DE4320281C2 - Thermoplastische elastomere Schläuche mit hervorragender Flexibilität - Google Patents

Thermoplastische elastomere Schläuche mit hervorragender Flexibilität

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermoplastischen elastomeren Schlauch, der eine hervorragende Flexibilität aufweist.
Gummischläuche enthalten im allgemeinen einen Innenschlauch, eine verstärkende Schicht und einen Außenmantel, wobei der Innenschlauch und der Außenmantel aus vulkanisiertem Gummi bestehen. Solche Gummischläuche weisen jedoch den Nachteil auf, daß ihr Herstellungs­ verfahren kompliziert und beschwerlich ist, da es ein Vulkanisationsverfahren erfordert.
Andererseits sind die sogenannten "Kunststoff­ schläuche" bekannt. Die Kunststoffschläuche bestehen aus Innenschläuchen und Außenmänteln, die aus einem thermo­ plastischen Kunststoff bestehen und mittels eines einfachen Herstellungsverfahrens hergestellt werden können, wobei kein Vulkanisationsverfahren erforderlich ist. Die thermoplastischen Kunststoffe, aus denen solche Kunststoffschläuche bestehen, sind jedoch im allgemeinen härter als vulkanisiertes Gummi und es war daher schwierig, weiche und biegsame Schläuche zu erhalten.
Es ist auch ein Kunststoffschlauch bekannt, der aus einem thermoplastischen Polyester-Elastomer unter Verwendung von Polybutylenterephthalat als hartes Segment und aus Polytetramethylenglykol oder aus Polycaprolactam als weiches Segment für den Innenschlauch besteht, um die Flexibilität zu verbessern. Es gibt jedoch eine Grenze bei der Reduzierung der Härte der thermoplastischen Polyester- Elastomere, da deren Hitzebeständigkeit gesichert sein muß und sie eine ausreichende Festigkeit aufweisen müssen. Aus diesem Grunde konnten bisher keine Schläuche mit einer ausreichenden Flexibilität, verglichen mit jener der Gummischläuche, erhalten werden.
US 4 987 017 beschreibt eine Zusammensetzung eines thermoplastischen Elastomers, geeignet für ein Schlauchmaterial, welche ein Polyamid in einer Menge von 25-95 Gew.-% und ein halogeniertes Butylgummi, ein chlorsulfoniertes Polyethylen oder beide davon in einer Menge von 5-75 Gew.-% umfasst. Der so hergestellte Schlauch ist jedoch hinsichtlich der Eigenschaften, wie u. a. der Hitzebeständigkeit, der Festigkeit, der Flexibilität und der Wetterbeständigkeit nicht ausreichend ausgewogen.
Es besteht daher ein Bedarf für die Entwicklung von Schläuchen, die mittels eines einfachen Herstellungs­ verfahrens, das kein Vulkanisierungsverfahren benötigt, hergestellt werden können, die eine ausreichende Flexibilität und überdies eine ausreichende Hitzebestän­ digkeit aufweisen, um einer Anwendung bei einer hohen Temperatur, z. B. bei Druckübertragung oder bei Flüssigkeitstransport, standzuhalten.
Die Ziele der vorliegenden Erfindung bestehen also darin, die oben erwähnten Nachteile der herkömmlichen Schläuche auszuschalten und einen Schlauch zur Verfügung zu stellen, der die gleiche Flexibilität wie ein üblicher vulkanisierter Gummischlauch aufweist, wobei jedoch die Einfachkeit und Leichtigkeit des Herstellungsverfahrens für die bekannten Kunststoffschläuche beibehalten wird, und der, zusätzlich zu der Flexibilität, eine so hohe Hitzebeständig­ keit aufweist, daß der Schlauch bei einer hohen Temperatur von 120°C und darüber verwendet werden kann.
Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
Entsprechend der ersten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Schlauch zur Verfügung gestellt, der zumindest einen Innenschlauch, eine verstärkende Schicht und einen Außenmantel umfaßt, wobei (i) der Innenschlauch und der Außenmantel unabhängig voneinander aus einem thermoplastischen Elastomer bestehen, das einen thermoplastischen Kunststoff, in dem vulkanisiertes Gummi dispergiert ist, umfaßt, (ii) Mp, das durch die nachfolgende Formel (I) definiert wird, nicht größer als 686,5 N/cm2 ist, und (iii) die Biegesteifigkeit des Schlauchs bei einem Krümmungsradius, der viermal so groß ist wie der äußere Durchmesser des Schlauchs, nicht größer als 9,807 N ist:
In der Formel bedeuten t1 und t2 die Dicke (mm) des Innenschlauchs bzw. des Außenmantels, und M1 und M2 die Spannung (N/cm2) bei Dehnung um 25% (das heißt, der 25% Modul) des Innenschlauchs bezw. des Außenmantels.
