DE3706642C2 - Wärmerückstellbarer Gegenstand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen wärmerückstellbaren Gegenstand, beispielsweise ein Band, Rohr oder ähnliches, bestehend aus mindestens zwei aus vernetztem Kunststoff bestehenden Schichten, zwischen denen eine Verstärkungseinlage angeordnet ist.

Aus der EP 0 116 393 A2 ist ein wärmerückstellbarer Gegenstand bekannt, bei dem ein Gewebe zwischen zwei Schichten aus Polymermaterial eingebettet sind. Das Gewebe besteht aus einer Vielzahl von quer zur Schrumpfrichtung verlaufenden Fäden, z. B. aus Glasfibern, sowie einer Vielzahl von in Schrumpfrichtung verlaufenden mit den Glasfibern verwebten Fäden aus wärmeschrumpfbarem Material. Bei Erwärmung eines solchen wärmeschrumpfbaren Gegenstandes schrumpfen die in Schrumpfrichtung verlaufenden Fäden, wobei die Deckschichten aus polymerem Material bei der Schrumpftemperatur so weich werden, daß sie die Schrumpfung nicht behindern. Bei diesen bekannten wärmerückstellfähigen Gegenständen besteht die Gefahr, daß das Geflecht bzw. Gewebe sich innerhalb der Schichten verlagert. So hat beispielsweise das Geflecht, wenn der wärmeerholbare Gegenstand zum Rohr geformt ist, das Bestreben, seinen Durchmesser zu verringern. Dient der wärmeerholbare Gegenstand beispielsweise dazu, einen runden Gegenstand, wie beispielsweise ein elektrisches Kabel, zu umhüllen, so besteht die Gefahr, daß das Gewebe infolge Durchmesserverringerung in die darunterliegende Schicht eindringt. Der mehrschichtige Aufbau dient im wesentlichen einer erhöhten Reißfestigkeit des wärmeerholbaren Gegenstandes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reißfestigkeit eines wärmerückstellbaren Gegenstandes zu erhöhen, ohne daß die Gefahr einer Verlagerung der Verstärkungseinlage besteht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 erfaßten Merkmale gelöst.

Im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik ist bei dem wärmerückstellbaren Gegenstand die Verstärkungseinlage im wärmeerholbaren Zustand in Schrumpfrichtung elastisch verformt und sind die Deckschichten aus wärmerückstellbarem Material. Dadurch, daß die Verstärkungseinlage in einer Schicht aus thermoplastischem Kunststoff eingebettet ist, kann diese sich sowohl beim Reckvorgang als auch beim Schrumpfen nahezu ungehindert zwischen den beiden wärmerückstellbaren Schichten bewegen. Durch diese verblüffend einfache Lösung wird die Reißfestigkeit solcher wärmeerholbaren Gegenstände erheblich erhöht. Von besonderem Vorteil hat sich herausgestellt, daß die Dehnung der Fäden bei dem Maschwerk lediglich ca. 50% beträgt, wogegen die Reckung des wärmeerholbaren Gegenstandes ca. 300% betragen kann. Wesentlich ist bei dem Gegenstand nach der Erfindung, daß die elastisch verformbaren Fäden in vorbestimmten Abständen an den quer zur Schrumpfrichtung verlaufenden, nicht verformbaren Fäden befestigt sind.

