Gaszählermembran, Verfahren zur Herstellung derselben und deren
Verwendung
Die Erfindung betrifft eine Gaszählermembran, die ein flächiges Trägermaterial mit einer gasdichten Beschichtung umfaßt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gaszählermembran sowie deren Verwendung.
Aus der DE 42 31 927 ist eine elastische hochgasdichte Kunststoffmembran bekannt, die aus einer Trägerfolie aus Kunststoff mit einer Glasumwandlungstemperatur Tg von mindestens -40 °C, die auf einer Seite oder auf beiden Seiten eine Schicht aus einem vulkanisierten Polysiloxan aufweist, besteht. Nachteilig ist, daß die aus der DE 42 31 927 bekannte, unter Verwendung einer Folie hergestellte Kunststoffmembran über einen längeren Zeitraum nicht biegebeständig ist. D.h., es besteht bei der aus der DE 42 31 927 bekannten Membran die Gefahr, daß nach einer größeren Anzahl von Belastungszyklen eine Materialermüdung in Form von bspw. Loch- oder Rißbildung eintritt. Des weiteren weist diese Membran eine geringe Formbeständigkeit auf.
Aus der WO 00/12969 ist eine Membran für einen Gaszähler bekannt, die aus flüssigem Silikonkautschuk mittels Spritzguß hergestellt wird. Nachteilig ist, daß
die Einbettung eines Verstärkungsmaterials in die aus der WO 00/12969 bekannte Silikonkautschukmembran im Hinblick auf das Spritzgußverfahren nicht möglich ist. Insofern weist diese Membran auch eine nicht ausreichende mechanische Beständigkeit sowie ein nicht ausreichendes Dauerbiegeverhalten auf.
Weiterhin werden in Gaszählern Membranen aus textilyerstärktem Nitril- Butadien-Rubber (NBR)-Kautschuk verwendet. Diese Membranen sind jedoch nachteilig, da die Flexibilität dieser Membranen bei Temperaturen von weniger als -15 °C ungenügend ist. Gaszähler mit NBR-Membranen können mithin bei diesen tiefen Temperaturen nicht verwendet werden.
Darüber hinaus sind Membranen auf Basis von Epichlorhydrinkautschuk bekannt. Jedoch weist dieser Epichlorhydrin-Copolymerkautschuk (ECO) eine maximale Tieftemperaturflexibilität bis maximal etwa -25 °C auf.
Nachteilig ist, daß die vorbekannten Membranen für Gaszähler nicht in einer Umgebung mit Temperaturen von weniger als -20 bis. etwa -25 °C zuverlässig verwendet werden können.
Darüber hinaus sind Membranen aus Polysulfid-Kautschuk bekannt, die eine Tieftemperaturflexibilität bis maximal etwa -30 °C aufweisen. Da es sich bei diesen Membranen um Polymermaterialien mit einem hohen Schwefelgehalt handelt, ist die Herstellung und die Weiterverarbeitung zu Elastomerprodukten stark umweltbelastend. Im Hinblick auf die starke Umweltbelastung ist die Herstellung dieser Polymere bereits teilweise eingestellt worden.
Es besteht daher ein Bedarf an einer Membran, insbesondere zur Verwendung in Gaszählern, die eine verbesserte Tieftemperaturflexibilität aufweist, d.h. an einer Membran, die ihre Funktionsfähigkeit bis zu einem Temperaturbereich on etwa -35 °C und tiefer beibehält. Darüber hinaus soll die Herstellung einer solchen Membran nicht mit einer hohen Umweltbelastung einhergehen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Gaszählermembran, umfassend ein flächiges Trägermaterial mit einer gasdichten Beschichtung, wobei das flächige Trägermaterial ein textiles Trägermaterial ist und wobei die Beschichtung einen wenigstens teilweise vernetzten Silikonkautschuk umfaßt, wobei die Gaszählermembran bei einer Temperatur von weniger als etwa -25 °C flexibel ist, gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gaszählermembran sind in den Unteransprüchen 2 bis 15 angegeben.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung einer Gaszählermembran gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 gelöst, das die folgenden Schritte umfaßt:
(a) Herstellen einer streichfähigen Elastomermischung aus Silikonkautschuk und organischem Lösungsmittel sowie wahlweise weiteren Zusatzstoffen,
(b) Aufbringen einer in Schritt (a) hergestellten Elastomermischung auf ein textiles Trägermaterial unter Bereitstellung eines gleichmäßig beschichteten Trägermaterials,
(c) teilweises oder vollständiges Vernetzen des Silikonkautschuks in der in Schritt (b) aufgebrachten Beschichtung unter Bereitstellung einer Gaszählermembran.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 17 bis 25 angegeben.
