DE1913110A1

DE1913110A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen geschmeidiger,biegsamer bzw. elastischer Gegenstaende

Info

Publication number: DE1913110A1
Application number: DE19691913110
Authority: DE
Inventors: Claude Job; Yvan Landler; Pierre Lebel; Lucile Meilat
Original assignee: Pneumatiques Caoutchouc Manufacture et Plastiques Kleber Colombes SA
Current assignee: Pneumatiques Caoutchouc Manufacture et Plastiques Kleber Colombes SA
Priority date: 1968-03-15
Filing date: 1969-03-14
Publication date: 1969-10-30
Also published as: IL31819A0; DE1913110C3; BE729900A; IL31819A; DE1913110B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen geschmeidiger, biegsamer bzw. elastischer Gegenstande Die-Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von geschmeidigen, biegsamen bzw.
elastischen Gegenständen.
Bekannte Dichtungsringe bzw. Profile aus Kautschuk besitzen zwar die für ihren Einsatz notwendige Biegsamkeit und L'lastizität. Von Nachteil ist jedoch ihr relativ hoher Reibungskoeffizient, ihre geringe Abriebfestigkeit sowie die Tatsache, daß sie von zahlreichen chemischen Stoffen angegriffen werden. Darüber hinaus hat sich der Umstand als nachteilig herausgestellt, daß beispielsweise mit Gewebeeinlagen verstrkte Kautschukfolien bei Verarbeitung zu aufblasbaren Körnern, wie Schlauchbooten od.dgl. in umständlicher Weise mit einem Spezialklebemittel miteinander verbunden werden müssen, da sie nicht, wie bestimmte Kunststoffolien warmschweißbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von geschmeidigen, biegsamen bzw. elasti-.schen Gegenständen zu schaffen, wie z.B. Dichtungsringen bzw.
Profilen, Rohren oder Schläuchen, Folien, Bändern oder gummierten Geweben, die aus einem Kautschukgrundkörper bestehen, der mit einer zumindest teilweisen Oberflächenbeschichtung aus einem einen vergleichsweise geringeren Reibungskoeffizienten und höhere Abriebfestigkeit aufweisenden, chemisch widerstandsfesten, im Bedarfsfall die Warmschweißbarkeit ermöglichenden Material versehen ist.
Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß auf den Kautschukgrundkörper eine Schicht aus eine Schmelzzahl unter 0,15 aufweisendem Polyolefin, vorzugsweise Polyäthylen aufgebrächt und das Ganze unter vorübergehender Erwärmung auf eine Mindesttemperatur von 140°C einem Mindestdruck von 2 kg/cm2 ausgesetzt wird. Diese Temperatur- und Druckbedingungen entsprechen denen bei Vulkanisierung zahlreicher Kautschukgegenstände, uns die Haftung des Polyäthylens wird ohne besondere Maßnahmen und ohne Verwendung eines bestimmten Materials erreicht. Unter Schmelzzahl ist die nach den Bedingungen der ASTM-Norm 1238-57T gemessene Zahl zu verstehen, und zwar unter Berücksichtigung der Abänderung, daß eine Zusatzlast von 3 kg aufgebracht wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich stände herstellen, die einerseits praktisch alle Eigenschaf ten des sie bildenden Kautschuks besitzen, andererseits Jedoch an den Außenbereichen zusätzlich die vorteilhaften Eigen schaften des Polyäthylens erhalten, die der Kautschuk de Gegenstand nicht verleihen kann. Selbstverständlich lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens im Bedarfsfall auch nur einige Oberflächenteilbereiche der Kautschukgrundkörper mit einer Schicht aus Polyäthylen niedriger Schmelzzahl versehen. Zwar ist das verwendete Polyäthylen viel steifer als die in Frage kommenden Kautschukarton; die damit beschichteten ICautschukgegenstände sind jedoch kaum verändert.
