DE1694881B2

DE1694881B2 -

Info

Publication number: DE1694881B2
Application number: DE1694881A
Authority: DE
Inventors: Albert Elmhurst Mavromatis; Steve New York Sedlak
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-04-20
Filing date: 1966-03-03
Publication date: 1975-02-20
Also published as: GB1072206A; DE1694881C3; SE346500B; NL6605206A; US3515625A; CH446706A; NL150715B; DE1694881A1

Description

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Werkstoff, bestehend aus einem zusammenhängenden, unverschäumten, elastomeren Grundmaterial, enthaltend einen hohen Anteil an FüHstoffmaterial in Form von starren Füllstoffteilchen. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung dieses Werkstoffes sowie seine Verwendung.

Im allgemeinen werden einem Kunststoff-Grundmaterial Füllstoffe zugesetzt, um dem sich ergebenden zusammengesetzten Material gewünschte Eigenschaften zu verleihen. Beispielsweise wird häufig Ruß als Verstärkungsfüllstoff zugesetzt, um die Festigkeit und Härte von Gummi zu verbessern. Ferner werden Pigmente zugesetzt, um dem Werkstoff eine bestimmte Tönung oder Färbung zu verleihen. Aktinische Abschirmfüllstoffe werden zugeschlagen, um Strahlungen fernzuhalten, die, wie beispielsweise UV-Strahlung, für das Grundmaterial schädlich sein können. Es werden auch einem Grundmaterial inerte Ersatz- oder Verdünnungsfüllstoffe zugesetzt, damit auf diese Weise die Hauptmasse gestreckt und die Kosten des fertigen Gegenstandes erniedrigt werden. Man kann ferner das spezifische Gewicht eines Materials ändern, indem man einen Füllstoff mit höherem oder niedrigerem spezifischen Gewicht zugibt, und man kann einen Strahlenschutzwerkstoff erzielen, indem man dem Material strahlenabsorbierende Füllstoffe, wie Blei oder Wolfram, zusetzt.

In der französischen Patentschrift 999 410 werden verbesserte Schaumstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben, wobei vor oder während des Arbeitsvorganges feste Füllstoffteilchen in die Masse inkorporiert werden. In einem derartigen Schaumgefüge ist es nun unmöglich, daß alle Hohlräume ein Füllstoffteilchen enthalten, da es sich hier eindeutig um eine verschiedenartige Bildung von Hohlräumen handelt. Einmal werden zwar durch eingebrachte Füllstoffteilchen von diesen ausgefüllte Hohlräume erzeugt, und zum anderen werden daneben beim Schäumen der Grundmasse weitere Hohlräume erzeugt. Es handelt sich bei diesen Schaumstoffmassen der französischen Patentschrift eindeutig um solche, bei denen nicht jeder Hohlraum ein Füllstoffteilchen enthält. Die deutsche Offenlegungsschrift 14 84 350 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines zellularen, elastomeren Stoffes, wobei man einen flüssigen elastomeren Stoff mit »zerreibbaren, verschmolzenen, tönernen Hohlkugeln« mischt die Masse verfestigt und das Gefüge zusammenpreßt, »so daß die Kugeln zerrieben werden und der verschmolzene Ton pulverisiert wird«.

Abgesehen davon, daß die verwendeten Füllstoffteilchen auf solche von ganz spezifischer Art beschränkt sind, ergibt sich durch das Zusammenpressen

Λ uerugw», wobei die Kugeln pulverisiert werden, fareifelsohne auch noch ein Einpressen der pulveri- ^^ ι Tonkugelteilchen in die Grundmasse, so daß " hen keinesfalls mehr haftfrei in den Poren

sein können, sondern inhomogen verteilt _lundmasse eingebettet vorliege»*. *'- WeDD man nun zu einem flexiblen Material oder

- einem elastischen Polymerisationsprodukt einen *ns starren Teilchen bestehenden Füllstoff zusetzt, !!«j die Flexibilität des zusammengesetzten Werk-Ses beträchtlich herabgesetzt. Je höher der Füllftoff-Anteü ist, desto niedriger ist die Flexibilität des

- «ferjtstoffes. Hochbeschwerte Materialien neigen deshalb dazu, härter und starrer zu sein als das gleiche, wt^geringfügig oder überhaupt nicht mit starrem Füllstoff beschwert«" Grundmaterial. Darüber hinaus wfod die Festigkeit des zusammengesetzten Werk-

