DE2704598A1 - Formkoerper auf basis von siliconkautschuk und verfahren zu seiner befestigung um einen auflagegegenstand - Google Patents

Formkoerper auf basis von siliconkautschuk und verfahren zu seiner befestigung um einen auflagegegenstand

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DE2704598A1 DE19772704598 DE2704598A DE2704598A1 DE 2704598 A1 DE2704598 A1 DE 2704598A1 DE 19772704598 DE19772704598 DE 19772704598 DE 2704598 A DE2704598 A DE 2704598A DE 2704598 A1 DE2704598 A1 DE 2704598A1
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Description

Formkörper auf Basis von Siliconkautschuk und Verfahren zu seiner Befestigung um einen Auflagegegenstand
Die Erfindung fällt in das Gebiet der Methoden und Mittel zur Verbindung eines elastomeren oder gummiartigen Gegenstandes mit einer tragenden Auflagefläche und sie betrifft insbesondere einen Formkörper oder Gegenstand aus einem Siliconkautschuk und ein Verfahren zur festen Anbringung eines Siliconkautschukformkörpers oder -gegenstandes, z.B. eines Rohres, RohrStücks, Schlauches, Röhrchens, Ringes o.dgl., auf einer tragenden Fläche. Dazu wird zunächst der Siliconkautschukformkörper mit einem verbesserten Expandier- oder Aufweitungsmittel in Berührung gebracht, das eine Erweiterung des Formkörpers bewirkt, und danach wird eine Schrumpfung des Formkörpers auf im wesentlichen seine ursprünglichen Abmessungen herbeigeführt, wobei diese Maßnahmen ohne nachteilige Beeinflussung der wünschenswerten Eigenschaften des Siliconkautschuks erfolgen.
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Siliconkautschukrohre oder -schläuche und andere Formkörper oder Gegenstände aus einer Siliconkautschukzusammensetzung finden verbreitete Anwendung in Wärme- und elektrischen Isoliersystemen und sind hierfür wegen ihrer hervorragenden chemischen und physikalischen Eigenschaften besonders vorteilhaft. Bei vielen Anwendungen ist anzustreben, eine dichte und feste Passung des Siliconkautschukformkörpers über einen zugeordneten Gegenstand herbeizuführen, z.B. eine feste und dichte Verbindung der aneinander grenzenden Enden von zwei rohrförmigen Körpern. Gewöhnlich wird dies erzielt durch Anwendung einer Wärmeschrumpfungsbehandlung, nachdem der rohrförmige Gegenstand oder Formkörper mechanisch auf Übergröße erweitert worden ist. In diesem erweiterten Zustand kann der Formkörper oder Gegenstand über das Ende eines rohrförmigen Teiles oder über das Ende irgendeiner ähnlichen Stützstruktur geschoben werden, worauf dann der Siliconformkörper durch Wärmebehandlung auf etwa seine ursprünglichen, nicht-expandierten Abmessungen geschrumpft wird. Dabei sucht sich der Formkörper fest an die Stützstruktur anzupassen und in dichtenden Eingriff mit ihr zu treten.
