DE1694881C3

DE1694881C3 -

Info

Publication number: DE1694881C3
Application number: DE1694881A
Authority: DE
Inventors: Albert Elmhurst Mavromatis; Steve New York Sedlak
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-04-20
Filing date: 1966-03-03
Publication date: 1975-10-02
Also published as: SE346500B; CH446706A; NL150715B; NL6605206A; GB1072206A; US3515625A; DE1694881B2; DE1694881A1

Description

Die Erfindung betrifft einen flexiblen Werkstoff, bestehend aus einem zusammenhängenden, unverschäumten, elastomeren Grundmaterial, enthaltend einen hohen Anteil an Füllstoffmaterial in Form von starren Füllstoffteilchen. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung dieses Werkstoffes sowie seine Verwendung.

Im allgemeinen werden einem Kunststoff-Grundmaterial Füllstoffe zugesetzt, um dem sich ergebenden zusammengesetzten Material gewünschte Eigenschaften zu verleihen. Beispielsweise wird häufig Ruß als Verstärkungsfüllstoff zugesetzt, um die Festigkeit und Härte von Gummi zu verbessern. Ferner werden Pigmente zugesetzt, um dem Werkstoff eine bestimmte Tönung oder Färbung zu verleihen. Aktinische Abschirmfüllstoffe werden zugeschlagen, um Strahlungen fernzuhalten, die, wie beispielsweise UV-Strahlung, für das Grundmaterial schädlich sein können. Es werden auch einem Grundmaterial inerte Ersatz- oder Verdünnungsfüllstoffe zugesetzt, damit auf diese Weise die Hauptmasse gestreckt und die Kosten des fertigen Gegenstandes erniedrigt werden. Man kann femer das spezifische Gewicht eines Materials ändern, indem man einen Füllstoff mit höherem oder niedrigerem spezifischen Gewicht zugibt, und man kann einen Strahlenschutzwerkstoff erzielen, indem man dem Material strahlenabsorbierende Füllstoffe, wie Blei oder Wolfram, zusetzt.

In der französischen Patentschrift 999 410 werden verbesserte Schaumstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben, wobei vo* oder während des Arbeitsvorganges feste Füllstoffteilchen in die Masse inkorporiert werden. In einem derartigen Schaumgefüge ist es nun unmöglich, daß alle Hohlräume ein Füllstoffteilchen enthalten, da es sich hier eindeutig um eine verschiedenartige Bildung von Hohlräumen handelt. Einmal werden zwar durch eingebrachte Füllstoffteilchen von diesen ausgefüllte Hohlräume erzeugt, und zum anderen werden daneben beim Schäumen der Grundmasse weitere Hohlräume erzeugt Es handelt sich bei diesen Schaumstoffmassen der französischen Patentschrift eindeutig um solche, bei denen nicht jeder Hohlraum ein Füllstoffteilchen enthält. Die deutsche Offenlegungsschrift 14 84 350 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines zellularen, elastomeren Stoffes, wobei man einen flüssigen elastomeren Stoff mit »zerreibbaren, verschmolzenen, tönernen Hohlkugeln« mischt, die Masse verfestigt und das Gefüge zusammenpreßt, »so daß die Kugeln zerrieben werden und der verschmolzene Ton pulverisiert wird«.

Abgesehen davon, daß die verwendeten Füllstoffteilchen auf solche von ganz spezifischer Art beschränkt sind, ergibt sich durch das Zusammenpressen

Üdes Gefüges, wobei die Kugeln pulverisiert werden, r'zweifelsohne _{aucn nO}ch ein Einpressen der pulverisierten Tonkugelteilchen in die Grundmasse, so daß diese Teilchen keinesfalls mehr haftfrei in den Poren -jjvgeiagert sein können, sondern inhomogen verteilt

Inder Grundmasse eingebettet vorliegen. a Wenn man nun zu einem flexiblen Material oder H zn einem elastischen Polymerisationsprodukt einen * «us starrea Teilchen bestehenden Füllstoff zusetzt, wird die Flexibilität des zusammengesetzten Werkstoffes beträchtlich herabgesetzt. Je höher der Füllstoff-Anteil ist, desto niedriger ist die Flexibilität des Werkstoffes. Hochbeschwerte Materialien neigen des-Jjalb dazu, härter und starrer zu sein als das gleiche, nur geringfügig oder überhaupt nicht mit starrem Füllstoff beschwerte Grundmaterial. Darüber hinaus yird die Festigkeit des zusammengesetzten Werkstoffes bei dem Versuch, die Flexibilität und Weichheit eines zusammengesetzten Werkstoftes bei zunehmender Beschwerung durch Änderung der Zusammensetzung des Grundmaterials aufrechtzuerhalten, derart herabgesetzt, daß der zusammengesetzte Werkstoff bei der Handhabung seinen Zusammenhalt verliert, und dies sogar bei verhältnismäßig geringem Füll'stoffanteil. Infolgedessen war es bisher nicht möglich, bei einem flexiblen zusammengesetzten Werkstoff einen hohen Füllstoffanteil unter Aufrechterhaltung der ursprünglichen Flexibilität und Weichheit des Materials vorzusehen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen neuen und verbesserten, zusammengesetzten, flexiblen Werkstoff auf Basis eines elastomeren Grundmaterials, enthaltend einen hohen Anteil an Füllstoffmaterial in Form von starren Füllstoffteilchen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, bei dem die vorerwähnten Nachteile vermieden sind. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist ein flexibler Werkstoff, der dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem elastomeren Grundmaterial 11 jedes der starren Füllstoff teilchen 13 im Innern einer geschlossenen Pore 12 von einem etwas größeren Volumen als das des FüHstoffteilchens unter Ausildung eines Zwischenraumes zwischen Porenwandung und der Oberfläche des FüHstoffteilchens in im wesentlichen nicht an den Innenwänden der Pore haftenden Zustand eingelagert ist und in dem elastomeren Grundmaterial außer den Füllstoffteilchen enthaltenden Poren im wesentlichen keine anderen Poren vorhanden sind.

