DE1694881A1

DE1694881A1 - Mit Zuschlagstoffen versehener,flexibler Werkstoff

Info

Publication number: DE1694881A1
Application number: DE19661694881
Authority: DE
Inventors: Albert Mavromatis; Steve Sedlak
Original assignee: SEDLA STEVE
Current assignee: SEDLA STEVE
Priority date: 1965-04-20
Filing date: 1966-03-03
Publication date: 1970-12-03
Also published as: US3515625A; NL6605206A; DE1694881C3; SE346500B; GB1072206A; CH446706A; DE1694881B2; NL150715B

Description

Patentanmeldung Anmelder: Herr Steve Sedlak, Hew York, N.T., USA.

5439-66 . Pee/S

Mit Zuschlagstoffen versehener, flexibler Werkstoff

Die Erfindung bezieht sich auf flexible Werkstoffe, die starre Füllstof ft eilchen enthalten, und insbesondere auf i einen neuen und verbesserten flexiblen Mischwerkstoff, der eine größere Flexibilität bei einem gegebenen Anteil an starrem Füllstoff besitzt, ale diese bisher erreichbar war«

Im allgemeinen werden Füllstoffe einem Kunst stoff-Grundmaterial zugesetzt, us den sich ergebenden susammengesetzten Material die gewünschten Eigenschaften zu verleihen. Beispielsweise wird häufig Ruß als Veratärkunga-Füllstoff zugesetzt, UK die Festigkeit und Härte von

Guam! zu verbessern. Ähnlich werden Pigmente zugesetzt, um dem Werkstoff eine bestimmte Tönung oder Färbung zu verleihen. Aldinische Abschirmfüllstoffe werden zugeschlagen, um Strahlungen fernzuhalten, die, wie beispielsweise ultraviolette Strahlung, für das Grundmaterial schädlich sein können. Inerte Ersatz- oder Verdünnungsfüllstoffe werden einem Grundmaterial zugesetzt, damit diese die Hauptmasse ausmachen und die Kosten des fertigen Gegenstandes erniedrigen. Ebenfalls kann das spezifische Gewicht eines Materiales geändert werden, indem man einen Füllstoff mit höherem oder niedrigerem spezifischen Gewicht zugibt, und man kann einen Strahlen* schutswerkstoff erzielen, indem man dem Material Strahlen absorbierende Füllstoffe wie Blei oder Wolfram zusetzt.

Gewöhnlich wird jedoch, wenn man einen aus starren Teilchen bestehenden Füllstoff einem flexiblen Material oder elastischen Polymerisationsprodukt zusetzt, die Flexibilität des zusammengesetzten Werkstoffes beträchtlich herabgesetzt, und je höher der Anteil der Füllstoffe ist, desto niedriger ist die Flexibilität des zusammengesetzten Werkstoffes. Stark beladene Materialien neigen deshalb dazu, härter und starrer zu sein als das gleiche, nur geringfügig oder überhaupt nicht mit starrem Füllstoff beladene Grundmaterial· Darüberhinaus

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wird die Festigkeit des zusammengesetzten Werkstoffes bei dem Versuch, die Flexibilität und Weichheit eines zusammengesetzten Werkstoffes bei zunehmender Beladung durch Änderung der Zusammensetzung des Grundmaterialee aufrechtzuerhalten,, derart herabgesetzt, daß der zusammengesetzte Werkstoff sogar bei verhältnismäßig ge» ringem Füllstoffanteil bei der Handhabung seinen Zu- g

sammenhalt rerliert. Infolgedessen war es bisher nicht möglich, bei eimern flexiblen zusammengesetzten Werkstoff einen hohen Füllstoffanteil unter Aufrechterhaltung der ursprünglichen Flexibilität und Weichheit des Materiales rorzusehen·

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen neuen und rerbesserten, zusammengesetzten, flexiblen Werkstoff zu schaffen, bei dem die vorerwähnten Nachteile rermieden sind.

Weiterhin liegt der -Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuen und verbesserten, zusammengesetzten, flexiblen Werkstoff zu schaffen, der mit starren Füllstoffteilchen bis zu einem maximal möglichen Grad beladen sein kann und bei dem gleichzeitig bestimmte gewünschte physikalische Eigenschaften des Grundmateriales, z.B. die Flexibilität und Weichheit, im wesentlichen unverändert aufrechterhalten bleiben.

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Ferner soll ein in starkem Maße mit einem strahlenabsorbierend en Füllstoff, z.B. Blei- oder Wolframteilchen, beladener Werkstoff geschaffen werden, der gleichzeitig ein hohes Maß τοπ Weichheit und Flexibilität aufweist, so daß er zur Herstellung von Strahlenschutzgegenetänden, wie z.B. Folien, Handschuhen, Schürzen, und dgl· verwendbar ist.

Darüberhinaus soll durch die Erfindung ein Werkstoff geschaffen werden, der mit Teilchen eines starren Füllstoffes hoher Dichte, z.B. Uran, Wolfram oder Blei, beladen ist und der zur Schallisolierung oder Vibrationsdämpfung verwendbar ist·

Noch eine weitere Amfgabe der Erfindung besteht darin, einen zusammengesetzten, flexiblen,Werkstoff zu schaffen, fc der mit starren Füllstoffteilchen einer bestimmten mittleren Dichte beladen ist, um dem flexiblen Werkstoff eine gewünschte Dichte zu verUhen.

Ferner soll durch die Erfindung ein zusammengesetzter flexibler Werkstoff geschaffen werden, der in einem starken Maße mit einem Füllstoff niedriger Dichte beladen ist, um einen schwimmfähigen, flexiblen Werkstoff zu erzielen.

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Weiterhin soll das Material in hohem Maße mit einem magnetischen Füllstoff beladen werden, um einen flexiblen magnetischen Werkstoff zu schaffen.