Die Dicke dieser Beschichtung ist nämlich oft verhältnismäßig gering. In vielen Fällen genügen einige Zehntel I4illimeter.
Die Herstellungskosten sind zumeist nicht höher als die der gleichen Gegenstände ohne die Beschichtung.
Als be.vonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Polyäthylen in Pulverform, in Form eines Films oder in Form einer Suspension auger lit wird, die bis zu 80f Polyäthylenpartikel aus Polyäthylen mit eincr Schmelzzahl unter 0,15 enthält.
In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest äußere Teilbereiche des Kautschukgrundkörpers durch eine Schicht aus Polyäthylen mit höherer Schmelzzahl gebildet sind. Zu diesem Zweck wird vorteilhafterweise vor Erwärmung und Druckausübung auf die Schicht aus Polyäthylen mit einer Schmelzzahl unter 0,15 eine aus einem Film oder einem geformten Teil bestehende weitere Schicht aus einem Polyäthylen mit höherer Schmelzzshl aufgebracht. Da das Polyäthylen mit niedriger Schmelzzaht an allen Gemischen auf der Basis von natürlichem oder synthetischem Kautschuk anllaftet, wird das Gemisch sonit nur im Xinbjick al scinc mechanischen Eigenschaften oder au seinen Preis gew'hLt. Die 0berflächenegenscftaften bleiben unberdcksichtigt.
Die Erfindung richtet sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die im wesentlichen gekennzeichnet ist durch einen umlaufenden Heizzylinder sowie ein diesem zugeordnetes, um einen Teil des Zylinderumfangs herumgeführt es und an ihm anliegendes Spannband zum Andrücken der bandförmigen Folie bzw. des gummierten Gewebes mit darauf in Form einer Folie oder in Pulaerorm aufgebrachter Schicht aus Polyäthylen mit einer Schmelzzahl unter 0,15 sowie gegebenenfalls einer weiteren Folie mit einer höheren Schmelzzahl. Diese Vorrichtung ermöglicht auf eine besonders einfache Weise eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die einfache Vorrichtung erlaubt eine Herstellung von erfindungsgemäß an der Oberfläche mit Polyäthylenschichten ausgerüsteten Kautschukteilen nahezu ohne Erhöhung der Herstellungskosten. Dennoch ergeben sich hinsichtlich der Herabsetzung des Reibungskoeffizienten, der Verschleißfestigkeit und der Schweißbarkeit erhebliche Vorteile.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß hergestellte Gewebebahn, Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen der Gewebebahn von Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß hergestellte Gewebebahn mit gegenüber der von Fig. 1 abgewandelten Oberflächeneigenschaften, Fig. 4- schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen der Gewebebahn von Fig. 3, und-Fig. 5 schematisch eine Kalandervorrichtung zum Verschweißen von erfindungsgemäß hergestellten Geweb bahnen.
Fig. 1 zeigt ein Gewebe 1, das auf beiden Seiten mit dünnen Kautschukschichten 2 beschichtet ist. Auf einer Seite trägt das so gummierte Gewebe weiter eine dünne Polyäthylenschicht 3 mit einer Stärke von 0,05 bis 0,25 mm. Diese Schicht haftet fest an der Kautschukschicht 2 auf dieser Seite an.
Das verwendete Polyäthylen hat eine niedrige Schmelzzahl, nämlich 0,0). Auf diese Weise entsteht eine Gewebebahn 4, mit einer Außenbeschichtung aus Polyäthylen.
Die Herstellung des gummierten, also die' Kautschuk so lichten 2 tragenden Gewebes 1 geschieht auf herkömmliche Weise durch Beschichten, Kalander od.dgl. Man erhalt so ein Gewebe 5, das beidseitig mit einer nichtvulkanisierten Kautschukschicht versehen ist.
