DE2449309A1 - Koerper von luft- und/oder wasserfahrzeugen - Google Patents
Koerper von luft- und/oder wasserfahrzeugenInfo
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Description
DR. MtXLLER-BORE · DIPL.-ING. GROEJNfING
DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL · DIPL.-CHEM. DR. SCHÖN
DIPL.-PHYS. HERTEL
PATENTANWÄLTE
16. Oktober 1974
S/G 17-178
The Goodyear Tire & Rubber Company, Akron, Ohio/USA Körper von Luft- und/oder Wasserfahrzeugen
Die Erfindung betrifft ein Polyurethan/Metall-Laminat, das
in Kontakt mit Eis oder mit Wasser bei oder unterhalb seiner Gefriertemperatur einen geringen Reibungskoeffizienten besitzt.
Insbesondere befasst sich die Erfindung mit Körpern von Schiffen oder flugzeugartigen Geräten, wie zum Beispiel
Luftkissenfahrzeugen, wobei bei diesen Körpern die Neigung zu einem Vereisen verringert ist.
Seit langer Zeit versucht man, die Schwierigkeiten zu meistern,
die beim Anfrieren von Wasser an Fahrzeuge, wodurch diese schwierig zu manövrieren oder manövrierunfähig werden, auftreten.
Seit der Inbetriebnahme von aus Metallen bestehenden
Schiffen war es zweckmässig, Eisbrecher zu verwenden, um die Schiffahrt auf Strömen, Seen oder anderen· Wasserflächen aufrecht
zu erhalten, damit die Beschiffbarkeit soweit wie möglich
verlängert wird. Die Erfahrung hat Jedoch gezeigt, dass
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unter bestimmten Bedingungen die Eisbrecher zu einem Einfrieren
und zu einem Steckenbleiben in dem Eis neigen, so dass sie nicht mehr ihre Punktion erfüllen können.
Mit denhAuftreten von Flugzeugen sowie ähnlichen sich in der
Luft bewegenden Fahrzeugen, wie beispielsweise den Luftkissenfahrzeugen, sah man sich mit den Vereisungsproblemen konfrontiert,
die zahlreiche Unfälle bewirkten, und zwar infolge der Unfähigkeit der jeweiligen Luftfahrzeuge, ihre entsprechende
Höhe einhalten zu können. Heizelemente, die in Kautschuk eingebettet sind, sind bekannte Enteisungsvorrichtungen von Plugzeugen
.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Überzugs für Körper der vorstehend beschriebenen Art, durch welchen deren
Neigung während des Betriebs, Eisüberzüge zu bilden, verringert werden soll, wodurch derartige Fahrzeuge in die Lage versetzt
werden, unter den Bedingungen betrieben werden zu können, die die Bildung von Eisüberzügen bewirken.
Die Erfindung wird durch die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Eisbrechers innerhalb
eines Eisfeldes und
.Fig. 2 einen perspektivischen Querschnitt längs der Linie 2-2
von Fig. 1.
In den Zeichnungen wird durch die Bezugszahl 1 ein Schiff wiedergegeben, das sich innerhalb eines Eisfeldes 2 bewegt. Das Wasser
befindet sich bei oder unterhalb der Gefriertemperatür an der
Körperoberfläche. Der Eisbrecher weist einen Überzug 3 mf ,= «Irr·;'
welchen die Neigung des ^ses vemindert wird, an dem E*v ■
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zuhaften. Auf diese Weise wird es dem Eisbrecher möglich, sich
innerhalb eines geräumten Weges vorwärts und rückwärts mit geringerer Energie zu bewegen, wodurch die Neigung des Eisbrechers
verringert wird, in dem Eis stecken zu bleiben. In ähnlicher Weise setzt ein überzug 3 auf einem Flugzeug die
Neigung zur Vereisung des Flugzeugkörpers herab.
