DE102004031337A1

DE102004031337A1 - Formmembran und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102004031337A1
Application number: DE200410031337
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Paulsen; Heike Fennel; Klaus Sieben; Manfred Brandt
Original assignee: ContiTech Elastomer Beschichtungen GmbH
Current assignee: ContiTech Elastomer Beschichtungen GmbH
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: DE102004031337B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Formmembran, aufweisend für gute Haftbarkeit DOLLAR A - zumindest zwei Elastomerlagen (3, 3') mit einer Schichtdicke von mindestens 0,7 mm, DOLLAR A - zumindest eine zwischen den mindestens 0,7 mm dicken Elastomerlagen (3, 3') angeordnete Folie (1) geringer Gaspermeabilität, DOLLAR A - zumindest eine Gewebelage (4), die an der zur Folie (1) abgewandten Seite zumindest einer der mindestens 0,7 mm dicken Elastomerlagen (3, 3') angeordnet ist, und DOLLAR A - zumindest eine weitere Elastomerlage (5) als nach außen weisende Deckschicht auf der Gewebelage (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Formmembran mit einem Aufbau aus mehreren Schichten. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Formmembran.

Farmmembranen, die Elastomerschichten enthalten, werden dort eingesetzt, wo Druckgase von Flüssigkeiten flexibel getrennt werden sollen. Damit der Druck im Gas erhalten bleibt ist es wichtig, dass die Membran möglichst undurchlässig für Gase ist.

Solche Formmembranen werden z. B. in Druckflüssigkeitsspeichern von Hydraulikanlagen eingesetzt, in denen Stickstoff und Hydrauliköl voneinander getrennt werden.

Um einem Hinausdiffundieren des Gases aus einer Gaskammer entgegenzuwirken, ist es bekannt, die Membran möglichst undurchlässig für Gase, insbesondere für Stickstoff, auszubilden. So ist es beispielsweise aus der DE 42 43 652 A1 , der DE 41 17 411 C2 und der DE-OS 36 38 828 bekannt, die Membran aus Elastomerschichten mit einer Gassperrschicht, auch Barriereschicht genannt, zu versehen. Als Gassperrschichten kommen dabei z. B. Schichten aus Polyamid, Polyvinylalkohol oder Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren in Frage. Membranen mit solchen Gassperrschichten zeigen bei langem Gebrauch oft eine bleibende Dehnung der Membran, da sich die Gassperrschicht in der Regel nicht elastisch wie die umgebenden Elastomerlagen verhält und daher in eine bleibende Dehnung übergeht. Die Funktion der Membran wird dadurch beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine flexible Formmembran bereitzustellen, die sich durch eine hohe Lebensdauer bei besonders hoher Gasdichtigkeit auszeichnet.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Formmembran, die

– zumindest zwei Elastomerlagen mit einer Schichtdicke von min. 0,7 mm,
– zumindest eine zwischen den min. 0,7 mm dicken Elastomerlagen angeordnete Folie geringer Gaspermeabilität,
– zumindest eine Gewebelage, die an der zur Folie abgewandten Seite zumindest einer der min. 0,7 mm dicken Elastomerlagen angeordnet ist, und
– zumindest eine weitere Elastomerlage als nach außen weisende Deckschicht auf der Gewebelage.

Nur mit diesem speziellen Schichtaufbau kann eine Formmembran mit hoher Lebensdauer bei dynamischer Belastung hergestellt werden. Die Gewebelage schützt die Folie bei der Funktion der Membran vor einer bleibenden Dehnung bei Verformung, da das Gewebe als Stütze wirkt. Die für Gas, z. B. Stickstoff, undurchlässige Folie ist dabei zwischen schützenden Elastomerlagen angeordnet, die mit einer Schichtdicke von min. 0,7 mm eine Beschädigung der Folie verhindern. Die Elastomerlage zwischen Gewebelage und Folie dient als Pufferschicht und bewirkt eine Dämpfung zwischen Folie und Gewebe, damit sich bei der Bewegung der Membran keine Falten in der Folie bilden, die dann zu einem Bruch der Folie und einer Beschädigung der angrenzenden Elastomerlagen führen können. Dadurch, dass die Formmembran nach außen weisende Elastomerlagen umfasst, kann eine dichte Verbindung der Formmembran mit dem Aggregat gewährleistet werden.