Dieses Gewebe 5 wird anschließend auf 16000 erhitzt unu auf eine sich drehende Walze 6 mit Hilfe eines Spannbandes 7 aufgepreßt, das von der Walze 6 mitgenommen wird.
Zwischen das gurnmierte Gewebe 5 und das Spannband 7 wird ein dünner Polyäthylenfilm 3a eingeführt und von der Walze l zusammen mit dem Spannband 7 und dem gummierten Gewebe 5 mitgenommen. Dabei vulkanisiert der Kautschuk des Gewebes 5 und der Polyäthylenfilin 3a wird erhitzt und an den Kautschuk angopreßt. ;r haftet an der Kautschukschicht an und nach dem Umlauf um die als Heizzylinder ausgebildete Walze 6 ist eine Gewebebahn 4 mit Polyäthylen-Außenbeschichtung ïertiggestellt.
Das Spannband 7 übt während des Umlaufes um die Walze 6 auf deren Oberfläche einen Druck von ca. 3 kgZcm2 aus. Temperatur und Drehzahl der Walze sind so gewählt, daß der Kautschuk vulkanisiert und auch der Polyäthylenfilm 3a auf eine Temperatur von 1600C gebracht wird.
Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Gewebebahn 8. Diese besteht aus einem Gewebe 9, das beidseitig mit dünnen Kautschuk schichten 10 beschichtet ist. Eine dieser Kautschukschichten 10 trägt weiter eine sehr dünne Polyäthylenschicht 11- aus Polyäthylen mit einer Schmelzzahl von 0,03. Diese sehr dünne Polyäthylenschicht 11 stellt eine Verbindung zwischen der Kautschukschicht 10 und einer dickeren Polyäthylenschicht 1.2 dar, die aus Polyät1lylen einer Schmelzzahl von 3 besteht. Die Polyäthylenschicht 11 hat vorzugsweise eine Stärke -von 0,05 Iflin und die dickere Polaläthylenschicht 12 eine Stärke von 0,1 mm.
Eine derartige Gewebebahn 8 wird auI einer sich drehenden Walze 13 mit Hilfe eines Spannbandes 14 hergesteElt. Zúnächst wird wieder auf bekannte Weise ein nichtvulkanisiertes beidseitig gummiertes Gewebe 15 erzeugt, das sodann vor dem Einführen zwischen Walze 13 und Spannband 14 mit einer Polyäthylenpulverschicht 11a versehen wird. Das PolJTäthylenpulver ist dabei aus Polyäthylen einer Schmelzzahl von 0,03 hergestellt. Das Aufbringen der Polyäthylenpulverschicht 11a erfolgt auf bekannte Weise, beispielsweise durch elektrostatisches Ablagern. Für das Aufbringen der Polyäthylenpulverschicht 11a kann man auch das güinniierte Gewebe 15 durch'eine Gäsströ'mungfüh'ren, in der Polyäthylenpulver suspendiert ist.
Weiter wird zwischen das gummierte Gewebe 15 und das Spannband 14 ein Polyäthylenfilm 12a aus Polyäthylen einer Schmelzzahl von 3 eingeführt. Das Spannband 14 übt auch hier wieder einen Druck von ca. 3 kg/cm2 aus. Während des Umlaufs über den Heizzylinder wird die Kautschukbeschichtung des gummierten Gewebes 15 vulkanisiert und das Pulver in der Polyäthylenpulverschicht 11a erstarrt zur Polyäthylenschicht 11 die am Kautschuk anhaftet. Auf der anderen Seite haftet an der Polyäthylenschicht 11 die dickere Polyäthylenschicht 12 aus Polyäthylen einer Schmelzzahl von 3 an. Hier wird also die Oberflächeneigenschaft von Kautschukprodukten mit Hilfe von Polyäthylen einer Schmelzzahl von mindestens 0,15 verändert, das mit dem Kautschuk durch eine Polyäthylenschicht aus Polyäthylen einer Schmelzzahl von höchstens 0,15 verbunden ist. Polyäthylen hoher Sclimelzzahl ist chemisch träge und wärmeschweißbar. Überdies wird das Polyäthylen hoher Schmelzzahl nicht so steif, wie das Polyäthylen niedriger Schmelzzahl. Dadurch wird erreicht, daß die Gewebebahn 18 unter allen Umständen die Geschmeidigkeitseigenschaften des Kautschuks behält.
