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Gegenstand aus Schwammkautschuk
Die Erfindung bezieht sich auf Schwammkautschukgegenstände,
die aus aufgeschäumter und vulkanisierter natürlicher oder synthetischer Kautschukmilch
hergestellt sind.
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Ein Hauptziel der Erfindung ist die Stabilisierung des Kautschukmilchschaumes,
so daß der daraus hergestellte Schwammkautschuk und somit die aus diesem gefertigten
Gegenstände höhere Zerreiß- und Druckfestigkeit und weniger Schrumpfvermögen aufweisen,
als es bei Verwendung von bisher üblichem Kautschukmilchschaum der Fall ist.
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Zur Erreichung dieses Zieles bringt die Erfindung ein Füllmaterial
in Vorschlag, welches durch Kautschukmilch leicht benetzt wird, wenn diese aufgeschäumt
wird, und welches bereits bei einem Zusatz von verhältnismäßig geringen Mengen die
oben angedeuteten Verbesserungen der physikalischen Eigenschaften des fertigen Gegenstandes
bewirkt. Dieses neue Füllmaterial ist Glasfaser, bei welcher jede Faser im Gegensatz
zu einem gepulverten oder körnigen Füllmaterial eine bestimmte Länge besitzt.
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Es besteht Grund zur Annahme, daß in der Längenausdehnung der Fasern
der Grund für die Steigerung der Verschleiß- und Zerreißfestigkeit von erfindungsgemäßem
Kautschukschwamm zu suchen ist. Die Stabilisierung des Schaumes ist wahrscheinlich
auf die
große OberfläChe -der Glasfasern zurückzuführen. Die einzelnen
Fasern bilden sozusagen ein sich ineinander verschließendes Netzwerk innerhalb des
Schaumes und ermöglichen dadurch die Erzeugung kleiner gleichmäßiger Schaumbläschen,
die sich infolge ihrer Berührung mit der Oberfläche der Glasfasern halten können.
Der Schaum wird voluminöser, da es möglich ist, gleiche Druckergebnisse mit einem
gegebenen Stück Schwammkautschuk aus vulkanisiertem Kautschukmilchschaum zu erreichen,
dessen Volumen beispielsweise siebenmal gegenüber seinem ursprünglichen Volumen
bei der Aufschäumung vergrößert wurde, während bei einem Schwammkautschuk aus KautschukmiIchschaum
dessen Volumen erheblich weniger bei der Aufschäumung vergrößert wurde, bei weIchem
aber keine Glasfasern benutzt wurden. Auf diese Weise ist auch von wirtschaftlichem
Standpunkt aus die Benutzung von Glasfasern außerordentlich vorteilhaft. Bereits
Zusatzmengen von nur I °/o Glasfasern steigern erheblich das Volumen und bewirken
gleichzeitig eine deutliche Wirkung auf die Stabilisierung des Schaumes, der länger
hält, wenn in der Masse Glasfasern vorhanden sind, als ohne einen solchen Zusatz.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Kautschukmilch
durch Zusatz von Glasfasern gleichmäßig und schneller in Schaum übergeführt werden
kann, da die Glasfasern den- Schaum versteifen und dadurch das Untermischen von
Luft erIeichtern.
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Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden sich aus der folgenden
Beschreibung ergeben, die durch die Zeichnung erläutert wird.
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Fig. I ist ein Diagramm, in welchem der Prozentsatz der Schrumpfung
gegen den Prozentsatz der zugesetzten Glasfaser aufgetragen ist; Fig. 2 ist ein
ähnliches Diagramm, in welchem der Prozentsatz der zugesetzten Glasfaser gegen die
Zugfestigkeit in kg/cm2 aufgetragen ist; Fig. 3 ist ein Diagramm ähnlich Fig. I,
bei welchem der Prozentsatz der benutzten Glasfaser gegen die Dichte in g/cm3 aufgetragen
ist; Fig. 4 ist ein Diagramm ähnlich Fig, I, bei welchem der Prozentsatz der benutzten
Glasfaser gegen den Druck in kg/cm2 aufgetragen ist, der erforderlich ist, um den
fertigen Gegenstand auf 50 0/, seiner ursprünglichen unbelasteten Dicke zusammenzudrücken.
