<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von expandiertem Kautschuk.
Es ist bekannt, dass Kautschuk mit oder ohne Zusatz von Schwefel enthaltenden Vulkanisiermitteln bei Behandlung in einem Autoklaven bei hoher Temperatur und unter grossem Druck in Anwesenheit eines inerten Gases in einen vulkanisierten Schwamm oder Schaum übergeführt werden kann. Es ist ferner bekannt, dass bei derartig expandiertem Kautschuk der Druck der eingeschlossenen Gase infolge Entweichens auf eine gewisse Grenze herabsinkt. Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung von expandiertem Kautschuk, welcher die aufgenommenen Gase zurückzuhalten vermag ; das Verfahren besteht im Wesen darin, auf einen Kern oder eine Seele von expandiertem Kautschuk eine Deckschicht aufzubringen, deren Spannung nach der Vulkanisierung dem Innendruck des expandierten Kautschuks das Gleichgewicht hält und der Verminderung desselben entgegenwirkt.
Um die Aufrechterhaltung des Innendruckes von expandiertem Kautschuk zu unterstützen, werden der Rohkautschukmasse wachs-oder harzartige Stoffe zugegeben, welche bei der Erhitzung und Vulkanisierung zum Schmelzen kommen und die Poren der Wandungen der sich bildenden Zellen abschliessen. Das das Entweichen der eingeschlossenen Gase aus dem expandierten Kautschuk verhindernde Kautschukhäutchen kann dadurch rasch erhalten werden, dass man das Rohmaterial für die Herstellung von expandiertem Kautschuk mit einer Kautschukschwefelverbindung bedeckt und das Ganze hierauf dem für das Eindringen und die Expansion notwendigen Gasdruck aussetzt ; nach Aufhören des Druckes verliert das äussere Häutchen sein Gas und es entsteht über dem gasexpandierten Material eine sehr widerstandsfähige Deckschicht.
Flache Folien dieser elastischen Substanz können in jeder Dicke dadurch erhalten werden, dass man den zusammengesetzten, expandierten Kautschukkern zwischen dünnen Blättern der das Häutchen bildenden Kautschukverbindung mit Kalanderwalzen behandelt. Will man kreisrunde oder gewölbte Formen herstellen, so kann der Hautkautsehuk"auf einer oder auf beiden Seiten eines Dornes zwischen starkem Papier oder Baumwollgewebe aufgelegt, aufgewalzt oder in entsprechenden Formen gehalten, und dann vulkanisiert werden. Rohre oder zylindrische Körper können in gleicher Weise geformt werden und den zusätzlichen Hautkautschuk innen und aussen erhalten.
Der an den inneren expandierten Kautschuk durch das Vulkanisieren aufgebrachte Hautkautschuk wird zu einem untrennbaren Teil des Ganzen und vermag daher Durchlöcherungen und äusseren Beschädigungen zu widerstehen, ohne dass dadurch die Wirksamkeit des Ganzen beeinträchtigt wird.
Es ist nicht möglich, irgend eine schwammartige Substanz so zu komprimieren, dass sie ohne einer äusseren Schutzhaut beständig 4 oder 5 Atmosphären Druck zurückhalten kann, weil bei der Expansion nur ein
EMI1.1
haben kann, welche durch das beschriebene Verfahren der Aufbringung einer Schutzhaut erhalten werden, da diese Haut eine Überexpansion der Masse und nach völliger Expandierung einen Druckabfall unter 4 Atmosphären verhindert.
Damit das Material zweckentsprechend wird, muss es nach völliger Expandierung eine bestimmte Grösse beinhalten und darf durch atmosphärische Temperaturschwankungen nicht schädlich beeinflusst werden. Die durch die Dicke der Zusatzhaut bedingte Spannung schafft oder hält ein Druckgleichgewicht zwischen Haut und Kern aufrecht ; ferner bildet die Haut einen Mantel gegen äussere Abnützung.
Das erste Verfahren mit oder ohne Benützung des zweiten schafft ein neues Produkt von ausser- ordentlicher Nützlichkeit, sowohl als Isolator und Nichtleiter, als auch als Stossdämpfer oder Luftreifenfüllung oder schliesslich als Schwimmaterial für Luft-und Wasserfahrzeuge und Seeeinrichtungen.
<Desc/Clms Page number 2>
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens dargestellt, u. zw. ist Fig. 1 jener Teil der Vorrichtung, welcher den Druck auf das behandelte Material zu Beginn und am Ende des Verfahrens regelt und als "Hülse" bezeichnet werden soll.
