DE20321380U1

DE20321380U1 - Kühlschlauch

Info

Publication number: DE20321380U1
Application number: DE20321380U
Authority: DE
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: VEYANCE TECHNOLOGIES, INC., FAIRLAWN, US
Priority date: 1981-01-27
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2013-08-23

Abstract

Ein Schlauch, umfassend eine innere Barriereschicht (14), eine radial äußere Zwischenschicht (20), eine Verstärkungsschicht (22) und eine Deckschicht (24), wobei die Barriereschicht (14) aus wenigstens zwei Harzlagen gebildet ist, wobei der Schlauch (10, 10', 10'') dadurch gekennzeichnet ist, dass die zwei Harzlagen aus zwei verschiedenen Materialien gebildet sind, und wobei wenigstens eine der Harzlagen ein Vinylharz ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Schlauch gerichtet, der zur Anwendung in Kühlsystemen, wie etwa Fahrzeug-, industriellen und häuslichen Kühlsystemen geeignet ist. Der Schlauch ist eine Kombination von Elastomermaterialien zur Erzielung von Flexibilität und thermoplastischen Materialien zur Erzielung von Undurchlässigkeit.
Hintergrund der Erfindung
Schläuche werden zur Beförderung von Kühlmitteln in Fahrzeugklimaanlagen sowie in industriellen und häuslichen Kühlsystemen verwendet. Die Schläuche haben generell einen dreilagigen laminaren Aufbau, bestehend aus einer innersten Lage, einer Verstärkungslage und einer äußersten Decklage. Generell sind die inneren und äußeren Lagen aus Gummi gebildet, einschließlich Butylkautschuken (IIR, CIIR, BIIR oder BIMS), Ethylenpropylendienkautschuk (EPDM), Chloroprenkautschuk (CR), Nitrilkautschuke (NBR, HNBR) oder Ethylenacrylcopolymerkautschuk (AEM). Die Verstärkungsfaserlage ist üblicherweise eine durch geflochtenes organisches Garn, wie etwa Polyesterfaser, Rayonfaser oder Nylonfaser, gebildete Netzstruktur. Die Außenhülle ist typischerweise aus EPDM, CR, Butylkautschuken oder AEM gebildet. zwischen den Lagen können Haftschichten eingesetzt werden.
Die oben besprochenen Schläuche haben einen hohen Flexibilitätsgrad. Auf Grund dessen können die Gummischläuche leicht gehandhabt werden. Kautschukmaterialien neigen jedoch generell dazu, eine hohe Gaspermeabilität zu haben. Versuche, die Beständigkeit herkömmlicher Gummischläuche gegenüber Kühlmittelpermeation zu verbessern, sind durch Einarbeitung von Polyamidlagen, wie etwa Nylon 6, Nylon 66, modifiziertes Nylon 6 oder Legierungen von Nylon 6 usw. als eine Innenschicht vorgenommen worden. Während die Verwendung solcher Polyamidlagen die Permeationsraten reduziert, reduziert sie jedoch auch die Flexibilität der Schläuche. Um einen akzeptablen Kompromiss zwischen den erforderlichen Merkmalen zu erzielen, beträgt die Dicke einer Nylon-Innenkernschicht herkömmlich wenigstens 0,5 mm (0,02''), siehe auch US-A-4,633,912, das eine Polyamidgemischkernröhre mit einer Messdicke von 1,07 mm und 0,81 mm offenbart.
Schläuche können als Schläuche mit Barriereschicht oder Innenbeschichtung gekennzeichnet sein, wobei der Unterschied zwischen beiden der Typ des die innerste Lage bildenden Materials ist. Bei Schläuchen mit Barriereschicht ist die innerste Schicht aus einem Elastomermaterial und einer auswärts von der innersten Lage angeordneten Barriereschicht gebildet. Bei Schläuchen, wobei die Barriereschicht die innerste Schicht ist, wird der Schlauch als Schlauch mit Innenbeschichtung bezeichnet. Manche Anwendungen könnten jeden der beiden Schlauchtypen verwenden, wie etwa ein Kraftstoffschlauch, während andere Anwendungen ein spezifisches Innenmaterial erfordern können und somit nur ein Schlauchtyp geeignet wäre.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Schlauch gerichtet, der zur Beförderung von Kühlmitteln geeignet ist. Der Schlauch hat eine hohe Beständigkeit gegen Permeation und eine hohe Flexibilität. Der Schlauch umfasst eine Barriereschicht, eine Elastomer-Zwischenschicht, eine Verstärkungsschicht und eine Deckschicht. Zur Erzielung der hohen Beständigkeit gegen Permeation, wodurch ein Schlauch mit einer Permeationsrate von nahezu Null erhalten wird, ist die Barriereschicht aus wenigstens zwei Harzlagen gebildet, wobei wenigstens eine der Harzlagen aus einem Vinylharz gebildet ist.