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Bei der Herstellung von Schwammkautschukgegenständen aus aufgeschäumter
Kautschukmilch gibt es eine ganze Reihe von Problemen zu lösen, von denen eins der
wichtigsten durch die Neigung der aufgeschäumten Kautschukmilch gegeben ist, während
des Vulkanisations- und Trocknungsprozesses zu schrumpfen. Dieser Schrumpfungsvorgang
hat erhebliches Ausmaß und macht die Verwendung von Formen von beträchtlich größeren
Abmessungen in allen Richtungen erforderlich, als sie der gewünschte Gegenstand
hat.
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Ein großer Nachteil von Schwammkautschuk aus Kautschukmilchschaum
liegt in der sehr niedrigen Zerreißfestigkeit infolge einer fast zu vernachlässigenden
Festigkeit. Infolgedessen besitzen Gegenstände aus solchem Schwammkautschuk, obwohl
sie recht gute Eigenschaften gegenüber dem Zusammendrücken besitzen, im wesentlichen
keine Zugfestigkeit und werden leicht zerstört, wenn sie Zugwirkungen unterworfen
sind.
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Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme und die damit verbundenen
Schwierigkeiten durch den Einschluß von Glasfasern als neuartigem, besonderem Füllmittel.
Dadurch wird die Neigung zum Schrumpfen während der Vulkanisierung herabgesetzt
und die Zug- oder Reißfestigkeit des fertigen Gegenstandes stark erhöht. Andererseits
übt das neue Füllmaterial keine nachteiligen Einflüsse auf den fertigen Gegenstand
aus, soweit dieser unter bestimmten Verhältnissen benutzt wird. Da das neue Füllmaterial
auch verhältnismäßig billig ist, kann es wirtschaftlich zur Verbesserung der Eigenschaften
von Gegenständen aus Schwammkautschuk benutzt werden.
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Die als Füllmaterial benutzten Glasfasern werden aus einem Natriumboratglas
nach Art des Pyrexglases hergestellt, welches mechanisch zu einem Faden von einem
mittleren Durchmesser von z. B. etwa 0,05 mm ausgezogen und gewöhnlich mit einem
emulgierten Pflanzenöl und löslicher Stärke überzogen wird. Ein solcher Überzug
bildet jedoch kein notwendiges Merkmal der Erfindung, da die Glasfaser, auch wenn
sie vollkommen frei und sauber ist, sich beim Mischen mit Kautschukmilch sehr gut
verhält und verarbeiten läßt.
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Auch die Herstellung des Schaumes selbst ist mit zahlreichen Problemen
verbunden. Der Zusatz von Glasfasern in Mengen von etwa nur I °/o auf das Gewicht
der Kautschukmilch ergibt außerordentlich verbesserte Aufschäumungsergebnisse. Der
Schaum ist haltbarer und gleichmäßiger. Weiterhin läßt sich der Schaum infolge des
Verdickungseffektes der zugesetzten Glasfasern leichter bis auf das gewünschte Volumen
aufschlagen. Soweit bekannt ist, sind Glasfasern das einzige Material, welches diese
Wirkung besitzt. Andere Faserstoffe, beispielsweise Baumwollflocken, Linters u.
dgl., sind der Kautschukmilch 'schwierig zuzusetzen und ballen sich während des
Mischens zusammen. Hingegen werden Glasfasern sehr leicht benetzt und verteilen
sich unmittelbar nach ihrem Zusatz gleichförmig und leicht in dem gesamten Schaum.
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Die gewünschten Faserlängen werden dadurch gewonnen, daß die Glasfasern
nach dem Ziehen in einer Kugelmühle bearbeitet werden.
