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Verfahren zur Herstellung eines Verbundstoffes, und dessen Anwendungen - Dokument DE69424859T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69424859T2 02.11.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0676281
Titel Verfahren zur Herstellung eines Verbundstoffes, und dessen Anwendungen
Anmelder Caoutchouc Manufacture et Plastiques, Versailles, FR
Erfinder Derroire, Georges, F-63200 Riom, FR;
Marchand, Jacques, F-58000 Nevers, FR;
Colley, Robert, F-63670 Le Cendre, FR
Vertreter Grättinger & Partner (GbR), 82319 Starnberg
DE-Aktenzeichen 69424859
Vertragsstaaten BE, DE, ES, GB, IT, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 06.04.1994
EP-Aktenzeichen 944007590
EP-Offenlegungsdatum 11.10.1995
EP date of grant 07.06.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.11.2000
IPC-Hauptklasse B32B 7/10
IPC-Nebenklasse B32B 25/08   F16G 5/06   F16G 1/08   F16L 11/08   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Verbundstoffen, die durch die Verbindung von mindestens wie Schichten von Polymeren gebildet werden, welche keine wechselseitige Affinität aufweisen.

In der Industrie zur Verarbeitung der Polymere werden zahlreiche Artikel von Elastomer- oder Kunststoffmaterialien unterschiedlicher Art gebildet, die aufgrund ihrer physikalischen oder chemischen Eigenschaften ausgewählt werden und eventuell zu textilen Verstärkungen hinzugefügt werden. Bei den meisten Anwendungen, insbesondere jenen, bei denen die Artikel mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, müssen die verschiedenen Bestandteile, um den Anforderungen des Leistungsverzeichnisses des Benutzers zu entsprechen, eine starke Haftung aufweisen, die meistens durch physikalisch-chemische Verbindung, die sich aus dem Einsatz ergibt, erzielt wird.

Die Verbindung gewisser Komponenten, wie beispielsweise der Polybutadiene, der Homopolymere, der Copolymere oder Terpolymere von Ethylenpropylen, der halogenhaltigen Polymere, wie beispielsweise der chlorhaltigen oder chlorsulfonierten Polyethylene, der Epichlorhydrine, der chlorierten oder bromierten Isopren- und Isobutylen- Copolymere oder der Polychloroprene, gewisser Akrylverbindungen, wie beispielsweise der Polyakrylate, der Copolymere von Ethylenakrylat oder der Copolymere von Butadienakrylnitril sowie anderer Polymere, wie beispielsweise der Polyester, der Polyurethane und der Silikone bringen zahlreiche Schwierigkeiten mit sich, wenn eine richtige Haftung erzielt werden soll, da keine wechselseitige Affinität der Polymere zweier unterschiedlicher chemischer Familien vorhanden ist.

Zahlreiche Techniken wurden entwickelt, um das Problem der chemischen Affinität der Polymere zu lösen. Wie in dem Dokument FR-A-2 090 573 von UNIROYAL beschrieben, bestehen einige darin, einfach eine Schicht Haftzement zwischen die zu verbindenden Verbindungen aufzubringen. Diese Lösung führt zu einem im allgemeinen annehmbaren Haftvermögen, wenn die Benutzungsbedingungen nicht zu extrem sind, weist jedoch zahlreiche Nachteile auf, die mit der Art des Verbindungsklebers selbst, der oft kostspielig ist und bei seinem Einsatz eine begrenzte Verwendungsdauer aufweist und die kontrollierte Verdampfung von gefährlichen und verschmutzenden Lösungsmitteln erfordert, und mit den Gefahren der Schadhaftigkeit der auf diese Weise hergestellten Artikel zusammenhängen. Die Zuverlässigkeit einer solchen Verbindung in zeitlicher Hinsicht und unter der Wirkung der Temperaturbedingungen und der Angriffe des umgebenden Bereichs verringert sich im Laufe der Verwendung.

Eine weitere Technik besteht in einer Oberflächenbehandlung mindestens einer der Komponenten in flüssiger Phase oder durch Verdampfung, wie in den Dokumenten FR-A- 2 321 953 von HULS und FR-A-2 235 155 von STAMICARBON beschrieben, oder durch Ablagerung von Pulver, wie in dem Dokument FR-A-2 632 654 von ATOCHEM beschrieben. Diese Technik hat den Nachteil, daß sie mehrere Handgriffe erfordert und aus diesem Grund die Einsatzkosten erhöht.

