-
Hintergrund der Erfindung
-
Bei
den momentan für
Automobilanwendungszwecke eingesetzten Kraftstoffschläuchen handelt
es sich hauptsächlich
um Mehrschichtstrukturen. Die innerste röhrenförmige Schicht des Schlauches
ist aus einem Elastomermaterial gebildet, das die Flüssigkeit
im Schlauch halten soll. Zwischen der innersten Schicht und dem äußeren Elastomerüberzug befindet
sich eine Sperrschicht. Die
EP
0739712 offenbart einen Schlauch aus einem inneren Kern
aus Acrylnitril/Butadien-Kautschuk und einer Sperrschicht aus einem
Terpolymer von Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen und Vinylidenchlorid.
Bei anderen Kraftstoffschläuchen
ist die Sperrschicht die innerste röhrenförmige Schicht (bekannt als
Schlauch mit Innenbeschichtung), wobei sich das Elastomermaterial
außerhalb
einer solchen Sperrschicht befindet. Es werden viele Sperrschichten
verwendet; viele dieser als Sperre eingesetzten Verbindungen haften
jedoch an dem für
die innerste röhrenförmige Schicht verwendeten
herkömmlichen
Elastomermaterial nicht. Als Folge dieses Problems verwendet der
Fachmann herkömmlicherweise
eine Schicht zwischen der innersten Schicht und der Sperrschicht,
die sowohl mit dem für
die innerste Schicht verwendeten Elastomer als auch mit der Sperrschicht
kompatibel ist. Insbesondere ist die Haftung zwischen den hochgradig
undurchlässigen
Sperrschichten aus einem thermoplastischen Polymer und den innersten
Elastomerschichten problematisch. Es ist daher wünschenswert, einen Schlauch
mit hervorragender Haftung zwischen einer hochgradig undurchlässigen Sperrschicht
aus einem thermoplastischen Polymer und einer Elastomerschicht zu
haben.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Es
wird ein Schlauch nach Anspruch 1 offenbart. Die abhängigen Ansprüche decken
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung ab. In einem Aspekt der Erfindung ist das thermoplastische
Quadpolymer von (i) 40 bis 80 Gew.-% Tetrafluorethylen, (ii) 10
bis 30 Gew.-% Vinylidenfluorid, (iii) 5 bis 40 Gew.-% eines Comonomers
der Formel CF2=CFRf und
(iv) 0,1 bis 15 Gew.-% des Perfluorvinylethers der Formel CF2=CF-(OCF2CF(Rf))aOR'f abgeleitet.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schlauches.
-
2 ist
eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schlauches.
-
Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
-
Ein
erfindungsgemäßer Schlauch
umfasst eine Schicht aus einer NBR-Kautschukzusammensetzung und
eine Schicht aus einem von Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen,
Vinylidenfluorid und einem Perfluorvinylether abgeleiteten thermoplastischen
Quadpolymer, wobei die beiden Schichten in direktem gegenseitigem Kontakt
stehen. Bei der Herstellung eines Schlauches wie z. B. in 1 dargestellt
kann die NBR-Schicht
eine innere Kernschicht 1 sein. Die Quadpolymerschicht
kann eine Sperrschicht 3 sein. Eine Ausführungsform,
bei der die Quadpolymerschicht ein innerer Kern 1 und eine
Innenbeschichtungssperrschicht ist und die Schicht 3 aus
der NBR-Kautschukzusammensetzung besteht, wird später beschrieben.
-
Es
können
verschiedene Acrylnitril/Butadien-Kautschuke (NBR) eingesetzt werden.
Mooney-Viskosität
(M/L 1 + 4 @ 100°C)
und Acrylnitrilgehalt können
beispielsweise je nach Verwendungszweck des Schlauches variieren.
Geeignete Beispiele für
NBR können
eine Mooney-Viskosität
von 20 bis 110 aufweisen. Der Gehalt an gebundenem Acrylnitril in
einem geeigneten NBR kann von 20 bis 65 Gew.-% reichen. Ein geeigneter
NBR ist im Handel als Nipol von Zeon Chemical, z. B. Nipol 35-5,
Nipol DN4555, Nipol DN003 und dergleichen, oder als KRYNAC von Bayer,
z. B. KRYNAC 4560C, KRYNAC 34E80 erhältlich. In einer Ausführungsform
kann der NBR 30 bis 40 Gew.-% gebundenes Acrylnitril (ACN) umfassen.
In einer anderen Ausführungsform
kann der NBR mindestens 41 Gew.-% gebundenes Acrylnitril (ACN) umfassen.
In einer anderen Ausführungsform
kann der NBR ein NBR mit hohem Nitrilgehalt sein und mindestens
45 Gew.-% gebundenes Acrylnitril (ACN) umfassen.
-
Die
NBR-Kautschukzusammensetzung umfasst mindestens ein Organophosphoniumbenzotriazolat. In
einer Ausführungsform,
kann das Organophosphoniumbenzotriazolat aus der Gruppe bestehend
aus quaternären
Phosphoniumbenzotriazolaten mit alkylsubstituierten Gruppen mit
1 bis 20 Kohlenstoffatomen ausgewählt sein. Das Organophosphoniumbenzotriazolat
kann aus quaternären
Phosphoniumsalzen mit einem Benzotriazolat-Anion ausgewählt sein,
z. B. Organophosphoniumbenzotriazolaten wie Tetrabutylphosphoniumbenzotriazolaten
und Trioctylethylphosphoniumbenzotriazolaten. In einer Ausführungsform
ist das Organophosphoniumbenzotriazolat Tetra-n-butylphosphoniumbenzotriazolat, erhältlich als
ZEONET PB von Zeon Chemicals. Die nützliche Menge des Organophosphoniumbenzotriazolats
ist die Menge, die für
die Verleihung von Haftung zwischen der ersten und der zweiten Schicht
des Schlauches notwendig ist. In einer Ausführungsform umfasst die NBR-Zusammensetzung
1 bis 10 phr Organophosphoniumbenzotriazolat. In einer anderen Ausführungsform
umfasst die NBR-Zusammensetzung 2 bis 7 phr Organophosphoniumbenzotriazolat.