Darüberhinaus soll durch die Erfindung ein zusammengesetztes, flexibles Material geschaffen werden, das im Innern Löcher von irgendeiner gewünschten Größe und Λ

Gleichförmigkeit besitzt, um dem Material bestimmte Struktureigenschaften zu verleihen·

Schließlich betrifft die Erfindung noch ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung der zusammengesetzten, flexiblen Werkstoffe der vorerwähnten Art.

Die Lösung dieser und weiterer Aufgaben besteht erfindungsgemäß in einem zusammengesetzten Werkstoff, der Qus einem elastomeren Grundmaterial (Matrix), welches ™

eine Vielzahl von Löchern im Innern aufweist, um eine maximale Flexibilität des Grundmaterials zu erzielen, und aus einer entsprechenden Vielzahl von starren Füllstoff teilchen besteht, die im wesentlichen nicht anhaftend in den Löchern eingeschlossen liegen. Um sicherzustellen, daß der Werkstoff bis zu einem maximal möglichen Betrag ohne Herabsetzung seiner Flexibilität oder Weichheit oder ohne Schwächung seiner Grundstruktur beladen ist, enthalten im wesentlichen alle Inneren Löcher

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im Grundmaterial Teilchen des starren Füllstoffes, und nimmt jedes !Teilchen vorzugsweise mindestens etwa 50 % des Volumens des ein Teilchen aufnehmenden Loches ein·

Um ferner sicherzustellen, daß theoretisch keine Löcher im Grundmaterial vorliegen, in denen sich keine Füllstoffteilchen befinden, umfaßt die Herstellung des Werksicffes vorzugsweise den Verfahrensschritt, daß eingeschlossenes Gas, beispielsweise durch Aufrühren der zur herstellung des Werkstoffes verwendeten Mischung unter Vakuum, eliminiert wird. Um ferner ein dauerhaftes Anhaften der eingeschlossenen Füllstoffteilchen an den benachbarten Flächen des Grundmaterlales zu verhindern, besitzen die Füllstoffteilchen eine Oberfläche, die mit dem Grundmaterial nur eine solche Bindung eingeht, die schwächer als die Festigkeit des Grundmaterials selbst ist ; in bestimmten Fällen wird diese dadurch erreicht, daß man die Teilchen mit einem Überzug niedrigen Haftvermögens versieht. Ferner umfaßt das ^rstellverfahren vorzugsweise noch den Schritt, daß der Werkstoff deformiert wird, um irgendwelche Bindungen, die sich zwischen dem Grundmaterial und den Füllstoffteilchen während der Vorbereitung des Werkstoffes gebildet haben könnten, zu zerbrechen·

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Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgend anhand der Zeichnung gegebenen Beschreibung hervor, in der zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen gemäß der Erfindung hergestellten, zusammengesetzten, flexiblen Werkstoff, welcher in Folienfora g

Torliegt;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt in stark vergrößertea Maßstab, der die innere Struktur des in Fig.1 gezeigten Werkstoffes reranechaulichtj

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich vie in Fig. 2, der die innere Struktur des Werkstoffes nach seiner Streckung zeigt;

Fig. 4- ein Diagraaa, in dem bestimmte Eigenschaften verschiedener Arten des zusammengesetzten flexiblen Werkstoffes geaäß der Erfindung dargestellt sind;

Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 1, in dea ein zusammengesetzter, flexibler Werkstoff dargestellt ist, der mit die Längung des Werkstoffes begrenzenden Schichten versehen ist;

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Fig. 6 im Schnitt eine weitere Ausführungsform des zusammengesetzten flexiblen Werkstoffes, welcher sine Üb Längung des ^ateriales begrenzende Schicht einschließt, und

Fig. 7 eine weitere Ausführungsfora eines zusammengesetzten flexiblen Werkstoffes gemäß der Erfindung, welcher mit Oberflächenüberzügen versehen ist.

Bei dem in den Fig· 1 bis 3 gezeigten typischen zusammengesetzten flexiblen Werkstoff gemäß der Erfindung liegt dieser als eine flexible Folie 10 vor, die eine zusammenhängende Schicht aus elastomerem Grundmaterial 11 («lastisches Polymerisationsprodukte umfaßt, welches mit einer großen Anzahl von inneren Lichern 12 versehen ist. Diese Löcher tragen zur Flexibilität und Weichheit der elastomeren Folie 10 in der gleichen Weise bei wie die Löcher bei geschäumten oder geblasenen flexiblen materialien. Wie am besten aus der stark vergrößerten Ansicht nach Fig. 2 zu ersehen ist, enthält jedoch jedes Loch in der Matrix oder dem Grundmaterial 11 gemäß der vorlJagenden Erfindung ein Füllstoffteilchen 13 aus einem starren Stoff, das nahezu vollständig den Haus des Loches ausfüllt. Darüberhinaus haften die Füllstoffteilchen 13 nicht an den benachbarten Wänden der Löcher oder Poren

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12, was durch den schmalen Zwiscnenspalt 14· veranschaulicht ist. Infolgedessen wird durch die Anwesenheit der Teilchen 13 eine Verformung des Grundmateriales, z.B. durch Ziehen wie in Fig. 3 gezeigt, nicht behindert.

