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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen flexiblen Schlauch zur Verwendung als Benzinschlauch, Luftschlauch,
Klimaanlagenschlauch, oder einen Schlauch für ein brennzellengetriebenes
Gefährt
oder ähnliches.
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In jüngster Vergangenheit sind die
Bestimmungen bezüglich
der Verdampfung eines Brenngases, welches für ein Auto verwendet wird,
strenger geworden. Da eine starke Reduzierung der Menge der Verdampfung
von Brennstoff aus einem Schlauch nötig ist, sind verschiedene
Arten von Schläuchen
mit niedriger Permeabilität,
entsprechend der Anforderung an die Verdampfung, untersucht worden.
Ein derartiger Schlauch kann z.B. umfassen einen rohrförmigen metallischen
Schlauch, welcher einen Faltenbalgaufbau ("metallisches Faltenbalgrohr", "metal bellows tube") hat, welcher sich
zumindest über
einen Teil der Länge
des Schlauches erstreckt. Um die Haltbarkeit und die vibrationsdämpfende
Eigenschaft eines metallischen Faltenbalgrohres weiter zu verbessern,
lehrt der Stand der Technik, eine Silikonkautschukschicht auf die
Oberfläche
des metallischen Faltenbalgrohres aufzubringen und eine zusätzliche
verstärkende
Schicht hinzuzufügen.
Die Silikonkautschukschicht ist dafür gedacht, Vibrationen zu absorbieren
und Abrieb zu verhindern.
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Im Stand der Technik gemäß des Japanischen
Patents Kokai Nr. H12-337572 wird eine Silikonkautschukschicht aufgebracht
auf ein metallisches Faltenbalgrohr, welches einen gewellten ("corrugated") Aufbau hat. Die
Silikonkautschukschicht verbindet die Spitzen des metallischen Faltenbalgrohres,
aber die zwischen den Spitzen gebildete Vertiefung ist nicht mit
Kautschuk gefüllt.
Deshalb besitzt der Schlauch, indem er nur die Spitzen des metallischen
Faltenbalgrohres berührt,
eine geringe Haftungseigenschaft zwischen dem metallischen Faltenbalgrohr
und der Gummischicht, welche es den Kontaktflächen des metallischen Faltenbalgrohres
erlaubt, sich relativ zur Gummischicht zu bewegen. Bei Verwendung
eines hohen inneren Drucks im Schlauch weiten sich außerdem die
Spitzen des metallischen Faltenbalgrohres in Richtung der Breite
und verformen so den Faltenbalg, was zu einer reduzierten Flexibilität oder Elastizität und reduzierten
Haltbarkeit führen
kann.
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Insbesondere ist es wichtig, da die
Teilung des metallischen Faltenbalgrohres dazu neigt, verkleinert zu
werden, dass die das metallische Faltenbalgrohr umgebende Gummischicht
die Vertiefungen, welche sich zwischen den Wellen in dem metallischen
Faltenbalgrohr bilden, mit Gummi füllt. Wenn Silikonkautschuk
für die
Gummischicht verwendet wird, gemäß dem obigen
Referenzpatent aus dem Stand der Technik, tritt schlechte Haftung
ebenfalls auf zwischen der faserverstärkten Schicht und der Silikonkautschukschicht,
was das Auftreten von Verschiebungen verursacht zwischen den Kontaktflächen der
Gummischicht und der faserverstärkten
Schicht, was zu einer geringen Haltbarkeit des Schlauches führt. Es
ist schwierig, einen Haftvermittler aufzubringen auf die Kontaktflächen von
Silikonkautschukschicht und faserverstärkten Schicht, da dies die
Anzahl der Prozessschritte im Herstellungsverfahren erhöhen würde und
da dies andere Nachteile hat bezüglich
der Auswirkungen auf die Umwelt und der Kosten.
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Es ist ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung,
einen flexiblen Schlauch bereit zu stellen, welcher ein metallisches Faltenbalgrohr
aufweist mit einer Gummischicht und einer äußere Schicht, wobei die Gummischicht
eine Zusammensetzung aufweist, welche hervorragende Haftung zwischen
dem metallischen Faltenbalgrohr und der Gummischicht und zwischen
der Gummischicht und der äußeren Schicht
schaffen wird.
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Die vorliegende Erfindung ist ein
flexibler Schlauch, der Folgendes aufweist: Ein metallisches Faltenbalgrohr
mit einer ersten Gummischicht an seiner äußeren Oberfläche, und
eine zweite Schicht, aufgebracht auf die äußere Oberfläche der ersten Gummischicht,
wobei das metallische Faltenbalgrohr eine gewellte Struktur aufweist
mit einer Vielzahl von Ringen – welche
voneinander Abstand haben – mit
Spitzen und eine Vielzahl von Kanälen, angeordnet zwischen den
Ringen, welche Vertiefungen dazwischen ausbilden, die in der Breite
variieren in radialer Richtung von den Spitzen aus und wobei die
erste Gummischicht zusammengesetzt ist aus einer Kautschukmischung,
welche zumindest einen Kautschuk aus einer Acrylgruppe und/oder
einen Kautschuk aus einer Ethylen-Propylen-Diengruppe und wobei
die Kautschukschicht fließfähig ist
bei niedriger Temperatur, so dass jeder Kanal mit Kautschuk gefüllt ist
bei dieser niedrigen Temperatur, überall in den Vertiefungen.