-
Die
NBR-Kautschukzusammensetzung der zweiten Schicht des erfindungsgemäßen Schlauches
umfasst Organophosphoniumbenzotriazolate und schließt Organophosphoniumhalogenide
wie Tetrabutylphosphoniumchlorid, Allyltributylphosphoniumchlorid,
Tetrabutylphosphoniumbromid, Tributyl(methoxypropyl)phosphoniumchlorid,
Benzyltriphenylphosphoniumchlorid und Benzyltrioctylphosphoniumchlorid
im Wesentlichen aus. Mit „schließt Organophosphoniumhalogenide
im Wesentlichen aus" ist
gemeint, dass die NBR-Zusammensetzung weniger Organophosphoniumhalogenid
einschließt,
als für
die Verbesserung der Haftung der ersten Schicht an der zweiten Schicht
ausreichend wäre.
In einer Ausführungsform
umfasst das Organophosphoniumsalz weniger als 1 phr Organophosphoniumhalogenide.
In einer anderen Ausführungsform
umfasst das Organophosphoniumsalz weniger als 0,25 phr Organophosphoniumhalogenide.
-
Die
NBR-Kautschukzusammensetzung umfasst mindestens ein Amidin. In einer
Ausführungsform schließen die
Amidine 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7
(DBU) und 1,5-Diazabicyclo[4.3.0]nonen-5
(DBN) sowie Salze davon ein. Beispiele für DBU-Salze sind Salze von
1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7
mit Carbonaten, langkettigen Fettsäuren, Carboxylaten, aromatischen
Sulfonaten oder Carboxylaten, Phenolsalzen, Thiolsalzen, usw. Typische
Beispiele sind DBU-Carbonat, DBU-Stearat, DBU-Naphthoat, DBU-P-Hydroxybenzoat, DBU-P-Toluolsulfonat,
usw. Eingeschlossen sind auch unsubstituierte oder substituierte
Phenolsalze von 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7. Beispiele für solche
Verbindungen sind das Phenolsalz von 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7, die Cresolsalze
von 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7, die Resorcinolsalze von 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7
und die Hydrochinonsalze von 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7. Ein
unsubstituiertes Phenolsalz von 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7 ist im Handel von
Mitsui & Co.
(Kanada) Ltd. unter der Handelsbezeichnung Accelerator P152 erhältlich.
Die nützliche
Menge Amidin ist die Menge, die für die Verleihung von Haftung
zwischen der ersten und der zweiten Schicht des Schlauches notwendig
ist. In einer Ausführungsform
umfasst die NBR-Zusammensetzung
0,25 bis 10 phr Amidin. In einer anderen Ausführungsform umfasst die NBR-Zusammensetzung
0,5 bis 3 phr Amidin.
-
In
einer Ausführungsform
entspricht die Gewichtsmenge des Organophosphoniumbenzotriazolats
in der NBR-Zusammensetzung mindestens der Gewichtsmenge des darin
vorliegenden Amidins. In einer anderen Ausführungsform ist die Gewichtsmenge
des Organophosphoniumbenzotriazolats in der NBR-Zusammensetzung
größer als
die Gewichtsmenge des darin vorliegenden Amidins. In einer Ausführungsform
reicht das Gewichtsverhältnis
von Organophosphoniumbenzotriazolat zu Amidin in der NBR-Zusammensetzung von
1 bis 10. In einer anderen Ausführungsform
reicht das Gewichtsverhältnis
von Organophosphoniumbenzotriazolat zu Amidin in der NBR-Zusammensetzung
von 1,1 bis 7. In einer anderen Ausführungsform reicht das Gewichtsverhältnis von
Organophosphoniumbenzotriazolat zu Amidin in der NBR-Zusammensetzung
von 1,5 bis 3.
-
Die
NBR-Kautschukzusammensetzung umfasst mindestens einen Säureakzeptor.
Geeignete Säureakzeptoren
sind z. B., jedoch nicht ausschließlich Magnesiumoxid, Calciumhydroxid,
Lithargit, zweibasiges Bleiphosphit, Calciumoxid und Zinkoxid, Hydrotalkit
oder Tricalciumaluminathexahydrat, Ca3Al2O·6H2O. Hydrotalkite sind z. B., jedoch nicht
ausschließlich
durch die Formel Mg(1-x)Alx(OH)2(CO3)x/2·nH2O; 0,25 < × < 0,33 beschriebene
Materialien. Synthetisches Hydrotalkit kann ein Gemisch aus verschiedenen
Komponenten innerhalb des gegebenen Bereiches für x einschließen. Synthetische
Hydrotalkit-Formen sind aus mehreren Quellen erhältlich, z. B. als DHT-4A2® und
Alcamizer® von
Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., Sorbacid® 911 von
Süd-Chemie AG und Hycite® 713
von Ciba Specialty Chemicals. In einer Ausführungsform schließt der Säureakzeptor
Calciumhydroxid ein.
-
Säureakzeptoren
liegen in der Kautschukzusammensetzung in einem Bereich von 3 bis
20 Gewichtsteilen Säureakzeptor
pro 100 Gewichtsteile Elastomer vor, mit anderen Worten von 3 bis
20 phr (parts per hundred rubber). In einer Ausführungsform liegen die Säureakzeptoren
in einem Bereich von 5 bis 15 phr vor.
-
Die
Kautschukzusammensetzungen zur Verwendung bei dem Schlauch können mit
Hilfe von Schwefel, UV- oder Peroxidhärtsystemen vernetzt werden.
