DE202005001368U1

DE202005001368U1 - Schlauch aus thermoplastischem Polyurethan

Info

Publication number: DE202005001368U1
Application number: DE202005001368U
Authority: DE
Original assignee: Norres Schlauchtechnik & Co KG GmbH; Norres Schlauchtechnik & GmbH
Current assignee: Norres Schlauchtechnik & Co KG GmbH; Norres Schlauchtechnik & GmbH
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2015-01-28

Abstract

Schlauch, insbesondere Pneumatikschlauch, aus thermoplastischem Polyurethan,
wobei das thermoplastische Polyurethan aus einem Polyurethan-Ausgangsstoff und nachträglich zugefügtem Diisocyanat gebildet ist
und wobei es sich um einen aus dem schmelzflüssigen thermoplastischen Polyurethan extrudierten Schlauch (1) handelt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlauch aus thermoplastischem Polyurethan, der durch Extrusion hergestellt ist. Die Erfindung betrifft insbesondere Pneumatikschläuche und Sandstrahlschläuche.
Schläuche aus Polyurethan haben sich grundsätzlich bewährt und zwar im Hinblick auf ihre Festigkeit, Verschleißbeständigkeit, chemische Beständigkeit und UV-Beständigkeit. Allerdings tritt bei diesen bekannten Polyurethanschläuchen mit steigender Temperatur bereits ab 90° C und relativ deutlich bei Temperaturen ab 120° C ein Festigkeitsverlust auf. Dieser Festigkeitsverlust kann beispielsweise bei Überdruckanwendungen dieser Schläuche zum Platzen der Schläuche führen. Fernerhin macht sich bei vielen bekannten Polyurethanschläuchen bei längerer Kraft- und Druckeinwirkung die typische Kriecheigenschaft der Polyurethane bemerkbar und dadurch kommt es zu nachteilhaften Beeinträchtigungen der Schlauchwandungen. Aus diesem Grunde eignen sich diese bekannten Polyurethanschläuche weniger zur Verwendung mit Verschraubungen und Anschlusselementen, beispielsweise mit Press- oder Schaleneinband, die insbesondere bei Gummischläuchen zum Einsatz kommen. Gummischläuche weisen nämlich im Gegensatz zu den bekannten Polyurethanschläuchen eine bessere Festigkeit unter Wärmeeinfluss, d.h. eine bessere Wärmeformbeständigkeit und deutlich geringere Kriecheigenschaften auf, weswegen beispielsweise Press- und Schalenverschraubungen auf ihnen besser halten.
Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, einen Schlauch der eingangs genannten Art anzugeben, der beachtlich verbesserte; insbesondere mechanische Eigenschaften, aber auch verbesserte chemische Eigenschaften aufweist.
Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung einen Schlauch aus thermoplastischem Polyurethan,
wobei das thermoplastische Polyurethan aus einem Polyurethan-Ausgangsstoff und nachträglich zugefügten Diisocyanat gebildet ist
und wobei es sich um einen aus dem schmelzflüssigen thermoplastischen Polyurethan extrudierten Schlauch handelt. Der extrudierte Schlauch kühlt natürlich nach der Extrusion in an sich bekannter Weise ab. – Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Schlauch als Ganzes extrudiert wird, d.h., der Schlauch liegt unmittelbar nach der Extrusion als zylinderförmige Einheit vor. Es werden also zweckmäßigerweise Schläuche bzw. Schlauchabschnitte hergestellt, die über ihre Länge keine über den Umfang des Schlauches umlaufende Naht aufweisen.
Als thermoplastischer Polyurethan-Ausgangsstoff wird im Rahmen der Erfindung sehr bevorzugt ein thermoplastisches Polyester-Polyurethan und/oder ein thermoplastisches Polyether-Polyurethan eingesetzt. – Polyurethan-Ausgangsstoff meint im Rahmen der Erfindung zunächst insbesondere ein fertiges Polyurethan, dass durch Polyaddition aus zwei- oder höherwertigen Alkoholen und Isocyanaten entstandenen ist. Polyurethan-Ausgangsstoff meint weiterhin insbesondere ein nicht oder nur wenig vernetztes Polyurethan. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass maximal 30 Gew.-% des Polyurethan-Ausgangsstoffes vernetzt sind, vorzugsweise weniger als 25 Gew.-%, bevorzugt weniger als 20 Gew.-% und sehr bevorzugt weniger als 10 Gew.-% des Polyurethan-Ausgangsstoffes.
Nach besonders bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung ganz besondere Bedeutung zukommt, wird das Diisocyanat bezogen auf die Masse des Polyurethan-Ausgangsstoffes in einer Menge von 0,2 bis 10 Gew.-%, zweckmäßigerweise 0,2 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 3,5 Gew.-% dem Polyurethan zugegeben. Besonders bevorzugt wird das Diisocyanat bezogen auf die Masse des Polyurethan-Ausgangsstoffes in einer Menge 1 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 1,5 bis 3 Gew.-% dem Polyurethan zugegeben. Die vorstehend jeweils angegebene Menge Diisocyanat bezogen auf die Polyurethan-Masse meint jeweils 100 Gew.-% Polyurethan-Ausgangsstoff und zusätzlich den Gew.-% Anteil Diisocyanat, d. h. beispielsweise zusätzlich 5 Gew.-% Diisocyanat, so dass sich insgesamt 105 Gew.-% ergeben würden. Die vorstehend angegebenen Mengen an Diisocyanat haben sich insbesondere im Hinblick auf verbesserte mechanische Eigenschaften der in Rede stehenden Schläuche aus Polyurethan bewährt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (MDI) als Diisocyanat eingesetzt. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird ein Toluylendiisocyanat (TDI) als Diisocyanat verwendet. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass das Diisocyanat mit weiteren Additiven gemischt ist und dass diese Mischung dem Polyurethan-Ausgangsstoff zugesetzt wird.
