DE60103369T2 - Schlauch- und rohrverstärkung - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verstärkung von Polymer- und Gummiprodukten, wie z.B. flexiblen Schläuchen für pneumatische und hydraulische Anwendungen. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar bei der Verstärkung von relativ steifen Rohren aus Polymermaterial. Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung eines speziellen Textils zum Verstärken von Schläuchen und Rohren.
  • Gummiprodukte, wie z.B. Fahrzeugreifen und hydraulische Schläuche, werden bekanntermassen mit sogenanntem Reifencord ("tyre cord") verstärkt. Reifencord umfasst im allgemeinen eine Vielzahl von parallelen Textilcorden oder "Enden", die in einem Kalandrierverfahren in einer Gummilage eingebettet werden, wobei ein Verstärkungsprodukt gebildet wird, das dann für die Anwendung in einer Reifen- oder einer Schlauchvorform geeignet ist. Das Einbetten der Corde in die Gummischicht ist erforderlich, um die Corde in eine stabile und robuste Form zu bringen und ihre anschliessende Handhabung zu erleichtern.
  • Das Kalandrierverfahren selbst ist relativ arbeits- und energieintensiv und führt typischerweise zu Abfall sowohl der Corde wie auch der Gummischicht. Insbesondere gibt es normalerweise Materialverluste an den Kanten und an den beiden Enden jedes Kalandrierproduktionslaufs. Dementsprechend wäre es sehr erwünscht, ein neues Verstärkungsprodukt als Ersatz und ein Verfahren bereitzustellen, das nicht das traditionelle Kalandrieren erfordert. Die Erfindung zielt auf die Bereitstellung eines genau solchen Produkts und Verfahrens ab.
  • GB-2 335 251 offenbart ein spulbares Verbundrohr, umfassend eine im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässige Innenlage aus einem polymeren oder metallischen Material, und eine erste Verbundschicht (14), die die Lage einschliesst und aus Faser und Matrix gebildet wird, wobei die erste Verbundschicht erste (20), zweite (16) und dritte (18) Fasern aufweist, die sich helixförmig erstrecken, wobei sich die zweite Faser im Uhrzeigersinn und die dritte Faser entgegen dem Uhrzeigersinn erstrecken, so dass die erste Faser mit zumindest einer der zweiten Faser und der dritten Faser verwebt ist.
  • Gemäss einem Aspekt stellt die Erfindung ein Verstärkungstextil zur Verwendung bei der Herstellung von Schläuchen und Rohren mit einer Aufbaumatrix aus einem Polymermaterial bereit, wobei das Verstärkungstextil eine Ansammlung von im wesentlichen parallelen Verstärkungsgarnen, die entlang der Längsrichtung des Textils angeordnet sind, und eine Vielzahl von transversalen und/oder schräg verlaufenden Granen, die die Verstärkungsgarne miteinander verbinden, umfasst. Das Verstärkungstextil ist ein stabiles Textil für die direkte Anwendung auf eine Polymeraufbaumatrix einer Vorform des Schlauches oder Rohres durch Wickeln des Verstärkungstextils um die Vorform. Das Verstärkungstextil wird an die direkte Anwendung auf eine Polymeraufbaumatrix der Vorform adaptiert, indem die transversalen und/oder schräg verlaufenden Garne im wesentlichen leichter sind als die Verstärkungsgarne, und dadurch, dass mindestens eine Oberfläche des Verstärkungstextils für die Haftung an die Polymeraufbaumatrix der Vorform des Schlauches oder Rohres klebrig gemacht wurde. Der Ausdruck "Haftung", wie hier verwendet, bedeutet nicht, dass eine besonders starke Bindung zwischen der Polymeraufbaumatrix der Vorform und dem Verstärkungstextil erzielt werden soll, sondern der Ausdruck "Haftung" wird verwendet, um ein bestimmtes Mass der Klebrigkeit zu bezeichnen, die erforderlich ist, um das Verstärkungstextil an der Stelle auf der Vorform des Schlauches oder Rohres während der anschliessenden Herstellungsschritte zu halten.