Bekannte Peroxidklassen, die verwendet werden können, sind z. B. Diacylperoxide,
Peroxyester, Dialkylperoxide und Peroxyketale. Spezifische Beispiele
sind Dicumylperoxid, n-Butyl-4,4-di(t-butylperoxy)valerat, 1,1-Di(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan,
1,1-Di(t-butylperoxy)cyclohexan, 1,1-Di(t-amylperoxy)cyclohexan,
Ethyl-3,3-di(t-butylperoxy)butyrat,
Ethyl-3,3-di(t-amylperoxy)butyrat, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan,
t-Butylcumylperoxid, α,α'-Bis(t-butylperoxy)diisopropylbenzol,
Di-t-butylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexyn-3, t-Butylperbenzoat,
4-Methyl-4-t-butylperoxy-2-pentanon und Mischungen davon. In einer
Ausführungsform
ist das Peroxid α,α'-Bis(t-butylperoxy)diisopropylbenzol.
Typische Peroxidmengen reichen von 1 bis 12 phr (basierend auf aktiven
Teilen Peroxid). In einer Ausführungsform
reicht die Peroxidmenge von 1 bis 8 phr.
-
Während der
Vernetzungsreaktion durch freie Radikale kann eine Co-Substanz vorliegen.
Co-Substanzen sind monofunktionelle und polyfunktionelle ungesättigte organische
Verbindungen, die zusammen mit den freien Radikal-Initiatoren verwendet
werden, um verbesserte Vulkanisationseigenschaften zu erzielen.
Repräsentative
Beispiele sind organische Acrylate, organische Methacrylate, Divinylester,
Divinylbenzol, Bismaleimide, Triallylcyanurate, Polyalkylether und
-ester, Metallsalze einer alpha/beta-ungesättigten organischen Säure und
Mischungen davon. In einer Ausführungsform
ist die Co-Substanz Triallylisocyanurat, erhältlich als SR533 von Sartomer.
In einer anderen Ausführungsform
ist die Co-Substanz N,N'-m- Phenylendimaleimid,
im Handel erhältlich
als SR525 von Sartomer oder als HVA-2 von DuPont-Dow.
-
Die
Co-Substanz kann in der NBR-Verbindung in unterschiedlicher Menge
vorliegen. In einer Ausführungsform
liegt die Co-Substanz in einer Menge von 0,1 bis 15 phr vor. In
einer anderen Ausführungsform
liegt die Co-Substanz in einer Menge von 1 bis 10 phr vor.
-
Die
Kautschukzusammensetzung zur Verwendung bei dem Schlauch kann mit
einem Schwefel-Vulkanisiermittel gehärtet werden. Beispiele für geeignete
Schwefel-Vulkanisiermittel sind elementarer Schwefel (freier Schwefel)
oder Schwefel abgebende Vulkanisiermittel, z. B. Amindisulfid, polymeres
Polysulfid oder Schwefelolefinaddukte. In einer Ausführungsform
ist das Schwefel-Vulkanisiermittel, sofern verwendet, elementarer
Schwefel. Die Menge des Schwefel-Vulkanisiermittels variiert je
nach den verbleibenden Bestandteilen in dem Überzug und dem jeweiligen Typ
des verwendeten Schwefel-Vulkanisiermittels. In einer Ausführungsform
reicht die Menge des Schwefel-Vulkanisiermittels
von 0,1 bis 8 phr. In einer anderen Ausführungsform reicht die Menge
des Schwefel-Vulkanisiermittels
von 1,0 bis 3 phr.
-
Zur
Steuerung der für
die Vulkanisation der Kautschukzusammensetzung benötigten Zeit
und/oder Temperatur können
Beschleuniger verwendet werden. Wie der Fachmann weiß, kann
ein einzelner Beschleuniger verwendet werden, der in einer Menge
von 0,2 bis 3,0 phr vorliegt. Alternativ können Kombinationen aus zwei
oder mehr Beschleunigern verwendet werden, die aus einem primären Beschleuniger,
der im Allgemeinen in einer größeren Menge
(0,3 bis 3,0 phr) verwendet wird, und einem sekundären Beschleuniger,
der im Allgemeinen in einer kleineren Menge (0,05 bis 1,50 phr)
verwendet wird, bestehen, um die Eigenschaften der Kautschukmischung
zu aktivieren und zu verbessern. Bekanntermaßen werden auch Beschleuniger
mit verzögerter Wirkung,
die durch normale Verarbeitungstemperaturen nicht beeinträchtigt werden
und bei normalen Vulkanisationstemperaturen zu einer zufriedenstellenden
Härtung
führen,
eingesetzt. Geeignete Arten von Beschleunigern sind z. B. Amine,
Disulfide, Guanidine, Thioharnstoffe, Thiazole, Thiurame, Sulfenamide,
Dithiocarbamate und Xanthate. Beispiele für spezifische geeignete Verbindungen
sind Zinkdiethyldithiocarbamat, 4,4'-Dithiodimorpholin, N,N-Dimethyl-S-tert-butylsulfenyldithiocarbamat,
Tetramethylthiuramdisulfid, 2,2'-Dibenzothiazyldisulfid,
Butyraldehydanilinmercaptobenzothiazol, N-Oxydiethylen-2-benzothiazolsulfenamid.
In einer Ausführungsform
ist der Beschleuniger ein Sulfenamid.
-
Häufig kommt
eine Klasse von Verbundwerkstoffen, die sogenannten Vulkanisationsverzögerer, zum Einsatz.
Bekannte Vulkanisationsverzögerer
sind Phthalsäureanhydrid,
Salicylsäure,
Natriumacetat und N-Cyclohexylthiophthalimid. Vulkanisationsverzögerer werden
im Allgemeinen in einer Menge. von 0,1 bis 0,5 phr eingesetzt.
-
In
der Kautschukzusammensetzung können
auch herkömmliche
Ruße vorliegen.
