WO2001049476A1 - Method for treating the surfaces of elastomers - Google Patents

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WO2001049476A1
WO2001049476A1 PCT/EP2000/013324 EP0013324W WO0149476A1 WO 2001049476 A1 WO2001049476 A1 WO 2001049476A1 EP 0013324 W EP0013324 W EP 0013324W WO 0149476 A1 WO0149476 A1 WO 0149476A1
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stretched
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elastomeric material
membrane
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Frank Katzenberg
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/16—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by wave energy or particle radiation, e.g. infrared heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/14—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by plasma treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for the surface treatment of a workpiece made of an elastomeric material with an energy flow acting on the surface of the workpiece.
  • Elastomeric materials consist of macromolecules, which are literally entangled with each other and cross-linked or connected in only a few places. For this reason, such materials are extremely elastic. It is possible to reversibly pull elastomers apart by a multiple of their original length. This rubber behavior does not change to a certain extent even when heated.
  • elastomers are used as membrane-shaped workpieces in systems, for example hydraulic systems, in which they serve as force or pressure-transmitting units that also have a separating function, for example the separation between a liquid and a gaseous working medium.
  • a well-known area of application are so-called pressure accumulators of hydraulic systems, in which the elastomer membrane is subjected to strong strains caused by the different pressure conditions in the membrane separate pressure storage areas, in which on the one hand gas and on the other hand hydraulic oil are provided.
  • the separating membrane should be as gas-tight as possible, so that a gas pressure loss on the gas side of the pressure accumulator can be excluded as far as possible. In order to achieve maintenance-free maintenance over the life of such pressure accumulators, it should be ensured that the gas does not diffuse through the membrane into the hydraulic oil and the pressure accumulator thus loses its effectiveness.
  • the higher modulus of elasticity in the thin surface-treated layer of the elastomer due to the higher degree of crosslinking proves to be problematic.
  • the membrane is stretched, the higher modulus of elasticity results in a significantly higher tension in the treated surface layer than in the underlying material. This leads to tearing of this highly cross-linked layer and makes it almost ineffective in terms of the desired permeation reduction.
  • the object of the invention is to develop a method for the surface treatment of a workpiece made of an elastomeric material with an energy flow acting on the surface of the workpiece such that an elastomeric workpiece is obtained in which the gas permeation is greatly reduced or almost completely prevented.
  • the permeation should be significantly reduced.
  • the method for surface treatment of a workpiece made of an elastomeric material with an energy flow acting on the surface of the workpiece is developed in such a way that the energy flow acts on the workpiece while the workpiece is in the stretched state.
  • the invention addresses the problem that arises when a workpiece made of an elastomeric material, preferably in the form of a
  • Membrane with an energy flow, preferably an ion beam on it
  • the invention is able to prevent this increase in permeation due to crack formation by applying an energy flow to the elastomeric workpiece in a stretched state, which contributes to increasing the degree of crosslinking, at least in the surface layer of the workpiece.
  • the elastomeric workpiece In its stretched state, the elastomeric workpiece is preferably exposed to a surface plasma, so that high-energy ions are applied to its surface.
  • the elastomeric workpiece remains statically in the stretched state, i.e. the elastomeric workpiece is not subject to dynamic external forces during the surface treatment.
  • Energy flows of a different nature, such as, for example, high-energy electromagnetic radiation, are also conceivable for the aforementioned surface layer treatment.
  • the elastomeric workpiece should be stretched as much as possible, preferably in the same way in which it is also stretched to a maximum during its later technical use.
  • the energy flow acting on the workpiece in the form of a plasma treatment in addition to the aforementioned increase in the degree of crosslinking, also results in complete relaxation of the thin surface layer of the workpiece.
  • the reason for this is that there are usually two processes involved in the irradiation of polymers, a so-called chain cleavage and a so-called chain crosslinking. Both processes run simultaneously and are dynamic Balance to each other.
  • the macromolecules of the elastomer can relax through chain splitting. The remaining radicals can then recombine in a state of lower free enthalpy. The greatly reduced permeation of the elastomer is due to two effects.
  • FIG. 1 Schematic cross section through an expanded elastomer membrane during the surface treatment
  • the elastomer membrane is stretched to the maximum elongation that occurs in later operation.
  • stretching can be done by clamping and mechanical deflection, and in bladder membranes by filling the membrane with a certain gas partial pressure.
  • the Surface treatment of the membrane can be carried out, for example, with argon or nitrogen ions. In principle, other ions are also conceivable.
