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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen geschmeidiger, biegsamer
bzw. elastischer Gegenstande Die-Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung von geschmeidigen, biegsamen bzw.
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elastischen Gegenständen.
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Bekannte Dichtungsringe bzw. Profile aus Kautschuk besitzen zwar
die für ihren Einsatz notwendige Biegsamkeit und L'lastizität. Von Nachteil ist
jedoch ihr relativ hoher Reibungskoeffizient, ihre geringe Abriebfestigkeit sowie
die Tatsache, daß sie von zahlreichen chemischen Stoffen angegriffen werden. Darüber
hinaus hat sich der Umstand als nachteilig herausgestellt, daß beispielsweise mit
Gewebeeinlagen verstrkte Kautschukfolien bei Verarbeitung zu aufblasbaren Körnern,
wie Schlauchbooten od.dgl. in umständlicher Weise mit einem Spezialklebemittel miteinander
verbunden werden müssen, da sie nicht, wie bestimmte Kunststoffolien warmschweißbar
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von geschmeidigen, biegsamen bzw. elasti-.schen Gegenständen zu schaffen, wie z.B.
Dichtungsringen bzw.
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Profilen, Rohren oder Schläuchen, Folien, Bändern oder gummierten
Geweben, die aus einem Kautschukgrundkörper bestehen, der mit einer zumindest teilweisen
Oberflächenbeschichtung aus einem einen vergleichsweise geringeren Reibungskoeffizienten
und höhere Abriebfestigkeit aufweisenden, chemisch widerstandsfesten, im Bedarfsfall
die Warmschweißbarkeit ermöglichenden Material versehen ist.
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Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich im wesentlichen dadurch
aus, daß auf den Kautschukgrundkörper eine Schicht aus eine Schmelzzahl unter 0,15
aufweisendem Polyolefin, vorzugsweise Polyäthylen aufgebrächt und das Ganze unter
vorübergehender Erwärmung auf eine Mindesttemperatur von 140°C einem Mindestdruck
von 2 kg/cm2 ausgesetzt wird. Diese Temperatur- und Druckbedingungen entsprechen
denen bei Vulkanisierung zahlreicher Kautschukgegenstände, uns die Haftung des Polyäthylens
wird ohne besondere Maßnahmen und ohne Verwendung eines bestimmten Materials erreicht.
Unter Schmelzzahl ist die nach den Bedingungen der ASTM-Norm 1238-57T gemessene
Zahl zu verstehen, und zwar unter Berücksichtigung der Abänderung, daß eine Zusatzlast
von 3 kg aufgebracht wird.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich stände herstellen,
die einerseits praktisch alle Eigenschaf ten des sie bildenden Kautschuks besitzen,
andererseits Jedoch an den Außenbereichen zusätzlich die vorteilhaften Eigen schaften
des Polyäthylens erhalten, die der Kautschuk de
Gegenstand nicht
verleihen kann. Selbstverständlich lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
im Bedarfsfall auch nur einige Oberflächenteilbereiche der Kautschukgrundkörper
mit einer Schicht aus Polyäthylen niedriger Schmelzzahl versehen. Zwar ist das verwendete
Polyäthylen viel steifer als die in Frage kommenden Kautschukarton; die damit beschichteten
ICautschukgegenstände sind jedoch kaum verändert.
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Die Dicke dieser Beschichtung ist nämlich oft verhältnismäßig gering.
In vielen Fällen genügen einige Zehntel I4illimeter.
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Die Herstellungskosten sind zumeist nicht höher als die der gleichen
Gegenstände ohne die Beschichtung.
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Als be.vonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Polyäthylen
in Pulverform, in Form eines Films oder in Form einer Suspension auger lit wird,
die bis zu 80f Polyäthylenpartikel aus Polyäthylen mit eincr Schmelzzahl unter 0,15
enthält.
