DE3911608A1 - Pressurisable tubing - has layer of rubber with reinforcing fibres oriented along tube, and with outer fibre-free boundary layer(s) - Google Patents

Pressurisable tubing - has layer of rubber with reinforcing fibres oriented along tube, and with outer fibre-free boundary layer(s)

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Abstract

Pressurisable tube structure (I) comprises basically single layer of natural or synthetic rubber interspersed with longitudinal and transversely oriented reinforcing fibres; the novelty is that (a) the tube wall contains 3-8 wt.% fibre w.r.t. rubber, (b) the fibres are a mixt. of different lengths of 2-10 mm, with the mixt. comprising definite lengths with no basic pref., (c) the fibres are incorporated basically randomly, so as to favour orientation along the tube rather than around its circumference and (d) the wall has an outer, and pref. also an inner, boundary layer free of fibres. Process for the prodn. of (I) is claimed, in which (a) the fibres are incorporated mainly longitudinally when producing the sheet rubber which is suppliled to the extruder, and thus pre-oriented in the longitudinal direction, (b) the rough sheet is plasticated by heating in the extruder and mixed further and (c) the outer layer of the mixt. is subjected to a sharp increase in temp. immediately before it enters the injection moulding die. USE/ADVANTAGE - (I) is useful as small-dia. reinforced tubing, e.g. for applications in the motor vehicle industry. Curved tubing of any form can be produced directly from the moulding die, and the tube does not suffer from the disadvantages of prior-art prods., esp. "drainage" or "channelling" due to high proportion of traverse fibres penetrating the thickness of the wall.

Description

Die Erfindung betrifft eine druckbelastbare Schlauchkonstruk­ tion aus natürlichem oder synthetischem Gummi, der im wesentli­ chen einschichtig hergestellt und mit längs und quer orientier­ ten Verstärkungsfasern durchsetzt ist.The invention relates to a pressure-resistant hose structure tion made of natural or synthetic rubber, which essentially Chen produced in one layer and with longitudinal and transverse orientation reinforcing fibers is penetrated.

Unter Schlauchkonstruktionen werden in den Ansprüchen und im beschreibenden Text nicht allein auf weiche bzw. biegsame Wan­ dungen beschränkte schlauchförmige Formkörper, sondern auch Rohre mit mehr oder weniger steifen Wänden sowie schlauch- oder rohrförmige Krümmer und andere Formkörper verstanden.Under hose constructions are in the claims and in Descriptive text not only on soft or flexible walls limited tubular shaped bodies, but also Pipes with more or less rigid walls as well as hose or understood tubular elbows and other shaped bodies.

Durch die DE 36 36 960 A1 ist ein Gummischlauch bekannt gewor­ den, der aus einer Schicht aufgebaut und durch eingelagerte Verstärkungsfasern verstärkt und verfestigt ist. Durch sie soll die Aufgabe gelöst werden, die bei der Extrusion normalerweise zu beobachtende quasi zwangsläufig erfolgende Orientierung der Verstärkungsfasern in Extrisionsrichtung, d. h. quer zu der Hauptbeanspruchungsrichtung druckbelasteter Schläuche, wenig­ stens teilweise zu verhindern und zumindest auch einen Teil des Faseranteils in Umfangsrichtung zu orientieren. Als Lösung wird der aus dem Spritzwerkzeug austretende noch weichplastische hohle Formling durch Vakuum oder Überdruck auf kurze Entfernung stark geweitet, wodurch die angestrebte Richtungsverteilung der Verstärkungsfasern erreicht werden soll.A rubber hose is known from DE 36 36 960 A1 the one that is built up of one layer and stored by Reinforcing fibers is reinforced and solidified. Through it should the task to be solved that is normally involved in extrusion the inevitably to be observed orientation of the Reinforcement fibers in the direction of extraction, d. H. across to the Main direction of stress of hoses under pressure, little least partially to prevent and at least part of the Orient the fiber portion in the circumferential direction. As a solution the still soft plastic emerging from the injection mold hollow molding by vacuum or overpressure at short distance greatly expanded, whereby the desired directional distribution of the Reinforcing fibers should be achieved.