  • Fig. 1 the cross section of an expanded membrane 1 is shown, which is preferably made of fluororubber (FPM) or acrylonitrile-butadiene rubber (NBR).
  • the elastomer membrane 1 typically has a thickness of 2 to 3 mm and a diameter of approximately 60 mm.
  • the membrane 1 is gas-tightly attached to a housing 2 by means of fastening clips 3, in which an internal pressure Pi of approximately 5 bar is produced by supplying nitrogen. Due to the large internal pressure Pi, compared to the normal external pressure P 0 , the elastomer membrane 1 bulges outwards, as a result of which it assumes the stretched state shown in FIG. 1. In this stretched state, the elastomer surface of the membrane 1 is exposed to an argon plasma with an output of approximately 0.4 W / cm 2 and an irradiation time of approximately 1 minute.
  • FPM fluororubber
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • the method according to the invention represents a cost-effective way of producing elastomer workpieces that withstand strong mechanical stresses and at the same time guarantee high gas resistance.

Abstract

The invention relates to a method for treating the surfaces of a work piece that consists of an elastomer material by means of an energy flow acting upon the surface of the work piece. The invention is also characterized in that the energy flow acts upon the work piece while the work piece is stretched.

Description

Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Elastomeren Process for the surface treatment of elastomers
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Werkstückes aus einem elastomeren Werkstoff mit einem, auf die Oberfläche des Werkstückes einwirkenden Energiestrom.The invention relates to a method for the surface treatment of a workpiece made of an elastomeric material with an energy flow acting on the surface of the workpiece.
Stand der TechnikState of the art
Elastomere Werkstoffe bestehen aus Makromolekülen, die regelrecht miteinander verknäult und an nur wenigen Stellen miteinander vernetzt bzw. verbunden sind. Aus diesem Grunde sind derartige Werkstoffe außergewöhnlich elastisch. So ist es möglich Elastomere um ein Vielfaches ihrer Ausgangslänge reversibel auseinanderzuziehen. Dieses Gummiverhalten ändert sich auch nicht bei Erwärmung bis zu einem gewissen Grade.Elastomeric materials consist of macromolecules, which are literally entangled with each other and cross-linked or connected in only a few places. For this reason, such materials are extremely elastic. It is possible to reversibly pull elastomers apart by a multiple of their original length. This rubber behavior does not change to a certain extent even when heated.
Derartige Werkstoffe werden aufgrund ihres eigentümlich elastischen Verhaltens in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. So finden Elastomere als membranartig ausgeformte Werkstücke Einsatz in Systemen, beispielsweise Hydrauliksystemen, in denen sie als kraft- bzw. druckübertragende Einheiten dienen, die zugleich eine Trennfunktion inne haben, bspw. die Trennung zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen Arbeitsmedium.Such materials are used in a variety of different applications due to their peculiar elastic behavior. Thus, elastomers are used as membrane-shaped workpieces in systems, for example hydraulic systems, in which they serve as force or pressure-transmitting units that also have a separating function, for example the separation between a liquid and a gaseous working medium.
Ein bekanntes Einsatzgebiet sind sogenannte Druckspeicher von hydraulischen Anlagen, in denen die Elastomermembran starken Dehnungen unterworfen ist, die durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse in den, von der Membran abgetrennten Druckspeicherbereichen, in denen einerseits Gas und andererseits Hydrauliköl vorgesehen sind, herrühren. Die Trennmembran sollte darüber hinaus möglichst gasdicht sein, sodass ein Gasdruckverlust auf der Gasseite des Druckspeichers möglichst auszuschließen ist. Um eine, über die Lebensdauer derartiger Druckspeicher andauernde Wartungsfreiheit zu erreichen, sollte gewährleistet sein, dass das Gas nicht durch die Membrane in das Hydraulik-Öl diffundiert und somit der Druckspeicher an Wirkung einbüßt.A well-known area of application are so-called pressure accumulators of hydraulic systems, in which the elastomer membrane is subjected to strong strains caused by the different pressure conditions in the membrane separate pressure storage areas, in which on the one hand gas and on the other hand hydraulic oil are provided. In addition, the separating membrane should be as gas-tight as possible, so that a gas pressure loss on the gas side of the pressure accumulator can be excluded as far as possible. In order to achieve maintenance-free maintenance over the life of such pressure accumulators, it should be ensured that the gas does not diffuse through the membrane into the hydraulic oil and the pressure accumulator thus loses its effectiveness.