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In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest äußere
Teilbereiche des Kautschukgrundkörpers durch eine Schicht aus Polyäthylen mit höherer
Schmelzzahl gebildet sind. Zu diesem Zweck wird vorteilhafterweise vor Erwärmung
und Druckausübung auf die Schicht aus Polyäthylen mit einer Schmelzzahl unter 0,15
eine aus einem Film oder einem geformten Teil bestehende weitere Schicht aus einem
Polyäthylen mit höherer Schmelzzshl aufgebracht. Da das Polyäthylen mit niedriger
Schmelzzaht an allen Gemischen auf der Basis von natürlichem oder synthetischem
Kautschuk anllaftet, wird das Gemisch sonit nur im Xinbjick al scinc mechanischen
Eigenschaften oder au seinen Preis gew'hLt. Die 0berflächenegenscftaften bleiben
unberdcksichtigt.
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Die Erfindung richtet sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, die im wesentlichen gekennzeichnet ist durch einen
umlaufenden Heizzylinder sowie ein diesem zugeordnetes, um einen Teil des Zylinderumfangs
herumgeführt es und an ihm anliegendes Spannband zum Andrücken der bandförmigen
Folie bzw. des gummierten Gewebes mit darauf in Form einer Folie oder in Pulaerorm
aufgebrachter Schicht aus Polyäthylen mit einer Schmelzzahl unter 0,15 sowie gegebenenfalls
einer weiteren Folie mit einer höheren Schmelzzahl. Diese Vorrichtung ermöglicht
auf eine besonders einfache Weise eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die einfache Vorrichtung erlaubt eine Herstellung von erfindungsgemäß an der Oberfläche
mit Polyäthylenschichten ausgerüsteten Kautschukteilen nahezu ohne Erhöhung der
Herstellungskosten. Dennoch ergeben sich hinsichtlich der Herabsetzung des Reibungskoeffizienten,
der Verschleißfestigkeit und der Schweißbarkeit erhebliche Vorteile.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise
veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß
hergestellte Gewebebahn, Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen der
Gewebebahn von Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß hergestellte
Gewebebahn mit gegenüber der von Fig. 1 abgewandelten Oberflächeneigenschaften,
Fig.
4- schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen der Gewebebahn von Fig. 3, und-Fig.
5 schematisch eine Kalandervorrichtung zum Verschweißen von erfindungsgemäß hergestellten
Geweb bahnen.
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Fig. 1 zeigt ein Gewebe 1, das auf beiden Seiten mit dünnen Kautschukschichten
2 beschichtet ist. Auf einer Seite trägt das so gummierte Gewebe weiter eine dünne
Polyäthylenschicht 3 mit einer Stärke von 0,05 bis 0,25 mm. Diese Schicht haftet
fest an der Kautschukschicht 2 auf dieser Seite an.
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Das verwendete Polyäthylen hat eine niedrige Schmelzzahl, nämlich
0,0). Auf diese Weise entsteht eine Gewebebahn 4, mit einer Außenbeschichtung aus
Polyäthylen.
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Die Herstellung des gummierten, also die' Kautschuk so lichten 2
tragenden Gewebes 1 geschieht auf herkömmliche Weise durch Beschichten, Kalander
od.dgl. Man erhalt so ein Gewebe 5, das beidseitig mit einer nichtvulkanisierten
Kautschukschicht versehen ist.
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Dieses Gewebe 5 wird anschließend auf 16000 erhitzt unu auf eine
sich drehende Walze 6 mit Hilfe eines Spannbandes 7 aufgepreßt, das von der Walze
6 mitgenommen wird.
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Zwischen das gurnmierte Gewebe 5 und das Spannband 7 wird ein dünner
Polyäthylenfilm 3a eingeführt und von der Walze l zusammen mit dem Spannband 7 und
dem gummierten Gewebe 5 mitgenommen. Dabei vulkanisiert der Kautschuk des Gewebes
5 und der Polyäthylenfilin 3a wird erhitzt und an den Kautschuk angopreßt. ;r haftet
an der Kautschukschicht an und nach dem
Umlauf um die als Heizzylinder
ausgebildete Walze 6 ist eine Gewebebahn 4 mit Polyäthylen-Außenbeschichtung ïertiggestellt.
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Das Spannband 7 übt während des Umlaufes um die Walze 6 auf deren
Oberfläche einen Druck von ca. 3 kgZcm2 aus. Temperatur und Drehzahl der Walze sind
so gewählt, daß der Kautschuk vulkanisiert und auch der Polyäthylenfilm 3a auf eine
Temperatur von 1600C gebracht wird.