Zwar soll nach der DE 36 36 960 A1 eine Variationsmöglichkeit in der Orientierung der Verstärkungsfasern dadurch gegeben sein, daß die Aufweitung unterschiedlich intensiv und auf einem unter­ schiedlich langen Teilstück erfolgt; die Möglichkeit, insbeson­ dere Schläuche kleineren Durchmessers herzustellen, wie sie beispielsweise in der Kraftfahrzeugindustrie verwendet werden, ist durch den Zwang zur beträchtlichen Aufweitung des aus dem Spritzwerkzeug austretenden Formlings erheblich eingeschränkt. Außerdem ist bei nach dem Stand der Technik hergestellten Schläuchen ein sog. Drainage- oder Kanaleffekt zu beobachten, der durch Fasern verursacht wird, die die Wanddicke des Schlau­ ches quer zu seinen Begrenzungsflächen durchdringen.According to DE 36 36 960 A1, a possible variation in the orientation of the reinforcing fibers is given that the expansion varies in intensity and on one under of different lengths; the possibility, in particular to manufacture hoses of smaller diameter, like them  used for example in the automotive industry is forced by the considerable expansion of the Injection mold emerging molding significantly restricted. In addition, is manufactured according to the prior art To observe a so-called drainage or channel effect, which is caused by fibers affecting the wall thickness of the sly penetrate across its boundary surfaces.

Danach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schlauch­ konstruktion und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zur Verfü­ gung zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere die des erwähnten Kanaleffektes, vermeidet; außer­ dem soll die Möglichkeit geschaffen werden, auch Schlauchkrümmer und insgesamt beliebig gekrümmte Schlauchformer unmittelbar aus dem Spritzwerkzeug zu erzeugen.Then the invention has for its object a hose construction and a method for their manufacture to provide the disadvantages of the prior art, in particular that of the channel effect mentioned, avoids; except This should create the possibility, including hose elbows and a total of arbitrarily curved tube formers the injection mold.

Diese Aufgabe wird durch eine Schlauchkonstruktion der eingangs beschriebenen Art gelöst, die sich dadurch auszeichnet, daß die Schlauchwand einen Faseranteil zwischen ca. 3% bis 8%, bezogen auf die Kautschukmasse, enthält, daß die eingebrachte Fasern ein Gemisch unterschiedlicher Länge sind, wobei die Faserlängen zwi­ schen ca. 2 mm und 10 mm liegen und die Mischung ohne wesentli­ che Bevorzugung bestimmter Längen zusammengesetzt ist, daß die Fasern im wesentlichen ungeordnet, jedoch so eingebracht sind, daß der Orientierungsanteil in Schlauchlängsrichtung gegenüber dem Orientierungsanteil in Schlauchumfangsrichtung bevorzugt ist und daß die Schlauchwand eine äußere und vorzugsweise auch eine innere faserfreie Grenzschicht aufweist.This task is accomplished by a hose construction at the beginning Solved type described, which is characterized in that the Hose wall has a fiber content between approx. 3% to 8% on the rubber mass, that contains the introduced fibers Mixture are of different lengths, the fiber lengths between approx. 2 mm and 10 mm and the mixture without essential che preference of certain lengths is composed that the Fibers are essentially disordered, but introduced in such a way that the orientation component in the longitudinal direction of the hose the orientation component in the hose circumferential direction is preferred and that the hose wall has an outer and preferably also an inner fiber-free boundary layer.