Entsprechend der zweiten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Schlauch zur Verfügung gestellt, der zumindest einen Innenschlauch, eine verstärkende Schicht und einen Außenmantel umfaßt, wobei (i) der Innenschlauch aus einem thermoplastischen Elastomer, umfassend einen thermoplastisches Polyester-Kunststoff, in dem eine Zusammensetzung eines acrylgruppenhaltigen vulkanisierten Gummis dispergiert ist, besteht, (ii) der Außenmantel aus einem thermoplastischen Elastomer, umfassend einen thermoplastischen Kunststoff, in dem vulkanisiertes Gummi dispergiert ist, (iii) Mp, definiert durch die obige Formel (I), nicht größer als 686,5 N/cm2 ist und (iv) die Biegesteifigkeit des Schlauchs bei einem Krümmungsradius, der viermal so groß wie der äußere Durchmesser des Schlauchs ist, nicht größer ist als 9,807 N ist.
Die vorliegende Erfindung wird aus der weiter unten folgenden Beschreibung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich werden:
Fig. 1 ist eine Zeichnung, welche die Struktur des Schlauchs gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert; und
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, welche die Wechselbeziehungen zwischen Mp und der Biegesteifigkeit der Beispiele und der Vergleichsbeispiele zeigt.
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung Untersuchungen durchgeführt und es ist ihm gelungen, die Verwendung von thermoplastischen Elastomeren, die spezielle Strukturen, Eigenschaften, Zusammensetzungen und dergleichen aufweisen, in Kombination miteinander als Ausgangsmaterialien für die Innen- und Außenschläuche zu realisieren. Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage dieses technischen Konzepts vollendet.
Das wichtige Erfordernis für die erste Ausbildungs­ form der vorliegenden Erfindung ist die Zusammensetzung der thermoplastischen Elastomeren für den Innenschlauch und den Außenmantel, die so sein muß, daß der Mp-Wert der obigen Relationsformel (I) zwischen der Spannung des Außenmantels und des Innenschlauchs bei 25% Dehnung (25% Modul) einerseits und ihrer Dicke andererseits 686,5 N/cm2 oder weniger und mehr bevorzugt, 49,03 N/cm2 bis 490,3 N/cm2 beträgt. Als Resultat kann ein Schlauch erhalten werden, der sowohl eine hervorragende Flexibilität als auch eine hervorragende Festigkeit aufweist.
Ein Schlauch mit hervorragender Flexibilität kann nicht durch Kombination von thermoplastischen Elastomeren erhalten werden, deren Mp-Wert gemäß der obigen Formel (I) die Relation zwischen der Spannung bei 25% Dehnung (25% Modul) und der Dicke von 686,5 N/cm2 übersteigt, und die Biegesteifigkeit des Schlauchs bei einem Krümmungsradius, der viermal so groß wie der äußere Durchmesser des Schlauchs ist, 9,807 N übersteigt. Wenn der Mp-Wert kleiner als 49,03 N/cm2 ist, weist der Schlauch eine minderwertige Festigkeit auf.
Übrigens wird die Beanspruchung bei 25% Dehnung in Übereinstimmung mit dem JIS (Japanese Industrial Standard) K6301-Test für geringe Dehnungsspannung gemessen.
Zusätzlich zu der Struktur und zu den Eigenschaften der ersten Ausbildungsform der Erfindung, wie sie oben beschrieben werden, liegt das wichtige Erfordernis der zweiten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung in der Zusammensetzung der thermoplastischen Elastomeren, aus denen der Innenschlauch und der Außenmantel des vorliegenden Schlauchs bestehen.
Mit anderen Worten, es wird ein thermoplastisches Elastomer, das durch Dispergieren eines vulkanisierten Gummis in einem geeigneten Volumverhältnis und mit einer geeigneten Teilchengröße in einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt wurde, für die Innenschläuche und Außenmäntel des Schlauchs verwendet, und insbesondere wird ein thermoplastischer Kunststoff vom Polyester-Typ für den Innenschlauch verwendet, während eine vulkanisierte Zusammensetzung eines acrylgruppenhaltigen Gummis als Komponente eines vulkanisierten Gummis verwendet wird.
Der Innenschlauch und der Außenmantel des Schlauchs bestehen aus einem thermoplastischen Elastomer, das vulkanisiertes Gummi dispergiert in einem thermoplastischen Kunststoff enthält. Insbesondere wird ein thermoplastischer Polyester-Kunststoff als thermoplastischer Kunststoff für den Innenschlauch verwendet, und eine vulkanisierte Zusammensetzung eines acrylgruppenhaltigen Gummis wird als Komponente eines vulkanisierten Gummis verwendet.