Das Maschwerk wird zweckmäßigerweise dadurch hergestellt, daß jeweils zwei gegenüberliegende Spitzen jeder Raute an den hochfesten Fäden im Abstand zueinander befestigt sind, wogegen die zwei anderen Spitzen der Rauten mit den entsprechenden Spitzen der benachbarten Raute fest verbunden sind. Die quer zur Schrumpfrichtung verlaufenden Fäden bestehen zweckmäßigerweise aus hochfestem Kunststoff, vorzugsweise Polyaramid, polykondensiertem aromatischem Polyamid, verstrecktem Polyester bzw. Polyamid, Polypropylen oder Fluorcarbon- Polymeren. Sie können als massive Stränge ausgebildet sein, sind aber zweckmäßigerweise aus gezwirnten bzw. miteinander verseilten Fasern hergestellt. Alternativ können die quer zur Schrumpfrichtung verlaufenden Fäden aus anorganischen Werkstoffen, z. B. Glas, Keramik oder Metall, bestehen. Auch hier kann es von Vorteil sein, die Fäden aus einer Vielzahl miteinander verseilter oder verzwirnter Fasern herzustellen. Um eine dauerhafte Festlegung der Rautenspitzen zu erzielen, hat es sich als vorteilhaft erweisen, daß die quer zur Schrumpfrichtung verlaufenden Fäden eine vorzugsweise wendelförmig verlaufende Nut bzw. Erhebung aufweisen. Diese Nut bzw. Erhebung verhindert ein Längsverschieben der Knotenpunkte. Die Nuten bzw. Erhebungen können zweckmäßigerweise dadurch hergestellt werden, daß auf jeden der Fäden ein weiterer Faden wendelartig und fest auf den Faden aufliegend aufgewickelt ist. Die Fäden und/oder Fasern können eine Beschichtung aus einem thermoplastischen Kunststoff aufweisen. Wie bereits eingangs erwähnt, müssen die das Maschwerk bildenden Fäden elastisch verformbar sein bzw. eine Dehnungsreserve aufweisen. Hierzu hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß diese Fäden die Gestalt einer Wendel, eines Mäanders oder ähnliche Formen aufweisen, die eine Längung der Fäden ermöglicht. Andererseits ist es jedoch auch möglich, die Fäden aus einem Kunststoff herzustellen, der bei Reck- oder Schrumpftemperatur, d. h. bei ca. 130°C, elastisch verformbar ist. Als Werkstoff hierfür können genannt werden: Polypropylen, natürliche oder synthetische Kautschuke oder aber auch vernetztes Polyäthylen. Damit die Verformung des Maschwerkes und damit der Schrumpfvorgang nicht behindert wird, besteht die die Verstärkungsschicht einbettende Schicht aus einem Thermoplasten, dessen Viskosität bei der Schrumpftemperatur so eingestellt ist, daß ein Abtropfen vermieden ist, andererseits jedoch die Fäden in dieser thermoplastischen Schicht frei beweglich sind.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellbaren Gegenstandes, insbesondere eines Bandes. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Verstärkungseinlage in der thermoplastischen Schicht einbettet und beidseitig mit den Deckschichten aus vernetzten wärmerückstellbaren Bändern kaschiert. Der Kaschiervorgang kann sowohl im gereckten Zustand des Bandes als auch im ungereckten Zustand vorgenommen werden. Findet der Kaschiervorgang im gereckten Zustand statt, sind sowohl die Verstärkungseinlage als auch die Deckschichten vorgereckt. Die andere Fertigungsmethode besteht darin, daß man die Verstärkungseinlage im ungereckten Zustand beidseitig mit ungereckten Bändern kaschiert, den Reckvorgang in der Wärme vornimmt und im gereckten Zustand das Band abkühlt.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellbaren Gegenstandes zeichnet sich dadurch aus, daß man den dreischichtigen Gegenstand durch Koextrusion herstellt, wobei mittig zwischen den beiden Deckschichten die Verstärkungseinlage gemeinsam mit der thermoplastischen Schicht eingefahren wird, daß die beiden Deckschichten vernetzt, erwärmt und im erwärmten Zustand gemeinsam mit der Verstärkungseinlage gereckt werden und der Gegenstand im gereckten Zustand abgekühlt wird. Bei dem letztgenannten Verfahren wird für die Deckschichten mit Vorteil ein mit Silan gepfropftes Polyäthylen verwendet, welches durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbar ist. Für die die Verstärkungseinlage einbettende Schicht wird ein schwach mit Silan gepfropftes Polyäthylen verwendet. Bei der Vernetzung werden die den Deckschichten benachbarten Bereiche anvernetzt, wogegen die mittleren Bereiche der besagten Schicht unvernetzt bleiben. Dadurch, daß die die Verstärkungseinlage enthaltende thermoplastische Mittelschicht aus einem chemisch sehr ähnlichen Polymermaterial, aber mit deutlich niedrigerem Molekulargewicht und dadurch höherer Fließfähigkeit besteht, entsteht durch die Kovernetzung ein kraftschlüssiger Verbund mit den stärker silangepfropften Deckschichten. Der Pfropfgrad der mittleren Schicht ist aber so niedrig, daß nahezu keine Vernetzung in der Mittelschicht eintreten kann, was ja unerwünscht wäre, weil dadurch die wichtige Fließfähigkeit beim Schrumpfvorgang beeinträchtigt würde.