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Die Anmelderin hat herausgefunden,
um hervorragende Haftungseigenschaften zu erreichen zwischen den
Schichten eines flexiblen Schlauches mit einem metallischen Faltenbalgrohr
und um für
hervorragende Haltbarkeit zu sorgen, sollte die an das metallische
Faltenbalgrohr angrenzende Schicht von einer Zusammensetzung sein,
welche zumindest einen Kautschuk aus einer Acrylgruppe und/oder
einen Kautschuk aus einer Ethylen-Propylen-Diengruppe aufweist, und dass
die Kautschukzusammensetzung fließfähig sein sollte bei niedriger
Temperatur, um so den Kautschuk zu befähigen, in ausreichendem Maße jeden
Kanal in dem metallischen Faltenbalgrohr zu füllen, bis zur vollen Tiefe
der Vertiefung zwischen den Wellen, unabhängig von der Breite zwischen
den Spitzen.
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Die Verwendung einer Kautschukzusammensetzung,
welche aufweist zumindest entweder einen Kautschuk aus einer Acrylgruppe
und /oder einen Kautschuk aus einer Ethylen-Propylen-Diengruppe
(EPDM), welche fließfähig ist
bei niedriger Temperatur, um die Gummizwischenschicht auszubilden,
führt zu
einem Auffüllen
der Kanäle
zwischen den Ringen in der Faltenbalgstruktur bis hinunter in die
Vertiefungen. Als Ergebnis ist die Haftungseigenschaft zwischen
dem metallischen Faltenbalgrohr und der Gummizwischenschicht hervorragend
und kein Verschieben tritt auf zwischen den Kontaktflächen beider
Schichten, was zu einer verbesserten Haltbarkeit des Schlauches
führt.
Das metallische Faltenbalgrohr hat eine bevorzugte Faltenbalgwellenstruktur,
bei welcher die Vielzahl der Ringe im Abstand voneinander angeordnet
sind, um Kanäle
zu bilden mit einer Breite eines jeden Kanals zwischen den Spitzen
der Ringe, welche klein ist, aber bei jedem Kanal eine große Vertiefung
in radialer Richtung formend. Da die Breite eines jeden zwischen
den Spitzen gebildeten Kanals klein ist, ist die Haltbarkeit, Elastizität, und Flexibilität des Schlauches
weiter verbessert.
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Außerdem wird, wenn eine faserverstärkten Schicht
aufgebracht wird zwischen einer Gummizwischenschicht und einer äußeren Schicht,
die Haltbarkeit eines Schlauches ebenfalls verbessert.
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Außerdem wird, wenn eine Verbindung
aus einer Resorcingruppe verwendet wird zusammen mit dem oben spezifizierten
Kautschuk, um die Gummizwischenschicht zu bilden, die Haftungseigenschaft
zwischen der Gummizwischenschicht und einem metallischen Faltenbalgrohr
an ihrer inneren Oberfläche
und zwischen der Gummizwischenschicht und einer faserverstärkten Schicht
an ihrer äußeren Oberfläche noch
weiter verbessert.
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1 zeigt
einen Querschnitt eines Teiles eines flexiblen Schlauches gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2 zeigt
eine bildliche Darstellung des Biegetestes zur Beurteilung der Haltbarkeit.
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Ein flexibler Schlauch gemäß der vorliegenden
Erfindung wie in 1 gezeigt
weist auf z.B, auf eine Gummizwischenschicht 2, welche
wie im Folgenden definiert aufgebracht wird auf die äußere Oberflächenschicht
eines metallischen Faltenbalgrohres 1, eine faserverstärkte Schicht 3,
welche aufgebracht wird auf die äußere Oberflächenschicht
der Schicht 2 und eine äußere Schicht 4,
welche aufgebracht wird auf die äußere Oberflächenschicht
der Schicht 3.
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Das metallische Faltenbalgrohr 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung besitzt eine gewellte Struktur, welche eine Vielzahl von
Ringen 5 aufweist, die an vorbestimmten Abständen aufgebracht
sind, wobei jeder Ring 5 eine Spitze 6 hat, welche
an der radialen Außenseite
eines jeden Ringes 5 aufgebracht ist und einen Kanal 7,
welcher jeweils einer nach dem anderen zwischen den Spitzen 6 ausgebildet
ist. Dies ist keine Spiralstruktur und die Kanäle besitzen keine spiralförmige Geometrie.
Stattdessen besitzt das metallische Faltenbalgrohr gemäß de vorliegenden
Erfindung eine Struktur mit getrennten und unabhängigen Kanälen.