Um sicherzustellen, daß der Werkstoff bis zu einem maximal möglichen Betrag ohne Herabsetzung seiner Flexibilität oder Weichheit oder ohne Schwächung seiner Grundstruktur beschwert ist, enthalten im wesentlichen alle inneren Poren im Grundmaterial Teilchen des starren Füllstoffes, und zwar beträgt das Volumen jedes eingeschlossenen FüHstoffteilchens mindestens etwa 50 V», und insbesondere bevorzugt mindestens etwa 85 Vo des Volumens der das Teilchen enthaltenden Pore 12.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der hrlindung besitzen die Füllstoffteilchen 13 eine Größe von 2 bis 1000 Mikron.

Weiterhin wird erfindungsgemäß bevorzugt, daß der Volumenanteil der Füllstoffteilchen zumindest 40% beträgt.

Der erfindungsgemäße Werkstoff wird nun durch ein Verfahren erhalten, bei welchem man einem uneehärteten, elastomeren Grundmaterial einen hohen Anteil an festem Füllstoff in Form kleiner Teilchen mit Oberflächen, welche die Ausbildung von festen Bindungen mit dem Grundmaterial verhindern, zusetzt, das Grundmaterial mit den Teilchen bis zur Erzielung einer gleichförmigen Dispersion der Füllstoffteilchen mischt und das Grundmaterial aushärtet. Bevorzugt wird so vorgegangen, daß die Mischung aus dem ungehärteten Grundmaterial und den Füllstoffteilchen vor dem Aushärten des Grundmaterials ίο bei Unterdruck zur Entfernung von eingeschlossenen Gas- oder Luftblasen gerührt wird.

Weiterhin wird es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, daß der Werkstoff nach dem Aushärten des Grundmaterials derart bearbeitet wird, daß jegliche Bändungen aufgebrochen werden, die sich zwischen den Füllstoffteilchen und dem Grundmaterial gebildet haben.

Die Erfindung wird nun nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es bedeutet ä'° F i g. 1 einen Querschnitt durch einen gemäß Erfindung hergestellten, zusammengesetzten, flexiblen Werkstoff, welcher in Folienform vorliegt,

F i g. 2 einen Teilquerschnitt in stark vergrößertem Maßstab, der die innere Struktur des in Fig. 1 ge- »5 zeigten Werkstoffes veranschaulicht,

Fi g. 3 einen Querschnitt ähnlich wie in Fig. 2, der die innere Struktur des Werkstoffes nach dem Recken zeigt,

Fig. 4 ein Diagramm, in dem bestimmte Eigenschäften verschiedener Arten des zusammengesetzten flexiblen Werkstoffes gemäß Erfindung dagestellt sind, Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 1, in dem ein zusammengesetzter, flexibler Werkstoff dargestellt ist, der mit die Dehnung des Werkstoffes begrenzenden Schichten versehen ist,

F i g. 6 eine weitere Ausführungsform des zusammengesetzten flexiblen Werkstoffes im Schnitt, welcher eine, die Dehnung des Materials begrenzende Schicht einschließt, und

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform eines zusammengesetzten flexiblen Werkstoffes gemäß Erfindung, welcher mit Oberflächenbeschichtungen versehen ist. Der in den F i g. 1 bis 3 gezeigte, typische flexible Werkstoff gemäß Erfindung liegt als flexible Folie 10 vor, die eine zusammenhängende Schicht aus einem elastomeren Grundmaterial 11 (elastisches Polymerisationsprodukt) umfaßt, welches mit einer großen Anzahl von Innenporen 12 versehen ist. Diese Poren tragen zur Flexibilität und Weichheit der elastomeren Folie 10 in gleicher Weise wie die Poren bei geschäumten oder geblasenen flexiblen Materialien bei. Wie am besten aus der stark vergrößerten Ansicht von F ϊ g. 2 zu ersehen ist, enthält jedoch jede Pore in dem Grundmaterial 11 gemäß Erfindung ein Füllstoffteilchen 13 aus einem starren Stoff, das den Innenraum der Pore nahezu vollständig ausfüllt. Darüber hinaus besteht keine Haftung zwischen den Füllstoff teilchen 13 und den benachbarten Innenwänden der Poren 12, was durch den schmalen Zwischenspalt 14 veranschaulicht ist. Demzufolge wird durch die Anwesenheit der Teilchen 13 im Inneren der einzelnen Pore eine Verformung des Grundmaterials, z. B. durch Recken (wie in F i g. 3 gezeigt), nicht behindert. In Fig. 3 ist das Grundmaterial 11 durch Recken in durch die Pfeile angezeigten, entgegengesetzten Richtungen gereckt, und die Poren 12 länglich verformt, ohne daß diese Verformung durch die eingeschlossenen Teilchen 13 gestört wird. Daher bleiben