In einem Aspekt der offenbarten Erfindung ist der Schlauch ein Schlauch mit Barriereschicht. Radial einwärts von der mehrlagigen Barriereschicht befindet sich eine Elastomerschicht. Die Elastomerschicht bildet die innerste Lage des Schlauchs und ist in direktem Kontakt mit jedweden Fluiden oder Gasen, die durch den Schlauch strömen werden.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Schlauch ein Schlauch mit Innenbeschichtung. Das heißt, die Barriereschicht ist die radial innerste Schicht des Schlauchs und ist in direktem Kontakt mit jedweden Fluiden oder Gasen, die durch den Schlauch strömen werden.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Barriereschicht des Schlauchs aus drei Harzlagen gebildet. Bei einer solchen Konstruktion wird das die innerste Harzlage bildende Material als die radial äußerste Harzlage wiederholt. Diese Konstruktion ist die aufwändigste in Bezug auf die Fertigung; die dritte Harzlage kann auch aus einem dritten Harzmaterial gebildet werden.
In einem Aspekt der Erfindung ist das eine der Barrierelagen bildende Vinylharz aus der aus Vinylacetat (EVA), Polyvinylalkohol (PVA), Vinylalkohol-/Ethylencopolymer (EVOH), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylchlorid (PVC), Vinylchlorid/Vinylidenchlorid-Copolymer und Vinylidenchlorid/Methylacrylat-Copolymer bestehenden Gruppe gewählt.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist die nicht-Vinylharz-Barrierelage aus einem Material gebildet, gewählt aus der aus thermoplastischen Polyolefinharzen oder thermoplastischen Polyamidharzen bestehenden Gruppe.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Gummi-Zwischenschicht und die innerste Gummischicht, wenn die Schlauchkonstruktion ein Barriereschlauch ist, aus einem Material aus der aus Chloroprenkautschuken, Nitrilkautschuken, Ethylen-Propylenkautschuk, Ethylen-Propylen-Dienkautschuk (EPDM), Butylkautschuken (IIR, CIIR, BIIR), chlorsulfoniertem Polyethylenkautschuk (CSM), Ethylen-Acryl-Copolymerkautschuk (AEM), chloriertem Polyethylenkautschuk (CPE) oder bromiertem Isobutylen-Paramethylstyrol (BIMS) bestehenden Gruppe gebildet.
In einem anderen Aspekt der Erfindung hat jede Harzschicht in der Barriereschicht eine radiale Dicke von 0,025 bis 0,127 mm.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird als Beispiel und unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, worin
1 eine Querschnittsansicht eines teilweisen Schlauchs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine andere Ausführungsform des erfinderischen Schlauchs ist;
3 eine andere Ausführungsform des erfinderischen Schlauchs ist; und
4 ein Graph ist, der konstante Permeationsraten vergleicht.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Der Kühlschlauch 10 der vorliegenden Erfindung ist in 1 illustriert. Der Schlauch 10 hat eine Kernschicht 12 relativ zur radialen Richtung des Schlauchs und der längsgerichteten Schlauchachse. Die Kernschicht 12 ist aus einem Elastomermaterial gebildet. Über der Kernschicht 12 befindet sich die Barriereschicht 14, die aus wenigstens zwei thermoplastischen Lagen 16, 18 gebildet ist. Über der Barriereschicht befindet sich eine Elastomerzwischenschicht 20, Verstärkungsschicht 22 und eine Deckschicht 24.
Die Kernschicht 12 ist aus einem Elastomermaterial gebildet. Da diese Kernschicht 12 der Innenbeschichtungsbarriereschicht benachbart ist, muss sie in der Lage sein, sich an die Barriereschicht 14 zu binden. Solche Materalien beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, Chloroprenkautschuke, Nitrilkautschuke, Ethylen-Propylenkautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Butylkautschuke (IIR, CIIR, BIIR), chlorsulfonierten Polyethylenkautschuk (CSM), Ethylen-Acrylkautschuk (AEM), chlorierten Polyethylenkautschuk (CPE) oder bromiertes Isobutylen-Paramethylstyrol (BIMS). Die Kernschicht 12 kann auch aus thermoplastischen Elastomeren oder thermoplastischen Vulkanisaten, wie etwa Polypropylen, Polyethylen oder anderen Polyolefinen, gemischt mit ePDM, IIR, NBR oder Acrylkautschuk, gebildet sein.
