DE2950523C2 - Verfahren zum Binden von ungehärteten Urethanformulierungen an ein Substrat aus gehärtetem Gummi - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß ein Cyanacrylatklebstoff verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Urethanformulierung auf die mit dem Cyanoacrylatklebstoff benetzte Substratoberfläche in Form einer Anfangsschicht aufgetragen wird und weitere Urethanmengen vor dem Härten der Urethananfangsschicht aufgetragen werden, bis man das gewünschte Urethanvolumen erreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Urethanvolumen zu der endgültigen Form ausgeformt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Urethanvolumen zu der endgültigen Form poliert bzw. geschliffen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 zur Laufflächenerneuerung eines Gummireifens mit einer Urethanformulierung, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Laufmanteloberfläche poliert bzw. geschliffen wird, um alte Lauffläche zu entfernen, und die Oberfläche von fremden Material gereinigt wird,

(b) die polierte Laufmanteloberfläche mit einem flüssigen Cyanoacrylatklebstoff so beschichtet wird, daß die Oberfläche mit Klebstoff benetzt «0 ist,

(c) ein flüssiger oder pastenförmiger Anfangsüberzug aus einer ungehärteten Urethanformulierung auf die Oberfläche aufgetragen wird, während diese Oberfläche noch mit dem Cyanoacrylatklebstoff benetzt ist,

(d) der Reifen in eine Form mit einer Innenkonfiguration entsprechend der gewünschten Gestalt des zu erneuernden Laufflächenteils des Reifens gesetzt wird,

(e) weitere ungehärtete flüssige oder pastenförmige Urethanformulierung in die Form gespritzt wird, bevor das erste Urethan gehärtet worden ist, und der innere Raum der Form gefüllt wird,

(f) der laufflächenerneuerte Reifen aus der Form herausgenommen wird, sobald die Urethanformulierung erhärtet ist, und

(g) die Urethanformulierung gehärtet wird. .

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Urethanformulierung mindestens einen wasserfreien Füllstoff enthalt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Binden von ungehärteten Urethanformulierungen an Substraten aus gehärtetem Gummi, wie Naturkautschuk bzw. Nuturgummi oder synthetischem Gummi mit Ausnahme von Silicongummi.

Das Binden von Urethanformulierungen an Substraten aus Naturgummi oder synthetischem Gummi ist eines der schwierigeren Probleme gewesen, die in der Gummiindustrie und auch bei den Benutzern von Gummiprodukten aufgetreten sind. Die herkömmliche Verwendung von im Handel erhältlichen Klebstoffen, Grundiermitteln, Bindemitteln usw. hat sich als ungeeignet für die Schaffung einer Urethan-Gummi-Bindung erwiesen, die hinsichtlich der Abziehfestigkeit einer Gummi-Gummi-Bindung entspricht.

Im Laboratorium durchgeführte Adhäsionstests ergaben unter Anwendung herkömmlicher Methoden, wie Aufbringen von Grundiermitteln oder Klebstoffen, Trocknen derselben und anschließendes Aufbringen einer Urethanformulierung als Flüssigkeit oder Paste und Härten derselben normalerweise eine Bindefestigkeit von entsprechend 179 bis 5362 g je cm. Die angestrebte Bindefestigkeit sollte jedoch mindestens 14,299 kg je cm betragen.

Nach der US-PS 36 48 748 wird ein vulkanisierter Gummireifen mit einem gehärteten Polyurethan-Laminat hergestellt, indem ein Teil der Reifenoberfläche mit einem Lösungsmittel gereinigt, diese Oberfläche mit einem flüssigen Polyurethan-Reaktionsgemisch beschichtet und das Reaktionsgemisch gehärtet wird. Das gehärtete Polyurethan-Reaktionsgemisch wird durch Umsetzen eines organischen Polyisocynats mit bestimmten, aktiven Wasserstoff einhaltenden Verbindungen erhalten und vorzugsweise mit Füllstoffen verstärkt, um die physikalischen Eigenschaften zu verbessern. Es wird dabei betont, daß zur Haftung des gehärteten Polyurethangemisches nur eine Lösungsmittelreinigung der Gummioberfläche notwendig ist, ohne daß eine chemische Behandlung der Gummieoberfläche wie mit verdünnter Salzsäure oder Chlorwasser und weitere Maßnahmen erforderlich sind.

Einkomponentenkleber auf der Basis von Cyanoacrylat sind bekannt. Sie polymerisieren bei Kontakt mit anionischen Startern und in den meisten Fällen genügt bereits die auf den Werkstoffen vorhandene Feuchtigkeit, um die Polymerisation einzuleiten. Diese Cyanoacrylat-Einkomponentenkleber dienen zum schnellen Verbinden von fast allen Matrialien, wie metallischen Werkstoffen, Porzellan, Keramik, Hartpapier, Holz, Leder, Natur- und Synthesekautschuk und den meisten Kunststoffen, vergl. Coating 6/78, S. 214. Die zu verklebenden Substrate sind trockene und feste Materialien, bei denen der Werkstoff bereits fertig umgesetzt ist.