In Fig. 3 ist das Grundmaterial 11 durch Ziehen in entgegengesetzte Richtungen, angezeigt durch die Pfeile, gestreckt, wobei die Löcher 12 in die Länge gezogen sind, was durch die eingeschlossenen Teilchen 13 nicht gestört wird. Daher sind die Eigenflexibilität und -Weichheit des zellularen Grundmateriales im wesentlichen beim zusammengesetzten Werkstoff aufrechterhalten, obwohl alle Löcher 12, die zu diesen Eigenschaften beitragen, »it starren Füllstoffteilchen 13 gefüllt sind, ^n diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die Größe des Spaltes 14 zwischen einem Teilchen und der umschließenden Lochwand davon abhängt, in welchem Maße die Löcher 12 beim Aushärten und bei einer ersten Verformung de· Grundmateriales vergrößert werden. Im allgemeinen beträgt jedoch das Volumen jedes Teilchens 15 vorzugsweise etwa 85 bis 100 % des Lochvolumens, obwohl es auch niedriger bei etwa 50 % liegen kann, wobei noch immer die Vorteile der Erfindung erreicht werden·

Als Füllstoff kann jede Substanz verwendet werden, die in zerkleinerter Form, z.B. als Pulver, Kristalle, Perlen,

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feine Granalien, Kügelchen usw. erhältlich ist, und die Füllstoffteilchen werden im wesentlichen gleichförmig im Grundmaterial 11 dispergiert bis zu dem maximal möglichen Volumenanteil im zusammengesetzten Werkstoff. Ba die spezielle Eigenschaft des Füllstoffes entsprechend dem Anteil des Füllstoffes auf den Werkstoff übertragen wird, ist es gewöhnlich wichtig, einen Werkstoff mit dem höchst möglichen Anteil an Füllstoff zu schaffen· Für hexagonal enggepackte Kugeln von gleichem Durchmesser beträgt das theoretisch mögliche Maximum des Volumenanteile der "Sigeln ?4, 2 %. In der Praxis liegt jedoch der Volumenanteil des Füllstoffes beim Werkstoff wegen der willkürlichen Packung der Teilchen und der unregelmäßigen Größen- und Formteilung der Teilchen als auch der Spalte zwischen Teilchen und Löchern niedriger· Bei dem typischen, in den Fig. 1 mis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Volumenanteil des Füllstoffes etwa 50 %. Im allgemeinen ist der nach der Erfindung erreichbare Volumenanteil des Füllstoffes größer als 40 %.

Der Süllstoff wird entsprechend der besonderen Eigenschaft amagewählt, die dem Werkstoff verliehen werden soll. Beispielsweise werden Wolfram- oder Bleiteilchen als Füllstoffe verwendet, um einen Schutzwerkstoff gegen Kern- und !-Strahlung zu erhalten· Uran-, Wolfram- oder Bleiteilchen sind Füllstoffe hoher Dicht·, die bei zusammen-

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gesetzten flexiblen Werkstoffen verwendet werden, welche zur Schwingungsdämpfung und Schallabsorbierung bestirnt sind. Zur Erzielung flexibler Werkstoffe alt einer bestimmten mittleren Dichte können ale Füllstoff Aluminium, Glas, rostfreier Stahl, Eisen, Kupfer, Kunststoff oder andere Stoffe verwendet werden, die entsprechend der gewünschten dichte ausgewählt werden· Eisen, magnetisierbar! Kobalt, Nickel oder deren Legierungen werden verwendet, um Werkstoffe mit magnetischen Eigenschaften zu schaffen. Hohle Kugeln aus Glas oder aus starrem Kunststoff oder Teilchen aus geschäumtem starren Kunststoff werden verwendet, um ein zusammengesetztes flexibles Material niedriger Dichte zu erzielen.

Die Größe der verwendeten Füllstoffteilchen ist nicht kritisch, mit der Ausnahme, daß die Teilchen beträchtlich kleiner als, z.B. nicht mehr als halb so groß wie, | die Mindä8tabmes8ung der Gegenstände sein sollen, die aus dem Werkstoff hergestellt werden sollen· Wie noch beschrieben wird, kann die Beseitigung der Adhäsion zwischen den Teilchen und den Lochwänden im Grundmaterial durch Vergrößern der Teilchenabmessungen erleichert werden. Für Folien aus solchem Werkstoff von einer Dicke in der Größenordnung von 0,1 bis 10 mm haben sich Teilchengrößen von 2 bis 1000 Mikron als besonders befriedigend erwiesen, aber auch kleinere oder größere Teil-

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chen können verwendet werden. Wenn auch glatte, kugelige Teilchen, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, eine maximale Packungsdichte zulassen, so können die beim Werkstoff geaäß der Erfindung verwendeten Teilchen auch jede beliebige Form und Oberfläche besitzen, da die Vorteile der Erfindung solange erreicht werden, wie diese Teilchen nichthaftend im Grundmaterial vorliegen. Da die Struktur des Merkstoffes in einem gewissen Umfange von der Größe und der Gleichförmigkeit der Füllstoffteilchen abhält, kann folglich die Struttur durch geeignete Wahl der Füllstoffteilchen beeinflußt werden.

Um die haftfreie Einlagerung der Füllstoffteilchen in die Löcher des Gruadmateriales sicherzustellen, können bestimmte Arten von Teilchen mit einem Überzug versehen werden, der eine nichthaftende Oberfläche oder eine solche Oberfläche erbringt, deren Haftbindung schwächer als die Festigkeit des Grundmateriales ist. Für bestimmte metallische Pulver, z.B. Kupfer, reicht ein dünner, durch Vorerhitzen der Kupferteilchen in Luft erzeugter Oxydüberzug aus, um die Bindungsfestigkeit soweit herabzusetzten, daß eine haftfreie Einlagerung möglich ist. In anderen Fällen können die Teilchen mit einer start weichgemachten Schicht des Grundmateriales selbst oder mit einer Schicht aus einem anderen elastomeren Material mit niedriger Bindungsfestigkeit überzogen werden. Darüber-

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hinaus kann die Bindungsfestigkeit zwischen dem Grundmaterial und den Teilchen dadurch herabgesetzt werden, daß man Teilchen größerer Abmessungen verwendet, so daß die Gesamtoberfläche der Füllstoffteilchen, die mit dem Grundmaterial in Berührung steht, je Volumeüeinheit dee Werkstoffes verringert ist. Andrerseits sind bestimmte Füllstoffe, z.B. Glas, schon selbst nicht bindungsfreundlieh und erfordern deshalb keine Behandlung, um ein* haftfreie Einlagerung in das Grundmaterial sicherzustellen. Schließlich kann bei bestimmten Grundmaterialien, z.B. bei Naturgummilatex, eine Oberfläche verringerter Bindungsfestigkeit vorgesehen werden, indem man Gleitmittel oder Wachse vor dem Aushärten im Latex dispergiert.

