DE4026161C2 - Schlauch - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schlauch, bestehend aus einer inneren Schicht aus mindestens zwei übereinander ange­ ordneten Teilen, einer Verstärkungsschicht und einer Deck­ schicht, wobei die Verstärkungsschicht aus geflochtenen fa­ denförmigen Gebilden aus Kunststoff oder Metall besteht.

Schläuche dieser Art dienen als Transportmittel für Kältemit­ telgase und Brennstoffe. Als Kältemittel sind Gase aus der Familie der "Freone" bekannt. Von diesen ist der wichtigste Vertreter Dichlordifluormethan. Dieses Gas ist jedoch seit einiger Zeit als gefährlich bekannt, da es die Ozonschicht der Atmosphäre zerstört. Aus diesem Grunde ist es außeror­ dentlich wichtig, Schläuche zu verwenden, die bezüglich der fraglichen Gase außerordentlich undurchlässig sind.

Schläuche, die in Fahrzeugen zum Einsatz kommen und für ent­ sprechende Zwecke gedacht sind, sind so aufgebaut, daß die innere Schicht relativ dünn ist, z. B. 0,1 bis 0,5 mm, so daß sie eine geeignete Flexibilität besitzt. Über dieser Schicht befindet sich dann eine Verstärkungsschicht. Jedoch ist es bei den bekannten Schläuchen so, wenn sie Drucken im Innern ausgesetzt sind, sie sich um etwa 1 bis 2%, bezogen auf den ursprünglichen Außendurchmesser, vergrößern. Diese Expansion ist unerwünscht, da dann der Schlauch gasdurchlässiger wird.

Bei einem bekannten Schlauch der eingangs erwähnten Art (DE 37 39 089 C2) ist über die Dehnbarkeit der fadenförmigen Ge­ bilde und über den Flechtwinkel keine Aussage gemacht worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Undurchlässig­ keit eines Schlauches der eingangs erwähnten Art durch Fest­ legung der Dehnbarkeit der fadenförmigen Gebilde und des Flechtwinkels zu optimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die fadenförmigen Gebilde eine Dehnbarkeit von weniger als 3,5% bei einer Last von 44,1 N haben und der Flechtwinkel zwischen 54,75° und 56,0° liegt.

Die Dehnbarkeit könnte nach der I/S L-1017-Methode gemessen werden.

Ein solcher Schlauch ist in der Lage, 30 bis 50% weniger Käl­ temittelgase, Brennstoffe oder Fahrzeugbrennstoffe durchzu­ lassen als Schläuche, die hinsichtlich der Dehnbarkeit der fadenförmigen Gebilde und des Flechtwinkels von den erfin­ dungsgemäßen Werten abweichen.

Eine größere Dehnbarkeit als die erfindungsgemäß angegebene führt zu einer größeren Streckbarkeit, was zu einer größeren Gasdurchlässigkeit führen würde. Ist der Flechtwinkel kleiner als 54,75° dann würde das dazu führen, daß der Schlauch bei Druckbelastung in seinem Innern sich allzu sehr in Längsrich­ tung kontrahieren und in Querrichtung vergrößern würde. Ein Winkel größer als 56,0° würden den Schlauch zu dehnbar in Längsrichtung machen, was im Hinblick auf die Dimensionierung ungünstig wäre.

Ein Flechtwinkel zwischen 55,0 und 55,5° ist erfindungsgemäß bevorzugt.

Als fadenförmige Gebilde kommen in Frage: Kunststoffgarne, wobei diese auch Vielfachfäden sein können, die gedreht, aber nicht geflochten sind. Auch kommen Metalldrähte in Frage.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Druckbelastung des Gar­ nes und damit des Schlauches. Die Druckbelastung des Garnes sollte vorzugsweise 5 bis 15% Mehrbelastung, ausgehend vom üblichen Arbeitsdruck (294-392,5 N/cm²) betragen.

Weiterhin ist von Bedeutung die Quervergrößerung des Schlau­ ches. Diese soll außerordentlich klein sein, um eine gute Gasundurchlässigkeit zu gewährleisten. Diese Vergrößerung sollte 0,5% oder kleiner sein bei 392,5 N/cm².

