POLYURETHANELASTOMER HAFTEND VERBUNDEN MIT POLYTETRAFLUORETHYLEN UND ELASTISCHES LAGER ENTHALTEND EIN SOLCHES POLYURETHANELASTOMER Beschreibung Die Erfindung betrifft Polyurethanelastomer, bevorzugt thermo- plastisches Polyurethan und/oder zelliges, bevorzugt mikro- zelliges Polyurethanelastomer, das ggf. Polyharnstoffstrukturen enthalten kann, besonders bevorzugt als zelliges Polyurethan- elastomer ein solches mit einer Dichte nach DIN 53 420 von 200 bis 1100, bevorzugt 300 bis 800 kg/m3, einer Zugfestigkeit nach DIN 53 571 von größer 2, bevorzugt 2 bis 8 N/mm2, einer Dehnung nach DIN 53 571 von größer 300, bevorzugt 300 bis 700 % und einer Weiterreißfestigkeit nach DIN 53 515 von größer 8, bevorzugt 8 bis 25 N/mm, haftend verbunden mit Polytetrafluorethylen, bevor- zugt verklebt mittels eines reaktiven Schmelzklebstoffs mit Poly- tetrafluorethylen, im Folgenden auch als PTFE bezeichnet. Außer- dem betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung solcher mit Polytetrafluorethylen verklebten Polyurethanelastomere, sowie elastische Lager, bevorzugt Rundlager, d. h. zylindrische Lager bevorzugt mit einer hohlen inneren bevorzugt zylindrischen Hülse (ix), bevorzugt auf der Basis von Stahl oder Aluminium, dem Poly- urethanelastomer als bevorzugt zylindrisches Dämpfungselement (xi), das die innere Hülse zumindest teilweise umfasst sowie min- destens einer äußeren bevorzugt zylindrischen Hülse (x), bevor- zugt auf der Basis von Stahl oder Aluminium, die das Polyurethan- elastomer üblicherweise fixiert und bevorzugt zur äußeren Anbindung des Rundlagers dienen kann, enthaltend die erfindungs- gemäßen Polyurethanelastomere sowie Automobile oder Lastkraftwa- gen enthaltend die erfindungsgemäßen Polyurethanelastomere bevor- zugt als elastische Lager.

Elastische Lagerungen werden in Automobilen und anderen technischen Geräten verwendet und sind allgemein bekannt.

Mit Hilfe solcher elastischer Lagerungen werden bspw. im Automobil Aggregate, Fahrwerksbauteile u. a. untereinander oder mit der Karosserie verbunden. Dabei erfüllen sie durch die Verwendung von Elastomerwerkstoffen die Funktion der elastischen Lagerung ; andererseits sind sie auf Grund ihrer viskosen Eigenschaften in der Lage, Energie zu dissipieren und damit Schwingungen zu dämpfen. Dabei wird ein hohes Maß an Dämpfung besonders für die Bedämpfung großer Amplituden von niederfrequenten Schwingungen benötigt, die z. B. die Anbindung der Stoßdämpfers an die Karosserie beeinflussen. Andererseits ist bei kleinen Amplituden und höheren Frequenzen eine hohe Dämpfung aus Gründen der Fahrzeugakustik unerwünscht. Das Dämpfungsverhalten derzeitiger, konventioneller Rundlager ist

abhängig vom intrinsischen Dämpfungsvermögen des eingesetzten Elastomerwerkstoffes. Bei bestimmten elastischen Lagerungen, z. B. solchen, bei denen mehr als eine Richtung im Raum zu lagern ist, z. B. Motorlagerungen, ist es häufig notwendig in den einzelnen Wirkrichtungen unterschiedliche Steifig- keiten und Dämpfungen einzustellen, um die Anforderungen zu erfüllen. Dabei ist es wünschenswert, eine möglichst tief- greifenden Entkopplung der einzelnen Richtungen zu erreichen.

Bei konventionellen elastischen Lagerungen auf der Basis von Gummi oder zelligen Elastomeren ist dies nur eingeschränkt möglich, weil bei Belastung bedingt durch die Querdehnung des Materials eine Rückwirkung auf die anderen Richtungen bspw. durch Reibungsphänomene stattfindet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, elastische Lager ent- haltend Polyurethanelastomere, insbesondere zellige Polyurethan- elastomere und/oder thermoplastische Polyurethane zu entwickeln, bei denen die Rückwirkung auf die einzelnen Bewegungsrichtungen beispielsweise durch Reibungseffekte möglichst minimiert wird.