Wenn der Innenschlauch und der Außenmantel des Schlauchs aus einem thermoplastischen Elastomer, das vulkanisiertes Gummi dispergiert in einem thermoplastischen Kunststoff enthält und die gleichen Eigenschaften wie die erste Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung aufweist, bestehen und wenn zusätzlich der Innenschlauch insbesondere eine vorher festgelegte Zusammensetzung, wie sie oben beschrieben ist, aufweist, kann eine ausreichende Flexibilität und gleichzeitig eine hervorragende Hitzebe­ ständigkeit und Weichheit durch den Innenschlauch mit einer vorher festgelegten Zusammensetzung erreicht werden, so daß ein Schlauch mit hervorragender Flexibilität und Hitzebeständigkeit realisiert werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr detaillierter beschrieben werden.
Wie in der Fig. 1 gezeigt wird, besteht der Schlauch 1 der vorliegenden Erfindung aus einem Innenschlauch 2, einer verstärkenden Schicht 3 und aus einem Außenmantel 4 als obligate Bestandteile.
Das thermoplastische Elastomer, das bei der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, wird später erläutert werden.
Das thermoplastische Elastomer, das bei der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, sollte folgenden Anforderungen genügen, wenn die Meßwerte der Eigenschaften in Übereinstimmung mit den Testmethoden von ASTM D395 und D412 bestimmt werden:
  • a) Das thermoplastische Elastomer hat einen Zugverformungsrest von 160% oder weniger. bevorzugt von 150% oder weniger.
  • b) Es hat eine bleibende Druckverformung bei 120°C über 72 Stunden von 50% oder weniger.
  • c) Der Youngsche Modul (Anfangszugelastizitäts- Modul) als ein Maß der Flexibilität beträgt 24517 N/cm2 oder weniger.
  • d) Es weist keinen Fließpunkt auf.
  • e) Es behält die Gummielastizität bis 120°C bei.
So sind die thermoplastischen Elastomere, die bei der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, in Überein­ stimmung mit der Gummi betreffenden Definition, wie sie in den ASTM Standards V. 28, Seite 756 (D1566) festgelegt ist. Da das bei der vorliegenden Erfindung verwendbare thermo­ plastische Elastomer die Eigenschaften der obigen Punkte (i) bis (v) besitzt, läßt es sich hervorragend verarbeiten, ein charakteristisches Merkmal ist auch, daß eine Vulkanisation beim Formen nicht erforderlich ist, obwohl es sich wie vulkanisiertes Gummi verhält.
Die Zusammensetzung der Komponenten des thermoplastischen Elastomers, die bei der vorliegenden Erfindung sowohl für das Material des Innenschlauchs als auch für das Material des Außenmantels verwendbar sind, wird nachstehend gezeigt.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendbare thermoplastische Elastomer umfaßt nämlich eine Mischung eines thermoplastischen Kunststoffs in einer Menge, die ausreicht, um dem Elastomer eine Thermoplastizität zu verleihen, und ein Gummi, von dem zumindest ein Teil vulkanisiert ist, in einer Menge, die ausreicht, um dem Elastomer eine gummiähnliche Flexibilität zu verleihen, wobei die Komponente des thermoplastischen Kunststoffs zumindest eine kontinuierliche Phase (eine Matrix-Phase) bildet und zumindest die Gummi-Komponente als diskontinu­ ierliche Phase (als disperse Phase) in der kontinuierlichen Phase vorliegt.
Übrigens kann das thermoplastische Elastomer auch eine sogenannte "Salamistruktur" aufweisen, bei welcher der thermoplastische Kunststoff außerdem in der diskontinuier­ lichen Phase (Gummi-Phase) dispergiert sein kann, und ähnliches,
Die Art der Komponente des thermoplastischen Kunststoffs und die Art der Gummi-Komponente in dem thermoplastischen Elastomer werden so ausgewählt, daß sie für die vorliegende Erfindung geeignet sind. Wie bereits erwähnt, wird bei der zweiten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung für den Innenschlauch ein thermo­ plastischer Polyester-Kunststoff und die vulkanisierte Zusammensetzung eines acrylgruppenhaltigen Gummis verwendet. Das Mischungsverhältnis kann in geeigneter Weise bestimmt werden, vorzugsweise jedoch kann ein thermoplastisches Elastomer, das für die Kombination des Innenschlauchs und des Außenmantels des Schlauchs gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, erhalten werden, wenn das Gewichtsverhältnis des thermoplastischen Kunststoffs zu dem Gummi zwischen 75/25 und 25/75, noch mehr bevorzugt zwischen 70/30 und 30/70 liegt.
