DE69131720T2 - Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten elastischen Folie, Vorrichtung zu deren Herstellung und dabei zu verwendendes Werkzeug - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten elastischen Folie, Vorrichtung zu deren Herstellung und dabei zu verwendendes Werkzeug

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DE69131720T2
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten elastischen Elastomers gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 2.
  • Die US-A-4 057 610 offenbart einen Schlauch, der mit diskontinuierlichen Fasern verstärkt ist, die radial ausgerichtet sind, und ein Verfahren zum Fertigen eines derartigen Schlauchs durch Strangguß, wobei eine hohlzylindrische Düse verwendet wird, in welcher ein Dorn angeordnet ist. Eine Ausführungsform der bekannten Düse ist mit einem Dorn in der hohlzylindrischen Düse versehen und in dem Ringkanal der Düse ist ein Überlauf vorgesehen. In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform ist der Ringkanal der Düse derart vergrößert, daß der Durchmesser des Dorns verringert und der Durchmesser der hohlzylindrischen Düse vergrößert ist.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen faserverstärkten elastischen Schlauch problemlos herzustellen, in welchem Stapel bzw. Fasern oder diskontinuierliche Fasern in Umfangsrichtung ausgerichtet sind.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 und Anspruch 2.
  • Das aus der Ringnut der Aufweitungsdüse extrudierte komplexe Faserelastomer wird drucklos gemacht und in Umfangsrichtung allmähliche aufgeweitet, so daß die Fasern des komplexen Fa serelastomers in Umfangsrichtung ausgerichtet werden, während sie durch die Ringnut der Aufweitungsdüse extrudiert werden. Folglich wird kein Schrumpfen verursacht, so daß der Umfangsausrichtungskoeffizient vergrößert werden kann.
  • Die Erfindung wird in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine Schnittansicht einer Aufweitungsdüse zeigt.
  • Mit 41 ist ein Vergrößerungsadapter bezeichnet, der mit einer Aufweitungsdüse 31 verbunden ist. Der Vergrößerungsadapter 41 ist derart gebildet, daß ein zylindrisches komplexes Faserelastomer E, welches aus der Aufweitungsdüse 31 extrudiert wird, entlang der Außenumfangsfläche 41a fließt. Das zylindrische komplexe Faserelastomer E wird in Umfangsrichtung durch den Vergrößerungsadapter 41 aufgeweitet. Die Außenumfangsfläche 41a des Vergrößerungsadapters 41 hat einen Durchmesser, der mit einer geeigneten Schräge koaxial zu der Ringnut 32 der Aufweitungsdüse 31 vergrößert ist. Das komplexe Faserelastomer E wird umfangsmäßig durch den Vergrößerungsadapter 41 derart aufgeweitet, daß der Umfangsfaserausrichtungskoeffizient des komplexen Faserelastomers im Vergleich zu dem Fall zusätzlich vergrößert wird, daß lediglich die Aufweitungsdüse 31 verwendet wird.
  • Die Außenumfangsfläche 41a des Vergrößerungsadapters 41 hat nahezu denselben Durchmesser wie der Innendurchmesser des Auslasses der Ringnut 32 der Aufweitungsdüse 31 und verläuft koaxial zur Ringnut 32 der Aufweitungsdüse 31. Der Vergrößerungsadapter 41 weist einen verjüngten Abschnitt 41A und einen Abschnitt 41B konstanten Durchmessers auf. Der ver jüngte Abschnitt 41A verläuft in derjenigen Richtung linear schräg, in welcher der Durchmesser allmählich zunimmt. Der Abschnitt 41B konstanten Durchmessers hat denselben Durchmesser wie der maximale Außendurchmesser des verjüngten Abschnitts 41A und ist kontinuierlich auf den verjüngten Abschnitt 41A vorgesehen.
  • Der Vergrößerungsadapter 41 kann eine beliebige Struktur aufweisen, in welcher das komplexe Faserelastomer E umfangsmäßig allmählich aufgeweitet wird. Wenn in Fig. 13 ein maximaler Durchmesser D und eine axiale Länge L des Vergrößerungsadapters 41 vergrößert sind, kann das zylindrische komplexe Faserelastomer E umfangsmäßig derart geschrumpft werden, daß es nicht extrudiert wird. Es ist folglich erforderlich, den maximalen Durchmesser D und die axiale Länge L des Vergrößerungsadapters 41 abhängig von der Gummiverbindung der Fasern, der Temperatur zum Zeitpunkt des Strangpressens, der Viskosität, der Dicke des zylindrischen komplexen Faserelastomers E, der Strangpreßgeschwindigkeit und dergleichen festzulegen. Mit der vorstehend angeführten Struktur wird die Faserausrichtung in den nachfolgenden zwei Schritten derart ausgeführt, daß das komplexe Faserelastomer geschmolzen wird.
