AT501787A1 - Verfahren zur prägung und glättung von skibelägen - Google Patents

Description

  VERFAHREN ZUR PRÄGUNG UND GLÄTTUNG VON SKIBELÄGEN
In der Patentanmeldung Nr. PCT/EP 02/14341 ist ein Verfahren vorgestellt, das u.a. Folien aus ultrachochmolekularen Polyäthylen (UHM-PE) und hochmolekularen Polyäthylen (HM-PE) auf dem Sinterwege mit anschliessender Verdichtung herstellt. Dieses Verfahren basiert auf dem Sintern von UHM-PE und HM-PE zu Bändern mit einer offenen Porosität sowie einer Verdichtung, bei der die Luft aus den Poren entfernt wird, sodass ein Dichtemaximum für UHM- und HM- Materialien erreicht werden kann.
Die verdichteten Folien finden unter anderem als Skibeläge Verwendung. Bei der Verarbeitung dieser Skibeläge durch den Skihersteller ist es äusserst wichtig, dass der Skibelag vor Verarbeitung plan aufliegt und keine Spannungen zeigt.
Laufflächen von Skiern sind sowohl geschliffen als auch strukturiert.

   Die Strukturierung verhindert die Ausbildung laminarer Strömungen des umgebenden Mediums (Wasser) unter der Lauffläche bei höheren Geschwindigkeiten. Diese laminaren Strömungen führen in weiterer Folge zu höheren Gleitwiderständen durch Anhaftung und Reibung und arbeiten einer weiteren Beschleunigung entgegen. Zum Beispiel könnte auch mit Strukturierungen von Bauteilen an Flugzeugen Energie gespart werden.
Die Bearbeitung der Gleitflächen eines Skis wird normalerweise in folgenden Schritten durchgeführt. Es erfolgt zuerst ein grosser Vorschliff mit Schruppbändern. Danach werden feinere Schleifbänder verwendet. Anschliessend wird mittels Steinschliff bei geringem Abtrag die Strukturierung eingeschliffen.
Die Strukturierung der Oberfläche besteht aus einer Anzahl von schiffchenförmigen Vertiefungen in der Oberfläche - siehe Fig. 1.

   Die Strukturierung erfolgt mittels Schliff auf dem Laufflächenmaterial. Die Rauhigkeitstiefe liegt dabei normalerweise zwischen 5 und 100 [mu]. Eine Strukturierung durch Erwärmen eines Skibelages mit nachfolgender Prägung durch Walzen erwies sich speziell bei UHM-Materialien mit höheren Molekulargewichten als nicht durchführbar. In der Patentanmeldung PCT/EP 02/14341 wird ein Verfahren zur Herstellung von UHM-PE-Sinterfolien beschrieben bei dem ein vorgesintertes poröses Material an glatten Walzen zu glatten Folien verdichtet wird. In diesem Verdichtungsschritt können nun profilierte Walzen ein oder beidseitig eingesetzt werden, die eine Verdichtung und Strukturierung der Folie in einem Arbeitsschritt ermöglichen. Übliche Rauhtiefen in diesem Schritt liegen bei etwa 50 - 200 [mu]. Es können jedoch auch geringere Rauhtiefen bei dieser Strukturierung erzielt werden.

   Entsprechend der Gravierung der Kalanderwalzen können verschiedenstartige Strukturierungsformen erhalten werden. Je nach Bedarf kann beim Vorschleifen des fertigen Skis die Rauhtiefe der Strukturierung noch verringert werden. Das Einprägen einer Strukturierung in den Belag nach dem erfindungsgemässen Verfahren verringert den Aufwand für die Schleifarbeit für eine Strukturierung am Ski erheblich und führt zu Material-, Zeit- und Werkzeugeinsparung. 
In der Europäischen Patentschrift Veröffentlichungsnummer 0559866 Bl wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem ein bandförmiges UHM-PE Folienmaterial mittels Infrarotstrahlung auf eine Temperatur von über 140 [deg.]C erhitzt wird, nachfolgend zur Steuerung der Kristallisation abgekühlt wird.