Geeignete Materialien für das Verstärkungsgarn können beispielsweise sein: synthetische Fasern aus Kunststoff, Polyester, Nylon, aromatische Polyamide oder aromatische Harze u. dgl. Ferner kommen in Frage Metalldrähte aus Stahl u. dgl. Polyester-Harze sind z. B. Polyäthylen- Terephthalate (Tetron, Teijin Ltd. und Toray Industries, Inc.) und Nylon-Harze, z. B. Nylon-6 und Nylon-66 (Reona, Asahi Chemical Industry Co.). Bevorzugt sind Aramid-Harze, wie Poly-p-Phenylen-Terephthalamid (Kevlar, Du Pont und Towalon, Akzo Co.) und Poly-p-Phenylen-3,4-Diphenyläther- Terephthalamid (Technola, Teijin, Ltd.).

Als Metalldrähte kommen Stahldrähte bevorzugt in Frage, die mit Messing belegt sind, um auf diese Weise das Rosten zu vermeiden und die Adhäsivität gegenüber Gummi und Harz sicherzustellen.

Als Gummis für den Schlauchkörper sind üblich Acrylnitril- Butadien-Gummis (NBR), chlorsulfinierte Polyäthylen-Gummis (CSM), Äthylen-Propylen-Dien-Gummis (EPDM), Butyl-Gummis (IIR), chlorinierte Butyl-Gummis (Cl-IIR), bromierte Butyl-Gummis (Br-IIR), epichlorohydrierte Gummis (CHR und CHC), Acryl-Gummis (ACM) u. dgl. Um eine gute Ausgewogen­ heit zwischen der Ölwiderstandsfähigkeit und der Dampfun­ durchlässigkeit zu erzielen, sollte vorzugsweise verwen­ det werden NBR, CSM, EPDM, CHR, CHC, IIR, Cl-IIR und Br-IIR.

Die oben aufgeführten Gummis werden in üblicher Weise mit Additiven versetzt, wie Vulkanisierungsagentien, Füller, Verstärkungsagentien, Weichmacher und Antioxi­ dantien. Vulkanisierungsaktivatoren, Weichmacher, Kleber, Peptide, Dispergierungsmittel, Verfahrenshelfer u. dgl. können, falls erwünscht, ebenfalls in üblicher Weise zu­ gesetzt werden.

Als Harze kommen in Frage Nylon, aliphatische Polyamide, aromatische Polyamide und Polyamid-Polyäther-Harze. Sie können variiert werden für den jeweils anstehenden An­ wendungsfall, um Chlorfluorkohlenstoffe, Hydrochlorfluor­ kohlenstoffe und Hydrofluorkohlenstoffe nicht durchzu­ lassen bzw. Brüche bei Belastung zu verhindern, die von den Metallchloriden ausgelöst werden können.

Zu den Nylon-Harzen gehören: Nylon-6, Nylon-8, Nylon-10, Nylon-11, Nylon-12, Nylon-66, Nylon-610, Nylon-612, Co­ polymere davon und Mehrfachmischungen mit verschiedenen Harzen, bei denen die Nylonstoffe dominieren. Um die Durchlässigkeit von Freon so weit wie möglich zu verhin­ dern und dem Bruch bei Belastungen entgegenzuwirken, ist eine Mischung bevorzugt, die im wesentlichen entweder aus Nylon-11 und/oder Nylon-12 besteht oder die vermischt ist mit 40 bis 80 Gewichtsteilen von Nylon-6 und/oder Nylon-666, 5 bis 30 Gewichtsteilen von Nylon-11 und/oder Nylon-12 und 10 bis 40 Gewichtsteilen eines Polyolefins. Ein typisches Beispiel einer Mischung dieser Art kann mehr als 60 Gewichtsprozent von Nylon-11 und/oder Nylon- 12 in Kombination mit weniger als 40 Gewichtsprozent ei­ nes anderen Nylon-Harzes, z. B. Nylon-6, aufweisen. Bei der zuletzt erwähnten Mischung kann das Polyolefin ein Alpha-Olefin-Polymer sein, z. B. ein Äthylen- oder Propy­ len-Homopolymer, ein Äthylen-Propylen-Copolymer und ein Addukt davon mit Maleinsäure.

Die erwähnten Mehrfachmischungen können mit einem Anti­ oxidant zwischen 0,03 und 0,5 Gewichtsprozent und einem Weichmacher zwischen 3 bis 10 Gewichtsprozent vermischt sein. Beide Additive führen in der erwähnten Menge nicht nur zu einem ausreichenden Widerstand gegenüber Bruch bei Belastung, sondern auch zu einer adäquaten Biegsam­ keit.

Aromatische Polyamid-Harze, die erfindungsgemäß verwen­ det werden, sind jene, die man durch Reaktion von m-Xylen- Diamin mit Adipinsäure erhält und die durch die Formel

gekennzeichnet sind. Diese sind im Handel erhältlich (MXD 6, Toyobo Co.).

