), 216-224 beschreibt die Verwendung von Fluorpolymeren als Gleitmittel in Polyacetal-Formmassen, die mit Fasern verstärkt sind.
EP 124955 beschreibt thermoplastische Formmassen, wobei als Gleitmittel PTFE und Polyolefin mit einem Molekulargewicht von weniger als 500.000 eingesetzt wird.
In JP 53 108142 werden verschiedene kohlefaserverstärkte Thermoplasten beschrieben, wobei als Gleitmittel ein Polyolefinpulver verwendet wird, welches mit einem flüssigen Gleitmittel imprägniert ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war, die Nachteile des Standes der Technik mit einfachen Mitteln zu beheben. Überraschend wurde gefunden, daß Polyacetal-Formmassen, die ultrahochmolekulares Polyethylen und einen faserförmigen Verstärkungsstoff enthalten, einen deutlich geringeren Abrieb und eine bessere Steifigkeit aufweisen als Thermoplaste, die nur ein Gleitmittel oder einen faserförmigen Stoff enthalten.

Gegenstand der Erfindung sind somit Formmassen, die einen Thermoplasten, ein Gleitmittel und einen faserförmigen Stoff enthalten.

Polyacetale, insbesondere Polyoxymethylen, umfassen Homopolymere und Copolymere. Polyacetale sind beschrieben in "Becker/Braun, Kunststoff-Handbuch, Band 3/1, Kapitel 4 - Polyacetale, Carl Hanser Verlag München Wien 1992, Seite 300-395", worauf Bezug genommen wird.

Gleitmittel ist ultrahochmolekulares Polyethylen.

Faserförmige Stoffe oder Verstärkungsstoffe sind Mineralfasern, Glasfaser, modifizierte Glasfaser, Whiskers, Polymerfasern, Kohlenstoff-Faser, organische Hochmodulfasern. Modifizierte Glasfasern sind im allgemeinen Glasfasern, die chemisch behandelt wurden um die Haftung der Glasfaser mit dem Kunststoff zu verbessern. Zur Behandlung der Glasfaser dienen oft organische Silane. Bevorzugte faserförmige Stoffe sind modifizierte und unmodifizierte Glasfasern.

Die Formmassen gemäß der Erfindung enthalten beispielsweise 50 bis 90 Gewichtsprozent, bevorzugt 60 bis 80 Gewichtsprozent Polyacetal, 5 bis 30 Gewichtsprozent, bevorzugt 5 bis 20 Gewichtsprozent des Gleitmittels, 5 bis 40 Gewichtsprozent, bevorzugt 10 bis 30 Gewichtsprozent eines faserförmigen Stoffes, wobei die Summe der Anteile maximal 100 Gewichtsprozent ergibt. Die Formmassen können übliche Füllstoffe wie Kreide, Talk, Ton, Glimmer, Glaskugeln, Zinkoxid, Titandioxid, Wollastonit sowie weitere übliche Zusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel wie Farbstoffe, Pigmente, Trennmittel, Antioxidantien, UV-Stabilisatoren enthalten. Der Anteil dieser Zusätze liegt gewöhnlich bei 0 bis 50, bevorzugt 5 bis 40 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteilen der Gesamtmenge.

Besonders bevorzugt werden Formmassen, die ein Polyacetal, ultrahochmolekulares Polyethylen und mindestens einen faserförmigen Stoff enthalten. Besonders vorteilhaft ist eine Formmasse, die ein Polyacetal, ultrahochmolekulares Polyethylen und unmodifizierte oder modifizierte Glasfaser enthält. Solche Formmassen zeichnen sich durch eine besonders hohe Abriebfestigkeit und Steifheit aus.

Ultrahochmolekulares Polyethylen wird als Pulver, insbesondere als Mikropulver eingesetzt. Die Pulver haben im allgemeinen einen mittleren Korndurchmesser D₅₀ im Bereich von 1 bis 5000 µm, bevorzugt 10 bis 500 µm und besonders bevorzugt 10 bis 150 µm.

Die modifizierte oder unmodifizierte Glasfaser hat im allgemeinen einen Nenndurchmesser im Bereich von 1 bis 1000 µm, bevorzugt im Bereich von 1 bis 100 µm und besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 20 µm. Die modifizierte oder unmodifizierte Glasfaser hat im allgemeinen eine mittlere Faserlänge im Bereich von 0,1 bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 1 bis 100 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 20 mm.

Die Formmassen gemäß der Erfindung, eignen sich besonders für folgende Verwendungen:

• Kfz-Industrie:
  • Gleit- und Funktionsteile in Gurtretraktorsystemen, Zahnräder und
  • Funktionsteile u.a. für Scheibenwischerantrieb und Betätigungsgestänge,
  • Scheibenwischerlager, Sitzverstellung, Fensterheberantrieb,
  • Spiegelverstellung,Schiebedächer.
• Allg. Maschinenbau und Feinwerktechnik:
  • Transportketten, Zahnstangen und Zahnräder (u.a. für Antriebselemente),
  • Verstellmechanismen, Lagerbuchsen und Funktionsteile (u.a. für Eisenbahnen, Seilbahnen).
• Möbelindustrie:
  • Scharniere (u.a. für Schränke, Schreibtische), Gleitlagerböcke, Rollen und
  • Verschleißleisten (u.a. für Schubladen, Schiebetüren).
• Kleingeräte:
  • Zahnräder im Getriebebereich bei Küchenmaschinen, Fleischwolf, Handmixer, Zerkleinerer, Entsafter, Zitruspressen, Körnerquetsche, Allesschneider.
• Weißgeräte:
  • Türschanier für Geschirrspüler, Waschmaschinen und Trockner, Funktionsteile für Riemenspanner bei Wäschetrockner, Einzelteile für Stoßdämpfer, Waschmaschine, Gehäuse für Türbremse bei Geschirrspüler, Riemenrad für Wäschetrockner.
• Elektro-Werkzeuge (bevorzugt Heimwerkerbereich):
  • Zahnräder für elektrische Rasenpflege-Geräte, Rasenmäher, Grasschere,
  • Zahnräder für elektrische Heckenscheren und Kettensägen, Funktionsteile in Häckslern.