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Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Gewebebahn 8. Diese besteht aus einem
Gewebe 9, das beidseitig mit dünnen Kautschuk schichten 10 beschichtet ist. Eine
dieser Kautschukschichten 10 trägt weiter eine sehr dünne Polyäthylenschicht 11-
aus Polyäthylen mit einer Schmelzzahl von 0,03. Diese sehr dünne Polyäthylenschicht
11 stellt eine Verbindung zwischen der Kautschukschicht 10 und einer dickeren Polyäthylenschicht
1.2 dar, die aus Polyät1lylen einer Schmelzzahl von 3 besteht. Die Polyäthylenschicht
11 hat vorzugsweise eine Stärke -von 0,05 Iflin und die dickere Polaläthylenschicht
12 eine Stärke von 0,1 mm.
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Eine derartige Gewebebahn 8 wird auI einer sich drehenden Walze 13
mit Hilfe eines Spannbandes 14 hergesteElt. Zúnächst wird wieder auf bekannte Weise
ein nichtvulkanisiertes beidseitig gummiertes Gewebe 15 erzeugt, das sodann vor
dem Einführen zwischen Walze 13 und Spannband 14 mit einer Polyäthylenpulverschicht
11a versehen wird. Das PolJTäthylenpulver ist dabei aus Polyäthylen einer Schmelzzahl
von 0,03 hergestellt. Das Aufbringen der Polyäthylenpulverschicht 11a erfolgt auf
bekannte Weise, beispielsweise durch elektrostatisches Ablagern. Für das Aufbringen
der Polyäthylenpulverschicht 11a kann man auch das güinniierte Gewebe 15 durch'eine
Gäsströ'mungfüh'ren, in der Polyäthylenpulver suspendiert ist.
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Weiter wird zwischen das gummierte Gewebe 15 und das Spannband 14
ein Polyäthylenfilm 12a aus Polyäthylen einer Schmelzzahl von 3 eingeführt. Das
Spannband 14 übt auch hier wieder einen Druck von ca. 3 kg/cm2 aus. Während des
Umlaufs über den Heizzylinder wird die Kautschukbeschichtung des gummierten Gewebes
15 vulkanisiert und das Pulver in der Polyäthylenpulverschicht 11a erstarrt zur
Polyäthylenschicht 11 die am Kautschuk anhaftet. Auf der anderen Seite haftet an
der Polyäthylenschicht 11 die dickere Polyäthylenschicht 12 aus Polyäthylen einer
Schmelzzahl von 3 an. Hier wird also die Oberflächeneigenschaft von Kautschukprodukten
mit Hilfe von Polyäthylen einer Schmelzzahl von mindestens 0,15 verändert, das mit
dem Kautschuk durch eine Polyäthylenschicht aus Polyäthylen einer Schmelzzahl von
höchstens 0,15 verbunden ist. Polyäthylen hoher Sclimelzzahl ist chemisch träge
und wärmeschweißbar. Überdies wird das Polyäthylen hoher Schmelzzahl nicht so steif,
wie das Polyäthylen niedriger Schmelzzahl. Dadurch wird erreicht, daß die Gewebebahn
18 unter allen Umständen die Geschmeidigkeitseigenschaften des Kautschuks behält.
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Dic Verwendung von Polyäthylenpulver zum Erhalt einer am Kautschuk
anhaftenden Polyäthylenschicht aus Polyätyhlen niedrige Schmelzzahl ist weiter deshalb
vorteilhaft, weil es schwierir ist, aus derartigem Polyäthylen dünne Polyäthylenbahnen
in t1ilmaufDau herzustellen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Polyäthylenbeschichtung
nicht auf der ganzen Oberfläche, schdern nur auf bestimmten Oberflächenteilen vorzunenmen.
Auch dafür ist das Aufbringen des Polyäthylens als Fulver besonders geeignet. Die
Polyäthylenschicht kann schließlicli
nicht nur auf noch nichtvulkanisiertem
Kautschuk sondern auch auf vulkanisiertem oder zumindest vor- bzw. unvollständig
vulkanisiertem Kautschuk aufgebracht werden, In diesem letzten Fall kann durch die
für das Anhaften des Polyäthylens notwendige Wärmebehandlung gleichzeitig auch die
Ifautschukvulkanisierung zu Ende geführt werden. Bei vulkanisiertem Kautschuk dürfen
Temperatur und Druck nicht unter 1600G bzw. 5 kg/cm2 liegen.
