WO2008071604A1 - Verwendung einer flammhemmenden silikonkautschukmischung zur herstellung von mehrschichtigen stoffbahnen, insbesondere zur bildung von faltenbälgen - Google Patents

Verwendung einer flammhemmenden silikonkautschukmischung zur herstellung von mehrschichtigen stoffbahnen, insbesondere zur bildung von faltenbälgen Download PDF

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    • C09D183/04—Polysiloxanes

Definitions

  • the vulcanized rubber mixture forms with metal parts a heavy-duty as well as heat-stable metal-elastomer composite.
  • silicone rubber mixtures are used for the production of extrusion articles, in particular of hoses, sealing profiles and sealing rings, and of clarifier membranes (DE 102 58 551 A1). Another area of application of this material is medical-pharmaceutical articles as well as food packaging.
  • Upper layer is formed of a thermoplastic elastomer (TPE).
  • TPE thermoplastic elastomer
  • the lower layer consists of a polymer-modified, self-adhesive bituminous compound.
  • bitumen layer for example, two or more sealing sheets can be glued together by overlapping their longitudinal edges.
  • a flexible laminate web material for fire protective suits is also known.
  • This web consists of a first layer in the form of a film of temperature-resistant polymer material and a second layer of non-metallic fibers. These two layers are interconnected by means of an adhesive layer.
  • the film materials used are polyamides (PA), polyvinyl fluoride (PVF), polytetrafluoroethylene (PTFE) and silicone resins.
  • the second layer is formed of glass fibers, aramid fibers, ceramic fibers, silicon nitride fibers or silicon carbide fibers.
  • film webs are usually incorporated into these substances, in particular on the basis of the above-mentioned PVF and of Polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • PVF Polyvinylidene fluoride
  • the object of the invention is to use a calenderable silicone rubber mixture having flame retardant properties for producing multilayer fabric webs which have at least one reinforcement layer, in particular in the form of a fabric layer.
  • At least one flame-retardant filler is mixed into the silicone rubber mixture.
  • the reinforcement layer is on or on both sides provided with a layer consisting of this flame-retardant silicone rubber mixture.
  • the flame-retardant filler is preferably an inorganic material of the following groups (A, B, C):
  • a combination of the above-mentioned materials of the groups (A, B, C), for example, calcium carbonate and magnesium hydroxide can be used.
  • these inorganic substances are characterized by a high polarity, combined with an optimal interaction with the silicon atoms of the silicone rubber, so that this filler is uniformly einmischbar in the polymer matrix, namely at a high proportion of the filler, especially in one Range from 40 to 140 phr (per hundred rubber).
  • a series of experiments has shown that the best results are achieved with a proportion of 60 to 120 phr of filler, also in terms of calenderability.
  • further additives comprising at least one crosslinking agent and a heat stabilizer, are preferably added to the silicone rubber mixture.
  • peroxide crosslinking agents for example those based on diaroyl peroxides (for example dibenzoyl peroxide) or dialkyl peroxides (for example di-tert-butyl peroxide), are used. After vulcanization, the silicone rubber compound is characterized by high elasticity due to the blended filler and its high flame resistance.
  • mixing ingredients may be, in particular, inorganic pigments for coloring the multi-layered fabric web.
  • the proportion of the additives comprising crosslinking agent, heat stabilizer, calendering aid and pigments is preferably 10 to 40 phr.
  • the calendering aid is, for example, a PTFE powder in the range from 0.5 to 2 phr. If the additives consist only of the cross-linking agent and the heat stabilizer, a proportion of 1 to 5 phr is sufficient.
  • the commercially available silicone rubbers usually still contain fumed silica, which moves in particular in a proportion of 30 to 60 phr.
  • This active filler which primarily serves the better processability of the silicone rubber, is not taken into account in the proportions stated in claims 16, 17, 20 and 21.
  • the embedded reinforcing layer preferably consists of a glass fabric, polyester fabric (PES) or an aramid-based fabric, in particular para-aramid (p-aramid) or meta-aramid (m). aramid).
  • PES polyester fabric
  • aramid-based fabric in particular para-aramid (p-aramid) or meta-aramid (m). aramid).
  • the fabric 1 comprises a total of five layers.
  • the centrally arranged reinforcement layer 2 is embedded by two layers 3 and 4, which consist of the flame-retardant silicone rubber mixture and form the outer layers with respect to the entire fabric.
  • An adhesive layer is present between the reinforcement layer and the two silicone rubber layers. In this way, a heavy-duty elastomer-tissue composite is formed.
  • adhesive for example in the form of adhesive mixtures, all adhesive substances are suitable, which are suitable for the combination of fabric and rubber.
  • the fabric 1 with its flame retardant properties with high elasticity is particularly suitable for the formation of bellows, in turn, in particular as articulated component of buses, rail vehicles and passenger boarding bridges.