Diese Aufgabe konnte durch Polyurethanelastomere haftend ver- bunden mit Polytetrafluorethylen, beispielsweise Folien, Rohre, Platten, STangen und andere Formteile auf Basis PTFE, bevorzugt verklebt mittels eines reaktiven Schmelzklebstoffs mit Polytetra- fluorethylen, bevorzugt mit einer Polytetrafluorethylenfolie, besonders bevorzugt mit einer Dicke von 0,2 mm bis 5 mm, gelöst werden. Bei den erfindungsgemäßen Polyurethanelastomeren handelt es sich somit bevorzugt um Lagerelemente aus vorgefertigten Halb- zeugen, bei denen die zur Disposition stehenden Flächen mit Folien aus PTFE kaschiert sind. Polytetrafluorethylen und Poly- tetrafluorethylenfolien sind allgemein bekannt und kommerziell beispielsweise bei der Firma Arthur Krüger, Hamburg erhältlich.

Als Material zur Kaschierung des Lagerelementes können bevorzugt PTFE-Folien eingesetzt werden, deren Oberfläche mit Hilfe von bekannten Ätzverfahren oder anderer die Oberflächenenergie und Benetzbarkeit erhöhender Verfahren, beispielsweise durch das Aufbringen elektrischer Ladungen in einer elektrischen Ent- ladungskammer (z. B. Plasmapolymerisation) und/oder Fluorierung, aktiviert und damit für eine Verklebung vorbereitet worden ist.

Derartige aktivierte Folien beziehungsweise Verfahren zur Akti- vierung der Folien sind kommerziell erhältlich.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind Lager, bevorzugt Rundlager insbesondere für den Automobilbau.

Bei diesen Lagern übernehmen die Polyurethanelastomere, die üblicherweise von festen Konstruktionsteilen wie z. B. Buchsen oder Hülsen umfasst werden, aufgrund ihrer elastischen Eigen-

schaften die Dämpfung. Aufgrund der Kaschierung mit PTFE ist es nunmehr möglich, die Charakteristik in den einzelnen Freiheits- graden durch das gezielte Entkoppeln zu optimieren. Dabei können beispielsweise innerhalb eines Lagers mindestens zwei, bevorzugt 2 bis 4 Polyurethanelastomere vorliegen, die die Ableitung der Kräfte für spezifische Richtungen übernehmen. Eine Kaschierung der einzelnen Polyurethanelastomere erfolgt bevorzugt in unter- schiedlicher Ausrichtung mit PTFE, bevorzugt an den Oberflächen, die senkrecht zu der Richtung stehen, in der die belastende Kraft durch das Polyurethanelastomer geleitet wird. Ein bevorzugtes Lager ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Dieses Lager ent- hält drei Polyurethanelastomere (i), (ii) und (iii), bei denen (ii) und (iii) hauptsächlich Kräfte in Z-Richtung aufnehmen, während das Polyurethanelastomer (i) senkrecht zur Z-Achse wirkende Kräfte ableitet. Entsprechend ist bei den Polyurethan- elastomeren (ii) und (iii) mindestens eine Oberfläche senkrecht zur Z-Achse mit PTFE-Folie kaschiert (haftend verbunden), während bei dem Polyurethanelastomer (i) die Oberfläche parallel zur Z-Achse und senkrecht zur X-und Y-Achse kaschiert und somit entkoppelt ist. Die PTFE-Folie ist in der Figur 2 mit (iv) gekennzeichnet. Erfindungsgemäß bevorzugt sind somit Rundlager enthalten eine bevorzugt zylindrische bevorzugt hohle innere Hülse, eine bevorzugt zylindrische äußere Hülse sowie zwischen der inneren Hülse und der äußeren Hülse mindestens zwei Dämp- fungselemente auf der Basis von Polyurethanelastomeren, die in unterschiedlicher Ausrichtung insbesondere senkrechter Ausrich- tung zueinander, mit einer PTFE-Folie haftend verbunden sind und wobei bevorzugt die eine PTFE-Folie in Kontakt mit der inneren Hülse steht und die andere PTFE-Folie in Kontakt mit der äußeren Hülse.

Als Verfahren zur Verbindung der PTFE-Folie mit dem Polyurethan- elastomer bieten sich insbesondere zwei Alternativen an. So kann das Polyurethanelastomer in Kontakt mit der PTFE-Folie aus den Ausgangsstoffen zur Herstellung des Polyurethanelastomers her- gestellt werden, beispielsweise. durch direktes Anschäumen. Zur Herstellung der Polyurethanelastomere kommen die allgemein be- kannten Ausgangstoffe in Frage, die dem Fachmann wie auch die Polyurethanelastomere selbst allgemein bekannt sind. Überlicher- weise werden die Polyurethanelastomere aus hierfür bekannten Di-und/oder Polyisocyanaten, gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen, üblicherweise Polyetheralkohole und/oder Polyester- alkohole sowie gegebenenfalls Kettenverlängerungsmitteln, Katalysatoren, Treibmitteln und Zusatzstoffen hergestellt. Bevor- zugt wird die PTFE-Folie, insbesondere die Oberfläche, auf der das Polyurethanelastomer hergestellt wird, bevor das Polyurethan- elastomer in Kontakt mit der PTFE-Folie hergestellt oder verklebt

wird, durch allgemein bekannte und kommerziell erhältliche Haft- vermittler, beispielsweise Chemosil@ der Fa. Henkel oder Cilbond der Firma CIL vorbehandelt.

