DE2216594C3

DE2216594C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Vulkanisieren von Formkörpern aus Kautschuk oder synthetischen Harzen

Info

Publication number: DE2216594C3
Application number: DE19722216594
Authority: DE
Inventors: Setsuya Shiromizu Tetsuo Kuroda Masakazu Tokio Isshiki
Original assignee: Fujikura Cable Works, Co, Ltd, Tokio
Priority date: 1971-04-06
Filing date: 1972-04-06
Publication date: 1977-09-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vulkanisieren von Formkörpern aus Kautschuk oder synthetischen Harzen mit einem Vulkanisations- oder Vernetzungsmittel unter Anwendung von Ultraschallwellen.

Eis ist allgemein üblich, lange, zu vulkanisierende Formkörper, wie Kautschukbänder, Dichtungsstreifen für Wagenfenster, Schläuche, Kautschukstränge u. dgl. aufzurollen oder auf eine Trommel zu wickeln und unter Zusatz von Vulkanisations- oder Vernetzungsmitteln in einem Autoklaven zu erhitzen. Die Zufuhr der erforderlichen Wärme erfolgt durch ein in den Autoklaven eingeleitetes Heizmedium, wie beispielsweise Dampf oder Flüssigkeit.

Diese üblichen Vulkanisierverfahren weisen eine Reihe von einzelnen Verfahrensschritten auf, die einen kontinuierlichen Betrieb unmöglich machen. Darüber hinaus müssen die Formkörper verhältnismäßig lange in der Dampfatmosphäre oder in der heißen Flüssigkeit gehalten werden, um auch eine ausreichende Erwärmung und damit eine ausreichende Vulkanisation der inneren Schichten des Formkörpers zu erreichen. Mit zunehmender Dicke des Formkörpers steigt auch die Zeitdauer, die der Formkörper dem Heizmedium ausgesetzt sein muß. Da die äußeren Schichten des Fcrmkörpers dem Heizmedium in stärkerem Maße > ausgesetzt sind als die inneren Schichten des Formkörpers, weisen die inneren und äußeren Schichten des Formkörper einen unterschiedlichen Vulkanisationsgrad auf. Wenn die inneren Schichten des Formkörpers vollständig vulkanisiert werden sollen, läßt sich eine ίο Übervulkanisierung oder eine Schädigung der äußeren Schichten des Formkörpers nicht vermeiden.

Es ist auch bekannt, die zu vulkanisierenden Formkörper durch eine Hochfrequenzheizung zu erwärmen. Die Hochfrequenzheizung kann jedoch nur bei Formkörpern angewandt werden, die eine große Elektrizitätskonstante und einen großen dielektrischen Verlustfaktor haben. Es ist bekannt, daß Kautschuke oder synthetische Harze mit polaren Gruppen in der Polymerkette, wie Poiychloropren oder Nitrilkautschuk, ίο mit Hilfe von Hochfrequenzwellen innerhalb kurzer Zeit über ihren gesamten Querschnitt erwärmt werden können, während Verbindungen mit hohem Molekulargewicht ohne derartige polare Gruppen, wie Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butyl-Kautschuk, Polyäthylen, Polypropylen, Äthylen-Propylen-Copolymere, Äthylen-Propylen-Dien-Terpolymere u.dgl. Hochfrequenzwellen nur geringfügig erwärmt werden können. Zur Beseitigung dieses Nachteils ist es erforderlich, beträchtliche Mengen an elektrisch Ieitendem Füllmaterial, wie Ruß, oder an Verbindungen mit hohem Molekulargewicht und polaren Gruppen den Kautschuken oder synthetischen Harzen ohne polare Gruppen zuzugeben. Füllmaterialien und hochpolymere Materialien mit polaren Gruppen sind jedoch bei den Produkten zu vermeiden, die gute elektrische Eigenschaften haben sollen.

Eine Hochfrequenzheizung ist daher nur in einem sehr beschränkten Maße zum Erwärmen von Kautschuken oder synthetischen Harzen geeignet, die vulkanisiert werden sollen. Wenn Materialien zu vulkanisieren sind, die sich durch eine Hochfrequenzheizung nicht oder nur mit besonderen Maßnahmen erwärmen lassen, muß auf andere Arten der Erwärmung der zu vulkanisierenden Materialien zurückgegriffen werden, was zu einer Beeinträchtigung der Wirtschaftlichkeit eines Betriebes führt.

