DE10331608A1 - Verfahren zum Beschichten und/oder partiellen Umspritzen von flexiblem langgestrecktem Gut - Google Patents
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Abstract
Zum Beschichten und/oder partiellen Umspritzen von flexiblem langgestrecktem Gut, wie elektrische Kabel oder Leitungen, auch Rohre oder Schläuche, dessen Oberfläche eine werkstoffbedingte antiadhäsive Charakteristik aufweist, wie das Polytetrafluorethylen, wird die Oberfläche des Gutes ganz oder teilweise durch eine Plasmabehandlung aktiviert (strukturiert) und anschließend werden auf den aktivierten (strukturierten) Oberflächenbereich unter der Einwirkung von Wärme und/oder Druck fließfähige Werkstoffe als Beschichtung, in sich geschlossen oder partiell, oder als Formkörper aufgebracht. Eine metallische Beschichtung kann aus der Dampfphase heraus erfolgen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten und/oder partiellen Umspritzen von flexiblem langgestreckten Gut, wie elektrische Kabel oder Leitungen, auch Rohre oder Schläuche, dessen äußere Oberfläche eine werkstoffbedingte antiadhäsive Charakteristik aufweist.
- Werkstoffe mit antiadhäsivem Verhalten sind beispielsweise Polymere auf Basis fluorhaltiger Polyolefine, etwa das Polytetrafluorethylen, die auch in der Kabel- und Leitungstechnik in großem Umfang eingesetzt werden. Um bei mit solchen Werkstoffen umhüllten elektrischen Kabeln oder Leitungen zugfeste und druckdichte sowie feuchtigkeitssichere Anschluss-, Abschluss- oder Verbindungsstellen zu schaffen, ist es bereits bekannt (DE-PS 30 41 657), an der betreffenden Stelle über das Kabel oder die Leitung einen Formkörper aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymerisat mit niedrigerem Schmelzbereich zu schieben und darüber eine zweiten Formkörper aus einem der Umhüllung entsprechenden Werkstoff anzuordnen.
- Bei Anwendung von Wärme und Druck schmilzt der erste Formkörper auf, die Schmelze füllt den vom zweiten Formkörper umschlossenen Raum aus und bewirkt gleichzeitig eine mechanisch feste Verbindung mit der Umhüllung des Kabels oder der Leitung und der inneren Oberfläche des zweiten Formkörpers. Bei der Herstellung von Verbindungsmuffen und Endabschlüssen von Kabeln und Leitungen, etwa zu deren Konfektionierung, bedient man sich hier zusätzlicher Werkstoffe aus der gleichen Polymerfamilie, jedoch mit unterschiedlichem Schmelzverhalten.
- Die Verwendung von aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymeren zum sicheren Verbinden von Polytetrafluorethylen mit anderen Werkstoffen hat auch bereits Eingang in die Kabelherstellung selbst gefunden. So ist es seit langem bekannt (
DE-OS 44 14 052 ), den metallischen Leiter eines elektrischen Kabels mit Hilfe eines extrudierbaren Fluorpolymers, etwa eines Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen-Copolymers (FEP), fest mit der Kabelisolierung aus einem porösen Polytetrafluorethylen zu verbinden. - Einen ähnlichen Aufbau zeigt ein bekanntes mechanisches Druck/Zug-Kabel (Bowdenzug) (EP-PS 692 25 502), bei dem eine Umhüllung aus Polytetrafluorethylen mit seinem niedrigen Reibungskoffizienten über eine extrudierte Fluorpolymerschicht mit dem inneren Stahlkern verbunden ist.
- Aber auch zur Verklebung der Isolierung eines koaxialen Hochfrequenzkabels aus Polytetrafluorethylen mit der über der Isolierung angeordneten Abschirmung hat man bereits aus der Schmelze verarbeitbare Fluorpolymere, wie das fluorierte Ethylenpropylen (FEP) oder ein Perfluoralkoxy-Polymer (PFA), verwendet (EP-PS 07 48 509).
- Diese Diskussion des Standes der Technik macht deutlich, daß unabhängig vom jeweiligen Anwendungsfall das stark ausgeprägte antiadhäsive Verhalten und die hohe Schmelzviskosität von Polytetrafluorethylen Schwierigkeiten bereitet, wenn Konstruktionselemente aus diesem Werkstoff mit solchen aus anderen Materialien mechanisch dauerhaft zu verbinden sind. Die geringe Oberflächenspannung z.B. des Polytetrafluorethylens führt nämlich dazu, daß die PTFE-Oberfläche durch Klebstoffe beispielsweise nicht benetzbar und daher eine Verklebung nicht zu erreichen ist. Auf der anderen Seite scheitert ein thermisches Verschweißen von PTFE nach den für Kunststoffe üblichen Techniken an eben der genannten hohen Schmelzviskosität.
- Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, langgestrecktes flexibles Gut mit charakteristischem antiadhäsivem Verhalten so vorzubereiten, daß die mechanische Verbindung mit beliebigen anderen Werkstoffen problemlos zu erreichen ist.
- Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Oberfläche des Gutes ganz oder teilweise durch eine Plasmabehandlung aktiviert und anschließend auf den aktivierten Oberflächenbereich unter Wärmeeinwirkung und/oder Druck fließfähige Werkstoffe als Beschichtung, in sich geschlossen oder partiell, oder als Formkörper aufgebracht werden. Abweichend vom Stand der Technik kann nach diesem Verfahren beispielsweise ein aus einem Duroplasten bestehender Abschluss- oder Anschlusskörper unmittelbar auf die aus einem Polytetrafluorethylen bestehende Isolierung eines elektrischen Kabels mit dauerhaftem Sitz aufgespritzt werden, ohne daß es irgendwelcher Zwischenschichten bedarf. Wie Versuche gezeigt haben, ergeben sich durch die Erfindung besondere Vorteile bei der Konfektionierung von Kabeln, Leitungen, Rohren oder Schläuchen.
- Eine Plasmabehandlung von Formteilen aus Werkstoffen mit antiadhäsivem Verhalten ist an sich bereits bekannt (DE-PS 198 34 065). Dieses bekannte Verfahren betrifft die Herstellung einer Wellenabdichtung mit einem Bauteil aus einem Tragkörper und einem Anschlussteil aus einem Fluor-Carbon, dessen Oberfläche durch eine Plasmabehandlung aktiviert worden ist. Abweichend von der Erfindung geht es hierbei aber nicht um die Beschichtung von langgestrecktem flexiblem Gut, sondern um die Verbindung von Formteilen untereinander. Dies gilt auch für den in dieser Schrift angezogenen Stand der Technik, die Unterschiede liegen hier lediglich in der Art der Plasmabehandlung.
- Zwar hat man auch schon strangförmiges Gut in einem kontinuierlichen Verfahren der Einwirkung eines Plasmas ausgesetzt (
DE-OS 101 49 834 ), abweichend von der Erfindung jedoch zu dem Zweck, auf das durchlaufende Gut eine Beschichtung aus dem Plasma aufzubringen. - Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besteht darin, zum Beschichten von langgestreckte Gut mit einem metallischen Werkstoff die Oberfläche des Gutes ganz oder teilweise durch eine Plasmabehandlung zu aktivieren und anschließend auf den aktivierten Oberflächenbereich die metallischen Werkstoffe als Beschichtung, in sich geschlossen oder partiell, aufzudampfen. Dieses Verfahren hat Vorteile insbesondere dann, wenn die metallische Schicht als Abschirmung z.B. eines koaxialen elektrischen Hochfrequenzkabels dient.
- Vorteilhaft kann es auch sein, im Anschluss an die Plasmabehandlung zum Zwecke der Aktivierung oder Strukturierung der Oberfläche mit werkstoffbedingter antiadhäsiver Charakteristik auf den aktivierten/strukturierten Oberflächenbereich im Prozessgas enthaltene Fremdmoleküle in die Oberfläche einzubauen. Beispielsweise kann eine durch Sauerstoff aktivierte oder strukturierte Oberfläche anschließend einem Silan enthaltenen Prozeßgas ausgesetzt werden. Durch gleichsam auf die bereits aktivierte Oberfläche aufgepfropfte Silanmoleküle entsteht hier eine zusätzliche Haftbereitschaft der Oberfläche des Gutes gegenüber artfremden Werkstoffen, beispielsweise gegenüber Elstomeren. Die Modifizierung der Grenzschicht zwischen zwei zu verbindenden Schichten ist nicht mit einer Klebschicht vergleichbar, sie ist also z.B. auch kein sog. Heißschmelzkleber, der als gesonderte Schicht auf die Oberfläche des Gutes aufzutragen wäre.
- Zur Durchführung der Verfahren nach der Erfindung sind die unterschiedlichsten Plasmabehandlungsverfahren einsetzbar, etwa die im Stand der Technik beschriebenen. Die besten Ergebnisse sind zurzeit jedoch mit der sogenannten Niederdruck-Plasmabehandlung erreichbar, bei der die Oberfläche des langgestreckten Gutes durch eine Plasmabehandlung bei einem Druck von etwa 0,1 bis 1 mbar zu aktivieren ist (DE-PS 198 34 065).