Weitere, noch höher entwickelte Techniken bestehen darin, durch Copolymerisation oder durch Verpflanzung Verbindungen zu erhalten, die unter manchmal sehr heiklen Einsatzbedingungen eine chemische Affinität mit jeder der zu verbindenden Komponenten aufweisen können.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Die Erfindung betrifft auch die Bereitstellung eines Verbundstoffes, der in Anspruch 2 definiert ist, und verschiedener besonderer Formen dieses Stoffes, die in den Ansprüchen 3 bis 6 definiert sind.

Die Erfindung betrifft auch die nach diesem Verfahren herstellbaren Artikel, nämlich Rohre, Ausdehnungsstücke und Riemen.

Die Erfindung wird durch die Studie der der Beschreibung beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:

Fig. 1 die Bildung eines erfindungsgemäßen Verbundstoffes darstellt;

Fig. 2 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verbundstoffes für die Herstellung von geraden und gekrümmten Rohren beschreibt;

Fig. 3 in halber Schnittansicht eine Ausdehnungsrohrmuffe darstellt, die eine Wand aus einem erfindungsgemäßen Verbundmaterial umfaßt;

Fig. 4 ein Verwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbundstoffes für die Herstellung eines Förder- oder Übertragungsriemens darstellt.

Fig. 1 stellt in Perspektive die Bildung eines erfindungsgemäßen Verbundstoffes dar.

Eine erste Polymerverbindung (A), die keine chemische Affinität für eine zweite Polymerverbindung (B) aufweist, wird mit dieser durch eine enge physikalisch-chemische Verbindung unter der Wirkung einer Wärmebehandlung unter Druck durch Dazwischenlegen einer Zwischenschicht aus einer Polymerverbindung (C) verbunden. Das Hauptmerkmal der Zwischenschicht aus Polymerverbindung (C) ist, daß sie natürlich, ohne physikalische oder chemische Behandlung, eine chemische Affinität gegenüber den Polymerverbindungen (A) und (B) aufweist.

Die Zwischenschicht (C) aus chloriertem Polyethylen gewährleistet dank der chemischen Affinität gegenüber den Verbindungen von Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (A) und von Ethylenakrylat-Copolymer (B) die enge physikalisch- chemische Verbindung zwischen diesen. Fig. 1 zeigt den einfachsten Verbundstoff gemäß der Erfindung, der von den drei Schichten aus Polymerverbindung (A), (B) und (C) gebildet wird. Vorzugsweise weist die Zwischenschicht (C) eine Dicke von ungefähr 0,05 bis 2 mal jene der dicksten Schicht von Polymerverbindung (A, B) auf.

Es versteht sich für den Fachmann, daß mehrere Schichten von Polymerverbindung (A) je nach Anwendungsbedarf mit mehreren Schichten aus Polymerverbindung (B) mit Hilfe von mehreren Zwischenschichten aus Polymerverbindung (C) verbunden werden können.

Auf ähnliche Weise könnten dem oben definierten Verbundmaterial Schichten aus Polymerverbindung (D) mit einer anderen chemischen Natur als die Polymerverbindungen (A) und (B) und ohne Affinität mit mindestens einer von ihnen entweder durch Einlegen von Schichten aus Polymerverbindung (C), wenn diese eine chemische Affinität mit der Polymerverbindung (D) aufweist, oder einer anderen Polymerverbindung (C'), die eine chemische Affinität mit den Polymerverbindungen (A) oder (B) und (D) aufweisen muß, hinzugefügt werden.

Fig. 2 beschreibt die Anwendung des Verbundmaterials mit drei Schichten für die Herstellung von geraden oder gekrümmten Rohren.

Diese Rohre werden, wie in der Ansicht 2a dargestellt, von mindestens einem Innenrohr (1), einer Außenverkleidung (2) und einer Zwischenschicht (3) gebildet.

Sie können ferner eine im allgemeinen textile Verstärkung (4) umfassen, je nach den Benutzungsbedingungen und insbesondere je nach Betriebsdruck.

Solche biegsamen Rohre (T1, T2) finden Anwendung in der Fahrzeugindustrie, insbesondere den Versorgungs- und Kühlkreisen des Motors, sowie in manchen chemischen Industrien.

