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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Gummischlauchs mit einer glatten äußeren Oberfläche und eine
Harzbeschichtungsvorrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.
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Um einen Gummischlauch mit einem Verstärkungsmaterial, und der eine
glatte äußere Oberfläche besitzt, herzustellen, ist es übliche Praxis, das
Schäumen eines vulkanisierbaren Kautschukmaterials auf der äußeren
Oberfläche des Schlauchs während der Vulkanisation des Kautschukmaterials zu
unterdrücken unter Verwendung einer Vulkanisationsvorrichtung, die unter
Druck arbeiten kann, und dadurch Anwerbung eines Drucks auf die äußere
Oberfläche des Schlauchs, oder durch Überziehen der Außenseite des
Schlauchs mit einem synthetischen Harz oder Blei.
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Bei dem zuerst genannten Verfahren kann das Schäumen der äußeren
Oberfläche des Schlauchs begrenzt werden; es ist jedoch nicht möglich, eine
glatte Oberfläche des Schlauchs zu erreichen. Darüber hinaus ist dieses
Verfahren, da es erforderlich ist, das Innere der Vulkanisationsvorrichtung
anschließend dicht zu verschließen, ungeeignet zur Massenproduktion.
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Wenn die Außenseite des Schlauchs mit Blei überzogen wird, um die
äußere Oberfläche des Schlauchs zu glätten, ist es schwierig, das Blei
sorgfältig zu handhaben und zu lagern und die Kosten für Anlagen und
Arbeiten nehmen zu, und ebenso nehmen die Kosten des Produktes zu.
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Ein Verfahren, umfassend das Überziehen der Außenseite des Schlauchs
init einem synthetischen Harz und anschließendes Vulkanisieren des
Kautschukmaterials, das den Gummischlauch bildet, wurde als vielversprechend
angesehen. Die JP-A-290 011/1986 beschreibt ein Verfahren, bei dem die
Außenseite eines Schlauchs mit einer Schicht aus einem thermisch stabilen
Harz mit einem höheren Schmelzpunnt als die Vulkanisationstemperatur des
Kautschukmaterials überzogen wird und das Kautschukmaterial dann unter
Verwendung von beispielsweise Mikrowellen vulkanisiert wird.
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Bei diesem Verfahren wird ein Extrusionsspritzkopf für ein Harz als
Harzbeschichtungsvorrichtung 2, wie in Fig.3 gezeigt, angewandt, und ein
Harz 6 wird entlang dem Umfang einer Kautschukmaterialschicht extrudiert,
die sich auf der Außenseite eines Kerns befindet, um eine Überzugsschicht 8
kontinuierlich auf der Außenseite der Kautschukmaterialschicht 4 zu
erzeugen. Die Kautschukmaterialschicht 4, die mit der synthetischen Harzschicht
überzogen ist, wird dann erhitzt, um das Kautschukmaterial zu
vulkanisieren. Das synthetische Harz 6, das die Harzüberzugsschicht 8 bildet, muß
daher einen höheren Schmelzpunkt besitzen als die Vulkanisationstemperatur
des Kautschukamaterials. Sonst würde bei der Vulkanisation die
Harzüberzugsschicht 8 schmelzen, und die Außenseite der Kautschukschicht 4 würde
zerstört.
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Folglich befindet sich das geschmolzene synthetische Harz 6, das durch
die Harzbeschichtungsvorrichtung 2 läuft, auf einer Temperatur oberhalb der
Vulkanisationstemperatur des Kautschukmaterials. In der JP-A-290 011/1986
ist eine Heizvorrichtung 10 an der Außenseite der Vorrichtung 2 angebracht,
um die gesamte Vorrichtung zu erhitzen. Darüber hinaus wird die
Kautschukmaterialschicht 4, die sich auf der Außenseite des Kerns befindet, bevor
sie in die Vorrichtung 2 eingeführt wird, in einem Vorerhitzer 12 erhitzt,
so daß die Außenseite der Kautschukmaterialschicht 4 dicht mit der
Harzüberzugsschicht 8 überzogen wird.
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Wie in Fig.3 gezeigt, wird die Vorrichtung 2 jedoch von außen beheizt,
so daß das synthetische Harz fließfähig bleiben kann, und die
Kautschukmaterialschicht 4 wird in dem Vorerhitzer 12 erhitzt. Folglich neigen
während des Durchgangs durch die Vorrichtung 2 flüchtige Bestandteile, die in
der Kautschukschicht 4 enthalten sind, dazu, zu schäumen, und so neigt die
Außenoberfläche der Kautschukschicht 4 dazu, mit der Harzüberzugsschicht 8
überzogen zu werden während sie aufgerauht ist. Folglich wird, selbst wenn
die Oberfläche der Kautschukschicht 4 dicht mit der Harzüberzugsschicht 8
überzogen ist, ein Gummischlauch mit einer glatten äußeren Oberfläche kaum
erhalten.