In der Fig. 2, die einen vergrösserten Querschnitt durch die Ausführungsform des Eisbrechers von Fig. 1 wiedergibt, bedeutet
die Bezugszahl 4 das Metall des Schiffes oder Luftfahrzeuges,
während die Bezugszahl 3 einen Gleit- oder Antivereisungsüberzug wiedergibt, der an dem Metallkörper des Schiffes anhaftet. Gemäss
einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Bindeüberzug 5 vorgesehen. Dieser Bindeüberzug dient auch vorzugsweise als
Barriere gegenüber einer durch Wasser bedingten Korrosion. Erfindungsgemäss
besteht der Gleit- oder Antivereisungsüberzug aus einem Polyurethan, welches vorzugsweise ein Gleitmittel enthält,
wie beispielsweise ein Silikonpolyol, das nachfolgend noch
näher erläutert werden wird. In ähnlicher Weise ist es in einigen Fällen zweckmässig, als Bindeüberzug 5 als im Handel erhältliches
Klebemittel ein an der Luft härtendes Epoxyharz zu verwenden,
das von der Hughs on Chemical Company unter dem Warenzeichen COITAP 1146-C vertrieben wird. Ferner können die im Handel erhältlichen
FRP-Polyurethanklebstoffe verwendet werden, desgleichen
ein Isocyanatüberzug oder eine vor dem Überziehen eingesetzte
Grundiermasse, beispielsweise aus einem Epoxyharz oder einem Vinylmaterial, um die Bindung zwischen dem Gleitüberzug
und dem Metall 4 zu erhöhen.
Die folgenden Beispiele erläutern repräsentative Ausführungsformen der Erfindung, wobei sich alle Teilangaben, sofern nichts
anderes angegeben ist, auf das Gewicht beziehen.
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- 4 Beispiel 1
Stahltestplatten mit einer Abmessung von 102 χ 102 σ 3,2 n
werden sandgeblasen und mit Methyläthylketon als Lösungsmittel
gewaschen, um Schmutz, Fett sowie Korrosionsbestandteile von der. Oberfläche der Stahlplatten zu entfernen. Sann wird auf die
Oberfläche einer jeden sauberen und trockenen Platte ein Grundierüberzugs-oder
Bindeüberzugsmaterial aufgebracht. Dieses Bindeüberzugsmaterial wird durch Aufpinseln in einer Dicke von
25 bis 50 u aufgebracht, wobei ein an der Luft härtendes Epoxyharz
verwendet wird, das als Klebstoff-CONAP 1146-C im Handel
ist. Dieser Bindeüberzug wird während einer Zeitspanne von 1 Stunde bei Zimmertemperatur trocknen gelassen. Dann wird eine
Reihe der mit dem Bindeüberzug überzogenen Stahltestplatten durch
Sprühen mit verschiedenen Polyurethanreaktionsmischungen, die nachfolgend näher beschrieben werden, überzogen. Durch das Sprühen
werden Überzüge mit einer Dicke von ungefähr 508 u auf die Oberfläche der jeweiligen Stahltestplatten aufgebracht. Die Polyurethanüberzüge
werden bei Zimmertemperatur während einer Zeitspanne von 3 Tagen härten gelassen, dann werden diese Platten
der Einwirkung von Tests unterzogen, und zwar einem Reibungstest gegenüber glattem sowie körnigem Eis und einem Abriebtest
als Teil eines mit Eis beschickten Erzzerkleinerers, um nur einige
dieser Tests zu erwähnen.
Eine typische Polyurethanreaktionsmischung, die zum Überziehen der Platten verwendet wird, wird durch Zugabe von 18 Teilen
eines Silikonpolyols (Dow Chemical Company) mit einem Molekulargewicht von ungefähr 800, das aus einem Polyol aus einem PoIydimethoxysilikon
besteht, zu 18 Teilen eines Bisphenol-ß-epoxyharzes hergestellt. Ein Vorpolymeres wird durch Umsetzung von 2
Mol 4,4'-Methylenbis-(eyclohexylenisocyanat) pro Mol Polypropylenätherdiol
mit einem Molekulargewicht von 1000 hergestellt, worauf eine Mischung aus 123,6 Teilen einer 20 tGewichts-56igen Methyl-
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äthylketon-Lösung von Isophorondiamin und 24 Teilen einer 10
Gewichts-$igen Lösung von Propylgallat in Methyläthylketon zugesetzt
wird. Ein Streifen wird sofort nach dem Vermischen des Diamins mit dem "Vorpolymeren durch Sprühen überzogen. Ein Polyurethanstreifen,
der unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Ansatzes durch Aufsprühen hergestellt worden ist, besitzt
eine Zugfestigkeit von 210 kg/cm und eine Dehnung von 505 $>.