', ItQg₆S bei dem Versuch, die Flexibilität und Weich-I IrL gjnes zusammengesetzten Werkstoffes oei zuneh-•eender Beschwerung durch Änderung der Zusam- »o mensetzung des Grundmaterials aufrechtzuerhalten, derart herabgesetzt, daß der zusammengesetzte Werkstoff bei der Handhabung seinen Zusammenhalt verliert und dies sogar bei verhältnismäßig geringem Füllstoff anteil. Infolgedessen war es bisher nicht mög- «eh bei einem flexiblen zusammengesetzten Werkstoff einen hohen Füllstoffanteil unter Aufrechterhaltung der ursprünglichen Flexibilität und Weichheit des Materials vorzusehen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen neuen und verbesserten, zusammengesetzten, flexiblen Werkstoff auf Basis eines elastomeren Grundmaterials, enthaltend einen hohen Anteil an Füllstoffmaterial in Form von starren Füllstoffteilchen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, bei dem die vorerwähnten Nachteile vermieden sind. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist ein flexibler Werkstoff, der dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem elastomeren Grundmaterial 11 jedes der starren Füllstoffteilchen 13 im Innern einer geschlossenen Pore 12 von einem etwas größeren Volumen als das des Füllstoffteilchens unter Ausbildung eines Zwischenraumes zwischen Porenwandung und der Oberfläche des Füllstoffteilchens in im wesentlichen nicht an den Innenwänden der Pore haftenden Zustand eingelagert ist und in dem elastomeren Grundmaterial außer den Füllstoffteilchen enthaltenden Poren im wesentlichen keine anderen Poren vorhanden sind.

Um sicherzustellen, daß der Werkstoff bis zu einem maximal möglichen Betrag ohne Herabsetzung seiner Flexibilität oder Weichheit oder ohne Schwächung seiner Grundstruktur beschwert ist, enthalten im wesentlichen alle inneren Poren im Grundmaterial Teilchen des starren Füllstoffes, und zwar beträgt das Volumen jedes eingeschlossenen Füllstoffteilchens mindestens etwa 5O°/o, und insbesondere bevorzugt mindestens etwa 85 Vo des Volumens der das Teilchen enthaltenden Pore 12.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzen die Füllslofiteilchcii 13 eine Größe von 2 bis 1000 Mikron.

Weiterhin wird erfindungsgemäß bevorzugt, daß der Volumenanteil der Füllstoffteilchen zumindest 40% beträgt. ⁶S

Der erfindungsgemäße Werkstoff wird nun durch ein Verfahren erhalten, bei welchem man einem uneehärteten. elastomeren Grundmaterial einen hohen Anteil an festem Füllstoff in Foim kleiner Teilchen mit Oberflächen, welche die Ausbildung von festen Bindungen mit dem Grundmaterial verhindern, zusetzt, das Grundmaterial mit den Teilchen bis zur Erzielung einer gleichförmigen Dispersion der FuIlstofiteilchen mischt und das Grundmaterial aushärtet. Bevorzugt wird so vorgegangen, daß die Mischling aus dem ungehärteten Grundmaterial und den FuIlstoffteilchen vor dem Aushärten des Grundmaterial bei Unterdruck zur Entfernung von eingeschlossenen Gas- oder Luftblasen gerührt wird.

Weiterhin wird es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, daß der Werkstoff nach dem Aushärten des Grundmaterials derart bearbeitet wird, daß jegliche Bindungen aufgebrochen werden, die sich zwischen den Füllstoffteilchen und dem Grundmaterial gebildet haben.

Die Erfindung wird nun nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es bedeutet

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen gemäß Erfindung hergestellten, zusammengesetzten, flexiblen Werkstoff, welcher in Folienform vorliegt,

F i g. 2 einen Teilquerschnitt in stark vergrößertem Maßstab, der die innere Struktur des in F i g. 1 gezeigten Wemstoffes veranschaulicht,

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich wie in Fig. 2, der die innere Struktur des Werkstoffes nach dem Recken zeigt,

Fig. 4 ein Diagramm, in dem bestimmte Eigenschaften verschiedener Arten des zusammengesetzten flexiblen Werkstoffes gemäß Erfindung dagestellt sind, Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 1, m dem ein zusammengesetzter, flexibler Werkstoff dargestellt ist, der mit die Dehnung des Werkstoffes begrenzenden Schichten versehen ist,

F i g. 6 eine weitere Ausführungsform des zusammengesetzten flexiblen Werkstoffes im Schnitt, welcher eine, die Dehnung des Materials begrenzende Schicht einschließt, und

F i g 7 eine weitere Ausführungsform eines zusammengesetzten flexiblen Werkstoffes gtmäß Erfindung, welcher mit Oberflächenbeschichtungen versehen ist. Der in den Fig. 1 bis 3 gezeigte, typische flexible Werkstoff gemäß Erfindung liegt als flexible Folie 10 vor die eine zusammenhängende Schicht aus einem elastomeren Grundmaterial 11 (elastisches Polymensationsprodukt) umfaßt, welches mit einer großen Anzahl von Innenporen 12 versehen ist. Diese Poren tragen zur Flexibilität und Weichheit der elastomeren Folie 10 in gleicher Weise wie die Poren bei geschäumten oder geblasenen flexiblen Materialien bei. Wie am besten aus der stark vergrößerten Ansicht von Fig 2 zu ersehen ist, enthält jedoch jede Pore in dem Grundmaterial 11 gemäß Erfindung ein FuIlstoffteilchen 13 aus einem starren Stoff, das den Innenraum der Pore nahezu vollständig ausfüllt. Darüber hinaus besteht keine Haftung zwischen den hullstoffteilchen 13 und den benachbarten Innenwanden der Poren 12, was durch den schmalen Zwischenspalt 14 veranschaulicht ist. Demzufolge wird durch die Anwesenheit der Teilchen 13 im Inneren der einzelnen Pore eine Verformung des Grundmaterial!!, z. B. durch Recken (wie in F i g. 3 gezeigt), nicht behindert. In Fig 3 ist das Grundmaterial 11 durch Recken in durch die Pfeile angezeigten, entgegengesetzten Richtungen gereckt, und die Poren 12 !anglich verformt, ohne daß diese Verformung durch die eingeschlossenen Teilchen 13 gestört wird. Daher bleiben

