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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung
von gummibasierenden Abdeckungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Ein Verfahren dieser Art ist z. B. aus EP-A-0 528 059 bekannt.
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Während der
Herstellung von Abdeckungen der oben spezifizierten Art treten Probleme
auf, sowohl in Verbindung mit dem Erscheinungsbild der Abdeckung,
als auch mit den Erfordernissen von technischer und struktureller
Natur, so wie z. B. das Erfordernis, eine Abdeckung mit guten Widerstand
gegen mechanische Beanspruchungen herzustellen, z. B. gegenüber Biegen,
mit dem Anforderung, dass die Abdeckung eine gute dimensionale Stabilität hat.
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In
Bezug auf diesen letzteren Aspekt insbesondere wurde herausgefunden,
dass gummibasierende Abdeckungen, die in herkömmlicher Weise durch einen
Kalandrierungs Arbeitsschritt hergestellt wurden, physikalische
und mechanische Eigenschaften aufzeigen können, die nicht isotrop sind,
weil sie beeinflusst sind durch die Richtung (longitudinal oder
transversal der Bearbeitungsrichtung), in welcher die Messung durchgeführt wird.
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Ohne
zu wünschen
in irgendeine Richtung an eine spezifische Theorie in dieser Verbindung
gebunden zu sein, gibt es Grund zu glauben, dass dies wegen des "Streck"-Effektes auf die
Körnchen
(das Granulat) in Richtung der Kalandrierung passiert, wobei dieser
Effekt intrisisch in diesem Arbeitsschritt ist.
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Die
Deformation oder das Strecken der Körnchen, welche in jedem Fall
durch die Kalandrierung herbeigeführt wird, kann ebenso den Nachteil
haben, dass sie dem Erscheinungsbild der Abdeckung einen Richtungscharakter
gibt, wobei sie die Richtung der Kalandrierung bei einer optischen
Inspektion der Abdeckung erkennbar werden lässt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen,
das die Herstellung von gummibasierenden Abdeckungen gestattet,
welche exzellente strukturelle Eigenschaften haben, sowohl in Bezug
auf den Deformationswiderstand als auch in Bezug auf die dimensionale
Stabilität
und deren ästhetische Eigenschaften
mit beträchtlicher
Flexibilität
gemäß Erfordernissen
und Geschmack verändert
werden können.
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In
diesem Zusammenhang ist es wichtig zu betonen, dass die vorliegende
Erfindung sich auf gummibasierende Abdeckungen bezieht (mit der
Bedeutung, die unten spezifiziert ist) und von diesem Gesichtspunkt aus
unterschieden wird von Techniken, die sich auf die Herstellung von
Abdeckungen, die auf thermoplastischen Materialien basieren, beziehen
(wie z. B. PVC, Polyolefine oder sogenannte thermoplastische Gummis, die
tatsächlich
aus einer Polyolefinmatrix aufgebaut sind, in welcher eine vulkanisierte
Gummiphase fein verteilt ist). Auf diesem Gebiet ist es die aktuelle
Praxis, ein Lager oder eine Unterlage aus Körnchen herzustellen, welches
dann einem Heißwalzprozess
ausgesetzt wird, der gewöhnlich
den Charakter eines Kalandrierungsarbeitsganges hat. Die Erweichung
der Körnchen,
welche dadurch herbeigeführt
wird, bewirkt die Ausbildung einer fortlaufenden Bahn. Natürlich bleiben
die oben beschriebenen intrinsischen Nachteile des Kalandrierens bestehen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die oben bezeichnete Aufgabe mittels eines Verfahrens
zur Herstellung von gummibasierenden Abdeckungen bereitgestellt,
welches die weiteren spezifischen Eigenschaften hat, die in den
nachfolgenden Ansprüchen
aufgeführt
sind. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind die Zwischen- und
Endprodukte des Verfahrens, welche sich durch die grundlegende,
nicht gerichtete (isotropische) Natur ihrer physikalischen, mechanischen
und ästhetischen
Eigenschaften unterscheiden.