In Weiterbildung der Erfindung weisen die in die Schlauchwand eingebetteten Fasern einen Anteil von überwiegend in Schlauch­ längsrichtung orientierten Fasern zwischen ca. 65% und 80% und einen Anteil zwischen ca. 35% und 20% an überwiegend in Schlauch­ umfangsrichtung orientierten Fasern auf. Bevorzugt nimmt dabei die Dichte der in der Schlauchwand des in einem Arbeitsgang her­ gestellten Schlauches eingelagerten Fasern von beiden Seiten zur Mitte der Schlauchwand hin, in radialer Richtung gemessen, zu und ist im Mittelbereich am höchsten.In a development of the invention, they point into the hose wall embedded fibers accounted for predominantly in tubing fibers oriented in the longitudinal direction between approx. 65% and 80% and a share between approx. 35% and 20% of mainly in hose fibers oriented in the circumferential direction. Preferably takes the density of the in the hose wall of the in one operation provided hose embedded fibers from both sides  Center of the hose wall, measured in the radial direction, to and is highest in the middle.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß dem dem Extruder vorgelegten Kautschukfell bei seiner Bildung die eine im wesentlichen gleichmäßige Längenverteilung zwischen ca. 2 mm und ca. 10 mm aufweisende Verstärkungsfasermischung in einer Dosierung von ca. 3% bis ca. 8% bezogen auf die Kautschuk­ masse eingemischt und die Fasern dabei anteilmäßig und in der angestrebten Richtungsverteilung vororientiert werden, daß das in den Extruder eingefüllte Fell zur Plastifizierung aufgeheizt sowie weiter durchmischt wird und daß die äußere Schicht der spritzfertigen Mischung unmittelbar vor dem Eintritt in das Spritzwerkzeug einem sprunghaften Temperaturanstieg unterworfen wird. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die spritzfertige Mischung in einem beheizbaren Spritzwerkzeug im Anfangsbereich der Schlauchformung am Außenumfang und in dem Inneren des Schlauchformlings einem sprunghaften Temperaturan­ stieg unterworfen. Es wurde überraschend gefunden, daß durch die Maßnahme der plötzlichen Temperaturanhebung der Oberflächen­ schicht der Spritzmasse unmittelbar vor dem Austritt aus dem Ex­ truder bzw. und/oder im Austrittsbereich des Spritzwerkzeugs zu einer sich der idealen Faserverteilung annähernden Fasereinlage­ rung im Formling führt. Insbesondere ist offenbar diese Maßnahme dafür verantwortlich, daß die Außenhaut in ihrer Dicke und/oder Beschaffenheit in einem gewissen Umfang durch die Länge und die Temperaturverteilung und -höhe der Zone angehobener Temperatur steuerbar ist.The inventive method is characterized in that the rubber sheet presented to the extruder during its formation which have a substantially uniform length distribution between approx. 2 mm and approx. 10 mm reinforcing fiber mixture in a dosage of about 3% to about 8% based on the rubber mixed in and the fibers proportionally and in the desired directional distribution be pre-oriented that the Fur filled in the extruder heated for plasticization and is further mixed and that the outer layer of ready to use mixture immediately before entering the Injection mold subjected to an abrupt rise in temperature becomes. In a preferred development of the invention, the ready-to-use mixture in a heatable injection mold in the Starting area of the tube forming on the outer circumference and in the A sudden temperature rise inside the tube molding rose subject to. It was surprisingly found that the Measure of sudden temperature rise of the surfaces layer of the spray compound immediately before exiting the Ex truder or and / or in the exit area of the injection mold a fiber insert approaching the ideal fiber distribution leads in the molding. In particular, this measure is evident responsible for the thickness of the outer skin and / or Texture to a certain extent by the length and the Temperature distribution and height of the zone of elevated temperature is controllable.

Um die erfindungsgemäß vorgesehene Faserverteilung und -orien­ tierung zu erreichen, haben sich verschiedene Maßnahmen als hilfreich erwiesen. So hat sich beispielsweise das Vorgehen bei der Einmischung der Fasern vor und während der Fellherstellung, d. h. der Herstellung des dem Extruder vorgelegten Vorprodukts, insbesondere die Einstellung der Spaltweiten und auch die Art der Temperaturführung, als einer der Einflußfaktoren für die Verteilung und Orientierung der Fasern erwiesen. Weiter haben sich als wesentlich für die angestrebte Orientierungsverteilung die Laufzeit der Felle auf den Walzen sowie die Wahl der Fell­ dicke gezeigt. Insgesamt zeigt sich die Vororientierung der Fasern in dem dem Extruder vorgelegten Fell als von wesentlichem Einfluß auf die Faserverteilung und -orientierung im Spritzpro­ dukt.To the fiber distribution and fiber the proposed To achieve this, various measures have emerged as proven helpful. For example, the procedure has been: the mixing of the fibers before and during the fur production, d. H. the production of the preliminary product presented to the extruder, in particular the setting of the gap widths and also the Art temperature control, as one of the influencing factors for the  Distribution and orientation of the fibers proved. Have further itself as essential for the desired distribution of orientation the running time of the skins on the rollers as well as the choice of the fur thick shown. Overall, the pre-orientation of the Fibers in the skin presented to the extruder as essential Influence on fiber distribution and orientation in the spray pro dukt.

Eine Weiterbildungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt außerdem die Möglichkeit zur Herstellung gekrümmter Rohr- und/ oder Schlauchteile dadurch, daß der Strömungswiderstand im Be­ reich des Austrittsquerschnitts des Spritzwerkzeugs - über den Umfang des Austrittsquerschnitts gesehen - örtlich und vorzugs­ weise örtlich variierbar, bevorzugt durch Steuerung nach vorge­ gebenem Programm, veränderbar ist.A form of further development of the method according to the invention also the possibility of producing curved pipe and / or hose parts in that the flow resistance in the loading range of the outlet cross section of the injection mold - over the Extent of the outlet cross section seen - locally and preferentially locally variable, preferably by control according to pre given program, is changeable.