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Abstract

Verwendung einer Silikonkautschukmischung, in die wenigstens ein flammhemmender Füllstoff eingemischt ist, zur Herstellung von mehrschichtigen Stoffbahnen (1), umfassend wenigstens eine eingebettete Festigkeitsträgerschicht (2), die ein- oder insbesondere beidseitig mit einer Schicht (3, 4) versehen ist, die aus der flammhemmenden Silikonkautschukmischung besteht, insbesondere unter Einsatz einer zusätzlichen Haftschicht (5, 6).

Description

Beschreibung
Verwendung einer flammhemmenden Silikonkautschukmischung zur Herstellung von mehrschichtigen Stoffbahnen, insbesondere zur Bildung von Faltenbälgen
Aus der Offenlegungsschrift DE 44 22 048 Al ist die Verwendung einer Silikon- kautschukmischung zur Herstellung von drehelastischen Kupplungen, beispielsweise
Schiffskupplungen, bekannt. Als Silikonkautschuk kommen dabei insbesondere folgende Typen zur Anwendung:
— Polydimethylsiloxankautschuk (MQ) — Polydimethyl/vinylmethylsiloxankautschuk (VMQ)
— Polydimethyl/vinylmethyl-/diphenylsiloxankautschuk (PVMQ)
— Poly-γ-trifluorpropyl-/vinyltrifluorpropylsiloxankautschuk (FVMQ)
Die vulkanisierte Kautschukmischung bildet dabei mit Metallteilen einen hochbelastbaren wie auch hitzestabilen Metall-Elastomer- Verbund.
Darüber hinaus werden Silikonkautschukmischungen zur Herstellung von Extrusions- artikeln, insbesondere von Schläuchen, Dichtprofilen und Dichtringen, sowie von Klärbeckenmembranen (DE 102 58 551 Al) verwendet. Einen weiteren Anwendungsbereich dieses Werkstoffes bilden die medizinisch-pharmazeutischen Artikel wie auch Lebensmittelverpackungen.
Obwohl zahlreiche käufliche Silikonkautschukmischungen zur Verfügung stehen, die extrudierbar wie auch kalandrierbar sind, hat sich dieser elastische Werkstoff bislang nicht zur Herstellung von technischen Bahnen mit flammhemenden Eigenschaften durchsetzen können. Diesbezüglich wurden andere Wege beschriften, die nun aufgezeigt werden. In der Patentschrift EP 1 097 280 Bl werden Dichtungsbahnen, insbesondere zur Abdeckung von Dächern, vorgesellt, wobei diese mehrschichtigen Bahnen eine flammhemmende Festigkeitsträgerschicht aus einem Glasgelege, Glasgewebe, einem Gelege aus einem ausgeschrumpften Polyester oder einem Vlies aufweisen. Die
Oberschicht ist aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) gebildet. Die Unterschicht besteht aus einer polymermodifizierten, selbstklebenden Bitumenmasse. Mit Hilfe der TPE-Schicht und Bitumenschicht können beispielsweise zwei oder mehrere Dichtungsbahnen durch Überlappung ihrer Längsränder klebend zusammengefügt werden.
Aus der Patentschrift EP 1 326 745 Bl ist ferner ein flexibles Laminatbahnmaterial für Feuerschutzanzüge bekannt. Diese Bahn besteht dabei aus einer ersten Schicht in Form einer Folie aus temperaturbeständigem Polymermaterial sowie aus einer zweiten Schicht aus nichtmetallischen Fasern. Diese beiden Schichten sind mittels einer Haftschicht miteinander verbunden. Als Folienwerkstoffe kommen Polyamide (PA), Polyvinylfluorid (PVF), Polytetrafluorethylen (PTFE) sowie Silikonharze zur Anwendung. Die zweite Schicht ist aus Glasfasern, Aramidfasern, Keramikfasern, Siliciumnitridfasern oder Siliciumcarbidfasern gebildet. Die Wirksamkeit der Feuerschutzanzüge kommt hier durch die Kombination beider Schichten zum Tragen, wobei die nichtmetallischen Fasern die flammhemmende Grundwirkung übernehmen.