Bezüglich der Form der Dispersion ist zu sagen, daß der Teilchendurchmesser des Gummis, das die diskontinuier­ liche Phase bildet, vorzugsweise 50 µm oder weniger beträgt, mehr bevorzugt 20 µm oder weniger, am meisten bevorzugt 5 µm oder weniger.
Der thermoplastische Kunststoff, der bei der ersten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung das für den Innenschlauch und den Außenmantel verwendbare und bei der zweiten Ausbildungsform das für den Außenmantel verwendbare thermoplastische Elastomer bildet, kann ein üblicher thermoplastischer Kunststoff sein, und Beispiele für solche thermoplastische Kunststoffe sind Polyolefine wie Polyethylen und Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyamide, Polyester und ähnliche.
Bei der zweiten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung wird ein thermoplastischer Polyester-Kunststoff als thermoplastischer Kunststoff zur Bildung des Innenschlauchs verwendet.
Typische Beispiele für thermoplastische Polyester­ harze umfassen Polyethylenterephthalat, Polybutylentere­ phthalat, und thermoplastische Kunststoffe und thermoplas­ tische Elastomere von Block- und/oder Pfropfcopolymeren dieser Kunststoffe als Komponenten.
Besonders bevorzugt ist ein thermoplastisches Polyester-Elastomer, da es eine hervorragende Flexibilität ergibt. Noch spezieller kann ein Copolymer-Elastomer, das Polybutylenterephthalat als ein hartes Segment und Poly­ tetramethylenglykol und/oder Polycaprolactam als ein weiches Segment als geeignetes Beispiel genannt werden.
Das Gummi, welches das thermoplastische Elastomer, das bei der ersten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung für den Innenschlauch und den Außenmantel und bei der zweiten Ausbildungsform für den Außenmantel verwendbar ist, kann irgendein übliches Gummi sein, und Beispiele für solche Gummis sind natürliches Gummi (R), ein Polyisopren- Gummi (IR), ein Butadiengummi (BR), ein Styrol-Butadien- Copolymergummi (SBR), ein Gummi vom Butyl-Typ (IIR, Cl-IIR, Br-IIR), ein Chloroprengummi (CR), ein Ethylen-Propylen- (Dienmonomer)-Copolymergummi (EPM, EPDM), ein Acrylnitril- Butadien-Copolymergummi (NBR), ein chloriertes Polyethylen­ gummi (CM), ein chlorsulfoniertes Polyethylengummi (CSM), ein Acrylgumni (ACM, ANM), ein Epichlorhydringummi (CO, ECO), ein copolymeres Gummi vom Ethylen-Acrylat-Typ ((AEM), ein Ethylen-Vinylacetat-Acrylat(Acrylsäureester)-ternäres Copolymergummi (ER), ein hydriertes Acrylnitril-Butadien- Copolymer (HNBR) und ähnliche.
Andererseits wird ein acrylgruppenhaltiges Gummi als das Gummi verwendet, welches das thermoplastische Elastomer für den Innenschlauch bei der zweiten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
Beispiele für ein acrylgruppenhaltiges Gummi sind ein Acrylgummi, ein Ethylen-Acrylat-Copolymergummi, ein Ethylen-Vinylacetat-Acrylat ternäres Copolymergummi und ähnliche. Die Bezeichnung "acrylgruppenhaltiges Gummi", das bei der zweiten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, umfaßt solche Gummis, welche durch Copolymerisation von Monomeren, die aus Acrylverbindungen mit einer vulkanisierbaren Gruppe an ihrer Hauptkette und/oder an ihrer Seitenkette bestehen, wie Glycidylether und ähnliche, erhalten werden.
Zwei oder mehrere Arten dieser Kunststoffe oder Gummis können in Kombination verwendet werden.
Die Komponenten, welche das bei der vorliegenden Erfindung verwendbare thermoplastische Elastomer bilden, sind der obenerwähnte thermoplastische Kunststoff und das obenerwähnte Gummi, und in so einem thermoplastischen Elastomer ist zumindest ein Teil der das Elastomer bildenden Gummikomponente vulkanisiert.
Das obenerwähnte thermoplastische Elastomer kann hergestellt werden, indem die geschmolzenen Produkte des oben erwähnten Kunststoffs und Gummis in einem Banbury- Mischer, einem Blabender-Mischer oder in einer bestimmten Sorte von Knetmaschinen/Extrudern (im gleichen Sinn/im Gegensinn rotierender Extruder) gehalten werden, schließlich geknetet und die Gummiphase dispergiert wird, ferner ein Vulkanisierungsmittel zugesetzt wird und die Mischung bei einer Temperatur, welche die Vulkanisation beschleunigt, mastiziert wird, bis die Vulkanisation vervollständigt ist.