- In Durchführung der Erfindung erfolgt die Plasmabehandlung der antiadhäsiven Oberfläche des Gutes je nach seiner Länge kontinuierlich oder diskontinuierlich. Im Falle der kontinuierlichen Plasmabehandlung, etwas zum Zwecke einer nachfolgenden Beschichtung des Gutes über die gesamte Länge, wird das Gut zweckmäßig mindestens eine Plasmaanlage mit mindestens einer Kammer durchlaufen, in die das Prozessgas eingebracht sowie aus dem Gas das Plasma erzeugt wird. Eine solche Anlage kann z.B. so aufgebaut sein, daß das Gut an mindestens einer Kammer vorbei geführt wird, in die das Prozessgas eingebracht, daraus das Plasma erzeugt und anschließend das Plasma aus der Kammer heraus der Oberfläche des Gutes zugeführt wird.
- Damit die Zuführung des Plasmas über die gesamte Umfläche des Gutes erfolgt, können an sich bekannte Ringdüsen Anwendung finden, man kann aber auch zur Vermeidung sog. Schattenbildungen beim Aufwickeln des behandelten Gutes die Aufwickelvorrichtung, z.B. eine Aufwickeltrommel, in Achsrichtung rotieren lassen.
- Ein besonders vorteilhafter Anwendungsbereich der Erfindung ist die so genannte Konfektionierung von langgestrecktem Gut, insbesondere von elektrischen Kabeln oder Leitungen. Hierbei werden auf die Kabel- oder Leitungsenden beliebige Formkörper mit den unterschiedlichsten Funktionen aufgebracht, wobei es auf eine extrem gute, mechanisch feste und feuchtigkeitsdichte, Verbindung zwischen Kabel- oder Leitungsoberfläche und Formkörper ankommt. In solchen Fällen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das langgestreckte Gut definierter Länge in eine als Trommel ausgebildete Kammer einzubringen, die nach dem Einführen des Prozessgases während der Plasmabehandlung umläuft. Handelt es sich um kurze Längen des Gutes, beispielsweise von 30 cm Länge, können diese auch als Schüttgut in die Trommel eingebracht werden. Bei größeren Längen wird das Gut zweckmäßig zu Ringen gewickelt, die zur Vermeidung einer Schattenbildung bei der Plasmabehandlung zusätzlich zum Umlauf der Trommel in Rotation versetzt werden Neben Silikonkautschuken beispielsweise sind bekanntlich Fluorpolymere und hierbei insbesondere das Polytetrafluorethylen, Werkstoffe mit einer besonders hohen antiadhäsiven Oberflächencharakteristik. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die mechanisch feste, druck- und feuchtigkeitsdichte, Verbindung von artfremden Werkstoffen, wie Duroplaste, Elastomere, Thermoplaste oder thermoplastische Kautschuke, mit den angesprochenen Fluorpolymeren in einem laufenden Produktionsprozess. Die artfremden Werkstoffe können isolierend sein, sie können Farbpigmente, aber auch Ruße enthalten und daher leitfähig sein.
- Die Erfindung sei anhand der in den
1 bis4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. - Bei einem nach der Erfindung bevorzugt angewendeten an sich bekannten Niederdruck-Plasmaverfahren zur Aktivierung/Strukturierung der antiadhäsiven Oberfläche von strangförmigem Gut wird in einer abgeschlossenen Kammer ein Unterdruck von 0,1 bis 1,0 mbar erzeugt und das so genannte Prozessgas, z.B. Sauerstoff, Wasserstoff oder Argon, Argon-Wasserstoff oder dergl. eingebracht. Das Gas wird in einem hochfrequenten elektrischen Feld ionisiert und das gewählte strangförmige Gut dem so erzeugten Plasma ausgesetzt. Dabei wird bereits verunreinigtes Gas aus dem Behandlungsraum während der kontinuierlichen Zufuhr von neuem Prozessgas abgesaugt. Die elektrische Energie zur Erzeugung des Plasmas kann von außerhalb der Kammer über Mikrowellen oder über eine innerhalb der Kammer befindliche Elektrodenanordnung dem Prozessgas zugeführt werden.
