DE3855256T2

DE3855256T2 - Verfahren zum Verbinden durch Kohäsion für die Herstellung eines Laminates aus einem verschleissbeständigen Thermoplast und einem wetterbeständigen Gummi

Info

Publication number: DE3855256T2
Application number: DE3855256T
Authority: DE
Inventors: Mark L Brooks; Keith E Wilson
Original assignee: Gencorp Inc
Current assignee: GDX North America Inc
Priority date: 1988-01-25
Filing date: 1988-08-03
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2008-08-04
Also published as: JPH0733077B2; AU2015788A; EP0325830B1; DE3855256D1; BR8803892A; JPH01198345A; US4913976A; AU5212590A; AU605611B2; ES2088384T3; MX165519B; EP0325830A2; EP0325830A3; AU614900B2; CA1324868C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines verschleißfesten Thermoplasts mit einem wetterbeständigen Kautschuk zur Bildung eines Laminats, das insbesondere bei der Herstellung von Glaslaufleisten genannten rinnenförmigen Kanäle, in denen Glasscheiben gleiten können, Anwendung findet.
Es war bislang nicht bekannt, eine Glaslaufleiste mit einer rinnenförmigen Dichtung aus EPDM-Kautschuk herzustellen, wobei eine Polypropylen-Verschleißleiste an der Basis der Rinne anlaminiert ist.
Bezüglich des Stands der Technik offenbart US-A-4596734 das Anlaminieren von Kautschuk an Metall über eine Zwischenschicht aus Polyethylen, die als Pulver bereitgestellt ist, das beim Härten des Kautschuks schmilzt.
GB-A-1434719 offenbart das klebstofffreie Verbinden von gereckten, vorgehärteten Kautschukschichten mit die Form bei behaltenden thermoplastischen Schichten, die dann gehärtet werden, um Gegenstände zur Wärmerückgewinnung zu ergeben.
GB-A-1141029 (=BE-A-675726) und GB-A-1423541 beschreiben das Verbinden von Kautschuk mit Thermoplasten durch Verschmelzen während des Härtens des Kautschuks.
US-A-3918206 beschreibt eine Fensterführungs-Rinnenleiste mit einer reibungsverringernden PTFE-Schicht entlang der Rinnenbasis.
US-A-4538380 beschreibt die Verwendung von Polypropylen zur Bildung einer reibungsarmen Oberfläche eines Wetterabdichtstreifens.
US-A-4104098 beschreibt das Kühlen einer Schlauchoberfläche während des Härtens, wodurch ein ungehärteter Oberflächenbereich zum Einbau einer Verstärkungslitze zurückbleibt.
Die vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren zur Herstellung eines Laminats aus einer Schicht aus wetterbeständigem Kautschuk mit einer ersten Oberfläche und einer Schicht aus verschleißfestem Thermoplast mit einer oberen und unteren Fläche und einem Schmelzpunkt von nicht über 177ºC (350ºF), umfassend
das Kreuzkopfextrudieren der Kautschukschicht und der thermoplastischen Schicht, wobei das Kreuzkopfextrudieren bewirkt, daß die unteren Fläche der thermoplastischen Schicht eine Grenzfläche mit der ersten Oberfläche der Kautschukschicht bildet;
das Verbinden der Kautschuk- und der thermoplastischen Schicht durch Erhitzen der Kautschukschicht auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der thermoplastischen Schicht, die ausreicht, uni die Kautschukschicht zu härten, und
das Kühlen der oberen Fläche der thermoplastischen Schicht, so daß nur ein Bereich der thermoplastischen Schicht an der Grenzfläche geschmolzen wird.
Das Kühlfluid kann Luft sein. Das Verfahren führt zu einer wirkungsvollen klebstofffreien mechanischen Verschmelzung der thermoplastischen mit der Kautschukschicht. Eine Glaslaufleiste kann durch dieses Verfahren hergestellt werden. Die Glaslaufleiste enthält ein Kautschukgehäuse mit einer davon eingeschlossenen Innenrinne und typischerweise einer kreuzkopfextrudierten, reibungsarmen thermoplastischen Verschleißleiste, die mit der Rinnenbasis verbunden ist. Die Kombination des Kreuzkopfextrudierens und des Härtungsverfahrens führt zu einem effizienten und wirkungsvollen Verfahren zur Herstellung einer Glaslaufleiste.
In der Zeichnung:
ist Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Fahrzeugtür mit einer Glaslaufleiste und
