СМЕСЬ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ ДЕТАЛИ
MATERIALS MIXTURE FOR SEALING PART

Настоящее изобретение относится к смеси материалов для уплотнительного профиля, в частности, для оконных уплотнительных профилей и дверных уплотнительных профилей, а также к способам получения уплотнительных профилей и к строительным элементам, в частности, к оконным элементам или для дверных элементов, которые содержат уплотнительный профиль.
Материалы, используемые в предшествующем уровне техники для уплотнительных профилей, в основном представляют собой эластомерные материалы; в качестве примера, эластомерные уплотнительные профили вытягиваются в оконные профили из поливинилхлорида (PVC) и могут быть склеены. Недостатком является то, что клеевое соединение требует дополнительной операции и, таким образом, связано с более высокими затратами. Если скошенные уплотнительные профили не склеены, то с течением времени происходит образование разрыва, в который может проникать дождевая вода, потому что уплотнительные профили сокращаются в течение срока их использования. Сварка эластомерных уплотнительных профилей оказывается невозможной, потому что сшивание предотвращает их размягчение (плавление). Чтобы избежать этой проблемы, до настоящего времени использовали термопластичные уплотнения (ТРЕ), которые могут быть приварены друг к другу за одну операцию с оконным профилем из ПВХ. Однако термопластичные уплотнения имеют характерные недостатки в отношении стоимости, технологичности, срока службы и т.д. Таким образом, давно существует потребность в уплотнитель ном профиле, изготовленном из материала или смеси материалов, который может быть описан и обработан как эластомер и имеет эластомерные свойства, сохраняя при этом свариваемость.
В патентной заявке DE 102013209608 раскрыт уплотнительный профиль, изготовленный из смеси материалов, который сшивают, используя серу и ускоритель/донор серы. Хотя этот уплотнительный профиль проявляет эластомерные свойства, и его можно также сваривать, эластомерные свойства этого уплотнительного профиля проявляют недостатки в отношении таких показателей, как остаточное сжатие, сопротивление перевулканизации и старение.
Остаточное сжатие (CS) представляет собой меру поведения эластомеров при долговременном воздействии постоянного сжатия с последующим снятием давления. Значение CS, составляющее 100%, представляет собой полную деформацию изделия. Если значение CS является избыточным, резко уменьшается производимое давление и, следовательно, уплотнительное действие, и, таким образом, возникает утечка.
Термин «перевулканизация» означает уменьшение степени сшивания и показателей механических свойств вулканизатов (таких как, например, прочность при растяжении, сопротивление разрыву, упругость), когда вулканизация продолжается не в оптимальных условиях. Повышенное сопротивление перевулканизации обеспечивает возможность применения повышенной температуры вулканизации без ухудшения свойств вулканизации, например, модуля.
Старение материала представляет собой другую причину протечек в уплотнительных профилях.
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить уплотнительный профиль, изготовленный из смеси материалов, а также способ получения строительного элемента с применением уплотнительного профиля, где эластомерные свойства уплотнительного профиля улучшаются, и при этом не ухудшается свариваемость уплотнительного профиля.
Указанную задачу решает уплотнительный профиль по п. 1 формулы изобретения, а также способ получения строительного элемента по п. 9 формулы изобретения. Другие преимущества и отличительные признаки являются очевидными из зависимых пунктов формулы изобретения и из описания. Смесь материалов для уплотнительных профилей согласно настоящему изобретению, в частности, для оконных уплотнительных профилей и дверных уплотнительных профилей, имеет следующий состав:
• эластомер составляет приблизительно от 5 до 60 об. %, предпочтительно от 10 до 50 об. %,
• сополимер составляет приблизительно от 8 до 50 об. %, предпочтительно от 15 до 40 об. %,
• наполнитель составляет приблизительно от 5 до 70 об. %, предпочтительно от 25 до 40 об. %,
• пластификатор составляет приблизительно от 0 до 40 об. %, предпочтительно от 10 до 30 об. %
• ускоритель/донор серы составляет приблизительно от 0,1 до 5 об. %,
• сера составляет приблизительно от 0 до 5 об. %, предпочтительно от 0,05 до 0,5 об. %, особенно предпочтительно от 0,05 до менее чем 0,2 об. %
• пероксид составляет приблизительно от 0 до 5 об. %, предпочтительно от 0,05 до 4 об. %, особенно предпочтительно от 0,1 до 3 об. %,
• оксид цинка составляет приблизительно от 0 до 3 об. %, предпочтительно от 0,2 до 2 об. %.