Besondere Bedeutungen haben mehrschichtige Stoffbahnen zur Bildung von flexiblen Behältern, Zelten, Planen, Membranen, Schutzanzügen, Faltenbälgen und dergleichen. Diese Stoffbahnen weisen wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht in Form einer Gewebeschicht auf, die in Gummi eingebettet ist. Man nennt diese Stoffbahnen daher auch gummiertes Gewebe. Als Kautschukkomponenten kommen bislang insbesondere Nitrilkautschuk (NBR), Polychloropren (CR), Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisat (EPDM), Butylkautschuk (HR) und Chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM) sowie Verschnitte, beispielsweise aus NBR/CR oder EPDM/NBR, zum Einsatz. Zur Verbesserung der Schutzfunktion werden in diese Stoffe zumeist Folienbahnen eingearbeitet, insbesondere auf der Basis des bereits oben genannten PVF sowie von Polyvinylidenfluorid (PVDF). Hinsichtlich des diesbezüglichen Standes der Technik wird insbesondere auf folgende Druckschriften verwiesen: DE 42 32 947 Al, DE 43 08 728 Al, DE 102 08 557 B4, 10 2004 031 337 Al und WO 94/11187 Al.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kalandrierbare Silikonkautschukmischung mit flammhemmenden Eigenschaften zur Herstellung von mehrschichtigen Stoffbahnen, die wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht, insbesondere in Form einer Gewebeschicht, aufweisen, zu verwenden.
In die Silikonkautschukmischung ist dabei wenigstens ein flammhemmender Füllstoff eingemischt. Die Festigkeitsträgerschicht ist dabei ein- oder insbesondere beidseitig mit einer Schicht versehen, die aus dieser flammhemmenden Silikonkautschukmischung besteht.
Der flammhemmende Füllstoff ist vorzugsweise ein anorganisches Material der folgenden Gruppen (A, B, C):
(A) Metallcarbonate: Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat
(B) Metallhydroxide: Calciumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid (C) Glaspulver, Quarzpulver
Auch eine Kombination der oben genannten Materialien der Gruppen (A, B, C), beispielsweise Calciumcarbonat und Magnesiumhydroxid, kann eingesetzt werden. Neben der flammhemmenden Wirkung dieser anorganischen Substanzen zeichnen sich diese durch eine hohe Polarität aus, verbunden mit einer optimalen Wechselwirkung mit den Siliciumatomen des Silikonkautschuks, so dass dieser Füllstoff gleichmäßig in die Polymermatrix einmischbar ist, und zwar bei einem hohen Mengenanteil des Füllstoffes, insbesondere in einem Bereich von 40 bis 140 phr (per hundred rubber). Eine Versuchsreihe hat dabei ergeben, dass bei einem Mengenanteil von 60 bis 120 phr an Füllstoff die besten Ergebnisse erzielt werden, auch unter dem Aspekt der Kalandrierbarkeit. In die Silikonkautschukmischung sind neben dem flammhemmenden Füllstoff vorzugsweise weitere Zusatzstoffe, umfassend wenigstens ein Vernetzungsmittel und einen Hitzestabilisator, beigemischt. Verwendet werden dabei insbesondere peroxidische Vernetzungsmittel, beispielsweise auf der Basis von Diaroylperoxiden (z.B. Dibenzoyl- peroxid) oder von Dialkylperoxiden (z.B. Di-tert.-butylperoxid). Nach der Vulkanisation zeichnet sich die Silikonkautschukmischung bei hoher Flammfestigkeit durch den eingemischten Füllstoff zudem durch eine hohe Elastizität aus.