In der Firmenschrift I.S.-o4E (1972) wird ein anderer schnellhärtender Einkomponentenkleber für Gummi/ Gummi-Verklebungen und für Verbindungen zwischen Gummi und Metallen, Kunststoffen, Legierungen und Keramik vorgeschlagen, bei dessen Anwendung die zu verklebenden Oberflächen am besten gründlich gereinigt und trocken sind.

Das Binden einer ungehärteten flüssigen oder pastenartigen Urethanmasse an einem Gummi- oder Kautschuksubstrat unter Verwendung eines nassen Cyanoacrylatklebers ist demgegenüber bisher nicht in Betracht gezogen worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Binden von ungehärteten Urethanformulierungen an einem gehärten Gummisubstrat bereit-

zustellen, mit dem eine bedeutend höhere Bindefestigkeit zwischen Gummi und gehärteter Urethanformulierung erreicht werden kann.

Hierzu schlägt die Erfindung das in Anspruch 1 angegebene Verfahren vor. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens bilden den Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4 und 6 und eine spezielle Anwendung des Verfahrens zur Laufflächenerneuerung eines Gummireifens mit einer Urethanformulierung ist Gegenstand des Patentanspruchs 5.

Es ist nun gefunden worden, daß, wenn das ungehärtete Urethan unmittelbar auf eine Oberfläche aus Naturgummi oder synthetischem Gummi, die mit Klebstoff benetzt worden ist, vor dem Trocknen des Klebstoffs aufgetragen wird, die Bindung zwischen dem Urethan nach dem Härten und der Oberflächen aus Naturgummi oder synthetischem Gummi um das Dreibis Vierfache gegenüber der maximalen Bindefestigkeit erhöht worden ist, welche nach den bisherigen Verfahren erzielt wird, bei denen der Klebstoff vor dem Aufbringen des Urethans auf die Oberfläche trocknen konnte.

Die Erfindung macht von dem Konzept der Aufbringung einer flüssigen (nassen) Urethanformulierung auf einen nassen Cyanoacrylatklebstoff Gebrauch, das bisher nicht nahegelegt war, da man hatte erwarten müssen, daß der nasse Klebstoff in die flüssige Urethanformulierung hineindiffundiert und umgekehrt und es leicht zu einer Versetzung der flüssigen Urethanformulierung auf der Substratoberfläche kommt, wodurch die Bindung von gehärtetem Urethan an der Gummioberfläche eher geschwächt würde.

Überraschenderweise erreicht das erfindungsgemäße Verfahren jedoch eine bedeutsame Erhöhung der Bindefestigkeit.

Für die Erfindung sind viele Einsatzmöglichkeiten gegeben, wie z. B. beim Reparieren von Riß- oder Abnutzungsstellen bei Gegenständen auf Gummibasis, die einem erheblichen Abrieb unterworfen sind. Zum Beispiel kann das Verfahren der Erfindung in wirksamer Weise zum Reparieren von Transportbändern aus einem Material aus Naturgummi oder synthetischem Gummi, Ausbessern von Reifen, die aufgerissen oder aufgeschlitzt worden sind, und zur Laufflächenerneuerung von Reifen angewendet werden.

Die Erfindung befriedigt ein großes wirtschaftliches Bedürfnis mit einem Verfahren, das es dem Benutzer ermöglicht, den Vorteil der höheren Abriebfestigkeit von gehärtem Urethan und der Kalt-Härtbarkeit von vielen Urethanformulierungen, die erhebliche Energie- und Kosteneinsparungen verschafft, wahrzunehmen. Ein weiter Bereich für kostensparende industrielle Anwendung ergibt sich dadurch, daß der Benutzer in der Lage ist, auf einem Substrat aus Naturgummi oder synthetischem Gummi ein kalthärtendes System, das gutes Haftvermögen aufweist, anzubringen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Binden von ungehärteten Urethanformulierungen an ein Substrat aus gehärtetem Gummi wird die Substratoberfläche gereinigt, die gereinigte Substratoberfläche mit einem flüssigen Cyanoacrylatklebstoff beschichtet, die mit dem Cyanoacrylatklebstoff benetzte Substratoberfläche mit einer flüssigen oder pastenförmigen Urethanformulierung, während der Klebstoff noch feucht ist, beschichtet und die Urethanformulierung gehärtet.

