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Bahnförmiges Belagsmaterial auf Basis von Polyäthylen für
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die Lauffläche von Skis
Bahnförmiges Belagsmaterial
auf Basis von Polyäthylen für die Lauffläche von Skis Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf bahnförmiges Belagsmaterial auf Basis von Polyäthylen für die Lauffläche
von Skis, äuf ein Verfahren zur Herstellung einer Ausführungsform dieses Belagsmaterials
und auf die Verwendung des Belagsmaterials für die Lauffläche von Rennskis.
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Der Gleitmechanismus von Skis auf Schnee und Eis ist ein sehr komplexer
Vorgang, der nicht bis in alle Einzelheiten bekannt ist.
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Immerhin ist allgemein anerkannt, dass infolge der beim Skigleiten
auftretenden Interaktion zwischen Rauhigkeitsspitzen des Skibelages und den Schneekristallen
lokal diese Schneekristalle schmelzen und das in situ entstehende Wasser zu hydrodynamischen
Schmierverhältnissen führt, wodurch die beobachteten geringen Gleitreibungskoeffizienten
erklärbar sind.
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Bestehende Belagsmaterialien werden praktisch ausschliesslich aus
Niederdruck-Polyäthylen hergestellt, wie beispielsweise in der CH-PS 525 927 beschrieben,
weil dieses Material eine geringe Adhäsion zu Wasser aufweist und somit einem Ausbreiten
der lokal gebildeten Wasserstellen mikroskopischer Grössenordnung zu einem die ganze
Lauffläche bedeckenden Wasserfilm entgegenwirkt. Bei sehr hohen Gleitgeschwindigkeiten
nun, wo die zwischen Belag und Schneeoberfläche freiwerdende Wärmemenge sehr gross
werden kann, ist die Möglichkeit der Ausbildung eines zusammenhängenden Wasserfilms
und damit einer Beeinträchtigung der Gleitgeschwindigkeit gross. Diese Tendenz zeigen
alle bisher bekannten Skibeläge, die durchwegs aus einem Material bestehen, das
in der ganzen Fläche des Belags isotrope Eigenschaften aufweist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Belagsmaterial aufzuzeigen,
durch welches beim Gebrauch der Skis die Ausbildung eines zusammenhängenden Wasserfilms
verhindert
wird.
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Ueberraschenderweise wurde gefunden, dass diese Aufgabe durch ein
bahnförmiges Belagsmaterial gelöst wird, das über die Breite der Bahn verteilt anisotrope
Eigenschaften aufweist.
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Gegenstand der Erfindung ist somit das im Patentanspruch 1 definierte
Belagsmaterial.
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Durch die anisotropen Eigenschaften in der Breite des erfindungsgemässen
Belagsmaterials wird beim Gebrauch des Skis die Ausbreitung eines homogenen Wasserfilms
und damit negative Beeinflussung der Gleitgeschwindigkeit verhindert.
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Im erfindungsgemässen bahnförmigen Belagsmaterial erstreckt sich
die mittlere Zone vorzugsweise über eine Breite von 20 - 80 % der Gesamtbreite der
Bahn.
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Die über die Breite der Bahn verteilten anisotropen Eigenschaften
des Belagsmaterials sind vorzugsweise so verteilt, dass die beiden Randzonen gegenüber
der mittleren Zone der Bahn unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, die auf unterschiedlicher
Dichte bzw. Härte, unterschiedlicher Struktur oder unterschiedlicher Polarität des
Materials der mittleren Zone gegenüber demjenigen der beiden Randzonen beruht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Niederdruck-Polyäthylen
als Basismaterial sowohl der mittleren wie auch der beiden Randzonen ein ultrahochmolekulares
Polyäthylen, nachstehend als"UHMW-PE" bezeichnet. Falls das Basismaterial sowohl
der mittleren wie auch der beiden Randzonen das gleiche UHMW-PE ist und somit das
gleiche Molekulargewicht und demzufolge auch die gleiche Härte aufweist, können
die anisotropen Eigenschaften der Bahn darin bestehen, dass das Basismaterial entweder
der beiden Randzonen oder der Mittel zone modifiziert ist, wobei die Anordnung des
modifizierten Basismaterials, d. h. in den Randzonen oder in der Mittelzone, nicht
kritisch ist. Die Modifizierung kann
in Form einer Vernetzung oder
Verschäumung des Basismaterials oder eines Zusatzes eines Füllmittels vorliegen.