Nach sehr bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung besondere Bedeutung zukommt, wird der Polyurethan-Ausgangsstoff für die Herstellung des thermoplastischen Polyurethans in Granulatform eingesetzt. Der Polyurethan-Ausgangsstoff, vorzugsweise das Polyurethan-Granulat wird möglichst vollständig mit dem Diisocyanat benetzt.
Nach sehr bevorzugter Ausführungsform wird das Diisocyanat dem Polyurethan-Ausgangsstoff, der vorzugweise in Granulatform vorliegt in einem Schneckenextruder zugegeben. Vorzugsweise erfolgt die Zugabe des Diisocyanates in der für das Polyurethan-Granulat bestimmten Einzugszone des Schneckenextruders. Der Schneckenextruder ist bevorzugt ein Einschneckenextruder. Es hat sich bewährt, flüssiges Diisocyanat drucklos mit Hilfe einer Zahnradpumpe zuzugeben und zwar vorzugsweise in der Einzugszone für das Polyurethan-Granulat. Zweckmäßigerweise wird ein Schneckenzylinder mit einer genuteten Einzugszone für das Granulat verwendet und vorzugsweise wird die Einzugszone temperiert bzw. beheizt. Bevorzugt wird ein Schneckenextruder mit einer Barriereschnecke mit Mischteil eingesetzt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Verfahren mit der Maßgabe geführt wird und dass insbesondere ein Schneckenextruder mit der Maßgabe ausgewählt wird, dass eine homogene Schmelze im Extruder erhalten wird, so dass eine gleichmäßige Verteilung des Diisocyanates resultiert. Auf diese Weise erhält man in vorteilhafter Weise sehr reproduzierbare Materialeigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Schläuche.
Aus dem schmelzflüssigen thermoplastischen Polyurethan werden dann die Schläuche in an sich bekannter Weise extrudiert. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass die extrudierten Schläuche armiert sind. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist diese Armierung in den Kunststoff des Schlauches eingebettet bzw. integriert. Die Armierung kann mit Hilfe von Drähten und/oder Fäden, beispielsweise auch mit Hilfe von Monofilamenten verwirklicht werden. Weiterhin kann es sich bei der Armierung um ein Gewebe handeln, beispielsweise um ein Drahtgewebe. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Armierung einen erfindungsgemäßen Schlauch umgibt. Der Schlauch wird dann also beispielsweise von einem Armierungsgewebe umgeben. Es können auch zwei oder mehr der erfindungsgemäß hergestellten Schläuche zu einem Schlauchaggregat kombiniert werden. Zweckmäßigerweise sind dann zwischen den Schläuchen Armierungen, wie Gewebeschichten zwischengeschaltet. Die letztgenannten Schläuche eignen sich insbesondere zum Sandstrahlen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit der erfindungsgemäßen Merkmalskombination Schläuche aus Polyurethan mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und auch vorteilhaften chemischen Eigenschaften hergestellt werden können. Durch die erfindungsgemäße Zugabe des Diisocyanats wird der bereits fertiggestellte und einsatzfähige Polyurethan-Ausgangsstoff vernetzt. Grundsätzlich ist es bekannt, dass Polyurethane im Zuge ihrer Herstellung bei Isocyanat-Überschuss vernetzen können. Im vorliegenden erfindungsgemäßen Fall hat sich aber die nachträgliche Zugabe von Diisocyanat zu dem bereits fertigen Polyurethan-Ausgangsstoff unter den erfindungsgemäßen speziellen Bedingungen bewährt. Diese Herstellung führt bei den Schläuchen zu ganz besonders vorteilhaften und überraschenden Eigenschaften. Die erfindungsgemäß hergestellten Schläuche weisen vor allem eine überraschend hohe Beständigkeit bzw. Formbeständigkeit bei höheren Temperaturen auf, insbesondere auch bei Temperaturen über 120°C. So sind die erfindungsgemäßen Schläuche bei Beaufschlagung mit relativ hohen Temperaturen auch unter höherem Druck ohne Weiteres beständig. Die bislang bekannten Schläuche aus Polyurethan weisen eine nachteilhaft rasche Wärmehalterung bei erhöhten Temperaturen auf, die einen Festigkeitsverlust zur Folge hat. Die erfindungsgemäß hergestellten Schläuche weisen dagegen ein beachtlich verbessertes Wärmehalterungsverhalten auf. – Aufgrund der nachteilhaften Kriecheigenschaften sind die bekannten Polyurethan-Schläuche zur Verwendung mit Verschraubungen und Anschlusselementen – wie sie bei Gummischläuchen zum Einsatz kommen – nur wenig geeignet. Dagegen können die erfindungsgemäßen Schläuche problemlos mit solchen Verschraubungen und Anschlusselementen, beispielsweise mit Press- oder Schaleneinband eingesetzt werden. Im Ergebnis zeichnen sich die erfindungsgemäß hergestellten Polyurethan-Schläuche durch eine überraschend hohe mechanische Widerstandsfähigkeit aus sowie auch durch eine gute chemische Beständigkeit.