Aus der US-PS 26 26 430 ist eine Vorrichtung zum Vulkanisieren von Kautschuk unter Zuhilfenahme von Ultraschallwellen bekannt, Die Übertragung der Schallwellen auf den Kautschuk erfolgt durch eine direkte Berührung des Schwingungssystems mit dem Kautschuk. Mit dieser bekannten Vorrichtung lassen sich jedoch die Ultraschallwellen nur in einer ungenügenden Weise auf den Kautschuk übertragen, da die Schwingelemente des Ultraschallgenerators stets mit der Oberfläche des Kautschuks auf Grund dessen elastischer Weichheit in Berührung bleiben. Die von den Schwingelementen des Ultraschallgenerators erzeugten Ultraschallwellen werden daher größtenteils durch die to Elastizität des Kautschuks absorbiert und nicht in das Innere des Kautschuks weitergegeben. Eine ausreichende Erwärmung der inneren Schichten des Kautschuks ist daher mit dieser bekannten Vorrichtung nicht zu erreichen.

f>5 Darüber hinaus läßt sich mit dieser bekannten Vorrichtung keine kontinuierliche Vulkanisierbehandiung durchführen, da die zu vulkanisierenden Formkörper stets mit den Schwingteilen des Ultraschallgenera-

tors in inniger Berührung stehen müssen und daher auf Grund des großen Reibwiderstands keine Relativbewegung zwischen dem Formkörper und den Schwingteilen des Ultraschallgenerators möglich ist. Die bekannte Vorrichtung ist daher ausschließlich für einen Chargen- s betrieb anwendbar.

Ferner ist bei dieser bekannten Vorrichtung eine erhebliche Zeitspanne zum Vulkanisieren von Kautschuk erforderlich. Hierdurch wird neben dem schon ohnehin zeitraubenden Chargenbetrieb der Vulkanisationsvorgang noch weiter verlängert, so daß der Durchsatz pro Zeiteinheit bei dieser bekannten Vorrichtung entsprechend gering ist.

In »Chemical Abstracts« 1956, S. 5323, ist die Verwendung von Ultraschallwellen zum Messen des Aushärtungsgrades von thermoplastischen Harzen beschrieben. Die Verwendung von Ultraschallwellen dient jedoch weder zum Aushärten von thermoplastischen Harzen noch zum Vulkanisieren eines Formkörpers aus Kautschuk oder Kunststoff.

In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß ein grundlegender Unterschied zwischen dem Aushärten von thermoplastischen Kunststoffen und dem Vulkanisieren von Kautschuk oder Kunststoffen besteht. Das Aushärten von hitzehärtbaren Harzen, wie Phenolformaldehyd, Melaminformaldehyd u. dgl. ist eine chemische Reaktion, nämlich eine Kondensationsreaktion. Unter Vulkanisieren von Kautschuk oder Kunststoffen dagegen versteht man die irreversible Verbindung der Molekülketten des Kautschuks oder des jo Kunststoffs durch sogenannte Vulkanisations- oder Vernetzungsmittel. Diese Vulkanisations- oder Vernetzungsmittel sind in der Regel Schwefel, Selen, Tellur. Peroxyde» Polynitro- oder Polyaminoverbindungen.

Es war daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren zum Vulkanisieren von Formkörpern aus Kautschuk oder synthetischen Harzen mit einem Vulkanisations- oder Vernetzungsmittel unter Anwendung von Ultraschallwellen zu schaffen, mit welchem ein äußerst rasches und vor allem kontinuierliches Vulkanisieren von Formkörpern aus Kautschuk oder synthetischen Harzen möglich ist.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Außenschichten des Formkörpers durch von außen zugeführte Wärme und die Innenschichten des Formkörpers durch Ultraschallwellen mit einer Frequenz zwischen 18 kHz und 1 MHz erwärmt werden, und die Ultraschallwellen dem Formkörper rings um den Umfang über ein den Formkörper umgebendes flüssiges Medium zugeführt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zum Vulkanisieren von Formkörpern erforderliche Wärmemenge auf zweierlei Arten zugeführt. Die A.ußenschichten des Formkörpers werden durch eine von außen zugeführte Wärme erwärmt, während die Innenschichten des Formkörpers durch Ultraschallwellen erwärmt werden. Durch die Aufteilung der Wärmezufuhr zum Formkörper läßt sich eine äußerst rasche und vor allem eine über den Querschnitt des Formkörpers gleichmäßige Wärmezufuhr erreichen, so daß ein Formkörper aus Kautschuk oder synthetischen Harzen sehr rasch und gleichmäßig vulkanisiert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Formkörper aus Kautschuk oder synthetischen Harzen in einem Bruchteil der Zeit vulkanisieren, die bei den herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen erforderlich ist. Darüber hinaus wird bei den erfindungsgemäßen Verfahren eine GieichmäßiEkeit der Vulkanisation erreicht, die mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen kaum zu erzielen ist. Insbesondere wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gefahr eines Übervulkanisierens der Außenschichten des Formkörper* vermieden, während bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen häufig eine Übervulkanisierung auftritt, da bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum vollständigen Vulkanisieren der Innenbereiche des Formkörpers von außen eine große Wärmemenge zugeführt werden muß, die für die Außenbereiche des Formkörpers zu groß ist.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ultraschallwellen dem Formkörper über ein den Formkörper umgebendes flüssiges Medium zugeführt werden, ist einmal sichergestellt, daß sämtliche Ultraschallwellen auch an den Formkörper abgegeben werden und der Formkörper kontinuierlich an der Ultraschallquelle vorbeibewegt werden kann. Hierdurch wird ein kontinuierliches Vulkanisieren von Formkörpern aus Kautschuk oder synthetischen Harzen möglich, so daß der mit dem erfindungsgemäßen erzielbare Durchsatz pro Zeiteinheit erhöh! werden kann. Da die Ultraschallwellen dem Formkörper rings um den Umfang zugeführt werden, treffen sich die Ultraschallwellen in der Mitte des Formkörpers, so daß sich die gegen die Mitte des Formkörpers schwächer werdenden Ultraschallwellen addieren und auf diese Weise auch in der Mitte des Formkörpers einen Erregungszusitand hervorrufen, welcher in der Mitte des Fonnkörpers zur gleichen Wärmeentwicklung wie in den Bereichen etwas außerhalb der Mitte des Formkörpers führt.

Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Ultraschallwellen eine Frequenz zwischen 300 und 600 kHz haben. Wenn das flüssige Medium wahlweise Wasser, ein Silikonöl oder ein Polyäthylenglykol ist, läßt sich das Verfahren auf kostensparende Weise durchführen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist. gekennzeichnet durch eine Wärmequelle zum Erwärmen der Außenschichten des Formkörpers und einen den Außenumfang des Formkörpers mit Abstand umgebenden Ultraschallgenerator, der in ein flüssiges Medium getaucht ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat einen äußerst einfachen Aufbau und gewährleistet eine gleichmäßige Erwärmung und damit eine gleichmäßige Vulkanisation des zu behandelnden Formkörpers über dessen gesamten Querschnitt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf Grund ihres sehr einfachen Aufbaus in ihrer Herstellung entsprechend billig, so daß ein wirtschaftlicher Betrieb erreicht werden kann, der sich wiederum günstig auf den Preis des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Produktes auswirkt

Wenn die Wärmequelle zum Erwärmen der Außen schichten des Formkörpers ein heißes Flüssigkeitsbad Heißluft oder ein Infrarotstrahler ist, steht eine besonders einfache, problemlose und billige Wärme quelle zur Verfügung.

Eine besonders einfache Bauform der erfindungsge mäßen Vorrichtung läßt sich dadurch erzielen, daß dei Ultraschallgenerator konzentrisch um den Formkörpe herum angeordnet ist.

Der Ultraschallgenerator läßt sich besonders leich installieren, wenn der Ultraschallgenerator aus eine Mehrzahl von flachen Segmenten besteht, die konzen irisch um den Formkörper angeordnet sind.

Die Erfindung wird im nachstehenden an Hand voi

Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vulkanisiervorrichtung gemäß der Erfindung, und

F i g. 2 und 3 Querschnitte durch zu vulkanisierende Formkörper, die konzentrisch von Ultraschallgeneratoren umgeben sind.

Die in F i g. 1 gezeigte Vulkanisiervorrichtung besitzt einen Extruder 1, eine Heizzone 2, eine Vulkanisierzone 3, eine Kühlzone 4, eine Aufwickelspule 5, einen Ultraschallgenerator 6, eine dem Ultraschallgenerator die Schwingungen zuführende Einrichtung 7 und einen Einfülltrichter 8. Ein band- oder strangartiger Formkörper 9 aus Kautschuk oder einem synthetischen Harz wird durch die Vulkanisiervorrichtung hindurchgeführt und von der Aufwickelspule 5 aufgewickelt.

Der Ultraschallgenerator 6 befindet sich in der Vulkanisierzone 3 und ist mit der außerhalb der Vulkanisierzone 3 angeordneten Einrichtung 7 verbunden, welche die Schwingungen an den Ultraschallgenerator 6 abgibt.

Die ein Vulkanisiermittel enthaltenden Kautschuke oder synthetischen Harze werden dem Extruder 1 über den Trichter 8 zugeführt. Die den Extruder verlassenden Kautschuke oder Harze bilden den Formkörper 9, welcher die gewünschte Gestalt aufweist. Der Extruder 1 kann durch irgendeine herkömmliche, kontinuierlich arbeitende Formgebungseinrichtung, wie eine Kalanderwalze ersetzt werden. Es ist jedoch darauf zu achten, daß der Kautschuk oder das synthetische Harz während des Formgebungsvorgangs durch das im Kautschuk oder im synthetischen Harz enthaltene Vulkanisiermittel nicht vulkanisiert wird.