Weitere Mischungsingredienzien können insbesondere anorganische Pigmente zur Farbgebung der mehrschichtigen Stoffbahn sein. Der Mengenanteil der Zusatzstoffe, umfassend Vernetzungsmittel, Hitzestabilisator, Kalanderhilfsmittel und Pigmente, beträgt vorzugsweise 10 bis 40 phr. Das Kalanderhilfsmittel ist beispielsweise ein PTFE-Pulver in einem Mengenbereich von 0,5 bis 2 phr. Bestehen die Zusatzstoffe lediglich aus dem Vernetzungsmittel und dem Hitzestabilisator, ist ein Mengenanteil von 1 bis 5 phr ausreichend.
Die käuflichen Silikonkautschuke beinhalten zumeist noch pyrogene Kieselsäure, die sich insbesondere in einem Mengenanteil von 30 bis 60 phr bewegt. Dieser aktive Füllstoff, der primär der besseren Verarbeitbarkeit des Silikonkautschuks dient, ist bei den in den Ansprüchen 16, 17, 20 und 21 genannten Mengenanteilen nicht berücksichtigt. Hinsichtlich der Mischungstechnologie von Silikonkautschukmischungen wird ansonsten auf die eingangs genannte Offenlegungsschrift DE 44 22 048 Al verwiesen.
Zwecks Unterstützung der flammhemmenden Eigenschaft der mehrschichtigen Stoffbahn unter Verwendung der neuartigen Silikonkautschukmischung besteht die eingebettete Festigkeitsträgerschicht vorzugsweise aus einem Glasgewebe, Polyestergewebe (PES) oder einem Gewebe auf Basis Aramid, insbesondere wiederum Para-Aramid (p-Aramid) oder Meta-Aramid (m- Aramid). Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung erläutert.
Nach der einzigen Figur umfasst die Stoffbahn 1 insgesamt fünf Schichten. Die mittig angeordnete Festigkeitsträgerschicht 2 ist eingebettet von zwei Schichten 3 und 4, die aus der flammhemmenden Silikonkautschukmischung bestehen und in Bezug auf die gesamte Stoffbahn die Außenschichten bilden. Zwischen der Festigkeitsträgerschicht und den beiden Silikonkautschukschichten ist jeweils eine Haftschicht vorhanden. Auf diese Weise wird ein hochbelastbarer Elastomer-Gewebe- Verbund gebildet. Als Haftmittel, beispielsweise in Form von Haftmischungen, kommen alle Klebesubstanzen in Frage, die für den Verbund von Gewebe und Kautschuk geeignet sind. Hinsichtlich der diesbezüglichen Technologie wird beispielsweise auf die Offenlegungsschrift DE 42 32 947 Al verwiesen.
Die Stoffbahn 1 mit ihren flammhemmenden Eigenschaften bei hoher Elastizität ist insbesondere geeignet für die Bildung von Faltenbälgen, insbesondere wiederum als gelenkiges Bauteil von Bussen, Schienenfahrzeugen und Fluggastbrücken.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
1 mehrschichtige Stoffbahn 2 Festigkeitsträgerschicht, insbesondere Gewebeschicht
3 flammhemmende Silikonkautschukschicht
4 flammhemmende Silikonkautschukschicht
5 Haftschicht
6 Haftschicht