Die Barriereschicht 14 ist aus einer ersten thermoplastischen Lage 16 gebildet, wobei das Material eine niedrige Permeationsrate hat. Geeignete Materialien mit niedriger Permeabilität beinhalten thermoplastische Polyolefinharze, wie etwa hochdichtes Polyethylen (HDPE), Polyethylen mit ultrahoher Molmasse (UHMWPE), Polypropylen (PP) und thermoplastisches Ethylen-Propylen-Copolymerharz; und thermoplastische Polyamidharze, wie etwa Nylon 6 (N6), Nylon 66 (N66), Nylon 46 (N46), Nylon 11 (N11), Nylon 12 (N12), Nylon 610 (N610), Nylon 612 (N612), Nylon 6/66-Copolymer (N6/66), Nylon 6/66/610-Copolymer (N6/66/610), Nylon MXD6 (MXD6), Nylon 6T, Nylon 6/6T-Copolymer, Nylon 66/PP-Copolymer und Nylon 66/PPS-Copolymer. Zur Erzielung einer niedrigen Durchlässigkeit des fertiggestellten Schlauchs bei Verwendung eines Polyamidharzes, oder eines Gemischs von Polyamidharzen, ist das Polyamid vorzugsweise nicht weichmacherbehandelt. Der Zusatz eines Weichmachers zu dem Polyamid verbessert zwar die Flexibilität des Materials, senkt jedoch auch die Durchlässigkeitsmerkmale des Nylons. Somit wird nicht weichmacherbehandeltes Polyamid bevorzugt.
Die zweite Lage 18 in der Barriereschicht 14 ist ein Material mit niedriger Permeabilität, das sich von der ersten thermoplastischen Lage 16 unterscheidet. Das bevorzugte Material ist ein Vinylharz, wie etwa Vinylacetat (EVA), Polyvinylalkohol (PVA), Vinylalkohol-/Ethylen-Copolymer (EVOH), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylchlorid (PVC), Vinylchlorid-/Vinylidenchlorid-Copolymer und Vinylidenchlorid-/Methacrylat-Copolymer.
Beim Konstruieren der Barriereschicht 14 kann die erste Lage 16 die radial innerste Lage sein oder kann die zweite Lage 18 die radial innerste Lage sein. Zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Flexibilität des Schlauchs 10 hat jede individuelle Harzlage 16, 18 eine radiale Dicke von 0,025 mm bis 0,127 mm.
Die Zwischenschicht 20 muss fähig sein, sich an die Barriereschicht zu binden. Diese Schicht ist aus denselben Materialien gebildet, die für die innerste Schicht 12 geeignet sind.
Die Verstärkungsschicht 22 kann durch Flechten, spiralförmiges Wickeln, Wirken oder schraubenförmiges Wirken von Garn gebildet werden. Das Garn kann aus herkömmlichen Schlauchverstärkungsgarnen, wie etwa Glas-, Stahl-, Baumwolle-, Polyester- oder Aramidfasern oder einer Mischung jeder dieser Fasern gebildet werden.
Die Deckschicht 24 ist aus bekannten Schlauchdecklagenmaterialien gewählt, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), chlorsulfoniertem Polyethylenkautschuk (CSM), EPDM, Butylkautschuk, chloriertem Butylkautschuk (Cl-IIR), bromiertem Butylkautschuik (Br-IIR), Epichlorhydrinkautschuk, Acrylkautschuk (AEM), Chloroprenkautschuk (CR), BIMS und dergleichen. Ähnlich der Kernschicht 12 kann die Hülle auch aus thermoplastischen Elastomeren oder thermoplastischen Vulkanisaten gebildet werden.
Der Schlauch 10 hat eine Permeationsrate von nicht größer als 0,0003 g/cm/Tag. Eine so niedrige Permeationsrate kann als Nullpermeationsrate betrachtet werden. Herkömmlich wird zur Erzielung von so niedrigen Permeationsraten eine dünne Metallschicht in dem Schlauch eingesetzt. Die vorliegende Erfindung erzielt eine sehr niedrige, bis Null, Permeationsrate ohne die Verwendung einer Metallfolie oder -lage innerhalb des Schlauchs.
Eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in 2 illustriert. Der Schlauch 10' hat eine innerste Schicht 20, eine Barriereschicht 14, eine benachbarte elastomere Reibungsschicht 20, eine Verstärkungsschicht 22 und eine Deckschicht 24. In dieser Ausführung hat die Barriereschicht 14 des Schlauchs 10' drei Lagen 16, 18, 16'. Das für die radial innerste Lage ausgewählte Material wird als die dritte und radial äußerste Lage wiederholt.