Polyamid-Polyäther-Harze gemäß der Erfindung sind Block- Copolymere aus zwei verschiedenen Segmenten zusammenge­ höriger Harze. Polyamidsegmente können ausgewählt sein aus der Gruppe Nylon-6, Nylon-11, Nylon-12, Nylon-666, Nylon-612 u. dgl. Polyäther-Segmente können sein Poly­ tetramethylen-Glycol, Polypropylen-Glycol, Polyäthylen- Glycol usw. Es wurde festgestellt, daß bei einer Verän­ derung der Verhältnisse Segment zu Segment solche Block- Copolymere hergestellt werden können, die außerordent­ lich flexibel sind und günstig liegen bezüglich des Schmelzpunktes und der Ölstabilität. Verschiedene Bei­ spiele sind kommerziell erhältlich (Pebax 5533 STO1, Pebax 5562 MAOO und Pebax 5512 MNOO, Atochem Co. und Diamid PAE E47, Daicel Huls Co.).

Bei dem erfindungsgemäßen Schlauch kann die innere Schicht auch aus mehreren Teilen bestehen. Ferner kann eine Schicht vorgesehen sein, die speziell den Bruch bei Belastung verhindert.

Der Schlauch kann in üblicher Weise hergestellt werden. Im folgenden wird ein Beispiel gebracht, das sich auf einen Schlauch bezieht, bei dem die innere Schicht aus zwei Teilen aus Harz und Gummi besteht, eine Verstär­ kungsschicht und eine äußere Deckschicht vorgesehen sind.

Auf einen Kern wird ein Harz aus einem üblichen Kopf extrudiert. Dann wird der mit der Harz-Schicht versehene Kern durch einen zweiten Extruder befördert, wobei sich eine Gummischicht auf die Harzschicht legt. Auf diese Weise wird die innere Schicht hergestellt. Die Harz­ schicht ist vorher durch Aufstreichen oder Aufsprühen mit einem Adhäsiv versehen worden, das in der Hauptsache Gummi-Chloride oder Phenol-Harze oder HRH enthält, um auf diese Weise eine feste Bondierung zwischen der Harz­ schicht und der Gummischicht zu erhalten.

Um die innere Schicht wird eine Verstärkungsschicht ge­ legt, dies mittels einer Flechtmaschine. Dann folgt die Auftragung einer Deckschicht durch Extrusion eines Gum­ mis über die Verstärkungsschicht.

Der auf diese Weise hergestellte Rohschlauch wird dann unter Druck bei 130 bis 170°C, vorzugsweise 140 bis 160°C, vulkanisiert. Dann folgt eine Abkühlung, und es wird der Kern herausgezogen. Der erfindungsgemäße Schlauch ist nunmehr fertig.

BEISPIELE

Es wurden verschiedene Schläuche hergestellt mit einer inneren Schicht, bestehend aus einem inneren Teil, des­ sen innerer Durchmesser 11 mm betrug und der eine Dicke von 0,15 mm hatte, und einem äußeren Teil, der eine Dicke von 1,5 mm hatte. Auf der inneren Schicht befand sich eine äußere Schicht von 1,5 mm Dicke. Es wurden vier verschiedene Verstärkungsschichten zwischen die innere Schicht und die äußere Schicht gelegt. Die innere Schicht wurde aus einer Mischung hergestellt, und zwar 58,2 Gewichtsprozent Nylon-6, 14,5 Gewichtsprozent Nylon- 11 und 27,3 Gewichtsprozent Äthylen-Propylen-Copolymer. Die Zwischenschicht bestand aus IIR und die Deckschicht aus Cl-IIR.

Alle Testschläuche wurden auf Freondurchlässigkeit, Ver­ größerung in Querrichtung unter den Bedingungen, die weiter unten aufgeführt sind, geprüft. Die Resultate sind in der beigefügten Tabelle aufgeführt.

Freondurchlässigkeit

JRA 2001 wurde durchgeführt, ein Verfahren, das von der Japan Refrigeration and Air-Conditioning Industry Association eingeführt worden ist. Ein 50 cm langer Schlauch wurde mit Kühlmittel gefüllt, und zwar in einer Menge von 0,6 ±0,1 g/cm³. Dann folgte eine Erwärmung von 100°C 98 Stunden lang. Der Gewichtsverlust wurde für eine Zeit von 24 bis 96 Stunden festgestellt und auf die Einheit g/m/72 h umgerechnet.