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Faserlängen von o,8, 3 und 6 mm sind auf diese Weise erhältlich.
Faserlängen von etwa 3 mm sind vorteilhaft, obwohl auch Faserlängen im Bereich zwischen
o,8 und 6,5 mm mit guten Ergebnissen benutzt werden können.
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Gleichgültig, ob die Glasfasern einen Überzug besitzen oder nicht,
werden sie von der Kautschukmilch leicht benetzt und mischen sich mit ihm leicht
und gründlich, ohne daß während des Schäumungsprozesses Klumpen und Zusammenballungen
entstehen. Hierdurch unterscheidet sich das neue Füllmaterial grundsätzlich von
anderen Füllmaterialien, die sich der Kautschukmilch nur sehr schwierig beimischen
lassen und die vor dem Zusatz in einer Kugelmühle fein vermahlen und dann sehr langsam
und mit großer Sorgfalt zugesetzt werden müssen, um ein Zusammenballen zu verhindern.
An dieser Stelle ist auch mit Nachdruck darauf hinzuweisen, daß sich
Glasfasern
in dieser Beziehung vollständig von Kieselerde in feingepulvertem Zustand unterscheiden.
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Gepulverte Kieselerde liefert als Füllmaterial in keiner Beziehung
solche Ergebnisse, wie sie bei Benutzung von Glasfasern erzielbar sind.
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Glasfasern können mit Erfolg bei allen üblichen Sorten von Kautschukmilch
verwendet werden. Es lassen sich also Mischpolymerisate aus Butadien-Styrol, Butadien-Acrylsäurenitril,
polymeres 2-Chlorbutadien, natürliche Kautschukmilch usw. oder Mischungen dieser
Stoffe in Verbindung mit Glasfaser benutzen, und es sei darauf hingewiesen, daß
die Anwendung der Erfindung in keiner Weise auf besondere Kautschukmilchsorten beschränkt
ist, da Versuche gezeigt haben, daß gleich vorteilhafte Ergebnisse erzielbar sind,
ob man nun Kautschukmilcharten oder Gemische irgendwelcher Polymerisate des Butadiens
oder sonstiger Kautschuksorten benutzt.
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Aus den Diagrammen ist ersichtlich, daß die Schrumpfung schon durch
einen so geringen Zusatz wie 1 0/o Glasfasern wesentlich verringert und Dichte und
Zugfestigkeit erheblich vergrößert werden. Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens
werden Zusatzmengen von 21/2 bis 7112 % Glasfasern aus wirtschaftlichen Überlegungen
und aus Gründen, die weiter unten erörtert werden sollen, bevorzugt, obwohl auch
Zusatzmengen von 1 bis 10% vorteilhafte Ergebnisse zeitigen.
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Es hat sich gezeigt, daß bei der Benutzung sehr hoher Prozentsätze
von Glasfasern der hergestellte Kautschukschwamm die Neigung besitzt, bei ausgedehnten
beschleunigten Ermüdungsversuchen zusammenzubrechen. Solche Ermüdungsversuche wurden
ausgeführt mit einem Probestück von etwa 300 x 300 mm bei einer durchschnittlichen
Dicke von etwa 35 mm; das ganze Probestück wurde mit einer Frequenz von etwa 60
Schwingungen pro Minute bis auf 50 °lO seiner Dicke zusammengedrückt. Der Drückvorgang
wurde etwa 500 ooomal wiederholt. Es hat sich gezeigt, daß Schwammkautschuk aus
aufgeschäumter Kautschukmilch, der keine Glasfasern zugesetzt wurden, nach einer
solchen Versuchsbehandlung im wesentlichen keine Veränderung seines physikalischen
Verhaltens und wenig oder keine Neigung zum Zusammenbrechen zeigte. Ein Kautschukschwamm
mit einem Zusatz von I5 % Glasfasern zeigte ein geringes Zusammenbrechen der Haut
an den Ecken des Musterstückes nach etwa 250 000 zusammendrückungen. Ein-Schwammkautschuk
mit einem Zusatz von 10% Glasfasern zeigte diese Eigenschaft weniger und war nach
500 ooo Wiederholungen des Drückvorganges in einem besseren Zustand als das Probestück
mit einem Zusatz von I5 °loa Eine weitere Verringerung der Zusatzmenge von Glasfasern
zeigte entsprechende verbesserte Ergebnisse, und das Muster mit einer Zusatzmenge
von 21/2 01o war am Schluß der Ermüdungsversuche im gleichen Zustand wie das Muster,
welches überhaupt keinen Zusatz von Glasfasern erhielt. In dieser Beziehung wird
derschließliche Bestimmungszweck des Schwammkautschuks aus Kautschukmilchschaum
bis zu einem gewissen Grad die Zusatzmenge von Glasfasern bestimmen. Erfährt der
fertige Gegenstand nur verhältnismäßig selten Druckeinwirkungen, kann die Zusatzmenge
an Glasfasern erhöht werden, wenn bestimmte andere Eigenschaften erwünscht sind.