Die Erfindung ist anhand der in den fig. 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel e näher erläutert.

In der Fig. 1 ist eine Schrumpfmanschette 1 perspektivisch dargestellt, die beispielsweise zum Umhüllen eines Kabelspleißes eingesetzt werden kann. Die Manschette 1 besteht aus einem Kunststoffband 2 mit zwei in Längsrichtung verlaufenden Stegen 3 und 4, die nach dem Herumlegen um den Kabelspleiß mittels einer nicht dargestellten Verschlußeinrichtung verschlossen werden können. Eine Lasche 5 wird dabei unterhalb des Steges 3 gelegt.

Um die Reißfestigkeit einer solchen Manschette 1 während des Schrumpfvorganges zu erhöhen, ist das Kunststoffband 2 als Dreischichtkörper ausgebildet, welcher aus einer oberen Deckschicht 6, einer unteren Deckschicht 7 und einer zwischen den Deckschichten 6 und 7 gelegenen Mittelschicht 8 besteht, in welcher die Verstärkungseinlage 9 eingebettet ist. An der der Spleißstelle zugekehrten Oberfläche des Kunststoffbandes 2, kann noch eine Schicht 10 aus einem Heißschmelzkleber angeordnet sein. Die Schichten 6 und 7 bestehen aus einem vernetzten Polyäthylen, vorzugsweise einem mit Silan gepfropften Polyäthylen, welches durch Zugabe von Feuchtigkeit vernetzt ist. Die Mittelschicht 8 besteht ebenfalls aus Polyäthylen, dem auch Silane aufgepfropft sind, jedoch in einer wesentlich geringeren Menge als bei den Deckschichten 6 und 7. Die Verstärkungseinlage 9 besteht aus hochfesten Fäden 11, welche praktisch bei Schrumpftemperatur, d. h. bei 130°C, nicht verformbar sind. Neben den Fäden 11 sind weitere Fäden 12 vorgesehen, welche, wie in der Fig. 2 dargestellt, ein Maschwerk bilden. Diese Fäden 12 sind so ausgestaltet, daß sie bei Schrumpftemperatur elastisch verformbar sind.

Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil des Kunststoffban­ des 2, wobei die Deckschicht 6 und ein Teil der Mittelschicht 8 entfernt ist. Die Fäden 12 bilden ein Maschwerk aus einer Vielzahl von rautenförmigen Geweben bzw. Geflechten, welche an ihren Kreuzungsstellen 13a und 13b fest miteinander durch Verschweißung, Verklebung oder Verknotung oder auf andere geeignete Weise miteinander verbunden sind. An den Knotenstellen 13b ist das Maschwerk an den Längsfäden 11 befestigt, so daß bei einer Reckung oder Schrumpfung in Pfeilrichtung der längsaxiale Abstand zwischen zwei Knotenpunkten 13b konstant bleibt. Die Verbindung der Fäden 12 mit den Längsfäden 11 im Bereich der Knotenpunkte 13b wird zweckmäßigerweise dadurch hergestellt, daß die Längsfäden 11 nach Art eines Monierstahles ausgebildet sind, d. h. Nuten, Erhebungen und dergleichen aufweisen, welche der mechanischen Verklammerung der Fäden 12 an den Knotenpunkten 13b dienen.

Die Herstellung eines in der Fig. 1 dargestellten Bandes läuft wie folgt ab.

