CH643463A5

CH643463A5 - Bahnfoermiges belagsmaterial auf basis von polyaethylen fuer die laufflaeche von skis.

Info

Publication number: CH643463A5
Application number: CH263680A
Authority: CH
Inventors: Urs Geissbuehler
Original assignee: Ims Inter Montana Ag
Priority date: 1980-04-03
Filing date: 1980-04-03
Publication date: 1984-06-15
Also published as: ATA153081A; AT374685B; DE3113360A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf bahnförmiges Belagsmaterial auf Basis von Polyäthylen für die Lauffläche von Skis, auf ein Verfahren zur Herstellung einer Ausführungsform dieses Belagsmaterials und auf die Verwendung des Belagsmaterials für die Lauffläche von Rennskis.

Der Gleitmechanismus von Skis auf Schnee und Eis ist ein sehr komplexer Vorgang, der nicht bis in alle Einzelheiten bekannt ist.

Immerhin ist allgemein anerkannt, dass infolge der beim Skigleiten auftretenden Interaktion zwischen Rauhigkeitsspitzen des Skibelages und den Schneekristallen lokal diese Schneekristalle schmelzen und das in situ entstehende Wasser zu hydrodynamischen Schmierverhältnissen führt, wodurch die beobachteten geringen Gleitreibungskoeffizienten erklärbar sind.

Bestehende Belagsmaterialien werden praktisch ausschliesslich aus Niederdruck-Polyäthylen hergestellt, wie beispielsweise in der CH-PS 525 927 beschrieben, weil dieses Material eine geringe Adhäsion zu Wasser aufweist und somit einem Ausbreiten der lokal gebildeten Wasserstellen mikroskopischer Grössenordnung zu einem die ganze Lauffläche bedeckenden Wasserfilm entgegenwirkt. Bei sehr hohen Gleitgeschwindigkeiten nun, wo die zwischen Belag und Schneeoberfläche freiwerdende Wärmemenge sehr gross werden kann, ist die Möglichkeit der Ausbildung eines zusammenhängenden Wasserfilms und damit einer Beeinträchtigung der Gleitgeschwindigkeit gross. Diese Tendenz zeigen alle bisher bekannten Skibeläge, die durchwegs aus einem Material bestehen, das in der ganzen Fläche des Belags isotrope Eigenschaften aufweist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Belagsmaterial aufzuzeigen, durch welches beim Gebrauch der Skis die Ausbildung eines zusammenhängenden Wasserfilms verhindert wird.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese Aufgabe durch ein bahnförmiges Belagsmaterial gelöst wird, das über die Breite der Bahn verteilt anisotrope Eigenschaften aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist somit das im Patentanspruch 1 definierte Belagsmaterial.

Durch die anisotropen Eigenschaften in der Breite des er-findungsgemässen Belagsmaterials wird beim Gebrauch des Skis die Ausbreitung eines homogenen Wasserfilms und damit negative Beeinflussung der Gleitgeschwindigkeit verhindert.

Im erfindungsgemässen bahnförmigen Belagsmaterial erstreckt sich die mittlere Zone vorzugsweise über eine Breite von 20-80% der Gesamtbreite der Bahn.

Die über die Breite der Bahn verteilten anisotropen Eigenschaften des Belagsmaterials sind vorzugsweise so verteilt, dass die beiden Randzonen gegenüber der mittleren Zone der Bahn unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, die auf unterschiedlicher Dichte bzw. Härte, unterschiedlicher Struktur oder unterschiedlicher Polarität des Materials der mittleren Zone gegenüber demjenigen der beiden Randzonen beruht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Niederdruck-Polyäthylen als Basismaterial sowohl der mittleren wie auch der beiden Randzonen ein ultrahochmolekulares Polyäthylen, nachstehend als «UHMW-PE» bezeichnet. Falls das Basismaterial sowohl der mittleren wie auch der beiden Randzonen das gleiche UHMW-PE ist und somit das gleiche Molekulargewicht und demzufolge auch die gleiche Härte aufweist, können die anisotropen Eigenschaften der Bahn darin bestehen, dass das Basismaterial entweder der beiden Randzonen oder der Mittelzone modifiziert ist, wobei die Anordnung des modifizierten Basismaterials, d.h. in den Randzonen oder in der Mittelzone, nicht kritisch ist. Die Modifizierung kann in Form einer Vernetzung oder Ver-schäumung des Basismaterials oder eines Zusatzes eines Füllmittels vorliegen.

Falls das Basismaterial aus Niederdruck-Polyäthylen (HDPE) besteht, kann die Herstellung des erfindungsgemässen Belagsmaterials auf bekannte Art, vorzugsweise durch Extrusion, erfolgen.

