AT156475B

AT156475B - Zum Überziehen mit Kautschuk geeigneter Kern und Verfahren zu seiner Herstellung.

Info

Publication number: AT156475B
Authority: AT
Original assignee: Nat Standard Co
Priority date: 1934-07-30
Filing date: 1935-02-09
Publication date: 1939-07-10

Description

Zum Überziehen mit Kautschuk geeigneter Kern und Verfahren zu seiner Herstellung.

Die Erfindung betrifft mit Kautschuk überzogene Metall-insbesondere Stahlgegenstände, namentlich Stahldrahteinlagen für Luftradreifen.

Bisher war bekannt, dass mit Messing überzogener Stahl unmittelbar an oder in Kautschuk vulkanisiert werden konnte. Bei biegsamen Gegenständen von kleinem Querschnitt erwies es sich wegen der Wirkung auf die physikalischen Eigenschaften des Gegenstandes, z. B. eines Drahtes, als praktisch nicht durchführbar, sie in geschmolzenes Messing einzutauchen. Auch erwies es sich als schwierig, das Messing elektrolytisch aufzubringen. Auch glaubte man bisher, dass reines Kupfer nicht gut an Kautschuk haftet.

Bei der Herstellung von Kautschukradreifen werden die Randwülste des Materials durch Drähte verstärkt. Diese Drähte müssen fest mit dem Kautschuk zusammenhängen, weil, wenn sie locker werden, sie rundum wandern und den Randwulst alsbald durchschneiden. Die Aussenschicht der Randdrähte muss daher von solcher Beschaffenheit sein, dass sie gut am Kautschuk haftet. Eine weitere Schwierigkeit entsteht dadurch, dass Feuchtigkeit in den Mantel eindringen kann, wodurch die Stahldrähte rosten. Dann haftet der Draht nicht mehr am Kautschuk und der Reifen wird alsbald unbrauchbar.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, sind rostfreie Metalle versucht worden, sie haften jedoch nicht gut am Kautschuk.

Es hat sieh nun gezeigt, dass, wenn ein Stahlgegenstand, z. B. ein Randwulststahldraht oder ein biegsamer Metallstreifen, elektrolytisch oder durch Eintauchen in geschmolzenes Zink mit einer Zinkschicht als Zwischenlage überzogen und dann elektrolytisch mit einer Kupferschicht als äusserem Überzug versehen wird, er sehr gut am Kautschuk haftet. Der Grund hiefür dürfte darin zu suchen sein, dass Zink und Kupfer nach dem Aufbringen auf den Draht eine Legierung bilden. Diesbezüglich sei auch verwiesen auf die im Chemischen Zentral-Blatt veröffentlichten Arbeiten von Fritz Paneth, ferner auf eine Arbeit von Robert Austen in Phil. Transactions Royal Soeiety, Band 187/383-1897, Serie A. Dafür spricht die Farbenänderung des Kupfers, das unter gewöhnlichen Temperaturen nach etwa einem Monat ein bronzefarbiges Aussehen erlangt, wenn es etwa 0'00025 mm Dicke aufweist.

Ausserdem ist es wahrscheinlich, dass die Legierungsbildung durch die Vulkanisiertemperatur wesentlich beschleunigt wird.

Zweckmässig wird für die Zwischenlage eine Dicke von etwa 0-0023 bis 0-0064 mm und für den Kupferüberzug eine Dicke von etwa 0-000425 bis 0. 000071 mm gewählt, Der auf diese Weise hergestellte, mit Kautschuk überzogene Streifen oder Draht hat bessere physikalische Eigenschaften als der ursprüngliche Gegenstand. Die Temperatur des Zinkbades ist nicht hoch genug, um die Biegsamkeit des Gegenstandes zu beeinträchtigen, sondern kann, wenn sie gehörig geregelt wird, dazu benutzt werden, die Streckgrenze zu erweitern und die Elastizität des Gegenstandes zu steigern.