die Eigenflexibilität und -Weichheit des zellularen Für Folien aus einem derartigen Werkstoff von einer Grundmaterials des erfindungsgemäßen Werkstoffes Dicke in der Größenordnung von 0,1 bis 10 mm im wesentlichen erhalten, obwohl alle Poren 12 mit haben sich Teilchengrößen von 2 bis 1000 Mikron starren Füllstoffteilchen 13 gefüllt sind. In diesem als besonders vorteilhaft erwiesen. Es können aber Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die 5 auch kleinere oder größere Teilchen verwendet wer-Größe des Spaltes 14 zwischen einem Teilchen und den. Wenn auch glatte, kugelige Teilchen, wie sie in der umgebenden Porenwand davon abhängt, in wel- den F i g. 2 und 3 gezeigt werden, eine maximale ehern Maße die Poren 12 beim Aushärten und bei Packungsdichte zulassen, so können die beim Werkeiner ersten Verformung des Grundmaterials vergrö- stoff gemäß Erfindung verwendeten Teilchen auch ßert werden. Wenn auch im allgemeinen das Volumen io jede andere, beliebige Form und Oberflächeneigeneines jeden Teilchens 13 vorzugsweise etwa 85 bis schäften besitzen, sofern diese Teilchen nur nicht-100⁰/o des Porenvolumens beträgt, so werden die haftend im Grundmaterial eingebettet vorliegen. Da Vorteile der Erfindung auch noch bis zu Volumen- die Struktur des Werkstoffes in einem gewissen Umwerten bis herab zu etwa 50 °/o erreicht, fang von der Größe und der Gleichförmigkeit der

Als Füllstoff kann jede Substanz verwendet werden, 15 Füllstoffteilchen abhängt, kann folglich die Struktur

die in zerkleinerter Form, z. B. in Form von Pulver, durch geeignete Wahl der Füllstoffteilchen beeinflußt

Kristallen, Perlen, Feingranulat, Kügelchen usw. er- werden.

hältlich ist. Die Füllstoffteilchen werden im wesent- Um die haftfreie Einlagerung der Füllstoffteilchen liehen gleichförmig im Grundmaterial 11 bis zum in die Poren des Grundmaterials sicherzustellen, könmaximal möglichen Volumenanteil im erfindungsge- ao nen bestimmte Arten von Teilchen mit einem Übermäßen Werkstoff dispergiert. Da die spezielle Eigen- zug versehen werden, der eine nichthaftende Oberschaft des Füllstoffes entsprechend dem Anteil des fläche oder eine solche Oberfläche erbringt, deren Füllstoffes auf den Werkstoff übertragen wird, ist es Haftbindung schwächer als die Festigkeit des Grundgewöhnlich wichtig, einen Werkstoff mit einem materials ist. Für bestimmte metallische Pulver, z. B. höchstmöglichen Anteil an Füllstoff zu schaffen. Für as Kupfer, reicht ein dünner, durch Vorerhitzen der die hexagonale Kugelpackung von Kugeln mit glei- Kupferteilchen in Luft erzeugter Oxydüberzug aus, chem Durchmesser beträgt das theoretisch mögliche um die Bindungsfestigkeit so weit herabzusetzen, daß Maximum des Volumenanteils der Kugeln 74,2 °/o. In eine haftfreie Einlagerung möglich ist. In anderen der Praxis liegt jedoch der Volumenanteil des Füll- Fällen können die Teilchen mit einer stark weichstoffes im Werkstoff wegen der statistischen Packung 30 gemachten Schicht des Grundmaterials selbst oder der Teilchen und der unregelmäßigen Größen- und mit einer Schicht aus einem anderen elastomeren Ma-Formverteilung der Teilchen als auch der Spalte 14 terial mit niedriger Bindungsfestigkeit überzogen werzwischen Teilchen und Poren niedriger. Bei dem den. Darüber hinaus kann die Bindungsfestigkeit typischen, in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Ausführungs- zwischen dem Grundmaterial und den Teilchen dabeispiel beträgt der Volumenanteil des Füllstoffes 35 durch herabgesetzt werden, daß man Teilchen größeetwa 50 ⁰Zo. Im allgemeinen ist der gemäß der Erfin- rer Abmessungen verwendet, so daß die Gesamtoberdung erreichbare Volumenanteil des Füllstoffes größer fläche der Füllstoffteilchen, die mit dem Grundmateals 40°/o. rial in Berührung steht, je Volumeneinheit des Werk-