In einer Ausführungsform
wird Ruß in
einer Menge von 5 bis 250 phr eingesetzt. In einer anderen Ausführungsform
wird Ruß in
einer Menge von 20 bis 100 phr eingesetzt. Repräsentative Beispiele für Ruße, die
verwendet werden können,
sind z. B., jedoch nicht ausschließlich die mit der ASTM-Bezeichnung
N110, N121, N242, N293, N299, N315, N326, N330, N332, N339, N343,
N347, N351, N358, N375, N550, N582, N630, N624, N650, N660, N683,
N754, N762, N907, N908, N990, N991 und Mischungen davon.
-
Der
Fachmann ist sich darüber
im Klaren, dass die Kautschukzusammensetzung nach im Stand des Kautschukmischens
allgemein bekannten Verfahren gemischt wird, z. B. die verschiedenen
Kautschuke mit verschiedenen üblicherweise
verwendeten Zusatzmaterialien wie z. B. Härthilfen und Verarbeitungszusätzen wie Ölen, Harzen,
z. B. Klebrigmachern und Weichmachern, Füllmitteln, Pigmenten, Fettsäuren, Wachsen,
Antioxidantien und Antiozonantien gemischt werden. Die zuvor genannten
Zusätze
werden ausgewählt
und gemeinhin in herkömmlichen
Mengen verwendet.
-
Typische
Mengen Klebrigmacher, sofern verwendet, umfassen 0,5 bis 10 phr,
für gewöhnlich 1
bis 5 phr. Typische Menge Verarbeitungshilfen umfassen 1 bis 50
phr. Solche Verarbeitungshilfen können z. B. Polyethylenglycol,
Naphthen- und/oder
Paraffin-Verarbeitungsöle
einschließen.
Typische Mengen Antioxidantien umfassen 1 bis 5 phr. Ein repräsentatives
Antioxidans ist Trimethyldihydrochinolin. Typische Mengen Fettsäuren, sofern
verwendet, z. B. Stearinsäure,
umfassen 0,5 bis 3 phr. Typische Mengen Wachse umfassen 1 bis 5
phr. Häufig
werden mikrokristalline und Carnauba-Wachse verwendet. Typische
Mengen Weichmacher, sofern verwendet, umfassen 1 bis 100 phr. Repräsentative
Beispiele für
solche Weichmacher sind Dioctylsebacat, chlorierte Paraffine und
dergleichen.
-
Zur
Erhöhung
der Festigkeit und Integrität
der Kautschukzusammensetzung zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schlauches
können
verschiedene Nicht-Ruß-Füllmittel
und/oder Verstärker
zugesetzt werden. Ein Beispiel für
einen Verstärker
ist Siliciumdioxid. Siliciumdioxid kann in der Kautschukzusammensetzung
in einer Menge von 0 bis 80 Teilen verwendet werden. In einer Ausführungsform
wird Siliciumdioxid in einer Menge von 10 bis 20 Gewichtsteilen
bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk verwendet.
-
Das
Mischen der Kautschukzusammensetzung kann nach Verfahren erfolgen,
die dem Fachmann auf dem Gebiet des Kautschukmischens bekannt sind.
Die Bestandteile können
z. B. in einer Phase gemischt werden, werden aber typischerweise
in mindestens zwei Phasen gemischt, nämlich mindestens einer nicht-produktiven
Phase und anschließend
einer produktiven Mischphase. Die abschließenden Härter werden typischerweise
in der letzten Phase eingemischt, die herkömmlicherweise als „produktive" Mischphase bezeichnet wird,
in der das Mischen typischerweise bei einer Temperatur oder ultimativen
Temperatur erfolgt, die unterhalb der Mischtemperatur(en) der vorangegangenen
nicht-produktiven Mischphase(n) liegt.
-
In
einer Ausführungsform
erfolgt das Härten
der Kautschukzusammensetzung bei Temperaturen im Bereich von 150°C bis 190°C und einem
Druck von mindestens 0,5171 MPa (85 psig). In einer anderen Ausführungsform
erfolgt das Härten
bei Temperaturen im Bereich von etwa 160°C bis 180°C und einem Druck von mindestens
0,5171 MPa (75 psig). Das Nachhärten
kann eine schrittweise Reduktion von Druck und Temperatur einschließen. Das
Härten
kann nach einem im Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen,
z. B. in einem Dampfautoklav, einer Wärmepresse oder dergleichen.
-
Mit
Bezug auf 1 kann die innere Kernschicht 1 aus
der zuvor beschriebenen NBR-Kautschukzusammensetzung bestehen, wobei
die Sperrschicht 3 aus dem thermoplastischen Quadpolymer
in direktem gegenseitigem Kontakt mit der zweiten Schicht steht.
-
Gemäß einer
anderen Ausführungsform
kann eine Sperr- oder Innenbeschichtungsschicht 1 aus dem Quadpolymer
den inneren Kern darstellen, wobei eine NBR-Kautschukschicht 3 in
direktem gegenseitigem Kontakt mit der ersten Schicht steht.
-
Die
NBR-Kautschukschicht kann nach bekannten Extrusionsverfahren hergestellt
werden. Die Dicke dieser Schicht, sei es der innere Kern 1 oder
die Schicht 3, ist wichtig, da übermäßig dünne Wanddicken oder übermäßig dicke
Wanddicken zu Biegsamkeits- oder Knickproblemen bzw. Problemen mit
der Kopplungskompatibilität
des fertigen Schlauchverbundstoffes führen. Man glaubt, dass der
Innendurchmesser des inneren Kerns 1, sei er aus der Kautschuk-
oder der Sperrschicht, von 3 mm bis 100 mm reichen sollte. In einer
Ausführungsform
reicht der Innendurchmesser des inneren Kerns von 4 mm bis 75 mm.