Ein mit in dieser Weise hergestellten Drähten hergestellter Mantelrandwulst haftet nicht nur vorzüglich am Kautschuk, sondern widersteht auch sehr gut der Korrosion. Das in dieser Weise aufgebrachte Zink ist sowohl mit dem Eisen als auch mit dem Kupfer so innig verbunden, als ob die drei ein Stück bildeten ; es hat den Anschein, als ob die drei miteinander an den Berührungsflächen legiert wären, es findet ein allmählicher Übergang von Stahl über einer Stahl-Zinklegierung zu reinem Zink, weiters über eine Zink-Kupferlegierung zu vermutlich reinem Kupfer statt.

Auch die mit Kautschuk zu überziehenden Metallseelen von elektrischen Kabeln können vorteilhaft gemäss der Erfindung behandelt werden.

Bei Ausführung des Verfahrens ist grosse Sorgfalt darauf zu verwenden, die Stahlgegenstände rein zu halten. Auch die elektrolytische Aufbringung des Kupfers auf das Zink ist sorgfältig zu überwachen, um die Bildung von Blasen und Schuppen zu verhüten.

Ein Beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens für Mantelrandwulstdrähte von etwa 0'93 bis 1'1 mm Durchmesser soll nun beschrieben werden. Eine typische Zusammensetzung solcher Stahldrähte ist folgende :
EMI2.1

<tb>
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0-65 <SEP> 01
<tb> Mangan <SEP> 0-8 <SEP> %
<tb> Phosphor <SEP> ............................. <SEP> 0#015%
<tb> Schwefel <SEP> ............................ <SEP> 0#025%
<tb> Silicium <SEP> ............................. <SEP> 0#095%
<tb>

Der Rest ist Eisen mit Spuren von Verunreinigungen.

Die Drähte können fortlaufend von Spulen od. dgl. abgezogen und durch das ganze System geleitet werden. Sie werden zunächst durch Abscheuern und dann durch Wischen mit Lappen gereinigt, die in ein Fettlösungsmittel wie Benzin getaucht sind. Sie werden dann durch Hindurchziehen durch ein etwa 10% Salzsäurebad, zwischen nassen Lappen und durch Wasser weiter gereinigt, sodann nochmals durch ein etwa 8% Salzsäurebad gehen gelassen, abgewischt und gewaschen. Zahl und Umfang dieser Reinigungsoperation hängt von dem ursprüngliehen Zustand der Drähte ab.

Die gründlich gereinigten Drähte werden durch ein Flussmittel, wie etwa eine gesättigte Lösung von Zink-Ammoniumchlorid geleitet, die überschüssige Lösung wird durch Wischen mit Lappen entfernt und sodann werden die Drähte durch ein Bad von geschmolzenem Zink geleitet.

Die Temperatur des Zinkbades ist bei Mantelrandwulstdrähten von besonderer Wichtigkeit.

Das Bad darf nicht so heiss sein, dass es die physikalischen Eigenschaften des Drahtes nachteilig beeinflussen könnte. Es hat sich gezeigt, dass durch entsprechende Regelung der Badtemperatur der Draht tatsächlich verbessert werden könnte. Es ist beispielsweise wünschenswert, dass solche Drähte eine hohe Streckgrenze und Elastizität besitzen. Nach der Erzeugung haben solche Drähte gewöhnlich
EMI2.2
Streckgrenze wesentlich hinaufgesetzt werden. Es kann beispielsweise bei Drähten von 0'93 bis l'l mm Durchmesser ein Eintauchen in der Dauer von 1 bis 5 Sekunden in ein auf einer Temperatur von
EMI2.3
Gleichzeitig wird die Elastizitätsgrenze um 65 bis 85% gesteigert werden.

Es kann beispielsweise der Draht durch ein 0'9 bis 4'6 tu langes Zinkbad mit einer Geschwindigkeit von etwa 55111 per Minute hindurchgezogen werden, wobei das Bad auf zirka 4500 C erhalten wird.