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Die
Erfindung wird nun lediglich als nicht beschränkendes Beispiel mit Bezug
auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben werden, in welchen:
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1 schematisch eine mögliche Ausführungsform
eines Verfahrens gemäß der Erfindung
zeigt; und
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2 ein Endprodukt zeigt,
welches mit dem Verfahren hergestellt werden kann zusammen mit den Verfahren,
durch welche die Eigenschaften des Produktes bestimmt werden können.
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In 1 wird eine Fabrik zur Herstellung
von Abdeckungen, wie z. B. gummibasierenden Bodenbelägen, allgemein
durch 1 bezeichnet.
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Der
Begriff "Gummi", wie in der vorliegenden
Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen verwendet, ist im Allgemeinen
bestimmt jegliches Elastomer zu bezeichnen, das vulkanisiert/querverbunden werden
kann, welches zur Herstellung von Abdeckungen wie Bodenbelägen verwendet
werden kann.
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Ein
Material dieser Art kann das Erscheinungsbild von Fragmenten oder
Partikeln annehmen (z. B. Körnchen)
und kann als "verbindbar" bezeichnet werden,
nachdem es verbindungsfähig
gemacht werden kann, um z. B. eine Bahn oder eine Lage zu formen.
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Typische
Beispiele dieser Art sind künstliche
oder synthetische Gummis (z. B. die synthetischen Gummis bekannt
unter den Namen SBR, NBR und EPDM), natürlicher Gummi und Mischungen
davon.
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Die
Erfindung kann demnach auf die Verarbeitung von Materialien angewendet
werden, welche vulkanisiert/querverbunden werden können und
folglich im Allgemeinen, welche "härtbar" sind und am meisten
zu bevorzugen, aber nicht ausschließlich Materialien, welche ausgänglich in
der Form von Körnchen
vorliegen.
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Der
Begriff "fragmentiertes
Material", welcher
in den Ansprüchen
benutzt wird, bedeutet jedoch im Allgemeinen irgendein Material
in Stücken
und als solcher beinhaltet er besondere Morphologien, wie z. B.
Pellets, abgeflachte oder stabförmige
Granulate, Stränge,
Streifen, etc. oder Späne,
so wie solche, die durch den Abschab- oder Zerspanungs Arbeitsgang
erzeugt werden, der in EP-A-0 528 059 beschrieben ist.
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Mit
weiterem Bezug auf das Diagramm von 1 hat
ein Extruder, der allgemein mit 2 bezeichnet ist, eine
Einlassöffnung 3,
welcher das Grundmaterial zur Herstellung der Abdeckung zugeführt wird.
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Der
Extruder 2 kann irgendein handelsüblich erwerbbarer Extruder
sein, welcher Materialien verarbeiten kann, wie solche, die oben
bezeichnet sind.
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Bei
der Ausführungsform,
die nachfolgend betrachtet wird – welche lediglich als Beispiel
beschrieben wird – wird
angenommen, dass das in Frage kommende Material aus synthetischem
Gummi aufgebaut ist (typischerweise Styren-Butadien-Gummi, welcher noch
nicht vulkanisiert wurde), welches durch die Öffnung 3 des Extruders 2 in
der Form von fortlaufenden und/oder unterbrochenen Streifen zugeführt wird,
z. B. mit einer Dicke von einigen wenigen Millimetern und einer
Breite von einigen wenigen Zentimetern.
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Speziell
wenn eine Abdeckung mit einem nicht gleichförmigen Erscheinungsbild hergestellt
werden soll, werden die Streifen aus einem Sortiment von Streifen
genommen, welches zwei oder mehrere verschiedene Farben aufweist.
Jedoch kann die Erfindung ebenso dazu verwendet werden, um Abdeckungen
von im Wesentlichen gleichförmigem
Oberflächenerscheinungsbild
herzustellen.
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Das
Material, welches durch die Öffnung 3 zugeführt wird,
durchläuft
den Zylinder des Extruders 2 bis es ein Mundstück 4 erreicht,
welches eine oder mehrere Extrusionsöffnungen aufweist, von denen
jede einen Strang, z. B. von bunt gestal teter Farbe produziert,
falls die Eingangsstreifen aus verschiedenen Farben bestehen. Der
in Frage kommende Strang kann Durchmesserabmessungen von einigen
wenigen Millimetern haben (z. B. 4–6 mm).