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Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur wirksamen
Herstellung eines Gummischlauchs mit einer glatten äußeren Oberfläche und eine
Harzbeschichtungsvorrichtung zur Verwendung bei einem solchen Verfahren.
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Die vorliegende Erfindung liefert entsprechend ein Verfahren zur
Herstellung eines Gummischlauchs mit einer glatten äußeren Oberfläche,
umfassend die Erzeugung einer Schicht auf der Außenfläche eines Dorns bzw.
Kerns, umfassend im wesentlichen ein unvulkanisiertes Kautschukmaterial,
Bildung auf der Außenfläche der Schicht aus dem Kautschukmaterial, eine
Schicht aus einem thermisch beständigen synthetischen Harz mit einem
höheren
Schmelzpunkt als die Vulkanisationstemperatur des unvulkanisierten
Kautschukmaterials der Schicht aus dem Kautschukmaterial, Erhitzen der
Schicht aus dem Kautschukmaterial, um das Kautschukmaterial zu
vulkanisieren, Abziehen und Entfernen der Schicht aus dem thermisch beständigen Harz
und anschließendes Entfernen des Kerns, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
die Schicht aus dem thermisch beständigen Harz auf der Außenseite der
Schicht aus dem Kautschukmaterial gebildet wird durch Erhitzen des
thermisch beständigen Harzes in geschmolzener Form von der Innenfläche
unmittelbar bevor es aus einer Düse entlang der Außenseite der Schicht aus dem
Kautschükmaterial austritt.
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Die erfindungsgemäße Harzbeschichtungsvorrichtung umfaßt
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eine Einsetzöffnung zum Einsetzen eines auf der Außenseite mit einer
Schicht aus einem Kautschukmaterial, das hauptsächlich ein unvulkanisiertes
Kautschukmaterial umfaßt, überzogenen Dorns bzw. Kerns,
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einen Durchgang für den Harzfluß, durch den ein geschmolzenes,
thermisch beständiges, synthetisches Harz mit einem höheren Schmelzpunkt als
die Vulkanisationstemperatur des nicht vulkanisierten Kautschukmaterials
hindurchfließen kann,
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eine ringförmige Düse, die es ermöglicht, daß sich das durch den
Harzdurchgang hindurchfließende synthetische Harz entlang der Außenseite des
mit der Schicht aus dem Kautschukmaterial überzogenen Kerns, der in der
Einsatzöffnung eingesetzt ist, bewegt, und
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Heizvorrichtungen zum Erhitzen des synthetischen Harzes in dem
Harzdurchgang von der Innenseite, bevor es aus der Düse ausfließt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das geschmolzene synthetische
Harz von der Innenseite her erhitzt, unmittelbar bevor es aus der Duse
austritt, um die Schicht aus dem Kautschukmaterial zu überziehen. Folglich
kann eine Schicht aus synthetischem Harz dicht auf der Außenoberfläche der
Schicht aus dem Kautschukmaterial gebildet werden, ohne daß die gesamte
Vorrichtung erhitzt wird und ohne ein Vorerhitzen der Schicht aus dem
Kautschukmaterial. Die flüchtigen Bestandteile in der Kautschukschicht schäumen
nicht vor dem Überziehen mit dem synthetischen Harz, und es tritt keine
Aufrauhung der Außenfläche der Kautschukmaterialschicht auf. Daher wird
während der Vulkanisation ein Schäumen an der Außenfläche der Schicht aus
dem Kautschukmaterial unterdrückt unter Bildung einer glatten umlaufenden
Außenfläche, da die Außenfläche des Kautschukmaterials dicht mit der
Schicht aus dem synthetischen Harz überzogen ist.
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Fig. 1 ist ein Querschnitt durch die wesentlichen Teile einer
Harzbeschichtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig.2 ist
ein Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, und Fig. 3 zeigt einen
Querschnitt durch eine übliche Harzbeschichtungsvorrichtung.
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2, 20.. Harzbeschichtungsvorrichtung; 4... Schicht aus dem
Kautschukmaterial; 6... synthetisches Harz; 8... Harzüberzugsschicht; 22...