So wird das thermoplastische Elastomer, das bei der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, durch Vulkanisierung der Gummiphase hergestellt, wobei eine Mastizierung durchgeführt wird, das heißt eine dynamische Vernetzung, welche dynamisch die Vulkanisierung oder die dynamische Vulkanisierung durchführt.
Das oben erwähnte thermoplastische Elastomer wird auch als "dynamisch vulkanisiertes Gummi" oder als "dynamisch vulkanisiertes thermoplastisches Gummi" wegen seines charakteristischen Merkmals bei der Produktion, nämlich der dynamischen Hitzebehandlung, bezeichnet.
Wegen seines Herstellungsverfahrens verhält sich das thermoplastische Elastomer genauso wie vulkanisiertes Gummi; und da zumindest die kontinuierliche Phase aus einer Kunststoffphase besteht, kann während der Verformung und Verarbeitung des thermoplastischen Elastomers eine der Verarbeitung eines thermoplastischen Kunststoffs äquivalente Methode angewandt werden.
Während der Herstellung eines solchen dynamisch vulkanisierten Gummis kann das Vulkanisationssystem des Gummis jedes übliche System sein, solange es imstande ist, Gummi zu vulkanisieren, es wird jedoch, wenn das Gummi NR, IR, BR oder SBR ist, bevorzugt ein Vulkanisierungsmittel auf der Grundlage von Schwefel verwendet. Falls das Gummi IIR, Cl-IIR oder Br-IIR ist, wird bevorzugt ein Vulkanisie­ rungsmittel auf der Grundlage von Schwefel, eines Kunststoffs oder eines Metalloxids, falls es CR ist, wird bevorzugt ein Vulkanisierungsmittel auf der Grundlage von Schwefel, eines Metalloxids oder von Thioharnstoff, falls es EPDM ist, ein Vulkanisierungsmittel auf der Grundlage von Schwefel, falls es EPM ist, ein Vulkanisierungsmittel auf der Grundlage eines organischen Peroxids, falls es NBR ist, ein Vulkanisierungsmittel auf der Grundlage von Schwefel oder eines Metalloxids verwendet. Falls das Gummi CM ist, wird bevorzugt ein Vulkanisierungsmittel auf der Grundlage von Thioharnstoff, von Triazinthiol oder eines organischen Peroxids, falls es CSM ist, ein Vulkanisierungsmittel auf der Grundlage von Schwefel oder eines Metalloxids, falls es ACM oder ANM ist, ein Vulkanisierungsmittel auf der Grundlage eines polyfunktionellen Amins oder von Triazinthiol, falls es CO oder ECO ist, wird Vulkanisierungsmittel auf der Grundlage eines Metalloxids verwendet. Falls das Gummi AEM ist, wird bevorzugt eine Vulkanisierungsmittel auf der Grundlage eines polyfunktionellen Amins, eines Imidazols oder von Triazinthiol, falls es ER ist, ein Vulkanisie­ rungsmittel auf der Grundlage eines Imidazols oder von Triazinthiol, und falls es HNBR ist, ein Vulkanisierungs­ mittel auf der Grundlage von Schwefel, eines Metalloxids oder eines organischen Peroxids verwendet.
Der Schlauch 1 gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt den Innenschlauch 2, die verstärkende Schicht 3 und den Außenmantel 4, wie in der Fig. 1 gezeigt wird. Die verstärkende Schicht 3 ist nicht speziell beschränkt und kann eine Schicht aus geflochtenen, spiralförmig verlaufenden (oder gestrickten) Garnen aus Vinyonfaser, einer Kunstseidefaser, einer Polyesterfaser, einer Polyamidfaser (z. B. Nylon), einer aromatischen Polyamidfaser usw. sein, oder aus Hartstahldrähten bestehen, in der gleichen Weise wie die verstärkenden Schichten des Standes der Technik.
Bevorzugt hat der Innenschlauch 2 des Schlauchs 1 gemäß der vorliegenden Erfindung einen inneren Durchmesser von 3 bis 30 mm, eine Dicke von 0,5 bis 4,0 mm und einen äußeren Durchmesser von 4 bis 40 mm, obwohl das keine Beschränkung darstellt.
Andererseits hat der Außenmantel des Schlauchs einen inneren Durchmesser von 4 bis 40 mm, eine Dicke von 0,5 bis 4,00 mm und einen äußeren Durchmesser von 5 bis 50 mm.
Der Schlauch der vorliegenden Erfindung kann leicht mit einem an sich wohlbekannten Verfahren hergestellt werden, nämlich mit einem Strangpressverfahren des thermoplastischen Elastomers.
