DE102007022787A1

DE102007022787A1 - Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Silikonkautschukformkörper aus Flüssigsilikonen, die nach diesem Verfahren erhältlichen Formkörper sowie deren Verwendung als z.B. Membrane, Dichtungskörper, Ummantelung, Federkörper oder Abdeckung

Info

Publication number: DE102007022787A1
Application number: DE102007022787A
Authority: DE
Inventors: Alexander Widmayr
Original assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Current assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-11-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Silikonkautschukformkörpern, bei dem Flüssigsilikone in Gegenwart von Kurz- und/oder Langfasern vulkanisiert werden und wobei diese Kurz- und Langfasern am oder benachbart zum Spritzgießaggregat kurz vor der und/oder während der Zumischung mit einem mit diesem unmittelbar oder mittelbar verbundenen Werkzeug aus Endlosfasern geschnitten und gegebenenfalls aufgesplissen werden. Ferner betrifft die Erfindung die nach diesem Verfahren erhältlichen Silikonkautschukformkörper sowie deren Verwendung z.B. als Membrane, Dichtungskörper, Federkörper, Bälge, Aufhängungen, Zugentlastungen oder Schlaufenkörper.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Silikonkautschukformkörper aus Flüssigsilikonen, die nach diesem Verfahren erhältlichen Formkörper und deren Verwendung als z. B. Membrane, Dichtungskörper, Ummantelung, Federkörper und Abdeckung.
Verstärkte Silikonkautschuke sind dem Fachmann z. B. aus DE 40 38 087 A1 bekannt. In diesem Dokument werden gewebearmierte asbestfreie Flachdichtungswerkstoffe auf der Basis anorganischer Gewebe, die mit einem Silikonkautschuk als Binder getränkt sind, beschrieben. Dieser Binder wird zur leichteren Durchdringung des Gewebes, bei welchem es sich vorzugsweise um ein solches mit Leinwandbindung handelt, als Latex eingesetzt, so dass vor dem Laminieren eine Trocknungsstufe erforderlich ist, damit beim späteren Vulkanisieren zwischen den Gewebeschichten kein Wasser mehr vorliegt. Die mit dem Binder getränkten und abgequetschten Gewebebahnen können bei einem Druck von 1 bis 10 N/mm² und einer Temperatur von 120 bis 200°C vulkanisiert werden. Die auf diese Weise enthaltenen Dichtungen zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit gegen Scherkräfte, eine gute Rückfederung und eine hohe Gasdichtheit aus.
Wie der EP 431 881 A2 zu entnehmen ist, gehen Silikonkautschuke keine besonders innigen Verbindungen mit Substraten wie Glas, Keramik, Plastik, Fasern oder Gewebestoffen ein, weshalb häufig sogenannte Primer zur Vorbehandlung dieser Substrate eingesetzt werden. Dieses Verfahren ist jedoch material- und arbeitsaufwendig. Nach der EP 431 881 A2 wird ohne Verwendung eines Primers mit einer Vielzahl an Substraten dann ein gut haftender Kontakt mit Silikonkautschuken erhalten, wenn unter anderem zumindest anteilig auch solche Organosilane mit verwendet werden, die eine Isocyanat- und eine hydrolysierbare Gruppe im Molekül enthalten.
Der DE 37 12 830 OS ist ein Berstschutzring, bestehend aus z. B. einer Matrix aus einem Silikongummi und einem darin eingelagerten Fasermaterial aus insbesondere Glas-, Kohle- oder Aramid-Fasern, zu entnehmen. Wenn dieses Fasermaterial mehrlagig aufgewickelt und mit dem elastischen Matrixmaterial getränkt vorliegt, eignet sich der daraus erhaltene Berstschutzring für den Einsatz in Turbotriebwerken. Vorzugsweise werden für einen solchen Formkörper 20 bis 200 Faserlagen verwendet, wobei nur jede zweite Faserlage mit dem elastischen Matrixmaterial durchtränkt ist. Insoweit in der DE 37 12 830 OS keine weitergehenden Anwendungen genannt werden, darf davon ausgegangen werden, dass der offenbarte Formkörper in der Tat nur für die Konstruktion von Berstschutzringen in Turbotriebwerken geeignet ist.