Es sind bereits Methoden zur Anwendung verschiedener Quellungsmittel zwecks Herbeiführung einer Ausdehnung oder Quellung von Rohren oder Ringen aus einem elastomeren Material, wie Polyvinylchloridelastomeren, angegeben worden. Die Erweiterung und Kontraktion der herkömmlichen elastomeren Materialien wurde bewirkt durch Einbringung des Quellungsmittels in das elastomere Material und Herausziehen mindestens eines Teils einer oder mehrerer der organischen Komponenten, z.B. eines Weichmachers oder Plastifiziermittels, die in dem elastomeren Material enthalten sind. Wenn jedoch eine hohe Wärmebeständigkeit des elastomeren Gegenstandes gefordert wird, ist die Einbringung eines Weichmachers oder anderen extrahierbaren organischen Materials in das Elastomer unerwünscht, da das
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organische Restmaterial eine beträchtliche Verringerung der Wärmebeständigkeit des elastomeren Gegenstandes verursacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur festen Anbringung eines Hohl- oder Umhüllungskörpers aus einem Siliconkautschuk um einen Stützoder Auflagekörper zu schaffen, das eine mechanische Beanspruchung und Erhitzung des Siliconkautschukformkörpers zur Herbeiführung einer Expansion und Kontraktion des Silicongummiformkörpers vermeidet. Dabei soll das Verfahren zum Aufpassen eines Siliconkautschukformkörpers um eine Stützstruktur ferner ohne die Anwesenheit einer extrahierbaren organischen Verbindung in dem Siliconkautschukformkörper auskommen. Weiterhin soll das Verfahren eine feste und dichte Verbindung zwischen dem Siliconkautschukformkörper und dem Auflagegegenstand in einer rascheren und sichereren Weise als bisherige Methoden herbeiführen. In Verbindung hiermit ist Aufgabe der Erfindung ferner die Schaffung eines Siliconkautschukformkörpers, z.B. eines Siliconkautschukrohrs, -schläuche, -röhrchens, -ringes o.dgl., in einer Form und einem Zustand, der für eine bequeme unmittelbare Aufbringung um eine Auflagestruktur geeignet ist, ohne daß zusätzliche Dehnungs- oder Erhitzungseinrichtungen zur Aufweitung oder Schrumpfung des Siliconformkörpers erforderlich sind.
Weitere Gesichtspunkte der Erfindung gehen aus den nachstehenden näheren Erläuterungen hervor.
überraschenderweise wurde gefunden, daß ein umhüllender oder umgreifender Formkörper, nachstehend zur Vereinfachung auch als Hohlformkörper bezeichnet, aus Siliconkautschuk zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe in einfacher und wirksamer Weise nach einem Verfahren erweitert und wieder geschrumpft werden kann, bei dem man den Siliconkautschukformkörper, z.B. in Gestalt eines Rohres, Röhrchens,
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Schlauches, Ringes oder ähnlich geformten Gegenstandes (nachstehend zur Vereinfachung zusammenfassend als Rohr bezeichnet) mit einem Aufweitungsmittel, das im wesentlichen aus einer Fluorkohlenstoffverbindung besteht, behandelt und nach Anbringung des expandierten Siliconkautschukformkörpers um einen stützenden Aufnahmegegenstand, dessen Außenabmessungen etwas größer sind als die ursprünglichen Innenabmessungen des nicht-expandierten Siliconkautschukformkörpers, der Fluorkohlenstoffverbindung erlaubt, sich von dem Siliconkautschukformkörper zu trennen, vorzugsweise bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck, so daß der aufgeweitete Siliconkautschukformkörper wieder im wesentlichen seine ursprünglichen Abmessungen annimmt und in festen Eingriff mit dem tragenden Auflagekörper tritt.