Die Spannung bei Dehnung um 25% (das heißt der 25% Modul) des Innenschlauchs und des Außenmantels des so hergestellten Schlauchs ist eine wichtige Bedingung für die erste und zweite Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung. Obwohl diese Spannung nicht speziell begrenzt ist, liegt die Spannung bei Dehnung um 25% im allgemeinen bevorzugt beim Innenschlauch zwischen 49,03 und 980,7 N/cm2 und beim Außenmantel zwischen 49,03 und 784,5 N/cm2.
Der Innenschlauch 2 und der Außenmantel 4 des Schlauchs 1 gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen aus einer Kombination von thermoplastischen Elastomeren, die einen Mp-Wert von 686,5 N/cm2 oder weniger bei der folgenden Relationsformel (I) zwischen der Spannung und der Dicke des Innenschlauchs und des Außenmantels des Schlauchs der vorliegenden Erfindung bei ihrer Dehnung um 25% liefern, wie bereits oben erwähnt wurde.
In der Formel bedeuten t1 und t2 die Dicke (mm) des Innenschlauchs bezw. des Außenmantels, (siehe Fig. 1) und M1 und M2 die Spannung (N/cm2) bei Dehnung um 25% des Innenschlauchs bezw. des Außenmantels.
Wenn der Innenschlauch und/oder der Außenmantel des Schlauchs gemäß der vorliegenden Erfindung ein aus mehreren Schichten bestehender Schlauch ist, wird die Summe der Werte der Proportionen (Brüche) der Dicke eines Materials, das die Dicke des mehrschichtigen Schlauchs bildet, zu der Spannung bei Dehnung um 25% des mehrschichtigen Schlauchs oder zu der Spannung bei Dehnung um 25% jedes Materials, aus dem der mehrschichtige Schlauch besteht, addiert, oder mit anderen Worten: Mi, das durch die folgende Formel (II) definiert wird, kann als M1 und M2 der obigen Formel (I) verwendet werden.
In der Formel bedeutet t1 die Dicke der Schicht (mm), die den Innenschlauch oder den Außenmantel bildet, Mi die Spannung (N/cm2) bei Dehnung um 25% der Schicht, die den Innenschlauch oder den Außenmantel bildet, und j die Zahl der Komponenten des mehrschichtigen Schlauchs.
Der Schlauch 1 gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Flexibilität auf und seine Biegesteifigkeit beträgt 9,807 N oder weniger und bevorzugt 7,845 N oder weniger bei einem Krümmungsradius, der viermal den äußeren Durchmesser des Schlauchs 1 beträgt. Wenn die Biege­ steifigkeit größer als 9,807 N ist, besitzt der Schlauch eine schlechtere Flexibilität und liegt außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung.
Der Schlauch der vorliegenden Erfindung, der diese Eigenschaften aufweist, kann unter Verwendung der thermoplastischen Elastomere, welche die oben erwähnten Eigenschaften aufweisen, als Materialien für den Innenschlauch und den Außenmantel erhalten werden.
Der Schlauch gemäß der vorliegenden Erfindung ist so flexibel wie ein Schlauch, der aus vulkanisiertem Gummi besteht, und kann für die gleichen Zwecke angewendet werden wie ein vulkanisierter Gummischlauch. Bei der zweiten Ausbildungsform der Erfindung besitzt der Schlauch insbeso­ dere eine hervorragende Hitzebeständigkeit zusätzlich zu der Flexibilität.
Bei der ersten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung wird der Typ der Komponente des vulkanisierten Gummis im thermoplastischen Elastomer bevorzugt entsprechend den Eigenschaften des Flüssigkeit innerhalb des Schlauch ausgewählt.
Wenn beispielsweise bei der ersten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung der Innenschlauch mit einem Mineralöl (oder einem hydraulischem Öl) in Kontakt kommt, wie im Falle eines hydraulischen Schlauchs, wird als Komponente des vulkanisierten Gummis im thermoplastischen Elastomer, das den Innenschlauch des vorliegenden Schlauchs bildet, vorzugsweiseein vulkanisiertes Produkt eines Nitrilgummis wie NBR verwendet, um die Ölfestigkeit zu verbessern.
Der Typ des thermoplastischen Elastomers, aus dem der Innenschlauch und der Außenmantel des vorliegenden Schlauchs bestehen, kann ebenso je nach den Anwendungsformen des Schlauchs variiert werden, und alle üblichen Zusatzstoffe wie Füllmittel, Stabilisatoren, Farbstoffe und ähnliche können gegebenenfalls zugesetzt werden.