Die Testplatten bestehen den Eiszerstossungstest (es werden
45 kg mit einer Geschwindigkeit von 2,2, kg pro Sekunde zugeführt)
in dem Erzzerkleinerer, ferner bestehen sie den Eratztest.
Sie besitzen einen statischen sowie dynamischen Reibungskoeffizienten von weniger als 0,1 und werden als zufriedenstellend
zum Überziehen eines Eisbrechers angesehen, da der Wasserkontaktwinkel des Polyurethans extrem hoch ist.
Ein Eisbrecher wird in einem Dock trockengelegt, sandgestrahlt und von allem Schmutz befreit, vorzugsweise durch Abwischen mit
einem Keton. Ein Schiffsgrundierüberzug aus einem Epoxyharz mit einer guten Korrosionsbeständigkeit wird auf den Schiffskörper
aufgebracht, worauf *in Polyurethan in der gewünschten Dicke,
die gewöhnlich zwischen 127 und 1524 u liegt, wobei der bevorzugte
Bereich 254 bis 762 u beträgt, durch Sprühe« aufgebracht
und an der luft während einiger Tage trocknen gelassen wird, bevor der Eisbrecher aus dem Trockendock genommen wird.
Gemäss einem bevorzugten Merkmal der Erfindung enthält wenigstens die Aussenseite oder der letzte Überzug aus dem Polyurethanelastomeren,
das auf das Metall aufgebracht wird, 0,5 bis 10 Gewichts-^ und vorzugsweise 4 bis 9 Gewichts-^ eines
Silikonpolycarbinols als Gleitmittel. Gemäss einer noch bevorzugteren
Ausführungs form besteht der letzte Überzug aus einem Polyätherurethan, das 4 bis 6 Gewichts-^ eines Silikonpoly- "
carbinols als Gleitmittel enthält. Im allgemeinen ist ein äusserer
Überzug aus einem Polyesterurethan zweckmässig, der 0,5 bis
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/IO und vorzugsweise 3 bis 8 Gewichts-^ eines Silikonpolycarbinol-Gleitmittels
enthält", um in der Nachbarschaft zu dem Eis die gewünschten Modulmerkmale zu liefern, wobei der an das
Metall angrenzende Überzug ein Polyätherurethan ist, das kleinere
Mengen «ines Silikonpolyol-Gleitmittels enthält, beispielsweise 0 bis 6 fo, wobei die bevorzugten Mengen zwischen 1 und 5 Gewichts-56
des Gleitmittels liegen.
Die erfindungsgemäss geeigneten Silikonpolycarbinole sind im
allgemeinen Diole oder üriole und sind vorzugsweise mit dem
reaktiven Wasserstoff enthaltenden Material, wie beispielsweise Polyätherpolyolen oder Polyesterpolyolen mit 2 bis 6 Hydroxylgruppen,
verträglich. Im allgemeinen können die Silikonpolycarbinole durch die folgenden Formeln A und B wiedergegeben
werden:
Formel A:
Formel' B:
| R | R | R | R | OR | 3 |
| ι | ι | ι | ι | ||
| .-Si-R' ■ ι |
|||||
| 0 | |||||
| R0Si(X-SiO)x-' 3 ι χ |
(SiO)-SiR | ι | |||
| R | R | R | |||
| ι | |||||
| 0 | |||||
| "ι | |||||
| H | |||||
| R | OH | ||||
| ι | |||||
| 0 | |||||
| ι | |||||
| Ho R« SiO-(SiO)x ι ι |
|||||
| 0 | |||||
| R | |||||
worin R für Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen steht. Die
bevorzugten Alky!gruppen sind Methyl, Äthyl und Propyl H? Ist
ein Alkylen mit 1 bis 10 Fohlet1^toffatomen, vorzugsweise P
len, y steht für 2 oder 59 ":" χ eine ganze ZaK ? ä~vi.
