WO2019011902A1 - Verfahren zur herstellung eines presspolsters - Google Patents

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    • D03D15/47—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the structure of the yarns or threads multicomponent, e.g. blended yarns or threads

Definitions

  • the invention relates to two processes for producing a press pad, wherein either a high temperature resistant elastomer matrix with an additive to increase the thermal conductivity of a thread, a fabric with warp and / or weft threads from the thread and the press pad made of the fabric or the high temperature resistant elastomer matrix the aggregate is doctored onto a fabric with warp and / or weft threads and then crosslinked.
  • press pads are used as pressure compensation fabric in hydraulic
  • Pressing plants used in the coating of wood-based panels such as plywood, particleboard, MDF or HDF boards
  • the coating is carried out mainly in one-day presses with fast closing speed and short pressing times (so-called short-cycle presses) at temperatures of 200 to 230 ° C and pressing pressures of 40 to 60 kg / cm 2 .
  • the coating releases water and formaldehyde vapor.
  • elastomer matrix only high temperature resistant materials such as silicone, fluorosilicone and fluorinated rubber and their blends and copolymers are used.
  • EP 1 136 248 A1 and EP 1 300 235 A1 propose a metal powder, specifically copper, aluminum or aluminum bronze, or also carbon (in particular graphite) or ferrosilicon powder
  • thermally conductive additive into the elastomer matrix before crosslinking. Due to the high viscosity of the elastomer matrix of the known press pad powdery aggregates are difficult - especially by kneading - incorporated, in the final product, the aggregates are distributed unevenly. In addition, the Shore hardness of the elastomer matrix increases enormously, which deteriorates the resilience of the press pad and in use the
  • the invention has for its object to distribute the aggregate in the press pad evenly.
  • the additive is dispersed in an organically modified siloxane and incorporated into the elastomer matrix with the organically modified siloxane.
  • the thread preferably has a stabilizing core thread. This increases the tensile strength of the thread. More preferably, the core thread is made of a metal. Thus, in addition, the heat conduction of the press pad is improved.
  • the use of metallic core threads is known, for example, from EP 1 136 248 A1.
  • the materials mentioned are resistant to high temperatures.
  • Their use as an elastomer matrix is known, for example, from EP 1 136 248 A1.
  • the organically modified siloxane has a comb or block structure modified with respect to a polydimethylsiloxane, methyl groups being further preferably substituted by acrylate, epoxide, phenyl, hydroxyl, amino, carboxyl or alkyl groups.
  • organically modified siloxanes are i.a. Known from Lehmann K. et al., Heat Transfer and flame retardant properties of silicone elastomers, International Polymer Science and Technology 1/2017, Smithers Rapra, Akron / OH, USA 2017.
  • Organically modified polysiloxanes with a comb or block structure can be significantly better with especially heat-conductive additives
  • Organically modified siloxanes having a comb or block-like structure may vary depending on the field of application and the purpose for which the organic substituent groups are responsible for the desired properties. It is advantageous to choose organically modified polydimethylsiloxanes which have good dispersing properties so that the thermally conductive pigments can be uniformly distributed.
  • the incorporated fraction is between 10 and 95% by weight of the fabric or a proportion of the fabric
  • the additive has a specific thermal conductivity of at least 1 W / mK.
  • a high-temperature-resistant elastomer matrix with a thermal conductivity of less than 0.2 W / mK meaningful results can be achieved with such additives.
  • the additive preferably consists of silicon oxide, aluminum oxide, calcium carbonate, hexagonal boron nitride, one of the carbon modifications graphite, carbon black or carbon fibers, pure metal powder such as copper, silver or aluminum or nanoscale material, in particular mono- or multi-walled carbon nanotubes.
  • Nanoparticles For example, a thermal conductivity of more than 3000 W / mK was measured at room temperature for a single multi-walled carbon nanotube and for an isolated single-walled carbon nanotube
  • Thermal conductivity at room temperature of more than 0.6 W / mK are determined and at a share of 7.5 wt .-% MWKN even a value of about 0.8 W / mK, wherein the unmodified elastomer matrix has a thermal conductivity of 0.24 W / mK. mK showed.