Als elastomeres Grundmaterial 11 kann jede Substanz verwendet werden, die federnde oder elastische Eigenschaften besitzt. Bas Grundmaterial wird nach verschiedenen f Gesichtspunkten ausgesucht, wie z.B. nach der beabsichtigten Verwendung und den zu erwartenden Beanspruchungen des Werkstoffes und der Art der^Corderlichen Behandlung. Beispielsweise können Naturkautschuk, alle synthetischen Gummiarten, einschließlich Silikone und Urethane, Kunstharz-Elastomere wie mit; Weichmacher versehene*Polyvinylchlorid und dgl· verwendet werden. Typische im Handel erhältliche »lasfcische Polymerisationsprodukte sind die Polyvlnylchlorid-Kunsbharzdispersion dar Union Carbido

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Chemical Corporation, bezeichnet Mit QXKV, und die Polyvinylchlorid-Kunstharzdispersion der Fa. Goodrigch Chemical Company, bezeichnet als SEON Typ 121. Dioktylphthalat ist ein bevorzugter Weichmacher, obwohl auch andere Weichmacher verwendet werden können.

Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist zur Vorbereitung des flexiblen Werkstoffes ein Teil des vorerwähnten Vinylharzes mit ungefähr zwei Beilagen des Weichmachers gemischt worden, um eine Faste speziell ein sogenanntes Plastisol, herzustellen· Nach Herstellung des Plastisols werden annähernd 40 bis 65 Volumenanteile des fein verteilten Füllstoffes zugeschlagen, bis eine wesentlich verdickte Konsistenz erhalten wird. Bestimmte elastomere Verbindungen wie Gummilatex, Vinylharsdispersionen, flüssige Urethane und dgl·, sind bei Raumtemperatur verhältnismäßig dünnflüssig, aber andere Elastomere besitzen bei Baumtemperatur eine hohe Viskosität oder sind verhältnismäßig steif. In solchen Fällen kann das Mischen bei erhöhten Temperaturen und/ oder mechanisch vorgenommen werden. Gummikneter, Mischtrommeln, Extruder und dgl. können zum Mischen verwendet werden. Wenn die für das zusammengesetzte Material vorgesehenen Arbeitsbedingungen es erforderlich machen, können weitere Zusätze, z.B. Pigmente, Vukanisieragentien, Beschleuniger, Antioxidantien, Weichmacher, Stabilisatoren,

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Gleitmittel und dgl. vor oder während des Mischvorganges zugesetzt werden. Gewünschtenfalls kann das vorerwähnte Verhältnis voö Vinylharz zu Weichmacher zwischen 1 : 1 und 1 : 4 verändert werden, je nachdem, welche physikalischen Eigenschaften beim Grundmaterial erwünscht sind·

Um eingeschlossene Luft oder Gase aus der Mischung zu entfernern, durch die sonst Löcher entstehen könnten, in denen sich* keine Füllstoffteilchen befinden, wird die Mischung vorzugsweise bei 1000 bis 5000 U/min unter eines Teilvakuum von beispielsweise 700 mm Druck einige Minuten gerührt. Hiernach wizd die Mischung in eine Fora der gewünschten Gestaltung gegeben und im erforderlichen Maße erhitzt, damit das elastomere Grundmaterial aushärtet. Bei Folien kann das mit Füllstoffen versehene Plastisol auf eine Platte bis zu einer Dicke von etwa 0,1 bis 10 ma beispielsweise ausgebreitet werden· Alternativ können insbesondere dann, wenn die Mischung bei Raumtemperatur nicht im erforderlichen Maße flüssig ist, Kalander oder Extruder verwendet werden. Der Werkstoff gemäß der -^findung kann natürlich statt als dünne Folie auch in anderer Gestaltung hergestellt werden, und in bestimmten Fällen können Extruder verwendet werden, um zusammenhängende Streifen von konstanten Querschnittsprofil zu bilden, während in anderen Fällen, bei denen koaplizierte Formen verlangt werden, das Ware- oder

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Kalt- Tauchverfahren oder -Hohlraumausgießverfahren, das "slimi moulding" -Verfahren (Hohlkörper-Gießverfahren, "bei dem man die erhitzte Form mit Paste vollgießt und nach Gelieren der Randschicht zu» Hohlkörper den Rest wieder ausgießt), das Schleudergußverfahren oder das Spritzverfahren verwendet werden können.

Das Aushärten kann, abhängig vom verwendeten Elastomer, entweder bei Raumtemperatur oder bei «höhten Temperaturen erfolgen· Flüssige Urethanverbindungen härten bei Raumtemperatur aus, während Gummi und Vinylharze erhöhte Temperaturen erfordern« Wenn eine lolie aus Vinylmaterial hergestellt wird, kann diese auf etwa 150 bis 200° C für etwa 5 bi· 10 Minuten erhitzt werden. In vielen Fällen nimmt die Festigkeit irgendeiner zwischen der Teilchenoberfläche und der benachbarten Lochwand dee Grundmaterials sich bildenden Bindung mit längeren Aushärtzeiten zu, und in bestimmten Fällen wurde gefunden, daß Aushärtzeiten, die etwa 10 Hinuten wesentlich übersteigen, Bindungen hervorrufen, die durch nachfolgende Verformungsschritte nicht aufgebrochen werden können, so daß der sich ergebende Werkstoff eher starr als flexibel ist.