Herkömmliche Elastomermembrane sind jedoch nur unzureichend gasdicht, sodass Wege zu finden sind, die die Gaspermeation durch Elastomermembranen hindurch reduzieren oder gänzlich unterbinden.However, conventional elastomeric membranes are insufficiently gas-tight, so that ways can be found that reduce or completely prevent gas permeation through elastomeric membranes.
Es ist bekannt, dass die Permeation von Gasen durch Polymere hindurch reduziert werden kann, indem der Vernetzungsgrad der Makromoleküle beispielsweise durch Elektronen- oder lonenbestrahlung erhöht und zugleich das freie Volumen innerhalb des Polymernetzwerkes reduziert werden kann.It is known that the permeation of gases through polymers can be reduced by increasing the degree of crosslinking of the macromolecules, for example by electron or ion radiation, and at the same time reducing the free volume within the polymer network.
Für den Einsatz der Elastomere in Anwendungen, die eine gewisse Dehnbarkeit des Elastomers verlangen, wie z.B. in den vorstehend genannten Druckspeichern, erweist sich der durch den höheren Vernetzungsgrad auch höhere Elastizitätsmodul in der dünnen oberflächenbehandelten Schicht des Elastomers jedoch als problematisch. Bei Dehnung der Membran resultiert aufgrund des höheren Elastizitätsmoduls eine deutlich höhere Spannung in der behandelten Oberflächenschicht als im darunterliegenden Material. Dies führt zum Einreißen dieser hochvernetzten Schicht und macht diese bezüglich der gewünschten Permeationsverringerung nahezu wirkungslos.For the use of the elastomers in applications that require a certain elasticity of the elastomer, e.g. in the above-mentioned pressure accumulators, however, the higher modulus of elasticity in the thin surface-treated layer of the elastomer due to the higher degree of crosslinking proves to be problematic. When the membrane is stretched, the higher modulus of elasticity results in a significantly higher tension in the treated surface layer than in the underlying material. This leads to tearing of this highly cross-linked layer and makes it almost ineffective in terms of the desired permeation reduction.
Bis dato sind noch keine befriedigenden Lösungen bezüglich der Verringerung bzw. Unterbindung der Permeation von Gasen durch Elastomer-Membranen hindurch gefunden worden. Vielmehr beugt man sich der Notwendigkeit den Gasdruck der Membranspeicher in bestimmten Zeitintervallen zu kontrollieren und gegebenenfalls nachzuregeln. Besonders im Bereich des Automobilbaus stellt ein über die gesamte Lebensdauer anhaltender konstanter Gasdruck das Hauptkriterium für den Einsatz von Membranspeichern dar.To date, no satisfactory solutions have been found for reducing or preventing the permeation of gases through elastomeric membranes. Instead, the need to control the gas pressure of the diaphragm accumulator at certain time intervals and, if necessary, readjust it. Especially in the field of automobile construction, one covers the entire Lifetime constant gas pressure is the main criterion for the use of membrane accumulators.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Werkstückes aus einem elastomeren Werkstoff mit einem, auf die Oberfläche des Werkstückes einwirkenden Energiestrom, derart weiterzubilden, dass ein Elastomerwerkstück erhalten wird bei dem die Gas-Permeation stark verringert, bzw. nahezu vollständig unterbunden ist. Besonders im Falle mechanisch hoch beanspruchter elastomerer Bauteile, wie es bei Speichermembranen der Fall ist, sollte eine deutliche Erniedrigung der Permeation erreicht werden.The object of the invention is to develop a method for the surface treatment of a workpiece made of an elastomeric material with an energy flow acting on the surface of the workpiece such that an elastomeric workpiece is obtained in which the gas permeation is greatly reduced or almost completely prevented. Especially in the case of mechanically highly stressed elastomeric components, as is the case with storage membranes, the permeation should be significantly reduced.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weitere, die Erfindung weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der gesamten Beschreibung unter Einbeziehung der Zeichnung zu entnehmen. Ferner sind Ansprüche auf eine vorteilhafte Verwendung des Verfahrens sowie auf ein Elastomerwerkstück selbst gerichtet.The solution to the problem underlying the invention is specified in claim 1. Further features that further develop the invention are the subject matter of the subclaims and the entire description, including the drawing. Furthermore, claims are directed to an advantageous use of the method and to an elastomer workpiece itself.
Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Werkstückes aus einem elastomeren Werkstoff mit einem, auf die Oberfläche des Werkstückes einwirkenden Energiestrom, derart weitergebildet, dass der Energiestrom auf das Werkstück einwirkt, während das Werkstück sich im gedehnten Zustand befindet.According to the invention, the method for surface treatment of a workpiece made of an elastomeric material with an energy flow acting on the surface of the workpiece is developed in such a way that the energy flow acts on the workpiece while the workpiece is in the stretched state.