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Die Struktur des metallischen Faltenbalgrohres 1 ist
so ausgebildet, dass die Breite (die Teilung) des Kanals 7,
gebildet zwischen den Spitzen 6 eines jeden Ringes 5,
eine enge Spitze 8 in jedem Kanal 7 und eine große Vertiefung 9 ergibt.
Die Zusammensetzung der Gummizwischenschicht ist fließfähig bei
niedriger Temperatur, um den Kanal 7 bis hinunter zur Vertiefung 9 aufzufüllen, was
zu einer verbesserten Haltbarkeit des Schlauches führt.
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Die Breite der Spitze 8 in
jedem Kanal 7 liegt vorzugsweise zwischen ca. 0,1 und ca.
1,0 mm und insbesondere vorzugsweise zwischen ca. 0,2 und ca. 0,8
mm.
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Das metallische Faltenbalgrohr 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung besitzt eine Faktenbalgstruktur, welche sich über zumindest
einen Teil der Länge
des metallischen Faltenbalgrohres erstreckt, ist aber nicht begrenzt
auf eine, bei welcher die Faltenbalgstruktur sich über die
gesamte Länge
des metallischen Faltenbalgrohres erstreckt.
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Das metallische Faltenbalgrohr 1 kann
eine Mischung aufweisen von z.B. Eisen, Eisenlegierungen (korrosionsbeständige Stähle wie
z.B. japanische SUS-Stähle
und ähnliches),
Aluminium, Aluminiumlegierungen und ähnliches. Von diesen sind SUS-Stähle bevorzugt,
wegen ihrer Flexibilität
und Korrosionsbeständigkeit.
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Die Dicke eines metallischen Faltenbalgrohres 1 liegt
typischerweise zwischen ca. 0,1 und ca. 1,5 mm und vorzugsweise
zwischen ca. 0,15 und ca. 1,0 mm.
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Die Gummizwischenschicht 2,
welche aufgebracht ist auf die Oberfläche des metallischen Faltenbalgrohres 1,
sollte aus einer Kautschukzusammensetzung sein, welche zumindest
einen Kautschuk aus einer Acrylgruppe und/oder einen Kautschuk (EPDM)
aus einer Ethylen-Propylen-Diengruppe aufweist und sollte fließfähig bei
niedriger Temperatur sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist die Zusammensetzung der Gummizwischenschicht, welche fließfähig ist
bei niedriger Temperatur, insbesondere bevorzugterweise eine Kautschukzusammensetzung, welche
eine Mooney Viskosität
(MV) von ca. 10 bis ca. 55 M hat, vorzugsweise zwischen ca. 15 bis
ca. 45 M, bei ca. 100 °C.
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Die Kautschukzusammensetzung weist
eine Acrylgruppe auf, welche vorzugsweise vulkanisiert durch die
Reaktion mit einem Peroxid. Vorzugsweise weist die Zwischengummischicht
ein Alkenacrylesterpolymer auf, welches Einheiten (a) oder (R) der
Zusammensetzung (I) oder (II) aufweist.
wobei
x zwischen ca. 29,9 und ca. 74,9, vorzugsweise zwischen ca. 34,7
und ca. 69,7, y zwischen ca. 25 und ca. 70, vorzugsweise zwischen
ca. 30 und ca. 65 und z zwischen ca. 0,3 und ca. 7 liegt. R ist
Wasserstoff oder eine Ethylgruppe. R' ist eine Alkylgruppe mit einer Kohlenstoffanzahl
zwischen ca. 1 und ca. 18.
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Bei der Einheit (α) ist eine Carboxylgruppe die
querverbindende Gruppe. Außerdem
ist bei der Einheit (β)
eine endständige
Epoxygruppe eine querverbindende Gruppe. Ein Ethylenacrylestercopolymer
mit dieser strukturellen Einheit (α) in seiner Molekularstruktur
ist z.B. VAMAC-G, hergestellt von Du Pont und ähnliches. Außerdem ist
ein Ethylacrylestercopolymer mit dieser strukturelle Einheit (β) in seiner
molekularen Struktur z.B. Denka ER, hergestellt von Denki Kagaku
Kogyo Kabushiki Kaisha und ähnliche.
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In der Kautschukzusammensetzung,
aus welcher die Gummizwischenschicht besteht, ist ein Alkenacrylester
vorzugsweise querverbunden mit einem EPDM, welches eine Jodzahl
von ca. 6 bis ca. 30 hat und einen Ethylenanteil von ca. 48 bis
ca. 70 Gew-%; eine Jodzahl von ca. 10 bis ca. 24 und ein Ethylenanteil
von ca. 50 bis ca. 65 Gew-% sind besonders bevorzugt.
