NL1029670C2

NL1029670C2 - Werkwijze voor het vervaardigen van een flexibel slijtdeel van gelaagd polyurethaan.

Info

Publication number: NL1029670C2
Application number: NL1029670A
Authority: NL
Inventors: Hendrikus Johannes Zengerink; Wouter Tims
Original assignee: Herikon B V; Timro Technical Components And
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2007-02-06
Also published as: EP1749633B1; DE602006003599D1; ES2317375T3; ATE413958T1; EP1749633A1

Description

i

WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN VAN EEN FLEXIBEL SLIJTDEEL VAN GELAAGD POLYURETHAAN

!

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen 5 van een flexibel slijtdeel van gelaagd polyurethaan.

I De kunststof polyurethaan combineert een hoge sterkte en stijfheid aan hoge elasticiteit en is derhalve uitstekend geschikt als grondstof voor slijtdelen voor uiteenlopende toepassingsgebieden. Deze eigenschappen van polyurethaan zouden nog beter kunnen worden benut door verschillende polyurethaansoorten met verschillende 10 hardheden met elkaar te combineren. Op het vakgebied is echter algemeen bekend dat verschillende polyurethaansoorten met verschillende hardheden onderling slecht hechten, waardoor het vervaardigen van gelaagd polyurethaan wordt bemoeilijkt. Eenmaal vervaardigde producten vertonen in de praktijk ook snel scheuren op het scheidingsvlak tussen de verschillende polyurethaansoorten.

15 Aanvraagster heeft een werkwijze ontwikkeld van de aan het begin genoemde soort, die deze nadelen opheft.

De werkwijze volgens de uitvinding omvat de volgende stappen: a) het in een matrijs voor het slijtdeel gieten van een hoeveelheid polyurethaan van een eerste soort met een eerste hardheid voor het vormen van een eerste laag; 20 b) het gedurende een zekere tijd laten uitharden van de eerste laag polyurethaan; c) het over de eerste laag polyurethaan gieten van een deel van een hoeveelheid polyurethaan van een tweede soort met een tweede hardheid, die anders is dan de eerste hardheid, voor het vormen van een deellaag polyurethaan van de tweede soort; d) het gedurende een zekere tijd laten uitharden van de deellaag polyurethaan van de 25 tweede soort; e) het over de deellaag gieten van de rest van de hoeveelheid polyurethaan van de tweede soort voor het voltooien van de tweede laag; en f) het laten uitharden van het gegoten slijtdeel.

Een goede en snelle hechting van de twee polyurethaansoorten wordt verkregen 30 wanneer het deel ter vorming van de deellaag 5 tot 25 gewichtsprocent van de totale hoeveelheid polyurethaan van de tweede soort bedraagt.

De slijtvastheid en de mechanische eigenschappen van de polyurethaan van de eerste soort kunnen op voordelige wijze verder vergroot worden door toevoeging van één of meer additieven, carbides of een mengsel daarvan. Stap a van de werkwijze omvat dan 35 de volgende stappen: 1029670 2 a1) het afmeten van een deel van de hoeveelheid polyurethaan van de eerste soort; a2) het aan het deel polyurethaan van de eerste soort toevoegen van ten minste één additief; a3) het in de matrijs gieten van het deel polyurethaan van de eerste soort met het 5 additief voor het vormen van een deellaag polyurethaan van de eerste soort; a4) het gedurende een zekere tijd laten uitharden van de deellaag polyurethaan van de eerste soort; en a5) het over de deellaag gieten van de rest van de hoeveelheid polyurethaan van de eerste soort voor het voltooien van de eerste laag.

10 Een goede en snelle hechting van de twee polyurethaansoorten, waarvan één met additief, wordt verkregen wanneer het deel ter vorming van de deellaag 5 tot 25 gewichtsprocent van de hoeveelheid polyurethaan van de eerste soort bedraagt.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de werkwijze verder de stap van het op voorafbepaalde posities in de matrijs aanbrengen van één of meer inlegelementen.

15 Middels de inlegelementen zijn de vormstabiliteit en de mechanische eigenschappen van het te vervaardigen slijtdeel aan te passen.