1 ist eine Stahlhülse von beliebiger Grösse oder Durchmesser zur beabsichtigten Herstellung und kann einem Arbeitsdruck bis zu etwa 14 Atmosphären standhalten. 2 sind entfernbare Stahlkappen, die mittels Schraubengewinden bei 3 auf die Enden der Hülse aufgesehraubt werden können. Bei 4 sind Kupferringe behufs gasdichten Abschlusses angeordnet. Die Stahlkappen 3 haben viereckige Ansätze, mittels denen sie durch einen Schlüssel auf das Rohr 1 aufgeschraubt werden können. 6 und 7 sind Bohrungen durch die Stahlkappe, in die in entsprechender Weise Absperr-und Druckventile eingebaut werden, um selbsttätig zu gewissen Phasen des Verfahrens, wie später noch beschrieben werden wird, den Druck zu regeln.
In Fig. 2 ist jener Teil der Vorrichtung dargestellt, der die Einwirkung des hohen Gasdruckes auf die "Hülse" regelt bzw. vor sich gehen lässt und soll mit "Büchse" bezeichnet werden.
In diesem Hochdruckgasapparat ist 8 ein kalt gezogenes Stahlrohr zur Aufnahme der Hülse" nach Fig. 1, das derart stark ist, dass mit einem Druck von 75 Atmosphären bei einer Temperatur von ca. 1500 C gearbeitet werden kann.
Die Stahlabschlusskappen 9 sind auf die Enden des Stahlrohres 8 bei 10 unter Zwischenschaltung von dichtenden Packungs-oder Kupferringen 11 aufgeschraubt. 12 und 13 sind Öffnungen für die Regelung des Gasdruckes innerhalb der "Büchse" und enthalten die hiezu nötigen Armaturen bzw. dienen sie auch für den Austritt der Gase aus der Büchse. 14 sind Vierkante auf den Kappen 9 zur Erleichterung des Auf-oder Abmontierens derselben.
Fig. 3 zeigt einen auf dem Büchsenrohr 8 aussen angeordneten Autoklaven für die Vulkanisierung, der in der gebräuchlichen Weise mit Dampf erhitzt werden kann, um Temperaturen von ungefähr 150 C zu erzielen. Fig. 4 zeigt die Zusammenstellung aller vorerwähnten Teile in Arbeitsstellung.
Wenn die kleinen Zellen in der Masse hochwertigen Kautschuks durch die Wirkung eines äusseren
Gases unter Druck, das den vulkanisierten Kautschuk zu durchdringen vermag, gebildet worden sind, treten viele ganz winzige Risse auf und wenn in der Masse keine harzartigen oder klebenden Stoffe enthalten sind, können diese Haarrisse später nicht verschlossen werden ; es ist daher von grösster Bedeutung, ein Abschlussmaterial von hohem Schmelzpunkt anzuwenden, welches einerseits die Gase rasch durch den Kautschuk hindurchtreten lässt, wenn derselbe hohem Gasdurek ausgesetzt ist und anderseits nachher selbsttätig alle Poren verschliesst und ständig gasdicht bleibt.
Die Mittel hiezu sind, wie bereits erwähnt, Zusätze einer wachs-oder harzartigen Substanz bekannter Art, wie Zeresin od. dgl., das mit einem reinen Kautschuk in Verbindung treten soll und ein harzartiger Stoff, so dass eine Gleichförmigkeit in der Beschaffenheit des expandierten Materiales gewährleistet ist, wenn dieses für gewerbliche Zwecke hergestellt wird. Z. B. sind 1 Teil Zeresin oder Paraffinwachs und 3 Teile eines hochsehmelzenden Bitumens geeignete Mischungen, die gute Resultate ergeben.
Wenn Kautschuk und Balata allein als einzige Grundlage für die Herstellung eines vulkanisierten Schwammes oder Schaumes verwendet werden, sind bei der Erzeugung sehr hohe Drucke notwendig und das erhaltene Material ist nicht imstande, den Gasdruck ständig aufrecht zu erhalten. Bei einer gemäss der Erfindung hergestellten Substanz wird ein Zusatzstoff verwendet, der die Poren oder Haarrisse tatsächlich zu verschliessen vermag.
Die Bildung des dichten und gleichmässigen Gefüges in der expandierten Masse hängt ausschliesslich von der Behandlung des Materiales in der ab.
Ein, einem zu hohen Gasdruck ausgesetztes Kautschukstück kommt aus der Vorrichtung derart expandiert heraus, dass es unter der Wirkung seines Innendruckes selbst entzweireisst und mit den Fingern leicht aufgerissen und zerrieben wird ; erst nach mehreren Tagen erreicht es seinen Normalzustand bzw. verliert es den Überschuss an Gas und dann enthält es einen Druck von 1 %-2 Atmosphären. Diese scheinen das natürliche Ausmass an Druck zu sein, das von einer Kautschuksubstanz ohne die bereits erwähnte Deckhaut zurückgehalten werden kann. Es ist klar, dass, um eine Substanz zu erhalten, die einem höheren Druck standhalten kann, es notwendig ist. einen Stoff zu finden, der einen hohen Druck aufnehmen kann und die Expansion dieses Gases mittels einer elastischen Haut zu regeln, welche Gas nicht zurückhält.