   Zur Abkühlung wird eine gekühlte Kalibriervorrichtung verwendet, die Verwerfungen des Bandes beim Abkühlen verhindert.
Bei der Herstellung der Sinterbeläge nach dem in der Patentanmeldung Nr. PCT/EP 02/14341 beschriebenen Verfahren wird das fertige Material auf Rollen gewickelt. Diese Rollen sind weitgehend zylindrisch und weisen in keiner Hinsicht auf Spannungen im Material, eine Welligkeit, Schüsselung oder andere Defekte hin. Wird das Material jedoch für die weitere Verarbeitung abgespult, so treten Verwerfungen, Welligkeit, Spannungen etc. auf.
Diese Erscheinungen sind in diesem Verfahren zur Herstellung von gesinterten Plastikfolien vor allem auf folgende Gründe zurückzuführen:
1. Ungleichmässige Aufschüttung am Sinterband (Dichteschwankungen)
2. Ungleiche Temperaturverteilung am Sinterband bei Sintern und beim Abkühlen
3.

   Ungleichmässige Temperatur an der Walze beim Verdichtungsschritt
4. Zu grosse Differenz bei der Materialstärke beim Verdichtungsschritt vom Eingangs- und Ausgangsmaterial.
Diese Probleme lassen sich teilweise oder grossteils je nach Verfahren und Maschinentyp beseitigen, sodass eine Qualität des Endproduktes mit geringer Welligkeit oder Verspannungen erreicht wird. Der Erfolg ist jedoch kaum 100 % Es wird folgendes erfindungsgemässes Verfahren zur Beseitigung dieser Welligkeit und Verwerfungen in strukturierten oder glatten Folien verwendet. Fig. 2
Eine Rolle von verdichtetem Material wird auf einen Abwickler gespannt und mittels Abzugswalzenpaar die Folie abgezogen.
Durch Keramik-Infrarotstrahler wird die Folie auf eine Temperatur von 110 [deg.]C erwärmt. Diese Temperatur liegt unter dem Schmelzpunkt des Materials von etwa 135 [deg.]C.

   Das Material verhält sich plastisch und entspannt (relaxiert) sich. Auf den Abzugsrollen wird nun der Zug soweit erhöht, dass die Welligkeit am Folienrand verschwindet und anschliessend wird die Folie rasch abgekühlt. Die Folien liegen nun ohne Spannungen, Verwerfungen etc. eben auf. Normalerweise weisen Folien, die unter Zug produziert werden eine Erhöhung der Schrumpfwerte auf. Trotz Anlegen eines Zuges traten bei der so geglätteten Folie kaum Schrumpfwerterhöhungen auf. Folien, die unter Zug in die Länge gedehnt werden, verringern die Dicke und den Querschnitt. Untersuchungen betreffend Dicke zeigten, dass keine Beeinflussung der Dicke stattfindet.

   Die Dickenschwankungen lagen im Bereich der Schwankungen von geglättetem Material in der Grössenordnung 0,02 bis 0,05 mm bei 1,3 mm Stärke.
Das Glättverfahren kann bei strukturierten und nicht-strukturierten verdichteten Folien angewendet werden. 
Das beschriebene Verfahren kann auch unmittelbar nach dem Verdichtungsschritt Verwendung finden, sodass Verdichtung und Glättung in einem Arbeitsschritt erfolgen. Fig. 3. Die Neuheit und der Vorteil des Verfahrens liegen darin, dass das Material geglättet wird ohne, dass Dicke oder Schrumpfwerte wesentlich verändert werden.
Die Dicke des Verkaufproduktes ist exakt vom Kunden definiert und die Einhaltung dieser sehr wichtig. Ziel ist es, Dickenschwankungen möglichst zu eliminieren. Es wurden aus diesem Verfahren Materialien mit sehr konstanter Dicke erhalten.

   Je niedriger Schrumpfwerte bei Sintermaterialien sind, umso vorteilhafter für die Verarbeitung. Absolut unakzeptabel sind Schwankungen bei Schrumpfwerten, Das Verfahren bringt kaum Schrumpfwerterhöhungen, ausserdem gibt es kaum Schwankungen.
Das Verfahren unterscheidet sich zu dem im Europ. Pat. 0559866 Bl erwähnten Verfahren darin, dass schon eine Temperatur von < 140 [deg.]C Verwendung findet, die Glättung ohne Kalibrierung durch geringen Zug an einer Rolle und das Abschrecken direkt in einem Wasserbad erfolgt. Die Vorteile sind durch die niedrigere Temperatur (Energieeinsparung, Arbeiten unter dem Schmelzpunkt des Materials, kein Ankleben an Walzen) sowie der rascheren Abkühlung durch Direktkontakt mit Kühlwasser gegeben.