Die Erfindung wird weiter durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Gaszählermembran in einem Gaszähler, vorzugsweise Balgengaszähler, gelöst.
Die erfindungsgemäße Gaszählermembran umfaßt ein flächiges Trägermaterial in Form eines textilen Trägermaterials. Textile Trägermaterialien weisen im Unterschied zu Folien vorteilhaft Zwischenräume auf. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Gaszählermembran bzw. flexiblen Elastomermembran dringt der verwendete Silikonkautschuk in die Zwischenräume des textilen Flächenmaterials ein und bewirkt mithin eine hervorragende Haftung des Silikonkautschukmateriales an dem Trägermaterial. Das textile Trägermaterial verstärkt außerordentlich die mechanische Stabilität und Beständigkeit der erfindungsgemäßen Gaszählermembran. Da die erfindungsgemäßen
Gaszählermembranen bzw. flexiblen Elastomermembranen vorzugsweise in Gaszählern eingebaut werden, muß die Gaszählermembran eine über wenigstens etwa 20 bis 30 Jahre währende Funktionsfähigkeit aufweisen. Durch die Einbettung des textilen Trägermaterials in das Silikonkautschukmaterial wird eine Gaszählermembran mit außerordentlicher Tieftemperaturflexibilität und großer Formbeständigkeit sowie hervorragender mechanischer Beständigkeit bereitgestellt.
Die Gaszählermembran bzw. flexible Elastomermembran weist vorzugsweise eine definierte Dicke auf. In Abhängigkeit von der Anzahl der auf das textile Trägermaterial aufgebrachten Beschichtungen kann die Dicke der Membran frei gewählt werden. Bevorzugt liegt die Dicke in einem Bereich zwischen etwa 0,1 mm und 1 mm, weiter bevorzugt zwischen etwa 0,2 mm und 0,8 mm, noch weiter bevorzugt zwischen etwa 0,2 mm und 0,5 mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind auf dem textilen Trägermaterial ein- oder beidseitig ein oder mehrere wenigstens teilweise vernetzte Silikonkautschuk-haltige Beschichtungen aufgebracht. Vorzugsweise sind die Silikonkautschuk-haltigen Beschichtungen im wesentlichen vollständig, bevorzugt vollständig, vernetzt.
Durch die im wesentlichen vollständige, bevorzugt vollständige, Vernetzung der Silikonkautschuk-haltigen Beschichtungen wird die Formstabilität der erfindungsgemäßen Gaszählermembran bzw. flexiblen Elastomermembran, deutlich erhöht.
Die Gaszählermembran wird vorzugsweise zunächst als eine Art Vorprodukt in Form eines Flächenmaterials mit teilweise vernetzter Silikonkautschuk- Beschichtung bereitgestellt. Dieses Flächenmaterial kann auf einer Bevorratungsrolle aufgerollt gelagert werden. Sofern es gewünscht ist, die flexible Elastomermembran mit einer bestimmten vorgegebenen Formgebung zu versehen, kann das Flächenmaterial unter Wärmebeaufschlagung bspw. formgepreßt oder geprägt werden, wobei wahrend des Formgebungsvorganges durch die Wärmebeaufschlagung eine vollständige Vernetzung des Elastomers bewirkt werden kann. Die nach Prägung bzw. Formgebung und vollständiger Vernetzung der Beschichtung erhaltene Gaszählermembran bzw. flexible
Elastomermembran weist eine stabile Formgebung auf, die sich für eine mehrere Jahrzehnte währende Verwendung in einem Gaszähler besonders eignet.
Die erfindungsgemäße Gaszählermembran weist, wenn sie als Vorprodukt bzw. Halbfabrikat bereitgestellt wird, vorzugsweise auf einem textilen Trägermaterial ein- oder beidseitig ein oder mehrere wenigstens teilweise, bevorzugt im wesentlichen vollständig, vorzugsweise vollständig, vernetzte Silikonkautschuk- haltige Beschichtungen auf. Auf diesen Beschichtungen sind dann vorzugsweise ein- oder beidseitig zusätzlich ein oder mehrere Silikonkautschuk umfassende Beschichtungen ohne wesentliche Vernetzungen, vorzugsweise ohne Vernetzung, aufgebracht. D.h., die nachfolgenden Beschichtungen werden nach dem Aufbringen lediglich getrocknet. Diese getrockneten Silikonkautschuk umfassenden Beschichtungen, vorzugsweise Silikonkautschuk-Beschichtungen, sind noch vernetzbar. Vorzugsweise erfolgt die Vernetzung in einem Temperaturbereich von etwa 150 °C bis 230 °C, vorzugsweise von etwa 170 °C bis 200 °C.