Notwendigerweise muss dies während des Expansionsvorganges vor sich gehen.
Die Funktion dieser Haut besteht darin, den aus dem Inneren der Masse entweichenden Gasen einen freien Durchgang zu bieten, während sie gleichzeitig der zerstörenden Expansion der inneren Zellen einen solchen Widerstand entgegensetzen muss, dass diese an einem Zerfall mit darauffolgendem Druckabfall bis zur vorerwähnten Normalhöhe von 1 Atmosphären gehindert sind. Auf diese Weise werden die Innendrücke in einem viel höheren Ausmasse als es vorher möglich war, zurückgehalten.
Bei dem Gebrauch und der Verwendung der Vorrichtung muss hervorgehoben werden, dass das Verfahren naturgemäss abgeändert und erweitert werden kann, um den Anforderungen bei der Vielseitigkeit der herzustellenden Waren genüge zu leisten. Es soll daher nur als Beispeil die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, die als HüJse"bezeichnet wurde, beschrieben werden.
Eine der Abschlussstahlkappen 2 wird vom Hülsenrohr abgeschraubt, in welches sodann der Inhalt ein-
<Desc/Clms Page number 3>
gebracht wird, der in geeigneten Formen oder Umhüllungen eingeschlossen ist, die das Durchtreten der Gase zum Inneren gestatten. Diese Formen oder Behälter brauchen nur etwas stärker zu sein als der Druck, der im Endprodukt erhalten werden soll.
An den Punkten 6 und 7 werden dicht Absperr-und Druckventile zur Regelung des Druckes von 1-5-15 kg pro cm2 oder mehr eingesetzt, die derart angeordnet werden können, dass sie selbsttätig in dem Masse wirken, als das Verfahren fortschreitet. Es ist beabsichtigt, dass die Gase in die Hülse nicht unterhalb eines gegebenen Druckes einströmen und dass sie während des Vulkanisierprozesses nicht unterhalb eines gewissen Druckes ausströmen.
Um ökonomisch zu arbeiten, kann die "Hülse" nach Aufnahme ihrer Beschickung und nach Wiederaufbringung der Stahlkappen 2 in eine auf etwa 95 C erhitzte Kammer eingebracht und dort etwa eine halbe Stunde und bzw. so lange gelassen werden, bis ihr Inhalt durch und durch gründlich erwärmt ist. Wenn eine Substanz gewünscht wird, die nach völliger Expansion einen Druck von 5 Atmosphären beinhaltet, so ist es notwendig, die Absperr-und Druckventile so einzustellen, dass sie bei einem Druck von etwa 7-5 kg pro cm2 oder mehr vor Einführung der Hülse"in die Büchse"nach Fig. 2 wirksam sind.
Fig. 2 stellt die "Büchse" oder den Hochdruckapparat für die Einwirkung der Gasdrücke auf das Innere und Äussere der "Hülse" dar und er arbeitet wie folgt : das Stahlkappenende 9 wird entfernt, nachdem die Vorrichtung etwas abgekühlt wurde und die Hülse" (Fig. 1) wird hierauf eingeführt und die Kappe 9 wieder aufgeschraubt, worauf dem hohen Druck ausgesetzt wird. Hiebei muss aber vorsichtig vorgegangen werden, da der Gasdruck sehr behutsam und nicht zu schnell zur Einwirkung gelangen darf, da sich der Gasdruck infolge der Erhitzung der "Hülse" etwas erhöht. Es soll nur einige Minuten dauern, um den Druck auf etwa 7-5 kg pro cm2 zu bringen, wobei sich dann die Ventile der inneren"Hülse" selbsttätig öffnen werden und das Gas zutreten lassen.
In diesem Moment soll im Autoklaven 15 (Fig. 3) Hitze zugeführt werden und diese allmählich, gleichzeitig mit dem Gasdruck gesteigert werden, bis die volle Vulkanisiertemperatur erreicht ist, die gewöhnlich etwa 1520 C beträgt, jedoch von der Beschaffenheit des Gemenges abhängig ist. Die Expansion ist hiebei am grössten und der Druck soll um 70-75 Atmosphären herum betragen. Dieser Druck muss bis zur Beendigung der Vulkanisierung aufrecht erhalten werden, was gewöhnlich in etwa zwei Stunden der Fall ist, jedoch in erster Linie von der Natur des Kautschuks und der Menge des verwendeten Vulkanisiermittels abhängig ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von expandiertem Kautschuk durch Behandlung desselben in einem Autoklaven bei hoher Temperatur und unter grossem Druck in Anwesenheit eines inerten Gases, dadurch gekennzeichnet, dass das zu expandierende Material mit einer Deckschicht aus porösem Kautschuk versehen und sodann der Behandlung im Autoklaven unterworfen wird, wobei die Spannung der Deckschicht nach der Vulkanisierung dem Innendruck das Gleichgewicht hält.