Flüssigsilikonkautschuke wie das Produkt ELASTOSIL^® LR der Firma Wacker-Chemie können gemäß der DE 197 29 227 A1 eingesetzt werden, um poröse Formkörper aus Silikonkautschuk zugänglich zu machen. Hierbei wird z. B. ein Agar-Gel innig mit dem Flüssigsilikonkautschuk vermengt und in einer Form auspolymerisiert. Die Spritzgießprodukte sollen toxikologisch unbedenklich sein und sich daher für Anwendungen im Medizinbereich besonders eignen.
Aus der DE 37 12 830 A1 geht ein Berstschutzring für ein Turbotriebwerk hervor, welcher zumindest teilweise aus elastischem Fasermaterial und einer formerhaltenden Matrix besteht. Das Fasermaterial hat mehrlagig aufgewickelt in einer hochelastischen, warmfesten Matrix vorzuliegen. Als hochelastische Matrixmaterialien werden Latex, Polyurethan und Silikongummi genannt. In die Matrix der Formkörper gemäß der DE 37 12 830 A1 werden Faserlagen, d. h. Endlosfasern eingelagert.
Die DE 689 20 444 T2 offenbart Kraftübertragungsriemen und Fördergurte auf der Basis von mit Polyamidfasern verstärkten elastomeren Zusammensetzungen, ohne jedoch auf Flüssigsilikone einzugehen.
Aus der DE 10 2006 025 280 A1 entnimmt der Fachmann ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils, bei dem ein Bündel einer Endlosfaser imprägniert und mittels eines Handhabungsgerätes mit einem Legekopf über eine Düse endkonturnah in eine temperierte Vorrichtung gelegt und anschließend konsolidiert wird. Hierbei wird über das gerichtete Einlegen der imprägnierten Endlosfaser in Form eines Faser-Matrix-Strangs eine lastgerechte Ausrichtung ermöglicht, wodurch das fertige Bauteil mit einer hohen Festigkeit und Steifigkeit ausgestattet werden kann. Gemäß der DE 603 01 698 T2 erhält man glasfaserverstärkte Harzfaserpellets durch imprägnieren eines Glasfaserstrangs mit einem geschmolzenen ther moplastischen Harz durch einfaches Schneides des erhaltenen abgekühlten linearen Formproduktes. Auf diese Weise lässt sich die Verzwirnung des von einer Spule abgezogenen Glasfaserstrangs vermeiden. Ein ähnliches Verfahren entnimmt man der DE 198 36 787 A1 .
Für viele der genannten Anwendungen sind Fasern mit einer Faserlänge im Bereich bis zu 4,5 mm, d. h. sogenannte Kurzfasern, in das Elastomermaterial einzubringen. Diese Fasern haben, um das gewünschte mechanische Eigenschaftsprofil zu gewährleisten, in der Regel aufgespalten vorzuliegen. Die hierfür erforderlichen Schritte des Einkürzens bzw. Schneidens der Fasern auf die gewünschte Länge sowie des Spleißens von Faserbündeln sind sehr kosten- und arbeitsintensiv und erfordern beispielsweise zusätzliche Arbeitsschritte. Auch fallen bei einem derartigen separaten Herrichten der Fasermaterialien häufig Verunreinigungen an, beispielsweise Stäube, die sich nicht von den geschnittenen und gesplissenen Fasern trennen lassen und welche sich negativ auf das angestrebte Eigenschaftsprofil der erhaltenen faserverstärkten Elastomerformkörper auswirken.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten elastischen Formkörpern zugänglich zu machen, das mit nur sehr wenigen Verfahrensschritten, falls nötig auch automatisiert, auskommt, um zuverlässig in hoher Qualität und in reproduzierbarer Art und Weise faserverstärkte elastomere Formkörper herzustellen, welche auch bei Dauerbelastung unter gleichzeitiger Temperaturbeanspruchung ihre Dichtigkeit nicht verlieren und stets eine hohe Berstdruckfestigkeit aufweisen.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Silikonkautschukformkörpern aus Flüssigsilikonen gefunden, wobei das Flüssigsilikon ein Zweikomponentensystem darstellt, umfassend die Schritte:

– Zurverfügungstellung einer Komponente A des Zweikomponentensystems, enthaltend mindestens einen Katalysator,
– Zurverfügungstellung einer Komponente B des Zweikomponentensystems, enthaltend mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Silizium/Wasserstoff-Bindung,
– Zurverfügungstellung von Endlosfasern,
– Mischen der Komponenten A und B in einer Mischstation,
– Zuführen der in der Mischstation erhaltenen Mischung über zumindest eine Leitung zu einem Spritzgießaggregat,
– Spritzgießen der genannten Mischung in einem Spritzgießwerkzeug und Vulkanisation der Mischung unter Ausbildung eines Silikonkautschukformteils, wobei man die Endlosfasern über ein Schneidaggregat unter Ausbildung von Kurz- und/oder Langfasern der Mischstation und/oder der Leitung von der Mischstation zu dem Spritzgießaggregat und/oder einer Leitung für den Transfer der Komponente A zu der Mischstation und/oder einer Leitung für den Transfer der Komponente B zu der Mischstation zugeführt und/oder dass man die Endlosfasern zusammen mit der Komponente A und/oder der Komponente B über ein Schneidaggregat unter Ausbildung von Kurz- und/oder Langfasern der Mischstation und/oder dass man die Endlosfasern zusammen mit der Mischung aus der Mischstation über ein Schneidaggregat unter Ausbildung von Kurz- und/oder Langfasern dem Spritzgießaggregat zuführt.