Die elastomeren Materialien aus Siliconen oder Organosiloxanen, die erfindungsgemäß verwendet werden können, haben eine Silicium-Sauerstoffstruktur, an die verschiedene organische Reste gebunden sind. Die drei grundlegenden Arten von Siliconen oder Organosiloxanen, d.h. öle, Kautschuke und Harze, können als aus drei Struktureinheiten aufgebaut angesehen werden; diese Struktureinheiten werden üblicherweise als M-, D- und T-Einheiten bezeichnet:
RRR
I I I
R— Si O —Si O —O Si O
I I I
R R O
M-Einheit D-Einheit T-Einheit
Wie aus den vorstehenden Formeln hervorgeht, ist die M-Einheit monofunktionell, die D-Einheit ist difunktionell und die T-Einheit ist trifunktionell. Bei der Herstellung von Silicon- oder Organosiloxanpolymeren können die M-Einheiten nur für Dimere oder als End- oder Kettenabbruchgruppen eingesetzt werden. Lineare Polymere können aus den D-Einheiten mit M-EIn-
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JSr-
heiten als Endgruppen hergestellt werden. Vernetzte Polymere können aus den T-Einheiten erzeugt werden. Demgemäß können die vorstehend angegebenen drei allgemeinen Arten von Organosiloxanmaterialien als die nachstehenden Anordnungen von M-, O- und T-Einheiten aufweisend angesehen werden:
Siliconöle: M(D) M, wobei χ eine kleine Zahl ist Siliconkautschuke: M(D) M, wobei χ eine sehr große Zahl ist Siliconharze: MDT-Kombinationen
Diese Siliconmoleküle werden der Herbeiführung spezifischer Eigenschaften angepaßt. Beispielsweise kann die Gruppe R in einem Dimethylpolysiloxan-Polymer durch Phenyl- und/oder Vinyl- oder Trifluorpropylgruppen ersetzt oder damit substituiert werden, um beträchtliche Abwandlungen der Eigenschaften herbeizuführen. Siliconkautschukzusammensetzungen, die sich für die Zwecke der Erfindung eignen, sind z.B. Methyl-vinyl-poIysiloxan, Phenyl-vinyl-methyl-polysiloxan, und Trifluorpropylmethyl-vinyl-polysiloxan, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Es können Polysiloxankautschukzusammensetzungen miteinander kombiniert werden, um dem Hohlformkörper besondere Eigenschaften zu verleihen.
Das elastomere Siliconkautschukmaterial kann, wie bereits gesagt, in Form eines Rohres, Ringes oder irgendeiner anderen umschließenden Gestalt vorliegen oder dazu verarbeitet werden, z.B. kann es mit herkömmlichen Vorrichtungen und nach herkömmlichen Arbeitsweisen in solchen Formen extrudiert werden. Die Siliconkautschukelastomeren können aber müssen nicht kleinere Mengen an anderen herkömmlichen Additiven in Mischung damit enthalten, z.B. inerte Füllstoffe, färbende Substanzen oder Vulkanisiermittel.
Die besonderen Eigenschaften, durch die sich die Siliconkautschukmaterialien von anderen Elastomeren unterschei-
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den, liegen insbesondere in ihrer großen Beständigkeit gegen extrem hohe und niedrige Temperaturen. So können Siliconkautschukformkörper zwei bis fünf Jahre lang Temperaturen bis herauf zu 2000C ausgesetzt werden, ohne ihre Elastizität und dielektrische Festigkeit einzubüßen. Die Siliconkautschukelastomeren weisen auch ausgezeichnete Beständigkeit sowohl gegenüber Ozon als auch gegenüber Koronaerscheinungen auf. Der spezifische Durchgangswiderstand (volume resistivity) liegt im Bereich zwischen 10 bis 14 und 10 bis 16 Ohm-cm und die dielektrische Festigkeit liegt im Bereich zwischen 15,7 und 27,6 Kilovolt/mm (400 - 700Volt/mil) Bei Erhitzung bis zur Verbrennung bilden die Silicone keine unerwünschten Säuren, wie HCl, HCN oder SO2.
Wenngleich Siliconkautschukzusammensetzungen im wesentlichen beständig gegenüber Lösungsmitteln sind, z.B. gegenüber Alkohol und Aceton und vielen chlorierten Kohlenwasserstoffen, wurde überraschenderweise gefunden, daß eine sehr bedeutsame Aufweitung und Kontraktion eines Siliconkautschukgegenstandes herbeigeführt werden kann, wenn man den aus einem Siliconkautschuk, wie z.B. Methyl-vinyl-polysiloxan-Kautschuk, Trifluorpropylmethyl-vinyl-polysiloxan-Kautschuk oder beiden, gebildeten Siliconkautschukgegenstand mit einer Fluorkohlenstoffverbindung, wie z.B. Trichlortrifluoräthan, behandelt, ohne daß hierzu die Anwesenheit eines organischen Weichmachers erforderlich wäre und ohne daß dabei ein Verlust irgendeiner der wünschenswerten Eigenschaften des Siliconkautschuks, wie z.B. sehr lange Beständigkeit bei erhöhten Temperaturen bis herauf zu 26O°C und bei so geringen Temperaturen wie -100°C, Nichtentflammbarkeit, hohes Ausmaß an elektrischer Stabilität und guter Widerstand gegen dielektrische Ermüdung, eintritt.