Nach Aushärten des gemischten Materialee wird dieses aus der Form oder der Aushärtvorrichtung herausgenommen,

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und gewöhnlich liegen dann nur mäßig weiche Bindungen zwischen den Teilchenflächen und den benachbarten Lochwandflächen des Grundmateriales vor, so daß der Werkstoff zunächst noch verhältnismäßig hart und unbiegsam ist. Wenn jedoch dafür gesorgt worden ist, daß diese Bindungen schwächer sind als das Grundmaterial, können diese aufgebrochen und kann die gewünschte im wesent- , liehen haftfreie Einlagerung der Teilchen im Grundmaterial erreicht werden, indem man den Werkstoff beispielsweise durch Strecken oder andersartige Deformierung bearbeitet·

J¹Ig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Beziehung zwischen Zugbeanspruchung und Längung bei einem Streckvorgang für verschiedene Werkstoffarten dargestellt eist· Di· Neigung der Kurve gibt an jedem Punkt den Elastizitätsmodul des Materiales beim jeweiligen Lgngungszustand an, f und das Ende jeder Kurve zeigt die äußerste Längung (Bruchdehnung) des Materiales an. Die steile Linie 21 an der linken Seite von Fig. 4 veranschaulicht das Verhalten eines Werkstoffes, bei dem die Grenzflächenbindungen zwischen Grundmaterial und Tüllstoffteilchen stärker sind als die Festigkeit dtes Grundmateriales selbst* Entsprechend der Steilheit dieser Linie ist der Elastizitätsmodul des Werkstoffes sehr hoch (d.h., das Material iat verhältnismäßig hart, spröde und isnbiegsa»)

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und entsprechend dem nahe bei der Zugbeanspruchung·» Achse liegenden Kurvenende ist die Bruchdehnung sehr gering·

Die Linie 22 in Fig. 4 zeigt die Besiehung zwischen Zug und Längung fur einen Werkstoff mit einer mäßigen Bindung« zwischen den Teilchen und dem Grundmaterial, die schwächer als die festigkeit des Grundmaterials selbst ist, und zwar bei einem ersten Strecken der Probe. Wie der erste, der Linie 21 folgend· Abschnitt dieser Karr· zeigt, werden durch die Haftung der Teilehen am Grundmaterial die Flexibilität herabgesetzt und folglich ein hoher Elastizitätsmodul bedingt. Wenn die Zugbeanspruchung einen Wert esmicht, der zum Aufbrechen der Bindungen zwischen Teilchen und Grundmaterial ausreicht, so daß die gewünschte haftfreie Einlagerung erzeugt wird, wird jedoch das Material leichter streckbar und wesentlich flexibler, wie durch den nahezu, flachen Plateauabschnitt der Kurve angezeigt.wird· Wenn alle Bindungen aufgebrochen sind, steigt die Surre mit einer veshältnismäßig geringen Steigung an, bis der Werkstoff reißt. Wenn nach einer solchen ersten Streckung der Werkstoff erneut gestreckt wird, so ergibt sich eine Surre, die etwa der Linie 24 in Fig. 4 entspricht. Die geringe Neigung dieser Kurve zeigt darüber hinaus, daß der Werkstoff weich, nicht spröde und hoch flexibel ist, und der Endpunkt der

Kurve läßt eine weite Bruchdehnung erkennen. 009849/1796

Die Kurve 23 zeigt die Besiehung zwischen Zugbeanspruchung und Längung bein ersten Strecken eines Werkstoffes, bei den die Bindungefestigkeit »wischen den Teilchen und de« Grundmaterial niedrig ist. In diesem Falle liegt kein genau dff/inierte· Plateau ror, da die Bindungen nahezu sofort mit Einsetzen des Streckrorganges aufzubrechen beginnen. Wie im vorhergehenden Fall folgt die λ Zug-Langungs-Kurre für «in nachfolgendes Strecken annähernd der Linie 24.

In jedem Falle wird die Zug-Längungs-BeZiehung beim nachfolgenden Strecken des Werkstoffes der Linie 24 folgen, und die jeweilige Größe des Elastizitätsmoduls, d.h. die Neigung der Linie 24, hangt natürlich rondem besonderen Grundmaterial ab. Im allgemeinen wird dies jedoch annähernd gleich sein wie bei einem geschäumten oder geblasenen zellularen elastomer en Material, bei f

dem der Elastizitätsmodul beträchtlich niedriger ist als bei einem massiven Stück aus dem gleichen Grundmaterial. In anderen Worten wird dfcrch die vorliegendem Erfindung also etwas erreicht, was bisher als unmöglich angesehen wurde, nämlich die Schaffung eines zellularen elastomeren Werkstoffes, der starre Füllstoffteilchen in jeder Zelle oder fore besitzt.