Dic Verwendung von Polyäthylenpulver zum Erhalt einer am Kautschuk anhaftenden Polyäthylenschicht aus Polyätyhlen niedrige Schmelzzahl ist weiter deshalb vorteilhaft, weil es schwierir ist, aus derartigem Polyäthylen dünne Polyäthylenbahnen in t1ilmaufDau herzustellen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Polyäthylenbeschichtung nicht auf der ganzen Oberfläche, schdern nur auf bestimmten Oberflächenteilen vorzunenmen. Auch dafür ist das Aufbringen des Polyäthylens als Fulver besonders geeignet. Die Polyäthylenschicht kann schließlicli nicht nur auf noch nichtvulkanisiertem Kautschuk sondern auch auf vulkanisiertem oder zumindest vor- bzw. unvollständig vulkanisiertem Kautschuk aufgebracht werden, In diesem letzten Fall kann durch die für das Anhaften des Polyäthylens notwendige Wärmebehandlung gleichzeitig auch die Ifautschukvulkanisierung zu Ende geführt werden. Bei vulkanisiertem Kautschuk dürfen Temperatur und Druck nicht unter 1600G bzw. 5 kg/cm2 liegen.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zum Verschweißen erfindungsgemäß außenbeschichteter Kautschukgegenstände. Die Polyäthylenschichten sind hier auf Temperaturen zu erhitzen, die über ihrer Schmelz- oder Erweichungstemperatur liegen. Die qegenstände sind dann mit ihren Polyäthylenaußenbeschichtungen aneinanderzudrücken. Dabei kommt es zum Verschweißen der Teile Anschließend wird der fertige Gegenstand abgekühlt. Zwei gummierte und auf einer Seite mit einer Polyäthylenschicht versehene Gewebebahnen 18 und 19 werden durch ein Heizorgan 20 je nach der Schmelzzahl des Polyäthylens aufgeheizt, und zwar bei niedriger Schmelzzahl auf ca. 1200G und bei höherer Schmelzahl auf ca. 1(S00C. Das Ileizorgan kann dafür ein elektrischer Widerstand oder ein infrarotstrahler sein. Anschließend werden die Gewebebahnen 18 und 19 durch den Walzspalt zweier Walzen 21 und. 22 geführt und dadurch aneinandergepreßt. Da die Temperatur der Polyäthylenschichten nicht nur von der vom Heiz-Organ 20 abgestrallten Wärme, sondern überdies auch noch von der Vorschubgeschwindigkeit der Gewchebahnen 18 und 19 abhängt, kann die Temperatur der Polyäthylenschichten beispielsweise über ein Thermoelement geprüft und die Meizwirkung des Heizo@ganes 20 und oder die Vorschubgesenwindigzeit der Gewebebahnen entspr@o end gesteuert werden.
Es sollen nun noch einige Beispiele für Gegenstände mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Polyäthyen-Außenbeschichtung gebracht werden.
Das erste Beispiel beschäftigt sich mit Dichtungen od.dgl., die an einer Oberfläche in Reibanlage sind.
Dichtungen werden im allgemeinen zwischen einen feststehenden und einen bewegten Bauteil eingesetzt. Bei einwandfreier Abdichtung sind dabei oft erhebliche Kräfte notwendig, um bei der Bewegung die an der Dichtungsstelle auftretenden S.eibungs- und Haftkräfte zu überwinden. Den Dichtungen ist deshalb eine Oberfläche mit möglichst kleinem eibungskoeffi zient zu geben. Auch andere Gegenstände die reibend an Oberflächen anliegen und gegen diese beispielsweise translatorisch verschoben werden, müssen einen möglichst günstigen Gleitkoeffisenten bei hoher Abriebfestigkeit haben.