Bij voorkeur omvat de polyurethaan van de eerste soort TDI-polyurethaan met een hardheid in het bereik tussen 80° Shore A en 75° Shore D.

Bij voorkeur omvat de polyurethaan van de tweede soort MDI-polyurethaan met een 20 hardheid in het bereik tussen 35° Shore A en 95° Shore A.

Geschikte additieven omvatten wolframcarbide of siliciumcarbide of een mengsel daarvan, bij voorkeur in een verhouding van 10 tot 20 gewichtsprocent van het deel ter vorming van de deellaag polyurethaan van de eerste soort.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een slijtdeel vervaardigd volgens de 25 werkwijze volgens de uitvinding. In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm is het slijtdeel een afdichtring voor een afsluiter van een transportleiding voor vloeibaar materiaal.

De uitvinding zal nu in meer detail worden besproken aan de hand van de tekeningen, waarin 30 Figuur 1A een schematische doorsnede toont van een eerste slijtdeel dat is vervaardigd volgens een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding;

Figuur 1B een schematische doorsnede toont van een variant van het eerste slijtdeel uit figuur 1A; 35 Figuur 2A een schematische doorsnede toont van een tweede slijtdeel dat is 1029670 3 vervaardigd volgens een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding; en

Figuur 2B een schematische doorsnede toont van een variant van het tweede slijtdeel uit figuur 2A.

5

In de figuren zijn gelijke onderdelen aangeduid middels gelijke verwijzingscijfers.

Figuur 1A toont een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van een afdichtingselement, zoals een afdichtring 1 voor een schuif- of klepafsluiter in een transportleiding voor vloeibaar, al dan niet abrasief en/of verstoppend materiaal. Afdichtring 1 omvat een hol 10 lichaam 2 met een algemeen cilindrische vorm. Aan een uiteinde van het lichaam 2 bevindt zich een neusring 3, die in gebruik aanligt tegen de schuif of klep van de afsluiter.

Figuur 2 A toont een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van een afdichtingselement 10. Afdichtring 10 omvat een hol lichaam 12 met een algemeen cilindrische vorm. Aan een uiteinde van het lichaam 12 bevindt zich een neusring 13, die in gebruik aanligt tegen de 15 schuif of klep van de afsluiter.

Afdichtringen 1 en 10 omvatten beiden inlegelementen 5 respectievelijk 15. De inlegelementen zijn ingegoten voorwerpen van een vreemd materiaal, die op het vakgebied doorgaans worden aangeduid als “inlages”. Enkele voorbeelden van geschikte inlegelementen zijn; metalen ringen, luchtkamers, schuimrubber etc. Door gebruik van 20 geschikte inlegelementen kunnen diverse eigenschappen van de afdichtring aan de beoogde toepassing worden aangepast, zoals de vormstabiliteit, sterkte, stijfheid, wrijvingscoëfficiënt, etc. In de getoonde voorkeursuitvoeringsvorm zijn de inlegelementen 5 respectievelijk 15 stalen ringen. Afdichtring 10 onderscheidt zich met betrekking tot afdichtring 1 zoals boven beschreven met betrekking tot de andere vorm van 25 inlegelementen 15 in vergelijking tot inlegelementen 5.

Volgens de uitvinding is de neusring 3 gegoten van polyurethaan van een eerste soort met een eerste hardheid. Een voorbeeld van een geschikte polyurethaansoort van de eerste soort is Tolueen Di-lsocyanaat (TDI) met een hardheid van 95°Shore A. Het lichaam 2 is volgens de uitvinding gegoten van polyurethaan van een tweede soort met 30 een tweede hardheid, die lager is dan de eerste hardheid. Een voorbeeld van een geschikte polyurethaansoort van de tweede soort is difenyl-Methaan Di-lsocyanaat (MDI) met een hardheid van 60°Shore A.

De afdichtringen 1,10 vervaardigd van het gelaagde polyurethaan volgens de uitvinding heeft een elastisch lichaam 2, 12 dat de bewegingen van de afsluiterschuif of -35 klep kan volgen en zelf slijtagebestendig is tegen het langsschurende materiaal. Ter 1029670 i 4 plaatse van de neusring 3,13 is de slijtvastheid het grootst om de beweging van de schuif of klep van de afsluiter te kunnen weerstaan. Afdichtring 1,10 beschermt het huis van de afsluiter optimaal tegen slijtage veroorzaakt door het langsschurende materiaal.