  • Zusätzlich zum Klebrigmachen der mindestens einen Oberfläche des Verstärkungstextils kann eine chemische Oberflächenbehandlung auf die in Längsrichtung verlaufenden Verstärkungsgarne oder das gesamte Verstärkungstextil aufgetragen werden, um eine starke Bindung der Verstärkungsgarne an die Polymeraufbaumatrix des Schlauches oder des Rohres nach der vollständigen Herstellung des Schlauches oder des Rohres sicherzustellen. Die chemische Oberflächenbehandlung kann vor oder gleichzeitig während des Klebrigmachens aufgetragen werden.
  • Die erfindungsgemässen Verstärkungsgarne werden typischerweise als Kette in dem Textil angeordnet, während die verbindenden Garne typischerweise als transversale Schussgarne und/oder als schräg verlaufende Garne, die sich in einem Winkel zur Kette erstrecken, angeordnet sind. Die Verstärkungsgarne sind typischerweise relativ schwere Corde, während die verbindenden Garne wesentlich leichter sind und so leicht wie einfache Fäden sein können. Im Kontext der vorliegenden Erfindung bedeutet "leichter", dass das Gewicht der transversalen und/oder schräg verlaufenden Garne viel geringer ist als das der longitudinalen Verstärkungsgarne. Dies führt typischerweise dazu, dass die transversalen und/oder schräg verlaufenden Garne eine beträchtlich geringere Zugfestigkeit als die Verstärkungsgarne aufweisen.
  • Die Verstärkungsgarne oder -corde können beliebig aus einer Vielzahl von natürlichen und synthetischen Garnen oder Monofilamenten ausgewählt werden und werden vorzugsweise gebildet aus einem oder mehreren von Nylon, Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Aramid, PVA, Kunstseide, Baumwolle, Kohlenstoff, Metall oder Glas. Die Zusammensetzung der Schuss- und/oder schräg verlaufenden Garne ist nicht kritisch, und praktisch wird jeder Typ, der das Verstärkungscord sicher in dem Textil halten kann, genügen. Im Gegensatz zu traditionellem Reifencord sind weiterhin die Verstärkungsgarne in dem erfindungsgemässen Textil vorzugsweise gering gezwirnte Garne. Diese bieten eine niedrigere Elastizität, und folglich zeigen sie eine geringere Dehnung in Schlauchanwendungen unter Druck.
  • Das Verstärkungstextil kann auf nur einer Oberfläche klebrig gemacht werden, aber es ist bevorzugter, beide klebrig zu machen. Zum Beispiel kann das gesamte Textil mit einer klebrigmachenden Substanz imprägniert worden sein. In diesem Zusammenhang ist, wie in der Technik bekannt, eine klebrige Oberfläche eine Oberfläche, die an einer anderen Oberfläche durch leichten Druck haften wird. In einer besonders bevorzugten Form der Erfindung sind die Garne des Verstärkungstextils durch Anwendung einer Beschichtung klebrig gemacht, die die Gesamtstabilität des Textils verstärkt und/oder die Haftung des Textils an die Polymermatrix der Schlauch- oder Rohrvorform bei der Bildung/Herstellung der Schlauch- oder Rohrvorform fördert. Die Beschichtungssubstanz selbst ist vorzugsweise eine Flüssigkeit, die dem Polymer des Schlauches äquivalent oder hiermit kompatibel ist. Der Beschichtungsschritt des Textils kann mittels Eintauchen oder Sprühen des gesamten Textils durchgeführt werden. Alternativ können die Verstärkungsgarne selbst vor ihrer Einarbeitung in das Verstärkungstextil einzeln behandelt oder beschichtet werden.
  • Das Verstärkungstextil kann gemäss einer Vielzahl von bekannten Textilkonstruktionen gebildet werden, einschliesslich gewebten, gewirkten, gelegten, geflochtenen, gesteppten, genähten und Vlieskonstruktionen. In einer bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsform weist das Textil gewebte oder gewirkte Schussgarne/Fäden auf. Das Textil kann möglicherweise auch Schusseintrag umfassen. In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Verstärkungstextil eine gelegte Konstruktion auf, wobei die Garne kollektiv behandelt werden, so dass sie in dem Textil zusammenbinden. Diese Behandlung der Garne kann auch ein Beschichtungsschritt sein. Am bevorzugtesten dient die Beschichtung der gelegten Garne sowohl der Bindung der gelegten Garne zu einer relativ robusten gelegten Textilkonstruktion als auch zum Klebrigmachen des Textils, mit anderen Worten dazu, es geeignet haftend an die Polymermatrix der Schlauchvorform für ihre direkte Anwendung hierauf zu machen.