Als besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist anzusehen, dass als Ausgangsmaterial für die Fasern sogenannte Endlosfasern eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich im allgemeinen um auf Rollen aufgewickelte Fasern mit einer Länge von z. B. mehreren Kilome tern, beispielsweise 80 km. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Endlosfasern über das Schneidaggregat unmittelbar oder mittelbar in das Spritzgießaggregat in Form von Kurz- und/oder Langfasern, vorzugsweise Kurzfasern, eingespeist. Unmittelbar eingespeist im Sinne der vorliegenden Erfindung soll bedeuten, dass sich das Schneidaggregat direkt am Spritzgießaggregat befindet. Hierdurch lassen sich die Fasern direkt in das noch nicht vulkanisierte Flüssigsilikongemisch einspeisen, sozusagen unmittelbar vor dem Spritzgießvorgang, d. h. vor dem Überführen in das Spritzgießwerkzeug unter Vulkanisation und Ausbildung des Silikonkautschukformkörpers. Mittelbar im Sinne der vorliegenden Erfindung lassen sich die Kurz- und/oder Langfasern über das Schneidaggregat in das Spritzgießaggregat überführen, wenn das Schneidaggregat beispielsweise an der Mischstation oder der Zuleitung von der Mischstation zum Spritzgießaggregat vorgesehen oder hiermit verbunden ist. In gleicher Weise kann das Schneidaggregat mit den Aufbewahrungsbehältern oder Zuleitungen für die Komponente B und/oder die Komponente B verbunden sein.
Kurzfasern im Sinne der vorliegenden Erfindung weisen eine durchschnittliche Länge nicht größer als 4,5 mm, bevorzugt im Durchschnitt über eine Länge im Bereich von etwa 0,2 bis etwa 4,5 mm, insbesondere im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 3,5 mm, auf. Langfasern im Sinne der vorliegenden Erfindung verfügen über eine durchschnittliche Länge größer als 4,5 mm, vorzugsweise im Durchschnitt über eine Länge im Bereich von oberhalb 4,5 mm bis etwa 50 mm, insbesondere von etwa 5 mm bis etwa 20 mm.
Besonders vorteilhafte Formkörper werden dann erhalten, wenn das Schneidaggregat gleichzeitig ein Aufspleißaggregat darstellt und/oder mit umfasst.
Von besonderem Vorteil ist, wenn das Schneidaggregat gleichzeitig ein Aufspleißaggregat darstellt und/oder mit umfasst. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung stellen das Schneidaggregat und gegebenenfalls das vorzugsweise integrierte Aufspleißaggregat eine Förderschnecke z. B. in Form eines Schneckenextruders oder eines Doppelschneckenextruders dar oder sind hierin integriert.
Hierbei ist von besonderem Vorteil, wenn das Schneid- und gegebenenfalls Aufspleißaggregat, insbesondere die Förderschnecke und besonders bevorzugt der Doppelschneckenextruder, mindestens ein, insbesondere mindestens zwei, drei oder mehr Schneidmodule aufweisen.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Schneid- und gegebenenfalls Aufspleißaggregat, insbesondere die Förderschnecke und besonders bevorzugt der Doppelschneckenextruder, mindestens ein, insbesondere mindestens zwei, drei oder mehr Kämmodule aufweisen. Kämmodule stellen hierbei die vorangehend genannten Aufspleißaggregate dar oder sind Bestandteil derselben.