Die Vernetzung der nachfolgend aufgebrachten Beschichtungen erfolgt vorzugsweise bei der Formgebung, d.h. wenn die flächige flexible
Elastomermembran unter Wärmebeaufschlagung in eine Gaszählermembran verformt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfaßt das textile Trägermaterial Fasern, die aus der Gruppe, die aus anorganischen Synthesefasern, organischen Synthesefasern, Naturfasern und Mischungen davon besteht, ausgewählt werden.
Vorzugsweise werden die Synthesefasern aus der Gruppe ausgewählt, die aus Glas-, Polyester-, Polyamid-, Aramid-, Polyacryl-, Polyalkylen-, Fluorofasern und Mischungen davon besteht.
Weiterhin ist bevorzugt, daß die Naturfasern aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Pflanzenfasern vorzugsweise Baumwoll-, Flachs-, Jute-, Hanf-, Kapok-, Sisal-, Kokosfasern, und tierischen Fasern, vorzugsweise Seide, und Mischungen davon besteht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden Polyesterfasern in dem textilen Trägergewebe verwendet.
Es ist bevorzugt, daß das textile Trägermaterial aus einer oder mehreren Lagen aus textilem Gewebe, Gewirke, Gestricke und/oder Vlies besteht.
Erfindungsgemäß kann das Trägermaterial bspw. aus einem oder mehreren Gewirken bspw. mehreren übereinander, nebeneinander oder überlappend angeordneten Geweben bestehen, die nachfolgend in Silikonkautschuk eingebettet werden. Es können aber auch verschiedene Textilmaterialien bspw. Gewebe und Gewirke miteinander kombiniert werden.
Wesentlich ist, daß das textile Trägermaterial aus miteinander verbundenen Fasern, gegebenenfalls in voneinander getrennten Lagen, hergestellt ist, wobei die Fasern so miteinander verbunden sind, daß zwischen den Fasern Zwischenräume bestehen, in die das Silikonkautschukmaterial bei Herstellung der Gaszählermembran bzw. der flexiblen Elastomermembran eindringen kann. Grundsätzlich kann jede Art von Fasern bzw. Fasergemisch verwendet werden, solange die Fasern bzw. das Fasergemisch in einer die Gaszählermembran
bzw. die flexible Elastomermembran verstärkenden Anordnung vorliegen. Besonders bevorzugt liegt das textile Trägermaterial als textiles Gewebe vor.
Weiterhin ist bevorzugt, daß der Silikonkautschuk im wesentlichen schwefelfrei, vorzugsweise schwefelfrei, ist. Darüber hinaus ist bevorzugt, wenn der Silikonkautschuk ein Hochtemperatur-vemetzender Silikonkautschuk ist.
Bei Verwendung eines im wesentlichen schwefelfreien, vorzugsweise schwefelfreien, Silikonkautschuks, tritt nicht die bei Herstellung von Polysulfid- Kautschuk aufgrund des hohen Schwefelgehaltes erfolgende Umweltbelastung auf. Silikon-Kautschuk ist nach allgemeiner Ansicht physiologisch unbedenklich. Insofern stellt die Verwendung eines vorzugsweise vollständig schwefelfreien Silikonkautschuks eine deutliche Verbesserung im Hinblick auf die Umweltfreundlichkeit und Arbeitssicherheit dar.
Bei Verwendung eines Hochtemperatur-vernetzenden Silikonkautschuks kann äußerst vorteilhaft eine vollständige Vernetzung von auf dem textilen Trägermaterial aufgebrachten Silikonkautschuk-Beschichtungen zu einem gewünschten Zeitpunkt durch Beaufschlagung mit Wärme bewirkt werden. Vorzugsweise erfolgt die im wesentlichen vollständige, bevorzugt vollständige, Vernetzung des Silikonkautschuks während der Formgebung bzw. der Prägung der Elastomermembran. Die Formgebung erfolgt beispielsweise in beheizten massiven formgebenden Werkzeugen, wobei beispielsweise das mit Silikonkautschuk beschichtete Trägermaterial in eine Matrize eingelegt und unter Verwendung einer Patrize geformt und gleichzeitig der Silikonkautschuk vernetzt wird.
Unter einem Hochtemperatur-vernetzenden Silikonkautschuk wird im Sinne der Erfindung ein Silikonkautschuk verstanden, der in einem Temperatur von etwa 150 bis etwa 230 °C, vorzugsweise von etwa 170 °C bis etwa 200 °C, vernetzt.
Wahlweise kann bei der Formgebung die zu formende
Silikonkautschukmembran auch unter Verwendung eines Druckgases vorzugsweise Druckluft geformt werden. Selbstverständlich kann auch ein Formstempel beim Formen der Membran verwendet werden.