Bevorzugt ist allerdings das Verkleben des PTFE mit dem Poly- urethanelastomer zur haftenden Verbindung dieser Werkstoffe.

Bevorzugt handelt es sich dabei um einen reaktiven Schmelz- klebstoff, der bevorzugt verkapselte Isocyanate enthält, die bevorzugt in eine Polyolmatrix eingebettet sind. Diese reaktiven Schmelzklebstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie z. B. als Pulver auf die zu verklebende Oberfläche appliziert und quasi in Art eines Emailles aufgeschmolzen werden können, wodurch sie auf der zu verklebenden Oberfläche standfest haften ohne dadurch wesentlich an Reaktivität zu verlieren. Damit ist es möglich, derartig vorbehandelte Fügeteile zueinander zu positionieren, ohne den Klebstoff von der Fügeteiloberfläche abzuscheren. Die Vernetzungsreaktion wird erst bei Erwärmung der vorpositionierten Fügeteile deutlich über den Schmelzpunkt des Pulvers durch Auf- brechen der verkapselten Isocyanate eingeleitet. Das Auftragen des Pulvers, z. B. mit üblicher Teilchengröße auf die zu ver- klebende Oberfläche und das Fixieren des Pulvers durch Auf- schmelzen des Pulvers wird auch als"Sintern"bezeichnet.

Bevorzugt weist der reaktive Schmelzklebstoff auf der Basis verkapselter Isocyanate einen Schmelzbereich bei Temperaturen von kleiner 95 °C, bevorzugt 30°C bis 90°C, besonders bevorzugt 45°C bis 65°C, und einen Reaktionsbereich bei Temperaturen bevor- zugt größer 100°C, besonders bevorzugt 110°C bis 125°C auf. Der- artige reaktive Schmelzklebstoffe sind bei der Firma Collano Ebnöther AG, Sempach-Station, Schweiz erhältlich und in dem Artikel"Vorapplizierbare PUR-Hotmelts : Aktivierung per Wärme- stoß", Adhäsion Kleben und Dichten, Jahrgang 43,10/99, S. 22-24 beschrieben.

Das Verfahren zur Herstellung von Polyurethanelastomeren haftend verbunden mit Polytetrafluorethylen, bevorzugt Polytetrafluor- ethylenfolie, kann somit beispielsweise derart erfolgen, dass man pulverisierte reaktive Schmelzklebstoffe auf der Basis von verkapselten Isocyanaten, bevorzugt eingebettet in eine Polyol-matrix, auf die zu verklebende Oberfläche des Polyurethan- elastomers und/oder auf die zu verklebende Oberfläche der Poly- tetrafluorethylenfolie aufträgt, die pulverisierten, bevorzugt mit einer mittleren Partikelgröße von kleiner 500 pm, bevor- zugt 100 jim bis 350 Fm, reaktiven Schmelzklebstoffe bei einer Temperatur von 30°C bis 90°C, bevorzugt 45°C bis 65 °C auf- schmilzt, die zu verklebenden Teile zueinander fixiert und anschließend den reaktiven Schmelzklebstoff durch Erhitzen auf eine Temperatur von größer 100°C, bevorzugt 110°C bis 125°C

aktiviert und durch Umsetzung des reaktiven Schmelzklebstoff die zu verklebende Polytetrafluorethylenfolie mit dem Poly- urethanelastomer verklebt, d. h. haftend verbindet. Bevorzugt kann man die Oberflächenenergie der zu verklebende Oberfläche der Polytetrafluorethylenfolie erhöhen, bevor diese Oberfläche mit dem reaktiven Schmelzklebstoff in Verbindung kommt. Dies kann durch allgemein bekannte Verfahren, beispielsweise das bereits geschilderte Ätzen, durch elektrische Entladungen oder Fluorierung geschehen. Auch eine Vorbehandlung der PTFE-Ober- fläche, mit der das Polyurethanelastomer verklebt wird, mit allgemein bekannten und kommerziell erhältlichen Haftvermittlern, beispielsweise Chemosil@ der Fa. Henkel oder Cilbond der Firma CIL ist möglich und bevorzugt.