Vorzugsweise ist die mittlere Lage aus dem Material mit der niedrigsten Permeationsrate gebildet.
Eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in 3 illustriert. In dieser Ausführung hat der Schlauch 10'' keine innerste Elastomerschicht 12. Stattdessen bildet die Barriereschicht 14 die innerste Schicht und ist der Schlauch 10'' ein Schlauch mit Innenbeschichtung. In der illustrierten Ausführung ist die Barriereschicht aus zwei Barrierelagen 16, 18 gebildet, welche aus den oben erörterten Materialien und auf die oben erörterte Weise gebildet sind. Ähnlich der zweiten Ausführung kann bei dem Schlauch 10'' mit Innenbeschichtung die Barriereschicht 14 auch aus drei Lagen gebildet sein, wobei die innerste Barrierelage 16 wiederholt wird, wodurch sie die zweite Barrierelage 18 sandwichartig umgibt.
Der beabsichtigte Gebrauch des Schlauchs, einschließlich des beabsichtigten Fluids oder Gases, das durch den Schlauch fließen wird, wird bestimmen, welche der verschiedenen offenbarten Schlauchkonstruktionen mit Barriereschicht oder Innenbeschichtung geeignet ist.
Der Aufbau des Schlauchs 10 wird auf folgende Weise vollzogen.
Die innerste Schicht wird entweder auf einen flexiblen oder feststehenden Dorn extrudiert. Die Barriereschicht wird durch gleichzeitiges Co-Extrudieren der verschiedenen Lagen auf die innerste Schicht gebildet. Für die Extrusion wird ein Mehrlagenkopf verwendet. Wenn die Barriereschicht als ein Dreilagenelement gebildet wird, wird ein Dreifach-Extrusionskopf verwendet. Bei der Bildung der Barriereschicht als ein Zweilagenelement kann ein Doppelextrusionskopf oder Dreifach-Extrusionskopf, mit einer stillen Durchgangsöffnung, verwendet werden. Zwischen den verschiedenen Lagen wird kein Klebstoff angebracht, da die Bindung zwischen den Lagen durch Schmelzbindung erzielt wird.
Nachdem die Barriereschicht geformt ist, wird entweder eine weitere Elastomerschicht aufgebracht oder wird unmittelbar die Verstärkungsschicht aufgebracht. Die Deckschicht wird als letztes aufgebracht. Das geformte Schlauchstück wird dann vulkanisiert, um die Elastomerlagen auszuhärten. Das Schlauchstück kann entweder vor oder nach dem Vulkanisieren in definitieve Stücke geschnitten werden. Wenn das Schlauchstück vor dem Vulkanisieren zerschnitten wird, dann werden die Schlauchstücke typischerweise auf Dornen mit feststehender Krümmung und kurzer Länge vulkanisiert, die dazu gestaltet sind, dem Schlauch eine feststehende und endgültige Konfiguration zu verleihen.
Beispielhafter Schlauch
Ein Schlauch in Übereinstimmung mit der Erfindung wurde konstruiert. Die innerste Lage war aus CR gebildet. Die Barriere war aus drei Lagen gebildet einem nicht weichmacherbehandelten Copolymer von Nylon 6 und Nylon 66, einer mittleren Lage aus EVOH und einer wiederholten Lage des nicht weichmacherbehandelten Nylon 6,66-Copolymers. Jede der Barrierelagen hatte eine Dicke von etwa 0,007 mm für eine Gesamtdicke von etwa 0,024 mm. Auswärts von der Barriereschicht wurde eine weitere Schicht CR angebracht. Eine Verstärkungsschicht aus Polyester wurde angebracht. Die Deckschicht war aus einem Butylkautschuk gebildet.
Vergleichsbeispiel 1
Ein kommerziell erhältlicher Schlauch mit niedriger Permeationsrate wurde beschafft. Der Schlauch hat eine innerste Schicht aus CR, eine Barriereschicht aus einem weichmacherbehandelten Nylon 6-66-Copolymer, eine NBR-Reibungsschicht, Polyesterverstärkung und eine Deckschicht aus Chlorbutylkautschuk. Dieser Schlauch ist der von The Goodyear Tire & Rubber Company vertriebene Goodyear Galaxy 534-860-013-Schlauch.
Vergleichsbeispiel 2
Ein zweiter kommerziell erhältlicher Schlauch mit niedriger Permeationsrate wurde beschafft. Der Schlauch hat eine innerste Lage aus CR, eine Barriereschicht aus nicht weichmacherbehandelten Nylon 6-66-Copolymer, eine CR-Reibungsschicht, Polyesterverstärkung und eine Deckschicht aus Chlorbutylkautschuk. Dieser Schlauch ist der von The Goodyear Tire & Rubber Company vertriebene Goodyear Galaxy 534-890-013-Schlauch.