In einer weiteren, besonders zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Schneid- und Aufspleißaggregat, insbesondere die Förderschnecke oder der Doppelschneckenextruder mindestens ein Schneidmodul und mindestens ein sich mittelbar oder unmittelbar anschließendes Kämmodul aufweisen.
Schließlich hat es sich als besonders wirksam in Bezug auf die Verteilung der Fasern, den Aufspaltungsgrad sowie die sich ergebenden mechanischen Eigenschaften erwiesen, dass mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, Schneid- und mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, Kämmodule jeweils alternierend, insbesondere jeweils unmittelbar aufeinanderfolgend, angeordnet sind. Hierbei erhält man bevorzugt die vorangehend definierten Kurzfasern intensiv und besonders homogen eingemischt in die erfindunsgemäßen faserverstärkten Silikonkautschukformkörper, und zwar vorzugsweise in aufgespaltenem Zustand.
Die Kurz- und Langfasern liegen vorzugsweise im aufgespaltenen Zustand, d. h. als Einzel- bzw. Feinfasern vor und verfügen insbesondere über eine Feinheit im Bereich von etwa 0,5 bis 500 dtex, insbesondere von etwa 1,0 bis 200 dtex. Zufriedenstellende Resultate stellen sich beispielsweise bei synthetischen Fasern im allgemeinen bei einer Feinheit im Bereich von 1,0 bis 50 dtex ein.
Für die Endlosfasern wird vorzugsweise auf Natur-, Aramid-, Kohle-, Cellulose- oder synthetische Fasern oder deren Mischungen zurückgegriffen. Besonders bevorzugt kommen Polyamid- und Cellulosefasern sowie deren Mischungen zum Einsatz.
Geeignete Cellulosefasern sind dem Fachmann bekannt. Sie können in regenerierter und nicht-regenerierter Form eingesetzt werden. Auch sogenannte Lyocell-Fasern sind geeignet. Geeignete Naturfasern stellen z. B. Baumwoll-, Woll-, Seiden-, Leinen-, Sisal-, Hanf-, Ramie-, Flachs- und Jutefasern oder deren Mischungen dar. Unter den geeigneten synthetischen Fasernmaterialien seien exemplarisch Acetat-, Polyamid-, Polyester-, Polyolefin-, Polyvinylalkohol- und Polyurethanfasern und deren Mischungen genannt. Selbstverständlich können auch Bi- oder Trikomponentenfasern eingesetzt werden. Unter den Polyesterfasern seien die Polyethylenterephthalatfasern hervorgehoben. Besonders bevorzugt wird auf Polyamid- und Polyesterfasern zurückgegriffen. Polyamidfasern sind besonders bevorzugt, insbesondere solche mit einem durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 1,0 mm, bevorzugt im Bereich von etwa 0,25 bis 0,75 mm, beispielsweise 0,5 mm.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden Fasern in der Weise dem Schneid- und gegebenenfalls Aufspleißaggregat zugeführt, dass in den erhaltenen Silikonkautschukformkörpern etwa 1 bis 30 Gew.-%, insbesondere etwa 2 bis 15 Gew.-%, an Kurz- und/oder Langfasern, insbesondere Kurzfasern, vorliegen.
Kurz- und Langfasern im Sinne der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise vor und/oder während der Einspeisung in die Verarbeitungsvorrichtung aufgespalten. Denn je höher im allgemeinen der Anteil an Schnittbündeln in einem Formkörper ist, um so schlechter sind dessen mechanische Eigenschaften. Eine mechanische Zerfaserung bzw. Auflösung von Schnittbündel in einem separaten Verfahren kann daher entfallen.
Für die Bestimmung des Grades an Aufspaltung der eingesetzten Kurz- oder Langfasern kann auf das Prinzip der Luftstromprüfung an Faserpfropfen, wie bei Karlheinz Geltel, Zur Theorie der Luftströmung durch Faserpfropfen, Faserforschung und Textiltechnik 16 (1964) Heft 1, Seiten 21 bis 29, beschrieben, zurückgegriffen werden. Danach ist der Druckabfall über einer durchströmten Fasermenge abhängig von der strömenden Luftmenge je Zeiteinheit, den Abmessungen der Messkammer (Durchmesser, Höhe), der Viskosität des strömenden Mediums, der Porosität der Fasermenge und der Faseroberfläche (Faserfeinheit). Die Porosität der Fasermenge kennzeichnet das Verhältnis von Fasermasse in der Messkammer und dem Messkammervolumen und ist festgelegt durch die Beziehung:
worin die Parameter die folgende Bedeutung haben:

∊: Porosität,
M: Masse der Probe,
V: Volumen der Messkammer und
d: Dichte des Faserstoffes.