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Im
Bereich des Mundstückes 4,
auf der Bahn, entlang welcher das Material aus dem Extruder 2 ausgegeben
wird, befindet sich ein Granulationskopf 5 (z. B. in der
Gestalt einer rotierenden Klinge), welche das Material in Strangform,
welches aus dem Mundstück 4 austritt,
in einzelne Körnchen
unterteilt, welche im Wesentlichen vergleichbar sind mit plattenförmigen Pellets,
die z. B. einen Durchmesser von 4–6 mm und eine Dicke in der
Größenordnung
von 0,5–1
mm aufweisen.
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Das
körnchenförmige Material
M, das derartig hergestellt wird, welches gewöhnlich in einem Behälter 6 gesammelt
wird, wird – möglicherweise
nach Speicherung angedeutet schematisch durch einen Block S gezeichnet
in einer unterbrochenen Umrisslinie in 1 – dem
Eingang einer Verdichtungseinheit 7 zugeführt. Es
wird nochmals herausgestellt, dass die spezielle Gestalt der Fragmentierung
weitreichend innerhalb des Bereiches der Erfindung variieren kann.
Speziell die Abschab/Zerspanungstechnik, welche in EP-A-0 528 059 beschrieben
ist, kann vorteilhaft verwendet werden, um das fragmentierte Material
herzustellen.
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Die
Einheit 7 ist im Wesentlichen dazu bestimmt, um das Material
M zu verdichten, um zu einer im Wesentlichen fortlaufenden laminaren
Lage oder Schicht L zu führen,
präzise
in Abhängigkeit
der Eigenschaften der Verbindbarkeit der Fragmente desselben.
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Dies
verhindert, das Streckphänomen
zur Folge zu haben, welches intrinsisch mit dem Kalandrierungsarbeitsschritt
verbunden ist.
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In
der gezeigten Ausführungsform
ist die Einheit 7 im Wesentlichen als sogenannte fortlaufende
isostatische Presse aufgebaut. Pressen dieser Bauart sind be kannt
im Stand der Technik, z. B. aus der Herstellung von IsoPress-Pressen
der Firma Hymmen GmbH (Deutschland).
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Grundsätzlich ist
die Einheit 7 aus zwei endlosen motorbetriebenen Gurten 8, 9 zusammengesetzt,
deren beidseitig gegenüberliegende
Durchlässe 8a, 9a eine
Verdichtungskammer 10 vorgeben, in welcher kontrollierte
Druck- und Temperaturbedingungen aufrecht erhalten werden können (in Übereinstimmung
mit bekannten Kriterien). Das fragmentierte Material M wird am Eingang
der Einheit 7 mittels einer Dosiervorrichtung 11 deponiert
(z. B. vom Aufgabetrichtertyp), um eine im Wesentlichen fortlaufende
Lage oder Unterlage vorzugeben, welche z. B. eine Dicke von ungefähr 2 bis
ungefähr
10 mm hat, mit gegenwärtig
bevorzugten Werten von ungefähr
4–6 mm.
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Es
wird in diesem Zusammenhang anerkannt werden, dass die voranstehende
Deposition entweder auf dem oberen Gurt 9 der Presse oder
auf einem zwischengefügten
laminaren Substrat stattfinden kann. Dieses Substrat kann aus einem
Substrat zusammengesetzt sein, aus welchem das fragmentierte Material
in Übereinstimmung
mit der Lösung,
die in EP-A-0 528 059 beschrieben wurde, hergestellt wurde.