Vorzugsweise wird der Silikonkautschuk aus der Gruppe ausgewählt, die aus Dimethyl-Silikonkautschuk, Phenyl-modifiziertem Silikonkautschuk, Vinyl- modifiziertem Silikonkautschuk, Fluor-modifiziertem Silikonkautschuk und Mischungen davon bestehen.
Vorzugsweise ist der Vinyl-modifizierte Silikonkautschuk ein Methyl-Vinyl- Silikonkautschuk.
Weiter bevorzugt ist der Vinyl-modifizierte Silikonkautschuk ein Methyl-Phenyl- Silikonkautschuk und/oder Methyl-Phenyl-Vinyl-Kautschuk.
Äußerst vorteilhaft ist erfindungsgemäße die Gaszählermembran bzw. die Elastomermembran bei einer Temperatur von weniger als etwa -30°C, vorzugsweise von weniger als etwa -35°C, flexibel. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Gaszählermembran bzw. flexible Elastomermembran bei einer Temperatur von etwa -40°C und weniger flexibel.
Die erfindungsgemäße Gaszählermembran bzw. flexible Elastomermembran, besitzt mithin eine zwischen Zimmertemperatur und den vorstehend
angegebenen Tieftemperaturen nahezu unveränderte Flexibilität und folglich bei Verwendung in einem Gaszähler eine nahezu unveränderte Meßgenauigkeit. Darüber hinaus besitzen die erfindungsgemäßen Gaszählermembranen bzw. Elastomermembranen hervorragende mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise Zugfestigkeit, als auch eine hervorragende Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln, Wasser und insbesondere Gasen.
Bevorzugt weist die Gaszählermembran bzw. Elastomermembran eine dreidimensionale Formgebung, beispielsweise in Form einer Umschlagmembran, Tellermembran, Rollmembran oder Faltenbalgmembran, auf. Die Formgebung erfolgt unter Wärmebeaufschlagung, wobei, wie vorstehend ausgeführt, vorzugsweise eine im wesentlichen vollständige, bevorzugt vollständige, Vernetzung des Silikonkautschuks eintritt, wodurch eine außerordentliche Formstabilität bewirkt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten Schritt (a) eine streichfähige Elastomermischung aus Silikonkautschuk und organischem Lösungsmittel sowie wahlweise weiteren Zusatzstoffen hergestellt. Hierbei kann das üblicherweise in 3 bis 4 mm dicken Fellen (Sheets oder Matten) bereitgestellte Silikonkautschuk-Material zunächst zerkleinert und nachfolgend in organischen Lösungsmitteln unter Bereitstellung einer streichfähigen Elastomermischung gelöst werden. Als Lösungsmittel werden vorzugsweise Methylethylketon (MEK), Ethylazetat, Leichtbenzin oder Mischungen davon verwendet. Selbstverständlich können auch andere Lösungsmittel zur Lösung der zerkleinerten Silikonkautschukfelle verwendet werden.
Die streichfähige Elastomermischung kann wahlweise weitere Komponenten, beispielsweise Füllstoffe wie Kieselsäure, Ruß, etc. enthalten. Um eine
Hochtemperatur-Vernetzung effektiv durchführen bzw. beschleunigen zu . können, werden der streichfähigen gummielastischen Masse vorzugsweise Peroxide zugesetzt. Des weiteren können auch Haftmittel zugesetzt werden, die die Haftung zwischen Elastomer und textilem Trägermaterial verbessern.
Als Peroxyde hat sich beispielsweise Bis (2,4-dichlorbenzoyl) peroxid als sehr geeignet erwiesen.
Die Viskosität der flüssigen Elastomermischung wird dabei so eingestellt, daß die Elastomermischung durch Rakelauftrag auf ein textiles Trägermaterial so aufgebracht werden kann, daß es nach dem Aufbringen in einer dünnen Schicht, beispielsweise mit einer Schichtdicke von etwa 0,1 mm, auf dem textilen Trägermaterial anhaftet, ohne daß ein nachträgliches Verlaufen oder Verfließen einsetzt. Die Viskosität kann in Abhängigkeit von den äußeren. Bedingungen geeignet eingestellt werden. Üblicherweise wird die Viskosität unter Zugabe von organischem Lösungsmittel so eingestellt, daß ein Feststoffgehalt von ca. 50 Gewichts-% erreicht wird.
Es können auch mehrere solcher Schichten übereinander aufgebracht werden, wodurch die Schichtdicke der Beschichtung geeignet eingestellt werden kann.