die Eigenflexibilität und -Weichheit des zellularen Für Folien aus einem derartigen Werkstoff von einer f V Grundmaterials des erfindungsgemäßen Werkstoffes Dicke in der Größenordnung von 0,1 bis 10 mm \ rr im wesentlichen erhalten, obwohl alle Poren 12 mit haben sich Teilchengrößen von 2 bis 1000 Mikron | u starren Füllstoffteilchen 13 gefüllt sind. In diesem als besonders vorteilhaft erwiesen. Es können aber | ζ Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die 5 auch kleinere oder größere Teilchen verwendet wer- I a Größe des Spaltes 14 zwischen einem Teilchen und den. Wenn auch glatte, kugelige Teilchen, wie sie in i I der umgebenden Porenwand davon abhängt, in wel- den F i g. 2 und 3 gezeigt werden, eine maximale J c chem Maße die Poren 12 beim Aushärten und bei Packungsdichte zulassen, so können die beim Werkeiner ersten Verformung des Grundmaterials vergrö- stoff gemäß Erfindung verwendeten Teilchen auch ßert werden. Wenn auch im allgemeinen das Volumen io jede andere, beliebige Form und Oberflächeneigeneines jeden Teilchens 13 vorzugsweise etwa 85 bis schäften besitzen, sofern diese Teilchen nur nicht-100% des Porenvolumens beträgt, so werden die haftend im Grundmaterial eingebettet vorliegen. Da Vorteile der Erfindung auch noch bis zu Volumen- die Struktur des Werkstoffes in einem gewissen Umwerten bis herab zu etwa 50% erreicht, fang von der Größe und der Gleichförmigkeit der

Als Füllstoff kann jede Substanz verwendet werden, 15 Füllstoffteilchen abhängt, kann folglich die Struktur | die in zerkleinerter Form, z. B. in Form von Pulver, durch geeignete Wahl der Füllstoffteilchen beeinflußt J Kristallen, Perlen, Feingranulat, Kügelchen usw. er- werden. j hältlich ist. Die Füllstoffteilchen werden im wesent- Um die haftfreie Einlagerung der Füllstoffteilchen \ liehen gleichförmig im Grundmaterial 11 bis zum in die Poren des Grundmaterials sicherzustellen, kön- | maximal möglichen Volumenanteil im erfindungsge- 20 nen bestimmte Arten von Teilchen mit einem Übermäßen Werkstoff dispergiert. Da die spezielle Eigen- zug versehen werden, der eine nichthaftende Ober- \ schaft des Füllstoffes entsprechend dem Anteil des fläche oder eine solche Oberfläche erbringt, deren \ Füllstoffes auf den Werkstoff übertragen wird, ist es Haftbindung schwächer als die Festigkeit des Grund- | gewöhnlich wichtig, einen Werkstoff mit einem materials ist. Für bestimmte metallische Pulver, z. B. [ höchstmöglichen Anteil an Füllstoff zu schaffen. Für 25 Kupfer, reicht ein dünner, durch Vorerhitzen der \ die hexagonale Kugelpackung von Kugeln mit glei- Kupferteilchen in Luft erzeugter Oxydüberzug aus, chem Durchmesser beträgt das theoretisch mögliche um die Bindungsfestigkeit so weit herabzusetzen, daß ] Maximum des Volumenanteils der Kugeln 74,2%. In eine haftfreie Einlagerung möglich ist. In anderen ] der Praxis liegt jedoch der Volumenanteil des Füll- Fällen können die Teilchen mit einer stark weichstoffes im Werkstoff wegen der statistischen Packung 30 gemachten Schicht des Grundmaterials selbst oder ; der Teilchen und der unregelmäßigen Größen- und mit einer Schicht aus einem anderen elastomeren Ma- i Formverteilung der Teilchen als auch der Spalte 14 terial mit niedriger Bindungsfestigkeit überzogen werzwischen Teilchen und Poren niedriger. Bei dem den. Darüber hinaus kann die Bindungsfestigkeit ; typischen, in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Ausführungs- zwischen dem Grundmaterial und den Teilchen dabeispiel beträgt der Volumenanteil des Füllstoffes 35 durch herabgesetzt werden, daß man Teilchen größe- '-. etwa 50%. Im allgemeinen ist der gemäß der Erfin- rer Abmessungen verwendet, so daß die Gesamtoberdung erreichbare Volumenanteil des Füllstoffes größer fläche der Füllstoff! c liehen, die mit dem Grundmate- \ als 40%. rial 'ⁿ Berührung steht, je Volumeneinheit des Werk-