Ein aus den Fäden 11 und 12 gebildetes Maschwerk wird zunächst im gereckten Zustand in eine Schicht aus thermoplastischem Kunststoff eingebettet. Die Längsfäden 11 bestehen aus miteinander verzwirnten oder verseilten Glasfasern. Auf das so gebildete Bündel wird in nicht dargestellter Weise ein mit kurzer Schlaglänge ein weiterer Kunststoff-Faden aufgewickelt. Die Fäden 12 bestehen aus vernetztem Polyäthylen und sind zu einer Wendel geformt. An den Knoten­ punkten 13a sind die Fäden 12 miteinander verklebt, und zwar mit einem hochtemperaturbeständigen Kleber. Alternativ können die Fäden 12 aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise einem Kautschuk auf Nitrilbasis, bestehen. An den Knotenpunkten 13b sind die Fäden 12 mechanisch fest verklammert. Die thermoplastische Schicht 8, in welcher die Verstärkungseinlage 9 eingebettet ist, besteht aus Polyäthylen, dem eine geringe Menge Silan aufgepfropft ist. Die Deckschichten 6 und 7 werden, wie an sich bekannt, aus einem silangepfropften Polyäthylen hergestellt, wobei das Band nach dem Extrudieren vernetzt wird, erwärmt und im erwärmten Zustand gereckt und im gereckten Zustand abgekühlt wird. Die einzelnen Schichten 6, 7 und 8 werden unter Zuhilfenahme eines geeigneten Haftvermittlers kraftschlüssig miteinander verbunden, und bei einer Temperatur unterhalb der Schrumpftemperatur werden die Deckschichten 6 und 7 mit der Mittelschicht 8 verklebt.

Alternativ kann der dargestellte Dreischichtkörper durch Koextrusion hergestellt werden. Das Verstärkungsgewebe wird dabei mittig eingefahren, in die thermoplastische Mittelschicht eingebettet und gleichzeitig werden die beiden Deckschichten 6 und 7 extrudiert. Nach der Extrusion werden die Deckschichten durch Feuchtebehandlung vernetzt. Anschließend wird der Dreischichtkörper erwärmt und durch Querexpansion zum wärmeschrumpfenden Manschettenkörper umgeformt und in diesem gereckten bzw. expandierten Zustand abgekühlt.

Die wärmeschrumpfbaren Deckschichten 6 und 7 bestehen zweckmäßigerweise aus einer siloxanvernetzten Mischung aus Hochdruck-Polyäthylen und Copolymerverschnitt. Die thermoplastische Mittelschicht 8, welche die Gewebeeinlage 9 enthält, besteht aus einem chemisch sehr ähnlichen Polymermaterial, aber mit deutlich niedrigerem Molekulargewicht und dadurch höherer Fließfähigkeit. Um einen kraftschlüssigen Verbund mit den Deckschichten 6 und 7 zu erhalten, ist das Material der Mittelschicht 8 schwach mit Silan gepfropft. Der kraftschlüssige Verbund wird somit durch Kovernetzung ermöglicht. Der Pfropfgrad ist jedoch so gering, daß keine durchgehende Vernetzung der Mittelschicht 8 eintritt. Die Mischung für die Mittelschicht 8 wird so eingestellt, daß ihre dynamische Viskosität bei einer Temperatur von in etwa 130°C in etwa 10⁵ Poise beträgt.

Die Fäden 12 können auch unter einem Winkel von 90° zu den Fäden 11, d. h. in Schrumpfrichtung, verlaufen. Sie unterstützen dann die Schrumpfung, da sie ja vor der Schrumpfung im expandierten Zustand vorliegen.

Claims (15)

1. Wärmerückstellbarer Gegenstand, beispielsweise ein Band, Rohr o. ä., bestehend aus mindestens zwei aus vernetztem Kunststoff bestehenden wärmerückstellbaren Schichten (6, 7), mit einer zwischen den Schichten (6, 7) vorgesehenen Verstärkungseinlage (9), die aus einer Vielzahl von hochfesten, quer zur Schrumpfrichtung nahezu parallel zueinander verlaufenden Fäden (11) besteht, an denen Fäden (12) über Knotenpunkte (13b) unter Bildung eines rautenförmigen Maschwerkes befestigt sind, bei der die Fäden (12) bei Schrumpftemperatur der Schichten (6, 7) eine Dehnungsreserve aufweisen und die Verstärkungseinlage (9) in einer Schicht (8) aus thermoplastischem bzw. schwach anvernetztem Kunststoff eingebettet ist.