Der aus dem Extruder I extrudierte Formkörper 9 wird beim Durchgang durch die Vulkanisiervorrichtung mit ihrer Heizzone 2, Vulkanisierzone 3 und Kühlzone 4 vulkanisiert. Die Formgebungseinrichtung und die Vulkanisiervorrichtung brauchen nicht unmittelbar aneinander anzuschließen, sondern können auch getrennt voneinander angeordnet sein.

Der Ultraschallgenerator 6 ist vorzugsweise konzentrisch um den zu vulkanisierenden Formkörper 9 angeordnet, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist.

Wenn sich die Innenschichten des Formkörpers rascher erwärmen als die Außenschichten, wird eine Heizeinrichtung vor und nach der Vulkanisierzone 3 vorgesehen, um die Außenschichten des Formlkörpers 9 zu erwärmen. Die herkömmliche Heizeinrichtung kann ein übliches heißes Flüssigkeitsbad, ein Heißluftbad oder ein Infrarotstrahler sein. Wenn jedoch der Ultraschallgenerator 6 eine besondere Form hat und beispielsweise aus einer Vielzahl von flachen Segmenten besteht, die entsprechend der Darstellung in F i g. 3 konzentrisch um den Formkörper 9 angeordnet sind, ist der Temperaturanstieg in der Mitte des Formkörpers 9 nicht so stark ausgeprägt, daß eine Heizzone 2 erforderlich ist.

Der Ultraschallgenerator 6 in der Vulkanisierzone 3 ist konzentrisch um den Formkörper 9 angeordnet. Der Ultraschallgenerator 6 und der Formkörper 9 sind in einer Flüssigkeit eingetaucht, welche die vom Ultraschallgeneratore ausgehenden Ultraschallwellen an den Formkörper überträgt. Es eignen sich sämtliche Flüssigkeiten mit einem niedrigen Absorptionsgrad zur Übertragung der Ultraschallwellen. Es können beispielsweise Wasser, Silikonöle und Polyäthylenglykol verwendet werden. Im allgemeinen wird Wasser bevorzugt. Die Flüssigkeit kann jede beliebige Temperatur haben, bei welcher eine Zersetzung des Kautschuks oder des synthetischen Harzes nicht zu befürchten ist.

Gase eignen sich nicht zur Übertragung der Schallwellen auf den Formkörper, da das Gas komprimierbar ist und daher einen Großteil der Energie des Ultraschalls absorbiert und nicht mehr an den Formkörper abgibt. Das gleiche trifft zu, wenn der Ultraschallgenerator direkt mit dem Formkörper in Berührung steht, der vor der Vulkanisierung noch weich ist und daher ebenfall:; einen Großteil der vom

ίο Ultraschallgenerator ausgehenden Ultraschallwellen absorbiert, so daß ein Großteil der Schallwellen nicht mehr die inneren Schichten des Formkörpers erreicht.

Der Ultraschallgenerator 6 besteht aus einem keramischen Werkstoff, beispielsweise aus einem anorganisehen, gesinterten Körper aus Ba-Titanat oder PbZr-Titanat. Wenn der Ultraschallgenerator 6 aus einem hitzebeständigen, keramischen Werkstoff besteht und die die Ultraschallwellen übertragende Flüssigkeit auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, kann die Heizzone 2 weggelassen werden.

Die niedrige Temperatur der die Schallwellen übertragenden Flüssigkeit vermindert die Temperatur der Oberflächenschicht des zu vulkanisierenden Formkörpers, selbst wenn der Formkörper durch die Ultraschallwellen erhitzt wird. In diesem Fall muß vor der Vulkanisierzone 3 eine Heizzone 2 vorgesehen sein.

Wenn der Formkörper 9 nach dem Durchtritt durch

die Heizzone 2 in die mit kaltem Wasser gefüllte Vulkanisierzone 3 geführt wird, wird die Oberflächenschicht des Formkörpers 9 wirksam gekühlt. Die Innenschichten des Formkörpers werden trotz der Abkühlung der Oberflächenschicht sehr gut erhitzt, wenn der Formkörper aus einem guten wärmeisolierenden Material besteht, das ausschließlich durch Ultra-

Xs Schallwellen erhitzt werden kann. In diesem Fall können die Innenschichten des Formkörpers in der Vulkanisierzone 3 erwärmt werden, während die Oberflächenschicht gekühlt wird.

Die Einrichtung 7 gibt eine hohe Frequenz an den

Ultraschallgenerator 6 ab. Die Ultraschallwellen haben eine Frequenz zwischen 20 kHz bis 1 MHz, vorzugsweise zwischen 300 kHz und 600 kHz.