Hält man die Luftmenge, Messkammerabmessung, Viskosität des strömenden Mediums und die Porosität konstant, so ist der Druckabfall über der Probe direkt proportional der Faseroberfläche. Die Faseroberfläche wird wiederum durch die Feinheit sowie das mehr oder weniger häufige Auftreten von Schnittbündeln bestimmt. Demgemäß wird die Faseroberfläche um so niedriger, je mehr und um so größere Schnittbündel auftreten, was wiederum bedeutet, dass der Druckabfall über der Probe proportional der Größe und der Häufigkeit der Schnittbündel und damit auch der Vollständigkeit der Aufspaltung ist. Für die Bestimmung des Grades an Aufspaltung der Fasern kann z. B. ein Wollfeinheitsprüfer vom Typ 4/15/1 der Firma Medimpex eingesetzt werden.
Geeignete Flüssigsilikone gehen auf Polyorganosiloxane als Grundpolymer zurück. Hierin liegen Siloxanketten (-Si-O-Si-O-) vor, in denen die freien Valenzen der Si-Atome durch organische Gruppen wie Wasserstoff, Methyl, Phenyl oder Vinyl und auch durch Hydroxylgruppen abgesättigt sein können. Flüssigsilikone (Liquid silicon rubber/LSR) verfügen im allgemeinen über bis zu 1.000 Wiederholungseinheiten und grenzen sich damit von Festsilikonkautschuken ab, die in der Regel 6.000 bis 10.000 Wiederholungseinheiten aufweisen. Die Vernetzungs- bzw. Vulkanisationsreaktion findet regelmäßig zwischen einer Silan (Si-H) und einer Vinylgruppe im Wege einer übergangsmetallkatalysierten Hydrosilylierung statt. Flüssigsilikone basieren im allgemeinen auf Zweikomponentenmischungen aus niedrigviskosen Vinylpolysiloxanen einerseits und wasserstoffunktionellen Polysiloxanen und/oder Silanverbindungen andererseits. Besonders geeignete Katalysatoren basieren auf Edelmetallverbindungen. Bevorzugt wird auf Platinkatalysatoren zurückgegriffen, wobei in der Regel Mengen im ppm-Bereich für eine schnelle und vollständige Vulkanisation ausreichen. Diese Additionsvernetzung, bei der regelmäßig kein Spalt- oder Nebenprodukt entsteht, verbindet katalysatorunterstützt vinylfunktionelle Polysiloxane mit wasserstoffunktionellen Polysiloxanen bzw. Silanverbindungen. Während die erste Komponente dieses Zweikomponentensystems, z. B. Komponente A, den Katalysator enthält, vorzugsweise zusammen mit dem vinylfunktionellen Polysiloxan, umfasst die weitere Komponenten, z. B. Komponente B, das wasserstofffunktionelle Polysiloxan bzw. die Silanverbindung als Vernetzeragens. Als besonders geeignete wasserstofffunktionelle Siloxan- bzw. Silanverbindung sei Methylhydrogensiloxan, insbesondere enthaltend mindestens drei SiH-Gruppen im Molekül, genannt.
Geeignete Flüssigsilikone bzw. geeignete Zweikomponentensysteme für Flüssigsilikone sind dem Fachmann bekannt und auch kommerziell erhältlich, beispielsweise unter der Produktbezeichnung Silopren^® LSR der Firma Momentive (ehemals GE Bayer Silicons) oder unter der Bezeichnung Elastosil^® LR der Firma Wacker-Chemie. Als Flüssigsilikone kommen z. B. ferner Ausführungsformen in Betracht, die selbsthaftend an Fasern, beispielsweise Polyamid- oder Cellulosefasern, sind.
Die Vernetzungs- bzw. Vulkanisationsgeschwindigkeit lässt sich z. B. über die Katalysatorkonzentration und/oder über die Zugabe eines Inhibitors steuern. Geeignete Inhibitoren stellen z. B. höherkettige Alkohole dar, wie z. B. n-Butanol, n-Pentanol oder n-Hexanol. Insbesondere sei auch auf 1-Ethinyl-1-cyclohexanol verwiesen.