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Ein Monomer (eine dritte Komponente)
aus einer Diengruppe, welches in diesem EPDM enthalten ist, hat
vorzugsweise eine Kohlenstoffanzahl von ca. 5 bis ca. 20, und beinhaltet,
z.B. 1,4-Pentadien, 1,4-Hexadien, 1,5-Hexadien, 2,5-Dimetyl-1,5-Hexadien, 1,4-Oktadien,
1,4-Cyclohexadien, Cyclooktadien, Dicyclopentadien (DCP), 5-Ethyliden-2-norbornen
(ENB), 5-Butyliden-2-norbornen,
2-Methacryl-5-norbornen, 2-Isopropyl-5-norbornen und ähnliche. Von diesen Monomeren
(dritte Komponen te) aus der Diengruppe wird Dicyclopentandien (DCP)
oder 5-Ethyliden-2-Norboren
(ENB) bevorzugt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Verbindung aus einer Resorcingruppe bevorzugt verwendet
zusammen mit mindestens einem Kautschuk aus einer Acrylgruppe und/oder
einem EPDM wie oben beschrieben. Insbesondere wird die Verwendung
einer Verbindung aus einer Resorcingruppe in Verbindung mit einem
speziellen Kautschuk bevorzugt, weil dies die adhäsiven Eigenschaften
verbessert, ohne die Notwenigkeit der Zugabe eines Haftvermittlers.
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Die gewählte Resorcingruppe ist nicht
wichtig und kann z.B. einschließen
ein modifiziertes Resorcin-Formaldehydharz, Resorcin, Resorcin-Formaldehydharz
(RF) und ähnliche,
welche einzeln oder in Verbindung von zwei oder mehreren verwendet
werden. Von diesen ist ein modifiziertes Resorcin-Formaldehydharz zur
Verwendung geeignet bezüglich
der Verdampfungseigenschaft, Hygroskopie und Verträglichkeit
mit einem Kautschuk.
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Das modifizierte Resorcin-Formaldehydharz
schließt
z.B. eines ein, welches die folgende Zusammensetzung (III), (IV),
und (V) hat. Von diesen ist die allgemeine Zusammensetzung (III)
besonders bevorzugt.
wobei
R eine Kohlenwasserstoffgruppe darstellt und n eine Zahl zwischen
0 und 3 ist.
wobei
R eine Kohlenwasserstoffgruppe darstellt und n eine Zahl zwischen
0 und 3 ist.
wobei
R eine Kohlenwasserstoffgruppe darstellt und n eine Zahl zwischen
0 und 3 ist.
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Das Mischungsverhältnis einer Verbindung aus
einer Resorcingruppe ist vorzugsweise ca. 0,1 bis ca. 10 Gewichtsanteile
(im Folgenden als "Teile" abgekürzt), insbesondere
sind bevorzugt ca. 0,5 bis ca. 5 Teile auf 100 Teile des oben spezifizierten
Kautschuks bezüglich
der adhäsiven
Eigenschaften und ähnlichem.
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Jedes Vulkanisiermittel für einen
Kautschuk aus einer Acrylgruppe und EPDM kann verwendet werden,
obwohl ein Vulkanisiermittel aus einer Peroxidgruppe bevorzugt wird.
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Das Vulkanisiermittel aus der Peroxidgruppe
beinhaltet z.B.: 2,4-Dichlorbenzoylperoxid, Benzoylperoxid, 1,1-Di-(trans- butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan,
2,5-Dimethyl-2,5-dibenzoylperoxyhexan,
N-Butyl-4,4'-di-(trans-butyl)peroxyvalerat,
Dicumylperoxid, trans-Butylperoxybenzoat, Di-(trans-butylperoxy)-diisopropylbenzol,
trans-Butylcumylperoxid,
2,5-Dimethyl-2,5-di-(trans-butylperoxy)hexan,
Di-trans-butylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(trans-butylperoxy)hexyn-3 und ähnliche,
welche einzeln oder in Verbindung von zwei oder mehreren verwendet
werden. Von diesen ist Di-(trans-butylperoxy)-diisopropylbenzol
bevorzugt.
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Das Mischverhältnis für ein Vulkanisiermittel aus
einer Peroxidgruppe liegt vorzugsweise bei ca. 1,5 bis ca. 20 Teile
auf 100 Teile des oben spezifizierten Kautschuks. Insbesondere führen weniger
als 1,5 Teile des Vulkanisiermittels zu einer geringen Stärke des
Schlauches wegen unzureichender Querverbindung. Ruf der anderen
Seite, mehr als 20 Teile davon neigen dazu, dem Schlauch eine niedrige
Flexibilität
zu verleihen wegen zu großer
Härte.
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Die Gummizwischenschicht 2 kann
auch das Folgende aufweisen: Verstärkendes Material, Weichmacheröl, Weichmacher,
Antioxidationsmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Vulkanisationsbeschleuniger,
Aktivatoren für
die Beschleuniger, weiße
Füllstoffe,
reaktive Monomere, Blähmittel
und ähnliche,
welche in angebrachter Weise zusammen mit dem spezifizierten Kautschuk
verwendet werden.
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Das verstärkende Material kann z.B. aufweisen
Ruß, Siliziumdioxid
("white carbon")und ähnliches.