Die Herstellung der bevorzugten Ausführungsform mit UHMW-PE als Basismaterial sowohl der mittleren wie auch der beiden Randzonen ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung.

Ein als Basismaterial bestens geeignetes UHMW-PE ist das pulverförmige «Hostalen» GUR der Farbwerke Hoechst AG, dessen Eigenschaften, Verarbeitungsmöglichkeiten und Einsatzgebiete in einer Druckschrift vom Juni 1972 «Hostalen» GUR von Kunststoffe Hoechst ausführlich erläutert sind.

Da die Extrusion dieses Materials und insbesondere die Herstellung von Verbundkörpern durch Extrusion schwierig und in der Praxis kaum ausführbar ist, wurde für die Herstellung dieser bevorzugten Ausführungsform ein Sinterverfahren entwickelt, dessen Prinzip dem Fachmann bekannt ist, und dessen Parameter der vorstehend genannten Druckschrift entnommen werden können.

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Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung dieser Ausführungsform ist im Patentanspruch 5 definiert.

Die Höhe der einzelnen Schichten in den drei Pressstufen des Herstellungsverfahrens und damit die Gesamthöhe des erhaltenen Verbund-Presslings wird zweckmässig so gewählt, dass unter Berücksichtigung des beim nachfolgenden Sintern auftretenden Schwundes ein Sinterkörper erhalten wird, dessen Höhe der erwünschten Breite des bahnförmigen Belagsmaterials entspricht.

Die von Durchmesser und Höhe der einzelnen kreisscheibenförmigen Schichten und dem Pressdruck abhängige, für jede Schicht benötigte Einfüllmenge Presspulver sowie die beim Sintern auftretende Schrumpfung des Verbund-Presslings können durch einfache Vorversuche leicht ermittelt werden.

Durch Herstellung der die beiden Randzonen ergebenden kreisscheibenförmigen Pressschichten in gleicher Dicke ist schlussendlich ein bahnförmiges Belagsmaterial erhältlich, dessen anisotropen Eigenschaften über die Breite des Bandes symmetrisch verlaufen. Dies ist jedoch nicht kritisch, und es können ohne weiteres auch bahnförmige Belagsmaterialien mit asymmetrisch über deren Breite verteilten anisotropen Eigenschaften hergestellt werden.

Im nachstehenden Beispiel ist die Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen bahnförmigen Belagsmaterials mit symmetrisch über dessen Breite verteilten anisotropen Eigenschaften beschrieben.

Beispiel

In einer zylindrischen Pressform wird pulverförmiges UHMW-PE mit einem Molekulargewicht von etwa 4x10® unter Anwendung von Druck zu einem 3 cm hohen Pressling vorverdichtet. Nach Entfernen des Pressstempels wird ein Gemisch des pulverförmigen UHMW-PE mit einem Peroxid-Vernetzungsmittel eingefüllt und auf eine Höhe von 10 cm vorgepresst. Nach neuerlichem Entfernen des Pressstempels wird, gleich wie für die unterste Schicht, eine 3 cm hohe Schicht aus dem gleichen, unvermischten, pulverförmigen UHMW-PE aufgepresst.

Der erhaltene, zylindrische Verbund-Pressling wird unter den aus der genannten Druckschrift bekannten und gegebenenfalls durch Vorversuche bestätigten Bedingungen unter Wärme-und Druckanwendung zu einem homogenen, zylindrischen Sinterkörper gesintert.

Nach dem Abkühlen wird von dem zylindrischen Sinterkörper ein endloses Band in der gewünschten Dicke des Belagsmaterials von 1,4 mm abgeschält.

Aufgrund des unvernetzten Basismaterials in den beiden Randzonen und des gleichen, jedoch vernetzten Basismaterials in der Mittelzone weist das erhaltene Band eine über seine Breite symmetrisch verteilte unterschiedliche Dichte bzw. Härte auf.

Der Durchmesser solcherart hergestellter Sinterkörper ist nicht kritisch. Einerseits ist es erwünscht, Sinterkörper mit möglichst grossem Durchmesser herzustellen, da dies das

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Abschälen eines längeren endlosen Bandes ermöglicht. Anderseits wird es bei einem zu grossen Durchmesser des vorverdichteten Verbund-Presslings schwierig, die für den Sintervorgang benötigte Wärmeenergie innert nützlicher Frist zur gleichmässigen Einwirkung über den gesamten Querschnitt des Presslings zu bringen. In der Praxis wurde ein annehmbarer Kompromiss zwischen diesen beiden entgegenwirkenden Merkmalen bei einem Durchmesser des vorverdichteten Verbund-Presslings von 50-60 cm ermittelt.

