DE1921446A1

DE1921446A1 - Nahtloser Schaumstoffschlauch und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1921446A1
Application number: DE19691921446
Authority: DE
Inventors: Stevens Bennie A; Higbee Charles D
Original assignee: Gates Rubber Co
Current assignee: Gates Rubber Co
Priority date: 1968-04-29
Filing date: 1969-04-26
Publication date: 1969-12-04
Also published as: NL6904047A; ES154167U; SE352566B; ES374214A1; ES154167Y; ES367083A1; GB1243733A; NL148826B

Description

PATENTANWÄLTE DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHONWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Ke/IM

25.April 1969

The Gates Rubber Company, 999 South Broadway Denver /Colorado

Nahtloser Schaumstoffsohlauoh und Verfahren, zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen nahtlosen Schlauch, dessen Wand aus geschlossenzelligem Schaumstoff besteht, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Schlauchs durch gleichzeitiges Strangpressen und Ausschäumen mit Hilfe einer Spritzform ohne Führungskanal (no-land die), wobei der Schäumvorgang unterdrückt wird, bis der Schlauch stranggepreßt ist. Der Schlauch kann einschichtig oder mehrschichtig mit oder ohne Verstärkung der Schaumstoffschicht oder -schichten ausgebildet sein und ist innerhalb eines weiten Temperaturbereichs äußerst flexibel und hat eine große Knickfestigkeit.

Schläuche, die aus einem geschäumten Laminat bestehen, sind bekannt. Diese Schläuche werden im allgemeinen in einem getrennten Schäumvorgang hergestellt, nachdem das Sehlauehgerüst gegossen worden ist. Ein Verfahren zum gleichzeitigen Strangpressen und Schäumen des Materials unter Bildung eines Schlauchs ist bisher nicht bekanntgeworden. Der Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Strangpressen einer beliebigen Anzahl von Schichten und zum Ausschäumen dieser Schichten unter Bildung eines nahtlosen* gas- und flüssigkeitsdichten Schlauchs, dessen Wand aus geschlossenzelligem Schaumstoff besteht. Der erhaltene

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Schlauch ist innerhalb eines weiten Temperaturbereichs äußerst flexibel und hat eine große Knickfestigkeit. Beim Verfahren gemäss der Erfindung werden Polymermischungen, die ein Treibmittel enthalten, durch eine

_ .. _ ,_ _,,. stranggepresst oder mehrere Spritzformen ohne Führungskanal/; wobei die Temperatur und der Druck sehr genau so geregelt werden, daß das Ausschäumen der Masse im Zylinder dar Strangpresse verhindert wird und die Ausschäumung unter Bildung des geschlossenzelligen S-haumstoffs unmittelbar beim Austritt aus der Düse erfolgt. Bisher wurden ähnliche Formteile aus Schaumstoff hergestellt, indem _; die zu schäumende Masse über vorher gebildete Oberflächen oder zwischen vorher gebildete Oberflächen oder Formen, die als Füllraura dienten, gegossen wurde.

Es wurde gefunden, daß Schläcbe, die aus einer oder mehreren Schaumstoffschichten bestehen, die in Abhängigkeit von dem vorgesehenen Verwendungszweck verstärkt sind oder nicht, ohne Rücksicht auf die Temperatur einen überraschend weiten Flexibilitätsbereich haben* Es wird angenommen, daß die Bildung unzähliger geschlossener Zellen im Schlauchkörper diese Flexibilität ermöglicht, da S -hläuche, die aus massivem Werkstoff bestehen, der nicht die Schaumstruktur oder zellige Struktur aufweist, im allgemeinen bei tieferen Temperatüren starken Beschränkungen hinsichtlich der Biegsamkeit unterliegen. Das Verfahren arbeitet ferner so_s daß zwar die Oberfläche leicht aufgerauht sein kann oder den sogen. "Apfelsinenschaleneffekt" aufweisen kann, jedoch die Innen- und Außenflächen ununterbräche?i- und geschlossenzellig sind, so daß der Sehlauch gs~ und flüssigkeitsdicht ist. Prüfungen des Schlauehsh&Jber, ergeben, daß er insgesamt eine hohe Berstfestigkeit hat, die durch die ZeilStrukturen nicht verringert, sondern eher gesteigert ist.

