Anwendungen von Kunststoff-Folien bei Gummischläuchen

Kunststoff-Folien finden bei zwei Typen von Gummischläuchen Verwendung: Als Innenbekleidungsmaterial bei Transportschläuchen von Chemikalien und Lebensmitteln sowie als Außenbekleidung von Hochdruck- und Hydraulik-Schläuchen.

Schläuche mit Kunststoff-Folien als Innenbekleidungsmaterial werden auf einem Stahldorn hergestellt. Die Kunststoff-Bekleidung steht in direktem Kontakt mit den im Schlauch transportierten Medien und verbessert dessen Eigenschaften, da der Kunststoff äußerst chemikalienresistent ist, einen hohen Barrierenschutz bietet und zum direkten Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen ist. Folglich ist die Verwendung von Kunstoffen als Innenbekleidungsmaterial weit verbreitet.

Schläuche mit einer Kunststoff-Innenbekleidung für die Beförderung von Chemikalien sind schon seit etwa 20 bis 30 Jahren bekannt. Sie wurden entwickelt, weil ihre Chemikalienresistenz bedeutend höher war als die von synthetischem StandardKautschuk. Die erste Kunststoff-Generation basierte auf extrudiertem Hoch- als auch Niederdruck-Polyethylen, war aber begrenzt in der maximalen Einsatztemperatur.

Bessere Temperaturresistenz wurde erreicht durch das Einmischen von Peroxiden in den Kunststoff. Die Peroxide vernetzten das PE während der Vulkanisation und erhöhten so die maximale Einsatztemperatur des Schlauches. Immer noch deutliche Nachteile von diesen sogenannten PE-X Bekleidungsmaterialen waren die fehlende Homogenität der Vernetzung, eine kürzere Lebensdauer sowie ungenügende Flexibilität, da das Bekleidungsmaterial in zwei bis dreiLagen von je 0.40 bis 0.5 mm Schichtdicke aufgebracht werden musste. Seit Anfang der 90-er Jahren hat UPE (ultra-hoch molekulares Polyethylen, auch UHMwPE genannt) zu einer Revolution im Markt geführt, da es dünnere (2 x 0.20 mm), sehr konsistente und flexiblere Lösungen erlaubt.

Der gegenwärtige Markttrend geht weiter in Richtung einer erhöhten Flexibilität bei zumindest gleichbleibender Chemikalienresistenz. Die CPS GmbH hat dazu speziell die sogenannte UF-Serie entwickelt – eine hochflexible Kunststoff-Bekleidungsfolie, die gerade mit viel Erfolg im Markt eingeführt wird.

Die Außenbekleidung von Hydraulik- oder Hochdruck-Schläuchen gewinnt mit zunehmender Länge an Wichtigkeit. Hydraulische Schläuche (beispielsweise bei sehr kompakten Baggern) und Hochdruckschläuche (z.B. für Waldbearbeitungsmaschinen sowie im Bergbau) sind einem hohen Abrieb ausgesetzt, was zu einem frühzeitiger Ermüdung bzw. Platzen der Schläuche führen kann.

Ein Schlauchersatz (mit der entsprechenden Maschine für oft mehr als einen Tag außer Betrieb) ist so kostenintensiv, dass der Einsatz von Aussenbekleidungen als kostengünstige Alternative zur Lebenszeitverlängerung von Schläuchen betrachtet wird. UPE (UHMwPE) ist ideal, um Gummischlauchbedeckungen abriebfester zu machen und den Reibungskoeffizienten zwischen den Schläuchen untereinander sowie zwischen Schlauch und Stahl stark zu reduzieren.

UPE wird entweder wie die Hülle einer Zigarette mit einer Überlappungsnaht aufgetragen oder in Spiralform aufgewickelt. Frühere Lösungen wie das Aufbringen von Polyamidstrümpfen oder auf extrudiertes thermoplastisches Polyurethan waren entweder zu arbeitsintensiv (da die Strümpfe vor der Verbindung der Schlauchstücke aufgebracht werden mussten) oder sehr teuer (aufgrund des Einsatzes von TPU in 2 bis 3 mm Schichtdicke). Schläuche mit UPE-Deckschicht stellen aus diesem Grund zurzeit die Standardlösung für Schlauchanwendungen dar, bei denen höchster Abriebschutz gefragt ist.