Als Aufweitungs- oder Quellungsmittel für die Behandlung des Siliconkautschukformkörpers dienen Fluorkohlen-
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stoffchemikalien (z.B. wie sie unter dem Warenzeichen FREON der E. I. duPont de Nemours Company vertrieben werden, jedoch ist die Erfindung natürlich nicht auf diese von duPont vertriebenen Fluorkohlenstoffe beschränkt). Die erfindungsgemäß eingesetzten Chemikalien auf Fluorkohlenstoffbasis sollten vorzugsweise bei den Temperaturen, die normalerweise bei der Verarbeitung bzw. Verwendung der Siliconkautschukformkörper auftreten, flüssig sein aber nicht einen hohen Siedepunkt haben, da die Verbindung eine hohe Verdampfungsrate, gekennzeichnet durch einen verhältnismäßig hohen Dampfdruck und eine niedrige Verdampfungswärme, aufweisen sollte. Ferner sollte die Fluorkohlenstoffsubstanz leicht und radial von dem Siliconkautschukmaterial absorbiert werden. Hinsichtlich derartiger Fluorkohlenstoffchemikalien erfüllt Trichlortrifluoräthan sämtliche vorgenannten physikalischen und chemischen Anforderungen und es weist ferner die wünschenswerten Eigenschaften niedriger Toxizität mit einem OSHA-Schwellenwert von 1000 Teilen-je-Million, ausgezeichneter Beständigkeit sowohl gegen Ozon als auch Korona sowie Nichtentflammbarkeit auf. Trichlortrifluoräthan ist chemisch nicht reaktiv mit den meisten anderen Materialien und es wirft keine Entsorgungsprobleme auf. Für die Erfindung geeignete Fluorkohlenstoffe sind insbesondere Trichlormonofluormethan, Trichlortrifluoräthan und Trichlordifluoräthan, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt.
Für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung wird der Siliconkautschuk-Hohlformkörper, z.B. ein Abschnitt eines Rohrs, vorzugsweise mit dem Fluorkohlenstoffaufweitungsmittel behandelt, indem man den Siliconkautschuk-Hohlformkörper eine hinreichende Zeit lang, um eine Aufweitung des Siliconkautschuk-Hohlformkörpers von etwa 50 % über seinen ursprünglichen Innendurchmesser hinaus herbeizuführen, wenn der Formkörper die Gestalt eines Ringes oder Rohres hat, in einen flüssigen Fluorkohlenstoff taucht. Die maximale
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Quellung des Siliconkautschuk-Hohlformkörpers bei Behandlung mit der Fluorkohlenstoffflüssigkeit ist in 2 - 4 Stunden im wesentlichen vollständig. Bevorzugt wird in den meisten Fällen die vorausgehende Behandlung des Siliconkautschuk-Hohlformkörpers durch Einbringen des Formkörpers in einen verschließbaren Behälter zusammen mit genügend Fluorkohlenstoff flüssigkeit, um eine maximale Expansion des Siliconkautschukformkörpers herbeizuführen und einen geringen Überschuß an Fluorkohlenstoffdampf in dem Behälter vorzusehen, so daß der Siliconkautschukformkörper in der expandierten Form verbleibt, bis der Behälter geöffnet wird. Der expandierte Siliconkautschukformkörper kann über einen unbegrenzten Zeitraum in dem verschlossenen Behälter gehalten werden. Nach öffnung des Behälters ist der Siliconkautschukformkörper fertig zu sofortiger Verwendung, und nach Aufbringen des expandierten Siliconkautschukformkörpers um einen Auflagegegenstand, der einen etwas größeren Außendurchmesser als der ursprüngliche Innendurchmesser des Siliconkautschukformkörpers hat, beginnt der Siliconkautschukformkörper unter Verdampfung des Fluorkohlenstoff-Aufweitungsmittels zu schrumpfen und tritt dann in festen Reibungseingriff mit der Umfläche des Auflagekörpers, sobald der Siliconkautschukformkörper auf seine ursprünglichen Abmessungen schrumpft.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Expansion und Kontraktion eines Siliconkautschuk-Hohlformkörpers, wie z.B. eines Ringes oder Rohres, hat - wie ohne weiteres ersichtlich - zahlreiche vorteilhafte Anwendungen und eignet sich insbesondere für die Bildung wasser- oder flüssigkeitsdichter Verbindungen zwischen elektrischen Leitern oder Rohren, z.B. in der Raumfahrt-, Luftfahrt- und Kraftfahrzeugindustrie.