Vorzugsweise wird auf beiden Seiten des textilen Trägermaterials mindestens ein sogenannter Grundstrich aufgebracht. D.h., auf beiden Seiten des textilen Trägermaterials wird vorzugsweise wenigstens eine Beschichtung unter Verwendung der streichfähigen Elastomermischung aufgebracht. Die
Beschichtung weist dabei durchgehend eine etwa konstante Schichtdicke auf. Üblicherweise liegt eine solche Schichtdicke im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 0,2 mm vorzugsweise bei etwa 0,08 bis etwa 0,15 mm, weiter bevorzugt bei
etwa 0,1 mm. Dieser vorzugsweise auf beiden Seiten des textilen Trägermaterials aufgebrachte Grundstrich wird unter Wärmebeaufschlagung, vorzugsweise mit einer Temperatur von etwa 150°C bis etwa 220°C, im wesentlichen vollständig vernetzt. Mit diesen auf beiden Seiten des textilen Trägermaterials aufgebrachten Grundstrichen werden die Zwischenräume des textilen Trägermaterials gleichmäßig gefüllt.
Dabei kann die Vernetzung des auf dem textilen Trägermaterial vorzugsweise beidseitig aufgebrachten Silikonkautschuk-Materials nach dem Aufbringen der Beschichtung erfolgen. Wahlweise können aber auch mehrere Beschichtungen auf dem Trägermaterial, bevorzugt beidseitig, aufgebracht werden und nachfolgend eine Vernetzung sämtlicher aufgebrachter Silikonkautschuk- Beschichtungen durch Beaufschlagung mit Wärme mit einer Temperatur von etwa 150°C bis etwa 220°C durchgeführt werden.
Es ist selbstverständlich auch möglich, den Schritt (b) des Aufbringens der in Schritt (a) hergestellten streichfähigen Elastomermischung auf ein textiles Trägermaterial und das nachfolgende im Schritt (c) erfolgende teilweise oder vollständige Vernetzen des Silikonkautschuks mehrfach in dieser Reihenfolge zu wiederholen, so daß nach jedem Aufbringen einer Beschichtung mit Silikonkautschuk der Silikonkautschuk vernetzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird auf die eine Beschichtung mit teilweise oder vollständig vernetztem Silikonkautschuk bzw. auf die mehrfach übereinander angeordneten Beschichtungen mit teilweise oder vollständig vernetztem Silikonkautschuk wenigstens eine weitere Beschichtung, vorzugsweise mehrere Beschichtungen, mit einer in Schritt (a) hergestellten Elastomermischung aufgebracht, wobei diese wenigstens eine weitere
Beschichtung bzw. mehrere Beschichtungen bzw. mehrere Beschichtungen ohne wesentliche Vernetzung, vorzugsweise ohne Vernetzung, des Silikonkautschuks getrocknet wird bzw. werden.
Die Trocknung erfolgt vorzugsweise in einem Temperaturbereich von weniger als 150°C, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 80°C bis 120°C, weiter bevorzugt bei etwa 100°C. In diesem Temperaturbereich erfolgt kein Zerfall des gegebenenfalls zugesetzten Peroxids, so daß keine Vernetzungsreaktion induziert wird, sondern lediglich das bzw. die organischen Lösungsmittel verflüchtigt wird. bzw. werden.
Weiterhin ist bevorzugt, daß das textile Trägermaterial beidseitig ein- oder mehrfach beschichtet wird.
Dabei ist insbesondere bevorzugt, daß auf beiden Seiten des textilen
Trägermaterials jeweils vorzugsweise eine Beschichtung mit einer in Schritt (a) hergestellten Elastomermischung aufgebracht wird und der Silikonkautschuk in diesen zwei Beschichtungen nachfolgend im Schritt (c) teilweise oder vollständig vernetzt wird. Auf diese auf jeder Seite aufgebrachte Beschichtung, mit teilweise oder vollständig vernetztem Silikonkautschuk werden dann wenigstens eine Beschichtung, vorzugsweise mehrere Beschichtungen, mit einer in Schritt (a) hergestellten Elastomermischung aufgebracht und nachfolgend ohne wesentliche Vernetzung, vorzugsweise ohne Vernetzung, des Silikonkautschuks getrocknet.
Der Schritt (a) des Herstellens einer streichfähigen Elastomermischung kann mehrfach durchgeführt werden, wobei beispielsweise Elastomermischungen mit voneinander verschiedener Zusammensetzung hergestellt werden können. Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung können sich somit die auf einer oder auf beiden Seiten des textilen Trägermaterials aufgebrachten Elastomermischungen in ihrer chemischen Zusammensetzung voneinander unterscheiden. Das heißt, bei den vorstehend beschriebenen sowie in den Ansprüchen 16 bis 21 beanspruchten Verfahrensvarianten können Elastomermischungen mit identischer oder voneinander verschiedener Zusammensetzung nacheinander aufgebracht werden. Somit ist beispielsweise ein gezielter Schichtaufbau auf dem textilen Trägermaterial möglich.