Эластомерная фракция в этой смеси материалов предпочтительно представляет собой этилен-пропилен-диеновый каучук (EPDM). EPDM имеет очень хорошее сопротивление старению, устойчивость к атмосферным явлениям и устойчивость к ультрафиолетовому излучению, и также хорошую эластичность и превосходные эксплуатационные характеристики в отношении изменений температуры. Таким образом, EPDM является особенно подходящим для оконных уплотнительных профилей и дверных уплотнительных профилей.
Для целей настоящего изобретения, эластомеры сшивают, используя одновременно серу и/или ускоритель/донор серы и пероксид.
Сополимер преимущественно этилен-пропиленовый каучуковый (ЕРМ), термопластичный материал или термопластичный эластомер (ТРЕ). В отличие от эластомеров, термопластичные эластомеры можно плавить. Сополимер в смеси материалов согласно настоящему изобретению преимущественно не сшивают, используя серу и/или ускоритель/донор серы, в нем отсутствуют какие-либо соединительные центры и/или центры разветвления для сшивающих агентов на основе серы. В качестве примера, ЕРМ (в котором отсутствуют двойные связи) может быть сшит но только с помощью пероксидов, но не с применением серы и/или системы, содержащей серу и ускоритель. Сополимер преимущественно представляет собой сополимер, содержащий разнообразные алкены, например, этен, пропен, бутен, октен и т.д.
Согласно предпочтительному варианту осуществления сополимер выбирают из группы, которую составляют сополимер этилена и октена, сополимер этилена и бутена или сополимер пропилена и этилена. В качестве примера, оказывается возможным применение сополимера Versify™ 2300 от Dow Chemical Company. Разумеется, упомянутые преимущества также могут быть достигнуты с применением других сополимеров или смесей сополимеров, и, таким образом, сополимер не ограничен приведенными выше примерами.
Согласно предпочтительному варианту осуществления эластомер представляет собой EPDM, и сополимер представляет собой ЕРМ. Эта смесь имеет хорошие показатели эластичности и прочности, и в то же время смесь является устойчивой при низких температурах, а также проявляет сопротивление к истиранию, старению, воздействию озона и атмосферных явлений.
Кроме того, смесь материалов отличается тем, что она содержит наполнитель, и тем, что содержание наполнителя может быть выше, чем в TPE/TPV. Примеры возможных наполнителей представляют собой технический углерод, углеродные волокна, минеральные наполнители, такие как карбонат кальция или тальк, стеклянные волокна и т.д., а также смеси упомянутых материалов. Наполнитель преимущественно производит армирующий эффект (в целях достижения достаточных механических свойств), в то время как эластомерная фракция обеспечивает прочность и эластичность. Содержание наполнителя находится предпочтительно в диапазоне, составляющем приблизительно от 5 до 70%, предпочтительно приблизительно от 30 до 40%.
Смесь материалов согласно настоящему изобретению отличается тем, что она содержит сшивающий агент и предпочтительно комбинацию сшивающих агентов, т.е. серу и/или ускоритель/донор серы и/или пероксид.
Согласно одному варианту осуществления смесь материалов отличается тем, что сшивающий агент представляет собой ускоритель/донор серы.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения смесь материалов содержит комбинацию сшивающих агентов, которую составляют ускоритель/донор серы и пероксид, или ее составляют сера, ускоритель/донор серы и пероксид. Хотя сшивание серой и сшивание пероксидом известны из литературы (см., например, документ WO 2008/094741), не известны никакие гибридные комбинации сшивающих агентов для уплотнений. В случае сшивания одной серой или одним пероксидом степень сшивания и/или плотность сшивания зависит/зависят от природы и количества выбранной сшивающей системы. Здесь плотность сшивания производит решающее воздействие на свойства уплотнительного профиля, например, усталость, твердость, прочность при растяжении, остаточную деформацию, а также фрикционные свойства и удлинение при разрыве. Плотность сшивания следует выбирать таким образом, чтобы уплотнительный профиль согласно настоящему изобретению имел желательные свойства. Сшивание вышеупомянутой смеси материалов предпочтительно обеспечивает гибридная комбинация, содержащая пероксид и серу и/или ускоритель/донор серы, и особенно предпочтительно после формования. В частности, пропорция пероксидного сшивающего агента в гибридной комбинации серы и пероксида в пересчете на соотношение серы и пероксида в смеси материалов составляет от 1 до 95%, предпочтительно от 2 до 50%, особенно предпочтительно от 5 до 20% и в идеальном случае составляет 15%. Сшивание преимущественно достигается при температуре в диапазоне, составляющем приблизительно от 150 до 250°С. Могут быть использованы стандартные способы сшивания, известные из технологии эластомеров, например, вулканизация при 210°С в солевой ванне.