Beispiel 1
Ein Rohr aus Methyl-vinyl-polysiloxan-Kautschuk (Handelsprodukt des Warenzeichens "Silastic", Medical Grade
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• . 27D4598
Elastic Tubing, Dow Corning), das als ursprüngliche Abmessungen einen Innendurchmesser von 11,05 mm (0,435 inches), eine Wandstärke von 0,94 mm (0,037 inches) und eine Länge von 76,2 mm (3 inches) hatte, wurde durch Behandlung mit 3,25 ml Trichlortrifluoräthan in einem verschlossenen Behälter durchgehend imprägniert. Nach 24 Stunden hatte der Innendurchmesser des Rohrs auf 15,24 mm (0,600 inches) und die Länge des Rohrs auf 98,5 mm (3,875 inches) zugenommen. Nach öffnen des verschlossenen Behälters wurde das expandierte Rohr 105 Minuten bei atmosphärischem Druck und 210C (70°F) gehalten. Es nahm dabei im wesentlichen wieder seine ursprünglichen Abmessungen an; im einzelnen wurden folgende Abmessungen ermittelt: Innendurchmesser 11,07 mm (0,436 inches), Länge 76,2 mm (3 inches), Wandstärke 0,86 mm (0,034 inches).
Beispiel 2
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurden Ringscheiben aus Methyl-vinyl-polysiloxan-Kautschuk (Handelsprodukt des Warenzeichens "Electrisil SE9O95A-O3" der General Electric) mit Schnittringabmessungen von 25,4 mm (1,0 inch) Außendurchmesser und 20,3 mm (0,8 inch) Innendurchmesser mit einer Dicke von 2,16 mm (0,085 inch) durch Behandlung mit einem Überschuß an Trichlortrifluoräthan in einem verschlossenen Behälter durchgehend imprägniert. Nach 24 Stunden hatte der Durchmesser des Ringes auf 33,0 mm (1,3 inches) Außendurchmesser, 26,7 mm (1,05 inches) Innendurchmesser und 2,92 mm (0,115 inches) Dicke zugenommen. Nach öffnen des geschlossenen Behälters wurden die expandierten Ringe 105 Minuten bei atmosphärischem Druck und 21°C (70°F) gehalten, sie nahmen dabei praktisch wieder ihre ursprünglichen Abmessungen an; und zwar wurden gemessen: 25,4 mm (1,0 inch) Außendurchmesser, 20,3 mm (0,8 inch) Innendurchmesser und 2,16 mm (0,085 inch) Dicke.