Der Füllstoff wird entsprechend der besonderen stoffes verringert ist. Andererseits sind bestimmte Eigenschaft ausgewählt, die dem Werkstoff verliehen 40 Füllstoffe, z. B. Glas, schon selbst nicht bindungswerden soll. Beispielsweise werden Wolfram- oder freundlich und erfordern deshalb keine Behandlung, Bleiteilchen als Füllstoffe verwendet, um einen um eine haftfreie Einlagerung in das Grundmaterial Schutzwerkstoff gegen Kern- und X-Strahlung zu er- sicherzustellen. Schließlich kann bei bestimmten halten. Uran-, Wolfram- oder Bleiteilchen sind Füll- Grundmaterialien- z. B. bei Naturgummilatex, eine stoffe hoher Dichte, die bei zusammengesetzten 45 Oberfläche verringerter Bindungsfestigkeit vorgeflexiblen Werkstoffen verwendet werden, welche zur sehen werden, indem man Gleitmittel oder Wachse Schwingungsdämpfung und Schallabsorbierung be- vor dem Aushärten im Latex dispergiert. stimmt sind. Zur Erzielung flexibler Werkstoffe mit Als eJastomeres Grundmaterial 11 kann jede Subeiner bestimmten mittleren Dichte können als Füll- stanz verwendet werfen, die federnde oder elastische stoff Aluminium, Glas, rostfreier Stahl, Eisen, 50 Eigenschaften besitzt Das Grundmaterial wird nach Kupfer, Kunststoff oder andere Stoffe verwendet wer- verschiedenen Gesichtspunkten ausgesucht, wie z. B. den, die entsprechend der gewünschten Dichte aus- nach der beabsichtigten Verwendung und den zu ergewählt werfen. Eisen, magnetisierbares Kobalt, wartenden Beanspruchungen des Werkstoffes and der Nickel oder deren Legierungen werfen verwendet, Art der erforderlichen Behandlung. Beispielsweise um Werkstoffe mit magnetischen Eigenschaften zu 55 können Naturkautschuk, alle synthetischen Gummischaffen. Hohlkugeln aus Glas oder aus starrem arten, einschließlich Silicone und Urethane, Kunst-Kunststoff werfen verwendet, um ein zusammen- harz-Elastomere, wie nrit Weichmacher versehenes gesetztes flexibles Material von niedriger Dichte zu Polyvinylchlorid, u. dgl. verwendet werfen. Typische erzielen. im Handel erhältliche, elastische Polymerisationspro-

Die Größe der verwendeten Füllstoffteilchen ist fi© dukte sind z. B. die Polyvinylchlorid-Kunstharzdisnicht entscheidend, mit der Ausnahme, daß die Teil- persion »QYKV« der Union Carbide Chemical Corchen beträchtlich kleiner als, z. B. nicht mehr als poration, und die Polyvinylchlorid-Kunstharzdisperhalb so groß wie, die Mindestabmessung der Gegen- ston »GEON Typ 121« der Fa. Goodrich Chemical stände sein sollen, die aus dem Werkstoff hergestellt Company. Dioctylphthalat ist ein bevorzugter Weichwerden sollen. Wie noch erläutert werfen wird, kann 65 macher, obwohl auch andere Weichmacher verwendet man die Beseitigung der Adhäsion zwischen den Teil- werden können.

chen und den Poren wänden im Grundmaterial durch Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen

Vergrößeren der Teilchenabmessungen erleichtern. der Erfindung wurde zur Vorbereitung des flexiblen

Werkstoffes ein Teil des vorerwähnten Vinylharzes längeren Aushärtungszeiten zu, und es wurde in bemit ungefähr zwei Teilen des Weichmachers gemischt, stimmten Fällen gefunden, daß Aushärtungszeiten, um eine Paste, speziell ein sogenanntes Plastisol, her- die einen Zeitraum von etwa 10 Minuten wesentlich zustellen. Nach Herstellung des Plastisols wurden übersteigen, Bindungen hervorrufen, die durch nachannähernd 40 bis 65 Volumenteile des fein verteilten 5 folgende Verfonnungsschritte nicht aufgebrochen Füllstoffes zugeschlagen, bis eine wesentlich ver- werden können, so daß der sich ergebende Werkdickte Konsistenz erhalten wurde. Bestimmte ela- stoff eher starr als flexibel ist

stomere Verbindungen, wie Gummilatex, Vinylharz- Nach dem Aushärten des gemischten Materials dispersionen, flüssige Urethane u. dgl., sind bei wird dieses aus der Form oder der Aushärtungs-Raumtemperatur verhältnismäßig dünnflüssig, andere io vorrichtung herausgenommen, und gewöhnlich Ue-Elastomere hingegen besitzen bei Raumtemperatur gen dann noch mäßig schwache Bindungen zwischen eine hohe Viskosität oder sind verhältnismäßig steif. den Teilchenflächen und den benachbarten Poren-In solchen Fällen kann das Mischen bei erhöhten wandflächen des Grundmaterials vor, so daß der Temperaturen und/oder mechanisch vorgenommen Werkstoff zunächst noch verhältnismäßig hart und werden. Gummikneter, Mischtrommeln, Extruder 15 unbiegsam ist Wenn jedoch dafür gesorgt worden u. dgl. können zum Mischen verwendet werden. ist daß diese Bindungen schwächer sind als die Wenn die für das zusammengesetzte Material vor- Festigkeit des Grundmaterials, können diese aufgegesehenen Arbeitsbedingungen es erfordern, kön- brachen werden und man kann die gewünschte, im nen noch weitere Zusätze, z. B. Pigmente, Vulkani- wesentlichen haftungsfreie Einlagerung der Teilchen siermittel, Beschleuniger, Antioxydantien, Weich- ao in das Grundmaterial erreichen, indem man den macher, Stabilisatoren, Gleitmittel u. dgl., vor oder Werkstoff beispielsweise durch Recken oder eine während des Mischvorganges, zugesetzt werden. Ge- andersartige Deformierung bearbeitet
wünschtenf alls kann das vorerwähnte Verhältnis von F i g. 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Be-Vinylharz zu Weichmacher zwischen 1 :1 und 1 :4 Ziehung zwischen Zugbeanspruchung und Dehnung verändert werden, je nachdem, welche physika- as bei einem Reckvorgang für verschiedene Werkstofflischen Eigenschaften beim Grundmaterial erwünscht arten dargestellt ist Die Neigung der Kurve gibt sind. an jedem Punkt den Elastizitätsmodul des Materials