Die Produktmatrix


Kompetenzen von CPS GmbH bei Kunststoff-Bekleidungen von Gummischläuchen

Die dominierende Marktposition der CPS GmbH als Lieferant von KunststoffInnenbekleidungsfolien für Chemikalien- und Lebensmittelschläuche sowie von Außenbekleidungen für Hydraulik- und Hochdruckschläuche basiert auf engen Kundenbeziehungen, einem tiefen Marktverständnis und auf einer breiten Palette von kundenspezifischen Formulierungen, die für Spezialanwendungen optimiert wurden. Auch beruht der Erfolg auf einem breitem Erfahrungsschatz und umfassenden eigenen Aktivitäten von der Entwicklung über die Produktion bis zum Verkauf.

Weil sich die CPS GmbH primär auf die Bedürfnisse der Schlauchindustrie fokussiert und bestrebt ist, proaktiv neue, praktische und kostengünstige Totallösungen zu entwickeln, ist sie viel mehr als eine reine Verkaufsorganisation, die im Hause gefertigte Folien vertreibt. Auch durch unsere besonders breitere Produktpalette unterscheiden wir uns sehr deutlich von unseren Mitbewerbern.

Die Bekleidungsmaterialien in unserem Lieferprogramm sind ausschließlich Folien, die  eine einzigartige Kombination von Eigenschaften aufweisen und deshalb unter dem Markennahmen UniC film (sprich „unique film‘ wie auf Englisch) angeboten werden. Für spezifische Anwendungen wurden spezielle Rezepturen („Serien“) entwickelt.

Innen-Bekleidungsfolien der CPS GmbH

Die meisten Bekleidungsmaterialen in unserem Programm sind Rezepturen auf der Basis von ultra-hochmolekularem Polyethylen (UHMwPE oder UPE) sowie von hochmolekularem Polyethylen (HMwPE). Die neuesten Rezepturen basieren auf speziellen eigens entwickelten polyolefinischen Matrizen. Eine gute elektrische (Durchgangs-)Leitfähigkeit der Bekleidungsmaterialien ist sehr wichtig, um Explosionen in Chemieanlagen aufgrund von statischen Entladungen zu vermeiden. Aus diesem Grund verfügen unsere Folien über die beste Leitfähigkeit von allen im Markt bekannten Bekleidungsfolien.

Der überwiegende Anteil unserer Produkte ist außerdem hoch-abriebfest und so sauber, dass er direkten Kontakt mit Lebensmitteln (sowohl auf Milch- und Fettbasis als auch auf Alkoholbasis) erlaubt. Die UF-Serie (ultra-flexibel) ist unsere neueste Entwicklung, um bei minimalen Kompromissen bezüglich Chemikalienresistenz erheblich flexiblere Schläuche anbieten zu können.

Die Innen-Bekleidungsfolien der CPS GmbH benötigen keine Klebstoffe oder separate Klebefolien, um zu haften. Während der Vulkanisation des Schlauches in einem Dampfautoklaf (bei typischerweise einer Stunde Verweilzeit und etwa 150°C) verbinden sich unsere Folien mit der darüber liegenden Gummischicht sowie an Überlappungsstellen mit sich selbst und bilden somit ein kontinuierliches ‚Schutzrohr‘. Dieses bietet den inneren Gummischichten sowie Schlauchverstärkungen Schutz gegen einen chemischen Angriff und Diffusion der transportierten Flüssigkeiten, Granulate oder Pulver. Unsere Folien sind in der Regel 100-400 µm stark und 30-350 mm breit. Eine typische Rolle enthält 400 Laufmeter, kann aber je nach Wunsch 100 bis 2.000 Laufmeter enthalten.

Lebensmittelkontakt

Unsere Folien werden oft eingesetzt in Schläuchen, die benutzt werden, um eine breite Palette von Lebensmitteln zu transportieren.

Im Jahr 1993 hat BAM Berlin unsere Folien auf KTW-Vorgaben getestet und freigegeben. Seit einigen Jahren ist allerdings die Zertifizierung eines kompletten Schlauches  vorgeschrieben. Deshalb hat die CPS GmbH ihre Folien nicht neu zertifiziert; wir unterstützen aber unsere Kunden bei der Zertifizierung von Schläuchen.

Mechanische Eigenschaften

Zusatzstoffe erhöhen zwar die Funktionalität einer Schlauchoberfläche, jedoch ist der Preis, der dabei bezahlt werden muss, ein Verlust von mechanischen Eigenschaften wie Reißdehnung und Bruchspannung. Die CPS GmbH hat kürzlich ihre Produktpalette gänzlich überarbeitet und eine Reihe von neuen Rezepturen entwickelt, die den Verlust der erwähnten mechanischen Eigenschaften minimieren.