BEISPIELE
Die vorliegenden Erfindung wird nunmehr durch die folgenden Beispiele näher erläuter werden, auf die sie jedoch keineswegs beschränkt wird.
Beispiel 1
Schläuche gemäß der ersten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung (Beispiele 1 bis 6) und Schläuche gemäß dem Stand der Technik (Vergleichsbeispiele 1 bis 3) wurden unter Verwendung der Materialien, die in der Tabelle 1 für den Innenschlauch, den Außenmantel un die Verstärkungsschicht aufgeführt sind, gemäß dem unten beschriebenen Verfahren hergestellt.
Herstellungsverfahren des Schlauchs (1) Extrudieren des Innenschlauchs
Das Material für den Innenschlauch wurde bis zu einer vorbestimmten Dicke auf einem Nylon 6-Spritzdorn von 6,0 mmϕ, mittels eines Kunststoff-Extruders extrudiert, um den Innenschlauch zu bilden.
(2) Flechten der Verstärkungsschicht
Nach Beschichten des Innenschlauchs mit einem bei Raumtemperatur aushärtenden Klebstoff vom Urethan-Typ wurde eine vorbestimmte verstärkende Faserschicht mittels einer Flechtmaschine gebildet.
(3) Extrudieren des Außenmantels
Nach Beschichten der Verstärkungsschicht mit einem bei Raumtemperatur aushärtenden Urethan-Klebstoff wurde das Material für den Außenmantel bis zu einer vorbestimmten Dicke mittels eines Kunststoff-Extruders extrudiert, um den Außenmantel zu bilden.
Die Biegesteifigkeit jedes der auf diese Weise hergestellten Schläuche wurde gemessen (bei einem Krümmungsradius, der viermal den Außenradius des Schlauchs betrug).
Getrennt davon wurden Folien aus den Materialien des Innenschlauchs und des Außenmantels hergestellt, und die Spannung bei ihrer Dehnung um 25% wurde in Übereinstimmung mit dem JIS (Japanese Industrial Standard) K6301-Test für geringe Dehnungsspannung gemessen.
Der Mp-Wert jeder Schlauchprobe wurde aus der Spannung bei Dehnung um 25% (25% Modul) der Materialien für den Innenschlauch und den Außenmantel und aus der Dicke des Innenschlauchs und des Außenmantels der Schlauchprobe berechnet. Die Resultate werden in der Tabelle 1 gezeigt.
Die Zusammensaetzungen und die Eigenschften des thermoplastischen Elastomers werden in der Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
M25: Spannung bei Dehnung von 25%
(Bemerkungen) Hersteller:
AES . . . erhältlich von A.E.S. Japan Co.
DSM . . . erhältlich von Sanyo Trading K.K. (ehemals NOVACOR Co,)
Die Symbole der Komponenten in der Tabelle 2 bedeuten folgendes:
PP: Polypropylen
PVC: Polyvinylchlorid
NBR: Acrylnitril-Butadien-Copolymergummi
EPDM: Ethylen-propylen-dienmonomeres ternäres Copolymergummi
TPEE: Thermoplastisches Polyester-Elastomer
Fig. 2 zeigt die Relation zwischen Mp und der Biegesteifigleit. In der Fig. 2 stellt ein schwarzer Kreis die Schläuche gemäß der ersten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung (Beispiele 1 bis 6) und ein weißer Kreis stellt die Schläuche der Vergleichbeispiele (Vergleichsbeispiele 1 bis 3) dar.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, weisen Mp und die Biegesteifigkeit eine Wechselbeziehung auf und zeigen eine lineare Relation. Aus dieser Linie ist verständlich, daß der Mp-Wert, mit dem eine Biegesteifigkeit von 9,807 N oder weniger erhalten wird, bis zu 686,5 N/cm2 beträgt und der Mp-Wert, mit dem eine Biegesteifigkeit von 7,845 N oder weniger erreicht wird, bis zu 490,3 N/cm2 beträgt.
Beispiel 2
Schläuche gemäß der zweiten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung (Beispiele 7 bis 10) wurden in der gleichen Weise hergestellt wie die des Beispiels 1.
Die Biegesteifigkeit bei einem Krümmungsradius, der das Vierfache des Außendurchmessers des Schlauchs beträgt, wurde für jeden der erhaltenen Schläuche auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 gemessen. Außerdem wurden Folien aus den Materialien des Innenschlauchs bezw. des Außenmantels hergestellt, und die Spannung bei ihrer Dehnung um 25% (25% Modul) wurde gemessen, um den Mp-Wert für jeden der Schläuche zu berechnen.