Durchgang für den Harzfluß; 24... Dorn bzw. Kern; 26... Einsetzöffnung; 30...
Kühlvorrichtung; 34... Heizvorrichtung.
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Bevor das Verfahren zur Herstellung eines Gummischlauchs nach der
Erfindung beschrieben wird, wird die Harzbeschichtungsvorrichtung, die direkt
bei der Durchführung des Verfahrens verwendet wird, beschrieben.
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Wie in Fig.1 gezeigt, ist die Harzbeschichtungsvorrichtung 20 nach
einer Ausführungsform der Erfindung eine Verbesserung eines
Harzextrusionsspritzkopfs. Das stromaufwärts liegende Ende eines Harzdurchgangs 22, durch
den ein geschmolzenes synthetisches Harz 6 hindurchgeht, ist mit einem
Extruder verbunden. Verschiedene bekannte Extruder können als Extruder für
diesen Zweck angewandt werden. Beispiele sind kontinuierliche Extruder, die
durch Rotation einer Schnecke betrieben werden, ein Injektionsextruder mit
einer In-line-Schnecke und ein Extruder, der nach einem
Akkumlatorverfahren arbeitet. Die Harzbeschichtungsvorrichtung 22 umfaßt eine
Einsetzöffnung 26, durch die ein Kern 24, der auf der Außenseite mit einer Schicht
aus einem Kautschukmaterial 4 überzogen ist, das hauptsächlich ein
unvulkanisiertes Kautschukmaterial enthält, eingeführt wird. Eine Auskehlung 28
ist an der Einlaßseite 26a der Einsetzöffnung 26 gebildet. Vorzugsweise ist
darin ein Kühlrohr 30 enthalten. Zum Beispiel läuft Kühlwasser in dem
Kühlrohr 30 um, um die Kautschukmaterialschicht 4 auf der Außenseite des Kerns
24 zu kuhlen. Um die Temperatureinstellung durch das Kühlrohr 30 zu
erleichtern, ist der Innendurchmesser der Auskehlung 28 möglichst groß.
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Ein Harzdurchgang 22, der in der Vorrichtung 20 gebildet ist, steht
mit einer ringförmigen Düse 32 in Verbindung, die nahezu konzentrisch um
den Auslaß 26b der Einsetzöffnung 2 (26) angeordnet ist. So wird das
synthetische Harz in geschmolzenem Zustand aus der Düse 32 extrudiert und
fließt kreisftförmig bzw. schlauchförmig heraus und bedeckt die Außenseite
der Schicht aus dem Kautschukmaterial 4 dicht.
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Insbesondere ist bei der Harzbeschichtungsvorrichtung 20 nach der
Erfindung eine Heizvorrichtung 34 unmittelbar vor der Düse 32 zwischen dem
Durchgang 6 für den Harzfluß und der Einsatzöffnung 26 angeordnet, um das
synthetische Harz 6 in dem Harzdurchfluß zu erhitzen, bevor es aus der Düse
32 austritt. Die Heizvorrichtung 34 kann z.B. eine elektrische
Widerstandsheizvorrichtung oder eine elektromagnetische Induktionsheizvorrichtung
sein. Die Heiztemperatur der Heizvorrichtung 34 kann verschieden geregelt
werden entsprechend der Art, z.B. des synthetischen Harzes 6.
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Das aus der Düse 32 zu extrudierende synthetische Harz kann irgendein
thermisch beständiges Harz mit einem höheren Schmelzpunkt sein als die
Vulkanisationstemperatur des Kautschukmaterials in der Kautschukschicht 4, und
Beispiele sind Poly(4-methyl-1-penten), Nylon, Polyetherimide und
Polysulfone. Vom Standpunkt der Entfernbarkeit aus der Form und der thermischen
Beständigkeit ist Poly(4-methyl-1-penten) besonders erwünscht. Wenn
Poly(4-methyl-1-penten) als synthetisches Harz 6 verwendet wird, beträgt die
Heiztemperatur der Heizvorrichtung 34 vorzugsweise 200 bis 350ºC.
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Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist keine Heizvorrichtung
zum Erhitzen der Vorrichtung 20 von außen gezeigt. Je nach Bedarf kann eine
solche Heizvorrichtung vorgesehen werden. Selbst wenn eine Heizvorrichtung
außerhalb der Vorrichtung 20 vorgesehen ist, ist ein Erhitzen der gesamten
Vorrichtung 20, wie nach dem Stand der Technik, nicht erforderlich, da die
Vorrichtung die Heizvorrichtung 34 nach der Erfindung umfaßt.