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Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Schläuchen, deren Wand aus geschlossenzelligem Schaumstoff besteht, durch gleichzeitiges Strangpressen und Schäumen.

Die Erfindung ist ferner auf tJwia stranggepresste Schläuche gerichtet, die überaus flexibel sind und ihre Flexibilität innerhalb eines weiten Temperaturbereichs zwischen -40° und +88⁰C bewahren, aus einem geschlossenzelligen, gas- und flüssigkeitsdichten Schaumstoff bestehen und glatte, geschlossene Innen- und Außenflächen aufweisen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen, gas- und flüssigkeitsdichten Schläuchen aus geschlossenzelligem Schaumstoff, die mit einer verstärkenden Gewebeeinlage versehen sind und eine verhältnismäßig hohe Berstfestigkeit aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.

Pig. I zeigt ein Stück eines stranggepressten Schläuche, dessen Wand aus Schaumstoff besteht.

Fig.2 fceigt vergrößert einen Ausschnitt aus der Wand des in Fig. 1 dargestellten Schlauchs.

Fig. 3 zeigt ein Stück eines nicht-verstärkten mehrschichtigen Schlauchs gemäß der Erfindung.

Fig. 4 zeigt teilweise aufgeschnitten einen mehrschichtigen Schlauch gemäß der Erfindung mit einer verstärkenden Gewebeeinlage.

Fig. 5 veranschaulicht schematisch das Verfahren zur Herstellung des Schlauchs gemäß der Erfindung.

Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine Spritzform ohne Führungs- ^O kanal, die zur Herstellung des Schlauchs gemäß der Erfindung durch gleichzeitiges Strangpressen und Ausschäumen dient.

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Flg. 7 zeigt eine zweistufige DUeenkonstruktlon ohne Führungskanal, die das Strangpressen von mehrschichtigen Schläuchen in einem Arbeitsgang ermöglicht.

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Eine der Schwierigkeiten, die bei dem Versuch auftreten, einen Schlauch 10 mit Schaumstoffwand durch gleichzeitiges Strangpressen und Ausschäumen einer Masse herzustellen, die ein Treibmittel enthält, ist das vorzeitige Schäumen im Zylinder der Strangpresse 11, wodurch das geschäumte Material erneut gemischt und anschliei3end unter Bildung eines nicht-zelligen Schläuche stranggepresst wird. Andererseits ist das entgegengesetzte Ergebnis möglich, wenn der Sohäumvorgang nach dem Austritt aus der Spritzform 12 ungehindert stattfindet, wobei ein deformiertes und verzerrtes Gebilde entsteht. Bs ist daher offensichtlich, daß der Schäumvorgang unmittelbar beim Austritt des Schlaucha aus dem Ende 13 der Spritzform 12 stattfinden muß. Außer der Einstellung einer Temperatur, bei der das Treibmittel aktiviert und anschließend ein Gas gebildet wird, muß der auf das Material einwirkende Druck in bestimmter Weise geregelt werden. Hierbei ist das Material einem ständig steigenden Druck ausgesetzt, bis das Ende 13 der Spritzform 12 erreicht ist, wo ein schlagartiger Druckabfall stattfindet, durch den der Schäumvorgang unmittelbar am Ende der Spritzform stattfinden kann, wodurch eine Unzahl von winzigen Zellen 16 entsteht, die die Schlauchwand ausfüllen. Der Schlauch ist an dieser Stelle nicht mehr eingeschlossen, so daß der Schäumvorgang unter Bildung der Zellen 16 stattfinden kann. Die Außenfläche 14 und die Innenfläche 15 des Schlauchs befinden sich bei einer genügend niedrigen Temperatur, dass das Material zusammenfließen und die Zellstruktur sich schließen kann, wobei sich lediglich ein leichter Kräuseleffekt ergibt. Die Oberfläche ist jedoch geschlossen, nahtlos und verhältnismäßig glatt.