Der Test für die Biegesteifigkeit wurde für jeden der Schläuche in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 gemäß der zweiten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung, nämlich für die Schläuche der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 und für die Schläuche der Beispiele 1 und 2 der vorliegenden Erfindung durchgeführt, und ein Destruktivtest wurde für jeden dieser Schläuche bei 20, 100, 120 und 140°C in Übereinstimmung mit einem JIS K6349 Druckfestigkeitstest (Bruchtest) durchgeführt.
Tabelle 4
M25: Spannung bei Dehnung von 25% (25% Modul)
BEMERKUNG:
Hersteller:
NZ . . . Nippon Zeon K.K.
AES . . . erhältlich von A.E.S. Japan Co.
DSM . . . erhältlich von Sanyo Boeki K.K. (ehemals NOVACOR Co.)
Die Symbole der Komponenten in der Tabelle 4 bedeuten folgendes:
PBT: Polyethylenterephthalat
PP: Polypropylen
ACM: Acrylgummi
TPEE: Thermoplastisches Polyester-Elastomer
NBR: Acrylnitril-Butadien-Copolymergummi
EPDM: Ethylen-Propylen-dienmonomeres ternäres Copolymergummi
Wie in der Tabelle 3 gezeigt wird, waren die Biegesteifigkeiten der Schläuche in allen Vergleichs­ beispielen 1 bis 3 wie bei Schläuchen des Standes der Technik höher als 9,807 N, und von diesen Schläuchen könnte man nicht behaupten, daß sie eine hohe Flexibilität aufweisen.
Die Schläuche der Beispiele 1 und 2 gemäß der ersten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung weisen eine hervorragende Flexibilität auf. Obwohl diese Schläuche in dieser Hinsicht für die gleichen Anwendungen wie die Schläuche aus vulkanisiertem Gummi verwendet werden könnten, hatten sie ein Problem bezüglich der Hitzebeständigkeit bei hohen Temperaturen von 120°C und darüber.
Die Schläuche der Beispiele 7 bis 10 gemäß der zweiten Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung hatten eine hervorragende Biegesteifigkeit von 9,807 N und darunter und hatten auch eine hervorragende Haltbarkeit selbst bei einer hohen Temperatur von 120°C und darüber. Daraus konnte man ersehen, daß diese Schläuche sowohl eine hervorragende Flexibilität als auch eine hervorragende Hitzebeständigkeit aufweisen.
Der Schlauch gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenso flexibel wie ein Schlauch aus vulkanisiertem Gummi oder weist eine höhere Hitzebeständigkeit auf. Überdies sind die Produktionskosten niedriger, da der Schlauch gemäß der vorliegenden Erfindung sehr leicht und einfach hergestellt werden kann, und der Schlauch kann für die gleichen Anwendungszwecke verwendet werden wie ein Schlauch aus vulkanisiertem Gummi.

Claims (6)

1. Ein Schlauch, der zumindest einen Innenschlauch, eine verstärkende Schicht und einen Außenmantel umfaßt, in dem (i) der Innenschlauch und der Außenmantel unabhängig voneinander aus einem thermoplastischen Elastomer bestehen, das einen thermoplastischen Kunststoff, in dem vulkanisiertes Gummi dispergiert ist, umfaßt, (ii) Mp, das durch die nachfolgende Formel (I) definiert wird, nicht größer als 686,5 N/cm2 ist, und (iii) die Biegesteifigkeit des Schlauchs bei einem Krümmungsradius, der viermal so groß ist wie der äußere Durchmesser des Schlauchs, nicht größer als 9,807 N ist:
worin t1 und t2 die Dicke (mm) des Innenschlauchs bezw. des Außenmantels, und M1 und M2 die Spannung (N/cm2) bei Dehnung um 25% des Innenschlauchs bezw. des Außenmantels bedeuten.
2. Ein Schlauch gemäß Anspruch 1, in dem der genannte Innenschlauch aus einem thermoplastischen Polyesterkunststoff besteht, der eine dispergierte Zusammensetzung von vulkanisiertem acrylgruppenhaltigem Gummi enthält.
3. Ein Schlauch gemäß Anspruch 1, in dem Mp, definiert durch die Formel (I), 49,03 N/cm2 bis 490,3 N/cm2 beträgt.
4. Ein Schlauch gemäß Anspruch 1, in dem das Gewichtsverhältnis des thermoplastischen Kunststoffs zu dem Gummi 75/25 bis 25/75 ist,
5. Ein Schlauch gemäß Anspruch 1, in dem der thermoplastische Kunststoff ein Polyolefin, ein Polyvinylchlorid, ein Polyamid oder ein Polyester ist.
6. Ein Schlauch gemäß Anspruch 1, in dem das dispergierte vulkanisierte Gummmi in der Form von Teilchen vorliegt, die eine Größe von 50 µm oder weniger besitzen.
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