Das wird nun erfindungsgemäß durch die Polyäthylen-Außenbeschichtung von Kautschuknischungen erzielt.
Beispielsweise werden Kautschukformkörper zum Herstellen von Dichtungen durch Strangpressen des folgenden Gemisches gefertigt: Naturkautschuk 100 Fettsäure 2,5 Weichmacheröl 15 Kreide 40 Antioxidationsmittel 2 Wachs 3 Zinkoxid 5 Schwefel 2,5 Dibenzothiazoldisulfid 1,3 Dithiokarbonat 0', 2 Auf den so hergestellten Formkörper wird anschließend Polyäthylenpulver einer Schmelzzahl von 0,03 aufgebracht, worauf es unter einem Druck von 5 kg/cm2 bei 160°C in einer Presse geformt und vulkanisiert wird. Als l.rgebnis erhält man einen Formkörper aus dem üblichen Kautschuk, der eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Aui.enbeschichtun aus Polyäthylen aufweist. Solche Fornikörper haben als Dichtungen die gleichen Dichtungseigenschaften wie die herkömmli chen Kautschukörper, haften jedoch an den Oberflächen, mit denen sie in Kontakt stehen, ungeachtet des Dichtungsdruckes nicht an.
Das zweite Ausführungsbeispiel bezieht sich auf Röhren, Die Innenwandung von Röhren soll im allgemeinen einen möglichst niedrigen Reibungskoeffizienten haben, um einen hohen Transportdurchsatz von festen Stoffen, wie Zement, Mehl, Reis usw. zu erlauben. Die Rohrinnenwandung muß darüber hinaus auch eine hohe Abriebfestigkeit aufweisen. Sie soll überdies in bestimmten Fällen auch chemisch träge sein, was vor allem für die Weiterleitung von Mahrungsmitteln und ätzenden Substanzen von Vorteil ist.
Bisher wurden dafür Spezialkautschuke verwendet, mit denen die Innenwandungen von Rohren ausgekleidet wurden. Dadurch erhöhten sich jedoch die Fertigungskosten.
Ifach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nun mühelos die Innen- und/oder falls erforderlich auch die Außenseite eines Rohres mit einer Polyäthylenschicht niedriger Schmelzzahl versehen werden, wodurch die erläuterten Eigenschaften nahezu ohne ansteigende Herstellungskosten erzielt werden.
Die Polyätliyl enschicht niedriger Schmelzzahl wird am besten vor dem Vulkanisieren auf die Innen- und/oder auf die Außenwand aufgebracht. Die Temperatur wird sodann bei einem Druck von mindestens 2 kg/cm2 auf mindestens 140°C erhöht und dadurch gleichzeitig das Vulkäni sieren durchgeführt und ein Haftverbund zwischen der Polyäthylenschicht und der Wand hergestellt. Beispielsweise wird eine Stange mit einem Durchmesser von 5 cm mit einer Polyäthylenfolie einer Stärke von 0,4 mm aus Polyäthylen einer Schmelzzahl von 0,03 bewickelt. Die Wickellagen verlaufen schraubenförmig und überlappen sich einige Millimeter. Auf den so gewickelten Kern wird sodann beispielsweise in einer Dicke von 2 mm eine Schicht aus folgendem Kautschukgemisch aufgebracht: SBR (mit OL versetzt) 137,5 Stearinsäure 1,5 Weiclmacheröl 15 zinkoxid 1,5 Antioxidationsmittel 1 Schwarz ' 15 Kreide 75 Schwefel 2,5 Santocure 1,2 Diphenylguanidin 0,4 Dabei kann auf bekannte Weise eine Armierung verwendet werden@ Soll die Röhre auch noch außen mit einer Polyäthylenschicht versehen werden, so wird sie mit Polyäthylenpulver beschichtet. Anschli@@end wird die Röhre bei 160°C 10 Minuten lang vulkanisiert. Innen- und Außenwand der fertigen Röhre sind sodann mit einer Polyäthylen-Außenbeschichtungversehen, die fest am die Wände bildenden Kautschuk anhaftet. Die Polyäthylen-Außehseschichtung bewirkt eine @ohe Abriebfestigkeit der Oberflächen, die außerdem einen geringen Reibungskoeffizienten haben und gegenüber vielen Substanzen eine hohe chemische Trägheit aufweisen.