Гибридные комбинации, содержащие пероксид и серу и/или ускоритель/донор серы, могут быть использованы вместо сшивания одной серой или одним пероксидом для достижения следующих целей: исключение или значительное уменьшение перевулканизации при высоких температурах, сохранение или улучшение физических свойств, увеличение сопротивления старению, в частности, сохранение удлинения при разрыве, а также улучшение остаточного сжатия.
В качестве пластификаторов могут быть использованы следующие вещества: парафиновые минеральные масла, масла на основе нафтенов или ароматических соединений или другие синтетические масла, например, диизононил-1,2-циклогександикарбоксилат.
Кроме того, смесь материалов может необязательно содержать оксид цинка. Добавление оксида цинка может активировать сшивающую систему на основе серы и улучшать термическое сопротивление смеси материалов.
Уплотнительный профиль этого типа предпочтительно используют, чтобы изготавливать окна, двери, фасады и ворота. Аналогичным образом, уплотнительные профили этого типа используют в известном последующем производстве рам с уплотнительными профилями; в качестве примера, эти уплотнительные профили являются скошенными и свариваемыми.
Уплотнительный профиль, в частности, для оконных уплотнений и дверных уплотнений, получают согласно настоящему изобретению из смеси материалов, осуществляя следующие стадии:
• получение смеси материалов;
• формование смеси материалов;
• сшивание смеси материалов.
Кроме того, может быть предпочтительно использован способ многостадийного смешивания. При этом эластомерную фракцию и сополимерную фракцию смешивают на первой стадии, предпочтительно в соотношении эластомерхополимер, составляющем 2:1, и, таким образом, получают смесь. Первую смесь затем смешивают с наполнителями, пластификаторами и оксидом цинка, получая вторую смесь. На следующей стадии со второй смесью смешивают ускоритель/донор серы и/или серу и/или пероксид и, таким образом, получают третью смесь. Оказывается предпочтительным, что отношение эластомера и сополимера, т.е. первой смеси к остальным составляющим смеси материалов составляет 1:1, предпочтительно 1:2. Таким образом, состояние смеси материалов в составе третьей смеси является таким, что являются несшитыми как эластомерная фракция, так и сополимерная фракция. Соответственно, тогда смесь материалов является деформируемой и/или может деформироваться. Сшивание происходит только после формование, предпочтительно под воздействием тепла. Преимущественно смесь материалов представляет собой сшитую смесь с несшитыми областями или сегментами, и, таким образом, она является свариваемой. Согласно этому способу сополимер является несшитым или сшитым лишь в небольшой степени, и, таким образом, он может плавиться в течение нагревания/сварки. Поскольку эластомерная фракция является сшитой, здесь не происходит какая-либо значительная деформация (наплавка). Расплавы, например, двух уплотнительных профилей, свариваемых друг с другом, могут смешиваться в области контакта, и, таким образом, получается прочное соединение. Другими словами, после сшивания смесь материалов имеет содержание сшитого эластомера и содержание несшитого сополимера. Здесь эластомерные свойства определяются сшитыми областями. Смесь материалов не содержит термопластичный полимер (ТРЕ), поскольку смесь не может больше деформироваться под воздействием тепла.
Кроме того, смесь материалов не представляет собой традиционный термопластичный эластомер (ТРЕ), такой как PP/EPDM (пропилен/этилен-пропилен-диеновый каучук, также известный как TPV). Указанные материалы, например, TPV, представляют собой материалы, содержащие эластичные полимерные цепи (сшитый EPDM), связанные (диспергированные) в термопластичном материале (РР). Их можно обрабатывать, осуществляя чисто физический процесс в комбинации с воздействием тепла, за которым следует охлаждение. Таким образом, после формования не происходит никакое химическое сшивание вследствие воздействия тепла. Материал этого типа можно измельчать и перерабатывать. В процессе получения ТРЕ материал экструдируют, и устойчивость размеров обеспечивают посредством охлаждения материала.
После формования (экструзии) смесь материалов согласно настоящему изобретению не охлаждают, но вместо этого сшивают посредством нагревания. Преимущественно смесь материалов сохраняет устойчивость размеров при относительно высоких температурах, в то время как при таких же температурах, например, ТРЕ, изготовленный из PP/EPDM, плавится и может претерпевать изменение формы. Смесь материалов не проявляет термопластичное поведение, потому что она больше не может деформироваться под воздействием тепла.