Um eingeschlossene Luft oder Gas aus der beim jeweiligen Dehnungszustand an, und das Ende Mischung zu entfernen (wodurch die Bildung von jeder Kurve zeigt die äußerste Dehnung (Bruchdeh-Poren ermöglicht würde, in denen sich keine Füll- 30 nung) des Materials an. Die steile linie 21 an der Stoffteilchen befinden) wird die Mischung Vorzugs- linken Seite von F i g. 4 veranschaulicht das Verhalweise bei 1 000 bis 5 000 UpM bei einem Unterdruck ten eines Werkstoffes, bei dem die Grenzflächenvervon beispielsweise 700 mm Druck einige Minuten bindungen zwischen Grundmaterial und Füllstofflang gerührt. Hiernach wird die Mischung in eine teilchen stärker sind als die Festigkeit des Grund-Form mit der gewünschten äußeren Gestalt gegeben 35 materials selbst. Entsprechend der Steilheit dieser und zur Aushärtung des elastomeren Grundmaterials linie ist der Elastizitätsmodul des Werkstoffes sehr im erforderlichen Ausmaß erhitzt. Bei Folien kann hoch (d. h.. das Material ist verhältnismäßig hart beispielsweise das mit Füllstoffen versehene Plastisol spröde und nicht flexibel), und entsprechend dsm auf eine Platte bis zu einer Dicke von etwa 0.1 bis nahe bei der Zugbeanspruchungs-Achse liegenden 10 mm aufgebracht werden. Wahlweise können, ins- 40 Kurvenende ist die Bruchdehnung sehr gering,
besondere dann, wenn die Mischung bei Raumtem- Die linie 22 in Fig. 4 zeigt die Beziehung zwiperatur nicht im erforderlichen Maße flüssig ist sehen Spannung und Dehnung für einen Werkstoff Kalander oder Extruder verwendet werden. Der mit einer mäßig schwachen Bindung zwischen den Werkstoff gemäß Erfindung kann natürlich statt als Teilchen und dem Grundmaterial, die schwächer ist dünne Folie auch in anderer Form hergestellt wer- 45 als die Festigkeit des Grundmaterials selbst, und zwar den, und es können in bestimmten Fällen Extruder bei einem anfänglichen Recken der Probe. Wie der zur Herstellung von kontinuierlichen Streifen mit erste, der linie 21 folgende Abschnitt dieser Kurve konstantem Querschnittsprofil verwendet werden. In zeigt wird durch die Haftung der Teilchen am anderen Fallen, wo eine komplizierte Formgebung Grundmaterial die Flexibilität herabgesetzt und verlangt wird, können das Warm- oder Kalt-Tauch- 50 folglich ein hoher Elastizitätsmodul bedingt. Wenn verfahren oder -Hohlraumausgießverfahren, das die Zugbeanspruchung einen Wert erreicht, der zum »slush mouldingi-Verfahren (Hohikörper-Gießver- Aufbrechen der Bindungen zwischen Teilchen und fahren, bei dem man die erhitzte Form mit Paste Grundmaterial ausreicht so daß dk gewünschte vollgießt und nach Gelieren der Randschicht zum haftfreie Einlagerung erzeugt wird, wird jedoch da; Hohlkörper den Rest wieder ausgießt), das Schleu- 55 Material leichter reckbar und wesentlich flexibler dergußverfahren oder das Spritzverfahren angewandt wie dies durch den nahezu flachen Plateauabschniti werden. der Kurve angezeigt wird. Wenn alle Bindungen auf-

Das Aushärten kann je nach dem verwendeten gebrochen sind, steigt die Kurve mit einer verhält-

Elastomeren, entweder bei Raumtemperatur oder bei nismäBig geringen Steigung bis zum Bruch des Werkerhöhten Temperaturen erfolgen. Flüssige Urethan- 60 surfies an. Wenn nach einer solchen anfängüchei

verbindungen härten bei Raumtemperatur aas, wih- Reckung der Werkstoff erneut gereckt wird, so er-

rend Gummi and Vinylharze erhöhte Temperaturen gibt sich eine Kurve, die etwa der linie 24 in F i g. A

erfordern. Wenn eine Folie ans Vinyhnaterial her- entspricht. Die geringe Neigung dieser Kurve zeägi

gestellt wird, kann diese for etwa 5 bis 10 Minuten darüber hinaus, daß der Werkstoff weich, nicht spröde

auf etwa ISO bis 200° C erhitzt werden. In vielen 6s und hochflexibel ist and der Endpunkt der Kurw

Fällen nitotm die Festigkeit iriner, sich zwischen BBt eine hohe Bruchdehnung erkennen,

der Teaefeenoberfläebe and der benachbarten Poren- Die Kurve 23 zeigt die Beziehung zwischen Zag wand des Grundmateriab ausbildende Beidang rah beanspruchung und Dehnung bean anfängüchei

Recken eines Werkstoffes, bei dem die Bindungs- wurde ebenfalls gefunden, daß die Bindungsfestigkeit

festigkeit zwischen den Teilchen und dem Grundma- auch dadurch herabgesetzt werden kann, daß man

terial niedrig ist. In diesem Falle liegt kein genau die Teilchen mit einer dünnen Schicht aus einem

definiertes Plateau vor, da die Bindungen nahezu anderen Stoff, z. B. wasserlöslichem Silicon, im Han-

sofort mit Einsetzen des Reckvorganges aufzu- 5 del beispielsweise als Dow-Corning-Emulsion Nr. 36

brechen beginnen. Wie im vorhergehenden Fall folgt erhältlich, überzieht.