2. Wärmerückstellbarer Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei gegenüberliegende Spitzen jeder Raute an den hochfesten Fäden (11) im Abstand zueinander befestigt sind, wogegen die zwei anderen Spitzen der Rauten mit den entsprechenden Spitzen (13a) der benachbarten Rauten fest verbunden sind.

3. Wärmerückstellbarer Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die quer zur Schrumpfrichtung verlaufenden Fäden (11) aus hochfestem Kunststoff, vorzugsweise Polyaramid, polykondensiertem aromatischem Polyamid, verstrecktem Polyester bzw. Polyamid, Polypropylen oder Fluorcarbon-Polymeren bestehen.

4. Wärmerückstellbarer Gegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (11) aus gezwirnten bzw. miteinander verseilten Fasern hergestellt sind.

5. Wärmerückstellbarer Gegenstand nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die quer zur Schrumpfrichtung verlaufenden hochfesten Fäden (11) aus anorganischem Werkstoff, z. B. Glas, Keramik oder Metall, bestehen.

6. Wärmerückstellbarer Gegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glas-, Keramik- oder Metallfäden aus einer Vielzahl miteinander verseilten oder verzwirnten Fasern bestehen.

7. Wärmerückstellbarer Gegenstand nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (11) eine vorzugsweise wendelförmig verlaufende Nut bzw. Erhebung aufweisen.

8. Wärmerückstellbarer Gegenstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem der Fäden (11) ein weiterer Faden wendelartig und fest auf den Fäden (11) aufliegend aufgewickelt ist.

9. Wärmerückstellbarer Gegenstand nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die das rautenförmige Maschwerk bildenden Fäden (12) die Gestalt einer Wendel, eines Mäanders oder ähnliches aufweisen.

10. Wärmerückstellbarer Gegenstand nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die das rautenförmige Maschwerk bildenden Fäden (12) aus vernetztem Polyäthylen bestehen.

11. Wärmerückstellbarer Gegenstand nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die das rautenförmige Maschwerk bildenden Fäden (12) aus Polypropylen bestehen.

12. Wärmerückstellbarer Gegenstand nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die das Maschwerk bildenden Fäden (12) aus einem gummielastischen Werkstoff, z. B. einem vernetzten chlorierten Niederdruckpolyäthylen, einem thermoplastischen Polyolefin-Elastomer, einem peroxidisch vernetzten Azetat-Kautschuk oder einem Polyester-Elastomeren bestehen.

13. Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellbaren Gegenstandes nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verstärkungseinlage in der thermoplastischen Schicht einbettet und beidseitig mit den Deckschichten aus vernetztem wärmerückstellbaren Bändern kaschiert.

14. Verfahren zur Herstellung eines wärmerückstellbaren Gegenstandes nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man den dreischichtigen Gegenstand durch Koextrusion herstellt, wobei mittig zwischen den beiden Deckschichten die Verstärkungseinlage gemeinsam mit der thermoplastischen Schicht eingefahren wird, daß die beiden Deckschichten vernetzt, erwärmt und in erwärmtem Zustand gemeinsam mit der Verstärkungseinlage gereckt werden und der Gegenstand in gerecktem Zustand abgekühlt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß für die Deckschichten ein mit Silan gepfropftes Polyäthylen verwendet wird, welches durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbar ist und daß für die die Verstärkungseinlage einbettende Schicht ein schwach mit Silan gepfropftes Polyäthylen verwendet wird und daß bei Vernetzung die den Deckschichten benachbarten Bereiche anvernetzt werden, wobei die mittleren Bereiche der besagten Schicht nahezu unvernetzt bleiben.