Besteht der innere Kern aus der Kautschukzusammensetzung, sollte
die Wanddicke des inneren Kerns 1 in einer Ausführungsform
von 0,1 mm bis 8,0 mm reichen; in einer anderen Ausführungsform
reicht er von 0,5 mm bis 4,0 mm. Besteht der innere Kern aus der
Verbindung der Sperrschicht, sollten die Wanddicken des inneren
Kerns 1 von 0,02 bis 0,76 mm reichen.
-
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Schicht aus der
NBR-Kautschukzusammensetzung mit der erfindungsgemäß verwendeten
Sperrschicht aus dem Quadpolymer in direktem gegenseitigem Kontakt steht
und daher direkt daran haften kann. Dementsprechend kann die überlegene
Permeationsbeständigkeit der
Sperrschicht aus dem Quadpolymer genutzt werden, ohne dass die Haftung
zwischen der Schicht aus der Kautschukzusammensetzung und der Sperrschicht
beeinträchtigt
wird.
-
Die
erfindungsgemäß eingesetzte
Sperrschicht 1 oder 3 ist von einem Fluorthermoplast
abgeleitet, der später
näher beschrieben
wird. Die Dicke dieser Sperrschicht 1 oder 3 ist
wichtig, da übermäßig dünne Wanddicken
oder übermäßig dicke
Wanddicken zu Biegsamkeits- oder Knickproblemen bzw. Problemen mit
den gewünschten
Sperreigenschaften führen.
Allgemein ausgedrückt
reicht die Dicke der Sperrschicht 1 oder 3 von 0,1
mm bis 1 mm. Alternativ reicht die Dicke der Sperrschicht 1 oder 3 von
0,15 mm bis 0,5 mm.
-
Die
Sperrschicht, die eine Sperrschicht
3 oder eine Innenbeschichtungssperrschicht
1 sein
kann, schließt
ein von Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen, Vinylidenfluorid und
einem Perfluorvinylether abgeleitetes Quadpolymer ein. In einer
Ausführungsform
sind die Quadpolymere wie in der
US-B-6,489,420 offenbart. Wie
hierin offenbart, sind geeignete thermoplastische Quadpolymere von
(i) Tetrafluorethylen, (ii) Vinylidenfluorid, (iii) mindestens einem
ethylenisch ungesättigten
Monomer der Formel CF
2=CFR
f,
worin R
f ein Perfluoralkyl oder ein Perfluoralkoxy
mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist, und (iv) einem Perfluorvinylether
der Formel CF
2=CF-(OCF
2CF(R
f))
aOR'
f,
worin R
f der Beschreibung in (iii) entspricht,
R'
f eine
perfluoraliphatische Substanz, vorzugsweise ein Perfluoralkyl oder
ein Perfluoralkoxy mit 1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 3 Kohlenstoffatomen
ist und einen Wert von 0 bis 3 besitzt, abgeleitet. In einer Ausführungsform
umfassen geeignete thermoplastische Quadpolymere (i) 40 bis 80 Gew.-%
(alternativ 45 bis 76 Gew.-%) Tetrafluorethylen, (ii) 10 bis 30 Gew.-%
(alternativ 12 bis 25 Gew.-%) Vinylidenfluorid, (iii) 5 bis 40 Gew.-%
(alternativ 10 bis 30 Gew.-%) eines Comonomers der Formel CF
2=CFR
f und (iv) 0,1
bis 15 Gew.-% (alternativ 1 bis 10 Gew.-%) des Perfluorvinylethers
der Formel CF
2=CF-(OCF
2CF(R
f))
aOR'
f.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
enthält
das thermoplastische Quadpolymer interpolymerisierte Einheiten,
die von TFE, VDF, HFP und dem Perfluorvinylether, bei dem der Wert
von „a" 0, 1 oder 2 ist,
abgeleitet sind.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
enthält
das thermoplastische Quadpolymer interpolymerisierte Einheiten,
die von TFE, VDF, HFP und dem Perfluorvinylether der Formeln PPVE1
oder PPVE2 abgeleitet sind:
-
In
einer Ausführungsform
sind die thermoplastischen Quadpolymere, die zur Herstellung der
Sperrschicht des erfindungsgemäßen Schlauches
verwendet werden können,
von der Dyneon Company unter der Handelsbezeichnung THV X 815G im
Handel erhältlich.
-
Der
Schlauch kann einen äußeren Überzug 5 einschließen. Dieser äußere Überzug 5 kann
aus einem Elastomermaterial bestehen. Ist ein Elastomerüberzug gewünscht, kann
der Überzug 5 auf
der darunter liegenden Schicht 3 oder, wie nachfolgend
diskutiert, auf verschiedenen anderen wahlweise einsetzbaren Schichten
extrudiert werden. Die Elastomere, die zur Herstellung des Überzugs 5 für einen
erfindungsgemäßer. Schlauch
verwendet werden können,
schließen
die dem Fachmann bekannten wie z. B. chlorsulfoniertes Polyethylen,
chloriertes Polyethylen, Mischungen aus Acrylnitril/Butadien-Kautschuk
und PVC, Epichlorhydrin, Ethylenpropylendienterpolymer (EPDM), Polychloropren,
EVA, Ethylenacrylelastomer AEM und Ethylenvinylacetatcopolymer (EVM)
ein. Die Dicke des Elastomerüberzugs 5 hängt offensichtlich
von den gewünschten
Eigenschaften des Schlauches und dem verwendeten Elastomer ab. In
einer Ausführungsform
reicht die Dicke des Elastomerüberzugs 5 von
0,1 mm bis 10 mm. In einer anderen Ausführungsform reicht die Dicke
des Überzugs
von 0,5 mm bis 2,5 mm.