Vergrößerung in Querrichtung

Ein Testschlauch wurde bezüglich seines äußeren Durchmessers erfaßt, und zwar vor und nach der Belastung von 392,5 N/cm², wobei eine Schublehre benutzt wurde. Das Resultat wurde durch den Ausdruck

gegeben, wobei A nach der Belastung und B vor der Belastung galt.

Eine Polyester-Verstärkung mit einer Verlängerung von 4,0% bei einer Belastung von 44,1 N pro einzelnem Garn, Ver­ gleichsbeispiel 4, erschien bei der geringen Verwindung als nicht akzeptierbare Verlängerung.

Wie sich aus den Beispielen 4 und 5 und Vergleichsbeispiel 3 ergibt, sind die aromatischen Polyamid-Faser- und Stahldraht­ verstärkungen in weiten Grenzen abhängig hinsichtlich der Quervergrößerung und damit der Gasdurchlässigkeit von Flecht­ winkeln. Das gilt auch für Aramid und Stahl, die hinsichtlich einer Verlängerung extrem klein sind. Selbst mit relativ dehnbaren Polyestergarnen kann eine Quervergrößerung durch Flechten mit größeren Winkeln als mit einem Winkel von 54,75° verhindert werden, siehe die Beispiele 1 und 2 und die Ver­ gleichsbeispiele 1 und 2.

Bei kleinerer Belastung unter Druck des geflochtenen Garns ergibt sich eine geringere Quervergrößerung eines Geflechts, wie sich aus Beispiel 3 ergibt.

Für den Sicherheitsfaktor in Zeile 5 der Tabelle gilt:

Claims (16)

1. Schlauch, bestehend aus einer inneren Schicht aus minde­ stens zwei übereinander angeordneten Teilen, einer Verstär­ kungsschicht und einer Deckschicht, wobei die Verstärkungs­ schicht aus geflochtenen fadenförmigen Gebilden aus Kunst­ stoff oder Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die fadenförmigen Gebilde eine Dehnbarkeit von weniger als 3,5% bei einer Last von 44,1 N haben und der Flechtwinkel zwischen 54,75° und 56,0° liegt.

2. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Garn eine Druckmehrbelastung von 5 bis 15%, bezogen auf den Arbeitsdruck, aushält.

3. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Querausdehnung desselben nicht größer als 0,5% bei dem vorbestimmten Arbeitsdruck ist.

4. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Garn aus Kunstseide, Polyester, Nylon oder einem aromatischen Polyamid-Harz besteht.

5. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Metalldraht aus Stahl besteht.

6. Schlauch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Polyestergarn aus Polyäthylen-Terephthalat besteht.

7. Schlauch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Nylongarn aus Nylon-6 oder Nylon-66 be­ steht.

8. Schlauch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das aromatische Polyamid-Harz Poly-p-Phenylen- Terephthalamid oder Poly-p-Phenylen-3,4-Diphenyläther- Terephthalamid ist.

9. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der eine Teil der inneren Schicht aus Gummi besteht, nämlich Acrylnitril-Butadien-Gummi, chlorsulfinier­ tem Polyäthylen-Gummi, Äthylen-Propylen-Dien-Gummi, Butyl- Gummi, chloriniertem Butyl-Gummi, bromiertem Butyl-Gummi, epichlorhydriertem Gummi und/oder Acryl-Gummi.

10. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der andere Teil der inneren Schicht aus einem Harz besteht, nämlich Nylon, einem aliphatischen Polyamid, einem aromatischen Polyamid und/oder einem Polyamid-Poly­ äther-Harz, der vorzugsweise den äußeren Teil bildet.

11. Schlauch nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das Nylon-Harz Nylon-6, Nylon-8, Nylon-10, Nylon-11, Nylon-12, Nylon-66, Nylon-610, Nylon-612, ein Copolymer davon oder eine Mehrfachmischung davon ist, bei der ein aliphatisches Olefin-Polymer zugesetzt ist.

12. Schlauch nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mischung aufweist Nylon-11 und/oder Nylon-12.

13. Schlauch nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mischung Nylon-6 und/oder Nylon-666, Nylon- 11 und/oder Nylon-12 und ein Polyolefin aufweist.

14. Schlauch nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Alpha-Olefin-Polymer ein Homopolymer oder Copolymer von Äthylen und Propylen ist oder ein Addukt davon mit Maleinsäure.

15. Schlauch nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das aromatische Polyamid-Harz durch die Formel
gekennzeichnet wird.

16. Schlauch nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das Polyamid-Polyäther-Harz ein Block-Copolymer eines Polyamid-Segments mit einem Polyäther-Segment ist.