Besonders bevorzugt wird als Flüssigsilikon auf MVQ-Flüssigsilikon zurückgegriffen. Hierbei handelt es sich um einen Methylsiloxankautschuk mit mindestens einer, insbesondere mehreren Vinylgruppen. Selbstverständlich können ebenfalls z. B. partiell fluorierte Polysiloxane eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vulkanisation ferner in Gegenwart von Farbstoffen/Pigmenten, Füllstoffen, Antiklebmittel, Weichmachern, Haftvermittlern oder deren Mischungen erfolgt.
Geeignete Füllstoffe umfassen z. B. Kreide, Quarzmehl, Diatomeenerde, Glimmer, Kaolin, Al(OH)₃ und/oder Metalloxide. Ferner stellt pyrogene Kieselsäure einen geeigneten Füllstoff dar.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Flüssigsilikon, enthaltend die Kurz- und/oder Langfasern und gegebenenfalls Farbstoffe oder Pigmente, Antiklebemittel, Weichmacher, Haftmittel und/oder Füllstoffe, mittels Spritzgießens in ein Formwerkzeug eingetragen wird. Die Vulkanisation findet dann im wesentlichen in diesem Formwerkzeug statt.
Geeignete Flüssigsilicon- bzw. LSR-Spritzgießvorrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise kann auf eine Spritzgießvorrichtung, enthaltend einen Kaltkanalblock, wie in der DE 40 14 244 A1 beschrieben, zurückgegriffen werden. Insbesondere zur Vermeidung von Druckschwankungen im Bereich der Einzugszone der Plastifiziereinheit beim Spritzgießen von Flüssigsilikonkautschuken kann auch die in der DE 101 45 160 A1 beschriebene Spritzgießvorrichtung eingesetzt werden. Um dem Problem der verstopften Düsen beim Spritzgießen von Flüssigsilikonen zu begegnen, bietet sich ebenfalls die in der DE 103 06 027 A1 beschriebene Spritzgießvorrichtung an.
Die Vulkanisation erfolgt üblicherweise bei Temperaturen im Bereich von 140 bis 230°C, insbesondere 170 bis 220°C.
Die Komponenten des Zweikomponentenflüssigsilikonssystems werden üblicherweise derart eingestellt, dass sie in dem Verhältnis 1:1 in die Spritzgießvorrichtung eingetragen werden. Der Druck im Spritzgießgerät liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 50 bis 150 bar, wobei der Haltedruck an der Spritzdüse häufig auf einen Wert von etwa 50 bar eingestellt wird. Aufgrund der Hitze im Formwerkzeug und der Volumenzunahme bei der einsetzenden Vulkanisationsreaktion stellen sich dort Spitzendrücke von bis zu 300 bar ein.
Die Dimensionen des erfindungsgemäßen faserverstärkten Silikonkautschukformkörpers sind in weiten Bereichen variierbar. Beispielsweise lassen sich faserverstärkte Membrane mit durchschnittlichen Dicken im Bereich von etwa 0,1 bis 1,0 cm ohne weiteres erhalten.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen faserverstärkten Silikonkautschukformkörper zeichnen sich durch eine sehr homogene Struktur aus und können vielfältigst eingesetzt werden, z. B. als faserverstärkte Membrane oder Dichtungskörper. Derartige faserverstärkte Membrane eignen sich wiederum als Aktuatoren, z. B. bei der Drosselklappensteuerung im Kfz. Geeignete Dichtungskörper können z. B. in Form von Dichtungsringen wie O-Ringen, Dichtungsklappen oder Dichtungsscheiben vorliegen. Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Kautschukformkörper, wie Federelastizität, Inertheit, Robustheit, Dauerbelastbarkeit sowie homogener innerer Struktur und isotropem mechanischen Verhalten, sind deren Einsatzmöglichkeiten bzw. -felder, beispielsweise betreffend Membrane und Dichtungen, nahezu unbegrenzt.
Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen faserverstärkten Silikonkautschukformkörper nicht nur für jedwede Membrane verwendet werden, sondern finden darüber hinaus vielfältige Einsatzmöglichkeiten z. B. bei der Abdichtung von Metallteilen, insbesondere bei der Abdichtung von mit Kunststoff umspritzten Metallteilen oder auch als Gehäuseabdeckung, Kabelummantelungen, Verteilerkappen oder Dichtungsringen. Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Silikonkautschukformkörper auch als Federkörper, z. B. in Form von Elastomerfedern und Industriefedern, sowie als Bälge, z. B. als, insbesondere hoch beanspruchbare, Faltenbälge oder Luftfederbälge, Ummantelungen, Abdeckungen oder Schläuche, insbesondere Turboladerschläuchen eingesetzt werden. Ferner eignen sich die erfindungsgemäßen Kautschukformkörper zur Herstellung von Aufhängungen, z. B. Abgasaufhängungen im Kfz, von Schlaufen, beispielsweise Sicherungsschlaufen, und von Zugentlastungen.