Der vulkanisierte Formkörper wird in der Kühlzone 4 in der Regel mit Wasser gekühlt, um eine Verformung und ein Verkratzen der Oberfläche des Formkörpers bei dessen Transport zur Verpackungsstation oder zum Lager zu vermeiden. Wenn keine Gefahr einer Beschädigung des Formkörpers besteht, kann die Kühlzone 4 weggelassen werden. Der gekühlte Form-

körper wird auf der Aufwickelspule 5 aufgewickelt oder in gewünschte Längen geschnitten, verpackt und gelagert.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet ein rasches und gleichförmiges Vulkanisieren von Kau-

s.s tschuken oder synthetischen Harzen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Vergleich zum bekannten Stand der Technik die Zeit erheblich herabgesetzt, die zum Vulkanisieren von Formkörpern mit einer großen Wanddicke erforderlich ist.

Beispiel 1

Ein Gemisch aus 100 Gew.-Teilen Älhylenpropylen-Kautschuk, 2 Gew.-Teilen Schwefel, 0,5 Gew.-Teilen <"> Tetramethylthiuram-disulfid, 0,5 Gew.-Teilen Mercaptobenzothiazol, 5 Gew.-Teilen Zinkoxyd, 1 Gew.-Teil Phenyl-/?-naphthylamin als Alterungsschutzmittel, 1 Gew.-Teil Paraffin, 1 Gew.-Teil Stearinsäure und

100 Gew.-Teile Talk wurden zu einem Strang mit einem Durchmesser von 20 mm extrudiert.

Der Strang wurde durch ein Heizbad von 3 m Länge hindurchgeführt und auf einer Temperatur von 250⁰C gehalten. Die Laufgeschwindigkeit betrug 3 m/min. Der Strang wurde sodann durch ein mit kaltem Wasser gefülltes Vulkanisierbad mit einem Ultraschallgenerator geführt, der Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 500 kHz erzeugte und eine Gesamtleistung von 2 kW in 6 Sekunden abgab. Der Strang wurde 6 Sekunden lang den durch das kalte Wasser übertragenen Ultraschallwellen ausgesetzt und völlig vulkanisiert. Die Gesamtzeit für die Vulkanisierbehandlung betrug 1 Minute und 6 Sekunden.

Vergleichsbeispiel 1 *⁵

Der gleiche Strang wie im Beispiel 1 wurde vulkanisiert, indem er lediglich durch das Heizbad hindurch geführt wurde. Die zur vollständigen Vulkanisierung des Stranges erforderliche Zeit betrug 3 Minuten.

Beispiel 2

Ein Gemisch aus 100 Gew.-Teilen Polyäthylen von niedriger Dichte, 2,0 Gew.-Teilen Dicumylperoxyd und 0,3 Gew.-Teilen 2,6-Di-terl.-butyl-p-kresol wurde auf die äußere Oberfläche eines elektrisch leitenden Rohres mit einem Außendurchmesser von 130 mm und einer Querschnittsfläche von 100 mm² zur Bildung einer Überzugsschicht mit einer Stärke von etwa 4 mm extrudiert. Das entstandene Rohr wurde durch ein Dampfbad mit einer Länge von etwa 10 m geführt. Der Dampf hatte eine Temperatur von 200°C und einen Druck von 16kp/cm². Die Laufgeschwindigkeit betrug 5 m/min. Das Rohr wurde sodann durch ein Vulkanisierbad geführt, das mit kaltem Wasser mit einem Druck von 16kp/cm² gefüllt und mit einem Ultraschallgenerator ausgerüstet war. Der Ultraschallgenerator erzeugte Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 500 kHz und gab eine Gesamtleistung von 2 kW ab. Die Überzugsschicht wurde im Vulkanisierbad 20 Sekunden lang mit Ultraschallwellen bestrahlt und in ein vollständig vernetztes Polyäthylen überführt. Die erforderliche Gesamtzeit zur Vernetzung der Überzugsschicht oder zur Bildung des vernetzten Polyäthylen-Kabels betrug 2 Minuten und 20 Sekunden.

Vergleichsbeispiel 2

Das gleiche Gemisch wie im Beispiel 2 wurde auf die Oberfläche des gleichen elektrisch leitenden Rohres zur Bildung einer Überzugsschicht von etwa 4,0 mm Stärke extrudiert. Das erzielte Rohr wurde lediglich durch das gleiche Heizbad wie im Beispiel 2 zur Vernetzung des Polyäthylens geführt. Die erforderliche Gesamtzeit zur Vernetzungsbehandlung betrug 3 Minuten und 40 Sekunden.