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Das Verfahren zur Herstellung eines Schlauchs nach der Erfindung wird
in bezug auf die in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform beschrieben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Schicht 4 aus dem
Kautschukmaterial, das hauptsächlich unvulkanisiertes Kautschukmaterial
enthält, zunächst auf der Außenseite eines Kerns 24 aufgebracht. Nach Bedarf
kann ein Verstärkungsmaterial 36 in der Schicht 4 aus dem Kautschukmaterial
eingeschlossen sein. Natürliche oder synthetische Kautschukarten können als
Kautschukmaterial, das die Kautschuksicht bildet, verwendet werden. Das
Verstärkungsmaterial 36 kann z.B. Metalldraht oder synthetische Fasern
sein.
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Allgemein ist der Kern 24 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines
Hohlkörpers, die in einer anschließenden Stufe herausgezogen werden kann. Bei
der vorliegenden Erfindung entspricht der Außendurchmesser des Kerns 24 dem
Innendurchmesser des herzustellenden Gummischlauchs.
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Das Aufbringen der Schicht 4 aus dem Kautschukmaterial auf der
Außenseite kann nach bekannten Verfahren durchgeführt werden, z.B. durch
Extrudieren des Kautschukmaterials um die Außenseite des Kernes 24 herum.
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In der nächsten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der mit
der Schicht 4 aus dem Kautschukmaterial überzogene Kern 24 durch die
Einsetzöffnung 26 in die Harzbeschichtungsvorrichtung 20, wie in Fig. 1
gezeigt, von dem Einlaß 26a aus eingesetzt. Wenn der Kern 24 aus dem Auslaß
26b herausragt oder unmittelbar davor, wird das synthetische Harz 6 aus der
Düse 32 extrudiert, um die Außenseite der Schicht 4 aus dem
Kautschukmaterial mit der Harzschicht 8 zu überziehen.
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Dann werden der mit der Schicht 4 aus dem Kautschukmaterial überzogene
Kern 24 und die Harzüberzugsschicht 8 insgesamt erhitzt, um das
Kautschukmaterial in der Schicht 4 aus dem Kautschukmaterial zu vulkanisieren. Die
Erhitzungstemperatur liegt vorzugsweise oberhalb der
Vulkanisationstemperatur des Kautschukmaterials und unterhalb des Schmelzpuntts des
synthetischen Harzes, das die Harzüberzugsschicht 8 bildet. Das ist der Fall, um
ein Erweichen der Harzüberzugsschicht 8 zu verhindern. Verschiedene
bekannte Verfahren, wie Erhitzen durch Mikrowellen und Erhitzen in einem
Vulkanisationsgefäß, können als Erhitzungsmaßnahmen angewandt werden.
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Anschließend wird die Harzüberzugsschicht 8 abgezogen und entfernt,
und der Kern 24 wird herausgezogen, um den gewünschten Gummischlauch zu
ergeben. Es ist zu verstehen, daß der Ausdruck "Gummischlauch", wie er in der
vorliegenden Beschreibung verwendet wird, im weiten Sinne verwendet wird
und Gummischläuche und Gummirohre umfaßt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das geschmolzene
synthetische Harz 6 von der Innenseite her erhitzt, unmittelbar bevor es aus der
Düse 32 um die Außenfläche der Schicht 4 aus dem Kautschukmaterial herum
austritt. Folglich kann die Harzüberzugsschicht 8 dicht an der Außenseite
der Schicht 4 aus dem Kautschukmaterial gebildet werden, ohne daß die
gesamte Vorrichtung 20 erhitzt werden muß und ohne Vorerhitzen der Schicht 4
aus dem Kautschukmaterial. Darüber hinaus schäumen vor dem Überziehen mit
dem synthetischen Harz flüchtige Bestandteile der Schicht 4 aus dem
Kautschukmaterial nicht auf und rauhen die Außenseite der Schicht aus dem
Kautschukmaterial nicht auf. Daher wird, wenn das Kautschukmaterial in der
Schicht 4 aus dem Kautschukmaterial in einer anschließenden Stufe
vulkanisiert wird, ein Schäumen der Außenfläche der Schicht 4 aus dem
Kautschukmaterial unterdrückt unter Bildung einer glatten Außenfläche, da die
Außenfläche der Schicht 4 aus dem Kautschukmaterial dicht mit der
Harzüberzugsschicht 8 überzogen ist.
