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Title:
ELASTOMERIC MIXTURE WITH HIGH THERMAL CONDUCTIVITY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/034698
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an elastomeric mixture, in particular based on EPM or EPDM, with an added thermally conducting component. Said mixture, for the purpose of production of a tube for use as a solar collector and heat exchanger, is characterised by the following composition (in parts by weight): rubber components 50 - 100; thermally conducting components 50 - 150; carbon black 5 - 40; calcium oxide 2 - 15; peroxidic cross-linking agent 4 - 15; activator 1 - 5. In particular, graphite is added as thermally conducting material. Further useful mixture parameters are disclosed.

Inventors:
Vennemann, Norbert (Rehmstraße 90A Osnabrück, 49080, DE)
Degel, Werner (Feuerweg 9B Buchholz, 21244, DE)
Application Number:
PCT/DE2000/003945
Publication Date:
May 17, 2001
Filing Date:
November 02, 2000
Export Citation:
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Assignee:
PHOENIX AG (Hannoversche Straße 88 Hamburg, 21079, DE)
Vennemann, Norbert (Rehmstraße 90A Osnabrück, 49080, DE)
Degel, Werner (Feuerweg 9B Buchholz, 21244, DE)
International Classes:
C08L23/16; F24J2/24; F28F21/06; C08L23/08; C08L45/00; (IPC1-7): C08L23/00
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Claims:
Patentansprüche
1. Elastomermischung, insbesondere auf Basis EPM oder EPDM, der eine wärmeteitfähige Komponente beigemischt ist, und zwar zwecks Herstellung eines Schlauches zur Verwendung als Sonnenkollektor und Wärmeaustauscher, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.Teilen) : Kautschukkomponente 50100 wärmeleitfähige Komponente 50150 Farbruß 540 Calciumoxid 215 peroxidisches Vernetzungsmittel 415 Aktivator 15.
2. Elastomermischung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.Teilen) : Kautschukkomponente 6080 wärmeleiffähige Komponente 70120 Farbruß 1030 Calciumoxid 210 peroxidisches Vernetzungsmittel 512 Aktivator 24.
3. Elastomermischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein im wesentlichen unvernetzter Kunststoff beigemischt ist.
4. Elastomermischung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polyethylen ist.
5. Elastomermischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyethylen ein VLDPE ist.
6. Elastomermischung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Kunststoff 10 bis 50 Gew.Teile beträgt.
7. Elastomermischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Kunststoff 20 bis 40 Gew.Teile beträgt.
8. Elastomermischung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleiffähige Komponente zunächst mit dem Kunststoff vermischt wird, verbunden mit der anschließenden Herstellung der Gesamtmischung.
9. Elastomermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch weitere Zusatzstoffe in folgender Zusammensetzung (in Gew.Teilen) : Polyoctenamer bis 50 paraffinischer Weichmacher bis 20 Verarbeitungshilfsmittel bis 20 Kohtenwasserstoffharz bis 20 Metalloxid bis 20.
10. Elastomermischung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die weiteren Zusatzstoffe in folgender Zusammensetzung (in Gew.Teilen) : Polyoctenamer 2040 paraffinischer Weichmacher bis 10 Verarbeitungshilfsmittel bis 10 Kohlenwasserstoffharz bis 10 Metalloxid 215.
11. Elastomermischung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metalloxid auf Basis Magnesium und/oder Zink Verwendung findet.
12. Elastomermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeleiffähige Komponente Graphit Verwendung findet.
13. Elastomermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleiffähige Komponente in Form von Fasern oder Blattchen vorliegt.
14. Elastomermischung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleiffähige Komponente eine Haupterstreckungsrichtung aufweist, die im wesentlichen in radialer Richtung des Schlauches verläuft.
Description:
Elastomermischung mit hoher Wärmeleitfähigkeit Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Elastomermischung, insbesondere auf Basis EPM oder EPDM, der eine wärmeleiffähige Komponente beigemischt ist, und zwar zwecks Herstellung eines Schlauches zur Verwendung als Sonnenkollektor und Wärmeaustauscher.

Im folgenden werden nun auf diesem Spezialgebiet zwei Entwicklungsarbeiten näher vorgestellt.

A) In der Druckschrift EP-A-0 864 823 wird ein Schlauch beschrieben, umfassend eine Innenschicht aus elastomerem Werkstoff oder Kunststoff sowie einen über der Innenschicht angeordneten wärmeteitfähigen Festigkeitsträger, der mit der Innenschicht haftend verbunden ist. Der Festigkeitsträger ist dabei mit einer Außenschicht abgedeckt, die aus dem gleichen Werkstoff besteht wie die Innenschicht. Alternativ hierzu kann der Festigkeitsträger auch mit einer Spezialbeschichtung eingefärbt sein, vorzugsweise in Verbindung mit einer schwarzen Einfärbung.