Der Stahlgegenstand erhält einen Zinküberzug von angenähert 0#0064 bis 0'0023 mm Dicke. Es werden z. B. bei einem Draht von etwa l'l mm Durchmesser, der etwa 2'2 leg pro 305 rn Länge wiegt, etwa 8 bis 20 g Zink pro Kilogramm Draht aufgetragen. Bei einem Draht von 0'93 mm Durchmesser, der etwa 1-63 leg pro 305 m wiegt, ist die aufgebrachte Zinkmenge 10 bis 24 g pro Kilogramm Draht.

Das Zink legiert sich bis zu einem gewissen Grad mit dem Eisen, so dass etwa 10 bis 25% des Zinküberzuges mit dem Eisen legiert ist. Dies gibt eine innigere Verbindung mit dem Zink als in dem Falle, wo das Zink durch Elektrolyse aufgebracht wird.

Nachdem der Draht das Zinkbad verlassen hat, wird der Zinküberschuss durch einen Asbestwischer entfernt und der Draht wird dann, während er noch ganz warm ist-in l bis 2 Sekunden nach dem Verlassen des Zinkbades-durch ein Bad von verdünnter Natronlauge gezogen (die etwa 5% Natriumhydroxyd enthält), durch deren Einwirkung auf das Zink Wasserstoff entbunden wird.

Es wird angenommen, dass dies eine vorteilhafte Wirkung auf den Kupferüberzug äussert, möglicherweise infolge der Adsorption von naszierendem Wasserstoff.

Der Draht wird dann mit warmem Wasser gewaschen und durch ein Verkupferungsbad geleitet. Die Verkupferung erfolgt bevorzugtermassen nach dem Cyanidverfahren, wobei man eine Lösung von 4', Gewichtsteilen Cyannatrium, 3 Gewichtsteilen Kupfercyanid, 2 Gewiehtsteilen Natriumcarbonat und 1/4 Gewichtsteilen Natrium Hydrosulfit pro 160 Gewiehtsteilen Badflüssigkeit verwendet. Im allgemeinen werden mehrere aufeinanderfolgende Verkupferungsbäder verwendet. An jedem Ende der Verkupferungsgefässe wird der Draht über Kupferrollen geführt, denen ein Ver- kupferungsstrom-Gleichstrom von geringer Spannung und einer Stärke zugeführt wird, die ausreicht, um den Draht zu verkupfern ; die normale Stromdichte ist etwa 3 Amp : re pro Quadratdezimeter.

Der Elektrolyt wird in ständigem Umlauf gehalten und ein Teil davon wird dem Behälter oder der Wanne ständig entnommen, auf etwa 500 C erwärmt und wieder eingefüllt. Dieser Umlauf des Elektrolyten ist insbesondere für die Beseitigung von Gasblasen von Vorteil.

Kupfer wird im Verhältnis von 0'5 bis 1-3 g pro Kilogramm Draht eingebracht. Das Verhältnis von Zink zu Kupfer ist daher 6 bis 30 Teile Zink auf 1 Teil Kupfer.

Nach dem Austritt aus dem Verkupferungsbad wird der Draht mit Wasser gewaschen, erst kalt, dann heiss und dann an der Luft getrocknet.

Nachdem die Stahlgegenstände verzinkt und verkupfert worden sind, können sie mit Kautschuk überzogen und der Kautschuk kann unmittelbar auf ihnen vulkanisiert werden. Letzteres geschieht nach den üblichen Verfahren.

Andere Überzüge zur Verstärkung des Anhaftens des Kautschuküberzuges, wie Antimon, können natürlich verwendet werden, wenn man dies wünscht. Auch können andere Stoffe hinzugefügt werden, um dem Endprodukt besondere Eigenschaften zu erteilen.

Der Zinküberzug verringert oder verhütet Korrosion des Stoffes, auf welchen er aufgebracht ist, und das Kupfer für sich oder mit Zink legiert, erhöht das Anhaften des Kautschuks, wenn der
Gegenstand in Kautschuk eingebettet wird.