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Die Weichmacher beinhalten z.B. einen
Weichmacher aus einer Phthalatgruppe wie Dioktylphthalat (DOP),
Dibutylphthalat (DBP) und ähnliches,
einen Weichmacher aus einer Adipatgruppe wie Dibutylcarbitoladipat,
Dioctyladipat (DOA) und ähnliches,
einen Weichmacher aus einer Sebakatgruppe wie Dioktylsebacat (DOS),
Dibutylsebacat (DBS) und ähnliches.
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Das Antioxidationsmittel beinhaltet
z.B. ein Antioxidationsmittel aus einer Carbamatgruppe (im Folgenden "Typ" genannt), ein Antioxidationsmittel
vom Typ Phenylendiamin, ein Antioxidationsmittel vom Typ Phenol,
ein Antioxidationsmittel vom Typ Diphenylamin, ein Antioxidationsmittel
vom Typ Quinolin, Wachse und ähnliches.
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Der Verarbeitungshilfsstoff weist
auf z.B. Stearinsäuren,
Ester von Fettsäuren,
Amide von Fettsäuren, Kunstharze
("hydrocarbon resin") und ähnliches.
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Die Vulkanisationsbeschleuniger weisen
auf z.B. einen Beschleuniger aus der Tiazolgruppe und ähnliches.
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Die Aktivatoren der Vulkanisationsbeschleuniger
weisen z.B. auf Zinkoxid, aktiviertes Zinkoxid, Magnesiumoxid und ähnliches.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist die Gummizwischenschicht 2 vorzugsweise bedeckt von
einem verstärkenden
Faden, um die faserverstärkte
Schicht 3 zu bilden. Die Schicht 3 kann z.B. aufweisen
einen Aramidfaden (aromatisches Polyamid), einen Nylonfaden (Polyamid)
wie z.B. Nylon 6, Nylon 66 und ähnliches, einen
Rayonfaden, einen Polyethylenterephthalatfaden (PET), gewickelt
als Faser oder als Zopf, welcher einzeln oder in Verbindung von
zwei oder mehreren verwendet wird. Von die sen wird ein Aramidfaden
und Faser passenderweise verwendet, wegen ihrer hervorragenden thermischen
Beständigkeit.
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Die Methode des Webens der obigen
verstärkenden
Fäden,
um die faserverstärkte
Schicht 3 zu bilden, ist nicht wichtig für diese
Erfindung und kann einschließen
z.B. Rundweben, konventionelles Weben ("plate weaving") und ähnliches.
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Die Zusammensetzung der äußeren Lage 4,
welche an der äußeren Oberfläche. der
faserverstärkten Schicht 3 aufgebracht
ist, ist nicht wichtig und kann z.B. aufweisen EPDM, Chloroprenkautschuk
(CR), Butylkautschuk (IIR), halogenierten Butylkautschuk (Cl-IIR,
Br-IIR), chlorinierten Polyethylenkautschuk (CPE), Isoprenkautschuk
(IR), Urethankautschuk, Epichlorhydrinkautschuk (ECO), Acrylkautschuk
und ähnliche,
welche einzeln oder in Verbindung von zwei oder mehreren verwendet
werden.
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Die äußere Schicht 4 kann
des Weiteren aufweisen Verarbeitungshilfsstoffe, Antioxidationsmittel,
verstärkendes
Material, Weichmacheröl,
Weichmacher, Vulkanisiermittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Aktivatoren
für den
Beschleuniger und Füllstoffe
und ähnliches.
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Die Vulkanisiermittel können z.B.
aufweisen eine Schwefelverbindung wie z.B. Schwefel, Morpholin, Disulfid
und ähnliches,
organische Peroxide, Ethylenthioharnstoff und ähnliches.
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Die Verzögerer schließen ein
z.B. N-(Cyclohexylthio)-phthalimid
und ähnliches.
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Die Füllstoffe schließen ein
z.B. Kalziumkarbonat, Magnesiumkarbonat, Ton, Talk und ähnliches.