Die drei Schläuche wurden in Abschnitte zerschnitten und auf Permeationsraten getestet. Die Permeationsprüfung wurde durchgeführt durch Abdichten wenigstens eines Endes des Schlauchabschnitts, Einbringens eines Kühlfluids in den Schlauch und dann Abdichten des offenen Endes des Schlauchs. Das Gesamtgewicht des Schlauchs und enthaltenen Fluids wird gemessen. Der Schlauchabschnitt wird dann bei 90°C in einem Umgebungsmilieu belassen. Das Gewicht des Schlauchs wird zwei Wochen lang jeden Tag gemessen und dann eine weitere Woche lang jeden zweiten Tag. Die Permeationsrate wird dann auf Basis des Gewichtsverlusts per Abschnittslänge pro Tag für die letzten fünf Tage (Dauer) berechnet.
Die Ergebnisse der Permeationsraten des erfinderischen Schlauchs und der zwei Vergleichsschläuche sind in 4 dargestellt. Vergleichsschlauch 1 zeigte eine Permeationsrate von 2,52 × 10^–3 g/cm/Tag. Vergleichsschlauch 2 zeigte eine Permeationsrate von 5,12 × 10^–4 g/cm/Tag. Der erfinderische Schlauch zeigte eine Permeationsrate von 3,94 × 10^–5 g/cm/Tag. Der erfinderische Schlauch weist eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich niedriger Permeation im Vergleich zu den anderen Schläuchen auf.
Dieser Schlauch ist als gebrauchsgeeignet für Kühlmittel beschrieben worden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, R134A, ist jedoch auch gebrauchsgeeignet für andere Typen von Fluiden oder Gasen, wie etwa CO₂.

Claims

Ein Schlauch, umfassend eine innere Barriereschicht (14), eine radial äußere Zwischenschicht (20), eine Verstärkungsschicht (22) und eine Deckschicht (24), wobei die Barriereschicht (14) aus wenigstens zwei Harzlagen gebildet ist, wobei der Schlauch (10, 10', 10'') dadurch gekennzeichnet ist, dass die zwei Harzlagen aus zwei verschiedenen Materialien gebildet sind, und wobei wenigstens eine der Harzlagen ein Vinylharz ist.
Ein Schlauch in Übereinstimmung mit Anspruch 1, wobei der Schlauch (10, 10', 10'') weiter eine Elastomerschicht radial einwärts von der Barriereschicht (14) aufweist.
Ein Schlauch in Übereinstimmung mit Anspruch 1, wobei die Barriereschicht (14) die radial innerste Schicht des Schlauchs (10, 10', 10'') ist.
Ein Schlauch gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Barriereschicht (14) aus drei Harzlagen gebildet ist.
Ein Schlauch in Übereinstimmung mit Anspruch 4, wobei die radial innerste Harzlage und die radial äußerste Harzlage aus demselben Harzmaterial gebildet sind.
Ein Schlauch gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vinylharz aus der aus Vinylacetat (EVA), Polyvinylalkohol (PVA), Vinylalkohol-/Ethylencopolymer (EVOH), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylchlorid (PVC), Vinylchlorid-/Vinylidenchlorid-Copolymer und Vinylidenchlorid-/Methylacrylat-Copolymer bestehenden Gruppe gewählt ist.
Ein Schlauch gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die nicht-Vinylharz-Barriereschicht aus einem Material gebildet ist, gewählt aus der aus thermoplastischen Polyolefinharzen oder thermoplastischen Polyamidharzen bestehenden Gruppe.
Ein Schlauch gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schlauch (10, 10', 10'') eine Permeationsrate von nicht größer als 0,0003 g/cm/Tag hat.
Ein Schlauch gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Harzlage in der Barriereschicht (14) eine radiale Dicke von 0,025 bis 0,127 mm hat.
Ein Schlauch gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (20) aus einem Material aus der aus Chloroprenkautschuken, Nitrilkautschuken, Ethylen-Propylenkautschuk, Ethylen-Propylen-Dienkautschuk (EPDM), Butylkautschuken (IIR, CIIR, BIIR), chlorsulfoniertem Polyethylenkautschuk (CSM), Ethylen-Acryl-Copolymerkautschuk (AEM), chloriertem Polyethylenkautschuk (CPE), bromiertem Isobutylen-Paramethylstyrol (BIMS), thermoplastischen Elastomeren und thermoplastischen Vulkanisaten bestehenden Gruppe gebildet ist.