Beispiel 3

Ein Gemisch aus 50 Gew.-Teilen Polybutadien-Kautschuk, 50 Gew.-Teilen Naturkautschuk, 3 Gew.-Teilen Zinkoxyd, 1,7 Gew.-Teilen Schwefel, 2 Gew.-Teilen Stearinsäure, 0,7 Gew.-Teilen N-Cyclohexyl-2-benzothiazol-sulfenamid, 1,5 Gew.-Teilen Aldol-Naphthylamin, 50 Gew.-Teilen e'<nes behandelten Calciumcarbonates (Oberflächenbehandlung mit höherer Fettsäure) und 1 Gew.-Teil Paraffin wurde zu einer Bahn mit 15 mm Dicke und 40 mm Breite extrudiert. Diese Bahn wurde mit einer Laufgeschwindigkeit von 2 m/min durch ein Heizbad mit einer Länge von 4 m geführt, das mit einem Heizmedium von 200°C gefüllt war. Dann wurde die Bahn weiterhin durch ein Vulkanisierbad geführt, das mit kaltem Wasser gefüllt war und mit einem Ultraschallgenerator ausgerüstet war, der Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 500 kHz erzeugte und eine Gesamtleistung von 2 kW abgab. Die Bahn wurde im Vulkanisierbad 15 Sekunden lang mit Ultraschallwellen bestrahlt und vollständig vulkanisiert. Die zur Herstellung der vulkanisierten Kautschukbahn erforderliche Gesamtzeit betrug 2 Minuten und 15 Sekunden.

Vergleichsbeispiel 3

Die gleiche Bahn wie im Beispiel 3 wurde lediglich durch das gleiche Heizbad wie im Beispiel 3 geführt und darin vulkanisiert. Die zur vollständigen Vulkanisierung der Kautschukbahn erforderliche Zeit betrug 4 Minuten und 30 Sekunden.

Beispiel 4

Ein Gemisch aus 100 Gew.-Teilen eines Äthylen-Propylen-Kautschuks, 2 Gew.-Teilen Schwefel, 0,5 Gew.-Teilen Tetramethylthiuram-disulfid, 0,5 Gew.-Teilen Mercaptobenzothiazol, 5 Gew.-Teilen Zinkoxyd, 1 Gew.-Teil Phenyl-j3-naphtylamin als Alterungsschutzmittel, 1 Gew.-Teil Paraffin, 1 Gew.-Teil Stearinsäure und 100 Gew.-Teilen Talk wurde zu einem Strang mit 20 mm Durchmesser extrudiert.

Der Strang wurde mit einer Geschwindigkeit von 3 m/min durch ein Heizbad mit 3 m Länge und 250°C und sodann durch ein Vulkanisierbad geführt, das mit Silikonöl (Dimethylpolysiloxan: spezifisches Gewicht (SG) etwa 0,97) gefüllt und mit einem Ultraschallgenerator ausgerüstet war, der Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 500 kHz erzeugte und in 6 Sekunden eine Gesamtleistung von 2 kW abgab. Der Strang wurde 6 Sekunden lang mit den durch das Silikonöl übertragenen Ultraschallwellen bestrahlt und vollständig vulkanisiert. Die erforderliche Gesamtzeit für die Vulkanisierbehandlung betrug 1 Minute und 6 Sekunden.

Vergleichsbeispiel 4

Der gleiche Strang wie im Beispiel 4 wurde vulkanisiert, indem er lediglich durch das Heizbad hindurchgeführt wurde. Die erforderliche Zeit zur vollständigen Vulkanisierung des Stranges betrug 3 Minuten.

Beispiel 5

Ein Gemisch aus 100 Gew.-Teilen Polyäthylen von niedriger Dichte, 20 Gew.-Teilen Dicumylperoxyd und 0,3 Gew.-Teilen 2,6-Di-tert.-bulyl-p-kresol wurde auf die äußere Oberfläche eines elektrisch leitenden Rohres mit einem Außendurchmesser von 130 mm und einer Querschnittsfläche von 100 mm² extrudiert, um eine Überzugsschicht mit einer Dicke von etwa 4 mm herzustellen. Das entstandene Rohr wurde mit einer Laufgeschwindigkeit von 5 m/min durch ein Dampfheizbad mit einer Länge von etwa 10 m hindurchgeführt. Der Dampf hatte eine Temperatur von 200⁰C und einen Druck von 16kp/cm². Das Rohr wurde sodann durch ein Vulkanisierbad geführt, das mit Silikonöl (Dimethylpolysiloxan: SG etwa 0,96) unter einem Druck von 16 kp/cm² gefüllt und mit einem Ultraschallgenerator ausgerüstet war, welcher Ultraschallwellen mit einer

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Frequenz von 50OkHz erzeugte und eine Gesamtleistung von 2 kW abgab. Die Überzugsschicht wurde im Vulkanisierbad etwa 20 Sekunden lang mit Ultraschallwellen bestrahlt und in ein vollständig vernetztes Polyäthylen überführt. Die zur Vernetzung der Überzugsschicht oder zur Bildung des vernetzten Polyäthylen-Kabels erforderliche Gesamtzeit betrug 3 Minuten und 20 Sekunden.