Die Zusammensetzung von Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (A), einem Bestandteil des Innenrohres (1), wird im Hinblick auf dessen chemische Trägheit gegenüber dem beförderten Fluid ausgewählt, beispielsweise der Frostschutzflüssigkeit in den Kühlkreisen oder dem Treibstoff in den Kraftfahrzeugsversorgungskreisen oder den Lösungsmitteln bei chemischen Anwendungen. Der Polymerverbindung (A) können die herkömmlichen Zusatzstoffe, wie beispielsweise dunkle oder helle Verstärkungslasten, Plastifizierungsmittel, Wirkstoffe gegen Verschlechterung (Alterungsschutzmittel und Ozonschutzmittel), Vulkanisationsmittel, die die Vernetzung des Polymers ermöglichen, und Wirkstoffe, die den Einsatz erleichtern, hinzugefügt werden.

Die Zusammensetzung des Ethylenakrylat-Copolymers (B), eines Bestandteils der Außenverkleidung (2), wird im Hinblick auf dessen Hitzebeständigkeit und dessen Festigkeit gegen Spritzen von aggressiven Fluiden, wie beispielsweise den Kohlenwasserstoffen, bei den Anwendungen für Kraftfahrzeuge ausgewählt, bei denen die Temperatur unter der Motorhaube 175ºC erreichen kann.

Die Verbindung zwischen den Polymerverbindungen (A) und (B) wird durch die Zwischenschicht (3) aus einer chlorierten Polyethylenverbindung (C) gewährleistet, die vor dem Kontakt mit dem Fluid durch das Innenrohr (1) und vor dem Kontakt mit der Umgebung durch die Außenverkleidung (2) bewahrt wird und als wesentliches Merkmal eine chemische Affinität gegenüber den Bestandteilen dieser beiden in Kontakt stehenden Schichten aufweist.

Die wahlweise Verstärkung (4) ist im allgemeinen im Kontakt mit der Zwischenschicht (3) aus Polymerverbindung (C) angeordnet; sie kann zwischen dem Innenrohr (1) oder der Außenverkleidung (2) und der Zwischenschicht (3) angeordnet sein und weist somit einen teilweisen Kontakt mit letztgenannter auf, oder sie kann auch in letztgenannte eingelassen sein, wie in den Ansichten 2a, 2b bzw. 2c dargestellt.

Das Innenrohr (1) wird von einer Elastomerverbindung (A) aus Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer gebildet, wobei die Außenverkleidung (2) von einer Polymerverbindung (B) aus Ethylenakrylat-Copolymer gebildet wird, und die Zwischen schicht (3) wird von einer Schicht aus einer chlorierten Polyethylenverbindung gebildet.

Auf ähnliche Weise, wie in dem Modell der Ansicht 2d dargestellt, können gekrümmte Rohre (T2) hergestellt werden, d. h. Rohre von vorbestimmter Form, die im allgemeinen im Fahrzeugbereich verwendet werden. Ihr Aufbau ist ähnlich jenem, der in einer der Ansichten 2a bis 2c dargestellten Rohre.

Fig. 3 stellt in halber Schnittansicht im Bereich des hinteren Endes eine Ausdehnungsrohrmuffe dar, die dazu bestimmt ist, zwischen zwei starren Rohren montiert zu werden, um ihre Ausdehnungen oder Kontraktionen aufgrund von Temperaturänderungen aufzunehmen.

Die Wand dieser Ausdehnungsrohrmuffe (M) umfaßt von innen nach außen ein Innenrohr (1) aus Polymerverbindung (A) deren Masse und Zusatzstoffe derart gewählt werden, daß sie gegen die Wirkung des transportierten Fluids beständig sind, und eine Außenverkleidung (2), die von einer weiteren Polymerverbindung (B) gebildet wird und dazu bestimmt ist, ihre Bestandteile vor der Umwelt zu schützen, wobei die Polymerverbindungen (A) und (B) keine chemische Affinität zueinander aufweisen.

Die Haftverbindung zwischen dem Innenrohr (1) und der Außenverkleidung (2) wird durch die Zwischenschicht (3) gewährleistet, die eine chemische Affinität mit den Polymerverbindungen (A) und (B) aufweist und von einer chlorierten Polyethylenverbindung gebildet wird.

Fig. 4 ist ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung von Riemen.

Die Ansicht 4a stellt im Schnitt einen Übertragungsriemen (C1) mit einem trapezförmigen Querschnitt als nicht einschränkendes Beispiel dar, der aus einem Zugelement (5) besteht und dessen Bestandteile vor den Angriffen des umgebenden Bereichs, wie beispielsweise Ölspritzern, durch eine Außenverkleidung (2) aus einer Verbindung von Ethylenakrylat-Copolymer (B) geschützt ist, die Öl- und hitzebeständig ist; die Basis (6) besteht aus einer Verbindung von Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, wobei die enge Verbindung zwischen der Basis (6) und der Außenverkleidung (2) durch die Zwischenschicht aus chloriertem Polyethylen (3) gewährleistet wird, die über oder unter (wie dargestellt) dem Zugelement (5) angeordnet sein kann. Diese Ausführung wäre auch für die Herstellung von Synchron- oder Zahnriemen anwendbar.