Voorbeeld A beschrijft de vervaardiging van afdichtring 1 resp. 10 uit figuur 1A resp.

5 2A volgens de werkwijze volgens de uitvinding.

VOORBEELD A

In een geselecteerde matrijs worden inlegelementen 5, 15 aangebracht op voorafbepaalde posities, bijvoorbeeld op equidistante posities. De matrijs wordt 10 vervolgens voorverwarmd op de op het vakgebied gebruikelijke wijze. In de matrijs wordt een hoeveelheid TDI-polyurethaan 95°Shore A gegoten. Voor een afdichtring varieert de hoeveelheid TDI-polyurethaan tussen in hoofdzaak 100 gram en 10 kilogram, afhankelijk van de beoogde afmetingen van de afdichtring. In de rest van voorbeeld A wordt uitgegaan van een hoeveelheid van 1000 gram TDI-polyurethaan.

15 De gegoten laag TDI-polyurethaan dient gedurende een voorafbepaalde tijd, die in hoofdzaak varieert tussen 2 en 6 minuten, uit te harden.

Vervolgens wordt er over de eerste laag TDI-polyurethaan een deel van een hoeveelheid MDI-polyurethaan 60°Shore A gegoten voor het vormen van een deel van een tweede laag ofwel een deellaag. Voor een afdichtring varieert de hoeveelheid MDI-20 polyurethaan in het algemeen tussen in hoofdzaak 1000 gram en 60 kilogram, afhankelijk van de beoogde afmetingen van de afdichtring. In de rest van voorbeeld A wordt uitgegaan van een hoeveelheid MDI-polyurethaan van 3500 gram. Het deel ter vorming van de deellaag bedraagt in hoofdzaak 5 tot 25 gewichtsprocent van de hoeveelheid MDI-polyurethaan. In dit voorbeeld wordt uitgegaan van 10 gewichtsprocent, d.w.z. 350 gram.

25 De gegoten deellaag MDI-polyurethaan dient gedurende een voorafbepaalde tijd, die in hoofdzaak varieert tussen 8 en 12 minuten, uit te harden.

Het resterende deel van de hoeveelheid MDI-polyurethaan, welk deel in dit voorbeeld 3150 gram bedraagt, wordt ter voltooiing over de reeds gegoten deellaag MDI-polyurethaan gegoten.

i 30 Tenslotte dient het aldus voltooide slijtdeel uit te harden. Dit uitharden vindt plaats in een oven op de voor polyurethaan per se gebruikelijke wijze op het vakgebied.

Figuur 1B toont een variant van afdichtingsring 1. Figuur 2B toont een variant van afdichtingsring 10. In de getoond varianten zijn afdichtring 1 resp. 10 voorzien van een 35 neusring 3 resp. 13 met een extra versterkt voorste deel 4 resp. 14. Volgens de uitvinding 1029670 5 wordt dit bereikt door aan het polyurethaan van de eerste soort een of meer additieven of carbides of een mengsel daarvan toe te voegen. Geschikte additieven zijn bijvoorbeeld: wolframcarbide of siliciumcarbide of een mengsel daarvan. De slijtvastheid van een dergelijke extra versterkte neusring is nog groter en de wrijvingscoëfficiënt is lager door 5 het toevoegen van deze additieven.

Voor het overige stemmen de getoonde varianten volledig overeen met de oorspronkelijke afdichtringen 1 en 10 uit figuren 1A en 2A .

Voorbeeld B beschrijft de vervaardiging van de in figuur 1B, resp. 2B getoonde variant op de afdichtring 1 resp. 10 volgens de werkwijze volgens de uitvinding.

10

VOORBEELD B

In een geselecteerde matrijs worden inlegelementen 5,15 aangebracht op voorafbepaalde posities, bijvoorbeeld op equidistante posities. De matrijs wordt voorverwarmd op de op het vakgebied gebruikelijke wijze. Er wordt een hoeveelheid TDI- 15 polyurethaan 95°Shore A afgemeten. In voorbeeld B wordt uitgegaan van een hoeveelheid van 1000 gram.