Vergleichsbeispiel 5

Das gleiche Gemisch wie im Beispiel 5 wurde auf die Oberfläche des gleichen elektrisch leitenden Rohres extrudiert, um eine Überzugsschicht mit etwa 4,0 mm Stärke zu bilden. Das entstandene Rohr wurde lediglich durch das gleiche Heizbad wie im Beispiel 5 zur Vernetzung des Polyäthylens geführt. Die erforderliche Gesamtzeit zur Vernetzungsbehandlung betrug 3 Minuten und 40 Sekunden.

Beispiel 6

Ein Gemisch aus 50 Gew.-Teilen Polybutadien-Kautschuk, 50 Gew.-Teilen Naturkautschuk, 3 Gew.-Teilen Zinkoxyd, 1,7 Gew.-Teilen Schwefel, 2 Gew.-Teilen Stearinsäure, 0,7 Gew.-Teilen N-Cyclohexyl-2-benzothiazol-sulfenamid, 1,5 Gew.-Teilen Aldol-naphtylamin, 50 Gew.-Teilen behandeltem Calciumcarbonat und 1 Gew.-Teil Paraffin wurde zu einer Bahn mit 15 mm Dicke und 40 mm Breite extrudiert. Diese Bahn wurde mit einer Laufgeschwindigkeit von 2 m/min durch ein Heizbad mit einer Länge von 4 m geführt, das mit einem Heizmedium von 200°C gefüllt war. Dann wurde die Bahn durch ein Vulkanisierbad geführt, das mit Silikonöl (Dimethylpolysiloxan: SG etwa 0,97) gefüllt und mit einem Ultraschallgenerator ausgerüstet war, welcher Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 500 kHz erzeugte und eine Gesamtleistung von 2 kW abgab. Die Bahn wurde im Vulkanisierbad 15 Sekunden lang mit Ultraschallwellen bestrahlt und vollständig vulkanisiert. Die erforderliche Gesamtzeit zur Herstellung der vulkanisierten Kautschukbahn betrug 2 Minuten und 15 Sekunden.

Vergleichsbeispiel 6

Die gleiche Bahn wie im Beispiel 6 wurde lediglich durch das gleiche Heizbad wie im Beispiel 6 geführt und darin vulkanisiert. Die zur vollständigen Vulkanisierung erforderliche Zeit der Kautschukbahn betrug 4 Minuten und 30 Sekunden.

Beispiel 7

Ein Gemisch aus 100 Gew.-Teilen Äthylen-Propylen-Kautschuk, 2 Gew.-Teilen Schwefel, 0,5 Gew.-Teilen Tetramethylthiuramdisulfid, 0,5 Gew.-Teilen Mercaptobenzothiazol, 5 Gew.-Teilen Zinkoxyd, 1 Gew.-Teil Phenyl-/?-naphthylamin als Alterungsschutzmittel, 1 Gew.-Teil Paraffin, 1 Gew.-Teil Stearinsäure und 100 Gew.-Teilen Talk wurde zu einem Strang mit 20 mm Durchmesser extrudiert.

Der Strang wurde mit einer Geschwindigkeit von 3 m/min durch ein Heizbad mit 3 m Länge und 250⁰C und anschließend durch ein Vulkanisierbar geführt, das mit Polyäthyienglykol (Durchschnitts-Molekulargewicht M etwa 300) gefüllt und mit einem Ultraschallgenerator ausgerüstet war, welcher Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 500 kHz erzeugte und in etwa 6 Sekunden eine Gesamtleistung von 2 kW abgab. Der Strang wurde 6 Sekunden lang den durch das Polyäthylenglykol übertragenen Ultraschallwellen ausgesetzt und vollständig vulkanisiert. Die erforderliche Gesamtzeit für die Vulkanisierbehandlung betrug 1 Minute und 6 Sekunden.

Vergleichsbeispiel 7

Der gleiche Strang wie im Beispiel 7 wurde

vulkanisiert, indem er lediglich durch das Heizbac hindurchgeführt wurde. Die erforderliche Zeit zui

ίο vollständigen Vulkanisierung des Stranges betrug 2 Minuten.