In allen Fällen wurde bei den Ermüdungsversuchen eine bleibende Senkung beobachtet;
diese Daten sind für verschiedene Zusatzmengen von Glasfasern wie folgt: Bleibende
Volumenverringerung in Prozentsätzen
| Zusatzmenge Prozentsatz |
| an Glasfasern von etwa der |
| 3 mm Länge Volumenvernugerung |
| 0 1,44 |
| 21/2 1,42 |
| 10 1,75 |
| 15 4,78 |
Die vorstehenden Ziffern beziehen sich auf die Dicke vor und nach der Durchführung
von Ermüdungstesten mit 500 ooo Druckvorgängen. Bei allen Mustern wurde die Kautschukmilch
in üblicher Weise mit Vulkanisierungsmitteln, Beschleunigern usw. vermischt und
dann ungefähr auf das Siebenfache seines ursprünglichen Volumens aufgeschäumt, in
Formen gegossen und in offenem Dampf unter einem Druck von etwa 3 atü vulkanisiert.
Da alle Proben unter gleichen Bedingungen durchgeführt wurden, kann angenommen werden,
daß auch bei einer Abänderung der Mischung und bzw. oder Vulkanisierungsbedingungen
gleiche Ergebnisse über die ganze Reihe verschiedener Zusatzmengen von Glasfasern
erzielt werden.
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Einige typische beispielsweise Mischungsvorschriften für Kautschukmilchschaum
sind die folgenden: In den nachfolgenden Formelzusammenstdlungen I, II und III besitzt
der Grundansatz folgende Zusammensetzung: Zinkoxyd .................. ....... 600
g Schwefel......................... 240 g Zinkmercaptobenzothiozol ............
I56 g Zinkdiäthyldithiocarbamat ............ 44 g Sym.-Di-ß-naphthyl-p-phenylendiamin
120 g Titanoxyd .......................... 180 g Io°lOige Kaseinlösung ...............
454 cm3 200/0ige Lösung von 40 Teilen Na-laurylsulfat, 50 Teilen C-Cetylbetain 10
Teilen Kondensationsprodukt aus Formaldehyd und Na-arylalkylsulfonat in Wasser ..............