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Beispiel 3
Ein Streifen aus Trifluorpropyl-methyl-vinylpolysiloxan-Kautschuk mit einer Länge von 50,8 mm (2,0 inches) und einer Breite von 11,2 mm (0,44 inch) wurde durch Behandlung mit einem Überschuß an Trichlortrifluoräthan in einem geschlossenen Behälter durchgehend imprägniert. Nach 24 Stunden hatte die Länge des Streifens auf 57,2 mm (2,25 inches) und seine Breite auf 12,7 mm (0,5 inch) zugenommen. Nach öffnen des geschlossenen Behälters wurden die expandierten Streifen 105 Minuten bei atmosphärischem Druck und 210C (70°F) gehalten, sie nahmen dabei wieder im wesentlichen ihre ursprünglichen Abmessungen an; und zwar wurden gemessen: 50,8 mm (2,0 inches) Länge und 11,2 mm (0,44 inch) Breite.
Gleichartige Ergebnisse wurden mit anderen Sorten von Methyl-vinyl-polysiloxan-Kautschukmaterialien und Fluorkohlenstoff-Aufweitungsmitteln erhalten.
Die anliegende Zeichnung zeigt eine Ausführungsform des Formkörpers gemäß der Erfindung in Gestalt eines Rohrstücks. Das Rohrstück 1 besteht im wesentlichen aus mit einem Fluorkohlenstoff imprägnierten Siliconkautschuk, der freie Innendurchmesser 2 des Rohrstücks ist hierdurch über seinen im nicht-imprägnierten Zustand vorliegenden Innendurchmesser hinaus erweitert.
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Claims (10)

  1. Patentansprüche
    Θ- Verfahren zur Befestigung eines umgreifenden
    Formkörpers aus Siliconkautschuk um einen Auflagegegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß man den umgreifenden Formkörper aus einem Siliconkautschuk mit einem Fluorkohlenstoff in Berührung bringt, bis sich die Innenabmessung des Formkörpers über ihre ursprüngliche Innenabmessung hinaus erweitert hat, den Formkörper dann in dem erweiterten Zustand auf den Auflagegegenstand aufbringt und danach zur Herbeiführung eines Schrumpfens des Formkörpers unter Bildung eines festen Eingriffs mit dem Auflagegegenstand den Fluorkohlenstoff aus dem Formkörper, vorzugsweise bei etwa Raumtemperatur und normalem Druck, verdampfen läßt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Siliconkautschukformkörper, der Methy1-vinyl-polysiloxan, Phenyl-vinyl-methyl-polysiloxan, Trifluorpropylmethyl-vinyl-polysiloxan oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen enthält oder daraus besteht, verwendet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Siliconkautschukformkörper, der im wesentlichen aus Methyl-vinyl-polysiloxan besteht, verwendet.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fluorkohlenstoff Trichlortrifluoräthan, Tetrachlordifluoräthan, Trichlormonofluormethan
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    ORIGINAL INSPECTED
    oder ein Gemisch aus zwei dieser oder allen drei Verbindungen verwendet.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fluorkohlenstoff Trichlortrifluoräthan verwendet.
  6. 6. Umfassungsformkörper aus Siliconkautschuk, dessen Innenabmessung über seine normale unerweiterte Abmessung hinaus erweitert ist, insbesondere zur Verwendung im Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus mit einem Fluorkohlenstoff imprägnierten Siliconkautschuk besteht.
  7. 7. Formkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliconkautschuk aus Methyl-vinyl-polysiloxan, Phenyl-vinyl-methyl-polysiloxan, Trifluorpropylmethyl-vinylpolysiloxan oder einem Gemisch aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen besteht.
  8. 8. Formkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliconkautschukformkörper mit einem Fluorkohlenstoff aus der Gruppe Trichlortrifluoräthan, Tetrachlordifluoräthan, Trichlormonofluormethan oder einem Gemisch aus zwei dieser oder allen drei Verbindungen imprägniert ist.
  9. 9. Formkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliconkautschukformkörper mit Trichlortrifluoräthan imprägniert ist.
  10. 10. Formkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus mit Trichlortrifluoräthan imprägniertem Methyl-vinyl-polysiloxan besteht.
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