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Ein flexibler Schlauch gemäß 1 kann z.B. hergestellt
werden auf die folgende Art und Weise. Zu erst wird ein metallisches
Faltenbalgrohr 1 gebildet mit einer Faltenbalgstruktur
wie hier beschrieben, dann wird ein Spanndorn ("mandrel") eingeführt in das Innere des metallischen
Faltenbalgrohres 1. Als zweites wird das Rohmaterial für die Gummizwischenschicht 2,
welches bei niedriger Temperatur fließfähig ist, vorbereitet durch
Mischen der speziellen Gummimischung (Kautschuk aus einer Acrylgruppe
oder EPDM) mit einer Verbindung aus einer Resorcingruppe, einem
Vulkanisiermittel aus einer Peroxidgruppe und ähnlichem. Nachdem die Materialien
für die
Gummizwischenschicht 2 auf ca. 100 °C erwärmt worden sind, um die Fließfähigkeit
zu erhöhen,
wird ein Strangpressen, eine Pressformerei oder ein Spritzguss ausgeführt an der
Oberfläche
des obigen metallischen Faltenbalgrohres 1. Ein verstärkender
Faden wird dann spiralförmig
gewickelt um die äußere Oberfläche der
derart verpressten Gummizwischenschicht 2, um die faserverstärkte Schicht 3 zu
bilden. Als nächstens
wird ein Strangpressen ausgeführt
an der äußeren Oberfläche der
faserverstärkten
Schicht 3, unter Verwendung von Materialien, um die äußerer Schicht 4 zu
bilden. Nach vollständiger
Vulkanisierung des Kautschuks durch Erhitzen auf ca. 160 °C wird der
Spanndorn entfernt, um einen flexiblen Schlauch zu bilden, welcher
aufweist die Zwischengummischicht 2, welche auf der äußeren Oberfläche des
metallischen Faltenbalgrohres 1 aufgebracht ist, die verstärkende Zwischenschicht 3,
welche auf der äußeren Oberfläche der Schicht 2 aufgebracht
ist und die äußere Schicht 4,
welche auf der äußeren Oberfläche der
Schicht 3 aufgebracht ist. In der oben beschriebenen Weise
wird der Kanal 7 des metallischen Faltenbalgrohres 1 mit
ausreichend Material der Gummizwischenschicht 2 bis hinunter
in die Vertiefungen 9 gefüllt.
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Die Größe des so erhaltenen flexiblen
Schlauches ist nicht limitiert auf eine bestimmte Länge, und
sein Innendurchmesser liegt typischer Weise zwischen ca. 5 und ca.
25 mm. Außerdem
ist die Dicke einer jeden – den
Schlauch aufbauenden – Schicht
nicht limitiert auf einen speziellen Wert, solange die gewünschte Funktion
einer jeden Schicht in ausreichendem Maße erreicht wird. Zum Beispiel
liegt die Dicke der Gummizwischenschicht 2 typischerweise
zwischen ca. 0,1 und ca. 4 mm und die der äußeren Schicht 4 typischerweise
zwischen ca. 0,8 und ca. 4 mm. Unter der Dicke der Gummizwischenschicht 2 wird
verstanden die Dicke von einem Spitzen Ende einer Spitze 6 des
metallischen Faltenbalgrohres 1 bis hin zur faserverstärkten Schicht 3, und
schließt
nicht ein die Dicke des gummigefüllten
Kanals 7 zwischen den Spitzen 6.
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Der flexible Schlauch gemäß der vorliegenden
Erfindung ist nicht beschränkt
auf die Struktur wie in 1 gezeigt.
Zum Beispiel kann eine andere Gummischicht ebenfalls ausgebildet
sein zwischen der Gummizwischenschicht 2 und der äußeren Schicht 4 oder
die äußere Schicht 4 kann
weggelassen werden.
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Ein flexibler Schlauch gemäß der vorliegenden
Erfindung kann verwendet werden als Brenngasschlauch für ein Auto,
als Luftschlauch, als Klimaanlagenschlauch, als Schlauch für ein brennstoffzellengetriebenes
Gefährt
(Schlauch für
Methanol, Schlauch für
Wasserstoff) und ähnliches,
wegen seiner hervorragenden niedrigen Permeabilität.
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Die Erfindung ist des Weiteren beschrieben
in den folgenden Beispielen, welche nur der Erläuterung dienen und welche nicht
einschränkend
sind.
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Beispiel 1
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Herstellung der Materialien
für die
Gummizwischenschicht
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Ca. einhundert Teile eines Ethylenacrylesters
(VAMAC-C, hergestellt von DuPont, Viskosität (MV): ca. 15 bei ca. 100°C), mit der
oben genannten strukturellen Einheit (a) in der Molekularstruktur
als ein Kautschuk aus einer Acrylgruppe, ca. 1 Teil Stearinsäure (Lunac
S30, hergestellt von Kao Corporation) als Verarbeitungshilfsmittel,
ca. 0,5 Teile eines Verarbeitungshilfsmittels (Armeen18D, hergestellt
von Lion-Akuzo Co., Ltd.), ca. 2 Teile eines Verarbeitungshilfsmittels
(Phosphanol RL210, hergestellt von Toyo Chemical Co., Ltd.), ca.
40 Teile Ruß (Seast
SO, hergestellt von Tokai Carbon Co., Ltd.), ca. 1 Teil einer Verbindung
aus einer Resorcingruppe (Sumikanol 620, hergestellt von Sumitmo
Chemical Co., Ltd), und ca. 2 Teile eines Antioxidationsmittels
(Nowguard 445 {Handelsname, Phonetische Übersetzung} hergestellt von
Uniroyal K.K.) wurden gemischt in einem Banbary-Mixer. Zu dieser
Mischung wurden hinzugegeben ca. 0,77 Teile von einem Melaminharz
(Sumikanol 507A, hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.), ca.