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 eine Seitenansicht eines Teils einer Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schlauches,
2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß hergestellten Pneumatikschlauches,
3 einen Schnitt durch die Wandung eines erfindungsgemäßen Schlauches,
4 den Schlauch gemäß 3 in einer Seitenansicht,
5 eine Seitenansicht eines mit erfindungsgemäßen Schläuchen ausgestatteten Schlauchaggregates,
6 einen Schnitt durch die Wandung eines erfindungsgemäßen Schlauches,
7 den Schlauch nach 6 in einer Seitenansicht,
8 eine Seitenansicht eines mit erfindungsgemäßen Schläuchen ausgestatteten Schlauchaggregates, und
9 einen Schnitt durch den Gegenstand nach 8.
Die 1 zeigt einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Schlauches 1 aus thermoplastischem Polyurethan. Hier ist ein Einschneckenextruder 9 dargestellt, mit dem für die Extrusion des Schlauches 1 eine Polyurethanschmelze erzeugt wird und zwar aus Polyurethan-Ausgangsstoff in Form von Granulat 10, das über einen Trichter 11 dem Extruder in der Einzugszone 12 aufgegeben wird. Der Einschneckenextruder 9 weist in üblicher Weise einen Motor 14, ein Getriebe 16 sowie einen Schneckenzylinder 19 und eine in dem Schneckenzylinder 19 aufgenommene Schnecke 20 auf. Vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel wird der Einschneckenextruder 9 mit am Schneckenzylinder 19 angeordneten Heizmanschetten 21 temperiert bzw. beheizt.
Erfindungsgemäß wird dem granulatförmigen Polyurethan-Ausgangsstoff ein Diisocyanat zugegeben und zwar im Ausführungsbeispiel über eine als Zahnradpumpe 22 ausgeführte Dosiervorrichtung. In der 1 ist erkennbar, dass nach sehr bevorzugter Ausführungsform der Erfindung das Diisocyanat in der Einzugszone 12 des Granulates 10 zugefügt wird. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass das Diisocyanat dem noch nicht schmelzflüssigen Granulat 10 zugegeben wird. Es wird dafür Sorge getragen, dass eine möglichst vollständige Benetzung des Granulates mit dem flüssigen Diisocyanat erfolgt. Es kann sich dabei um eine flüssige Mischung handeln, die neben Diisocyanat weitere Additive aufweist. In dem Einschneckenextruder 9 wird dann eine Schmelze aus dem mit Diisocyanat modifizierten Polyurethan hergestellt und aus dieser Kunststoffschmelze wird in nicht näher dargestellter Weise der Schlauch 1 extrudiert.
Die 2 zeigt einen aus einem erfindungsgemäßen modifizierten thermoplastischen Polyurethan hergestellten Pneumatikschlauch. Dieser Pneumatikschlauch ist im Ausführungsbeispiel einschichtig ausgebildet und hat sowohl eine glatte Innenoberfläche als auch eine glatte Außenoberfläche.
In 3 ist ein Schnitt durch die Wandung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schlauches 1 dargestellt. In diese Wandung aus modifiziertem Polyurethan ist eine Armierung in Form eines Gewebes 2 eingebettet. Das Gewebe 2 besteht aus sich kreuzenden Fäden. Das wird aus der 4 deutlich, die diesen Schlauch 1 in einer Seitenansicht zeigt. Dieser in 3 gezeigte Schlauch 1 hat sowohl eine glatte Innenoberfläche als auch eine glatte Außenoberfläche.
In der 5 ist ein Schlauchaggregat dargestellt, das aus zwei erfindungsgemäß hergestellten Schläuchen 1 besteht. Zwischen diesen Schläuchen 1 ist ein Gewebe 2 als Armierung zwischengeschaltet.
6 zeigt ebenfalls einen Schnitt durch die Wandung eines erfindungsgemäßen Schlauches 1. Dieser Schlauch 1 ist mit einem Draht 3 armiert, der sich wendelförmig über den Umfang des Schlauches erstreckt, was in der 7 angedeutet wurde. Dieser Schlauch 1 hat sowohl eine glatte Innenoberfläche als auch eine glatte Außenoberfläche.
In der 8 ist ein Schlauchaggregat abgebildet, das zum Sandstrahlen eingesetzt werden kann. Dieses Schlauchaggregat besteht aus mehreren Schichten und umfasst insgesamt drei erfindungsgemäß hergestellte Schläuche 1. Diese Schläuche 1 bilden die Innenschicht, die mittlere Schicht und die äußere Deckschicht des Schlauchaggregates. Zwischen Innenschicht und mittlerer Schicht ist ebenso ein Gewebe 2 zwischengeschaltet, wie zwischen mittlerer Schicht und äußerer Deckschicht.