- In schematischer Form zeigt die
1 die kontinuierliche Plasmabehandlung eines elektrischen Kabels1 . Die Kabelseele weist eine Isolierung aus einem Fluorpolymer, beispielsweise aus einem Polytetrafluorethylen (PTFE) auf. Zur Beschichtung der PTFE-Isolierung in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Außenmantel aus einem Silikonkautschuk wird das Kabel1 zunächst in einer düsenartigen Anordnung2 der Einwirkung der Plasmaanlage3 ausgesetzt. und dabei das PTFE der Isolierung oberflächlich aktiviert (strukturiert). Entweder im kontinuierlichen Durchlauf unmittelbar danach oder auch zu einem späteren Zeitpunkt wird die so vorbereitete Isolierung des Kabels in dem Extruder4 mit dem Silikonkautschuk umspritzt. Nach Durchlaufen einer üblichen Kühlrinne5 kann das ummantelte Kabel1 auf eine Vorratstrommel6 aufgewickelt werden. - Die
2 zeigt schematisch ein Plasmabehandlungsverfahren für Kurzlängen von strangförmigem Gut. In diesem Fall werden Kurzlängen7 einer mit PTFE oder einem anderen Fluorpolymer, oder mit einem anderen Werkstoff mit antiadhäsiver Oberflächencharakteristik, beispielsweise einem Kautschuk, ummantelten elektrischen Leitung in eine nach Außen abschließbare Trommel8 eingebracht. Die Leitungsenden weisen z.B. eine Länge von 20 bis 50 cm auf, sie sollen konfektioniert werden, d.h. ihre Enden sollen mit beliebig ausgebildeten Formkörpern mechanisch fest, druck- und feuchtigskeitsdicht, umspritzt werden. - Die Trommel
8 ist drehbar in der Kammer9 gelagert. Die Elektrode10 , angeschlossen an den Hochfrequenzgenerator11 umschließt die Trommel8 allseitig zur Erzeugung des Behandlungsplasmas. Über den Ausgang12 wird die Kammer evakuiert und dabei auf einen Unterdruck von 0,2 bis 0,4 mbar eingestellt. Der Zuführung des Prozessgases dient das Anschlusselement13 , das Prozessgas selbst, beispielsweise Sauerstoff, wird unter dem Einfluss des elektrischen Hochfrequenzfeldes, Elektrode10 und HF-Generator11 , ionisiert, es entsteht das Behandlungsplasma durch das die Oberflächen der Kurzlängen7 mit antiadhäsivem Charakter aktiviert bzw. strukturiert werden. - Der Kammeranschluss
14 dient der Belüftung des Innenraumes nach Abschluss der Behandlung, er kann aber auch dazu verwendet werden, nach der Belüftung ein Prozess- oder Spülgas einzuführen, dessen dem aufzubringenden Formkörper werkstoffmäßig artverwandte Komponenten unter dem Einfluss des elektrischen Feldes und dem Ionisierungseffekt zusätzliche Haftpunkte auf der beispielsweise durch Sauerstoff oder Wasserstoff aktivierten bzw. strukturierten Leitungsoberfläche bilden. - Nach der Entnahme der Kurzlängen
7 aus der Trommel8 können diese unmittelbar oder auch später einem Konfektionierungsprozess unterworfen werden. Hierzu werden die Enden der Kurzlängen7 , mit oder ohne zusätzlichen Haftpunkten, einem Bearbeitungsvorgang zugeführt, während dem in einem Spritz-Formwerkzeug z. B. elastische oder duroplastische Formkörper auf die Leitungsenden aufgebracht werden. - Solche Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen die
3 und4 . So zeigt die3 einen als Thermofühler15 ausgebildeten Endenabschluß einer mit PTFE isolierten elektrischen Leitung16 , bei dem der Erfindungsgedanke verwirklicht ist. Die Adern17 der Leitung16 sind, wie bei Thermofühlern üblich, an der Stelle18 zusammengefasst, die feuchtigkeitsdichte und zugfeste Einbettung der Adern17 erfolgt durch den Formkörper19 , der nach der Aktivierung der Oberfläche der Polytetrafluorethylen-Isolierung der Leitung16 unmittelbar auf die z.B. durch eine Plasmabehandlung mit Sauerstoff als Prozeßgas aktivierte/strukturierte Oberfläche aufgeformt worden ist. Als hierfür geeignetes Material kann z.B. ein Duroplast oder auch ein Kautschukmaterial, etwa ein Silikonkautschuk verwendet werden. - Abweichend von der
3 zeigt die4 eine Kabeleinführung, bei der der Formkörper20 auf die mindestens in diesem Bereich aktivierte Oberfläche des mit einem Silikonkautschuk ummantelten vieradrigen Kabels21 in einem Spritzgußverfahren unmittelbar oder nach Spülung der strukturierten Oberfläche mit einem silanisierten Prozeßgas aufgeformt worden ist. - Der erfindungsgemäße Vorschlag, eine mechanisch feste Verbindung zwischen der antiadhäsiven Oberfläche von Fluorpolymeren oder anderen Werkstoffen mit gleicher oder ähnlicher Charakteristik und artfremden Werkstoffen nach einer Oberflächenaktivierung unmittelbar oder im Anschluß an eine Oberflächenmodifikation nach der Aktivierung durchzuführenm, läßt sich auch auf die Herstellung von Steckern, Kupplungen und dergleichen übertragen, insofern stellen die Ausführungsbeispiele keine Einschränkung der Erfindung dar.