Beispiel 8

Ein Gemisch aus 100 Gew.-Teilen Polyäthylen vor niedriger Dichte, 2,0 Gew.-Teilen Dicumylperoxyd und 0,3 Gew.-Teilen 2,6-Di-tert.-butyl-p-kresol wurde auf die äußere Oberfläche eines elektrisch leitenden Rohres mil einem Außendurchmesser von 130 mm und einer Querschnittsfläche von 100 mm² extrudiert, um einen

ίο Überzug mit einer Dicke von etwa 4 mm zu bilden. Das erzielte Rohr wurde mit einer Laufgeschwindigkeit von 5 m/min durch ein Dampfheizbad mit einer Länge von etwa 10 m geführt. Der Dampf hatte eine Temperatur von 200°C und einen Druck von 16 kp/cm². Das Rohr wurde sodann durch ein Vulkanisierbad geführt, das mit Polyäthylenglykol (Molekulargewicht etwa 200) unter einem Druck von 16 kp/cm² gefüllt und mit einem Ultraschallgenerator ausgerüstet war, welcher Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 500 kHz erzeugte und eine Gesamtleistung von 2 kW abgab. Die Überzugsschicht wurde im Vulkanisierbad etwa 20 Sekunden lang mit Ultraschallwellen bestrahlt und in ein vollständig vernetztes Polyäthylen überführt. Die erforderliche Gesamtzeit zur Vernetzung der Über-

zugsschicht oder zur Bildung des vernetzten Polyäthylen-Kabels betrug 2 Minuten und 20 Sekunden.

Vergleichsbeispiel 8

Das gleiche Gemisch wie im Beispiel 8 wurde auf die Oberfläche des gleichen elektrisch leitenden Rohres extrudiert, um eine Überzugsschicht von etwa 4,0 mm Dicke zu bilden. Das erzielte Rohr wurde lediglich durch das gleiche Heizbad wie im Beispiel S zur Vernetzung

des Polyäthylens geführt. Die erforderliche Gesamtzeit für die Vernetzungsbehandlung betrug 3 Minuten und 40 Sekunden.

Beispiel 9

Ein Gemisch aus 50 Gew.-Teilen Polybutadien-Kautschuk, 50 Gew.-Teilen Naturkautschuk, 3 Gew.-Teilen Zinkweiss, 1,7 Gew.-Teilen Schwefel, 2 Gew.-Teilen Stearinsäure, 0,7 Gew.-Teilen N-Cyclohexyl-2-benzothiazol-sulfenamid, l,5Gew.-Teiien Aldol-naphthyl-

amin, 50 Gew.-Teilen behandeltem Calciumcarbonat und 1 Gew.-Teil Paraffin wurde zu einer Bahn mit 15 mm Dicke und 40 mm Breite extrudiert. Diese Bahn wurde mit einer Laufgeschwindigkeit von 2 m/min durch ein Heizbad mit einer Länge von 4 m geführt, das

mit Polyäthylenglykol (Molekulargewicht etwa 400) gefüllt und mit einem Ultraschallgenerator ausgerüstet war, welcher Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 500 kHz erzeugte und eine Gesamtleistung von 2 kW abgab. Die Bahn wurde im Vulkanisierbad 15 Sekunden

lang mit Ultraschallwellen bestrahlt und vollständig vulkanisiert. Die erforderliche Gesamtzeit zur Herstellung der vulkanisierten Kautschukbahn betrug 2 Minuten.

Vergleichsbeispiel 9

Die gleiche Bahn wie im Beispiel 9 wurde lediglich durch das gleiche Heizbad wie im Beispiel 9 geführt und darin vulkanisiert. Die erforderliche Zeit zur vollständigen Vulkanisierung der Kautschukbahn betrug 4 Minuten und 30 Sekunden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vulkanisieren von Formkörpern aus Kautschuk oder synthetischen Harzen mit einem Vulkanisation^- oder Vernetzungsmittel unter Anwendung von Ultraschallwellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschichten des Formkörpers durch von außen zugeführte Wärme und die Innenschichten des Formkörpers durch Ultraschallwellen mit einer Frequenz zwischen 18 kHz und 1 MHz erwärmt werden, und die Ultraschallwellen dem Formkörper rings um den Umfang über ein den Formkörper umgebendes flüssiges Medium zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwellen eine Frequenz zwischen 300 und 600 kHz haben.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium wahlweise Wasser, ein Silikonöl oder ein Polyäthylenglykol ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Wärmequelle zum Erwärmen der Außenschichten des Formkörpers und einen den Außenumfang des Formkörpers mit Abstand umgebenden Ultraschallgenerator (6), der in ein flüssiges Medium getaucht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle zum Erwärmen der Außenschichten des Formkörpers ein heißes Flüssigkeitsbad, Heißluft oder ein Infrarotstrahler ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgenerator (6) konzentrisch um den Formkörper (9) herum angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgenerator (6) aus einer Mehrzahl von flachen Segmenten bpsteht, die konzentrisch um den Formkörper (9) angeordnet sind.