Der Füllstoff wird entsprechend der besonderen stoffes verringert ist. Andererseits sind bestimmte Eigenschaft ausgewählt, die dem Werkstoff verliehen 40 Füllstoffe, z. B. Glas, schon selbst nicht bindungswerden soll. Beispielsweise werden Wolfram- oder freundlich und erfordern deshalb keine Behandlung, Bleiteilchen als Füllstoffe verwendet, um einen um eine haftfreie Einlagerung in das Grundmaterial Schutzwerkstoff gegen Kern- und X-Strahlung zu er- sicherzustellen. Schließlich kann bei bestimmten halten. Uran-, Wolfram- oder Bleiteilchen sind Füll- Grundmaterialien- z. B. bei Naturgummilatex, eine stoffe hoher Dichte, die bei zusammengesetzten 45 Oberfläche verringerter Bindungsfestigkeit vorgeflexiblen Werkstoffen verwendet werden, welche zur sehen werden, indem man Gleitmittel oder Wachse Schwingungsdämpfung und Schallabsorbierung be- vor dem Aushärten im Latex dispergiert.
stimmt sind. Zur Erzielung flexibler Werkstoffe mit Als elastomeres Grundmaterial 11 kann jede Subeiner bestimmten mittleren Dichte können als Füll- stanz verwendet werden, die federnde oder elastische stoff Aluminium, Glas, rostfreier Stahl, Eisen, 50 Eigenschaften besitzt. Das Grundmaterial wird nach Kupfer, Kunststoff oder andere Stoffe verwendet wer- verschiedenen Gesichtspunkten ausgesucht, wie z. B. den, die entsprechend der gewünschten Dichte aus- nach der beabsichtigten Verwendung und den zu ergewählt werden. Eisen, magnetisierbares Kobalt. wartenden Beanspruchungen des Werkstoffes und der Nickel oder deren Legierungen werden verwendet. Art der erforderlichen Behandlung. Beispielsweise am Werkstoffe mit magnetischen Eigenschaften zu 55 können Naturkautschuk, alle synthetischen Gummischaffen. Hohlkugeln aus Glas oder aus starrem arten, einschließlich Silicone und Urethane, Kunst-Kunststoff werden verwendet, um ein zusammen- harz-Elastomere, wie mit Weichmacher versehenes gesetztes flexibles Material von niedriger Dichte zu Polyvinylchlorid, u. dgl. verwendet werden. Typische erzielen. im Handel erhältliche, elastische Polymerisationspro-

Die Größe der verwendeten Füllstoffteilchen ist 60 dukte sind z. B. die Polyvinylchlorid-Kunstiiarzdisntcht entscheidend, mit der Ausnahme, daß die Teil- persion »QYKV« der Union Carbide Chemical Corchen beträchtlich kleiner als, z. B. nicht mehr als poration, und die Polyvinylchlorid-Kunstharzdisperhalb so groß wie, die Mindestabmessung der Gegen- sion »GtON Typ 121« der Fa. Goodrich Chemical stände sein sollen, die aus dem Werkstoff hergestellt Company. Dioctylphthalat ist ein bevorzugter Weichwerden sollen. Wie noch erläutert werden wird, kann 65 macher. obwohl auch andere Weichmacher verwendet man die Beseitigung der Adhäsion zwischen den Teil- werden können.

chen «nd den Porenwänden im Grundmaterial durch Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen

Vergrößeren der Teilchenabmessungen erleichtern. der Erfindung wurde zur Vorbereitung des flexiblen

Werkstoffes ein Teil des vorerwähnten Vinylha.es mit ungefähr zwei Teilen des Weichmachers gemischt, um eine Paste, speziell ein sogenanntes Plast ,sol herzustellen. Nach Herstellung des Plastisols vmden annähernd 40 bis 65 Volum«t^^g^ Füllstoffes zugeschlagen, bis eine wesrathch ver dickte Konsistenz erhalten wurde Bestimmte eta stomere Verbindungen, wie Gummilatex, VmyUiarz dispersionen, flüssige Urethane u. dg,sindiwa Raumtemperatur verhältnismäßig dunimMJJ; ™ Elastomere hingegen besitzen bei ζ eine hohe Viskosität oder sind verhältnism In solchen Fällen kann das Mischen to Temperaturen und/oder mechanisch vorge werden. Gummikneter, Mischtrommeln, Extruder u.dgl. können zum Mischen verwebet werden. Wenn die für das srusammengesetzte Material vor gesehenen Arbeitsbedingungen es e^rdern Ron nen noch weitere Zusätze, z.B. P'g^me"^te· ^V™_ siermittel. Beschleuniger, Antioxydantien, Weicn macher, Stabilisatoren, Gleitmittel «· <^' vor _Q während des Mischvorganges, zupetzt wemen_ ue

wünschtenfalls kann das vorerwähnte Verhältnis von Vinylharz zu Weichmacher zwischen Kl undI^

umten g ^ ^ ^^ _wesenü

gw ei«n hervorrufen, die durch nachutentoge^j-^ ^ _aufgebroche_n

Sen können, so daß der sich ergebende Werk-Aushärten des gemischten Materials « ^^ ^ ^ ^^ ^ ^ _Aushärtungs_

^_n herausgenommen, und gewöhnlich Ue-

_nn J^ _schwache Bindungen zwischen

§_cn Teilchenflächen und den benachbarten Poren-

wandflächen des Grundmaterials vor, so daß der

_Werkstoff zunächst noch verhältnismäßig hart und

_{ist Wenn jedoch dafür geso}rgt worden

8 _{diese Bind} schwächer sind als die

Festigkeit des Grundmaterials, können djese auf ge^ _{werden und man kann} die gewünschte im haftungsfreie Einlagerung der Teilchen _{ao in das} Grundmaterial erreichen, indem man den _Werkstoff beispielsweise durch Recken oder eine andersartige Deformierung bearbeitet.