Beispielsweise kann in der unmittelbar auf dem textilen Trägermaterial aufgebrachten Elastomermischung ein Haftvermittler enthalten sein und in den nachfolgend aufgebrachten Elastomermischungen ist kein Haftvermittler enthalten. Auch kann in der zuerst aufgebrachten Elastomermischung kein Haftvermittler enthalten sein, wohingegen in den nachfolgend aufgebrachten Elastomermischungen ein Haftvermittler enthalten sein kann. Die jeweils verwendeten Elastomermischungen können sich aber auch in bezug auf das oder die Vernetzungsmittel, beispielsweise verschiedene Peroxide, Füllstoffe, etc. unterscheiden.
Es hat sich gezeigt, daß, sofern der Elastomermembran eine dreidimensionale Formgebung verliehen werden soll, diese Formgebung formstabiler ausgebildet ist, wenn während des Formens bzw. Prägens der Elastomermembran der teilweise vernetzte und/oder der unvemetzte Silikonkautschuk im wesentlichen vollständig, bevorzugt vollständig, vernetzt wird. D.h., die im wesentlichen vollständige, vorzugsweise vollständige Vernetzung des Silikonkautschuk- Materials erfolgt, nachdem die Elastomermembran in eine bestimmte dreidimensionale Form gebracht wurde. Somit stabilisiert der vernetzte Silikonkautschuk die dreidimensionale Formgebung.
Insofern ist es bevorzugt, daß die Vernetzung des erst teilweise vernetzten Silikonkautschuks sowie des noch unvernetzten Silikonkautschuks beim Formen der Elastomermembran durchgeführt wird.
Das Formen der Elastomermembran erfolgt unter Wärme- und Druckbeaufschlagung.
Beispielsweise kann hierzu das aus der DE 19517458 bekannte Formverfahren zur Herstellung einer vulkanisierten Elastomermembran verwendet werden. Das teilweise oder vollständige Vernetzen des Silikonkautschuks erfolgt vorzugsweise unter Wärmebeaufschlagung. Bei Wärmebeaufschlagung in einem Temperaturbereich von vorzugsweise etwa 150 bis 220°C erfolgt ein Zerfall des wahlweise zugesetzten Peroxyds, wodurch eine Vernetzung radikalisch induziert wird.
Die Teilvernetzung bzw. vollständige Vernetzung des Silikonkautschuks im sogenannten Grundstrich, der vorzugsweise beidseitig aufgebracht wird, kann in einem Trockenofen oder auf einer kontinuierlichen Rotationsvulkanisiermaschine durchgeführt werden. Selbstverständlich können auch andere dem Fachmann bekannte Vorrichtungen zur Wärmebeaufschlagung von zu vernetzendem Elastomer verwendet werden.
Die Vernetzung des Silikonkautschuks in den Beschichtungen (Deckstrichen), die auf dem Grundstrich aufgebracht sind, erfolgt vorzugsweise bei einer
Temperatur von 150 °C bis 220 °C während des Formpressens oder Prägens der Elastomermembran in eine dreidimensionale Form.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Figuren und Beispiele näher erläutert. Diese Beispiele stellen lediglich Ausführungsformen der Erfindungen dar, beschränken diese jedoch in keiner Weise.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Gaszählmembranbzw, flexiblen Elastomermembranwerkstoffs.
Figur 2 zeigt verschiedene Ausführungsfo men von Membranen im Querschnitt.
Figur 3 den Meßfehlerbereich einer herkömmlichen Elastomermembran in Abhängigkeit von der Temperatur.
Figur 4 zeigt den Meßfehlerbereich einer erfindungsgemäßen Gaszählmembran bzw. flexiblen Elastomermembran in Abhängigkeit von der Temperatur.
In Figur 1 ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen flexiblen Elastomermembranwerkstoffs im Querschnitt zu sehen, wobei ein textiles Gewebe 1 als flächiges Trägematerial verwendet ist. Das textile Gewebe 1 ist in einem beidseitig des textilen Gewebes 1 aufgebrachten Grundstrich 2 aus vernetztem Silikonkautschuk eingebettet. Auf diese beidseitig aufgebrachten Grundstriche 2 ist auf jeder Seite ein Deckstrich 3, d.h. eine Beschichtung, aus unvernetztem oder vernetztem Silikonkautschuk aufgebracht. Selbstverständlich können auf jeden aufgebrachten Deckstrich 3 weitere
Deckstriche aus unvernetztem oder vernetztem Silikonkautschuk aufgebracht sein. Über die Anzahl der aufgebrachten Deckstriche, d.h. zusätzlich
aufgebrachte Beschichtungen, lässt sich die Dicke der Elastomermembran sehr genau und definiert einstellen.
Figur 2 zeigt verschiedene Ausführungsformen von dreidimensionalen Membranen im Querschnitt.