Statt Zink kann man andere der Korrosion widerstehende Metalle verwenden, insbesondere solche, welche sich mit Kupfer legieren oder mit Kupfer einen an Kautschuk gut haftenden Überzug bilden. Zu solchen Metallen gehören neben Zink Cadmium, Zinn und Blei und deren Legierungen. Im allgemeinen ist zu bevorzugen, solche der Korrosion widerstehende Metalle in einem im wesentlichen reinen Zustand aufzubringen, d. i. mindestens 90% des Metalls der anfänglichen Lage werden für gewöhnlich aus einem oder mehreren der der Korrosion widerstehenden Metalle bestehen, es ist aber häufig möglich, Legierungen zu benutzen, welche weniger als diesen Prozentsatz des der Korrosion widerstehenden Metalls enthalten.

Die mit dem'der Korrosion widerstehenden Metall in der ersten
Schicht legierten Metalle können irgendwelche für diesen Zweck gewünschte Metalle sein, welche die nachfolgenden Operationen nicht stören. Geringe Prozentsätze von Aluminium, Magnesium, Antimon,
Kupfer oder Arsen werden in der unteren Schicht häufig verwendet.

Die Verwendung von Zink oder Cadmium ist der von Zinn oder Blei bei weitem vorzuziehen.

Zink und Cadmium liefern einen elektropositiven Überzug der elektrolytisch wirkt und schützt, selbst wenn der Überzug nicht vollständig ist. Zinn und Blei gewähren einen mechanischen Schutz, der, wenn der Überzug vollständig ist, vorzüglich ist, aber bei den gegenwärtig zur Verfügung stehenden Methoden des Aufbringens wird dies nicht erreicht. Cadmium ist zwar aus chemischen Gründen dem Zink vorzuziehen, doch ist es teurer, so dass aus wirtschaftlichen Gründen Zink vorzuziehen ist. Zinn ist beträchtlich wirksamer als Blei.

Die Seele, auf welche die erste Schicht aufgetragen wird, besteht bevorzugtermassen aus Eisen in seinen verschiedenen Arten, wie z. B. Stahl oder Eisenlegierungen, man kann aber auch irgendeine andere überziehbare Oberfläche verwenden. Die Oberfläche ist bevorzugtermassen metallisch, aber auch nicht metallische Oberflächen können mit einem Metall überzogen werden, wie etwa durch Eintauchen oder Aufspritzen und dann mit einer der Korrosion widerstehenden Schicht überzogen werden, oder diese letztere Schicht kann unmittelbar auf den Gegenstand aufgetragen werden. Beispielsweise können Holz und keramische Stoffe so behandelt werden.

PATENT-ANSPRÜCHE : l. Zum Überziehen mit Kautschuk geeigneter Kern, bestehend aus einer Stahlseele mit einem Kupferüberzug, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stahlseele und dem etwa 0'000425 bis 0-000071 mm starken Kupferüberzug eine Zwischenlage aus Zink, Cadmium, Zinn oder Blei oder Legierungen dieser Metalle vorgesehen ist.

Claims

2. Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage mit dem Kupfer- überzug zusammenlegiert ist.

3. Kern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beispielsweise aus Zink bestehende Zwischenlage eine Dicke von 0'0023 bis 0-0064 mm aufweist.

4. Verfahren zur Erzeugung von Kernen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stahlseele zuerst mit einem Überzug aus Zink, Cadmium, Zinn oder Blei oder deren Legierungen versehen und auf diesen Überzug ein etwa 0'000425 bis 0'000071 mm starker Kupfer- überzug aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Überzüge zusammenlegiert werden, z. B. bei Vulkanisationstemperatur oder durch längeres Lagern bei gewöhnlicher Temperatur.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlseele in ein Bad aus geschmolzenem Zink, Cadmium, Zinn oder Blei oder deren Legierungen eingetaucht, das überschüssige Metall entfernt und der auf diese Weise erhaltene metallische Überzug auf elektrischem Wege mit dem Kupferüberzug plattiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere metallische Überzug durch Eintauchen in das geschmolzene Metall oder diese Legierung bei einer Temperatur von ungefähr 450 C während eines Zeitraumes von etwa 1 bis 5 Sekunden erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der innere metallische Überzug vor dem Aufbringen des äusseren Kupferüberzuges mit einer Lösung von Alkalien behandelt wird.