Das ungehärtete Urethan wird in flüssiger Form oder in Pastenform aufgebracht, bis die Oberfläche die gewünschte Form oder Dicke erhalten hat. Man läßt das Urethan härten, und nach Beendigung des Härtens kann die reparierte Oberfläche in der gewünschten Weise poliert bzw. geschliffen oder geformt und dann mit dem reparierten Bereich, der das Urethan enthält, das eine "' größere Abriebfestigkeit als das umgebende Gummigrundmiterial aufweist, benutzt werden.

Nach dem oben aufgezeichneten Verfahren ist es möglich, Bindefestigkeiten über 17,874 kg je cm zu erzielen.

Ein besonderes Anwendungsgebiet für die Erfindung, das große wirtschaftliche Bedeutung hat, ist die Laufflächenerneuerung von Reifen. Nach der herkömmlichen Arbeitsweise zur Laufflächenerneuerung von Reifen wird ein Reifen poliert bzw. mit einer

^r> Schwabbelscheibe bearbeitet, um die verschliessene Lauffläche zu entfernen, und ein Klebstoff auf den geschwabbelten Bereich aufgetragen. Sobald der Klebstoff nicht mehr feucht ist, wird auf den Klebstoff ein ungehärteter Gummi aufgebracht Der Reifen mit dem darauf befindlichen Gummi wird in einer Stahlform angeordnet, in der der Gummi unter Anwendung von Wärme gehärtet wird. Bei diesem Vorgang wird der Gummi an den Reifen gebunden. Das herkömmliche Verfahren zur· Laufflächenerneuerung erfordert einen erheblichen Energieverbrauch.

Bei Durchführung der Erfindung zur Laufflächenerneuerung von Reifen wird der Reifen poliert bzw. mit einer Schwabbelscheibe bearbeitet und das gesamte abpolierte Material wird von dem Reifen entfernt. Der saubere Reifen wird dann mit einem Cyanoacrylatklebstoff benetzt, und vor dem Trocknen des Klebstoffs wird eine Schicht aus einer Flüssigkeit oder Paste von ungehärtetem Urethan unmittelbar auf die benetzte Oberfläche aufgetragen. Bevor das Urethan Gelegenheit zum Härten hat, wird der Reifen mit der darauf befindlichen Urethanflüssigkeit oder -paste in eine Form gebracht und weiteres ungehärtetes Urethan in den Hohlraum der Form gepumpt, um dadurch den Prozeß zur Ausbildung der gewünschten Dicke des Laufflächenmaterials auf der äußeren Oberfläche des Reifens zu vervollständigen. Dann wird das Urethan härten gelassen. Bei schnell härtenden Urethanformulierungen kann der Reifen in etwa 14 Minuten aus der Form herausgenommen werden. Die Dauer für das Entfernen aus der Form kann je nach der Härtungsgeschwindigkeit der verwendeten speziellen Urethanformulierung variiert werden. Es ist vorteilhaft, wenn die exotherme Reaktion der Urethanhärtung gelinde verläuft, so daß eine größere Vielfalt von Materialien

zur Herstellung der Form verwendet werden kann.

Eine zweckmäßige Technik besteht darin, daß der polierte und gereinigte Reifen auf einen Dorn montiert wird, so daß er sich in der senkrechten Ebene drehen kann. Während des Drehens wird der Klebstoff auf den Reifen gesprüht, und in dem Maße, in dem der Reifen sich weiter dreht, wird ungehärtetes flüssiges oder pastenförmiges Urethanmaterial auf die mit Klebstoff benetzte Oberfläche des Reifens aufgetragen. Dabei ist der Zeitfaktor, d. h. die dafür benutzte Zeitdauer, kritisch, weil sichergestellt werden muß, daß das Urethan auf die Oberfläche aufgetragen wird, während der Klebstoff noch feucht ist. Vorzugsweise beträgt die Zeitdauer bei den meisten Urethanformulierungen in der Praxis hierfür etwa 5 Sekunden. Die Zeitdauer kann entweder durch Bewegen eines Schalters an einer Urethan abgebenden Düse bis zu dem Punkt, an dem die Klebstoffdüse den Klebstoff auf den Reifen sprüht, oder durch geeignetes schnelleres Drehen des Reifens

eingestellt werden. Wichtig ist das Auftragen des zunächst ungehärteten Urethans auf den Reifen, während der Klebstoff noch feucht ist

Wegen der gelinden exothermen Reaktion, die durch das Härten von zahlreichen Urethanformulierungen stattfindet, kann der Reifen mit ctem Urethananfangsüberzug in eine Form gebracht werden, die aus Kunststoffmaterial besteht, und zwar anstelle der herkömmlicherweise benutzten Metallformen.