  • (1) Erster Schritt
  • Der Faserausrichtungskoeffizient in Umfangsrichtung (in der Richtung Y) ist auf 80 bis 85% durch die Aufweitungsdüse 31 eingestellt.
  • Das zylindrische komplexe Faserelastomer E tritt aus der Strangpresse aus und wird so geformt, daß es einen Quer schnitt entsprechend dem Auslaß der Strangpresse hat. Daraufhin bewegt sich das zylindrische komplexe Faserelastomer E in die Ringnut 32 der Aufweitungsdüse 31 durch einen Einlaß 32A (Querschnittsfläche: mi) der Aufweitungsdüse 31 und fließt daraufhin über den Umfang in Richtung auf den Auslaß 32B (Querschnittsfläche: mo). Die Fasern des komplexen Faserelastomers E werden dadurch in Umfangsrichtung in Übereinstimmung mit der Beziehung mo > mi selbst dann allmählich aufgeweitet, wenn sie in einer beliebigen Richtung am Einlaß 32A ausgerichtet sind.
  • Die Ausrichtung wird jedoch aufgrund des Strömungswiderstands der Aufweitungsdüse 31 gestört oder das Elastomer fließt nicht gleichmäßig in dem Durchlaß. Folglich werden die Fasern nicht vollständig in Umfangsrichtung ausgerichtet. Das zylindrische komplexe Faserelastomer E wird umfangsmäßig um etwa 2 bis 2,5% auf Grundlage folgender Beziehung geschrumpft: (Durchmesser der inneren Düse 31B der Aufweitungsdüse 31 + Foliendicke) · 2π. Folglich wird die umfangsmäßige Ausrichtung der Fasern gestört. Unmittelbar nachdem der Zylinder aus dem Auslaß gespritzt wird, quillt die Düse aufgrund der Restspannung, die durch den Innendruck und die Temperatur während des Strangpreßvorgangs verursacht ist. Der Zylinder neigt dazu, umfangsmäßig zu schrumpfen, so daß die Ausrichtung gestört wird. Infolge davon erreicht Ro /Ri die Grenze von 7,0. Wenn Ro / Ri kleiner als 7,0 ist, treten andere Ausrichtungskomponenten als diejenigen in der Umfangsrichtung auf.
  • Wenn Ro / Ri = 7,0, sind die Ausrichtungskoeffizienten die folgenden.
  • X-Richtung. 10 bis 15%
  • Y-Richtung. 80 bis 85%
  • Z-Richtung 5 bis 10%
    • (2) Der durch den Vergrößerungsadapter 41 vergrößerte Ausrichtungskoeffizient
  • Das zylindrische komplexe Faserelastomer E mit umfangsmäßig ausgerichteten Fasern wird außerdem im Umfangsrichtung (in Y- Richtung) durch den Vergrößerungsadapter 41 derart aufgeweitet, daß die Umfangsausrichtung verbessert ist. Der Ausrichtungskoeffizient wird abhängig von dem Aufweitungskoeffizienten geändert, wie in Tabelle 8 gezeigt. Tabelle 8
  • Das komplexe Faserelastomer E wird durch den Vergrößerungsadapter 41 allmählich vergrößert. Folglich wird die umfangsmäßige Schrumpfung erfolgreich unterbunden. In dem Fall, daß das komplexe Faserelastomer E mit einem Aufweitungskoeffizienten von beispielsweise 2,5% gespritzt bzw. stranggegossen wird, schrumpft es umfangsmäßig, wenn es aus der Aufweitungs düse 31 austritt. Infolge davon kann das zylindrische komplexe Faserelastomer E schrumpffrei gebildet werden.
  • Der Faserumfangsausrichtungskoeffizient kann durch Kombinieren der Aufweitungsdüse 31 mit dem Vergrößerungsadapter 41 verbessert werden. Folglich kann dieselbe Wirkung erzielt werden, wie beim bekannten Kalendrierverfahren. Beispielsweise kann das komplexe Faserelastomer E als Unterseitengummi eines Transmissionsriemens dienen.
  • Es werden Tests für das Verhältnis der axialen Länge L zum maximalen Durchmesser D des Vergrößerungsädapters 41 erläutert.