Um eine gute Anbindung zwischen den Elastomerlagen und der Folie zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn zwischen den min. 0,7 mm dicken Elastomerlagen und der Folie Haftelastomerlagen angeordnet sind. Zu diesem Zweck kann der die Haftelastomerlage bildenden Kautschukmischung ein Haftsystem, z. B. auf der Basis von Klebharzen, zudosiert werden. Als Kautschukbasis der Haftschicht dient bevorzugt jener Kautschuk, der auch in den min. 0,7 mm dicken Elastomerlagen vorliegt, um Unverträglichkeiten zwischen den Elastomerlagen zu vermeiden. Ferner kann die Folie zur Verbesserung der Haftung mit anderen, die Haftung beeinflussenden Verfahren, wie z. B. der Modifizierung der Oberfläche, behandelt werden.

Bei der Folie mit geringer Stickstoffpermeabilität handelt es sich bevorzugt um eine Folie, die eine Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Schicht aufweist. Dieses Material bildet für Gase, insbesondere für Stickstoff, eine besonders hohe Permeationssperre und ist hoch dehnfähig. Die hohe Dehnfähigkeit ermöglicht eine besonders gute Verformbarkeit bei der Herstellung der Formmembran. Es lassen sich Formmembranen mit einem hohen Tiefziehverhältnis und aufwändiger Formgebung herstellen, ohne dass dabei die Funktion der Membran z. B. durch Risse in der Sperrfolie in Mitleidenschaft gezogen wird.

Als besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Haftung im Verbund und die Gasundurchlässigkeit hat sich eine dreischichtige Folie mit einer Mittelschicht aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer und Außenschichten aus Polyamid erwiesen. Derartige Folien sind preiswert und kommerziell verfügbar.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Folie eine Schichtdicke von 20 bis 60 μm auf. Bei geringeren Schichtdicken kann es zu Problemen in der Prozessfähigkeit und bei der Gasundurchlässigkeit kommen. Bei größeren Schichtdicken kann die dynamische Beständigkeit abnehmen.

Für die Gewebelagen können unterschiedlichste Gewebe z. B. aus Polyamid verwendet werden, die sich durch Verformbarkeit und Beständigkeit gegen Öle oder andere Flüssigkeiten auszeichnen. Innerhalb einer Formmembran können auch Gewebelagen aus unterschiedlichen Materialien verwendet werden. Gewebelagen aus einem Gewebe aus Polyester und Viskose haben sich für den Einsatz in Formmembranen als vorteilhaft erwiesen, da sie aus Stapelfasergarnen hergestellt sind und sich durch eine besonders hohe dynamische Beständigkeit auszeichnen.

Die in der erfindungsgemäßen Formmembran vorliegenden Elastomerlagen können auf unterschiedlichen Kautschuken wie z. B. Nitrilkautschuk (NBR), hydriertem Nitrilkautschuk (HNBR) oder Ethylen-Propylen-Dienkauschuk (EPDM) basieren, wobei bevorzugt NBR oder HNBR wegen der Ölbeständigkeit eingesetzt werden.

Die Formmembranen lassen sich herstellen mit einem Verfahren, das zumindest folgende Schritte aufweist:

– beidseitiges Beschichten einer Folie mit geringer Gaspermeabilität mit einer Haftlösung auf Kautschukbasis,
– einseitiges Aufbringen einer unvulkanisierten Kautschukmischung, die die Elastomerdeckschicht bildet, in Form einer Kautschukmischungslösung auf eine Gewebelage,
– Aufbringen einer kalandrierten Platte aus einer unvulkanisierten Kautschukmischung, die eine der Elastomerlagen mit der Schichtdicke von min 0,7 mm bildet, auf die andere Seite der Gewebelage,
– Herstellen einer weiteren kalandrierten Platte aus einer unvulkanisierten Kautschukmischung,
– Zusammenbringen von Gewebelage, Folie und weiterer kalandrierter Platte in der angegebenen Reihenfolge, wobei die Kautschukmischung für die Elastomerdeckschicht außen liegt,
– Vulkanisation des Verbundes bis zu einem Vernetzungsgrad von 40 bis 60 % in einer Rotations-Vulkanisieranlage,
– Ausstanzen des Verbundmaterials in der gewünschten Größe und
– Vulkanisation zur Formmembran bis zur vollständigen Vernetzung in einer Tiefziehform.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur schematisch die Anordnung der Schichten und Lagen in der Membran.
In der Figur ist der Aufbau der Schichten einer erfindungsgemäßen Formmembran dargestellt. Die Anordnung weist eine Folie geringer Gaspermeabilität 1 aus einer Mittelschicht aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer und Außenschichten aus Polyamid auf. Die Folie 1 ist zwischen zwei Haftelastomerlagen 2, 2' angeordnet, an welche sich zwei min. 0,7 mm dicke Elastomerlagen 3, 3' anschließen, die in diesem Beispiel auf HNBR basieren. Auf der einen Seite des Verbundes folgt auf die min. 0,7 mm dicke Elastomerlage 3' eine Gewebelage 4 aus eine Polyester/Viskose-Gewebe. Auf der Gewebelage 4 ist eine weitere als Deckschicht wirkende Elastomerlage 5 angeordnet, die in diesem Beispiel ebenfalls auf HNBR basiert.
Mit einer Formmembran mit dem vorgenannten Schichtaufbau wurden Dauerlaufversuche durchgeführt. Dabei wurde die tiefgezogene Membran eingespannt und von der gewölbten Seite so mit Luft beaufschlagt, dass sie nach oben durchschlägt. Dann wird sie durch das Anlegen eines Vakuums wieder zurückgezogen. Bei den Versuchen wurden Membranen mit ca. 50 Lastwechseln min. durchgewalkt und es zeigten sich nach 500000 Hüben keine Schädigungen.

Claims

Formmembran, aufweisend – zumindest zwei Elastomerlagen (3, 3') mit einer Schichtdicke von min. 0,7 mm, – zumindest eine zwischen den min. 0,7 mm dicken Elastomerlagen (3, 3') angeordnete Folie (1) geringer Gaspermeabilität, – zumindest eine Gewebelage (4), die an der zur Folie (1) abgewandten Seite zumindest einer der min. 0,7 mm dicken Elastomerlagen (3, 3') angeordnet ist, und – zumindest eine weitere Elastomerlage (5) als nach außen weisende Deckschicht auf der Gewebelage (4).
Formmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Folie und den min. 0,7 dicken Elastomerlagen (3, 3') Haftelastomerlagen (2, 2') angeordnet sind.
Formmembran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1) eine Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Schicht aufweist.
Formmembran nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1) eine dreischichtige Folie mit einer Mittelschicht aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer und Außenschichten aus Polyamid ist.
Formmembran nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1) eine Schichtdicke von 20 bis 60 μm aufweist.
Formmembran nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebelage (4) ein Gewebe aus Polyester und Viskose ist
Verfahren zur Herstellung einer Formmembran nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch zumindest folgende Schritte: – beidseitiges Beschichten einer Folie (1) mit geringer Gaspermeabilität mit einer Haftlösung auf Kautschukbasis, – einseitiges Aufbringen einer unvulkanisierten Kautschukmischung, die die Elastomerdeckschicht (5) bildet, in Form einer Kautschukmischungslösung auf eine Gewebelage (4), – Aufbringen einer kalandrierten Platte aus einer unvulkanisierten Kautschukmischung, die eine der Elastomerlagen (3, 3') mit der Schichtdicke von min 0,7 mm bildet, auf die andere Seite der Gewebelage (4), – Herstellen einer weiteren kalandrierten Platte aus einer unvulkanisierten Kautschukmischung, – Zusammenbringen von Gewebelage (4), Folie (1) und weiterer kalandrierter Platte in der angegebenen Reihenfolge, wobei die Kautschukmischung für die Elastomerdeckschicht (5) außen liegt, – Vulkanisation des Verbundes bis zu einem Vernetzungsgrad von 40 bis 60 % in einer Rotations-Vulkanisieranlage, – Ausstanzen des Verbundmaterials in der gewünschten Größe und – Vulkanisation zur Formmembran bis zur vollständigen Vernetzung in einer Tiefziehform.