Die Erfindung setzt an dem Problem an, das sich ergibt, wenn man ein, aus einem elastomeren Werkstoff gefertigtes Werkstück, vorzugsweise in Gestalt einerThe invention addresses the problem that arises when a workpiece made of an elastomeric material, preferably in the form of a
Membran, mit einem Energiestrom, vorzugsweise einem lonenstrahl an seinerMembrane, with an energy flow, preferably an ion beam on it
Oberfläche beaufschlagt. Wie bereits aus den Beiträgen vonSurface applied. As already from the contributions of
A. A. Miller, "Polysilixanes" in "The Radiation Chemistry of Macromolecules" VolumeA. A. Miller, "Polysilixanes" in "The Radiation Chemistry of Macromolecules" Volume
2, S. 179, Editor: M. Dole, Academic Press 1973 sowie2, p. 179, editor: M. Dole, Academic Press 1973 and
G. G. A. Böhm, "The Radiation Chemistry of Elastomers" in "The RadiationG. G. A. Böhm, "The Radiation Chemistry of Elastomers" in "The Radiation
Chemistry of Macromolecules" Volume 2, S. 196, Editor: M. Dole, Academic Press 1973, hervorgeht ist es bekanr t, dass durch die Wechselwirkung von Ionen mit einer Elastomeroberfläche der Vernotzungsgrad in einer dünnen Oberflächenschicht erhöht werden kann, wobei das freie Volumen des polymeren Netzwerkes zugleich verringert wird. Mit der Erhöhung des Vernetzungsgrades erhöht sich jedoch auch das Elastizitätsmodul, wodurch bei Dehnung der Membran in der dünnen, stärker vernetzten Oberflächenschicht höhere mechanische Spannungen resultieren, als es im übrigen Elastomer der Fall ist. Demzufolge treten Spannungsrisse an der Oberfläche des elastomeren Werkstückes auf, durch die wiederum die Gaspermeation erhöht würde.Chemistry of Macromolecules "Volume 2, p. 196, Editor: M. Dole, Academic Press 1973, it is known that the interaction of ions with an elastomer surface can increase the degree of nodding in a thin surface layer, while at the same time reducing the free volume of the polymer network. With the increase in the degree of crosslinking, however, the modulus of elasticity also increases, which results in higher mechanical stresses when the membrane is stretched in the thin, more crosslinked surface layer than is the case in the rest of the elastomer. As a result, stress cracks occur on the surface of the elastomeric workpiece, which in turn would increase gas permeation.
Die Erfindung vermag eben diese Permeationserhöhung durch Rissbildung dadurch zu verhindern, dass das elastomere Werkstück in einem gedehnten Zustand mit einem Energiestrom beaufschlagt wird, der zur Erhöhung des Vernetzungsgrades zumindest in der Oberflächenschicht des Werkstückes beiträgt. Vorzugsweise setzt man das elastomere Werkstück in seinem gedehnten Zustand einem Oberflächenplasma aus, so dass es mit energiereichen Ionen an seiner Oberfläche beaufschlagt wird. Während der Oberflächenbehandlung verbleibt das elastomere Werkstück statisch im gedehnten Zustand, d.h. das elastomere Werkstück unterliegt während der Oberflächenbehandlung keinen dynamischen äußeren Krafteinwirkungen. Auch sind Energieströme anderer Natur, wie beispielsweise hochenergetische elektromagnetische Strahlung, für die vorbezeichnete Oberflächenschichtbehandlung denkbar. Während der Oberflächenbehandlung sollte das elastomere Werkstück möglichst maximal gedehnt werden, vorzugsweise in gleicher Weise in der es auch während seinem späteren technischen Einsatz maximal gedehnt wird.The invention is able to prevent this increase in permeation due to crack formation by applying an energy flow to the elastomeric workpiece in a stretched state, which contributes to increasing the degree of crosslinking, at least in the surface layer of the workpiece. In its stretched state, the elastomeric workpiece is preferably exposed to a surface plasma, so that high-energy ions are applied to its surface. During the surface treatment, the elastomeric workpiece remains statically in the stretched state, i.e. the elastomeric workpiece is not subject to dynamic external forces during the surface treatment. Energy flows of a different nature, such as, for example, high-energy electromagnetic radiation, are also conceivable for the aforementioned surface layer treatment. During the surface treatment, the elastomeric workpiece should be stretched as much as possible, preferably in the same way in which it is also stretched to a maximum during its later technical use.