Während Saug-und Druckschläuche, beispielsweise Pumpenschläuche, Hydraulikschläuche und Chemiesicherheitsschläuche, notwendigerweise mit wenigstens einer Festigkeitsträgereinlage versehen sind, können Schläuche zur Verwendung als Sonnenkollektor und Wärmeaustauscher auch festigkeitsträgerfrei sein.

Die oben beschriebene Entwicklung ist daher zwangsläufig auf Schläuche mit integrierten Festigkeitsträgern festgelegt.

Nachteilig ist ferner, daß in Bezug auf die Schlauchwanddicke der Festigkeitsträger nur einen beschränkten räumlichen Anteil umfaßt. Dies hat zur Folge, daß sich die mit dieser Maßnahme verbundene erhöhte Wärme ! eitfähigkeit nicht auf die gesamte Schlauchwand erstreckt.

B) In der Zeitschrift KGK Kautschuk Gummi Kunststoffe, 50. Jahrgang, Nr. 11/97 (Seiten 766 bis 775) wird ein Schlauch vorgestellt, der aus einer Elastomermischung besteht, der eine wärmeleiffähige Komponente beigemischt ist, insbesondere unter dem Gesichtspunkt von Aluminiumpulver.

Bei der Herstellung derartiger Schläuche trat jedoch bislang das Problem auf, daß bei der Extrusion eine teilweise oder vollständige Entmischung der wärmeleiffähigen Komponente zu verzeichnen war. Eine möglichst gleichmäßige Verteilung dieser Komponente in der Elastomermischung ist jedoch Voraussetzung für eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Andererseits ist die Extrusion (Spritzguß) eine wichtige Verfahrenstechnologie bei der Herstellung von Schläuchen.

Im Hintergrund der hier geschilderten Gesamtproblematik besteht die Aufgabe darin, eine Elastomermischung für einen gattungsgemäßen Schlauch mit oder ohne Festigkeitsträger bereitzustellen, die bei einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit von k > 1 W/m°K bei gleichzeitiger Erhaltung der gummielastischen Eigenschaften extrudierbar ist, und zwar unter Erfüllung der notwendigen Spritzglätte, die für eine gute Wärmeteitfähigkeit (Wärmeübergang) wichtig ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Elastomermischung mit folgender Zusammensetzung (in Gew.-Teilen), wobei der jeweilige zweckmäßige Mischungsbereich in Klammern angegeben ist : Kautschukkomponente 50-100 (60-80) wärmeieitfähige Komponente 50-150 (70-120) Farbruß 5-40 (10-30) Calciumoxid 2-15 (2-10) peroxidisches Vernetzungsmittel 4-15 (5-12) Aktivator 1-5 (1-4) Als Kautschukkomponente kommen insbesondere EPM oder EPDM zum Einsatz, wobei diese Kurzbezeichnungen folgende Bedeutung haben : EPM Ethylen-Propylen-Mischpolymerisat EPDM Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisat Diese beiden Kautschuktypen zeichnen sich durch eine hohe Witterungsbeständigkeit aus.

Der Farbruß ist beispielsweise ein amorphes Kohlenstoffschwarz.

Als peroxidisches Vernetzungsmittel wird beispielsweise Di (tert.-butyl- peroxyisopropyl) benzol verwendet.

Der Aktivator ist beispielsweise das Triallylcyanurat (TAC).

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn der Elastomermischung ein im wesentlichen unvernetzter Kunststoff, insbesondere Polyethylen auf der Basis von VLDPE (Very Low Density Polyethylen), beigemischt ist, wobei dessen Anteil 10 bis 50 Gew.-Teile, insbesondere 20 bis 40 Gew.-Teile, beträgt.

Die wärmeleitfähige Komponente, vorzugsweise in Form von Graphit, wird zunächst mit dem Kunststoff bzw. dem VLDPE vermischt, verbunden mit der anschließenden Herstellung der Gesamtmischung. Auf diese Weise wird zusätzlich der Entmischung bei der Extrusion entgegengewirkt.

Weitere Zusatzstoffe der Elastomermischung mit folgender Zusammensetzung (in Gew.-Teilen) können sein : Polyoctenamer 0-50 (20-40) paraffinischer Weichmacher 0-20 (0-10) Verarbeitungshilfsmittel 0-20 (0-10) Kohlenwasserstoffharz 0-20 (0-10) Metalloxid 0-20 (2-15) Als Verarbeitungshilfsmittel kommen beispielsweise Mischungen aus Fettsäuren und/oder Fettsäurederivaten zum Einsatz.

Vorteilhafterweise wird ein Metalloxid auf Basis Magnesium und/oder Zink verwendet.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die wärmeteitfähige Komponente in Form von Fasern oder Blättchen vorliegt, wobei die Haupterstreckungsrichtung dieser Partiel im wesentlichen in radialer Form des Schlauches verläuft. Auf diese Weise wird eine Optimierung der Wärmeleitfähigkeit erwirkt.

Die in Verbindung mit der Wärmeteitfähigkeit X angegebenen Parameter sind : W Watt m Meter °K Grad Kelvin