  • the additive is preferably in particular with silanes or silane-based compounds
  • Silanes are bifunctional compounds consisting of stable organofunctional and hydrolyzable reactive end groups.
  • the hydrolyzable group combines with the
  • the threads of the press pad are equipped with different elastomer mixtures and additives.
  • a press pad according to the invention has zones of different thermal conductivity.
  • the press pad according to the invention can thus be adapted individually to the parameters of the press plant, in particular to an uneven temperature distribution in the press plant and to the needs of the working process.
  • a first elastomer mixture consists of 45 wt .-% silicone elastomer HTV with vinyl groups uncrosslinked with the hardener component di- (2,4-dichlorobenzoyl) peroxide and 55 wt .-% Organically modified siloxane type Tegosil HT 2100 with filler AI203
  • a second elastomer mixture consists of 50 wt .-% silicone elastomer HTV with 5 wt .-% fluorosilicone elastomer uncrosslinked with hardener component di- (2,4-dichlorobenzoyl) peroxide and 50 wt .-% organically modified polysiloxane with arranged along the chain organic polymers on Acrylate base, incorporated therein 30 wt .-% hBN and 5 wt .-% MWKN.
  • the first elastomer mixture After annealing at about 200 ° C, the first elastomer mixture has a
  • Thermal conductivity of 0.4 W / mK and a Shore hardness of 55 and the second elastomer mixture has a thermal conductivity of 0.75 W / mK and a hardness of 60 on.
  • the two elastomer blends have a significantly increased thermal conductivity compared to silicone elastomer HTV without modification (0.24 W / mK, Shore hardness 68), while the Shore hardness showed a reduced value, which of course is advantageous for the recovery properties of the press pads.

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Abstract

Offenbart sind zwei Verfahren zur Herstellung eines Presspolsters, wobei entweder aus einer hochtemperaturbeständigen Elastomermatrix mit einem Zuschlagstoff zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit ein Faden, ein Gewebe mit Kett- und/oder Schussfäden aus dem Faden und das Presspolster aus dem Gewebe hergestellt oder die hochtemperaturbeständige Elastomermatrix mit dem Zuschlagstoff auf ein Gewebe mit Kett- und/oder Schussfäden aufgerakelt und anschließend vernetzt wird. Um den Zuschlagstoff in dem Presspolster gleichmäßig zu verteilen wird vorgeschlagen, dass der Zuschlagstoff in einem organisch modifizierten Siloxan dispergiert und mit dem organisch modifizierten Siloxan in die Elastomermatrix eingearbeitet wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Presspolsters
Die Erfindung betrifft zwei Verfahren zur Herstellung eines Presspolsters, wobei entweder aus einer hochtemperaturbeständigen Elastomermatrix mit einem Zuschlagstoff zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit ein Faden, ein Gewebe mit Kett- und/oder Schussfäden aus dem Faden und das Presspolster aus dem Gewebe hergestellt oder die hochtemperaturbeständige Elastomermatrix mit dem Zuschlagstoff auf ein Gewebe mit Kett- und/oder Schussfäden aufgerakelt und anschließend vernetzt wird.
Solche Presspolster werden als Druckausgleichsgewebe in hydraulischen
Pressenanlagen bei der Beschichtung von Holzwerkstoffplatten (wie Sperrholz-, Span-, MDF- oder HDF-Platten) mit kunstharzimprägnierten Papierbahnen eingesetzt. Die Beschichtung wird hauptsächlich in Einetagenpressen mit schneller Schließgeschwindigkeit und kurzen Presszeiten (sog. Kurztaktpressen) bei Temperaturen von 200 bis 230 °C und Pressdrücken von 40 bis 60 kg/cm2 durchgeführt. Bei der Beschichtung werden Wasser- und Formaldehyddampf frei. Als Elastomermatrix kommen nur hochtemperaturbeständige Werkstoffe wie Silikon-, Fluorsilikon- und Fluorkautschuk sowie deren Blends und Copolymere zum Einsatz.