Um den ständig steigenden Druck zu erzielen, der auf die Masse einwirkt, während sie aus dem Zylinder der Strangpresse 11 zum Strangpressteil der Spritzform 12 gepresst wird, ist der Dorn 17 als hohler Kegelstumpf ausgebildet,

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dessen eiffektiver V/inkel ungefähr die halbe Größe des öffnungswinkels der ihn konzentrisch umgebenden kegelstumpffcraiigen Düse 18 hat. Während die .lasse zum Düsenaustritt transportiert wird, wird die Masse auf ein kleiner v/erdendes Yoluraen zusammengepresst, das durch die Einschließung im sieh verengenden Raum zwischen dem Dorn und der Düse 18 bestimmt, ist*

Während die Ilasse über den Dorn 17 und durch die Düse gepresst wird, v/irkt ein zunehmend größer werdender Druck auf sie ein. Die Düse 18 ist kegelstumpffcrmi£ ausgebildet, und der Dorn 17 verjüngt sich gleichmäßig. Die Düse 16 verjüngt sich .jedoch schneller als der Dorn 17_f so da3 die Masse auf einen ständig kleiner werdenden Raum zusannaengepresst und der Druck hierdurch ständig gesteigert wird. Aq Ende 13 der konischen Düse 18 und des Dorns 17 wird der auf die Masse einwirkende Druck schlagartig entspannt, so da.2 die Kasse sich ausdehnen kann. An das Ende der Spritzform 18 schließt sich kein formgebender I'eil oder Hihrungskanal an, der die Strangpressmasse zuia Endprodukt formt. Kit anderen Worten, die Spritzform waist keinen geraden, konzentrischen Ringraum auf, wie er bei anderen normalen Kombinationen aus Dorn und Spritzföria vorhanden ist»

Die Bedeutung der geiaäS der Erfindung verwendeten opritzform ohne Führungskanal ist besonders zu betonen. In Kombination Mt dem sweistufigen, 3ich gleichmäßig verjüngenden Tordorn 19, dem Uachdorn 20 und der Zweifachdüse 21 2.3t sie ausschlaggebend wichtig. Wie bereits erwähnt, ist der Brüsk, der bis zum Ende 13 der Düse, an dem das Gas siel: sas dehne η oder den Schämnvorgang auslösen kann, ständig zunimmt, entscheidend wichtig«, Dieser ständig steigende Druck bewirkt, daß das Gas sich nicht vorzeitig im Dösenkanal 22, sondern außerhalb des Düsenaustritts 13 ausdehnt und den Schäumvorgang auslöst* Sobald die Druckkräfte aufgehoben werden, können die Qa.se

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sich ausdehnen und die Strangpressmassenausschäumen. Wenn ein üblicher Führungskanal oder formgebenöer Teil in Form eines Ringraums am Düsenende vorhanden ist, dehnen die Gase sich innerhalb des Führungskanals aus, bevor der stranggepresste Schlauch aus der Spritzform austritt. Durch eine solche Gestalt werden die Druckkräfte frei. Durch diese Druckentspannung in Verbindung mit der aufrecht erhaltenen erhöhten Temperatur wird der Kunststoff in einem sehr dünnflüssigen Zustand gehalten, so daß das Gas sich stetig durch die gesamte Strangpressmasse ausdehnen kann.

Eines der wichtigen Herkniale der Erfindung ist der vollständige Verzicht auf den Führungskanal oder forragebenden Teil der bpritzform. Die Verwendung einer Spritzform ohne Führungskanal hat zur Folge, daß das Gas sich nicht nur ausdehnen kann, sondern mit dieser Ausdehnung gleichzeitig eine schlagartige Senkung der Umgebungstemperatur eintritt. Diese Temperatursenkung geht einher mit einer wesentlichen Steigerung der Plastizität der Strangpressmasse, so daß das/trotz seiner Ausdehnung in Form von geschlossenen Zellen 16 innerhalb der Masse gehalten wird. Zusätzlich wird, wie dies bei anderen Strangpressverfahren dieser Art üblich ist, die Temperatur der Strangpressmasse innerhalb sehr kurzer Zeit durch äußere Kühlung beispielsweise mit Hilfe eines Kühlbades 26 weiter gesenkt.