die Zug-Dehnungs-Kurve für ein nachfolgendes Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung einer Teil-Recken annähernd der Linie 24. chenoberfläche mit schwachen Bindungskräften bein jedem Falle wird die Zug-Dehnungs-Beziehung steht darin, daß man bei Verwendung eines Plastisols beim nachfolgenden Recken des Werkstoffes der io als Grundmaterial die Teilchen mit einer dünnen Linie 24 folgen, und die jeweilige Größe des Elasti- Schicht eines noch stärker weichgemachten Plastizitätsmoduls, d. h. die Neigung der Linie 24, hängt sols überzieht. Beispielsweise wurde Füllstoffteilchen natürlich von dem besonderen Grundmaterial ab. Im eine Oberfläche mit niedriger Bindungsfestigkeit verallgemeinen wird dies jedoch annähernd gleich wie liehen, indem man diese in eine Mischung einbrachte, bei einem geschäumten oder geblasenen zellularen 15 die aus 1 g Plastisol, zusammengesetzt aus 100 Teielastomeren Material sein, bei dem der Elastizitäts- len QYKV und bis zu 325 Teilen Dioctylphthalat, modul beträchtlich niedriger als bei einem massiven und aus 50 g Methyläthylketon bestand. Die Stück aus dem gleichen Grundmaterial ist. Das heißt Mischung wurde auf eine rostfreie Stahlplatte gemit anderen Worten, es wird durch die vorliegende gössen und 5 Minuten auf 195° C erhitzt. Nach VerErfindung etwas erreicht, was bisher als unmöglich ao dampfen des Methylethylketon und Aushärten des angesehen wurde, nämlich die Schaffung eines zel- stark weichgemachten Plastisols wurden die Teilchen lularen elastomeren Werkstoffes, der starre Füllstoff- von der Platte genommen und durch leichtes Zerteilchen in jeder Zelle oder Pore besitzt. stampfen im Mörser voneinander getrennt. Bei einem Gewünschtenfalls kann die erste Verformung von aus Gummilatex bestehenden Material führte die streifenförmigen oder foüenförmigen Materialien »5 Zugabe von Wachs oder Gleitmittel zum Latex zu automatisch durchgeführt werden, indem man das einer Verringerung der Bindungsfestigkeit. Da, wie Material um aufeinanderfolgende Walzen führt, die bereits erwähnt, die Gesamtbindungsfestigkeit je das Material in entgegengesetzte Richtungen durch- Volumeneinheit zwischen großen Teilchen und dem biegen. Alternativ kann das Material gereckt wer- Grundmaterial niedriger ist als die zwischen kleinen den, indem man es zwischen hintereinandergeschal- 30 Teilchen und dem Grundmaterial, kann schließlich tete Walzenpaare führt, die mit unterschiedlicher Um- die Bindungsfestigkeit auch noch durch Verwendung f angsgeschwindigkeit rotieren. Für Gegenstände, wie größerer Teilchen herabgesetzt werden.
Handschuhe, Masken u. dgl. kann eine Form, die in Bei einem speziellen, gemäß Erfindung als Folie der Gestaltung dem fertigen Gegenstand ähnlich ist, hergestellten, flexiblen Werkstoff wurden 45 Gemechanisch expandiert oder verformt werden, bis 35 wichtsteile Wolframpulver, das im wesentlichen aus alle Bindungen aufgebrochen sind. Nachdem die glattflächigen Teilchen von etwa 30 bis 150 Mikron Teilchen in der vorbeschriebenen Weise von dem Durchmesser bestand, auf 3 Teile eines 2:1-Vinyl-Grundmateria! getrennt worden sind, sind die ein plastisols der vorbeschriebenen Art gegeben; hierbei Teilchen 13 umschließenden Porenflächen 12 etwas wurde gefunden, daß das von der Firma Meteo, Inc., größer als bei der ursprünglichen Pore, so daß sich 40 Westbury, New York gelieferte, mit »Nummer 61« zwischen der Porenwandung und dem Teilchen ein bezeichnete Wolframpulver besonders befriedigend schmaler Spalt 14 ausbildet. Hierdurch wird der ist. Es wurde eine Folie von etwa 1,5 mm Dicke her-Volumenanteil der starren Füllstoffteilcheu im Werk- gestellt und bei 195° C 7 Minuten lang gehärtet, stoff gegenüber dem oben betrachteten ohne Spalten Nachdem die verhältnismäßig schwachen Bindungen erzielten Wert herabgesetzt. Es versteht sich von 45 in der vorbeschriebenen Weise durch Recken aufgeselbst, daß die Teilchen 13 nicht etwa vollständig brachen worden waren, besaß der Werkstoff einen isoliert vom Grundmaterial vorliegen, sondern daß Elastizitätsmodul von ungefähr l,4kp/cm^s und eine sie mit der Fläche 12 der umgebenden Pore in einem Bruchdehnung von mehr als 2OO°/o. Da der VoIuschmalen Bereich verbunden sein können, wobei sie msnanteil der Wolframteilchen im Werkstoff nach jedoch noch im wesentlichen haftfrei eingelagert sind 50 dem ersten Recken ungefähr 55% beträgt, liegt das and so noch immer die Vorteüe der Erfindung er- spezifische Gewicht des flexiblen Werkstoffes bei etwa reicht werden, da ja die Verformung des Grundma- 10. Wegen ihres niedrigen Elastizitätsmoduls ist die terials in keiner Weise durch eine derart begrenzte Folie hochflexibel und kann flach gefaltet oder ii Haftung beschränkt wird. irgendeine gewünschte Anordnung gebogen werden Um die Festigkeit der Bindungen, die sich zwischen 55 Ferner überträgt die Folie leicht Druckeinwirkuo· den Teilchen und dem Grundmaterial bilden, so zu gen, so daß der Tastsinn nicht gestört wird. Folg· steuern, daß die gewünschten Beziehungen gemäß lieh ist ein wirksames Strahlenschutzmaterial ge den Kurven 22, 23 und 24 nach Fig. 4 erhalten schaffen, das tastempfindlich und hochflexibel ist unc end die Verhältnisse gemäß Kurve 21 vermieden das sich gut zur Herstellung von Handschuhen werden, werden die Füllstoffteilchen mit einer Ober- 60 Schürzen oder anderen Kleidungsstücken eignet fliehe versehen, bei der die Tendenz zur Bildung Demgegenüber besitzen die üblichen zusammenge fester Bindungen herabgesetzt ist Wie bereits er- setzten, mit Füllstoffen beschwerten Strahlenab wähnt, ist dies bei bestimmten Materialien, wie z. B. schinrunaierialien von 3 πμπ Dicke, die ent Glas, eine Grundeigenschaft, so daß bier keine beson- sprechende Abschirmeigenschaften aufweisen, d. h dere Präparierung erforderlich ist Bei Materialien 65 äquivalent zu massivem Blei von 1 mm Dicke sine wie Kupfer und anderen Metallen hat sich ein dün- und die zur Zeit für die Herstellung von Foliet ner Oxydüberzug, der durch Erhitzen in Luft her- Schürzen u. dgl. verwendet werden, einen Elastizi gestellt worden ist, als ausreichend erwiesen. Es tätsmodul von 105 bis 14OkPOn*; diese Materi«