    • < < Für den Strangpreßvorgang verwendete komplexe Fasergummiverbindung> >
  • Chloroprengummi 100 Gew.-Teile
  • FEF-Kohlenstoff 40
  • S.A. 1
  • MgO 5
  • ZnO 5
  • Alterungshemmer 3
  • Nylonfaser (3 mm) 10
  • Zellulosefaser 10
  • Insgesamt 174 Gew.-Teile
    • < < Für die Tests verwendete Strangpresse> >
  • L / D = 12, D = 90 mm < <
    • Vergrößerungsadapter> >
  • Aufweitungsdüse:
  • Der Außendurchmesser einer inneren Düse beträgt 200 mm. Die Dicke der stranggepreßten Gummifolie beträgt 3,0 bis 5,5 mm. < < Aufweitungskoeffizient, L / D des Vergrößerungsadapters und Strangpreßverhalten des komplexen Fasergummis> >
  • Beispiele des thermoplastischen Materials sind ein thermoplastisches Harz, wie etwa Polyvinylchlorid oder Polyethylen, ein thermoplastisches Elastomer, wie etwa Olefin, Ester, Äther, Amid oder Urethan, kreuzvernetzter Gummi, wie etwa natürlicher Gummi, Styrol-Butadiengummi oder Chloroprengummi und ihre Verbindungen.
  • Beispiele der Faser sind natürliche Faser, wie etwa Baumwolle, Wolle oder Pulpe, synthetische Faser, wie etwa Polyester, Nylon oder Aramid, halbsynthetische Faser, wie etwa Rayon, anorganische Faser, wie etwa Keramik und Metallfaser.
  • Wenn die Faserkapazität 40 Vol% übersteigt, wird der Reibungskoeffizient zwischen den Fasern und der Formgebungsdurchlaßwand verringert und die Fließfähigkeit wird abgesenkt. Folglich wird die Faserausrichtung in Längsrichtung der Folienoberflächenschicht derart blockiert, daß die Ausrichtung herabgesetzt bzw. beeinträchtigt wird. Es ist erwünscht, daß die Faserlänge halb so groß ist wie die Foliendicke oder kleiner.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten elastischen Elastomers, bei dem ein komplexes Faserelastomer (E) , gemischt mit Fasern umfangsmäßig aufgeweitet und durch eine Ringnut (32) einer Aufweitungsdüse (31) derart gespritzt wird, daß die Fasern in Umfangsrichtung ausgerichtet werden, wobei die Aufweitungsdüse (31) eine Innenumfangsfläche, eine Außenumfangsfläche und die Ringnut (32) aufweist, die zwischen den Innen- und Außenumfangsflächen vorgesehen und im wesentlichen mit dem komplexen Faserelastomer (E) gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenumfangsfläche der Aufweitungsdüse (31) durch eine Außenumfangsfläche eines Vergrößerungsadapters (41) aufgeweitet wird, der einen größeren Durchmesser aufweist als die Ringnut (32), wodurch das zylindrische komplexe Faserelastomer (E), das aus der Ringnut (32) der Aufweitungsdüse (31) gespritzt wird, druckfrei gemacht und in Umfangsrichtung allmählich aufgeweitet wird.
2. Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten elastischen Elastomers, in welcher ein komplexes Faserelastomer (E) gemischt mit Fasern umfangsmäßig aufgeweitet und durch eine Ringnut (32) einer Aufweitungsdüse (31) derart gespritzt wird, daß die Fasern umfangsmäßig ausgerichtet werden, wobei die Aufweitungsdüse (31) eine Innenumfangsfläche, eine Außenumfangsfläche und die Ringnut (32) aufweist, die zwischen den Innen- und Außenumfangsflächen vorgesehen und mit dem komplexen Faserelastomer (E) im wesentlichen gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergrößerungsadapter (41) mit der Auslaßseite der Aufweitungsdüse (31) verbunden ist, wobei der Vergrößerungsadapter koaxial zu der Ringnut (32) verläuft, wobei die Außenumfangsfläche des Vergrößerungsadapters (41) einen Durchmesser aufweist, der mit geeigneter Schräge bzw. Neigung ausgehend vom Innendurchmesser der Ringnut (32) zunimmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Vergrößerungsadapter (41) einen verjüngten Abschnitt (41A) gefolgt von einem Abschnitt (41B) konstanten Durchmesser aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Abschnitt (41B) konstanten Durchmessers denselben Durchmesser wie der maximale Außendurchmesser des verjüngten Abschnitts (41A) aufweist.
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