Zweckmäßigerweise hält die Kunitstofform die Lauffläche in senkrechter Lage und ermöglicht einen Einlaß oder ermöglichen mehrere Einlasse zu dem Forminneren, daß weiteres ungehärtetes Urethanmaterial in den Hohlraum der Form gepumpt wird, bis dieser vollständig mit ungehärtetem Urethan gefüllt ist. Ein Entlüftungsventil sollte am Oberteil der Form vorhanden sein, so daß, wenn das ungehärtete Urethan in das Innere der Form gelangt, eingeschlossene Luft von dem Entlüftungsventil am Oberteil der Form herausgetrieben wird. Das Entlüftungsventil kann außerdem als Anzeigegerät benutzt werden, das erkennen läßt, wenn die Form gefüllt ist, weil das erste Auftreten von Urethanmaterial in der Öffnung des Entlüftungsventils ein Anzeichen dafür ist, daß die Form gefüllt ist.

Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Laufflächenerneuerung variiert die Dauer in der Form mit der Größe des bezüglich der Lauffläche zu erneuernden Reifens. Mit Zunahme der Reifengröße und der Laufflächendicke verlängert sich die Verweildauer in der Form. Die umgekehrte Beziehung ist für mit Urethanlaufflächen versehene Reifen gegeben. Je größer die Urethanmasse ist, desto schneller reagiert sie. Dementsprechend erfordern kleine und große Reifen ungefähr die gleiche Verweildauer in der Form.

Weil Urethan eine wesentlich bessere Abriebfestigkeit als Gummi hat, ist es möglich, bei einer Laufflächenerneuerung die Lauffläche mit einer dünneren Urethanschicht zu versehen und dennoch die gleiche Gebrauchsdauer zu erzielen, die sonst bei einem laufflächenerneuerten Reifen mit einer viel dickeren Schicht aus Gummimaterial erreicht wird. Bei Durchführung der Erfindung an Automobilreifen, die mit erneuerten Laufflächen aus Urethanmaterial versehen worden sind, ist es möglich, eine Betriebslänge von 128 000 bis 160 000 km zu erreichen, im Gegensatz zu 40 000 bis 64 000 km für Gummireifen.

Formulierungen der Urethanmaterialien, die bei Durchführung der Erfindung benutzt werden können, sind von dem Fachmann nach bekannten chemischen Techniken zur Bildung von Urethan leicht herstellbar. Bezüglich spezieller Materialzusammensetzungen und Quellen für die Lieferung von Urethanen, siehe

ίο Kapitel 17 RUBBER TECHNOLOGY, herausgegeben von Maurice Morton, Von Nostrand Reinhold Company.

Dem Urethanmaterial können wasserfreie Füllstoffe zugegeben werden, um die Härteeigenschaften, die Abriebfestigkeit, die Zugfestigkeit und eine Pigmentierung zu verändern bzw. einzuführen. Zu solchen wasserfreien Füllstoffen gehören z. B. die verschiedensten Talkumsorten, hydratisierte Aluminiumoxide, CaI-ciumcarbonat, Diatomeenerde, wasserfreie Kieselsäure, Ruß, Glasfaser, Titanoxid, Zinkoxid, Bentonit und andere Füllstoffe, die in der Urethantechnologie benutzt werden. Die Füllstoffe werden in solchen Anteilen verwendet, daß die bei dem Urethanmaterial erwünschten Eigenschaften erzielt werden.

Ein zweckmäßiger Cyanoacrylatklebstoff ist ein Material der US-PS 27 94 788, das Alkylester von Cyanoacrylsäure enthält. Solche Klebstoffe können unterschiedliche Viskositäten besitzen. Es ist festgestellt worden, daß eine mittlere Brookfield-Viskosität bei

jo 25,5°C von 100 bis 12OmPa · s vorteilhaft ist, um ein übermäßiges Eindringen des Klebstoffs in das Gummisubstrat zu verhindern und eine geeignete Arbeitsdauer für das Aufbringen der Polyurethanschicht, während der Klebstoff noch feucht ist, zu gewährleisten.

j-, Bezüglich weiterer Informationen über Cyanoacrylatklebstoffe siehe »Cyanoacrylate Adhesives« im »Handbook of Adhesives« 2. Auflage, Seiten 569 bis 580, Von Nostrand Reinhold Company.
In der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen sollen die Ausdrücke »Gummi« bzw. »Kautschuk« und »synthetischer Gummi« nicht Silicongummi bzw. Siliconkautschuk erfassen.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Binden von ungehärteten Urethanformulierungen an ein Substrat aus gehärtetem Gummi mit Ausnahme von Silicongummi, wobei

(a) die Substratoberfläche gereinigt,

(b) die gereinigte Substratoberfläche mit einem Klebstoff beschichtet,

(c) eine flüssige oder pastenförmige Urethanformulierung auf die mit dem Klebstoff benetzte Substratoberfläche aufgebracht und

(d) die Urethanformulierung härten gelassen wird,