^ _{Diagramm in} dem die Be-

^ z^Aea Zugbeanspruchung und Dehnung 6 Reckvorgang für verschiedene Werkstoff-

³°

Stoffteilchen befinden) wird die ?"r"-"° . '_TaTZ._k weise bei 1 000 bis 5 000 UpM be, «nerr. Unterdruck von heisDielsweise 700 mm Druck einige Minuten SSÄch wird die Mischung meine Form mit der gewünschten äußeren Ges alt gegeben und zur Aushärtung des elastomer_R9™^nd^™ im erforderlichen Ausmaß erhitzt. ^Be\J_nf *ⁿ*S beispielsweise das mit Füllstoffer'versehene Plastisol auf eine Platte bis zu einer Dicke von etwa ü,l eis

besondere dann, wenn die Mischung bei Rjumtem peratur nicht im erforderlichen Maßeftassig £ Kalander oder Extruder verwendet werden^D« Werkstoff gemäß Erfindung kann■**£*«*£ dünne Folie auch in anderer F°™ ^gf*¹" ™ den, und es können in bestimmten Fallen zur Herstellung von kontinuierlichen Rh konstantem Querschnittsprofil verwend anderen Fällen, wo eine komplizierte verlangt wird, können das War™- «"« verfahren oder flohlrwinai
»slush moulding«-Verfahren (Hohl* fahren, bei dem man die erhitzte r< vollgießt und nach Gelieren der L

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ten eines Werkstoffes, bei dem die Grenzflächenverbindungen zwischen Grundmaterial und Füllstoffteilchcn stärker sind als die Festigkeit des Grundmaterials selbst. Entsprechend der Steilheit dieser Linie ist der Elastizitätsmodul des Werkstoffes sehr hoch (d. h., das Material ist verhältnismäßig hart, spröde und nicht flexibel), und entsprechend dem nahe bei der Zugbeanspruchungs-Achse liegenden Kurvenende ist die Bruchdehnung sehr gering.

Die Linie 22 in F i g. 4 zeigt die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung für einen Werkstoff mit einer mäßig schwachen Bindung zwischen den Teilchen und dem Grundmaterial, die schwächer ist, als die Festigkeit des Grundmaterials selbst, und zwar bei einem anfänglichen Recken der Probe. Wie der erste, der Linie 21 folgende Abschnitt dieser Kurve zeigt, wird durch die Haftung der Teilchen am Grundmaterial die Flexibilität herabgesetzt und folglich ein hoher Elastizitätsmodul bedingt. Wenn die Zugbeanspruchung einen Wert erreicht, der zum Aufbrechen der Bindungen zwischen Teilchen unc Grundmaterial ausreicht, so daß die gewünscht« haftfreie Einlagerung erzeugt wird, wird jedoch da Material leichter reckbar und wesentlich flexibler wie dies durch den nahezu flachen Plateauabschnit der Kurve angezeigt wird. Wenn alle Bindungen auf gebrochen sind, steigt die Kurve mit einer verhält -·-—uo:_ „„,;„„»„ ^Moraw Ws zum Bruch des Werk

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rend Gummi und Vinyl
erfordern. Wenn eine Fohe aus y gestellt wird, kann diese «r etwa 5 bis Lf etwa 150 bis 200"C erhitzt wer^den Fällen nimmt die Festigkeit .r^ndernen«ch Mitspricht. Die geringe Neigung dieser Kurve zen _daX_{r hinaus<
daß} der Werkstoff weich^ nicht sprod _hochflexibe, _ist, _und der Endpunkt der Kun Brodidehmmgerkennen. ^ _{dJe Bczjeh} wisdhen Z»|

^{beanspruchung und Dehnung} * 5S

9 10

Recken eines Werkstoffes, bei dem die Bindungs- wurde ebenfalls gefunden, daß die Bindungsfestigkeit festigkeit zwischen den Teilchen und dem Grandma- auch dadurch herabgesetzt werden kann, daß man terial niedrig ist. In diesem Falle liegt kein genau die Teilchen mit einer dünnen Schicht aus einem definiertes Plateau vor, da die Bindungen nahezu anderen Stoff, z. B. wasserlöslichem Silicon, im Hansofort mit Einsetzen des Reckvorganges aufzu- 5 del beispielsweise als Dow-Corning-Emulsion Nr. 36 brechen beginnen. Wie im vorhergehenden Fall folgt erhältlich, überzieht.

die Zug-Dehnungs-Kurve für ein nachfolgendes Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung einer Teil-