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Beschränkte Temperaturen,
typischerweise von ungefähr
60°C bis
ungefähr
100°C mit
bevorzugten Werten von ungefähr
80°C werden
in der Einheit 7 aufrecht erhalten. Die Druckwerte können sich
zwischen ungefähr
2 und ungefähr
5 MPa befinden.
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Während es
durch die Einheit 7 voranschreitet, wird das Lager von
fragmentiertem Material M zwischen den zwei Gurten 8 und 9 verdichtet
(möglicherweise
mit der Zwischenfügung
des Depositionssubstrates, falls eines vorhanden ist), und wird
verdichtet, um eine Lage L zu bilden, welche mechanisch kohärent durch
die Verbindung der Körner
des Materials M gebildet wird. Diese Lage – welche verdichtet ist, aber
noch nicht vulkanisiert, und folglich aus dem "rohen" kohäsiven Material
zusammengesetzt ist – kann
aus der Einheit 7 entfernt werden, um in weitere Prozesse
verbracht zu werden, möglicherweise
nach Speicherung/Transport.
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Die
Lage oder Platte L bildet deswegen klar ein Zwischenprodukt gemäß der Erfindung
mit unabhängigem
Charakter.
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Die
Präzision
und/oder Intensität
der Verdichtung werden erhöht
durch die Möglichkeit
der präzisen Steuerung
des Verdichtungsdrucks, welche durch isostatische Pressen geboten
ist.
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Ohne
zu wünschen
auf irgendeine Weise in diesem Zusammenhang auf irgendeine spezifische
Theorie beschränkt
zu werden, hat der Anmelder Grund zu glauben, dass die Art, in welcher
die oben beschriebene Verdichtung des Materials M durchgeführt wird,
den typischen longitudinalen Streckeffekt von Kalandrierungsarbeitsschritten
präzise
vermeidet, wegen der im Wesentlichen isostatischen Verteilung der
Spannungen, die lokal im Material M induziert werden. Dieser Effekt
kann in der beschriebenen Ausführungsform
der Gegenwart der Gurte 8, 9 zugeschrieben werden
und folglich der Tatsache, dass der Kompressionseffekt über einen
ausgebreiteten Oberflächenbereich
verteilt ist, mit einer Einwirkungsrichtung senkrecht auf die Oberfläche. Dies
unterscheidet sich zu dem, was in herkömmlichen Kalandriermaschinen
auftritt, in welchen die Verdichtung des kalandrierten Materials
sich auf die schmalen Bereiche konzentriert, in welchen die Walzen
zusammenarbeiten, und der auf jeden Fall Komponenten aufweist, die
entlang der Ebene des Kalandrierungsprodukts gerichtet sind.
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Zudem
sollte nicht vergessen werden, dass in den meisten Kalandern ein
im Wesentlichen marginaler Unterschied der peripheren Geschwindigkeiten
der Walzen beabsichtigt wird; klarer Weise induziert dieser Faktor
signifikante Streckung in dem Material, das der Kalandrierung ausgesetzt
ist.
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In ähnlicher
Weise wird verstanden werden, dass der gewünschte Effekt – Verdichtung
durch Kompression bei im Wesentlichen Abwesenheit von Streckspannung
entlang der Lage L – auf
verschiedene Weise mit dem gleiche Endergebnis erreicht werden kann;
eine lineare Presse, welche Abschnitte des Lagers oder der Unterlage
komprimiert, die nacheinander der Presse zugeführt werden, kann als praktisches
Beispiel erwähnt
werden.
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Die
Platte oder Lage des Materials L kann dann einem Gerät 12 zugeführt werden,
in welchem das Material L einer Querverbindungsbehandlung unterzogen
wird, durch die Anwendung von Druck und/oder Hitze. Zum Beispiel
kann dies die Behandlung sein, die gegenwärtig mit dem Handelsnamen "Rotocure" bezeichnet ist.
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Typische
Parameter zur Durchführung
einer Behandlung dieser Art (z. B. für ein Ausgangsmaterial, welches
aus synthetischem Gummi aufgebaut ist) werden durch die Temperaturen
von zwischen 150°C
und 190°C
und Drücke
von zwischen 0,5 und 2 MPa repräsentiert.
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In Übereinstimmung
mit ganz konventionellen Techniken kann die Rotocure-Behandlung auf eine
Weise implementiert werden, so dass das Erscheinungsbild der gegenüberliegenden
flachen Oberflächen
des sich ergebenden Produktes F vollständig glatt, oder speziell im
Fall der äußeren oder
oberen Oberfläche
der Abdeckung leicht marmoriert oder rau ist, z. B. mit einer Anti-Rutsch-Funktion,
wenn es beabsichtigt ist, das Endprodukt F als Bodenbelag zu verwenden,
auf im Wesentlichen dieselbe Weise, die normal ist für Abdeckungen, die
für diesen
Zweck verwendet werden.