Claims

Schlauch, insbesondere Pneumatikschlauch, aus thermoplastischem Polyurethan, wobei das thermoplastische Polyurethan aus einem Polyurethan-Ausgangsstoff und nachträglich zugefügtem Diisocyanat gebildet ist und wobei es sich um einen aus dem schmelzflüssigen thermoplastischen Polyurethan extrudierten Schlauch (1) handelt.
Schlauch nach Anspruch 1, wobei das nachträglich zugefügte Diisocyanat bezogen auf die Masse des Polyurethan-Ausgangsstoffes in einer Menge von 0,2 bis 10 Gew.-%, zweckmäßigerweise 0,2 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 3,5 Gew.-% dem Polyurethan zugefügt ist.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Diisocyanat zumindest eine Substanz aus der Gruppe "Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, Toluylendiisocyanat" ist.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Polyurethan-Ausgangsstoff bei der Herstellung des thermoplastischen Polyurethans in Granulatform eingesetzt ist.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zur Herstellung des thermoplastischen Polyurethans das Diisocyanat dem noch nicht schmelzflüssigen granulatförmigen Polyurethan-Ausgangsstoff zugesetzt wird.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Diisocyanat dem Polyurethan-Ausgangsstoff in einem Schneckenextruder zugegeben wird.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Armierung aus zumindest einem Draht und/oder aus zumindest einem Faden und/oder aus zumindest einem Kunststoffmonofilament und/oder aus einem Gewebe vorgesehen ist.