Recken annähernd der Linie 24. chenoberfläche mit schwachen Bindurigskräften bein jedem Falle wird die Zug-Dehnungs-Beziehung steht darin, daß man bei Verwendung eines Plastisol beim nachfolgenden Recken des Werkstoffes der io als Grundmaterial die Teilchen mit einer dünnen Linie 24 folgen, und die jeweilige Größe des Elasti- Schicht eines noch stärker weichgemachten Plastizitätsmoduls, d. h. die Neigung der Linie 24, hängt sols überzieht. Beispielsweise wurde Füllstoffteilchen naturlich von dem besonderen Grundmaterial ab. Im eine Oberfläche mit niedriger Bindungsfestigkeit verallgemeinen wird dies jedoch annähernd gleich wie liehen, indem man diese in eine Mischung einbrachte, bei einem geschäumten oder geblasenen zellularen 15 die aus 1 g Plastisol, zusammengesetzt aus 100 Teielastomeren Material sein, bei dem der Elastizitäts- len QYKV und bis zu 325 Teilen Dioctylphthalat, modul beträchtlich niedriger als bei einem massiven und aus 50 g Methylethylketon bestand Die Stück aus dem gleichen Grandmaterial ist. Das heißt Mischung wurde auf eine rostfreie Stahlplatte gemit anderen Worten, es wird durch die vorliegende gössen und 5 Minuten auf 195° C erhitzt Nach Ver-Erfindung etwas erreicht, was bisher als unmöglich so dampfen des Methyläthylketons und Aushärten des angesehen wurde, nämlich die Schaffung eines zel- stark weichgemachten Plastisol wurden die Teilchen lularen elastomeren Werkstoffes, der starre Füllstoff- von der Platte genommen und durch leichtes Zerteilen in jeder Zelle oder Pore besitzt stampfen im Mörser voneinander getrennt Bei einem Gewunschtenfalls kann die erste Verformung von aus Gummilatex bestehenden Material führte die streifenformigen oder folienförmigen Materialien a₅ Zugabe von Wachs oder Gleitmittel zum Latex zu automatisch durchgeführt werden, indem man das einer Veiringerung der Bindunssfestiekeit Da wie Material um aufeinanderfolgende Walzen führt, die bereits erwähnt, V <SÄSSSifeT5 das Material in entgegengesetzte Richtungen durch- Volumeneinheit zwischen großen Teilchen und dem biegen. Alternativ kann das Material gereckt wer- Grandmaterial niedriger ist als die zwischen kleinen ^de"' 'ff^{m man} es zwischen hintereinandergeschal- 30 Teilchen und dem Grundmaterial, kann schließlich tete Walzenpaare fuhrt, die mit unterschiedlicher Um- die Bindungsfestigkeit auch noch durch Verwendung fangsgeschw.nd.gke.t rotieren Fur Gegenstände, wie größerer Teilchen herabgesetzt werden Handschuhe, Masken u. dgl. kann eine Form die in Bei einem speziellen, gemäß Erfindung als Folie der Gestaltung dem fertigen Gegenstand ähnlich ist, hergestellten, flexiblen Werkstoff wurdln 45 Gemechanisch expandiert oder verformt werden, bis 35 wichtsteile Wolframpulver, das im wesentlichen aus alle Bindungen aufgebrochen sind Nachdem die glattflächigen Teilchen von etwa 30 bis 150 Mikron Teilchen in der vorbeschnebenen Weise von dem Durchmesser bestand, auf 3 Teile eines 2 · 1-VinyI-Grundmatenal getrennt worden sind sind die ein plastisol* der vorbeschnebenen Art gegeben hierbei Teilchen 13 umschließenden Porenflächen 12 etwas wurde gefunden daß das von,,wir™ vi»t'JT TnV größer als bei der ursprünglichen Pore, so daß sich 40 Westbu^ New' Sk geUeferte nT^mmer S zwischen der Porenwandung und dem Teilchen ein bezeichnete Wolfra^puiver besonders Äd schmaler Spalt 14 ausbildet. Hierdurch wird der ist Es wurde eine fX ^Deson^a5^rs betneai Volumenanteil der starren Füllstoffteilchen im Werk- gestStTd be? Sc 7 £Γ ' T stoff gegenüber dem oben betrachteten ohne Spalten ^.J^^L^J erzielten Wert herabgesetzt. Es versteht s ch von 45 in der vorbeschriph^npn wl· selbst, daß die Teilchen« nicht etwa vollständig broch^o^ta^n, ΪΞ5 tfwltt isoliert vom Grundmaterial vorliegen, sondern daß Elastizitätsmodul von ungefähr I 4 ko/cS und sie mit der Fläche 12 der umgebenden Pore in einem Brachdehnung vonlZü^moKTdnVoS schmalen Bereich verbunden sein können wöbe, sie menanteil der Wolframteilchen im Werkstoff nach jedoch noch im wesentlichen haftfrei eingelagert sind ₅o dem ersten Recken ungefäh ■ 5S ™betSS HeJ und so noch immer die Vorteile der Erfindung er- spezifische Gewicht «i«Zh. w ? « ί · rdcht werden, da ja die Verformung des Grandma- la wSen Trtre SΓ^ S^ terials in keiner Weise durch eine Lart begrenzte Folie ?S£igZ£% Haftung beschrankt wird. irgendein? o^incA. a j Λ Feaigka, der Bindung»,, dazwischen _M SfübeETS'_FÄ2 ^

fester Bindungen herabgesetzt ist Wie bereits J-

währt, ist dies bei bestimmten Materialien, wie z. B.