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Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zum Verschweißen erfindungsgemäß außenbeschichteter
Kautschukgegenstände. Die Polyäthylenschichten sind hier auf Temperaturen zu erhitzen,
die über ihrer Schmelz- oder Erweichungstemperatur liegen. Die qegenstände sind
dann mit ihren Polyäthylenaußenbeschichtungen aneinanderzudrücken. Dabei kommt es
zum Verschweißen der Teile Anschließend wird der fertige Gegenstand abgekühlt. Zwei
gummierte und auf einer Seite mit einer Polyäthylenschicht versehene Gewebebahnen
18 und 19 werden durch ein Heizorgan 20 je nach der Schmelzzahl des Polyäthylens
aufgeheizt, und zwar bei niedriger Schmelzzahl auf ca. 1200G und bei höherer Schmelzahl
auf ca. 1(S00C. Das Ileizorgan kann dafür ein elektrischer Widerstand oder ein infrarotstrahler
sein. Anschließend werden die Gewebebahnen 18 und 19 durch den Walzspalt zweier
Walzen 21 und. 22 geführt und dadurch aneinandergepreßt. Da die Temperatur der Polyäthylenschichten
nicht nur von der vom Heiz-Organ 20 abgestrallten Wärme, sondern überdies auch noch
von der Vorschubgeschwindigkeit der Gewchebahnen 18 und 19 abhängt, kann die Temperatur
der Polyäthylenschichten beispielsweise über ein Thermoelement geprüft und die Meizwirkung
des Heizo@ganes 20 und oder die Vorschubgesenwindigzeit der Gewebebahnen entspr@o
end gesteuert werden.
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Es sollen nun noch einige Beispiele für Gegenstände mit nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Polyäthyen-Außenbeschichtung gebracht
werden.
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Das erste Beispiel beschäftigt sich mit Dichtungen od.dgl., die an
einer Oberfläche in Reibanlage sind.
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Dichtungen werden im allgemeinen zwischen einen feststehenden und
einen bewegten Bauteil eingesetzt. Bei einwandfreier Abdichtung sind dabei oft erhebliche
Kräfte notwendig, um bei der Bewegung die an der Dichtungsstelle auftretenden S.eibungs-
und Haftkräfte zu überwinden. Den Dichtungen ist deshalb eine Oberfläche mit möglichst
kleinem eibungskoeffi zient zu geben. Auch andere Gegenstände die reibend an Oberflächen
anliegen und gegen diese beispielsweise translatorisch verschoben werden, müssen
einen möglichst günstigen Gleitkoeffisenten bei hoher Abriebfestigkeit haben.
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Das wird nun erfindungsgemäß durch die Polyäthylen-Außenbeschichtung
von Kautschuknischungen erzielt.
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Beispielsweise werden Kautschukformkörper zum Herstellen von Dichtungen
durch Strangpressen des folgenden Gemisches gefertigt: Naturkautschuk 100 Fettsäure
2,5 Weichmacheröl 15 Kreide 40 Antioxidationsmittel 2 Wachs 3 Zinkoxid 5 Schwefel
2,5 Dibenzothiazoldisulfid 1,3 Dithiokarbonat 0', 2
Auf den so
hergestellten Formkörper wird anschließend Polyäthylenpulver einer Schmelzzahl von
0,03 aufgebracht, worauf es unter einem Druck von 5 kg/cm2 bei 160°C in einer Presse
geformt und vulkanisiert wird. Als l.rgebnis erhält man einen Formkörper aus dem
üblichen Kautschuk, der eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Aui.enbeschichtun
aus Polyäthylen aufweist. Solche Fornikörper haben als Dichtungen die gleichen Dichtungseigenschaften
wie die herkömmli chen Kautschukörper, haften jedoch an den Oberflächen, mit denen
sie in Kontakt stehen, ungeachtet des Dichtungsdruckes nicht an.