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Gewünschtenfalls kann die erste Verformung von steifenförmigen oder folienförmigen Materialien automatisch durchgeführt werden, indem man das Material um aufeinander—folgende Walzen führt, die das Material in entgegengesetzte Richtungen durchbiegen. Alternativ kann das Material gestreckt werden, indem man es zwischen hintereinander geschaltete Bollenpaare führt, die mit unterschiedlicher Umfangsgeschwindigkeit rotieren. Für Gegenstände wie handschuhe, Masken und dgl» kann eine Form, die in der Gestaltung dem fertigen Gegenstand ähnlich ist, mechanisch expandiert oder verrenkt werden, bis all· Bindungen aufgebrochen sind. Nachdem die Teilchen in der vorbeschriebenen Weise von dem Grundmaterial getrennt worden sind, sind die je ein Teilchen 13 umschließenden Lochflächen 12 etwas größer als bei der ursprünglichen Pore, so daß sich zwischen der Lochwandung und dem Teilchen ein schmaler Spalt 14 bildet» Hierdurch wird der Volumenanteil der starren Füllstoffteilchen beim Werkstoff gegenüber dem ohne Spalten ersielten Wert, der vorher betrachtet worden ist, herabgesetzt. ■&S ist jedoch verständlich, daß die Teilchen 13 nicht völlig vom Grundmaterial befreit sein müssen, sondern daß sie mit der -c lache 12 des umgebenden Loches auf einem schmalen Bereich verbunden sein können, wobei sie doch noch die im wesentlichen haftfreie Einlagerung aufweisen, durch die die Vorteile der Erfindung erreicht '

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werden, da da die Verformung des Grundmateriales in keiner Weise durch eine derart begrenzte Anhaftung beschränkt wird.

Um die Festigkeit der Bindungen, die sich zwischen den Teilchen und dem Grundmaterial bilden, derart zu steuern, daß die gewünschten Beziehungen gemäß den Kurven 22, 23 ä und 24 nach Fig. 4 erhalten und die Verhältnisse nach der Kurve 21 vermieden werden, werden die Füllstoffteilchen mit einer Oberfläche versehen, bei der die Tendenz zur Bildung fester Bindungen herabgesetzt ist. Wie bereits erwähnt, ist dies bei bestimmten Materialien, wie z.B. Glas, eine Grundeigenschaft, so daß hier keine besondere Präparierung erforderlich ist· Bei Materialien wie Kupfer und anderen Metallen hat sich ein dünner Oxidüberzug, der durch Erhitzen in Luft hergestellt worden

ist, als ausreichend erwiesen. SIs wurde ebenfalls gefunden, daß die Bindungsfestigkeit auch dadurch herabgesetzt werden kann, daß man die Teilchen mit einer dünnen Schicht aus einem anderen Stoff, z.B. wasserlöslichem Silikon, im Handel bekannt als Dow Corning Emulsion No. 36, überzieht.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung eine* Teilchenoberfläche mit schwachen Bindungskräften besteht darin, daß man bei Verwendung eines Plautisols als Grundmaterial

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die Teilchen mit einer dünnen Schicht eines noch stärker weichgemachten Plastisols überzieht. Beispielsweise wurde Füllstoffteilchen eine Oberfläche mit niedriger Bindungsfestigkeit verliehen, indem man diese in eine Mischung einbrachte, die aus einem Gramm Plastisol, zusammengesetzt aus 100 Teilen QIKV und bis zu 325 Teilch Dioktylphthalat, und aus 50 Gramm Methylethylketon bestand, und die Kombination wurde auf eine rostfreie Stahlplatte gegossen und fünf Minuten bei 195° C erhitzt. Nach Verdampfen des Methyläthylketone und Aushärten des in hohem HaBe weichgemachten Plastisols wurden die Teilchen von der Platte genommen und durch leichtes Zerstampfen mit Mörsec und Stößel voneinander getrennt. Bei elftem aus Gummilatex bestehenden Material führte die Zugabe von Wachs oder Gleitmittel zum Latex zu einer Herabsetzung der Bindungsfestigkeit· Ba, wie bereits erwähnt, die Gesamtbindungsfestigkeit je Volumeneinheit zwischen großen Teilchen und dem Grundmaterial niedriger ist als die zwischen kleinen Teilchen und dem Grundmaterial, kann schließlich die Bindungsfestigkeit ebenfalls dusch Verwendung größerer Teilchen herabgesetzt werden.

Bei einem speziellen gemäß der Erfindung als J?olie hergestellten flexiblen Werkstoff wurden 45 Gewichbsteile Wolframpulver, das im wesentlichen aus glattflächigen

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Teilchen von etwa 30 bis 150 Mikron Durchmesser bestand, auf drei Teile eines 2 : 1 Vinylplastisols der vorbeschriebenen Art gegeben; hierbei wurde gefunden, daß das von der Firma Meteo, Inc·, Weetbury, NeweTork gelieferte, mit Nummer 61 bezeichnete Wolframpulver besonders befriedigend ist. Eine Folie von etwa 1 1/2 mm Dicke wurde hergestellt und bei 195° C sieben Minuten gehärtet. Nachdem die verhältnismäßig schwachen Bindungen in der vorbeschriebenen Weise durch Strecken aufgebrochen worden waren, besaß der Werkstoff einen Elastizitätemidul von ungefähr 1,4 kp/cm und eine Bruchdehnung von mehr als 200 %. Da der Volumenanteil der Wolframteilchen im Werkstoff nach dem ersten Strecken ungefähr 55 % beträgt, liegt das spezifische Gewicht des flexiblen Mischwerkstoffes bei etwa 10. Wegen ihre· niedrigen Elastizitätsmoduls ist die Folie hochflexibel und kann flach gefaltet oder in irgendeine gewünschte Konfiguration» gebegen werden, und die Folie überträgt leicht Drücke, so daß der Tastsinn niet*gestört wird. Folglich ist ein wirksames Strahlenschutzmaterial geschaffen worden, das weich beim Tasten und hoch flexibel ist und das bequem zur Herstellung von Handschuhen, Schürzen oder anderen Kleidungsstücken verwendbar ist. Demgegenüber besitzen die üblichen zusammengesetzten, mit Füllstoffen beladenen Strahlenabschirmmaterialien von 3 mm Dicke, die entsprechende Abschirmeigensetaften aufweisen, d.h. äquivalent

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su massiven Blei von 1 um Dicke, welche Materialien zur Zeit für Folien,fichürzen und dgl· verwendet werden, einen Elastizitätsmodul von 105 bis 140 kp/cm²; diese übertragen nicht den Tastsinn und können nicht um einen Radius kleiner als etwa 3 *» gebogen werden, so daß diese nicht für Handschuhe verwendet werden können·

Ein ähnlich weiches und flexibles Folienmaterial von etwas geringerem spezifischen Gewicht, das beispielsweise bei der Strahlenabschirmung oder Schall- oder Vibrationsdämpfung verwendbar ist, kann hergestellt werden, indem man anstelle der vorbeschriebenen Wolframteilchen Bleiteilchen des gleichen Größenbereiches verwendet.