Schließlich umfassen die erfindungsgemäßen faserverstärkten Silikonkautschukformkörper auch oberflächenbehandelte Substrate, insbesondere mit einem Plasma behandelte Formkörper, wie in der DE 102 56 483 A1 beschrieben. Hierbei wird die Oberfläche des Flüssigsilikonkautschukformkörpers einem durch eine elektrische Gasentladung im Vakuum erzeugten Plasma ausgesetzt, wobei die Energie und die Einwirkdauer des Plasmas auf die Oberfläche des Substrats so gewählt werden, dass sich die Oberflächenenergie der Substratoberfläche aufgrund der Modifizierung von oberflächennahen Molekülen signifikant erhöht, wobei die auf diese Art und Weise oberflächenbehandelten Substrate aus Silikon direkt beschichtet werden können. Die Gasentladung stellt vorzugsweise eine DC-, AC-, HF-, RF- oder Mikrowellengasentladung, vorzugsweise eine DC-Gasentladung, dar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass sich faserverstärkte Silikonkautschuke aus Flüssigsilikonen in einem einstufigen Prozess erhalten lassen. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt ohne das gesonderte Schneiden und Spleißen der eingesetzten Fasern aus. Demgemäß entfallen zusätzlich Transport-, Geräte- und Arbeitskosten. Von besonderem Vorteil insbesondere auch im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Silikonkautschukformkörper ist auch, dass die geschnittenen und auf gespließenen Fasern nicht durch Stäube oder sonstige Bestandteile verunreinigt sind. Die erfindungsgemäßen Silikonkautschukformkörper, wenn beispielsweise als Membran vorliegend, zeichnen sich durch eine sehr hohe Berstdruckfestigkeit auch im Dauertest aus, sind sehr temperaturbeständig und zudem extrem dicht. Aus den oben genannten Gründen lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren faserverstärkte Silikonkautschukformkörper kostengünstiger fertigen als nach herkömmlichen Verfahren.
Die in der voranstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4038087 A1 [0002]
- EP 431881 A2 [0003, 0003]
- DE 3712830 [0004, 0004]
- DE 19729227 A1 [0005]
- DE 3712830 A1 [0006, 0006]
- DE 68920444 T2 [0007]
- DE 102006025280 A1 [0008]
- DE 60301698 T2 [0008]
- DE 19836787 A1 [0008]
- DE 4014244 A1 [0034]
- DE 10145160 A1 [0034]
- DE 10306027 A1 [0034]
- DE 10256483 A1 [0040]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Karlheinz Geltel, Zur Theorie der Luftströmung durch Faserpfropfen, Faserforschung und Textiltechnik 16 (1964) Heft 1, Seiten 21 bis 29 [0025]

Claims

Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Silikonkautschukformkörpern aus Flüssigsilikonen, wobei das Flüssigsilikon ein Zweikomponentensystem darstellt, umfassend die Schritte: – Zurverfügungstellung einer Komponente A des Zweikomponentensystems, enthaltend mindestens einen Katalysator, – Zurverfügungstellung einer Komponente B des Zweikomponentensystems, enthaltend mindestens eine Verbindung mit mindestens einer Silizium/Wasserstoff-Bindung, – Zurverfügungstellung von Endlosfasern, – Mischen der Komponenten A und B in einer Mischstation, – Zuführen der in der Mischstation erhaltenen Mischung über zumindest eine Leitung zu einem Spritzgießaggregat, – Spritzgießen der genannten Mischung in einem Spritzgießwerkzeug und Vulkanisation der Mischung unter Ausbildung eines Silikonkautschukformteils, dadurch gekennzeichnet, dass man die Endlosfasern über ein Schneidaggregat unter Ausbildung von Kurz- und/oder Langfasern der Mischstation und/oder der Leitung von der Mischstation zu dem Spritzgießaggregat und/oder einer Leitung für den Transfer der Komponente A zu der Mischstation und/oder einer Leitung für den Transfer der Komponente B zu der Mischstation zuführt und/oder dass man die Endlosfasern zusammen mit der Komponente A und/oder der Komponente B über ein Schneidaggregat unter Ausbildung von Kurz- und/oder Langfasern der Mischstation und/oder dass man die Endlosfasern zusammen mit der Mischung aus der Mischstation über ein Schneidaggregat unter Ausbildung von Kurz- und/oder Langfasern dem Spritzgießaggregat zuführt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens ein Aufspleißaggregat zum Aufspleißen der geschnittenen Kurz- und/oder Langfasern einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidaggregat gleichzeitig ein Aufspleißaggregat darstellt und/oder mit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneid- und gegebenenfalls Aufspleißaggregat eine Förderschnecke, insbesondere einen Schneckenextruder oder einen Doppelschneckenextruder, darstellt oder darin integriert ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend das Einmischen mindestens einer Farbkomponente, insbesondere über die Mischstation.