Ein Wirkstoff 23 oder eine sonstige Verstärkung kann zwischen der Außenschicht 24 und dem Schlauch 25 getrennt angeordnet werden, um die Festigkeit des Schlauchs zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird zuerst der nahtlose S_chlauoh 25 mit einer Wand aus geschlossenzelligem Schaumstoff gebildet, worauf der Wirkstoff oder das Geflecht 23 darüber geschoben und anschließend die zweite Schicht aufgebracht wird, die eine abschließende Deckschicht 24 oder eine Zwischenschicht sein kann. Hierbei wird der

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verstärkte Schlauch durch eine konische "Düse mit abnehmendem Volumen und einem entsprechend steigenden Druck geführt, wobei die obere Schicht aufgebracht wird⁷· Auch hier werden die endgültigen Abmessungen am Düsenaustritt 13 eingestellt, wo die Strangpressmasse sich ausdehnen kann und gleichzeitig die Außenoberfläche- geschlossen wird. ■ ■'-■

Als polymere Strangpressmassen eignen sich Jfaturkautsohuk- oder andere Kunstkautsohuklatices» Als sehr vorteilhaft erwies sich ferner die Verwendung verschiedener Kunst- f stoffe, beispielsweise von Polyviny!halogeniden, "Polyurethanen, Polyäthylen oder anderen schäumbaren Kunststoffen. Die letztgenannten Kunststoffe haben den Vorteil, daß im allgemeinen Wärme allein genügt, um die Masse auszuhärten. Andernfalls können natürlich geeignete chemische Härtemittel zur Aushärtung zugesetzt werden« ·

Die verschiedensten Treibmittel können verwendet werden. Bevorzugt werden Azodicarbonsäureamide* Diese Verbindungen geben bei der Einwirkung von Wärme Stickstoff ab, der das Produkt äusschäumt* Auch andere Treibmittel, z.B. Dinitrosopentamethylentetramin, sind geeignet. Bei beiden Treibmitteln ist die Einwirkung von Wärme zur Aktivierung erforderlich· Für die Zwecke der Erfindung wird das erstgenannte, Stickstoff bildende Treibmittel bevorzugt«

Der gemäß der Erfindung hergestellte Sohaumstoffsohlauoh 1Q ist in vieler Hinsicht einzigartig« Auf (Jrund der geschlossenen Zellen ist der Schlauch undurchlässig für Gase und Flüssigkeiten.

Obwohl die Wandstärke normal oder größer als normal ist, ergibt sich durch die als Folge des Einschlusses einer großen Iiuftmenge verhältnismäßig geringe Masse., eine Struktur, die selbst bei kalter Witterung äußerst elastisch und flexibel ist. Der einzige Teil, der sich ver- ' steifen und hierdurch die Flexibilität verringern kann»

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ist tin sehr dünner Wandttil, der durch tintη τοlittändig flexiblen Luftraum 16 getrennt ist. Durch dit gtsohlotstnen Zellen det Schaumstoff* ergibt «ich eine hohe strukturell· Fettigkeit. Andererseits ist dit erhalten» Kasse äußeret gering. Sie verhältnieeäöig dicke Wand sit der geringen Hasst ermöglicht nicht nur dit Bildung einer sehr flexiblen Struktur, sondern verhindert weitgehend das Knicken oder Absperren ddt Sohlauohdurohgange»