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Schließlich kann
das Produkt, das aus der Einheit 12 hervortritt, verschiedenen
Endbearbeitungs- oder Schleifarbeitsschritten unterzogen werden
für die
Anbringung von Schutzlagen, zum Schneiden in Streifen oder Kacheln,
usw.
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Diese
Arbeitsschritte, welche in Übereinstimmung
mit bekannten Kriterien durchgeführt
werden, werden insgesamt mit 13 bezeichnet.
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Das
Endprodukt F kann typischerweise das Erscheinungsbild einer Bodenfliese
P haben, wie schematisch in 2 gezeigt.
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Der
markanteste Aspekt des Endproduktes F und des Zwischenproduktes
L der Abdeckung, welche in Übereinstimmung
mit der Erfindung hergestellt wird, ist die intrinsische nicht gerichtete
(isotropische) Natur ihrer Eigenschaften.
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Dies
bezieht sich sowohl auf ihre physikalischen und mechanischen Eigenschaften,
als auch auf ihre ästhetischen
Eigenschaften, wenigstens in Bezug auf das Erscheinungsbild der äußeren oder
oberen Lage.
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Speziell
führte
der Anmelder verschiedene Tests an Bodenproben durch, die gemäß der Erfindung
aus SBR-Gummi hergestellt wurden.
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Der
in Frage kommende Bodenbelag hatte eine Dicke von ungefähr 2 mm.
Proben S1, S2, S3 (siehe 2)
in der Form von 27 cm × 7
cm Rechtecken wurden aus dem Bodenbelag in einer longitudinalen
Richtung (S1), in einer Querrichtung (S2), und in einer diagonalen
Richtung unter 45° zur
longitudinalen Richtung (Pfeil von 2)
(S3) jeweils aus dem Streifen F geschnitten, welcher durch den fortlaufenden
Prozess, der in 1 gezeigt
ist, hergestellt wurde.
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Die
visuelle Inspektion der Oberseite (die Lauffläche), sogar in kurzem Abstand,
zeigte konsistent, dass die Proben der drei Arten S1, S2 und S3
sich nicht voneinander unterschieden.
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Diese
Eigenschaft ist wichtig, speziell wenn der Bodenbelag ausgelegt
wird, weil sie Verbindungen ermöglicht,
die nicht aus einer normalen Betrachtungshöhe wahrnehmbar sind, die zwischen
den Lagen und/oder Fliesen gebildet werden können, ungeachtet der Orientierung
der Lagen oder der Fliesen.
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Die
folgenden physikalischen und mechanischen Tests wurden ebenso durchgeführt.
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Nachgiebigkeitstests
(EN 435 – Verfahren
A) und dimensionale Stabilitätstests
(EN 434) innerhalb des Bereiches des Standards EN 1817 (Version
vom März
1998) wurden an longitudinalen Streifen S1 und Querstreifen S2 der
oben gegebenen Dimensionen durchgeführt, hergestellt aus Abdeckungen
gemäß der Erfindung,
mit homogener Struktur über
der Dicke. Bruch-Lage-Dehntests (DIN 53504) und Reißwiderstandstests (DIN
53515) wurden ebenso ausgeführt.
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Die
Ergebnisse der Tests werden in den folgenden Tabellen gegeben.
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TABELLE
1 – Nachgiebigkeit
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TABELLE
2 – Dimensionale
Stabilität
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(Der
Maximalwert, der gemäß dem Standard
EN 434 erlaubt ist, liegt bei +/–0.4%.)
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TABELLE
3 – Bruchladedehnung
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TABELLE
4 – Reißfestigkeit
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Natürlich können, obwohl
das Prinzip der Erfindung das gleiche bleibt, die Details des Aufbaus
und die Formen der Ausführungsform
weitreichend variiert werden in Bezug auf das, was beschrieben und
veranschaulicht ist, ohne dabei vom Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung abzuweichen.