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern Natur-, Aramid-, Kohle-, Cellulose- oder synthetische Fasern oder deren Mischungen darstellen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigsilikon MVQ-Flüssigsilikon darstellt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vulkanisation über eine katalysierte Additionsvernetzung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vulkanisation ferner in Gegenwart von Farbstoffen/Pigmenten, Antiklebemitteln, Weichmachern, Haftvermittlern oder deren Mischungen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfaser eine Polyamid- oder eine Cellulosefaser oder eine Mischung dieser Fasern darstellt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneid- und gegebenenfalls Aufspleißaggregat, insbesondere die Förderschnecke oder der Doppelschneckenextruder, mindestens ein, insbesondere mindestens zwei, drei oder mehr Schneidmodule aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneid- und Aufspleißaggregat, insbesondere die Förderschnecke oder der Doppelschneckenextruder, mindestens ein, insbesondere mindestens zwei, drei oder mehr Kämmodule aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneid- und Aufspleißaggregat, insbesondere die Förderschnecke oder der Doppelschneckenextruder mindestens ein Schneidmodul und mindestens ein sich mittelbar oder unmittelbar anschließendes Kämmodul aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, Schneid- und mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, Kämmodule jeweils alternierend, insbesondere jeweils unmittelbar aufeinanderfolgend, angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern in dem Schneidaggregat in Kurzfasern, insbesondere in Fasern mit einer Länge im Bereich von 0,2 bis 4,5 mm, überführt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurz- und/oder Langfaser zu mindestens 50%, insbesondere mindestens 80%, aufgespalten werden.
Faserverstärkter Silikonkautschukformkörper, erhalten nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Faserverstärkter Silikonkautschukformkörper nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Formkörper eine Membran, insbesondere Arbeitsmembran, einen Dichtungskörper, insbesondere einen O-Ring, einen Federkörper, einen Balg, eine Aufhängung, insbesondere eine Abgashalteschlaufe, eine Ummantelung, eine Abdeckung, eine Zugentlastung, einen Schlaufenkörper, insbesondere eine Sicherungsschlaufe, oder einen Schlauch, insbesondere einen Turboladerschlauch, darstellt oder Bestandteil hiervon ist.
Faserverstärkter Silikonkautschukformkörper nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper, insbesondere in Form einer Membran, eine durchschnittliche Dicke im Bereich von etwa 0,1 bis 1,0 cm aufweist.
Faserverstärkter Silikonkautschukformkörper nach einem der Ansprüche 17 bis 19, enthaltend Kurzfasern.
Faserverstärkter Silikonkautschukformkörper nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper mehr als 50%, insbesondere mehr als 80% an Kurzfasern enthält.
Faserverstärkter Silikonkautschukformkörper nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurz- und/oder Langfasern zu mindestens 50%, insbesondere zu mindestens 80%, aufgespalten vorliegen.
Faserverstärkter Silikonkautschukformkörper nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Formkörper als Fasern im wesentlichen nur Kurzfasern vorliegen.
Faserverstärker Silikonkautschukformkörper nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Formkörper die Fasern im wesentlichen vollständig aufgespalten vorliegen.
Verwendung der faserverstärkten Silikonkautschukformkörper, erhalten nach einem der Ansprüche 1 bis 16, als oder zur Herstellung von Membranen, insbesondere Arbeitsmembranen, Dichtungskörpern, insbesondere O-Ringen, Federköpern, Bälgen, Aufhängungen, insbesondere Abgashalteschlaufen, Ummantelungen, Abdeckungen, Zugentlastungen, Schlaufenkörpern, insbesondere Sicherungsschlaufen, oder Schläuchen, insbesondere Turboladerschläuchen.