432 cm3 10%ige Lösung des letztgenannten Kondensationsproduktes ............ 151
cm3 Mischungsvorschrift I
| Teile |
| Dispersion von polymerem 2-Chlor- |
| butadien ........................ 1000 |
| Petrolatemulsion (50%) .......... 40 |
| Grundansatz ..................... 50 bis 175 |
| Glasfaser (3 mm Länge) ............. 30 bis 110 |
| Aminoessigsäurelösung (20%)....... 36 |
Mischungsvorschrift II
| Teile |
| Kautschukmilchmischung aus 580 |
| bis 700 Teilen natürlicher Kau- |
| tschukmilch (60 0/o) und 420 bis |
| 300 Teilen einer Mischpolymeri- |
| satdispersion (60 0/o) von Buta- - |
| dien-Styrol . . 1000 |
| Grundansatz .................. . So bis I75 |
| Glasfaser -(3 mm Länge) ........... - 30 bis 110 |
Mischungsvorschrift III
| Teile |
| Natürliche Kautschukmilch 60 0/o ... I000 |
| Grundansatz ...................... 50 bis 175 |
| Glasfasern (etwa 3 mm Länge) ... 30 bis 110 |
| Seifenlösung ..................... 25 |
In allen genannten Mischungsbeispielen werden die Zusätze während des Schaumschlagens
allmählich der Kautschukmilch zugegeben, bis das Volumen ungefähr das Siebenfache
des Ausgangsvolumens beträgt.
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Anschließend wird ein Geliermittel zugesetzt und das Schaumschlagen
noch 30 bis 40 Sek. fortgesetzt, -worauf der Schaum in Formen gefüllt und bei 2
bis 3 kg/cm2 Dampfdruck ungefähr 20 Min. vulkanisiert wird.
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Als Geliermittel kann Natriumsiliciumfluorid oder Kaiinmfluortftanat
oder Fluorzirkonat in Mengen von etwa 1 bis 5 0/o des Gesamtgewichtes der Zusätze
benutzt werden.
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Natürlich sind die vorstehenden Mischungen nur ais Beispiele zu betrachten.
Die Verwendung von Glasfasern ist also in keiner Weise auf die angegebenen Zusammensetzungen
beschränkt, sondern bei jedem beliebigen Kautschukmilchschaum möglich.
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Durch die vorliegende Erfindung werden die physikalischen Eigenschaften
von Schwammkautschuk aus aufgeschäumter Kautschukmilch durch Beifügung bestimmter
Mengen bestimmter Glasfasern verbessert und dadurch der Wert des Schwammkautschuks
für die Herstellung von Sitzkissen, Polstern und sonstigen Gegenständen erheblich
gesteigert. In jedem Fall wird durch den Zusatz der Glasfasern die Dichte erhöht,
während damit keine Vergrößerung der Menge der benutzten Kautschukmilch verbunden
ist. Das bedeutet eine Erhöhung des wirtschaftlichen Wertes des fertigen Gegeastandes,
da er keine größere Kautschukmenge, aber trotzdem eine größere Dichte und Zugfestigkeit
in Verbindung mit einer gleichmäßigen Größe infolge der Verringerung der Schrumpfung
während des Vulkanisierens und Trocknens aufweist.
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Weiterhin ist die Verwendung der Glasfaser für die Stabilisierung
des Schaumes von erheblichem Wert, da sich der Schaum leichter bilden läßt, stabil
ist und die Kautschukmilchmenge, die für jedes fertige Stück mit einer gegebenen
Zusammendrückungszahl benötigt wird, kleiner ist. Der Zusatz der Glasfasern bedingt
auch bessere Arbeitsbedingungen, da der Schaum durch diese versteift wird und sich
einfacher handhaben läßt. Die Arbeitsbedingungen lassen sich auch leichter kontrollieren,
so daß ein solcher Schaum unter anderem auf eine Unterlage ohne Form aufgetragen
und in offenem Dampf vulkanisiert"werden kann.
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Der Zusatz hat darüber hinaus noch den Vorteil, daß die physikalischen
Eigenschaften des aus dem Schaum hergestellten Schaumkautschuks verbessert werden.
Die Verschlüsselung der Glasfaser mit dem Kautschuk schafft Festigkeitseigenschaften,
die das seitliche Ausweichen verringern, wenn der Schwammkautschuk für Polster und
Kissen benutzt wird, so daß also die Bewegung hauptsächlich in einer Ebene statt
in zweien aufgenommen wird, wie es üblichenveise der Fall ist, wenn keine Zusätze
von Glasfasern Verwendung finden.