Glas, eine danddgenschaft, so daß hier keine beson- sprechendeΓαΚληΪΪ«!^ *

dere Praparierung erforderlich ist Bd Materialien 6₅ S» a^ηΞ\Z£?Sf ,

wie Kupfer und anderen Metallen hat sich dn dün- und dT? ZT l !

ner Oxydüberzug, der durch ErhiUen in Luft her- Schüren Ti^^^SSfli

gesteht worden ist, als ausgehend erwiesen. Es tätsmodul ,onlOsZT^l^ SS

11 12

lien übertragen keine Tastempfindungen und kön- elastische Fäden (beispielsweise solche, die ganz all- nen nicht in einem Kreisbogen mit einem Radius von gemein als »Spandex« bezeichnet werden) verwendet kleiner als etwa 3 mm gebogen werden. Somit eignen werden. Die F i g. 5 und 6 zeigen typische Folien, sich diese Materialien beispielsweise nicht für Hand- die mit derartigen, die Dehnung begrenzenden Geschuhe. 5 weben versehen sind. In F i g. 5 besteht die Folie Ein ähnlich weiches und flexibles Folienmaterial aus einer zentralen Werkstoffschicht 30 der in der von etwas geringerem spezifischen Gewicht, das bei- F i g. 1 und 3 beschriebenen Art und aus zwei Oberspielsweise für Zwecke der Strahlenabschirmung flächenschichten 31 und 32 aus einem dehnbaren Ge- oder der Schall- oder Vibrationsdämpfung verwend- webe, welche auf die einander gegenüberliegenden bar ist, kann hergestellt werden, indem man an Stelle io Seiten der Schicht 30 aufgebracht sind. Die Schichder vorbeschriebenen Wolframteilchen Bleiteilchen ten 31 und 32, die entweder vor dem Aushärten des des gleichen Größenbereiches verwendet. Grundmaterials hinzugefügt oder nach dem Aushär-Für flexible, zusammengesetzte Materialien von ten des Grundmaterials mit dessen Oberflächen verirgendeiner gewünschten mittleren Dichte wird der bunden werden können, werden derart ausgewählt, Füllstoff entsprechend der gewünschten Dichte aus- 15 daß sie die Dehnung der Folie auf einen gewünschten gewählt. Hierfür verwendbare typische Füllstoffe, die Wert, z. B. 180%>, begrenzen, welcher Wert kleiner in Pulver-, Granulat- oder Perlenform erhältlich sind, als die Bruchdehnung der zentralen Schicht aus dem werden in der nachfolgenden Tabelle zusammen mit Grundmaterial ist. Gewünschtenfalls können Schichihrer Dichte angegeben: ten verwendet werden, die nur in einer Richtung, Material Dichte ^{ao statt m οε}"*β Richtungen dehnbar sind.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 liegt eine

Synthetische Kunststoffe und Hart- elastische dehnbare Gewebeschicht 34 zentral zwigummi 1,0 bis 1,5 sehen zwei Schichten 35 und 36 des flexiblen Werk-Nylon 1,1 stoffes; dies kann erreicht werden, indem man entBeryllium 1,8 25 weder den Werkstoff über die zentrale Schicht 34

Kronglas 2,5 gießt oder indem man die beiden Werkstoffschichten

Aluminium 2,7 auf die beiden einander gegenüberliegenden Seiten

Glas hoher Dichte 4,5 der elastischen, dehnbaren Gewebeschicht laminiert.

Titan 4,5 Zu dekorativen Zwecken, oder im Hinblick auf

Zinn 5,8 30 zu erwartende Beanspruchungen kann der Werkstoff

Antimon 6,7 gemäß Erfindung mit einer glatten Haut oder einem

Mangan 7,2 Oberflächenüberzug versehen werden, und bei folien-

Rostfreier Stahl 7,7 förmigem Material kann dies gewünschtenfalls auf

Eisen 7,9 beiden Seiten der Folie vorgenommen werden. Dies

Kupfer 8,9 35 ist in F i g. 7 veranschaulicht, wo auf beiden Seiten

^Nickel 8,9 der Werkstoffschicht 39 Schichten 37 und 38 aufgebracht sind. Beide Oberflächenschichten 37 und 38