4,2 Teile eines Vulkanisiermittels aus der Peroxidgruppe (Peroximon
F-40, hergestellt von NOF Corporation) und ca. 1 Teil eines reaktiven
Polymers (TAIC, hergestellt von Nippon Kasei Chemical). Die resultierende
Mischung wurde gemischt mittels einer Walze, um so die Materialien
zu ergeben, welche verwendet wurden für die Gummizwischenschicht,
welche eine Viskosität
(MV) von ca. 35 bei ca. 100°C
hatte.
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Herstellung der Materialen
für die äußere Schicht
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Ca. einhundert Teile von EPDM (Esprene
501A, hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.), ca. 1 Teil Stearinsäure (Lunac
530, hergestellt von Kao Corporation) als Verarbeitungshilfsmittel,
ca. 3 Teile Zinkoxid (2 Arten von Zinkoxid, hergestellt
von Mitui Metal Mining Co., Ltd.) als Vulkanisationsbeschleuniger,
ca. 100 Teile Ruß (Seast
SO, hergestellt von Tokai Carbon Co., Ltd.), und ca. 60 Teile eines
Weichmacheröls
(Diana Prozess Oil PW-380, hergestellt von Idemitsu Kosan Co., Ltd.)
wurden gemischt in einem Banbary-Mixer. Zu dieser Mischung wurden
hinzugegeben ca. 0,75 Teile Tetramethylthiuram (Sancerar TT {Handelsname}
hergestellt von Sanshin Chemical Co., Ltd.) als Vulkanisationsbeschleuniger,
ca. 0,75 Teile Zinkdimetylthiocarbamat (Sanserar PZ {Handelsname},
hergestellt von Sanshin Chemical Co., Ltd.), ca. 0,5 Teile Mercaptobenzothiazol(Sanserar
M {Handelsname}, hergestellt von Sanshin Chemical Co., Ltd.) und
ca. 1,5 Teile Schwefel als Vulkanisiermittel. Die resultierende
Mischung wurde mittels einer Walze gemischt, um das Material zu
ergeben, welches für
die äußere Schicht
verwendet wurde.
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Herstellung
des flexiblen Schlauches
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Zuerst wurde ein metallischen Faltenbalgrohr
mit oben beschriebener Faltenbalgstruktur gebildet, und ein Spanndorn
wurde eingeführt
in das Innere des metallischen Spitzebalgrohres. Als zweites wurde
die – wie oben
beschrieben hergestellte – Gummizwischenschicht
auf 100°C
erhitzt, um die Fließfähigkeit
zu erhöhen und
ein Strangpressen wurde ausgeführt
an der Oberfläche
des metallischen Faltenbalgrohres, unter Verwendung der Gummimischung.
Dann wurde ein verstärkender
Faden (Aramidfaden) gewickelt um die äußere Oberfläche der verpressten Gummizwischenschicht,
um eine faserverstärkte
Schicht zu bilden.
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Als nächstes wurde ein Strangpressen
ausgeführt
an der äußeren Oberfläche der
faserverstärkten Schicht,
unter Verwendung der obenstehenden Materialien für die äußere Schicht. Nach vollständiger Vulkanisierung
des Kautschuks durch Erhitzen auf ca. 160 °C für ca. 45 Minuten wurde der
Spanndorn aus dem metallischen Faltenbalgrohr herausgezogen, um
so einen flexiblen Schlauch (mit z.B. einem Innendurchmesser von
ca. 6 mm) zu ergeben, welcher aufweist die Gummizwischenschicht,
aufgebracht auf die äußere Fläche des
metallischen Faltenbalgrohres, die faserverstärkte Schicht, aufgebracht auf
die äußere Fläche der Gummizwischenschicht
und die äußere Schicht,
aufgebracht auf die äußere Schicht
der faserverstärkten Schicht.
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Beispiel 2
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Herstellung des Materials
für die
Gummizwischenschicht
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Ca. 100 Teile EPDM (Esprene 5754,
hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd., Viskosität (MV):
ca. 30 bei ca. 100°C),
ein Teil eines modifizierten Resorcin-Formaldehyds gemäß der oben
genannten allgemeinen Formel (1) (Sumikanol 620, hergestellt von
Sumitomo Chemical Co., Ltd.), als eine Verbindung aus der Resorcingruppe,
ca. 5 Teile eines Epoxidharzes vom Bisphenol-A-Typ (Epikote 828,
hergestellt von Yuka-Shell Epoxy K.K.) als ein Epoxidharz, 1ca.