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Falls das Basismaterial aus Niederdruck-Polyäthylen (HDPE) besteht,
kann die Herstellung des erfindungsgemässen Belagsmaterials auf bekannte Art, vorzugsweise
durch Extrusion, erfolgen.
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Die Herstellung der bevorzugten Ausführungsform mit UHMW-PE als Basismaterial
sowohl der mittleren wie auch der beiden Randzonen ist ein weiterer Gegenstand der
Erfindung.
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Ein als Basismaterial bestens geeignetes UHMW-PE ist das pulverförmige
"Hostalen" GUR der Farbwerke Hoechst AG, dessen Eigenschaften, Verarbeitungsmöglichkeiten
und Einsatzgebiete in einer Druckschrift vom Juni 1972 "Hostalen" GUR von Kunststoffe
Hoechst ausführlich erläutert sind.
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Da die Extrusion dieses Materials und insbesondere die Herstellung
von Verbundkörpern durch Extrusion schwierig und in der Praxis kaum ausführbar ist,
wurde für die Herstellung dieser bevorzugten Ausführungsform ein Sinterverfahren
entwickelt, dessen Prinzip dem Fachmann bekannt ist, und dessen Parameter der vorstehend
genannten Druckschrift entnommen werden können.
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Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung dieser Ausführungsform
ist im Patentanspruch 5 definiert.
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Die Höhe der einzelnen Schichten in den drei Pressstufen des Herstellungsverfahrens
und damit die Gesamthöhe des erhaltenen Verbund-Presslings wird zweckmässig so gewählt,
dass unter Berücksichtigung des beim nachfolgenden Sintern auftretenden Schwundes
ein Sinterkörper erhalten wird, dessen Höhe der erwünschten Breite des bahnförmigen
Belagsmaterials entspricht.
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Die von Durchmesser und Höhe der einzelnen kreisscheibenförmigen
Schichten und dem Pressdruck abhängige, für jede Schicht benötigte Einfüllmenge
Presspulver sowie die beim Sintern auftretende Schrumpfung des Verbund-Presslings
können
durch einfache Vorversuche leicht ermittelt werden.
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Durch Herstellung der die beiden Randzonen ergebenden kreisscheibenförmigen
Pressschichten in gleicher Dicke ist schlussendlich ein bahnförmiges Belagsmaterial
erhältlich, dessen anisotropen Eigenschaften über die Breite des Bandes symmetrisch
verlaufen. Dies ist jedoch nicht kritisch, und es können ohne weiteres auch bahnförmige
Belagsmaterialien mit asymmetrisch über deren Breite verteilten anisotropen Eigenschaften
hergestellt werden.
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Im nachstehenden Beispiel ist die Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemässen bahnförmigen Belagsmaterials mit symmetrisch über dessen
Breite.
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verteilten anisotropen Eigenschaften beschrieben.
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BEISPIEL In einer zylindrischen Pressform wird pulverförmi-6 ges UHMW-
PE mit einem Molekulargewicht von etwa 4 x 10 unter Anwendung von Druck zu einem
3 cm hohen Pressling vorverdichtet. Nach Entfernen des Pressstempels wird ein Gemisch
des pulverförmigen UHMW- PE mit einem Peroxid-Vernetzungsmittel eingefüllt und auf
eine Höhe von 10 cm vorgepresst. Nach neuerlichem Entfernen des Pressstempels wird,
gleich wie für die unterste Schicht, eine 3 cm hohe Schicht aus dem gleichen, unvermischten,
pulverförmigen UHMW- PE aufgepresst.
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Der erhaltene, zylindrische Verbund-Pressling wird unter den aus
der genannten Druckschrift bekannten und gegebenenfalls durch Vorversuche bestätigten
Bedingungen unter Wärme- und Druckanwendung zu einem homogenen, zylindrischen Sinterkörper
gesintert.