Um einen schwiirmfähigen, flexiblen Werkstoff können beispielsweise aus einem unbeschwerten PIavon niedriger Dichte zu erzielen, werden hohle Glas- stisol bestehen, das vorzugsweise in einem stärkeren perlen (z. B. bekannt als »Eccosphcres R« der Firma 4° Maße als das Grundmaterial mit Weichmacher ver-Emerson & Cuming, Canton, Massachusetts) als sehen ist, so daß diese Schichten im wesentlichen den starrer Füllstoff verwendet, und bei einem speziellen gleichen Elastizitätsmodul auch ohne eingebrachte Beispiel wurde eine flexible Füllstoff-Folie mit einem Poren aufweisen. Für diesen Zweck wurde ein Verspezifischen Gewicht von 0,8 dadurch erhalten, daß hältnis von 3 Teilen Weichmacher auf ein Teil man die vorbeschriebenen Wolframteilchen durch 45 Vinylharz als befriedigend befunden,
hohle Glasperlen mit einem Durchmesser im Be- Gewünschtenfalls kann man den Oberflächenreich von 30 bis 300 Mikron ersetzte. Wie oben be- schichten Pigmente zusetzen, oder diese Oberflächen- reits erwähnt worden ist, bedürfen Glasperlen keiner schichten können mit einer Prägung versehen wer- Präparierung, um eine haftfreie Einlagerung in das den, wobei die Schichten vorzugsweise vor dem Aus-Grundmaterial sicherzustellen. 50 härten der mittleren zusammengesetzten Schicht zuge-Für bestimmte Anwendungen, bei denen sehr fügt werden. Es ist natürlich selbstverständlich, daß starke Zugbeanspruchungen, welche die Zugfestig- ein flexibles Mischmaterial gemäß Erfindung sowohl keit des Werkstoffes übersteigen könnten, auftreten mit der die Dehnung begrenzenden Komponente können, kann dem flexiblen Werkstoff eine die Deh- nach den F i g. 5 und 6 als auch dem Oberflachennung begrenzende Komponente zugesetzt werden, um 55 überzug nach F i g. 7 versehen werden kann. Dies ein Zerreißen zu vermeiden. Wenn der flexible kann in irgendeiner geeigneten Weise vorgenommer Werkstoff in Folienfonn vorliegt, besteht die die werden, beispielsweise indem man Oberflächenüber Dehnung begrenzende Komponente vorzugsweise aus züge bei der Ausführungsform nach F i g. 6 hinzufüg einem elastisch dehnbaren Gewebe, das im Handel oder indem man eine der Schichten 31 und 32 nacl als »Powernet« (Kraftnetz) bekannt ist und bei dem 60 F i g. 5 gegen einen Oberflächenüberzug austauscht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flexibler Werkstoff, bestehend aus einem zusammenhängenden, unverschäumten, elastomeren Grundmaterial, enthaltend einen hohen Anteil an Füllstoffmaterial in Form von starren Füllstoffteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß

in dem elastomeren Grundmaterial (11) jedes der starren Füllstoffteilchen (13) im Innern einer geschlossenen Pore (12) von einem etwas größeren Volumen als das des Füllstoffteilchens unter Ausbildung eines Zwischenraumes zwischen Porenwandung und der Oberfläche des Füllstoffteilchens in im wesentlichen nicht an den Innenwänden der Pore haftenden Zustand eingelagert ist und in dem elastomeren Grundmaterial außer den Füllstoffteilchen enthaltenden Poren im wesentlichen keine anderen Poren vorhanden sind.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen jedes eingeschlossenen Füllstoffteilchens (13) mindestens etwa 50V₀, und insbesondere bevorzugt mindestens etwa 85% des Volumens der das Teilchen enthaltenden Pore (12) beträgt.

3. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 »5 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffteilchen (13) eine Größe von 2 bis 1000 Mikron besitzen.

4. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Füllstoffteilchen zumindest 40 % beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man einem ungehärteten, elastomeren Grundmaterial einen hohen Anteil an festem Füllstoff in Form kleiner Teilchen mit Oberflächen, welche die Ausbildung von festen Bindungen mit dem Grundmaterial verhindern, zusetzt, das Grundmaterial mit den Teilchen bis zur Erzielung einer gleichförmigen Dispersion der Füllstoffteilchcn mischt und das Grundmaterial aushärtet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus dem ungehärteten Grundmaterial und den Füllstoffteilchen vor dem Aushärten des Grundmaterials bei Unterdruck zur Entfernung von eingeschlossenen Gasoder Luftblasen gerührt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff nach dem Aushärten des Grundmaterials derart bearbeitet wird, daß jegliche Bindungen aufgebrochen werden, die sich zwischen den Füllstoffteilchen und dem Grundmaterial gebildet haben.

8. Aus einem Werkstoff nach einem der An-Sprüche 1 bis 4 gefertigter Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Füllstoffteilchen (13) höchstens halb so groß als die Mindestabmessung des Gegenstandes ist.

9. Flexible, aus einem Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellte Folie, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Größe der Füllstoffteilchen nicht größer als etwa die halbe Dicke der Grundmaterialfolie ist.

10. Folie nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine die Längung begrenzende Schicht (31, 32, 34) aus einem dehnbaren Gewebe, das mit der Grundmaterialfolie (30, 36) verbunden ist.

11. Folie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Längung begrenzende Schicht (34) zentral in der Folie (36) angeordnet ist.

12. Folie nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine dünne Oberflächenschicht (37, 38) aus massivem Material, welche mit einer Oberfläche der Grundmaterialfolie (39) verbunden ist.