Dit echäumfähige Hasst kann nioht nur tor Auebildung

to tintr Struktur ait großer Jülligkeit and geringer Maas·, •ondern auoh aur weiteren Steigerung der Iniok*festigkeit tints naoh diese» Terfahren hergestellten Sohlauohe auegenutet werden» Duroh Aufbringen einer Außtnsohioht» dit i» weeentliohen dit gleiche Wandstärke wie der Innen tthlauon hat» wird tin Sohlauoh erhalten» der auf Grund des grölen Volunene eeiner Wand wenig oder nioht knickt* Dieses Wandstärkenvtrhältni« Ton tit ist bsi Sohläuohen alt normale» Aufbau nioht abglich. Bei einem Sohlauoh alt «weiaohiohtiger Sohauettoffwand iet eint im weaent liohen gleiche Wändetärke nioht nur aöglioh, sondern auoh erwünscht, da hierdurch ein praktisch niohtkniokender Sohlaucb erhalten wird· Barch Aufbringen tiner Auflensohioht, die die gleiche Dicke wie dit Wand des Xnntnaohlauohs hat, wird dit strukturelle feetigkeit so weit gesteigert» daß es äußerst schwierig ist, den Schlauch zu knicken» Da andererseits eine sehr geringe Masse aus äußeret dünnen Zellwänden Torhanden ist, die durch verhältnismäßig große Lufträume 16 getrennt aind, hat der Sohlauoh zusätzlich zur Festigkeit eine verhältnismäßig große Flexibilität. Das erhaltene Produkt weist daher die einzigartige Kombination Ton Eigenschaften auf, selbst bei den tiefsten Temperaturen äußerst flexibel zu sein und dennoch seine strukturelle Festigkeit in einem solohen Maße zu bewahren, daß kaum die Gefahr des Kniokens besteht* Wie bereits erwähnt, wird dies auf das große

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Volumen der Wand bei gleichzeitig geringer Masse zurückgeführt.

Wie ebenfalle bereits erwähnt, kann die Berstfettigkeit ohne Verechleohterung der Flexibilität oder Kniolcftetigkeit erhöht werden» indem zwischen den Schiohten eine gewirkte oder geflochtene Einlagt 23 angeordnet wird.

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Claims

Patentansprüche

.. Γΐ. )λ Kniokfester, aus gegebenenfalls mehreren Schichten be- ^-^ stehender, nahtloser, gas- und flüssigkeitsdichter. Innerhalb eines weiten Temperaturbereiches flexibler Schlauch, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wand aus gesohlossenzelligem Schaumstoff besteht.

2.) Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai er aus einem inneren nahtlosen gesohlossenzelligen Hohlprofil besteht, der von einem zweiten nahtlosen gesohlossenzelligen Hohlprofil aus Schaumstoff umgeben ist.

3.) Schlauch nach Ansprch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dal zwischen der inneren und der äußeren Schicht eine Verstärkung angeordnet ist.

4.) Schlauch nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Inneren Hohlkörper, einer äußeren Deokschicht und mindestens einer nahtlosen geschlossenem- gen Schaumstoff-Zwischenschicht besteht.

5·) Schlauch nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen sämtlichen Schichten eine Verstärkung angeordnet ist.

6.) Schlauch nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er als Verstärkung gewebte, gewirkte oder geflochtene Einlagen enthält»

7.) Verfahren zur Herstellung eines Sohlauohes nach Anspruoh 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens ein ein Treibmittel enthaltendes Polymergemisch durch mindestens eine Spritzform ohne Führungskanal strangpreAt

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Druok und Temperatur dab·! so wählt, 4aS das Gemisch •rat unmittelbar beim Austritt au· dar DUae aussohJtumt.

8·) Verfahren naoh Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dal man zunächst aus einem gegebenenfalls ein Treibeittel ent· haltenden Folyaergemiseh ein Hohlprofil dureh Strangpressen herstellt« dieses mit einem weiteren« ein Treibmittel enthaltenden Polymergomisoh umgibt und das Sohichtgebilde dureh Strangpressen weiter formt und die Gealsohe ausschäumt.

9.) Verfahren naoh Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dafl man die Folymergemisohe in der Spritzfora einem ständig steigenden Druok auf ihrem Weg vom Zylinder der Strangpresse zur Düse durch Volumenverminderung aussetzt und den Druck am Dttaenende schlagartig aufhebt.

10.) Vorrichtung zur Ihirohftthrung des Verfahrens naoh Anspruch 7 bis 9» gekennzeichnet durch eine kegeletumpfföraige Düse (18) mit mindestens einem sich verjüngenden Dorn (17), dessen effektiver Winkel vorzugsweise etwa halb so groi ist wie der Öffnungswinkel der Düse (18).

11«) Vorrichtung naeh Anspruch 10, gekennzeichnet dureh eine kegelstumpffermige Düse (21) mit zweistufig sieh glelehmälig verjüngendem Vordorn (19) und Naohdorn (20).

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