Zwar genügt für kleine Schlauchdimensionen und geringe Drücke erfahrungsgemäß die Einlagerung etwa von Baumwollfasern. Ihre rauhe Oberfläche und das zu beobachtende gegenseitige Sichveran­ kern sind für die Verbindung mit dem umgebenden Gummi besonders günstig. Insbesondere für die Herstellung bezüglich Druckhöhe und Dimensionierung höher beanspruchter Schläuche werden jedoch vorzugsweise hochfeste Fasern wie beispielsweise Glas- oder Koh­ lenstoffasern oder Fasern aus aromatischen Polyamiden verwendet, welche allerdings bevorzugt vor der Einmischung einer die Haft­ eigenschaften verbessernden Oberflächenbehandlung unterworfen oder als hoch haftfähige Fasern hergestellt wurden. Als zur Verbesserung der Verbindung zwischen Fasern und Gummi besonders vorteilhaft hat sich beispielsweise als Retexieren bzw. das Ver­ setzen der Fasern vor der Einmischung mit bei Temperaturen zwi­ schen ca. 135°C und ca. 200°C reagierende Haftmittel, vorzugs­ weise auf Basis von Resorcin- und Formaldehyd-Spendern, insbe­ sondere in einer Dosierung von ca. 3-10% bezogen auf den Faseranteil, erwiesen.It is sufficient for small hose dimensions and low pressures Experience has shown that cotton fibers are stored, for example. Your rough surface and the mutual self-observation to be observed cores are special for the connection with the surrounding rubber Cheap. In particular for the production with regard to pressure height and dimensioning of heavily used hoses, however preferably high-strength fibers such as glass or Koh lenstoffaser or fibers from aromatic polyamides used, which however prefers detention before meddling property-improving surface treatment or made as highly adhesive fibers. As for Improvement of the connection between fibers and rubber in particular It has been advantageous, for example, as retexing or ver set the fibers before mixing with at temperatures between approx. 135 ° C and approx. 200 ° C reactive adhesives, preferred as based on resorcinol and formaldehyde donors, esp especially in a dosage of approx. 3-10% based on the Fiber content, proven.

Claims (8)

