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 Kabeloder
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 Figuren 1 bis 4 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 Figur 1 die kontinuierliche Plasmabehandlung eines
elektrischen Kabels 1. 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 Kabel 1 zunächst in einer
düsenartigen Anordnung 2 der Einwirkung der Plasmaanlage 3 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 Extruder 4 mit dem
Silikonkautschuk umspritzt. Nach Durchlaufen einer üblichen Kühlrinne 5 kann das
ummantelte Kabel 1 auf eine Vorratstrommel 6 aufgewickelt werden.
Die Figur 2 zeigt schematisch ein Plasmabehandlungsverfahren für Kurzlängen von
strangförmigem Gut. In diesem Fall werden Kurzlängen 7 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 Trommel 8 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 Kammer 9 gelagert. Die Elektrode 10,
angeschlossen an den Hochfrequenzgenerator 11 umschließt die Trommel 8
allseitig zur Erzeugung des Behandlungsplasmas. Über den Ausgang 12 wird die
Kammer evakuiert und dabei auf einen Unterdruck von 0,2 bis 0,4 mbar eingestellt.
Der Zuführung des Prozessgases dient das Anschlusselement 13, das Prozessgas
selbst, beispielsweise Sauerstoff, wird unter dem Einfluss des elektrischen
Hochfrequenzfeldes, Elektrode 10 und HF - Generator 11, ionisiert, es entsteht das
Behandlungsplasma durch das die Oberflächen der Kurzlängen 7 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 lonisierungseffekt zusätzliche Haftpunkte auf der beispielsweise
durch Sauerstoff oder Wasserstoff aktivierten bzw. strukturierten Leitungsoberfläche
bilden.
Nach der Entnahme der Kurzlängen 7 aus der Trommel 8 können diese unmittelbar
oder auch später einem Konfektionierungsprozess unterworfen werden. Hierzu
werden die Enden der Kurzlängen 7, 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 Figuren 3 und 4. So
zeigt die Figur 3 einen als Thermofühler 15 ausgebildeten Endenabschluß einer mit
PTFE isolierten elektrischen Leitung 16, bei dem der Erfindungsgedanke verwirklicht
ist. Die Adern 17 der Leitung 16 sind, wie bei Thermofühlern üblich, an der Stelle 18
zusammengefasst, die feuchtigkeitsdichte und zugfeste Einbettung der Adern 17
erfolgt durch den Formkörper 19, der nach der Aktivierung der Oberfläche der
Polytetrafluorethylen-Isolierung der Leitung 16 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 Figur 3 zeigt die Figur 4 eine Kabeleinführung, bei der der
Formkörper 20 auf die mindestens in diesem Bereich aktivierte Oberfläche des mit
einem Silikonkautschuk ummantelten vieradrigen Kabels 21 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.