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Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung. Es ist zu
bemerken, daß die Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt ist.
Beispiel 1
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Poly(4-methyl-1-penten) (als PMP bezeichnet) mit einem MFR-Wert von
26 g/10 min (Warenzeichen TPX MX004, ein Produkt von Mitsui Petrochemical
Industries, Ltd.) wurde auf einen Kautschukschlauch vom Nitril-Typ unter
Anwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung aufgebracht. Die
Formungsbedingungen waren wie folgt:
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Extruderzylinder: 240-250ºC,
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vorgeschriebene Temperatur der Heizvorrichtung (Bezugszeichen 34):
etwa 280ºC,
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Preßluft (oder Wasser) wurde durch das Kühlrohr (Bezugszeichen 30)
geleitet, um den rohen Kautschuk zu kühlen.
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Nach dem Überziehen mit dem Harz wurde die Überzugsschicht schnell in
einem Kühlwasserbehälter gekühlt und die Vulkanisation in einer
Vulkanisiervorrichtung (Dampfautoklav) oder einer
Hochfrequenz-Vulkanisiervorrichtung vulkanisiert. Die Harzschicht wurde abgezogen und das Aussehen des
Gummischlauchs untersucht.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten angegeben.
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Die Schaumbildung und der Glanz der Oberfläche des Schlauchs wurden
entsprechend einer 5-gradigen Skala wie folgt bewertet:
Schäumen der Oberfläche
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5: nicht
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4: fast nicht, aber an ein oder zwei Stellen je 10 m trat ein Schäumen
ein (kein Problem bei der praktischen Anwendung);
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3: Schäumen trat an zwei oder drei Stellen pro 1-2 m auf;
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2: besser als 1, aber viele Schaumstellen traten auf;
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1: es traten viele Schaumstellen auf;
Oberflächenglanz
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5: sehr gut;
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4: gut, aber weniger als 5;
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3: es traten Schmelzbrüche auf, aber das Produkt war verwendbar,
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2: es traten etwas häufiger Schmelzbrüche auf;
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1: es traten häufig Schmelzbrüche auf.
Beispiel 2
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PMP, wie in Beispiel 1 verwendet, wurde auf einen Gummischlauch vom
Styrol-Typ aufgebracht. Sonst waren die Formbedingungen usw. die gleichen
wie in Beispiel 1. Das Aussehen des Gummischlauchs wurde untersucht.
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Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten angegeben.
Vergleichsbeispiel 1
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Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß keine
Heizvorrichtung vorgesehen war und keine Kühlung des rohen Kautschuks durchgeführt
wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
TABELLE 1
Material für den Rohkautschuk
Kühlen des Rohkautschuks
Vorgeschriebene Temperatur (ºC)
Geschwindigkeit
Aussehen (Zustand der Oberfläche) d.Schlauchs
Eigenschaften des Schlauchs
Beispiel
Vergleichsbeispiel 1
Nitril-Typ
Styrol-Typ
mittel
hoch
gering
: Keine Veränderung
Δ: Etwas verringerte Festigkeit
Industrielle Anwendbarkeit
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Wie oben beschrieben, wird nach dem erfindgsgemäßen Verfahren zur
Herstellung eines Gummischlauchs und der dafür angewandten
Harzbeschichtungsvorrichtung nach der Erfindung ein geschmolzenes synthetisches Harz
von der Innenseite her erhitzt, unmittelbar bevor es aus der Düse austritt,
zur Bildung einer Harzüberzugsschicht auf der Außenseite der Schicht aus
dem Kautschukmaterial. Daher kann die Harzüberzugsschicht dicht auf der
Außenseite der Schicht aus dem Kautschukmaterial gebildet werden, ohne zu
starkes Erhitzen der gesamten Vorrichtung und ohne Vorerhitzen der Schicht
aus dem Kautschukmaterial. Darüber hinaus werden vor dem Überziehen mit dem
synthetischen Harz flüchtige Bestandteile in der Schicht aus dem
Kautschukmaterial nicht aufgeschäumt und rauhen die Außenseite der Schicht aus dem
Kautschukmaterial nicht auf. Da die Harzüberzugsschicht dicht auf der
Außenseite des Kautschukmaterials aufgebracht ist, wird ein Schäumen der
Außenseite beim Vulkanisieren des Kautschukmaterials in einer
anschließenden Stufe unterdrückt, und ein Gummischlauch mit einer glatten
Außenoberfläche kann wirksam hergestellt werden.