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Nach dem Abkühlen wird von dem zylindrischen Sinterkörper ein endloses
Band in der gewünschten Dicke des Belagsmaterials von 1,4 cm abgeschält.
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Aufgrund des unvernetzten Basismaterials in den beiden Randzonen
und des gleichen, jedoch vernetzten Basismaterials
in der Mittel
zone weist das erhaltene Band eine über seine Breite symmetrisch verteilte unterschiedliche
Dichte bzw. Härte auf.
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Der Durchmesser solcherart hergestellter Sinterkörper ist nicht kritisch.
Einerseits ist es erwünscht, Sinterkörper mit möglichst grossem Durchmesser herzustellen,
da dies das Abschälen eines längeren endlosen Bandes ermöglicht.
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Andererseits wird es bei einem zu grossen Durchmesser des vorverdichteten
Verbund-Presslings schwierig, die für den Sintervorgang benötigte Wärmeenergie innert
nützlicher Frist zur gleichmässigen Einwirkung über den gesamten Querschnitt des
Presslings zu bringen. In der Praxis wurde ein annehmbarer Kompromiss zwischen diesen
beiden entgegenwirkenden Merkmalen bei einem-Durchmesser des vorverdichteten Verbund-Presslings
von 50 - 60 cm vermittelt.
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Nach dem vorstehend beschriebenen Vorgehen wurden die nachstehend
beschriebenen weiteren Ausführungsformen mit über die Breite des Bandes symmetrisch
verteilten anisotropen Eigenschaften hergestellt: A) Pulverförmiges UHMW- PE in
unvermischter Form für die beiden Randzonen und das gleiche pulverförmige Basismaterial,
jedoch im Gemisch mit einem Treibmittel, für die mittlere Zone, wobei im Sinterprozess
eine Verschäumung der mittleren Zone unter Bildung einer Schaumstruktur erfolgt.
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B) Verwendung von unvermischtem, pulverförmigem UHMW-PE für die beiden
Randzonen und von pulverförmigem HDPE einer Dichte von 0,95 g/cm3 für die mittlere
Zone, wobei die anisotropen Eigenschaften auf unterschiedlicher Dichte bzw. Härte
des Basismaterials der Randzonen und der mittleren Zone beruhen.
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C) Verwendung von unvermischtem pulverförmigem UHMW - PE für die
beiden Randzonen und eines glasfasergefüllten HDPE für die mittlere Zone, wobei
die anisotropen Eigenschaften auf unterschiedlicher Dichte bzw. Härte und Struktur
der beiden Randzonen und der mittleren Zone beruhen.
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D) Einsatz der gleichen Basismaterialien wie im vorstehenden Beispiel
beschrieben, jedoch in umgekehrtem Sinn, nämlich von unvermischtem pulverförmigem
UHMW- - PE für die mittlere Zone und vom gleichen Basismaterial, jedoch im Gemisch
mit einem Peroxid-Vernetzungsmittel, für die beiden Randzonen.
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E) Verwendung von pulverförmigem unvermischtem UHMW - PE für die
beiden Randzonen und von einer Mischung des gleichen pulverförmigen UHMW - PE mit
PTFE (Polytetrafluoräthylen), wobei die anisotropen Eigenschaften auf unterschiedlicher
Polarität der beiden Randzonen und der mittleren Zone beruhen.
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Das beschriebene Belagsmaterial kann auf bekannte Art für die Beschichtung
der Lauffläche von jedem beliebigen Ski eingesetzt werden. Aufgrund des gegenüber
konventionellen Belagsmaterialien höheren Preises und der im normalen Gebrauch solcher
Skis kaum feststellbaren Unterschiede in den Gleiteigenschaften wird das beschriebene
Belagsmaterial jedoch in erster Linie für die Beschichtung von Skis für Wettbewerbs
zwecke zum Einsatz gelangen.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist somit die Verwendung des
beschriebenen Belagsmaterials für die Lauffläche von Rennskis.