   S SS
Beispiel 1
Ein vorgesintertes poröses transparentes UHM-Sinterband (Molekulargewicht ca. 2,5 Mio.) wird vorgewärmt (ca. 145 [deg.]C) in einem Kalander mit einer strukturierten Walze verdichtet. Die Rauhtiefe liegt bei ca. 60 [mu]. Anschliessend wird das Band rasch abgekühlt. Zur Glättung wird das Band hierauf mittels Infrarotstrahler auf eine Temperatur von 120 [deg.]C gebracht.
Das Band hat nach der Strukturierung am Kalander und Abkühlen im Wasserbad eine Breite von 326 mm. Bei der Erwärmung auf 120 [deg.] C relaxiert das Band, die Breite nimmt auf 330 mm zu. Durch geringen Zug wird die Breite wiederum auf 326 mm verringert und das Band im Wasserbad bei 7 [deg.] C abgekühlt.

   Die Schrumpfwerte in Längsrichtung betragen nach dem Kalandrieren 30 % und nach der Glättung 31 %.
Beispiel 2
Die Prägung einer MikroStruktur (Prägetiefen von 50 [mu]) kann vorteilhaft so durchgeführt werden, dass die Kalanderoberfläche vor dem Präge- und Verdichtungsschritt zusätzlich zur inneren Wärmeträgerheizung an der Oberfläche von aussen beheizt wird. Diese zusätzliche Erwärmung der Walzenoberfläche ermöglicht vorteilhaft die Prägung von Struktur mit geringerer Tiefe (MikroStruktur) unter Verwendung einer Aussenheizung. Damit ist es auch möglich die Folien problemlos von der Walze abzuziehen, da nur im Punkt der Prägung eine hohe Oberflächentemperatur der Walze auf das Material einwirkt nachfolgend aber eine geringere Walzentemperatur (Wärmeträger innerhalb der Walze) verwendet wird.

   Beispiel 3: Glättungsvorgang - Fig.4
Ein verdichtetes UHM-PE-Band schwarz, russgefüllt von 1,3 mm Stärke wird auf 115 [deg.]C mittels IR-Strahler vorgewärmt und über eine Walze und ein Wasserbad unter leichtem Zug gesetzt, sodass seine vorher mit freiem Auge sichtbare Welligkeit verschwindet. Vor dem Wasserbad hat die Folie eine Temperatur von 80 [deg.]C, nach dem Wasserband (7[deg.]C) liegt die Bandtemperatur bei 17 [deg.]C. die Folie wird hierauf gewickelt. Sie ist weitgehend frei von Spannungen, Schüsselungen und Welligkeit.

Claims (3)

* Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von strukturiertem verdichteten HM-PE und UHMPE Folien zur Verwendung als Skibelag bei dem poröses (1 - 80 % Porosität) gesintertes HM PE- und UHM PE -Band zwischen zwei Walzen verdichtet wird und gleichzeitig durch geeignete Walzen einseitig oder zweiseitig eine Struktur in das verdichtete Material eingeprägt wird, in dem zur Glättung des so verdichteten glatten oder strukturierten Bandes das Band abgekühlt wird und anschliessend auf eine Temperatur von 70 - 145 [deg.]C erwärmt wird, diese Folie anschliessend eine Entspannung (Relaxation) durchläuft und anschliessend mittels geringem Zug auf Walzen ausgerichtet und geglättet wird und hierauf in einem Kühlschritt stabilisiert wird und so von Spannungen und Deformationen (Welligkeit, Schüsselung etc.) befreit wird.

2. Verfahren bei dem die Abkühlung nach der Kalandrier-, Präge- oder Glättschritt über Kühlwalzen oder in einem Kühlbad erfolgt.

3. Verfahren bei dem zum Erzielen einer Struktur oder MikroStruktur auf UHMund HM-PE Materialien die Strukturierwalze vor dem Verdichtungsschritt von aussen beheizt wird.