1. Druckbelastbare Schlauchkonstruktion aus natürlichem oder synthetischem Gummi, der im wesentlichen einschichtig her­ gestellt und mit längs und quer orientierten Verstärkungs­ fasern durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlauchwand einen Faseranteil zwischen ca. 3% bis 8%, bezogen auf die Kautschukmasse, enthält,
daß die eingebrachte Fasern ein Gemisch unterschiedlicher Länge sind, wobei die Faserlängen zwischen ca. 2 mm und ca. 10 mm liegen und die Mischung ohne wesentliche Bevorzu­ gung bestimmter Längen zusammengesetzt ist,
daß die Fasern im wesentlichen ungeordnet, jedoch so einge­ bracht sind, daß der Orientierungsanteil in Schlauchlängs­ richtung gegenüber dem Orientierungsanteil in Schlauchum­ fangsrichtung bevorzugt ist und
daß die Schlauchwand eine äußere und vorzugsweise auch eine innere faserfreie Grenzschicht aufweist.1. Pressure-resistant hose construction made of natural or synthetic rubber, which is made essentially in one layer and interspersed with longitudinally and transversely oriented reinforcing fibers, characterized in that
that the hose wall contains a fiber content between approx. 3% to 8%, based on the rubber mass,
that the fibers introduced are a mixture of different lengths, the fiber lengths being between approximately 2 mm and approximately 10 mm and the mixture being composed without particular preference for certain lengths,
that the fibers are essentially disordered, but are introduced so that the orientation component in the longitudinal direction of the tube is preferred over the orientation component in the circumferential direction of the tube and
that the hose wall has an outer and preferably also an inner fiber-free boundary layer. 2. Schlauchkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Schlauchwand eingebetteten Fasern einen Anteil von überwiegend in Schlauchlängsrichtung orientierten Fasern zwischen ca. 65% und 80% und einen Anteil zwischen ca. 35% und 20% an überwiegend in Schlauchumfangsrichtung orientierten Fasern aufweisen.2. hose construction according to claim 1, characterized in that the fibers embedded in the tube wall make up a proportion of mainly oriented in the longitudinal direction of the hose Fibers between approx. 65% and 80% and a share between approx. 35% and 20% mainly in the circumferential direction of the hose have oriented fibers. 3. Schlauchkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der in der Schlauchwand des in einem Arbeitsgang hergestellten Schlauches eingelagerten Fasern von beiden Seiten zur Mitte der Schlauchwand hin, in radialer Richtung gemessen, zumindest und im Mittelbereich am höchsten ist.3. hose construction according to claim 1 or 2,  characterized in that the density of the in the tube wall of the in one operation manufactured hose embedded fibers from both Sides towards the middle of the hose wall, in the radial direction measured, at least and highest in the middle. 4. Verfahren zur Herstellung einer druckbelastbaren Schlauch­ konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß dem dem Extruder vorgelegten Kautschukfell bei seiner Bildung die eine im wesentlichen gleichmäßige Längenver­ teilung zwischen ca. 2 mm und ca. 10 mm aufweisende Ver­ stärkungsfasermischung in einer Dosierung von ca. 3% bis ca. 8% bezogen auf die Kautschukmasse eingemischt und die Fasern dabei anteilmäßig und in der angestrebten Richtungs­ verteilung vororientiert werden,
daß das in den Extruder eingefüllte Fell zur Plastifizie­ rung aufgeheizt sowie weiter durchmischt wird und
daß die äußere Schicht der spritzfertigen Mischung unmittebar vor dem Eintritt in das Spritzwerkzeug einem sprunghaften Temperaturanstieg unterworfen wird.4. A method for producing a pressure-resistant hose construction according to one of claims 1 to 4, characterized in that
that the rubber skin presented to the extruder during its formation has a substantially uniform length distribution between approximately 2 mm and approximately 10 mm Ver reinforcing fiber mixture in a dosage of approximately 3% to approximately 8% based on the rubber compound and the fibers be pre-oriented proportionally and in the desired directional distribution,
that the fur filled in the extruder is heated for plastification and further mixed and
that the outer layer of the ready-to-use mixture is subjected to an abrupt rise in temperature immediately before entering the injection mold. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spritzfertige Mischung in einem beheizbaren Spritzwerk­ zeug im Anfangsbereich der Schlauchformung am Außenumfang und im Schlauchinneren einem sprunghaften Temperaturanstieg unterworfen wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the ready-to-use mixture in a heatable spraying unit stuff in the beginning of the tube forming on the outer circumference and a sudden temperature rise inside the hose is subjected. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung gekrümmter Rohr- oder Schlauchteile der Strömungswiderstand im Bereich des Austrittsquerschnitts des Spritzwerkzeugs - über den Umfang des Austrittsquer­ schnitts gesehen - örtlich und vorzugsweise örtlich vari­ ierbar, bevorzugt durch Steuerung nach vorgegebenem Pro­ gramm, veränderbar ist.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that for the production of curved pipe or hose parts Flow resistance in the area of the outlet cross section of the injection mold - over the circumference of the exit cross seen in section - locally and preferably locally variable ible, preferably by control according to a specified pro  grams, is changeable. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere für bezüglich Druckhöhe und Dimensionierung höher beanspruchte Schläuche hochfeste Fasern wie Glas- oder Kohlenstoffasern oder Fasern aus aromatischen Polyami­ den verwendet werden, welche vor ihrer Einmischung einer die Hafteigenschaften verbessernden Oberflächenbehandlung unterworfen oder als hoch haftfähige Fasern hergestellt wurden.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that especially for regarding pressure height and dimensioning hoses subject to higher loads, high-strength fibers such as glass or carbon fibers or aromatic polyami fibers which are used before they are mixed in surface treatment improving the adhesive properties subjected or manufactured as highly adhesive fibers were. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Verbindung zwischen Fasern und Gummi die Fasern vor der Einmischung mit bei Temperaturen zwi­ schen ca. 135°C und ca. 200°C reagierende Haftmittel, vorzugsweise auf Basis von Resorcin- und Formaldehyd-Spen­ dern, insbesondere in einer Dosierung von ca. 3-10% bezo­ gen auf den Faseranteil, versetzt werden.8. The method according to claim 7, characterized in that to improve the connection between fibers and rubber the fibers before mixing with at temperatures between approx. 135 ° C and approx. 200 ° C reactive adhesives, preferably based on resorcinol and formaldehyde spenes change, especially in a dosage of approx. 3-10% on the fiber content.
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