-
Während die
Grundschichten zuvor als für
die vorliegende Erfindung ausschlaggebend diskutiert wurden, kann
der erfindungsgemäße Schlauch
optionale Merkmale aufweisen. Wird z. B. wie in 2 dargestellt ein
Schlauch mit einem inneren NBR-Kern 10 und einer Quadpolymer-Sperrschicht 12 hergestellt,
kann sich auf der Außenseite
der Sperrschicht 12 eine Schicht 14 aus einem
anderen Polymer befinden. Ein solches Polymer kann aus derselben
Zusammensetzung wie der innere Kern 10 bestehen. In einer
anderen Ausführungsform
kann das Polymer, das in Schicht 14 verwendet wird, die
an die Sperrschicht 12 grenzt, ein anderes Polymer sein.
Die Dicke der Schicht 14, die an die Sperrschicht 12 grenzt,
kann je nach dem ausgewählten
Polymer variieren. In einer Ausführungsform reicht
die Dicke der Schicht 14 von etwa 0,25 mm bis etwa 1,5
mm. In einer anderen Ausführungsform
reicht die Dicke der Schicht 14 von etwa 0,50 mm bis etwa
1,0 mm.
-
Ein
weiteres optionales Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Verstärkung 16,
die sich zusätzlich auf
der Schicht 14, die an die Sperrschicht 12 grenzt,
befinden kann. Eine solche Verstärkung 16 ist
dem Fachmann bekannt und kann aus spiralförmigem, gestricktem oder geflochtenem
Garn bestehen. Solche Verstärkungen
können
von Polyester, Nylon, Rayon oder Aramidkord abgeleitet sein. Die
Verstärkung 16 kann
zur Verbesserung der Festigkeit der Schlauchstruktur unter ausreichender
Spannung spiralförmig
um die darunter liegende Schicht gewunden sein. Die Verstärkungsschicht 16 kann
in einem solchen Winkel spiralförmig
gewickelt sein, dass die Biegung des Schlauches nicht zu einem Zusammenfallen
oder Knicken führt.
Es kann ein Winkel von 0 bis 89,9° zur
Mittellinie des Schlauches verwendet werden. In einer Ausführungsform
kann ein neutraler Winkel von 54°73' oder weniger für die Spiralumwicklung
verwendet werden.
-
In
einer Ausführungsform
besteht die innere Schicht 10 aus einer NBR-Zusammensetzung
mit einem NBR, der mehr als 41 Gew.-% gebundenes Acrylnitril (ACN) umfasst.
Die Sperrschicht 12 auf der inneren Schicht umfasst das
zuvor beschriebene Quadpolymer. Eine Reibungsschicht 14 auf
der Sperrschicht 12 besteht aus einer NBR-Zusammensetzung
mit einem NBR, der 30 bis 40 Gew.-% gebundenes Acrylnitril umfasst. Der
Schlauch kann weiterhin wahlweise eine Verstärkungsschicht 16 und
eine Überzugsschicht 18 einschließen.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
fungiert der innere Kern 10 als Sperrschicht aus dem zuvor
beschriebenen Quadpolymer, die nächste
Schicht 12 besteht aus einer NBR-Zusammensetzung, die nächste Schicht 14 entfällt, so
dass die Verstärkung 16 direkt
an die Kautschukschicht 12 grenzt, gefolgt von einem äußeren Überzug 18.
-
Wie
zuvor erwähnt,
ist der Elastomerüberzug 18 die
Außenschicht.
-
Die
NBR-Schicht kann nach dem Fachmann bekannten Extrusionsverfahren
hergestellt werden. Die Dicke dieser Schicht, sei es die innerste
Schicht 1 oder 10 oder die nächste Schicht 3 oder 12,
ist wichtig, da übermäßig dünne Wanddicken
oder übermäßig dicke
Wanddicken zu Biegsamkeits- oder
Knickproblemen bzw. Problemen mit der Kopplungskompatibilität des fertigen
Schlauchverbundstoffes führen.
In einer Ausführungsform
sollte der Innendurchmesser der innersten Schicht 1 oder 10,
sei sie aus dem NBR oder dem Quadpolymer, von 3 mm bis 100 mm reichen.
In einer Ausführungsform
reicht der Innendurchmesser der innersten Schicht von 4 mm bis 75
mm. Besteht die innerste Schicht aus der NBR-Zusammensetzung, sollte
die Wanddicke der innersten Schicht von 0,1 mm bis 8,0 mm reichen.
Alternativ reicht die Wanddicke der innersten Schicht von 0,5 mm
bis 4 mm. Besteht die innerste Schicht aus der Verbindung der Sperrschicht,
sollten die Wanddicken der innersten Schicht von 0,1 bis 1 mm reichen.
-
Die
nachfolgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung veranschaulichen.
-
Beispiel 1
-
Es
wurden NBR-Kautschukzusammensetzungen, die einen NBR mit 50 Prozent
gebundenem Acrylnitril enthalten, hergestellt und bezüglich der
Haftung an einem thermoplastischen Fluorpolymer, das sich zur Verwendung
als Schlauchsperrschicht eignet, evaluiert. Die in den Kautschukzusammensetzungen
verwendeten Formulierungen sind in den Tabellen 1 und 3 dargestellt,
wobei alle Mengen in Gewichtsteilen angegeben sind. Die Proben 1–4 waren
Kontrollen, die Proben 5–9
stellen die vorliegende Erfindung dar. Es wurden Proben der einzelnen
Kautschukzusammensetzungen mit einer thermoplastischen Fluorpolymerschicht
(THV X 815G) hergestellt, bei 171,1°C (340°F) und einem Blasendruck von
0,6895 MPa (100 psig) 25 Minuten lang auf einer Wärmepresse
gehärtet
und anschließend
schrittweise über
10 Minuten abgekühlt,
so dass Proben entstanden, die sich für die Prüfung der Haftung eignen.