Bei den zelligen Polyurethanelastomeren, die gegebenenfalls Harnstoffstrukturen enthalten können, handelt es sich bevorzugt um mikrozellige Elastomere auf der Basis von Polyisocyanat-Poly- additionsprodukten, bevorzugt mit Zellen mit einem Durchmesser von 0,01 mm bis 0,5 mm, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,15 mm.

Besonders bevorzugt besitzen die Elastomere die eingangs dar- gestellten physikalischen Eigenschaften. Elastomere auf der Basis von Polyisocyanat-Polyadditionsprodukten und ihre Herstellung sind allgemein bekannt und vielfältig beschreiben, beispielsweise in EP-A 62 835, EP-A 36 994, EP-A 250 969, DE-A 195 48 770 und DE-A 195 48 771. Die Herstellung erfolgt üblicherweise durch Umsetzung von Isocyanaten mit gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen. Die Elastomere auf der Basis von zelligen Polyiso-. cyanat-Polyadditionsprodukte werden üblicherweise in einer Form hergestellt, in der man die reaktiven Ausgangskomponenten mit- einander umsetzt. Als Formen kommen hierbei allgemein übliche Formen in Frage, beispielsweise Metallformen, die aufgrund ihrer Form die erfindungsgemäße dreidimensionale Form des Federelements gewährleisten. Die Herstellung der Polyisocyanat-Polyadditions- produkte kann nach allgemein bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise indem man in einem ein-oder zweistufigen Prozess die folgenden Ausgangsstoffe einsetzt : (a) Isocyanat, (b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen, (c) Wasser und gegebenenfalls (d) Katalysatoren, (e) Treibmittel und/oder (f) Hilfs-und/oder Zusatzstoffe, beispielsweise Polysiloxane und/oder Fettsäuresulfonate.

Bevorzugt weisen die zelligen Polyisocyanat-Polyadditions- produkten einen Druckverformungsrest kleiner 25 % nach DIN 53 572, wobei als Prüfkörper Würfel der Abmessung 40 mm x 40 mm x 30 mm ohne Silikonanstrich verwendet werden, die Prüfung bei konstanter Verformung erfolgt, wobei die Prüfkörper um 40 % zusammengedrückt und 22 Stunden bei 80°C im Umluftschrank gehalten werden, die Prüfeinrichtung nach der Entnahme aus dem Wärme- schrank 2 Stunden im zusammengedrückten Zustand auf Raum- temperatur abgekühlt wird, anschließend der Prüfkörper aus der Prüfeinrichtung entnommen wird und 10 min 30 s nach der Entnahme der Prüfkörper aus der Prüfeinrichtung die Höhe der Prüfkörper auf 0,1 mm genau gemessen wird. Auch die bevorzugten thermoplastischen Polyurethane sind als Werkstoff allgemein be- kannt, vielfältig beschrieben und kommerziell erhältlich. Die thermoplastischen Polyurethane, auch TPU genannt, weisen bevor- zugt eine Shore-Härte von 60 Shore-A bis 85 Shore-D auf.

Beispiele Auf die Oberfläche einer zylindrischen, hohlen Außenbuchse (x) mit einer Höhe von 30 mm, einem äußeren Durchmesser von 52 mm und einem Durchmesser des Hohlraum von 48 mm aus Aluminium wurde ein reaktiver Hotmelt in Pulverform (PurbondS HCM VN 555-1) der Firma Collano aufgetragen und bei einer Temperatur von 60°C für 30 min aufgeschmolzen. In die derart beschichtete Außenbuchse (x) wurde ein zylindrisches, hohles Lagerelement (xi) mit einer Höhe von 30 mm, einem äußeren Durchmesser von 48 mm und einem Durchmesser des Hohlraums von 38,5 mm gesteckt. Auf die innere Oberfläche des Lagerelementes war ebenfalls der reaktive Hotmelt appliziert. In den so präparierten Hohlraum des Lagerelementes (xi) wurde ein Streifen der akitivierten PTFE-Folie (xii) mit einer Dicke von 0,5 mm eingelegt und mit der Innenbuchse (ix) vorgespannt. Die Innenbuchse bestand aus Stahl mit einer Höhe von 30 mm, einem Außendurchmesser von 38,5 mm und einem Innendurchmesser von 14,3 mm. Das fertig zusammengefügte Rundlager wurde bei einer Temperatur von 110°C über eine Dauer von 180 min getempert.

Dabei wurde der Reaktionsprozess eingeleitet und ausgeführt.

Das entsprechende Rundlager ist in der Figur 3 dargestellt, - wobei zur besseren Übersicht die Einzelteile (ix), (x), (xi) und (xii) auseinandergeschoben abgebildet sind.