Wird das Polyäthylen in Form eines Polyäthylenfilms aufgebracht, so kann dieser Film vorbehandelt werden, indem er einseitig mit einer Kautschukbeschichtung versehen wird.
Dadurch wird unter Umständen die Verbindung mit dem zu beschichtenden Kautschukteil erleichtert. Die Kautschukbeschichtung des Polyäthylenfilms kann beispielsweise durch Kalanders vorgenommen werden. Dabei wird keine wirkliche Haftung zwischen dem Polyäthylenfilm und der dünnen Kautschukschicht bewirkt. Druck und Temperatur bewirken jedoch einen ausreichen den Halt der Kautschukbeschichtung auf dem Polyäthylenfilm.
Der endgültige Halt wird sodann bei der Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf den Gedanken der Verwendung von Polyäthylen mit niedriger Schmelzzahl beschränkt, da für den Fachmann klar ist, daß auch andere Polyolefine mit analogen Eigenschaften, wie z.B. Polypropylen, einsetzbar sind, vorausgesetzt, daß sie ein genügendes Holekulargewicht (d.h. eine ausreichend niedrige Schmelzzahl) besitzen.

Claims

Patentansprüche

b, Verfahren zur Herstellung von geschmeidigen, biegsamen bzw. elastischen Gegenständen, wie z.B. Dichtungsringen bzw. Profilen, Rohren oder Schläuchen, Folien, Bändern oder gummierten Geweben, die aus einem Kautschukgrundkörper bestehen, der mit einer zumindest teilweisen Oberflächenbeschichtung aus einem einen vergleichsweise geringeren Reibungskoeffizienten und höhere Abriebfestigkeit aufweisenden, chemisch widerstandsfesten, im Bedarfsfall die Warmschweißbarkeit ermöglichenden Material versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kautschukgrundkörper eine Schicht aus eine Schmelzzahl unter 0,15 aufweisendem Polyolefin, vorzugsweise Polyäthylen aufgebracht und das Ganze unter vorübergehender Erwärmung auf eine Mindesttemperatur von 140°C einem Mindestdruck von 2 kg/cm2 ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthylen in Pulverform, in Form eines Films oder in Form einer Suspension aufgebracht wird, die bis zu 80% Polyäthylenpartikel aus Polyäthylen mit einer Schmelzzahl unter 0,15 enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor Erwärmung und Druckausübung auf die Schicht aus Polyäthylen mit einer Schmelzzahl unter 0,15 eine aus einem Film oder einem geformten Teil bestehende weitere Schicht aus einem Polyäthylen mit höherer Schmelzzahl aufgebracht wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des. Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen umlaufenden Heizzylinder (6, 13) sowie ein diesem zugeordnetes, um einen Teil des Zylinderumfangs herumgeführt es und an ihm anliegendes Spannband (7, 14) zum Andrücken der bandförmigen Folie bzw. des gummierten Gewebes (5, 15) mit darauf in Form einer Folie oder in Pulverform aufgebrachter Schicht (3a, 11a) aus Polyäthylen mit einer Schmelzzahl unter 0,15 sowie gegebenenfalls einer weiteren Folie (12a) mit einer höheren Schmelz-.zahl.