11 12

lien übertragen keine Tastempfindungen und kön- elastische Fäden (beispielsweise solche, die ganz allnen nicht in einem Kreisbogen mit einem Radius von gemein als »Spandex« bezeichnet werden) verwendet kleiner als etwa 3 mm gebogen werden. Somit eignen werden. Die F i g. 5 und 6 zeigen typische Folien, sich diese Materialien beispielsweise nicht für Hand- die mit derartigen, die Dehnung begrenzenden Geschuhe. , 5 weben versehen sind. In F i g. 5 besteht die Folie Ein ähnlich weiches und flexibles Folienmaterial aus einer zentralen Werkstoffschicht 30 der in der von etwas geringerem spezifischen Gewicht, das bei- F i g. 1 und 3 beschriebenen Art und aus zwei Oberspielsweise für Zwecke der Strahlenabschirmung flächenschichten 31 und 32 aus einem dehnbaren Ge■■ oder der Schall- oder Vibrationsdämpfung verwend- webe, welche auf die einander gegenüberliegenden bar ist, kann hergestellt werden, indem man an Stelle io Seiten der Schicht 30 aufgebracht sind. Die Schichder vorbeschriebenen Wolframteilchen Bleiteilchen ten 31 und 32, die entweder vor dem Aushärten des des gleichen Größenbereiches verwendet. Grundmaterials hinzugefügt oder nach dem Aushär-Für flexible, zusammengesetzte Materialien von ten des Grundmaterials mit dessen Oberflächen verirgendeiner gewünschten mittleren Dichte wird der bunden werden können, werden derart ausgewählt, Füllstoff entsprechend der gewünschten Dichte aus- 15 daß sie die Dehnung der Folie auf einen gewünschten gewählt. Hierfür verwendbare typische Füllstoffe, die Wert, z. B. 18O°/o, begrenzen, welcher Wert kleiner in Pulver-, Granulat- oder Perlenform erhältlich sind, als die Bruchdehnung der zentralen Schicht aus dem werden in der nachfolgenden Tabelle zusammen mit Grundmaterial ist. Gewünschtenfalls können Schichihrer Dichte angegeben: ten verwendet werden, die nur in einer Richtung, Material Dichte ^{20 statt m} beide Richtungen dehnbar sind.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 Hegt eine

Synthetische Kunststoffe und Hart- elastische dehnbare Gewebeschicht 34 zentral zwigummi 1,0 bis 1,5 sehen zwei Schichten 35 und 36 des flexiblen Werk-Nylon 1,1 stoffes; dies kann erreicht werden, indem man entBeryllium 1,8 a₅ weder den Werkstoff über die zentrale Schicht 34

Kronglas 2,5 gießt oder indem man die beiden Werkstoffschichten

Aluminium 2,7 auf die beiden einander gegenüberliegenden Seiten

Glas hoher Dichte 4,5 der elastischen, dehnbaren Gewebeschicht laminiert.