Weitere Anwendungen sind: Lagerböcke, Funktionsteile für elektrische Epilier-Geräte, Düsenteile für Staubsauger, Funktionsteile für Rasierer, Bartschneider, Haarschneidegeräte, Outsert-Anwendungen (steife Gleitlager).

Für die Beispiele 1 bis 3 und die Vergleichsbeispiele A und B wurde ein Copolymerisat aus Trioxan mit Dioxolan mit einem Schmelzindex MFR 190/2,16 von 2,5 g/10 min (®Hostaform C 2521) verwendet. Das Copolymerisat wurde mit folgenden Zusatzstoffen versetzt:

• PE-UHMW Mikropulver, mittlerer Korndurchmesser 120 µm, Viskositätszahl nach DIN 53 728-4 = 2300 ml/g.
• Schnittglasfaser, Nenndurchmesser der Filamente ca. 13 µm, mittlere Faserlänge ca. 4,5 mm.

Das Copolymerisat wurde mit den aufgeführten Zuschlägen in einem langsam laufenden Mischer vermischt, anschließend einem Doppelschneckenextruder Typ ZSK 25 (Firma Werner u. Pfleiderer, Stuttgart, Bundesrepublik Deutschland) zugeführt und bei einer Massetemperatur von ca. 200°C aufgeschmolzen und in Granulatform gebracht.

Nach Trocknung in einem Umlufttrockenschrank, acht Stunden bei 120°C, wurden die Probekörper zur Prüfung der mechanischen, thermischen und tribologischen Eigenschaften auf einer Spritzgußmaschine Typ KM 90/210 B (Firma Krauss Maffei, München, Bundesrepublik Deutschland) hergestellt. Die Verarbeitungsbedingungen wurden nach den Empfehlungen der Stoffnorm für Polyoxymethylen ISO 9988-2 gewählt.

Gemessen wurden:

• Zug-E-Modul nach ISO 527 Teil 1 und 2
• Wärmeformbeständigkeit HDT / A nach ISO 75 Teil 1 und 2
• Charpy Schlagzähigkeit nach ISO 179 1eU

Der Abrieb wurde nach dem Testprinzip "pin on ring" nach ISO/DIS 7148-2 gemessen. Auf einer rotierenden Welle werden zylindrische Probekörper mit 12 mm Durchmesser aus dem zu prüfenden Werkstoff aufgepreßt und in Abhängigkeit von der Zeit das Verschleißvolumen an den Probekörpern bestimmt.

Die Prüfbedingungen waren wie folgt: Werkstoff Welle Stahl Wellendurchmesser 65 mm Rauhtiefe Rz 0,8 µm Belastung 3,1 N Gleitgeschwindigkeit 136 m/min Versuchsdauer 60 h Bestimmung des Verschleißvolumens, des Zug-E-Moduls und der Wärmeformbeständigkeit sowie der Charpy Schlagzähigkeit Beispiele A B 1 2 3 POM-Copolymer Gew.-% 74 90 80 70 60 Glasfaser Gew.-% 26 - 10 20 30 PE-UHMW Gew.-% - 10 10 10 10 Verschleißvolumen mm³ 32 1 2,8 3 3,5 Zug-E-Modul   ISO 527 N/mm² 9000 2200 4000 6500 8900 Wärmeformbeständigkeit HDT/A   ISO 75 °C 160 85 116 135 140 Charpy Schlagzähigkeit   ISO 179 mJ/mm² 30 50 32 24 12

Für die Beispiele 4 bis 5 wurde ein Copolymerisat aus Trioxan mit Dioxolan mit einem Schmelzindex MFR 190/2,16 von 9,5 g/10 min (®Hostaform C 9021) verwendet. Das Copolymerisat wurde mit folgenden Zusatzstoffen versetzt:

• PE-UHMW Mikropulver, mittlerer Korndurchmesser 120 µm, Viskositätszahl nach DIN 53 728-4 = 2300 ml/g.

Modifizierte Schnittglasfaser, Typ RES03-TP33G (Firma Nippon Glas Fiber Co., Komoricho Takachya, Japan), Nenndurchmesser der Filamente ca. 10 µm, mittlere Faserlänge ca. 3 mm. Die Glasfaser ist silanisiert und mit Polyurethan behandelt.

Die Probekörper zur Prüfung der mechanischen, thermischen und tribologischen Eigenschaften wurden nach dem gleichen Verfahren und unter den gleichen Verarbeitungsbedingungen wie die Beispiele 1 bis 3 und die Vergleichsbeispiele A und B hergestellt.

Gemessen wurden:
Zug-E-Modul nach ISO 527 Teil 1 und 2
Wärmeformbeständigkeit HDT / A nach ISO 75 Teil 1 und 2
Verschleißmessung wie für die Beispiele 1 bis 3 und die Vergleichsbeispiele A und B beschrieben. Bestimmung des Verschleißvolumens, des Zug-E-Moduls und der Wärmeformbeständigkeit Beispiele 4 5 POM-Copolymer Gew.-% 85 69 Glasfaser Gew.-% 10 26 PE-UHMW Gew.-% 5 5 Verschleißvolumen mm³ 1,5 1,9 Zug-E-Modul   ISO 527 N/mm² 4400 8800 Wärmeformbeständigkeit HDT/A   ISO 75 °C 155 162