Van de hoeveelheid van 1000 gram TDI-polyurethaan wordt een deel afgemeten ter vorming van een deel van een eerste laag ofwel een deellaag. Bij voorkeur bedraagt dit deel in hoofdzaak 5 tot 25 gewichtsprocent. In dit voorbeeld is het deel 250 gram.

20 Aan het deel TDI-polyurethaan wordt het additief toegevoegd. In het algemeen bedraagt de hoeveelheid additief 5 tot 25 gewichtsprocent van het deel TDI-polyurethaan.

In dit voorbeeld wordt uitgegaan van 10 gewichtsprocent en bedraagt de hoeveelheid additief 25 gram.

Het deel TDI-polyurethaan met additief wordt in de matrijs gegoten.

25 De gegoten deellaag TDI-polyurethaan dient gedurende een voorafbepaalde tijd, die in hoofdzaak varieert tussen 2 en 6 minuten, uit te harden.

Het resterende deel van de hoeveelheid TDI-polyurethaan, welk resterende deel in dit voorbeeld 725 gram bedraagt, wordt over de reeds gegoten deellaag TDI-polyurethaan gegoten.

30 De gegoten laag TDI-polyurethaan dient gedurende een voorafbepaalde tijd, die in hoofdzaak varieert tussen 2 en 6 minuten, uit te harden.

Vervolgens wordt er over de eerste laag TDI-polyurethaan een deel van een hoeveelheid MDI-polyurethaan 60°Shore A gegoten voor het vormen van een deel van een tweede laag ofwel een deellaag MDI-polyurethaan. In voorbeeld B wordt uitgegaan 35 van een hoeveelheid MDI-polyurethaan van 3500 gram. Het deel bedraagt in hoofdzaak 5 1029670 6 tot 25 gewichtsprocent van de hoeveelheid MDI-polyurethaan. In dit voorbeeld wordt uitgegaan van 10 gewichtsprocent, d.w.z. 350 gram.

De gegoten deellaag MDI-polyurethaan dient gedurende een voorafbepaalde tijd, die in hoofdzaak varieert tussen 8 en 12 minuten, uit te harden.

5 Het resterende deel van de hoeveelheid MDI-polyurethaan, welk resterende deel in dit voorbeeld 3150 gram bedraagt, wordt ter voltooiing over de reeds gegoten deellaag MDI-polyurethaan gegoten.

Tenslotte dient het aldus voltooide slijtdeel uit te harden. Dit uitharden vindt plaats in een oven op de voor polyurethaan per se gebruikelijke wijze op het vakgebied.

10

De uitvinding is vanzelfsprekend niet beperkt tot de getoonde en beschreven voorkeursuitvoeringsvormen. Het zal duidelijk zijn dat de werkwijze volgens de uitvinding in het algemeen geschikt is voor het vervaardigen van gelaagd polyurethaan en producten daarvan. Het gelaagde polyurethaan omvat een eerste laag polyurethaan van een eerste 15 soort met een eerste hardheid en een tweede laag polyurethaan van een tweede soort met een tweede hardheid, die anders is dan de eerste hardheid. In een verdere uitvoeringsvorm omvat de laag polyurethaan van de eerste soort een deellaag met een additief of carbide. Het aantal lagen polyurethaan kan naar believen worden uitgebreid. Dit geldt eveneens voor het aantal polyurethaansoorten. De uitbreiding van het aantal lagen 20 en/of het aantal polyurethaansoorten kan worden bereikt door de uitvindingsgedachte herhaaldelijk toe te passen op steeds twee verschillende, in aangrenzende lagen te gieten polyurethaansoorten met al dan niet verschillende hardheden. Daartoe dienen voor elke successieve laag stappen c, d en e uit conclusie 1 te worden herhaald. Na het lezen van deze beschrijving moet een deskundige op het vakgebied in staat worden geacht dit uit te 25 voeren.