UHMwPE Bekleidungsmaterialen von CPS GmbH für Schlauch-Aussenbeschichtungen

Die Stabilisierung von UHMwPE-Folien, die für Schlauch-Außenbeschichtungen verarbeitet werden, ist sehr wichtig, um die UV-Beständigkeit zu erhöhen und die Resistenz gegen Ermüdung wesentlich zu verbessern. Deshalb sind alle Außenbeschichtungs-Folien der CPS GmbH stabilisiert. Dadurch weisen unsere Folien eine bis zu fünf mal längere Lebenszeit ohne Rissbildung an der Deckenoberfläche im Vergleich zu nicht-stabilisierten UHMwPE-Mitbewerberfolien auf. Gute elektrische (Durchgangs-)Leitfähigkeit der Bekleidungsmaterialien ist sehr wichtig, um Explosionen infolge einer statischen Entladung beispielsweise im Bergbau zu vermeiden.

Aus diesem Grund liefert die CPS GmbH Folien mit der höchsten und konstantesten Leitfähigkeit am Markt. Unsere neueste Entwicklungen gehen in Richtung hochflexibler UHMwPE- Rezepturen (FF- und FFC-Serie), die einen stark erhöhten Zugwiderstand zeigen. Die Folien der CPS GmbH sind typischerweise 100-400 µm stark und 30-350 mm breit. Eine typische Rolle enthält 400 Laufmeter, kann aber je nach Wunsch 100 bis 2.000 Laufmeter enthalten.

Zugreißwiderstand und Folien-Widerstand gegen scharfe Gegenstände

Wenn unsere thermoplastischen UniC-Folien als Deckschicht von Gummischläuchen eingesetzt werden, stellen sie immer die steifste Komponente des Schlauchsystems dar und dehnen sich bei Biegungen plastisch statt elastisch. Wenn scharfe Gegenstände in solchen Fällen mit der Außenschicht in Berührung kommen, kann die Kunststoffschicht beschädigt werden oder an der Belastungsstelle reißen. Dies führt zu sehr hohen Spannungskonzentrationen, und folglich ist das Risiko eines Durchreißens der Schlauchkonstruktion bis auf die Verstärkungsfaser recht groß.

Dieses Phänomen kann die Lebensdauer eines Schlauchs mit einer UHMwPEAußenschutzschicht stark reduzieren. Um diesem Effekt vorzubeugen, hat die CPS GmbH eine speziell flexible und hochreißfeste Formulierungen mit den Bezeichnungen FF- und FFC-Serie (flexibilisierte F- bzw. FC-Serie) entwickelt. Diese Rezepturen haben einen signifikant höheren Zugreißwiderstand, ein reduziertes E-Modul sowie eine höhere Bruchspannung.

Mit nur geringen Kompromissen bezüglich Abriebfestigkeit (ermittelt mittels Sand Slurry Test) wurden enorme Verbesserungen bezüglich Flexibilität und Zugreißwiderstand mit den neuen Folien erzielt. Aufgrund dessen sind wir überzeugt, dass die FF- und die FFCSerie UniC-Folien den zuküftigen Standard bei Außenbeschichtungen von Gummischläuchen setzen werden.

Verschleißfeste Folienstreifen aus UHMwPE für Fensterabdichtungen von
Fahrzeugen

Streifen aus UHMwPE werden im Glas-Führungskanal von Gummi-Fensterabdichtungen bei Fahrzeugen eingesetzt, wo die Glasscheibe in abrasivem Kontakt mit der Dichtung steht. Die Funktion dieser Streifen sind eine starke Reduktion des Reibungskoeffizienten sowie eine starke Erhöhung von Abriebfestigkeit und Lebenszeit solch einer Fensterdichtung. Eine inhärente Eigenschaft des UHMwPE ist die enorm hohe Schmelzviskosität. Selbst weit über der Schmelztemperatur (von etwa 138-141°C) fließt UHMwPE nicht.

Diese einzigartige Eigenschaft lässt eine sehr hohe Verarbeitungstemperatur zu, wenn z.B. Eckteile einer Fensterabdichtung (während bis zu zwei Minuten bei einer Temperaturbelastung von bis zu 200°C) gegossen werden. Alternativmaterialien wie zum Beispiel Polypropylen fließen bei solchen Bedingungen so stark, dass eine Abdichtung  aufgrund der Welligkeit der PP-Streifen nicht mehr gegeben ist. Folglich sind die Systemkosten von UHMwPE-Streifen (obwohl pro Laufmeter bedeutend teurer als PP) erheblich günstiger. Die Abfallmengen sind zudem weitaus niedriger im Vergleich zu PP und einer Beflockung.

Verschleißfeste UHMwPE-Folienstreifen werden in aller Regel in der Dimension 0,50 mm x 8 mm auf kreuzgewickelten Spulen, die bis zu 12.000 Laufmeter enthalten, geliefert.

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