Claims (20)
- Verfahren zum Beschichten und/oder zum partiellen Umspritzen von flexiblem langgestrecktem Gut, wie elektrische Kabel oder Leitungen, auch Rohre oder Schläuche, dessen Oberfläche eine werkstoffbedingte antiadhäsive Charakteristik aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Gutes ganz oder teilweise durch eine Plasmabehandlung aktiviert (strukturiert) und anschließend auf den aktivierten (strukturierten) Oberflächenbereich unter der Einwirkung von Wärme und/oder Druck fließfähige Werkstoffe als Beschichtung, in sich geschlossen oder partiell, oder als Formkörper aufgebracht werden.
- Verfahren zum Beschichten und/oder zum partiellen Umspritzen von flexiblem langgestrecktem Gut, wie elektrische Kabel oder Leitungen, auch Rohre oder Schläuche, dessen Oberfläche eine werkstoffbedingte antiadhäsive Charakteristik aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Gutes ganz oder teilweise durch eine Plasmabehandlung aktiviert und anschließend auf den aktivierten Oberflächenbereich metallische Werkstoffe als Beschichtung, in sich geschlossen oder partiell, aufgedampft werden.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluss an die Plasmabehandlung die aktivierte/strukturierte Oberfläche mit antiadhäsiver Charakteristik durch eine in einem Prozeßgas/Spülgas enthaltene Komponente modifiziert wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die modifizierte Oberfläche eine Grenzschicht ist, über die die mechanische Verbindung der Beschichtung oder der Formkörper mit der Oberfläche des langgestreckten Gutes erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Plasmabehandlung eine Niederdruck-Plasmatechnik verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmabehandlung der antiadhäsiven Oberfläche des Gutes je nach seiner Länge kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Plasmabehandlung kontinuierlich erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Gut eine Plasmaanlage mit mindestens einer Kammer durchläuft, in die das Prozessgas eingebracht sowie aus dem Gas das Plasma erzeugt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Gut an mindestens einer Kammer vorbei geführt wird, in die das Prozessgas eingebracht, daraus das Plasma erzeugt und anschließend das Plasma aus der Kammer heraus der Oberfläche des Gutes zugeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Plasmas über den Umfang des Gutes verteilt erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Plasmabehandlung diskontierlich erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Gut in eine Trommel eingebracht wird, die nach dem Einführen des Prozessgases während der Plasmabehandlung umläuft.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß kurze Längen des Gutes als Schüttgut in die Trommel eingebracht und dort der Plasmabehandlung unterworfen werden.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Gut als gewickelter Ring in die Trommel eingebracht und dort der Plasmabehandlung unterworfen wird.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Trommel eingebrachte Ring zur Vermeidung einer Schattenbildung auf der Oberfläche des langgestreckten Gutes zusätzlich zum Umlauf der Trommel rotiert.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenmaterial des langgestreckten Gutes mit antiadhäsiver Charakteristik ein Fluorpolymer ist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenmaterial des langgestreckten Gutes mit antiadhäsiver Charakteristik ein Silikonkautschuk ist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Gut eine begrenzte Länge aufweist und eine oder beide Enden mit aktivierter (strukturierter) Oberfläche unmittelbar mit einem Formkörper aus artfremden Werkstoffen umspritzt werden.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die artfremden Werkstoffe Duroplaste, Elastomere, Thermoplaste oder thermoplastische Kautschuke sind.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die aktivierte (strukturierte) Oberfläche des langgestreckten Gutes unmittelbar eine das Gut umhüllende Schicht aufextrudiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die umhüllende Schicht leitfähig ist.
- Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 16 oder einem der folgenden, zur Konfektionierung elektrischer Kabel und Leitungen, Rohren oder Schläuchen.
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