  • Das erfindungsgemässe Verstärkungstextil ist aufgrund seiner neuen Konstruktion inhärent stabil und erlaubt somit, das Textil in Bandform zu schlitzen.
  • Dementsprechend wird das erfindungsgemässe Verstärkungstextil vorzugsweise geschlitzt auf Haspeln von Textilstreifen oder -bändern bereitgestellt, wobei sich die Verstärkungsgarne oder -corde in Längsrichtung des Streifens erstrecken. Bei der Verwendung wird der erfindungsgemässe Textilstreifen direkt um die Polymermatrixvorform eines Schlauches in im wesentlichen Umfangsrichtung gewickelt. Der Textilstreifen kann jedoch in einem leichten Winkel zu der Umfangsrichtung gewickelt werden, so dass der Streifen eine Länge des Schlauches oder des Rohres schraubenartig durchläuft. Das Klebrigmachen hilft, die Unversehrtheit der Textilstreifen nach dem Schlitzen des Verstärkungstextils beizubehalten.
  • Gemäss einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines stabilen Verstärkungstextils bereit, das direkt um eine Polymeraufbaumatrix einer Schlauch- oder Rohrvorform gewickelt werden soll, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • – Anordnen einer Vielzahl von Verstärkungsgarnen im wesentlichen Seite an Seite als Kettgarn des Textils,
    • – Anordnen einer Vielzahl von Schuss- und/oder schräg verlaufenden Garnen, die im wesentlichen leichter sind als die Verstärkungsgarne, um die Vielzahl von Verstärkungsgarnen mit der Vielzahl von Schuss- und/oder schräg verlaufenden Garnen zu verbinden,
    • – Klebrigmachen mindestens einer Oberfläche des Verstärkungstextils, so dass das Verstärkungstextil an der Polymeraufbaumatrix der Vorform des Schlauches oder des Rohres klebt. Gemäss einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Verstärken eines Schlauches oder Rohres aus einem Polymermaterial bereit, umfassend die Schritte:
    • – Bereitstellen eines erfindungsgemässen länglichen Streifens eines Verstärkungstextils, wie oben beschrieben,
    • – Bilden einer Vorform des Schlauches oder des Rohres, umfassend eine Matrix des Polymermaterials, und
    • – Auftragen des Verstärkungstextils direkt auf die Polymermatrix der Schlauch- oder Rohrvorform durch Wickeln des Textilstreifens in im wesentlichen Umfangsrichtung um die Vorform.
  • Die Breite des Streifens des Verstärkungstextils wird im allgemeinen vom Durchmesser der Vorform abhängen, auf die das Textil aufgetragen wird. Zum Beispiel liegt die Breite (b) des Streifens vorzugsweise im Bereich von 0,50 und 0,90 πd, aber sie wird am bevorzugtesten gemäss der folgenden Formel berechnet: b = 0,705 πdwobei:
    • b = Streifenbreite und
    • d = Durchmesser der Verstärkung
  • Gemäss einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung auch einen Schlauch oder ein Rohr bereit, der bzw. das durch das obige Verfahren gebildet wird.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird eine bevorzugte Ausführungsform hiernach als ein Beispiel beschrieben. Dieses Beispiel kann unter Bezugnahme auf die vorhergehende Beschreibung gelesen werden, aber es ist keineswegs beabsichtigt, die Allgemeinheit der Beschreibung hierauf zu beschränken.