Für flexible, zusammengesetzte Materialien von irgendeiner gewünschten mittleren Sichte wird der Füllstoff entsprechend der gewünschten Dichte ausgewählt· Hierfür verwendbare typische Füllstoffe, die in Pulver-, Granulat- oder Ferienform erhältlich sind, werden in der nachfolgenden Tabelle zusammen mit ihrer Sichte angegebenen:

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Material	Dichte
Synthetische Kunststoffe und Hartgummi	1.0 - 1.5
Nylon	1.1
Beryllium	1.8
Kronglas	2.5
Aluminium	2.7
Glas hoher Dichte	4.5
Titan	4.5
Zinn	5.8
Antimon	6.7
Mangan	7.2
rostfreier Stahl	7.7
Eisen	7.9
Kupfer	8.9
Nickel	8.9

Um einen schwimmfähigen flexiblen Werkstoff von niedriger Dichte zu erzielen, werden hohle Glasperlen, bekannt als "Eccospheres E", geliefert von Emerson & Cuming, Canton, Massachusetts, als starrer Füllstoff verwendet, und bei einem speziellen Beispiel wurde eine flexible Füllstoff-Folie mit einem spezifischen Gewicht von 0,8 dadurch erzielt, daß man die vorbeschriebenen Wolframteilchen durch hohle Glasperlen mit einem Durchmesser im Bereich von 30 bis 300 Mikrons ersetzte. Wie aber bereite erwähnt worden 1st, bedürfen Glasperlen keiner Präparierung, um ein· haftfrei· Einlagerung in das

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Für bestimmte Anwendungsfälle, bei denen sehr starke Zugbeanspruchungen auftreten können, welche die Zugfestigkeit des Werkstoffes übersteigen könnten, kann eine die Längung begrenzende Komponente dem flexiblen Werkstoff zugefügt werden, um ein Zerreißen zu vermeiden· Wenn der flexible Werkstoff in Folienform vorliegt, besteht die die Längung begrenzende Komponente vorzugsweise aus einem elastisch dehnbaren Gewebe, das im Handel als "Powernet" (Kraftnetz) bekannt ist und bei dem elastische Fäden der im allgemeinen mit "Spandex" bezeichneten Art verwendet sind. Die Fig. 5 und 6 zeigen typische Folien, die mit derartigen die Längung begrenzenden Geweben versehen sind. In Fig. 5 besteht die Folie aus einer zentralen Werkstoffschicht 30 der anhand der Fig. 1 "bis 3 beschriebenen Art und aus zwei Oberflächenschichten 31 und 32 aus einem dehnbaren Gewebe, welche auf die einander gegenüberliegenden Seiten der Schichtee. 30 aufgebracht sind. Die Schichten 31 und 32, die entweder vor Aushärten des Grundmateriales hinzugefügt oder nach Aushärten des Grundmateriales mit dessen Oberflächen verbunden werden können, werden derart ausgewählt, daß sie die Längung der Folie auf einen gewünschten Wert, z.B. 180 %, begrenzen, welcher Wert kleiner als die Bruchdehnung der zentralen Schicht aus dem Grundmaterial ist. Gewünschtenfalls können statt in beide Eichtungen dehnbare Schichten nur in einer Sichtung dehnbare Gewebeschichten verwendet werden·

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Bei der Ausführungeform nach Fig. 6 liegt eine elastische dehnbare Gewebeschicht 54 zentral zwischen zwei Schichten 55 und 56 des flexiblen Weistoffee, dies kann erreicht werden, indem man entweder den Werkstoff über die zentrale Schicht 54 gießt oder indem man die beiden Werkstoffschichten auf die beiden einander gegenüberliegenden Seiten der elastischen, dehnbaren Gewebeschicht auflegt.

Zu dekorativen Zwecken oder im Hinblick auf zu erwartende Beanspruchungen kann der Werkstoff gemäß der Erfindung mit einer glatten Haut oder einem Oberflächenüberzug versehen werden, und bei folienförmigem Material kann dies gewünschtenfalls auf beiden Seiten der Folie vorgenommen werden. Dies ist in Fig. 7 veransclailicht, wo auf beiden Seiten der Werkstoffschicht 59 Schichten 37 und 38 aufgebracht sind. Beide Oberflächenschichten 57 und 58 können beispielsweise aus einem unbeladenen Plastisol be- | stehen, das vorzugsweise in einem stärkeren Maße als das Grundmaterial mit Weichmacher versehen ist, so daß diese Schichten im wesentlichen den gleichen Elastizitätsmodul auch ohne eingebrachte Poren aufweisen. Für diesen Zweck wurde ein Verhältnis von drei Teilen Weichmacher auf ein Teil Vinylharz ^ale befriedigend befunden.

Gewünschtenfalls können den Oberflächenschichten Pigmente

diese
zugesetzt werden, oder können/geprägt werden, wobei die Schichten vorzugsweise vor dem Aushärten der mittleren zusanmengesetzten Schicht zugefügt werden. Es ist natürlich selbstverständlich, daß ein flexibles Hischmaterial gemäß der Erfindung sowohl mit der die Laugung begrenzenden Komponente nach den Fig. 5 und 6 als auch dem Oberflächenüberzug nach Fig. 7 versehen werden kann» Dies kenn in irgendeiner geeigneten Weise vorgenommen werden, beispielsweise indem man Oberflächenüberzüge bei der Ausführungwform nach Fig. 6 hinzufügt oder indem man eine der Schichten 31 und 32 nach Fig. 5 gegen einen Oberflächenüberzug austauscht.