Nach dem vorstehend beschriebenen Vorgehen wurden die nachstehend beschriebenen weiteren Ausführungsformen mit über die Breite des Bandes symmetrisch verteilten anisotropen Eigenschaften hergestellt:

A) Pulverförmiges UHMW-PE in unvermischter Form für die beiden Randzonen und das gleiche pulverförmige Basismaterial, jedoch im Gemisch mit einem Treibmittel, für die mittlere Zone, wobei im Sinterprozess eine Ver-schäumung der mittleren Zone unter Bildung einer Schaumstruktur erfolgt.

B) Verwendung von unvermischtem, pulverförmigem UHMW-PE für die beiden Randzonen und von pulverförmigem HDPE einer Dichte von 0,95 g/cm3 für die mittlere Zone, wobei die anisotropen Eigenschaften auf unterschiedlicher Dichte bzw. Härte des Basismaterials der Randzonen und der mittleren Zone beruhen.

C) Verwendung von unvermischtem pulverförmigem UHMW-PE für die beiden Randzonen und eines glasfasergefüllten HDPE für die mittlere Zone, wobei die anisotropen Eigenschaften auf unterschiedlicher Dichte bzw. Härte und Struktur der beiden Randzonen und der mittleren Zone beruhen.

D) Einsatz der gleichen Basismaterialien wie im vorstehenden Beispiel beschrieben, jedoch in umgekehrtem Sinn, nämlich von unvermischtem pulverförmigem UHMW-PE für die mittlere Zone und vom gleichen Basismaterial, jedoch im Gemisch mit einem Peroxid-Vernetzungsmittel, für die beiden Randzonen.

E) Verwendung von pulverförmigem unvermischtem UHMW-PE für die beiden Randzonen und von einer Mischung des gleichen pulverförmigen UHMW-PE mit PTFE (Polytetrafluoräthylen), wobei die anisotropen Eigenschaften auf unterschiedlicher Polarität der beiden Randzonen und der mittleren Zone beruhen.

Das beschriebene Belagsmaterial kann auf bekannte Art für die Beschichtung der Lauffläche von jedem beliebigen Ski eingesetzt werden. Aufgrund des gegenüber konventionellen Belagsmaterialien höheren Preises und der im normalen Gebrauch solcher Skis kaum feststellbaren Unterschiede in den Gleiteigenschaften wird das beschriebene Belagsmaterial jedoch in erster Linie für die Beschichtung von Skis für Wettbewerbszwecke zum Einsatz gelangen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist somit die Verwendung des beschriebenen Belagsmaterials für die Lauffläche von Rennskis.

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1. Bahnförmiges Belagsmaterial auf Basis von Polyäthylen für die Lauffläche von Skis, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn in ihrer ganzen Länge aus einer mittleren Zone und zwei davon unterschiedlichen aussenliegenden Randzonen auf Basis von Niederdruck-Polyäthylen aufgebaut ist und über ihre Breite verteilt anisotrope Eigenschaften aufweist.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mittlere Zone über eine Breite von 20-80% der Gesamtbreite der Bahn erstreckt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anisotropen Eigenschaften auf unterschiedlicher Dichte bzw. Härte, unterschiedlicher Struktur oder unterschiedlicher Polarität des Materials der mittleren Zone gegenüber demjenigen der beiden Randzonen beruhen.

4. Material nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdruck-Polyäthylen der mittleren und der beiden Randzonen ein ultrahochmolekulares Polyäthylen ist.

5. Verfahren zur Herstellung des bahnförmigen Materials nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man für die mittlere und die beiden Randzonen als Basismaterial pul-verförmiges Niederdruck-Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 4x10® verwendet und dem Pulveranteil für entweder die mittlere Zone oder die beiden Randzonen ein Vernetzungs-, Schäum- oder Füllmittel zusetzt und dann aus den beiden Presspulvern in einer zylindrischen Pressform unter Anwendung von Druck mittels eines Pressstempels in drei Pressstufen einen zylindrischen Verbund-Pressling herstellt, dessen mittlere Zone aus dem einen und dessen beide äusseren Zonen aus dem anderen Presspulver aufgebaut sind, wonach man den Pressling unter Wärme- und Druckanwendung sintert und von dem erhaltenen zylindrischen Sinterkörper ein endloses Band in der erwünschten Dicke des Belagsmaterials abschält.

6. Verwendung des Belagsmaterials nach Anspruch 1 für die Lauffläche von Rennskis.