-
Anschließend wurden
die Haftproben bezüglich
der Haftung der NBR-Zusammensetzung an dem THV X 815G mittels einer
Instron-Testvorrichtung
nach ASTM-D-413-98 getestet. Die Ergebnisse der Hafttests sind in
den Tabellen 2 und 4 aufgeführt. Tabelle 1
Probe
Nr.9 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
NBR,
50% ACN1 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Säureakzeptor2 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
Amidin3 | 0 | 0 | 0 | 2 | 2 |
Organophosphoniumchlorid4 | 0 | 5 | 0 | 0 | 5 |
Organophosphoniumbenzotriazolat5 | 0 | 0 | 5 | 0 | 0 |
Peroxid6 | 4 | 6 | 6 | 6 | 6 |
Co-Substanz7 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Co-Substanz8 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
- 1Nipol
DN003, Acrylnitril/Butadien-Kautschuk mit 50 Gew.-% gebundenem Acrylnitril
- 2Ca(OH)2
- 3DBU, 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7
- 4FX-5166, Allyltributylphosphoniumchlorid
- 5Zeonet PB, Tetra-n-butylphosphoniumbenzotriazolat
- 6Varox 802, 40KE, Bis(tert-butylperoxy)diisopropylbenzol,
40% auf KE-Ton
- 7HVA-2, N,N'-m-Phenylendimaleimid
- 8SR533, Triallylisocyanurat
- 9Alle Proben enthielten Folgendes (phr):
Zeon B-210 Resin, 18,5; N-550 Black, 60,5; Dibutylphthalat, 9; TOTM, 5;
Plasthall 203 DBEA, 7; Mistron Vapor, 5; Degussa Si69, 0,5; Wingstay
100, 1; TMQ, 2; Nipol 1312 auf HiSil, 7.
Tabelle 2 Haftung an THV X 815G-Fluorkunststoff Probe
Nr. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Amidin | 0 | 0 | 0 | 2 | 2 |
Organophosphoniumchlorid | 0 | 5 | 0 | 0 | 5 |
Organophosphoniumbenzotriazolat | 0 | 0 | 5 | 0 | 0 |
Mittlere
Haftung (lb)f | 1 | 1 | 18,2 | 1 | 5 |
Kautschukabriss
an der Grenzfläche, % | 0 | 0 | 100 | 0 | 0 |
Tabelle 3 Probe
Nr.8 | 3 | 4 | 6 | 7 | 8 | 9 |
NBR,
50% ACN1 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Säureakzeptor2 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
Amidin3 | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
Organophosphoniumbenzotriazolat4 | 5 | 0 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Peroxid5 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
Co-Substanz6 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Co-Substanz7 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
- 1Nipol
DN003, Acrylnitril/Butadien-Kautschuk mit 50 Gew.-% gebundenem Acrylnitril
- 2Ca(OH)2
- 3DBU, 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7
- 4Zeonet PB, Tetra-n-butylphosphoniumbenzotriazolat
- 5Varox 802, 40KE, Bis(tert-butylperoxy)diisopropylbenzol,
40% auf KE-Ton
- 6HVA-2, N,N'-m-Phenylendimaleimid
- 7SR533, Triallylisocyanurat
- 8Alle Proben enthielten Folgendes (phr):
Zeon B-210 Resin, 18,5; N-550 Black, 60,5; Dibutylphthalat, 9; TOTM, 5;
Plasthall 203 DBEA, 7; Mistron Vapor, 5; Degussa Si69, 0,5; Wingstay
100, 1; TMQ, 2; Nipol 1312 auf HiSil, 7.
Tabelle 4 Haftung an THV X 815G-Fluorkunststoff Probe
Nr. | 3 | 4 | 6 | 7 | 8 | 9 |
Amidin | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
Organophosphoniumbenzotriazolat | 5 | 0 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Mittlere
Haftung (lb)f | 18,2 | 1 | 7,4 | 24,3 | 26,3 | 27,4 |
Kautschukabriss
an der Grenzfläche,
% | 100 | 0 | 10 | 100 | 100 | 100 |
-
Überraschenderweise
führte
die Verwendung des Organophosphoniumchlorids FX-5166 nicht zu einer
akzeptablen Haftung der NBR-Zusammensetzung an dem Fluorkunststoff-Quadpolymer THV X
815G. Die Kombination aus dem Amidin und dem Organophosphoniumbenzotriazolat
(Proben 6–9)
führte
zu einer hervorragenden Haftung zwischen dem NBR mit hohem Nitrilgehalt
und dem Fluorkunststoff-Quadpolymer THV X 815G.
-
Beispiel 2
-
Es
wurden NBR-Kautschukzusammensetzungen, die einen NBR mit 45 Prozent
gebundenem Acrylnitril enthalten, hergestellt und bezüglich der
Haftung an einem thermoplastischen Fluorpolymer, das sich zur Verwendung
als Schlauchsperrschicht eignet, evaluiert. Die in den Kautschukzusammensetzungen
verwendeten Formulierungen sind in Tabelle 5 dargestellt, wobei
alle Mengen in Gewichtsteilen angegeben sind. Die Proben 10, 12
und 13 waren Kontrollen, Probe 11 stellt eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Es wurden Proben der einzelnen Kautschukzusammensetzungen
mit einer thermoplastischen Fluorpolymerschicht (THV X 815G) hergestellt,
bei 171,1°C
(340°F)
und einem Blasendruck von 0,6895 MPa (100 psig) 25 Minuten lang
auf einer Wärmepresse
gehärtet
und anschließend
schrittweise über
10 Minuten abgekühlt,
so dass Proben entstanden, die sich für die Prüfung der Haftung eignen.