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang Linie 2-2 von Fig. 1, die ein Fahrzeugfenster zeigt, das in die Glaslaufleiste eingreift.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Polymerlaminat und ein Verfahren zur Bildung desselben, umfassend eine Schicht aus verschleißfestem Thermoplast wie z. B. Polypropylen, das mit einer Schicht aus wetterbeständigem Kautschuk, z. B. Ethylenpropylendien- (EPDM) Kautschuk verbunden ist. Die Schichten werden durch eine Kreuzkopfdüse hindurch extrudiert und das Extrudat bei einer Temperatur, die zum Härten der Kautschukschicht ausreicht, durch einen Ofen schickt. Eine solche Härtungstemperatur liegt typischerweise über dem Schmelzpunkt des Thermoplasts. Ein Kühlfluid wie z. B. ein Luftstrom von Umgebungs- oder niedriger Temperatur wird über die freiliegende Oberfläche der thermoplastischen Schicht geschickt, so daß nur ein Bereich davon ausreichend erhitzt wird, damit er schmilzt. Das geschmolzene Thermoplast wird somit mit dem Kautschuk verschmolzen und bildet eine mechanische Bindung. Sobald der Kautschuk gehärtet ist, wird das Laminat rasch abgekühlt, indem ein Wasserstrahl bzw. -nebel in Luft bei Umgebungs- oder niedriger Temperatur über den äußeren Basisabschnitt des Kautschuks geblasen wird.
Es ist vorzuziehen, einen verschleißfesten Kautschuk zu verwenden, der schnell härtet und eine gute Haftung an der thermoplastischen Schicht aufweist. Solche wetterbeständigen Kautschuke sind auf dem Gebiet und in der Literatur bekannt. Beispiele solcher Kautschuke sind u. a. EPDM-Kautschuk, Styrolbutadien-Kautschuk, Polychloropren-Kautschuk, Nitrilpolyvinylchlorid-Kautschukmischungen u. dgl. Solche wetterbeständigen Kautschuke eignen sich aufgrund ihrer guten Oxidationsbeständigkeit und Ozonbeständigkeit und werden im allgemeinen nicht abgebaut oder zerstört, wenn sie der Erdatmosphäre ausgesetzt sind. EPDM-Kautschuk ist vorzuziehen. Man beachte, daß die verschiedenen Silikon-Kautschuke nicht im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Bezüglich des bevorzugten EPDM-Kautschuks wird eine bessere Haftung erzielt, wenn die Menge der darin enthaltenen Ethylen-Einheiten von etwa 45 bis etwa 75 Gew.-% und vorzugsweise von etwa 50 bis etwa 60 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Ethylen- und der Propylen-Einheiten liegt. Das Dien ist ein nichtkonjugiertes Monomer mit etwa 5 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen, wobei von 6 bis 9 Kohlenstoffatome vorzuziehen sind. Monomere, die zu einem raschen Härten führen, sind erwünscht. Spezifische nichtkonjugierte Diene sind u. a. Pentadien, Hexadien, Norbornen, Methylnorbornen, Ethylidennorbornen, Heptadien u. dgl. Ein Beispiel eines besonders geeigneten Diens ist Ethylidennorbornen. Da es erwünscht ist, daß die EPDM-Kautschuke hohe Unsättigungsgrade darin aufweisen, reicht die Menge der Dienmonomer-Wiederholungseinheit im allgemeinen von etwa 4 bis etwa 15 Gew.-% des ter-Polymersystems, wobei etwa 6 bis etwa 12% erwünscht und etwa 8 bis etwa 11% bevorzugt sind.
Die thermoplastische Verbindung ist im allgemeinen ein Polymer, das eine gute Verschleißfestigkeit und einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist und im typischen Fall bei einer Temperatur von 177ºC (350ºF) oder weniger schmilzt. Beispiele solcher thermoplastischer Verbindungen sind Polyethylen, Polypropylen u. dgl., wobei Polypropylen vorzuziehen ist. Das Thermoplast besitzt im allgemeinen eine hohe Dichte, d. h. von etwa 0,9 bis etwa 1,2 g/cm³, wobei etwa 0,9 bis etwa 1,1 g/cm³ vorzuziehen und etwa 0,95 g/cm³ optimal sind. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Polypropylen besitzt einen Schmelzpunkt von etwa 135ºC (275ºF) bis etwa 177ºC (350ºF), wobei etwa 149ºC (300ºF) bis etwa 166ºC (330ºF) vorzuziehen sind.
Die mechanische Bindung oder Verschmelzung des Thermoplasts mit dem Kautschuk wird durch Schmelzen der thermoplastischen Grenzfläche, z. B. Polypropylen in Kontakt mit dem Kautschuk, erzielt. Im allgemeinen schmilzt weniger als 10% der Gesamtmenge des Thermoplasts. Natürlich kann eine größere oder kleinere Thermoplast-Menge geschmolzen werden. Die Umfanglänge der thermoplastischen Schicht hängt auch davon ab, wie viel davon in Kontakt mit dem Kautschuk steht. In den nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen schmilzt etwa 60% des Thermoplastumfangs.
Die erfindungsgemäße Glaslaufleiste ist allgemein durch Bezugszeichen 10 in Fig. 2 bezeichnet und enthält eine elastische Dichtung 12 und eine Verschleißleiste 30. Die Dichtung 12 besitzt eine Innenrinne 18 mit einem unteren Steg 20, der auf beiden Längsseiten mit einer quer verlaufenden Seitenwand 22 verbunden ist. Jede Seitenwand 22 besitzt eine Lippe 24, die sich in bzw. hinunter zur Mitte der Rinne 18 erstreckt. Die Lippen 24 bilden einen Verschluß für die Rinne 18.