De uitvinding berust in het algemeen op het inzicht dat op elke voorafgaande (“eerste”) laag polyurethaan van elke volgende (“tweede”) laag polyurethaan eerst een deellaag dient te worden gegoten en dat deze deellaag, evenals de voorafgaande laag gedurende een zekere tijd dient uit te harden. Deze tijd dient voldoende lang te zijn om 30 een begin van een uithardingeffect in de polyurethaan te laten optreden. De benodigde tijd is onder andere afhankelijk van de matrijstemperatuur, de omgevingstemperatuur, de temperatuur van het polyurethaan en de luchtvochtigheid.

Voor de volledigheid wordt benadrukt dat het gelaagde polyurethaan volgens de uitvinding, naast de genoemde toepassingen, toepasbaar is bij slijtdelen in het algemeen. 35 Naast de genoemde toepassing bij hydraulisch transport, bijvoorbeeld in slijtpijpen, 1029670 7 slijtbochten, maar ook nozzles, kan worden gedacht aan toepassingen waarin een verhoogde terugveerelasticiteit van belang is, zoals stootblokken, beschermingsprofielen, fenders, etc.

De uitvinding strekt zich derhalve in het algemeen uit tot elke uitvoeringsvorm die 5 valt binnen de reikwijdte van de bijgevoegde conclusies bezien in het licht van het voorgaande beschrijving en tekeningen.

1029670

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een flexibel slijtdeel van gelaagd polyurethaan, omvattende de volgende stappen: 5 a) het in een matrijs voor het slijtdeel gieten van een hoeveelheid polyurethaan van een eerste soort met een eerste hardheid voor het vormen van een eerste laag; b) het gedurende een zekere tijd laten uitharden van de eerste laag polyurethaan; c) het over de eerste laag polyurethaan gieten van een deel van een hoeveelheid polyurethaan van een tweede soort met een tweede hardheid, die anders is dan de eerste 10 hardheid, voor het vormen van een deellaag polyurethaan van de tweede soort; d) het gedurende een zekere tijd laten uitharden van de deellaag polyurethaan van de tweede soort; e) het over de deellaag gieten van de rest van de hoeveelheid polyurethaan van de tweede soort voor het voltooien van de tweede laag; en 15 f) het laten uitharden van het gegoten slijtdeel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het deel ter vorming van de deellaag 5 tot 25 gewichtsprocent van de hoeveelheid polyurethaan van de tweede soort bedraagt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij stap a) de volgende stappen omvat: a1) het afmeten van een deel van de hoeveelheid polyurethaan van de eerste soort; a2) het aan het deel polyurethaan van de eerste soort toevoegen van ten minste één additief; a3) het in de matrijs gieten van het deel polyurethaan van de eerste soort met het 25 additief voor het vormen van een deellaag polyurethaan van de eerste soort; a4) het gedurende een zekere tijd laten uitharden van de deellaag polyurethaan van de eerste soort; en a5) het over de deellaag gieten van de rest van de hoeveelheid polyurethaan van de eerste soort voor het voltooien van de eerste laag. 30

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarbij het deel ter vorming van de deellaag 5 tot 25 gewichtsprocent van de hoeveelheid polyurethaan van de eerste soort bedraagt. 1029670

5. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, verder omvattende de stap van het op voorafbepaalde posities in de matrijs aanbrengen van één of meer inlegelementen.

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de polyurethaan van de eerste soort TDI-polyurethaan omvat.

7. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de polyurethaan van de eerste soort een hardheid heeft, die in hoofdzaak valt in het bereik tussen 80° Shore A 10 en 75° Shore D.

8. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de polyurethaan van de tweede soort MDI-polyurethaan omvat.

9. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de polyurethaan van de tweede soort een hardheid heeft die in hoofdzaak valt in het bereik tussen 35° Shore A en 95° Shore A.

10. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies 3 t/m 9, waarbij het additief 20 wolframcarbide of siliciumcarbide of een mengsel daarvan omvat

11. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies 3 t/m 10, waarbij het additief 10 tot 20 gewichtsprocent van het deel ter vorming van de deellaag polyurethaan van de eerste soort bedraagt. 25

12. Slijtdeel vervaardigd volgens de werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies.

13. Slijtdeel volgens conclusie 12, waarin het slijtdeel een afdichtring is vooreen afsluiter 30 van een transportleiding voor vloeibaar materiaal. 1029670