Figur 2 a zeigt eine Umschlagmembran, Figur 2 b eine Rollmembran und Figur 2 c eine Faltenbalgmembran im Querschnitt.
Der Silikonkautschuk in der Umschlagmembran und der Rollmembran wird beim Formgeben bzw. Prägen unter Wärmebeaufschlagung vollständig vernetzt. Beispielsweise kann eine solche Formgebung bzw. ein solches Prägen für zwei Minuten bei einer Temperatur von etwa 200 °C durchgeführt werden. Hierzu können beispielsweise beheizte massive formgebende Werkzeuge (Matrize-Patrize) verwendet werden und/oder es können auch Druckluft- oder Vakuumverfahren verwendet werden.
Die Faltenbalgmembranen werden in der Regel auf entsprechenden Metallformen, sog. Kernen, unter Verwendung von dem Fachmann bekannten Verfahren konfektioniert. Dazu werden Zuschnitte aus der erfindungsgemäßen Elastomermembran, die wenigstens eine Beschichtung mit im wesentlichen unvernetztem Silikonkautschuk aufweist, hergestellt. Der Zuschnitt wird automatisiert oder von Hand auf die Metallform aufgebracht und die Vernetzung erfolgt nachfolgend unter Wärmebeaufschlagung im Ofen.
Figur 3 zeigt eine herkömmliche Elastomermembran, die aus Epichlorhydrincopolymer hergestellt ist. Dabei weist die zu Vergleichszwecken
verwendete herkömmliche Elastomermembran folgende Zusammensetzung auf:
Elastomermembran aus helsatech ht 8414 (erhältlich bei helsacomp GmbH, Gefrees, Deutschland) bestehend aus ECO-Kautschuk-Mischung, erhältlich von Gummiwerk Kraiburg, Deutschland, und einem Polyestergewebe aus Einlage.
In Figur 3 ist das Streuband des Messfehlers eines Gaszählers für verschiedene Volumenströme bei Verwendung einer Membran aus ECO- Kautschuk in einem Temperaturbereich von -35 °C bis +45 °C gezeigt. Die zulässige Fehlergrenze beträgt ± 1 , 5 %. Die vermessenen Volumenströme liegen in einem Bereich von 0,8 bis 8 m3 /h. Als Gas wurde Luft verwendet. Es ist deutlich zu erkennen, dass bei Temperaturen im Bereich von weniger als -20 °C der Messfehler stark ansteigt und ab einer Temperatur von -25 °C für bestimmte Volumenströme außerhalb des zulässigen Fehlerbereichs zu liegen kommt. Bei einer Temperatur von weniger als -35 °C lag der Messfehler für sämtliche gemessene Volumenströme außerhalb des zulässigen Fehlerbereichs.
Die Messungen wurden durchgeführt, indem die Gaszähler auf einem entsprechenden Prüfstand mit verschiedenen konstanten Volumenströmen beaufschlagt wurden. Der Meßfehler zeigt die Abweichung vom gemessenen zum tatsächlichen Volumenstrom.
Figur 4 zeigt das Messergebnis einer erfindungsgemäßen Gaszählermembran. Die Messungen wurden, mit Ausnahme der Membran, unter identischen Bedingungen durchgeführt, unter denen das in Figur 3 gezeigte Messergebnis
mit einer herkömmlichen Epichlorhydrincopolymer-Elastomermembran erhalten wurde.
Es ist deutlich zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Gaszählermembran zum einen einen wesentlich geringeren Messfehler aufweist und zum anderen eine wesentlich geringere Schwankung des Messfehlers zeigt. Auch bei einer Temperatur von -35 °C lag der Messfehler bei sämtlichen untersuchten Volumenströmen deutlich innerhalb des zulässigen essfehlerbereiches. Als Elastomer wurde Methyl-Vinyl-Silikonkautschuk (andere Bezeichnung: Methyl- Viπyl-Siloxan-Kautschuk) verwendet.
Die Zusammensetzung der zum Erhalt des in Figur 4 gezeigten Messergebnisses verwendeten Elastomermembran ist in Tabelle 1, Ausführungsbeispiel 1 angegeben, wobei ein textiles Trägergewebe aus Polyester verwendet wurde.
Die Gaszählermembran bzw. Elastomermembran wurde dabei wie folgt hergestellt:
Auf jede Seite des Polyestergewebes wurde ein Grundstrich aufgebracht und bei ca. 150°C für 2 min vernetzt. Nachfolgend wurde auf jeden Grundstrich ein Deckstrich aufgebracht und bei ca. 75°C für 3 min getrocknet. Die vollständige Vernetzung erfolgt beim Formen der Membran, die bei 200°C für 2 min erfolgt.