Die Ansicht 4b stellt im Schnitt den Aufbau eines Flachriemens (C2) für Übertragung oder Transport dar, bei dem die Außenverkleidung (2), die von der Polymerverbindung (B) gebildet wird, mit der Basis (6), die eine textile Verstärkung (4) umfaßt, mit Hilfe der Zwischenschicht (3) verbunden ist.

Bei allen dargestellten Anwendungen wird die Polymerverbindung (A), die das Innenrohr der Rohre (T1, T2) oder die Ausdehnungsmuffen (M) oder die Basis der Riemen (C1, C2) bildet, von einer Verbindung von Ethylen-Propylen- Dien-Terpolymer gebildet; die Polymerverbindung (B), die ihre Außenverkleidung (2) bildet, wird von einer Verbindung von Ethylenakrylat-Copolymer gebildet.

Die Zwischenschicht (3) ist eine chlorierte Polyethylenverbindung.

Im Vergleich mit den Verfahren zur Verbindung von zwei Komponenten ohne chemische Affinität der vorveröffentlichten Technik weist das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Vorteile auf:

- es erfordert keine physikalische und/oder chemische Behandlung der Oberfläche oder der Struktur der Komponenten, die deren Merkmale verändert,

- es ist kostengünstig und nicht umweltverschmutzend,

- es gewährleistet eine enge physikalisch-chemische Verbindung zwischen den Komponenten, ohne die Lokalisierungen von Spannungen im Dynamikbetrieb zu fördern, dank der Schaffung eines Verbundstoffes, der eine relativ große Homogenität der Module aufweist.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundstoffes durch Verbindung von mindestens zwei Schichten von Polymerverbindungen (A, B), die keine chemische Affinität zueinander aufweisen, durch Einlegen einer Zwischenschicht (3), die von einer Polymerverbindung (C) von unterschiedlicher Natur gebildet wird, welche eine chemische Affinität mit jeder der zu verbindenden chemischen Verbindungen (A, B) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Polymerverbindung (A) ein Ethylen-Propylen-Dien- Terpolymer ist, daß die Masse der Polymerverbindung (B) ein Ethylenakrylat-Copolymer ist und daß die Masse der Polymerverbindung (C) ein chloriertes Polyethylen ist.

2. Verbundstoff, bestehend aus zwei Schichten von Polymerverbindungen (A, B), die keine chemische Affinität zueinander aufweisen, zwischen denen eine Zwischenschicht angeordnet ist, die von einer Polymerverbindung (C) von unterschiedlicher Natur gebildet wird, welche eine chemische Affinität mit jeder der zu verbindenden chemischen Verbindungen (A, B) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Polymerverbindung (A) ein Ethylen- Propylen-Dien-Terpolymer ist, daß die Masse der Polymerverbindung (B) ein Ethylenakrylat-Copolymer ist und daß die Masse der Polymerverbindung (C) ein chloriertes Polyethylen ist.

3. Gerades (T1) oder gekrümmtes Rohr (T2), bestehend aus mindestens einem Innenrohr (1), das von einer Polymerverbindung (A) und einer Außenverkleidung (2), die aus einer Polymerverbindung (B) ohne chemische Affinität zu der vorhergehenden besteht, gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß es durch ein Verfahren nach Anspruch 1 herstellbar ist.

4. Gerades (T1) oder gekrümmtes Rohr (T2) nach Anspruch 3, ferner bestehend aus einer textilen Verstärkung (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (3) aus Polymerverbindung (C) zumindest teilweise in Kontakt mit der textilen Verstärkung angeordnet ist.

5. Ausdehnungsmuffe (M), bestehend aus mindestens einem Innenrohr (1), das von einer Polymerverbindung (A) und einer Außenverkleidung (2) gebildet wird, die aus einer Polymerverbindung (B) ohne chemische Affinität mit der vorhergehenden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch ein Verfahren nach Anspruch 1 herstellbar ist.

6. Riemen (C1, C2), ferner umfassend ein textiles Verstärkungs- oder Zugelement (5), mindestens eine Basis (6) aus Polymerverbindung (A) und eine Außenverkleidung (2) aus einer Polymerverbindung (B) ohne chemische Affinität zu der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß er durch ein Verfahren nach Anspruch 1 herstellbar ist.







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