Zur Herstellung solcher Presspolster schlagen EP 1 136 248 A1 und EP 1 300 235 A1 vor, ein Metallpulver, konkret Kupfer, Aluminium oder Aluminiumbronze oder auch Kohlenstoff- (insbesondere Graphit) oder Ferrosilizium-Pulver als
wärmeleitenden Zuschlagstoff vor dem Vernetzen in die Elastomermatrix einzuarbeiten. Aufgrund der hohen Viskosität der Elastomermatrix der bekannten Presspolster lassen sich pulverförmige Zuschlagstoffe nur schwer - insbesondere durch Kneten - einarbeiten, im Endprodukt sind die Zuschlagstoffe ungleichmäßig verteilt. Außerdem steigt die Shore-Härte der Elastomermatrix enorm an, was die Rückstellfähigkeit des Presspolsters verschlechtert und im Gebrauch die
Versprödung der Elastomermatrix begünstigt. Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Zuschlagstoff in dem Presspolster gleichmäßig zu verteilen.
Lösung
Ausgehend von den bekannten Verfahren wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass der Zuschlagstoff in einem organisch modifizierten Siloxan dispergiert und mit dem organisch modifizierten Siloxan in die Elastomermatrix eingearbeitet wird.
Vorzugsweise weist in einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren der Faden einen stabilisierenden Seelenfaden auf. So wird die Zugfestigkeit des Fadens erhöht. Weiter vorzugsweise besteht der Seelenfaden aus einem Metall. So wird zusätzlich die Wärmeleitung des Presspolsters verbessert. Die Verwendung von metallischen Seelenfäden ist beispielsweise aus EP 1 136 248 A1 bekannt.
Vorzugsweise besteht in einem erfindungsgemäßen Verfahren die
Elastomermatrix aus einem Silikonkautschuk, einem Fluorsilikonkautschuk, einem Fluorkautschuk oder einem Copolymer, bestehend aus Silikonkautschuk und Fluorsilikonkautschuk. Die genannten Werkstoffe sind hochtemperaturbeständig. Ihre Verwendung als Elastomermatrix ist beispielsweise aus EP 1 136 248 A1 bekannt.
Vorzugsweise weist in einem erfindungsgemäßen Verfahren das organisch modifizierte Siloxan eine gegenüber einem Polydimethylsiloxan modifizierte Kamm- oder Blockstruktur auf, wobei weiter Methylgruppen vorzugsweise durch Acrylat-, Epoxid-, Phenyl-, Hydroxyl-, Amino-, Carboxyl- oder Alkylgruppen substituiert sind. Solche organisch modifizierten Siloxane sind u.a. bekannt aus Lehmann K. et ai, Heat transfer and flame retardant properties of silicone elastomers, International Polymer Science and Technology 1/2017, Smithers Rapra, Akron/OH, USA 2017.
Organisch modifizierte Polysiloxane mit Kamm- oder Blockstruktur lassen sich wesentlich besser mit insbesondere wärmeleitfähigen Zuschlagstoffen
dispergieren, als die bekannten Werkstoffe der Elastomermatrix. Die Auswahl der organisch modifizierten Siloxane mit kämm- oder blockartiger Struktur kann je Anwendungsgebiet und Einsatzzweck unterschiedlich sein, wobei die organischen Substituentengruppen für die gewünschten Eigenschaften verantwortlich sind. Vorteilhaft ist es, organisch modifizierte Polydimethylsiloxane zu wählen, die gute dispergierende Eigenschaften aufweisen, damit die wärmeleitfähigen Pigmente gleichmäßig verteilt werden können.
Vorzugsweise beträgt in einem erfindungsgemäßen Verfahren der eingearbeitete Anteil zwischen 10 und 95 Gew.-% des Gewebes bzw. ein Anteil des
Zuschlagstoffs zwischen 10 und 95 Gew.-% des eingearbeiteten Anteils. Mit solchen Anteilen lassen sich je nach Anwendungsfall sinnvolle Ergebnisse erzielen.
Vorzugsweise weist in einem erfindungsgemäßen Verfahren der Zuschlagstoff eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/mK auf. In einer hochtemperaturbeständigen Elastomermatrix mit einer Wärmeleitfähigkeit von unter 0,2 W/mK lassen sich mit solchen Zuschlagstoffen sinnvolle Ergebnisse erzielen.