Eine thermoplastische Verschleißleiste 30 wie z. B. aus Polypropylen mit einer geeigneten Tiefe oder Dicke von etwa 1,9 mm (0,075 Zoll) besitzt einen Mittelabschnitt 32, der an jeder Längsseite durch eine Schulter 34 begrenzt ist. Die Schultern 34 stoßen an die Ausnehmungen 36 an, die zwischen dem Steg 20 und den Seitenwänden 22 ausgebildet sind, damit die Verschleißleiste 30 in der Rinne 18 in Position gehalten werden kann.
Die obere Fläche der Lippen 24 kann beflockt sein (38), um eine Dichtung für den Fensterfuß 40 bereitzustellen. Der Fuß 40 besteht im allgemeinen aus Urethan-Material. Eine Kante verläuft in der Rinne entlang der Verschleißleiste, während das andere Ende des Fußes 40 eine Auflagefläche für die Fensterscheibe 42 bietet. Somit spreizt der Fensterfuß 40 die Fortsätze 24 auseinander und greift elastisch durch die Flockschicht 38 in diese ein. Die Basis des Fußes 40 kontaktiert die längsseitige Polypropylen- Verschleißleiste 30. Demzufolge greift beim Hinauf- bzw. Hinunterbewegen des Fensters 42 eines Fahrzeugs der Basisabschnitt eines Fensterfußes 40 an der thermoplastischen Verschleißleiste und nicht an der wenig verschleißbeständigen Kautschukdichtung an.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden die thermoplastische Schicht wie z. B. Polypropylen und die Kautschukdichtung wie z. B. EPDM mittels einer Kreuzkopfdüse extrudiert. Jede herkömmliche Art an Extruder, die auf dem Gebiet und in der Literatur bekannt ist, kann allgemein verwendet werden. Da das thermoplastische Material oder die Verschleißleiste nicht geschmolzen, sondern bei Umgebungs- oder einer hohen Temperatur verarbeitet wird, kommt eine Kreuzkopfdüse zur Anwendung. Die bedeutet, daß die Verschleißleiste 30 durch eine Kreuzkopfdüse extrudiert wird, die sie unter einem ausreichenden einheitlichen Druck in Kontakt mit der erhitzten Dichtung 12 bringt, so daß die Dichtung und die Verschleißleiste aneinander geschoben bzw. gedrückt werden. Aufgrund der hohen Temperatur des extrudierten Kautschuks sowie der Wärmeabgabe durch die Härtungsreaktion schmilzt eine schmale Leiste oder die Innenschicht entlang des Bodens der thermoplastischen Verschleißleiste, die am Kautschuk angreift oder eine Grenzfläche damit bildet. Die Extrusionstemperatur des Kautschuks ist geeigneterweise so hoch, daß er leicht verarbeitet und extrudiert werden kann. Temperaturen von etwa 88ºC (190ºF) bis zu etwa 104ºC (220ºF) sind oft zweckmäßig, besonders bei EPDM-Kautschuk.
Sofort nach der Kreuzkopfextrusion wird die Glaslaufleiste (bei einer Temperatur, die üblicherweise so weit über dem Schmelzpunkt des Thermoplasts liegt, daß eine geeignete Härtungsrate des Kautschuks erzielt wird) in einen Ofen eingebracht. Um das Schmelzen der gesamten Verschleißleiste zu verhindern, wird Kühlfluid durch die Rinne geblasen, die durch den unteren Steg 20, die Seitenwände 22 und die Lippen 24 gebildet wird, die ausgebildet sind, eine völlige Umschließung zu bilden. Ein geeignetes Kühlfluid ist Luft bei Umgebungstemperatur, doch es können auch andere Verbindungen verwendet werden. Natürlich wird das Kühlfluid mit einer Rate zugeführt, die ausreicht, um das Schmelzen der freiliegenden Oberfläche, d. h. der keinen Kautschuk kontaktierenden Oberfläche der thermoplastischen Verschleißleiste, zu verhindern. Das Kühlfluid wird in das Innere der Rinne eingebracht, bis die Glaslaufleiste aus dem Ofen entfernt wird; zu diesem Zeitpunkt wird feuchte Luft bei kühler oder Umgebungstemperatur rasch zugeführt, um die untere Außenfläche , d. h. den Rinnenabschnitt der Glaslaufleiste, rasch abzukühlen.
Glaslaufleisten, die gemäß den vorliegenden Verfahren hergestellt werden, eignen sich immer dann, wenn ein kautschukartiges Dichtungsmaterial mit guter Verschleißfestigkeit erwünscht ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine derartige Verwendung eine Verschleißrinne für ein Fahrzeugfenster.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Laminats aus einer Schicht aus wetterbeständigem Kautschuk mit einer ersten Oberfläche und einer Schicht aus verschleißfestem Thermoplast mit einer oberen und einer unteren Fläche und einem Schmelzpunkt von nicht über 177ºC (350ºF), umfassend