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung einer Silikonkautschukmischung, in die wenigstens ein flammhemmender Füllstoff eingemischt ist, zur Herstellung von mehrschichtigen Stoffbahnen (1), umfassend wenigstens eine eingebettete Festigkeitsträgerschicht (2), die ein- oder beidseitig mit einer Schicht (3, 4) versehen ist, die aus der flamm- hemmenden Silikonkautschukmischung besteht.
2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Festigkeitsträgerschicht (2) beidseitig mit der flammhemmenden Silikonkautschukschicht (3, 4) versehen ist.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stoffbahn (1) eine einzige Festigkeitsträgerschicht (2) aufweist.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen der Festigkeitsträgerschicht (2) und der flammhemmenden Silikonkautschukschicht (3, 4) eine Haftschicht (5, 6) angeordnet ist.
5. Verwendung nach Anspruch 2, 3 und 4, wobei die Stoffbahn (1) fünfschichtig ausgebildet ist, und zwar umfassend eine mittig angeordnete Festigkeitsträgerschicht
(2), eine erste und zweite flammhemmende Silikonkautschukschicht (3, 4) und eine erste und zweite Haftschicht (5, 6).
6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Festigkeitsträgerschicht (2) ein Glasgewebe oder ein Polyestergewebe ist.
7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Festigkeitsträgerschicht (2) ein Gewebe auf Basis Aramid ist.
8. Verwendung nach Anspruch 7, wobei die Festigkeitsträgerschicht (2) ein Gewebe auf Basis Para- Aramid und/oder Meta- Aramid ist.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der flammhemmende Füllstoff ein Metallcarbonat ist (Gruppe A).
10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei der flammhemmende Füllstoff Calciumcarbonat und/oder Magnesiumcarbonat ist.
11. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der flammhemmende Füllstoff ein Metallhydroxid ist (Gruppe B).
12. Verwendung nach Anspruch 11, wobei der flammhemmende Füllstoff Calcium- hydroxid und/oder Magnesiumhydroxid und/oder Aluminiumhydroxid ist.
13. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der flammhemmende Füllstoff Glaspulver und/oder Quarzpulver ist (Gruppe C).
14. Verwendung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der flammhemmende Füllstoff eine Kombination der vorgenannten anorganischen Materialien (Gruppen A, B, C) ist.
15. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der flammhemmende Füllstoff innerhalb der Silikonkautschukmischung gleichmäßig verteilt ist.
16. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Mengenanteil des flammhemmenden Füllstoffes 40 bis 140 phr beträgt.
17. Verwendung nach Anspruch 16, wobei der Mengenanteil des flammhemmenden Füllstoffes 60 bis 120 phr beträgt.
18. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei neben dem flammhemmden Füllstoff weitere Zusatzstoffe, umfassend wenigstens ein Vernetzungsmittel und einen Hitzestabilisator, insbesondere in Verbindung mit einem Kalanderhilfsmittel, in die Silikonkautschukmischung eingemischt sind.
19. Verwendung nach Anspruch 18, wobei ein peroxidisches Vernetzungsmittel in die Silikonkautschukmischung eingemischt ist.
20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Mengenanteil der Zusatzstoffe 1 bis 40 phr beträgt.
21. Verwendung nach Anspruch 20, wobei der Mengenanteil der Zusatzstoffe 10 bis 40 phr beträgt.
22. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei aus der mehrschichtigen Stoffbahn (1) ein Faltenbalg gebildet wird.
23. Verwendung nach Anspruch 22, wobei der Faltenbalg als Gelenkteil für Busse, Schienenfahrzeuge und Fluggastbrücken dient.
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