  • In einer beispielhaften erfindungsgemässen Ausführungsform wird ein Textil für die Verstärkung eines flexiblen Gummischlauches für die Verwendung in einem Wasserkreislauf bereitgestellt, mit anderen Worten ein flexibler Gummischlauch, der im wesentlichen inneren Drücken ausgesetzt wird. Das Verstärkungstextil ist im wesentlichen in einer Richtung orientiert – der Längs- oder Kettenrichtung. Die zweite oder Schussrichtung liegt lediglich vor, um die Hauptrichtung in regelmässiger Weise zusammenzuhalten. Dementsprechend umfasst das Textil eine Vielzahl von textilen Verstärkungsgarnen oder -corden (z.B. Nylon), die im wesentlichen parallel und relativ dicht in der Kette des Textils angeordnet sind. Eine Vielzahl von Schussgarnen wird mit dem Kettverstärkungscord gewirkt, wobei ein Textil gebildet wird. Der zweite Satz Garne (die Schussgarne) ist jedoch eine Grössenordnung leichter als die Kettcorde und kann beträchtlich spärlicher angeordnet werden.
  • Das Textil ist für das direkte Auftragen auf die Gummimatrix des Schlauches angepasst. Diesbezüglich wird das Textil klebrig gemacht, um sowohl die unabhängige Stabilität des Textils zu verstärken als auch seine Haftung an das Gummimaterial bei der Herstellung des Schlauches oder Rohres zu fördern. Um dieses Klebrigmachen zu erzielen, wird das Textil mit einer flüssigen Substanz beschichtet, z.B, durch Eintauchen oder Sprühen. Die Beschichtungssubstanz ist mit dem Gummimaterial des Schlauches kompatibel. Das Textil wird in längliche Streifen geschlitzt, wobei die Verstärkungskettcorde sich in Längsrichtung der Streifen erstrecken.
  • Bei der Herstellung des Schlauches wird eine erste Schlauchvorform extrudiert, und der Streifen des Verstärkungstextils wird dann direkt auf die Gummimatrix der Vorform aufgetragen. Der Textilstreifen wird direkt um die Vorform in im wesentlichen Umfangsrichtung gewickelt, obwohl ein leichter Winkel bevorzugt ist, so dass das gewickelte Verstärkungstextil nach und nach die Länge des Schlauches durchläuft. Die Breite des Textilstreifens wird vorzugsweise gemäss der Formel: b = 0,705 πd berechnet, wobei b die Streifenbreite und d der Durchmesser der Verstärkung ist. Weiteres Gummimaterial wird dann typischerweise über das gewickelte Verstärkungstextil extrudiert.
  • Einer der wesentlichsten Vorzüge der Erfindung ist es, dass sie es ermöglicht, dass der zuvor erforderliche Kalandrierschritt, bei dem Reifencord in einer Lage von Gummi eingebettet wird, eliminiert wird. Dementsprechend kann vorgeschlitztes Verstärkungstextil, das direkt auf die Polymermatrix eines Schlauches aufgetragen wird, direkt an die Schlauchhersteller geliefert werden. Weiterhin kann die Erfindung ein stabileres und regelmässigeres Produkt als zuvor bereitstellen, das auf die Erfordernisse der Schlauchhersteller zugeschnitten ist.

Claims (16)

  1. Verstärkungstextil zur Verwendung bei der Herstellung von verstärkten Schläuchen oder verstärkten Rohren mit einer Aufbaumatrix aus einem Polymermaterial, wobei das Verstärkungstextil eine Ansammlung von im wesentlichen parallelen Verstärkungsgarnen, die entlang der Längsrichtung des Textils angeordnet sind, und eine Vielzahl von transversalen und/oder schräg verlaufenden Garnen, die die Verstärkungsgarne miteinander verbinden, umfasst, und wobei das Verstärkungstextil ein stabiles Textil für die direkte Anwendung auf die Polymeraufbaumatrix einer Vorform des Schlauches oder des Rohres durch Wickeln des Verstärkungstextils um die Vorform ist, wobei das Verstärkungstextil an das direkte Auftragen auf die Polymeraufbaumatrix der Vorform dadurch angepasst ist, dass – die transversalen und/oder schräg verlaufenden Garne im wesentlichen leichter sind als die Verstärkungsgarne, und dass – mindestens eine Oberfläche des Verstärkungstextils klebrig ist, um an die Polymeraufbaumatrix der Vorform des Schlauches oder des Rohres zu kleben.