Grosse dazu ausreicht, dass das Silikonpolycarbinol ein Molekulargewicht
von 600 bis 2500 und vorzugsweise 800 "bis 1500 "besitzt.
Die bevorzugten Silikonpolycarbinole sind solche der Formeln A
und B, in denen R für Methyl und R1 für Propylen stehen, wobei
die Durchschnittshydroxylzahl diejenige eines Silikonpolyearbinols
des Dualtyps ist. Ein erfindungsgemäss sehr bevorzugtes
Silikonpolycarbinol besitzt ein Molekulargewicht von ungefähr
900, 2,48 $> COH-Gruppen ,· 72 # Silicium, berechnet als -SiO(CH^)2"
Gruppen, sowie ein spezifisches Gewicht von 0,97. 3 Gewichts-^
dieses Silikonpolycarbinols werden in die Komponente 1 eingemischt,
worauf diese Mischung mit der Komponente 2 unmittelbar vor dem Aufsprühen auf den Binde- oder Grundierüberzug auf dem
Metall oder auf den Polyurethanüberzug auf dem Metall unter Erzielung eines Überzugs mit einer Dicke von 254 Ji vermischt wird.
Der Überzug wird vorzugsweise über Nacht bei einer Temperatur von 66°0 getrocknet. Kürzere und längere Härtungszeiten können
je nach der Temperatur eingehalten werden.
Jede der bekannten Polyurethan reaktionsmischungen kann zum
Aufbringen des Enteisungsüberzuges verwendet werden. Die bevorzugten Überzüge besitzen eine Zugfestigkeit von wenigstens
105 kg/cm sowie eine Dehnung von 200 #. Im allgemeinen werden.
geeignete Polyurethane vorzugsweise in der Weise hergestellt, dass ungefähr 1,5 bis 5 Mol eines organischen Polyisocyanate
mit 1 Mol eines reaktiven Wasserstoff enthaltenden Materials mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 7000 und einem Härtungsmittel des Polyöl- oder Polyamin-Typs, beispielsweise einem
Polyol mit 2 bis 4 Hydroxylgruppen sowie mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen oder mit einem organischen Diamin mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen
umgesetzt werden. Repräsentative Beispiele sind Butandiol, Äthylenglykol, Trimethylolpropan sowie Methylendianilin.
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Repräsentative organische Diisocyanate sind Toluoldiisocyanat
oder MDI, aromatische Diisocyanate, 4,4'-Methylendi-(cyclohexylenisocyanat),
cycloaliphatische Diisocyanate, Hexylendiisocyanat, aliphatische Diisocyanate oder andere in der
Poly ure than-Griess- und Schäumungsteehnik bekannte Materialien •
Repräsentative Klassen für reaktiven Wasserstoff enthaltende
Materialien sind die Polypropylenatherpolyöle mit 2 bis 5
Hydroxylgruppen sowie die Polyester aus den G-lykolen und aus
Polycarbonsäuren oder deren Anhydriden mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen.
Die "Verwendung eines Polyätherurethan- gegenüber einem PoIyesterurethan-Anfangsüberzug
ist besonders zweckmässig. Wie bereits erwähnt wurde, können die Polyätherurethane oder PoIyesterurethane
zusammen oder allein verwendet werden, wobei bevorzugte Ergebnisse dann erhalten werden, wenn das Polyurethan
das Silikonpolycarbinol enthält, damit der Wasserkontaktwinkel
erhöht wird, um die Neigung des Eises an einem Anhaften an der Oberfläche zu vermindern.
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Claims (2)
1. Körper von Luft- und/oder Wasserfahrzeugen mit einer Oberfläche,
die für einen Eontakt mit Wasser bei oder unterhalb der G-efriertemperatur des Wassers geeignet ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Oberfläche einen Überzug aus einem Polyurethan, vorzugsweise mit einer Dicke von 254 bis 127Ou (10
bis 50 mils) aufweist.
2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan ein Polycarbinol-Silikon in einer Schicht enthält,
die das gefrierende Wasser kontaktiert.
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