Смесь материалов согласно настоящему изобретению составляют смешанные несшитый эластомер (эластомерная фракция) и сополимер. Сшивание происходит после формования, преимущественно посредством воздействия тепла (путем, аналогичным сшиванию эластомеров). Преимущественно смесь материалов не плавится под воздействием тепла, как термопластичный материал, но, тем не менее, является свариваемой. Таким образом, оказывается возможным применение технологических процессов, которые являются такими же, как процессы, используемые для традиционных эластомерных изделий; и, следовательно, оказывается возможным получение продуктов совместной экструзии свариваемого материала с эластомерными продуктами. Преимущественно эластомерная фракция остается несшитой в течение процедуры смешивания и процедуры формования.
Преимущественно смесь материалов отличается тем, что после сшивания смесь материалов является свариваемой, и/или она оказывается приваренной к самой себе и/или к эластомерному материалу. Огромное преимущество заключается в том, что после сшивания смесь материалов в некотором смысле представляет собой химически сшитый эластомер, который является свариваемым. Получаемые в течение сварки эластичность и прочность можно преимущественно регулировать посредством соотношения эластомерной фракции и сополимерной фракции. В качестве примера, смесь материалов можно сваривать в одной операции в течение изготовления оконной рамы или дверной рамы. Скошенные оконные рамы из PVC или скошенные дверные рамы из PVC обычно сваривают посредством применения сварочного инструмента типа горячей плиты. Теперь преимущественно оказывается возможным, что при такой же температуре и в такой же операции, в которой соединяют/сваривают оконные рамы или дверные рамы, аналогичным образом, сваривают друг с другом уплотнительные профили, которые вытягивают в оконные рамы или дверные рамы, и которые были изготовлены из смеси материалов.
Преимущественно смесь материалов отличается тем, что ее можно сваривать при температуре, составляющей приблизительно от 150° до 300°С. Сварка особенно предпочтительно происходит при температуре, составляющей приблизительно от 180 до 260°С. Таким образом, сварка смеси материалов может преимущественно происходить в одной операции со сваркой оконной рамы, например, изготовленной из PVC.
Смесь материалов предпочтительно отличается тем, что добавка сополимера преимущественно проявляет несшитые сегменты или области, которые обеспечивают и/или создают свариваемость. Преимущественно сегменты или области, образованные сополимером, могут плавиться в течение нагревание.
Смешивание преимущественно происходит в закрытом смесителе при температуре вплоть до приблизительно 150°С, предпочтительно с осуществлением множества стадий смешивания. Важно не допускать, чтобы становилась чрезмерно высокой температура в течение смешивания сшивающих агентов, поскольку в противном случае сшивание смеси материалов будет начинаться уже в смесителе. Однако сшивание происходит только после формования под воздействием тепла.
Настоящее изобретение предлагает строительный элемент, в частности, оконный элемент или дверной элемент, который содержит уплотнительный профиль, полученный из уплотнительного профиля согласно настоящему изобретению, где два компонента строительного элемента (например, рамные профили) и соответствующие уплотнительные профили могут быть соединены в ходе одной операции. Соединение предпочтительно достигается посредством прочного скрепления, например, посредством сварки с применением сварочного инструмента в форме горячей плиты. В качестве примера, материал компонента преимущественно представляет собой PVC. Таким образом, оказывается преимущественно возможной в одной операции сварка друг с другом по меньшей мере двух компонентов и их уплотнительных профилей (например, помещенных в них), соответственно, т.е. сварка друг с другом двух компонентов и двух уплотнительных профилей.
Настоящее изобретение предлагает способ, включающий следующие стадии:
• обеспечение по меньшей мере двух компонентов, например, таких как оконная рама (профили) или дверная рама (профили);
• обеспечение по меньшей мере двух уплотнительных профилей, изготовленных из смеси материалов согласно настоящему изобретению;
• вытягивание уплотнительных профилей в соответствующие компоненты;
• сварка компонентов и уплотнительных профилей друг с другом в одной операции.
Разумеется, индивидуальные признаки описанных вариантов осуществления могут быть объединены друг с другом. В частности, следует отметить, что преимущества и признаки смеси материалов также применимы к смеси материалов, полученной способом согласно настоящему изобретению, к способу согласно настоящему изобретению, а также к строительному элементу согласно настоящему изобретению; это также распространяется на обратную последовательность и на любую комбинацию приведенного выше.