00 Teile Ruß (Seast
SO, hergestellt von Tokai Carbon K.K.) und ca. 60 Teile eines Weichmacheröls (Diana
Process Oil PW380, hergestellt von Idemitsu Kosan Co., Ltd.) wurden
gemischt in einem Banbary-Mixer. Zu dieser Mischung wurden hinzugefügt ca. 4,2
Teile Di-trans-butylperoxydiisopropylbenzol
(Permoximon F-40, hergestellt von NOF Corporation) als Vulkanisierungsmittel
aus einer Peroxidgruppe, ca. 1 Teil eines reaktiven Monomers (Hi-Cross
ED-P, hergestellt von Seiko Chemical Co., Ltd.) und ca. 0,77 Teile
eines methylierten Formaldehydmelaminpolymers (Sumikanol 507A, hergestellt
von Sumitomo Chemical Co., Ltd.) als ein Melaminharz. Die resultierende
Mischung wurde gemischt mittels einer Walze, um so die Materialien
zu ergeben, welche verwendet wurden für die Gummizwischenschicht,
welche eine Viskosität
(MV) von ca. 38 bei ca. 100°C
hatte.
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Herstellung
des flexiblen Schlauchs
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Ein flexibler Schlauch wurde hergestellt
in gleicher Weise – bis
auf die Verwendung des obenstehenden Materials für die Gummizwischenschicht – wie beschrieben
in der Ausführungsform
1.
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Vergleich
mit der Referenz
-
Für
den Vergleich in Tabelle 1 wurde eine Gummizwischenschicht verwendet,
welche aufweist Silikonkautschuk (SE1187U, hergestellt von Toray-Dow-Corning
Silicon) mit einer Viskosität
(MV) von ca. 25 bei ca. 100°C.
Ein flexibler Schlauch wurde ansonsten hergestellt in gleicher Weise
wie im Beispiel 1 beschrieben, bis auf die Verwendung dieses Silikonkautschuks.
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Eine Beurteilung der Eigenschaft
des Schlauches der bevorzugten Ausführungsform, relativ zu einem Referenzschlauch
mit einer Silikonkautschukzwischenschicht 2, wurde ausgeführt gemäß den folgenden "adhäsive Eigenschaft" und "Haltbarkeit" Standards. Diese
Ergebnisse sind gezeigt in der untenstehenden Tabelle 1.
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Adhäsionseigenschaft
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Die aus mehreren Schichten bestehende
Struktur mit einer Gummizwischenschicht und einer faserverstärkten Schicht,
wurde abgeschnitten von jedem Schlauch, welcher befestigt war an
einer Zugprüfmaschine
(JIS B 7721). Die Adhäsionskraft
(kg/25 mm) wurde gemessen durch Abziehen der faserverstärkten Schicht mit
einer Geschwindigkeit von 50 mm/min, während die Gummiseite festgehalten
wurde. Außerdem
wurde die Trennung der faserverstärkten Schicht von der Gummischicht
visuell beobachtet während
des Zugtests. Die Trennung wurde beurteilt mit "0",
wenn die Gummischicht gebrochen war und wurde beurteilt mit "X", wenn die Kontaktflächen von faserverstärkter Schicht
und Gummischicht getrennt worden waren.
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Haltbarkeit
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Die Beurteilung der Haltbarkeit eines
jeden Schlauches wurde durchgeführt
mittels eines Biegetests. Insbesondere, wie in 2 gezeigt, wurde ein Ende 12 eines
Schlauches 11 mit einer Testlänge (Schlauchlänge) von
300mm fixiert, und ein Biegetest wurde durchgeführt für 100 Stunden, unter der Bedingung
eine Auslenkung von +– 5mm,
einem Druck von 3,5 MPa und einer Testtemperatur von 130°C. Die Haltbarkeit
wurde beurteilt mit "0", wenn der Testschlauch
keinen Bruch aufwies und mit "X", wenn der Testschlauch
gebrochen war.
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Die obenstehenden Ergebnisse zeigen,
dass die Schläuche
gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht nur hervorragende adhäsive Eigenschaften zwischen
der Gummizwischenschicht und der faserverstärkten Schicht haben, sondern
auch hervorragende Haltbarkeit besitzen, weil keine Verschiebung
auftritt zwischen den Kontaktflächen
des metallischen Faltenbalgrohres und der Gummizwischenschicht.
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Auf der anderen Seite zeigt der Referenzschlauch
in Tabelle 1 keine zufriedenstellenden adhäsiven Eigenschaften zwischen
der Gummizwischenschicht und der faserverstärkten Schicht, wegen der schwachen Adhäsionskraft
des Silikonkautschuks. Außerdem
nimmt man an, da Silikonkautschuk schlechte Fließeigenschaften und niedrige
Adhäsion
zum metallischen Falkenbalgrohr besitzt, dass eine Verschiebung
verursacht wird zwischen den Kontaktflächen beider Schichten, welche
in einer niedrigen Haltbarkeit resultiert.
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- 1
- metallisches
Faltenbalgrohr
- 2
- Gummizwischenschicht
- 3
- faserverstärkte Schicht
- 4
- äußere Gummischicht
- 5
- Ring
- 6
- Spitze
- 7
- Kanal
- 8
- Spitze
- 9
- Vertiefung
wobei R eine Kohlenwasserstoffgruppe darstellt und n eine Zahl zwischen 0 und 3 ist.
wobei R eine Kohlenwasserstoffgruppe darstellt und n eine Zahl zwischen 0 und 3 ist.