Vorzugsweise besteht in einem erfindungsgemäßen Verfahren der Zuschlagstoff aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Calziumkarbonat, hexagonalem Bornitrid, einer der Kohlenstoffmodifikationen Graphit, Ruß oder Kohlefasern, reinem Metallpulver wie Kupfer, Silber oder Aluminium oder aus nanoskaligem Material, insbesondere ein- oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen.
Bei den Mineralfüllstoffen wurden unterschiedliche Wärmeleitfähigkeitswerte beobachtet, so fand man bei den mineralischen Füllstoffen wie Si02, Al203, CaC03, Werte von 4 bis 30 W/mK. Hexagonales Bornitrid (hBN) zeigt ebenfalls wie die Kohlenstoffmodifikationen Graphit, Ruß und Kohlefasern sehr hohe Wärmeleitfähigkeitswerte. Die Verteilung reiner Metallpulver wie Kupfer, Silber, Aluminium in den organisch modifizierten Polysiloxanen ist sehr unterschiedlich und eine hohe Konzentration nicht von Vorteil ist, da sich die
Rückstelleigenschaften der Elastomerfäden verschlechtern. Außerdem können bestimmte Metalle, speziell mit Peroxiden als Vernetzer, chemisch miteinander reagieren. Dies führt bei der späteren Verarbeitung in dem Extruder zu
exothermen Reaktionen und vorzeitiger Vernetzung, dabei können
Transportschnecke und Düsen beschädigt werden.
Experimentelle Untersuchungen an ein- oder mehrwandigen Kohlenstoff- Nanoröhrchen weisen auf enorm hohe Wärmeleitfähigskeitswerte dieser
Nanoteilchen hin. So wurde an einer einzelnen mehrwandigen Kohlenstoff- Nanoröhre bei Raumtemperatur eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 3000 W/mK gemessen und für eine isolierte einwandige Kohlenstoff-Nanoröhre ein
theoretischer Wert von 6600 W/mK berechnet. Daraus ergibt sich, dass geringe Zusätze der Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einem Polymer, die Wärmeleitfähigkeit des gesamten Elastomerverbunds erheblich anheben kann. So konnten in einer Elastomermatrix mit einem Anteil von 50 Gew.-% eines organisch modifizierten Polydimethylsiloxans mit dispergiertem Zuschlagstoff von 30 Gew.-% BN und 5 Gew.-% mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen (MWKN), eine
Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur von über 0,6 W/mK festgestellt werden und bei einem Anteil von 7,5 Gew.-% MWKN sogar ein Wert von über 0,8 W/mK, wobei die unmodifizierte Elastomermatrix eine Wärmeleitfähigkeit von 0,24 W/mK aufwies.
Vorzugsweise ist in einem erfindungsgemäßen Verfahren der Zuschlagstoff insbesondere mit Silanen oder silanbasierten Verbindungen
oberflächenbehandelt. So wird die Wärmeleitfähigkeit der Elastomerwerkstoffe optimal ausgeschöpft.
Am Markt sind verschiedenen Zuschlagstoffe verfügbar, deren
Oberflächenbehandlung mit Silanen oder silanbasierenden Verbindungen vorgenommen werden, um eine optimale Kompatibilität an der Grenzfläche der Polymermatrix und dem Füllstoff zu gewährleisten. Silane sind bifunktionelle Verbindungen, die aus stabilen organofunktionellen und hydrolisierbaren reaktiven Endgruppen bestehen. Die hydrolisierbare Gruppe verbindet sich mit der
Füllstoffoberfläche, während die organofunktionellen Gruppen mit dem Polymer harmonisieren. Es hat sich auch gezeigt, dass beschichtete Füllstoffe leichter in ein Polyorganosiloxan eingearbeitet werden können als unbeschichtete.