Die Erfindung wurde zwar anhand spezieller Aueführungsbeispiele beschrieben, doch kann der Fachmann leicht zahlreiche Abwandlungen und Änderungen vornehmen, ohne daß hierdurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Flexibler Werkstoff mit einem hohen Anteil an festen» Füllstoff, bestehend aus einem zusammenhängenden elastomeren Grundmaterial mit einer Vielzahl von inneren Poren und einer Vielzahl von starren Füllstoff teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffteilchen (13) im wesentlichen hftfrei in die Poren (12) eingelagert sind und daß im wesentlichen alle Poren im elastomeren Grundmaterial (11) ein eingeschlossenes Füllstoffteilchen enthalten·

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen jedes eingeschlossenen Füllstoffteilchens (13) mindestens etwa 50 % des Volumens der das Teilchen enthaltenden Pore (12) beträgt.

3· Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffteilchen (13) eine Größe von 2 bis 1(X)O Mikron besitzen.

4. Aus einem Werkstoff nach Anspruch 1 gefertigter Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Füllstoffteilchen (13) höchstens halb so groß als die Mindestabmessung des Gegenstandes ist.

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5. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Füllstoffteilchen mindestens etwa 40 % beträgt.

6· Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines flexiblen strahlenabschirmenden Werkstoffes die Füllstoffteilchen aus einem dichten, strahlenabsorbierenden Material gefertigt sind.

7· Werkstoff navh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines flexiblen, schallabsorbierenden und vibrationsdämpfenden Werkstoffes die Hüllstoffteilchen aus einem Stoff hoher Sichte hergestellt sind.

8· Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Werkstoffes von gewünschter mittlerer Dichte die Füllstoffteilchen eine bestimmte mittlere Dichte aufweisen·

9· Werkstoff nach Anspruch % dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines schwimafähigen flexiblen Werkstoffes die Füllstoffteilchen eine niedrige Dichte aufweisen»

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10. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines flexiblen magnetischen Werkstoffee magnetische Füllstoffteilchen vorge·-- sehen sind·

11· Zusammengesetzter, flexibler Werkstoff mit einem hohen Anteil an festem Füllstoff, gekennzeichnet, durch ein zusammenhägendes elastomeres Grundmaterial (11) mit einer Vielzahl von inneren Poren (12), die im wesentlichen ileichförmig über das Grundmaterial hinweg verteilt sind, und durch eine entsprechende Vielzahl von starren Füllstoffteilchen (13), deren Größe in einem Bereich von 2 bis 1000 Mikron liegt und die in die Foren im wesentlichen haftfrei eingelagert sind, wobei das Volumen jedes eingebrachten Füllstoffteilchens kleiner als mindestens etwa 50 % des Volumens der das Teilchen enthaltenden Pore ist, wobei der Volumenanteil der Füllstoffteilchen zumindest 40 % beträgt und wobei im wesentlichen alle Poren im Grundmaterial ein eingeschlossenes Füllstoffteilchen enthalten·

12. Flexible Folie mit einem hohen Anteil an festem Füllstoff, gekennzeichnet_r durch eine zusammenhängende elastomere Matrix- pder Grundmaterialfolie mit einer Vielzahl von inneren Poren und durch eine ent-

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sprechende Anzahl starrer Füllstoffteilchen, die in die Foren im wesentlichen haftfrei gegenüber den Porenwänden eingebajidtsind, wobei die maximale Größe der Füllstoff teilchen nicht größer als. etwa die halbe Dicke der Grundmaterialfolie ist und wobei alle Poren in der Grundmaterialfolie ein eingeschlossenes Füllstoffteilchen, enthalten·

13« Folie nach Anspruch 12, gefeinzeichnet durch eine die Längung: begrenzende Schicht (31» 32_t 34-) aus einem dehnbaren Gewebe, das mit der Grundmaterialfolie (30, 36) verbunden ist.

14· Folie nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die die Längung begrenzende Schicht (34) zentral in der Folie (36) angeordnet ist,

15· Folie nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine dünne Oberflächenschicht (37t 38) aus massivem Material, welche mit einer Oberfläche der Grundmaterialfolie (39) verbunden ist.

16· Folie zur Herstellung eines flexiblen läischwerkstof- £#■ mit einem hohen Anteil an festem Füllstoff gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein ungehärtetes elastomeres Grundmaterial vorbereitet wird.*

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ErgänzungsblaUzurOffenlegungsschrift 1 £<j/\ Go1

Offenlegungstag: ')· ler.cincer 1S^J70 Deutsche KL: j,;·;.· yjhj 1-.J2 TCL COi;j 1-1/;

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daß dem ungehärteten Grundmaterial ein hoher Anteil an festem Füllstoff in Form kleiner Teilchen zugegeben wird, welche Oberflächen besitzen, welche die Ausbildung von festen Bindungen mit dem Grundmaterial verhindern, daß das Grundmaterial mit den Teilchen bis Erzielung einer gleichförmigen Dispersion der Füllstoffteilchen gemischt wird und daß das Grundmaterial ausgehärtet wird.

17» Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus dem ungehärteten Grundmaterial und den Füllstoffteilchen unter Teilvakuum gerührt wird, um eingeschlossene Gas- oder Luftblasen vor Aushärten des Grundmateriales zu entfernen.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff nach Aushärten des Grundmateriales derart bearbeitet wird, daß jegliche Bindungen aufgebrochen werden, die sich zwischen den Füllstoffteilchen und dem Grundmaterial gebildet haben»

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ORIGINAL INSPECTED