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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen flexiblen Schlauch zur Verwendung
als Benzinschlauch, Luftschlauch, Klimaanlagenschlauch, oder einen
Schlauch für
ein brennstoffzellengetriebenes 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
und die Vielzahl der Kanäle – angeordnet
zwischen den Ringen – in
der Breite in radialer Richtung variieren, wobei die Breite eines
jeden Kanals zwischen den Spitzen geringer ist als die Breite in
jeder Vertiefung unterhalb der Spitzen.
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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 Faltenbalgstruktur, 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, ist aus einer Kautschukzusammensetzung,
welche zumindest einen Kautschuk aus einer Acrylgruppe und/oder
einen Kautschuk (EPDM) aus einer Ethylen-Propylen-Diengruppe aufweist
und ist fließfähig bei niedriger
Temperatur.
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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 (α)
oder (β)
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. Auf 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 (C1-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 (α) in der Molekularstruktur als
ein Kautschuk aus einer Acrylgruppe, ca. 1 Teil Stearinsäure (Lunac
530, 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 S30, 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, ca. 100
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.
-
Herstellung des flexiblen
Schlauchs
-
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.
-
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.
-
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 300 mm fixiert, und ein Biegetest wurde durchgeführt für 100 Stunden,
unter der Bedingung eine Auslenkung von +- 5 mm, 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. Tabelle
1
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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.
-
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