-
Anschließend wurden
die Haftproben bezüglich
der Haftung der NBR-Zusammensetzung an dem THV X 815G mittels einer
Instron-Testvorrichtung
nach ASTM-D-413-98 getestet. Die Ergebnisse der Hafttests sind in
Tabelle 6 aufgeführt. Tabelle 5
Probe
Nr.8 | 10 | 11 | 12 | 13 |
NBR,
45% ACN1 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Säureakzeptor2 | 10 | 10 | 10 | 10 |
Amidin3 | 6 | 6 | 0 | 0 |
Organophosphoniumbenzotriazolat4 | 0 | 2 | 6 | 8 |
Peroxid5 | 6 | 6 | 6 | 6 |
Co-Substanz6 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Co-Substanz7 | 0 | 0 | 0 | 0 |
- 1Nipol
DN4555, Acrylnitril/Butadien-Kautschuk mit 45 Gew.-% gebundenem
Acrylnitril
- 2Ca(OH)2
- 3DBU, 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7
- 4Zeonet PB, Tetra-n-butylphosphoniumbenzotriazolat
- 5Varox 802, 40KE, Bis(tert-butylperoxy)diisopropylbenzol,
40% auf KE-Ton
- 6HVA-2, N,N'-m-Phenylendimaleimid
- 7SR533, Triallylisocyanurat
- 8Alle Proben enthielten Folgendes (phr):
Zeon B-210 Resin, 18,5; N-550 Black, 60; Vulcan XC-72, 6; Dibutylphthalat,
9; TOTM, 5; Plasthall 209, 7; Mistron Vapor, 5; Degussa Si69, 0,5;
Wingstay 100, 1; TMQ, 2; Nipol 1312 auf HiSil, 7.
Tabelle 6 Haftung an THV X 815G-Fluorkunststoff Probe
Nr. | 10 | 11 | 12 | 13 |
Amidin | 6 | 6 | 0 | 0 |
Organophosphoniumbenzotriazolat | 0 | 2 | 6 | 8 |
Mittlere
Haftung (lb)f | 2,4 | 13,8 | 26,8 | 22,8 |
Kautschukabriss
an der Grenzfläche,
% | 0 | 50 | 100 | 100 |
-
Überraschenderweise
führte
die Verwendung des Amidins alleine (Probe 10) nicht zu einer akzeptablen
Haftung des NBR mit mittlerem Nitrilgehalt an dem Fluorkunststoff-Quadpolymer
THV X 815G. Die Verwendung des Amidins mit einer kleineren Menge
des Organophosphoniums (Probe 11) führte zu einer gewissen Haftung.
Weiterhin verbessert die Verwendung höherer Konzentrationen des Organophosphoniumbenzotriazolats
alleine offensichtlich die Haftung nicht weiter und kann zu einer
reduzierten Haftung führen
(Proben 12 und 13).
-
Beispiel 3
-
Es
wurden NBR-Kautschukzusammensetzungen, die einen NBR mit 35 Prozent
gebundenem Acrylnitril enthalten, hergestellt und bezüglich der
Haftung an einem thermoplastischen Fluorpolymer, das sich zur Verwendung
als Schlauchsperrschicht eignet, evaluiert. Die in den Kautschukzusammensetzungen
verwendeten Formulierungen sind in Tabelle 7 dargestellt, wobei
alle Mengen in Gewichtsteilen angegeben sind. Die Proben 14–16 waren
Kontrollen, Probe 17 stellt die vorliegende Erfindung dar. Es wurden
Proben der einzelnen Kautschukzusammensetzungen mit einer thermoplastischen
Fluorpolymerschicht (THV X 815G) hergestellt, bei 171,1°C (340°F) und einem
Blasendruck von 0,6895 MPa (100 psig) 25 Minuten lang auf einer
Wärmepresse gehärtet und
anschließend
schrittweise über
10 Minuten abgekühlt,
so dass Proben entstanden, die sich für die Prüfung der Haftung eignen. Anschließend wurden
die Haftproben bezüglich
der Haftung der NBR-Zusammensetzung an dem THV X 815G mittels einer
Instron-Testvorrichtung nach ASTM-D-413-98 getestet. Die Ergebnisse
der Hafttests sind in Tabelle 8 aufgeführt. Tabelle 7
Probe
Nr.7 | 14 | 15 | 16 | 17 |
NBR,
35% ACN1 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Säureakzeptor2 | 8 | 8 | 8 | 8 |
Amidin3 | 0 | 2 | 0 | 2 |
Organophosphoniumbenzotriazolat4 | 0 | 0 | 3 | 3 |
Peroxid5 | 1,4 | 1,4 | 1,4 | 1,4 |
Co-Substanz6 | 1 | 1 | 1 | 1 |
- 1Nipol
35-5, Acrylnitril/Butadien-Kautschuk mit 35 Gew.-% gebundenem Acrylnitril
- 2Ca(OH)2
- 3DBU, 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undecen-7
- 4Zeonet PB, Tetra-n-butylphosphoniumbenzotriazolat
- 5Varox 802, 40KE, Bis(tert-butylperoxy)diisopropylbenzol,
40% auf KE-Ton
- 6HVA-2, N,N'-m-Phenylendimaleimid
- 7Alle Proben enthielten Folgendes (phr):
N-550 Black, 64,8; Dibutylphthalat, 9; TOTM, 5; Plasthall 209, 6,8; Mistron
Vapor, 5; Degussa Si69/Black, 1; Oxoflex DPA, 2,1.
Tabelle 8 Haftung an THV X 815G-Fluorkunststoff Probe
Nr. | 14 | 15 | 16 | 17 |
Amidin | 0 | 2 | 0 | 2 |
Organophosphoniumbenzotriazolat | 0 | 0 | 3 | 3 |
Mittlere
Haftung (lb)f | 1 | 9,5 | 1 | 30,4 |
Kautschukabriss
an der Grenzfläche,
% | 0 | 0 | 0 | 100 |
-
Überraschenderweise
führte
die Kombination des Amidins und des Organophosphoniumbenzotriazolats
zu einer hervorragenden Haftung der NBR-Zusammensetzung an dem THV
X 815G, während
sowohl das Amidin als auch das Organophosphoniumbenzotriazolat allein
zu einer schlechten Haftung führte.