das Kreuzkopfextrudieren der Kautschukschicht und der thermoplastischen Schicht, wobei das Kreuzkopfextrudieren bewirkt, daß die untere Fläche der thermoplastischen Schicht eine Grenzfläche mit der ersten Oberfläche der Kautschukschicht bildet;

das Verbinden der Kautschuk- und thermoplastischen Schicht durch Erhitzen der Kautschukschicht auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der thermoplastischen Schicht, die ausreicht, die Kautschukschicht zu härten, und

das Kühlen der oberen Fläche der thermoplastischen Schicht, so daß nur ein Abschnitt der thermoplastischen Schicht an der Grenzfläche geschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin weniger als 10% der thermoplastischen Schicht durch aus der Kautschukschicht stammende Wärme geschmolzen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin das Kühlen der oberen Fläche der thermoplastischen Schicht während des Härtens der Kautschukschicht durch Blasen eines Kühlfluids darüber erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin nach dem Härten des Kautschuks das Laminat abgekühlt wird, indem ein Wasserstrahl oder -nebel in Luft gekühlt oder bei Umgebungstemperatur, über sein Äußeres geblasen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Kreuzkopfextrusion die thermoplastische Schicht gegen die Kautschukschicht drückt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Kautschukschicht aus Styrolbutadien-Kautschuk, Polychloropren-Kautschuk, Nitrilpolyvinylchlorid- Kautschukgemisch, EPDM-Kautschuk oder einer daraus ausgewählten Kombination besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Kautschukschicht EPDM-Kautschuk mit

50 bis 60 Gew.-% Ethylen-Einheiten bezogen auf das Gesamtgewicht von Ethylen- und Propylen-Einheiten und

nichtkonjugierten Dien-Einheiten ist, die 6 bis 9 Kohlenstoffatome aufweisen und 6 bis 12 Gew.-% des Kautschuks ausmachen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die thermoplastische Schicht aus Polyethylen oder Polypropylen besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, worin die thermoplastische Schicht eine Dichte von 0,9 bis 1,2 g/cm³ besitzt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin

die Kautschukschicht aus EPDM-Kautschuk mit 45 bis 75 Gew.-% Ethylen-Einheiten bezogen auf das Gesamtgewicht der darin enthaltenen Ethylen- und Propylen-Einheiten und 4 bis 15 Gew.-% nichtkonjugierten Dien-Einheiten mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen besteht,

und die thermoplastische Schicht aus Polypropylen mit einer Dichte von 0,9 bis 1,1 g/cm³ und einem Schmelzpunkt von 149 bis 166ºC (300 bis 330ºF) besteht.

11. Verfahren zur Herstellung einer Glaslaufleiste mit einer reibungsarmen, thermoplastischen Verschleißleiste (30) entlang dem Inneren der Basis (20) einer wetterbeständigen Kautschukkehlrinne (12), umfassend das Verbinden der Verschleißleiste (30) mit dem Inneren der Kehlrinnenbasis durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin die Kehlrinne (12) flexible, nach innen gerichtete Lippen (24) aufweist, die sich von der Oberseite der Seitenwände (22) nach innen erstrecken, um einen eingeschlossenen Kehlrinnenraum zu bilden, wobei das Verbindungsverfahren gemäß Anspruch 3 erfolgt und das Kühlfluid entlang des eingeschlossenen Kehlrinnenraums geblasen wird.