  2. Verstärkungstextil gemäss Anspruch 1, wobei die Zugfestigkeit der transversalen und/oder schräg verlaufenden Garne im wesentlichen geringer ist als die Zugfestigkeit der Verstärkungsgarne.
  3. Verstärkungstextil gemäss Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Klebrigkeit die Einarbeitung der Verstärkungsgarne und der transversalen und/oder schräg verlaufenden Garne in ein stabiles Textil gewährleistet.
  4. Verstärkungstextil gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Klebrigkeit mittels einer Beschichtung der Garne bereitgestellt wird.
  5. Verstärkungstextil gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Textil in Form eines länglichen Streifens vorliegt und die Verstärkungsgarne sich in Längsrichtung des Streifens erstrecken.
  6. Verstärkungstextil gemäss Anspruch 5, wobei der Textilstreifen aufgewickelt auf eine Haspel oder eine Spule vorliegt.
  7. Verstärkungstextil gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstärkungsgarne eines oder mehrere aus Nylon, Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Rayon, Aramid, PVA, Kohlenstoff, Glas oder Metall oder anderen Materialien in Garnform oder als Monofilament umfassen.
  8. Verstärkungstextil gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Textil eine gewirkte, gewebte, Vlies-, gelegte, geflochtene, gesteppte oder genähte Konstruktion aufweist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines stabilen Verstärkungstextils, das direkt um eine Polymeraufbaumatrix einer Schlauch- oder Rohrvorform gewickelt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst – Anordnen einer Vielzahl von Verstärkungsgarnen im wesentlichen Seite an Seite als Kettgarn des Textils, – Anordnen einer Vielzahl von Schuss- und/oder schräg verlaufenden Garnen, die im wesentlichen leichter sind als die Verstärkungsgarne, um die Vielzahl von Verstärkungsgarnen mit der Vielzahl von Schuss- und/oder schräg verlaufenden Garnen zu verbinden, – Klebrigmachen mindestens einer Oberfläche des Verstärkungstextils, so dass das Verstärkungstextil an der Polymeraufbaumatrix der Vorform des Schlauches oder des Rohres klebt.
  10. Verfahren gemäss Anspruch 9, wobei der Klebrigmachschritt das Beschichten der Verstärkungsgarne und/oder der Schuss- und/oder schräg verlaufenden Garne vor, nach oder während der Textilbildung umfasst.
  11. Verfahren gemäss Anspruch 9 oder 10, wobei der Klebrigmachschritt das Besprühen der Garne mit einer Substanz in flüssiger Form und/oder das Eintauchen der Garne in ein Bad dieser Substanz umfasst.
  12. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Garne schon vor dem Klebrigmachschritt z.B. durch Wirken, Steppen, Nähen oder Weben miteinander verbunden werden.
  13. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Klebrigmachschritt der Garne auch dazu dient, diese innerhalb einer gelegten Textilkonstruktion miteinander zu verbinden.
  14. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 9 bis 13, weiterhin umfassend die Schritte: – Schlitzen des Textils in längliche Streifen, so dass die Verstärkungsgarne oder -schnüre sich in Längsrichtung des Streifens erstrecken, und – Aufwickeln des Streifens auf eine Haspel oder Spule.
  15. Verfahren gemäss Anspruch 14, wobei der Streifen eine Breite im Bereich von 0,50 bis 0,9 πd, und bevorzugt 0,705 πd, aufweist, wobei d der Verstärkungsdurchmesser des Schlauches oder des Rohres ist.
  16. Verfahren zum Verstärken eines Schlauches oder eines Rohres aus einem Polymermaterial, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines länglichen Streifens eines Verstärkungstextils gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, – Bilden einer Vorform des Schlauches oder des Rohres, umfassend eine Matrix des Polymermaterials, und – Auftragen des Verstärkungstextils direkt auf die Polymermatrix der Schlauch- oder Rohrvorform durch Wickeln des Textilstreifens in im wesentlichen Umfangsrichtung um die Vorform.
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