Vorzugsweise werden in einem erfindungsgemäßen Verfahren die Fäden des Presspolsters mit unterschiedlichen Elastomermischungen und Zuschlagstoffen ausgerüstet. Ein solches erfindungsgemäßes Presspolster weist Zonen unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit auf. Das erfindungsgemäße Presspolster kann so individuell an die Parameter der Pressenanlage, insbesondere an eine ungleiche Temperaturverteilung in der Pressenanlage und an die Bedürfnisse des Arbeitsprozess angepasst werden.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Eine erste Elastomermischung besteht aus 45 Gew.-% Silikonelastomer HTV mit Vinylgruppen unvernetzt mit der Härterkomponente Di-(2,4-dichlorbenzoyl)peroxid und 55 Gew.-% Organisch modifiziertes Siloxan Type Tegosil HT 2100 mit Füllstoff AI203
Eine zweite Elastomermischung besteht aus 50 Gew.-% Silikonelastomer HTV mit 5 Gew.-% Fluorsilikonelastomer unvernetzt mit Härterkomponente Di-(2,4- dichlorbenzoyl-)peroxid und 50 Gew.-% organisch modifiziertes Polysiloxan mit entlang der Kette angeordneten organischen Polymeren auf Acrylatbasis, darin eindispergiert 30 Gew.-% hBN und 5 Gew.-% MWKN.
Nach Temperung bei ca. 200 °C weist die erste Elastomermischung eine
Wärmeleitfähigkeit von 0,4 W/mK und eine Shore-Härte von 55 und die zweite Elastomermischung eine Wärmeleitfähigkeit von 0,75 W/mK und eine Härte von 60 auf. Die beiden Elastomermischungen weisen gegenüber Silikconelastomer HTV ohne Modifizierung (0,24 W/mK, Shore-Härte 68) eine deutlich gesteigerte Wärmeleitfähigkeit auf, während die Shore-Härte einen reduzierten Wert zeigte, der natürlich für die Rückstelleigenschaften der Presspolster von Vorteil ist.
Aus den Elastomermatrizen wurde jeweils ein Faden, dann ein Gewebe mit Kett- und Schussfäden aus dem Faden und schließlich ein Presspolster aus dem Gewebe hergestellt. Messungen an den Presspolstern haben gezeigt, dass die Wärmeleitfähigkeit sich verdoppelt bzw. verdreifacht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Presspolsters, wobei aus einer
hochtemperaturbeständigen Elastomermatrix mit einem Zuschlagstoff zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit ein Faden, ein Gewebe mit Kett- und/oder Schussfäden aus dem Faden und das Presspolster aus dem Gewebe hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff in einem organisch modifizierten Siloxan dispergiert und mit dem organisch modifizierten Siloxan in die Elastomermatrix eingearbeitet wird.
2. Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden einen stabilisierenden Seelenfaden aufweist.
3. Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Seelenfaden aus einem Metall besteht.
4. Verfahren zum Herstellen eines Presspolsters, wobei eine
hochtemperaturbeständige Elastomermatrix mit einen Zuschlagstoff zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit auf ein Gewebe mit Kett- und/oder Schussfäden aufgerakelt und anschließend vernetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff in einem organisch modifizierten Siloxan dispergiert und mit dem organisch modifizierten Siloxan in die Elastomermatrix eingearbeitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Elastomermatrix aus einem Silikonkautschuk, einem Fluorsilikonkautschuk, einem Fluorkautschuk oder einem Copolymer, bestehend aus Silikonkautschuk und Fluorsilikonkautschuk besteht.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das organisch modifizierte Siloxan eine gegenüber einem Polydimethylsiloxan modifizierte Kamm- oder Blockstruktur aufweist, wobei Methylgruppen vorzugsweise durch Acrylat-, Epoxid-, Phenyl-, Hydroxyl-, Amino-, Carboxyl- oder Alkylgruppen substituiert sind.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eingearbeitete Anteil zwischen 10 und 95 Gew.-% des Gewebes und/oder ein Anteil des Zuschlagstoffs zwischen 10 und
95 Gew.-% des eingearbeiteten Anteils beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1 W/mK aufweist.
9. Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Calziumkarbonat, hexagonalem Bornitrid, einer der Kohlenstoffmodifikationen Graphit, Ruß oder Kohlefasern, reinem Metallpulver wie Kupfer, Silber oder Aluminium oder aus nanoskaligem Material, insbesondere ein- oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen besteht.
10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff insbesondere mit Silanen oder silanbasierten Verbindungen oberflächenbehandelt ist.
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