Titan 4,5 Zu dekorativen Zwecken, oder im Hinblick auf

Zinn 5,8 30 zu erwartende Beanspruchungen kann der Werkstoff

Antimon 6,7 gemäß Erfindung mit einer glatten Haut oder einem

Mangan 7,2 Oberflächenüberzug versehen werden, und bei folien-

Rostfreier Stahl 7,7 förmigem Material kann dies gewünschtenfalls auf

Eisen 7,9 beiden Seiten der Folie vorgenommen werden. Dies

Kupfer 8,9 35 ist in F i g. 7 veranschaulicht, wo auf beiden Seiten

Nickel 8,9 der Werkstoffschicht 39 Schichten 37 und 38 aufgebracht sind. Beide Oberflächenschichten 37 und 38

Um einen schwimmfähigen, flexiblen Werkstoff können beispielsweise aus einem unbeschwerten PIavon niedriger Dichte zu erzielen, werden hohle Glas- stisol bestehen, das vorzugsweise in einem stärkeren perlen (z. B. bekannt als »Eccospheres R« der Firma 40 Maße als das Grundmaterial mit Weichmacher ver-Emerson & Cuming, Canton, Massachusetts) als sehen ist, so daß diese Schichten im wesentlichen den starrer Füllstoff verwendet, und bei einem speziellen gleichen Elastizitätsmodul auch ohne eingebrachte Beispiel wurde eine flexible Füllstoff-Folie mit einem Poren aufweisen. Für diesen Zweck wurde ein Verspezifischen Gewicht von 0,8 dadurch erhalten, daß hältnis von 3 Teilen Weichmacher auf ein Teil man die vorbeschriebenen Wolframteilchen durch 45 Vinylharz als befriedigend befunden,
hohle Glasperlen mit einem Durchmesser im Be- Gewünschtenfalls kann man den Oberflächenreich von 30 bis 300 Mikron ersetzte. Wie oben be- schichten Pigmente zusetzen, oder diese Oberflächenreits erwähnt worden ist, bedürfen Glasperlen keiner schichten können mit einer Prägung versehen wer-Präparierung, um eine haftfreie Einlagerung in das den, wobei die Schichten vorzugsweise vor dem Aus-Grundmaterial sicherzustellen. 50 härten der mittleren zusammengesetzten Schicht zuge-Für bestimmte Anwendungen, bei denen sehr fügt werden. Es ist natürlich selbstverständlich, daß starke Zugbeanspruchungen, welche die Zugfestig- ein flexibles Mischmaterial gemäß Erfindung sowohl keit des Werkstoffes übersteigen könnten, auftreten mit der die Dehnung begrenzenden Komponente können, kann dem flexiblen Werkstoff eine die Deh- nach den F i g. 5 und 6 als auch dem Oberflachennung begrenzende Komponente zugesetzt werden, um 55 überzug nach F i g. 7 versehen werden kann. Dies ein Zerreißen zu vermeiden. Wenn der flexible kann in irgendeiner geeigneten Weise vorgenommen Werkstoff in Folienform vorliegt, besteht die die werden, beispielsweise indem man OberfllcfaenSbeT-Dehnung begrenzende Komponente vorzugsweise aus züge bei der Ausfühnmgsform nach F i g. 6 hinzufügt einem elastisch dehnbaren Gewebe, das im Handel oder indem man eine der Schichten 31 und 32 nach als »Powernet« (Kraftnetz) bekannt ist und bei dem 60 F i g. 5 gegen einen Oberflächenüberzug austauscht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flexibler Werkstoff, bestehend aus einem zusammenhängenden, unverschäumten, elastomeren Grandmaterial, enthaltend einen hohen Anteil S an Füllstoffmaterial in Form von starren Füllstoffteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß

in dem elastomeren Grundmaterial (11) jedes der starren Füllstogteikhen (13) im Innern einer geschlossenen Pore (12) von einem etwas größeren Volumen als das des Füllstofiteilchens unter Ausbildung eines Zwischenraumes zwischen Porenwandung und der Oberfläche des Füllstoff teilchens in im wesentlichen nicht an den Innenwänden der Pore haftenden Zustand eingelagert ist und in dem elastomeren Grundmaterial außer den Füllstoffteilchen enthaltenden Poren im wesentlichen keine anderen Poren vorhanden sind.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen jedes eingeschlossenen ao Füllstoffteilchens (13) mindestens etwa 50%, und insbesondere bevorzugt mindestens etwa 85%> des Volumens der das Teilchen enthaltenden Pore (12) beträgt.

3. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 »5 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffteilchen (13) eine Größe von 2 bis 1000 Mikron besitzen.

4. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Füllstoffteilchen zumindest 40 Vo beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man einem ungehärteten, elastomeren Grundmaterial einen hohen Anteil an festem 3s Füllstoff in Form kleiner Teilchen mit Oberflächen, weiche die Ausbildung von festen Bindungen mit dem Grundmaterial verhindern, zusetzt, das Grundmaterial mit den Teilchen bis zur Erzielung einer gleichförmigen Dispersion der FUllstoffteilchen mischt und das Grundmaterial aushärtet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus dem ungehärteten Grundmaterial und den Füllstoffteilchen vor dem Aushärten des Grundmaterials bei Unterdruck zur Entfernung von eingeschlossenen Gasoder Luftblasen gerührt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff nach dem Aushärten des Grundmaterials derart bearbeitet wird, daß jegliche Bindungen aufgebrochen werden, die sich zwischen den Füllstoffteilchen und dem Grundmaterial gebildet haben.

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

9. Flexible, aus einem Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellte Folie, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Größe der Füllstoffteilchen nicht größer als etwa die halbe Dicke der Grundmaterialfolie ist.

10. Folie nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine die Längung begrenzende Schicht (31, 32, 34) aus einem dehnbaren Gewebe, das mit der Grundmaterialfolie (30, 36) verbunden ist.

11. Folie nach Ansprach 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Langung begrenzende Schicht (34) zentral in der Folie (36) angeordnet ist

12. Folie nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine dünne Oberflächenschicht {37, 38) aus massivem Material, welche mit einer Oberfläche der Grundmaterialfolie (39) verbunden ist.