Beispiele
Nachfolgend sind drei Zusammensetzungen angegeben, mit denen die erfindungsgemäße Gaszählermembran bzw. Elastomermembran hergestellt
werden kann. Die in Tabelle 1 angegebenen Mengenangaben sind jeweils Gewichtsteile.
Tabelle 1 Ausführungsbeispiele für Silikonrezepturen
Der Polydimethylsiloxan-Kautschuk wird zunächst zerkleinert, so dass würfelähnliche Teilchen mit etwa 1 cm Kantenlänge oder weniger vorliegen. Dieser zerkleinerte Polydimethylsilikon-Kautschuk wird dann mit einem Haftvermittler, nämlich epoxifunktionellem Silan, und Füllstoffen, d.h. Ruß, Eisenoxid und hochdisperser Kieselsäure, und einem Peroxid, nämlich Bis(2,4- dichlorbenzoyl)peroxid, unter Zugabe von einem Lösungsmittel, nämlich Leichtbenzin zu einer streichfähigen Elastomermasse verrührt. Dabei wird die Temperatur auf 30 °C eingestellt. Der Ruß ist unter der Bezeichnung EL FL
Schwarz 9005 von Wacker Chemie, Deutschland erhältlich. Das Eisenoxid kann unter der Bezeichnung Bayferrox bei der Bayer AG, Deutschland und die hochdisperse Kieselsäure unter der Bezeichnung HDK H 15 bei Wacker Chemie bezogen werden. Nachdem eine homogene streichfähige Masse mit
einer Viskosität von ca. 25.000 mPa - s erhalten wird, kann diese, wie vorstehend beschrieben, zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Gaszählermembran bzw. Elastomermembran verwendet werden.
In der nachstehenden Tabelle 2 ist das Ergebnis einer weiteren Untersuchung der erfindungsgemäßen Gaszählermembran im Vergleich zu einer aus NBR- Polymer bzw. ECO-Polymer hergestellten Elastomermembran wiedergegeben. Die erfindungsgemäße Elastomermembran wurde unter Verwendung von Methyl-Vinyl Silikonkautschuk hergestellt. Die Zusammensetzungen der jeweils verwendeten Membranen sind wie folgt:
Die Elastomermembran aus NBR-Kautschuk wurde aus dem Material hc 212100 (erhältlich bei helsacomp GmbH, Gefrees, Deutschland), bestehend aus einer NBR-Kautschuk-Mischung (erhältlich bei Gummiwerk Kraiburg, Deutschland) und einem Polyestergewebe als Einlage, hergestellt.
Die Elastomermembran aus der ECO-Kautschuk-Mischung wurde aus dem Material helsatech ht 8414 (erhältlich bei helsacomp GmbH, Gefrees, Deutschland), bestehend aus einer ECO-Kautschuk-Mischung (erhältlich bei Gummiwerk Kraiburg, Deutschland) und einem Polyestergewebe als Einlage hergestellt.
Die erfindungsgemäße Gaszählermembran bzw. Elastomermembran wurde aus Methyl-Vinyl-Siloxan-Kautschuk mit einer Zusammensetzung gemäß Ausführungsbeispiel 1 in Tabelle 1 und aus einem Trägergewebe aus Polyester, wie oben beschrieben, hergestellt.
Tabelle 2 Vergleich Massenänderungen nach Medienlagerung
Die jeweilige Membran wurde für 168 Stunden in einem Lösungsmittelgemisch aus 30 % Toluol und 70 % Isooktan gelagert und die Massenänderung nach Rücktrocknung untersucht. Die Prüfkörper wurden dabei freihängend in dem Lösungsmittelgemisch gelagert. Es handelt sich dabei um ein Untersuchungsverfahren, das als Qualitätsprüfung im Rahmen der Herstellung von Gaszählermembranen eingesetzt wird (DIN EN 549).
Es zeigte sich, dass nach einer Einlagerung der untersuchten Membranen für 168 Stunden in dem Lösungsmittelgemisch bei 23 °C und einer nachfolgenden Rücktrocknung für 16 Stunden bei einer Temperatur von 70 °C der
Masseverlust der erfindungsgemäßen Elastomermembran deutlich geringer war als bei den herkömmlicher Weise verwendeten Membranen aus NBR-Polymer und ECO-Polymer.
Dies zeigt deutlich, dass die erfindungsgemäße Gaszählermembran bzw. Elastomermembran eine große Chemikalienbeständigkeit aufweist. Diese Chemikalienbeständigkeit korreliert mit der für über mehrere Jahrzehnte erforderlichen Gasbeständigkeit der Membranen. Es zeigt sich mithin, dass die erfindungsgemäße Elastomermembran eine gemäß diesem Verfahren bestimmte hervorragende Gasbeständigkeit aufweist und, wie in Figur 4 gezeigt, über eine hervorragende Tieftemperaturflexibilität verfügt.