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Das zweite Ausführungsbeispiel bezieht sich auf Röhren, Die Innenwandung
von Röhren soll im allgemeinen einen möglichst niedrigen Reibungskoeffizienten haben,
um einen hohen Transportdurchsatz von festen Stoffen, wie Zement, Mehl, Reis usw.
zu erlauben. Die Rohrinnenwandung muß darüber hinaus auch eine hohe Abriebfestigkeit
aufweisen. Sie soll überdies in bestimmten Fällen auch chemisch träge sein, was
vor allem für die Weiterleitung von Mahrungsmitteln und ätzenden Substanzen von
Vorteil ist.
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Bisher wurden dafür Spezialkautschuke verwendet, mit denen die Innenwandungen
von Rohren ausgekleidet wurden. Dadurch erhöhten sich jedoch die Fertigungskosten.
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Ifach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nun mühelos die Innen-
und/oder falls erforderlich auch die Außenseite eines Rohres mit einer Polyäthylenschicht
niedriger Schmelzzahl versehen werden, wodurch die erläuterten Eigenschaften nahezu
ohne ansteigende Herstellungskosten erzielt werden.
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Die Polyätliyl enschicht niedriger Schmelzzahl wird am besten vor
dem Vulkanisieren auf die Innen- und/oder auf die Außenwand aufgebracht. Die Temperatur
wird sodann bei einem Druck von mindestens 2 kg/cm2 auf mindestens 140°C erhöht
und dadurch gleichzeitig das Vulkäni sieren durchgeführt und ein Haftverbund zwischen
der Polyäthylenschicht und der Wand hergestellt. Beispielsweise wird eine Stange
mit einem Durchmesser von 5 cm mit einer Polyäthylenfolie einer Stärke von 0,4 mm
aus Polyäthylen einer Schmelzzahl von 0,03 bewickelt. Die Wickellagen verlaufen
schraubenförmig und überlappen sich einige Millimeter. Auf den so gewickelten Kern
wird sodann beispielsweise in einer Dicke von 2 mm eine Schicht aus folgendem Kautschukgemisch
aufgebracht: SBR (mit OL versetzt) 137,5 Stearinsäure 1,5 Weiclmacheröl 15 zinkoxid
1,5 Antioxidationsmittel 1 Schwarz ' 15 Kreide 75 Schwefel 2,5 Santocure 1,2 Diphenylguanidin
0,4 Dabei kann auf bekannte Weise eine Armierung verwendet werden@ Soll die Röhre
auch noch außen mit einer Polyäthylenschicht versehen werden, so wird sie mit Polyäthylenpulver
beschichtet. Anschli@@end wird die Röhre bei 160°C 10 Minuten lang vulkanisiert.
Innen- und Außenwand der fertigen Röhre sind sodann mit einer Polyäthylen-Außenbeschichtungversehen,
die fest am die Wände bildenden Kautschuk anhaftet. Die Polyäthylen-Außehseschichtung
bewirkt eine @ohe Abriebfestigkeit
der Oberflächen, die außerdem
einen geringen Reibungskoeffizienten haben und gegenüber vielen Substanzen eine
hohe chemische Trägheit aufweisen.
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Wird das Polyäthylen in Form eines Polyäthylenfilms aufgebracht,
so kann dieser Film vorbehandelt werden, indem er einseitig mit einer Kautschukbeschichtung
versehen wird.
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Dadurch wird unter Umständen die Verbindung mit dem zu beschichtenden
Kautschukteil erleichtert. Die Kautschukbeschichtung des Polyäthylenfilms kann beispielsweise
durch Kalanders vorgenommen werden. Dabei wird keine wirkliche Haftung zwischen
dem Polyäthylenfilm und der dünnen Kautschukschicht bewirkt. Druck und Temperatur
bewirken jedoch einen ausreichen den Halt der Kautschukbeschichtung auf dem Polyäthylenfilm.
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Der endgültige Halt wird sodann bei der Behandlung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren erzielt.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf den Gedanken der Verwendung
von Polyäthylen mit niedriger Schmelzzahl beschränkt, da für den Fachmann klar ist,
daß auch andere Polyolefine mit analogen Eigenschaften, wie z.B. Polypropylen, einsetzbar
sind, vorausgesetzt, daß sie ein genügendes Holekulargewicht (d.h. eine ausreichend
niedrige Schmelzzahl) besitzen.