Der in Form einer Plasmabehandlung auf das Werkstück einwirkende Energiestrom bewirkt neben der bereits genannten Erhöhung des Vernetzungsgrades auch eine vollständige Entspannung der dünnen Oberflächenschicht des Werkstückes. Der Grund hierfür ist, dass bei der Bestrahlung von Polymeren in der Regel zwei Prozesse ablaufen, eine sogenannte Kettenspaltung und eine sogenannte Kettenvernetzung. Beide Prozesse laufen zeitgleich ab und stehen in dynamischem Gleichgewicht zueinander. Durch Kettenspaltung können sich die Makromoleküle des Elastomers entspannen. Die verbleibenden Radikale können anschließend in einem Zustand geringerer, freier Enthalpie rekombinieren. Die stark verringerte Permeation des Elastomers beruht auf zwei Effekten. Zunächst führt bei gummielastischen Polymeren ein erhöhter Vernetzungsgrad zur Erniedrigung der Permeation. Zusätzlich Permeations-verringernd wirken sich die beim Entspannen in der dünnen plasmabehandelten Oberflächenschicht resultierenden Druckspannungen aus, zumal unter Druck sich das freie Volumen des polymeren Netzwerkes reduziert und die Beweglichkeit der einzelnen Molekülketten abnimmt. Auch kann die vorstehend beschriebene Mikrorissbildung weitgehend ausgeschlossen werden, die zu einer vermeintlichen Erhöhung der Permeation führen würde.The energy flow acting on the workpiece in the form of a plasma treatment, in addition to the aforementioned increase in the degree of crosslinking, also results in complete relaxation of the thin surface layer of the workpiece. The reason for this is that there are usually two processes involved in the irradiation of polymers, a so-called chain cleavage and a so-called chain crosslinking. Both processes run simultaneously and are dynamic Balance to each other. The macromolecules of the elastomer can relax through chain splitting. The remaining radicals can then recombine in a state of lower free enthalpy. The greatly reduced permeation of the elastomer is due to two effects. First of all, with rubber-elastic polymers, an increased degree of crosslinking leads to a reduction in permeation. The pressure tensions resulting from the relaxation in the thin plasma-treated surface layer also reduce permeation, especially since the free volume of the polymer network is reduced under pressure and the mobility of the individual molecular chains decreases. The microcracking described above, which would lead to an alleged increase in permeation, can also be largely ruled out.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, mechanisch hoch beanspruchte Elastomerbauteile in einem kostengünstigen Oberflächenbehandlungsverfahren derart zu vergüten, so dass sie über eine sehr geringe Gaspermeation verfügen. Auf diese Weise können Membranspeicher realisiert werden, die eine wartungsfreie lange Lebenszeit gewährleisten.With the aid of the method according to the invention, it is possible to temper mechanically highly stressed elastomer components in a cost-effective surface treatment method in such a way that they have a very low gas permeation. In this way, membrane accumulators can be implemented, which guarantee a maintenance-free long service life.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigt:The invention is described below by way of example without limitation of the general inventive concept using an exemplary embodiment with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 Schematisierte Querschnitt durch eine gedehnte Elastomermembran während der OberflächenbehandlungFig. 1 Schematic cross section through an expanded elastomer membrane during the surface treatment
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION, INDUSTRIAL APPLICABILITY
Die Elastomer-Membran wird zur Plasmabehandlung auf die maximale im späteren Betrieb auftretende Dehnung gedehnt. Das Dehnen kann bei planaren Membranen durch Einspannen und mechanischer Auslenkung und bei Blasenmembranen durch Befüllen der Membran mit einem bestimmten Gas-Partialdruck geschehen. Die Oberflächenbehandlung der Membran kann beispielsweise mit Argon- oder Stickstoff-Ionen durchgeführt werden. Auch andere Ionen sind prinzipiell denkbar.For the plasma treatment, the elastomer membrane is stretched to the maximum elongation that occurs in later operation. In planar membranes, stretching can be done by clamping and mechanical deflection, and in bladder membranes by filling the membrane with a certain gas partial pressure. The Surface treatment of the membrane can be carried out, for example, with argon or nitrogen ions. In principle, other ions are also conceivable.
In Fig. 1 ist der Querschnitt einer gedehnten Membran 1 dargestellt, die vorzugsweise aus Fluorkautschuk (FPM) oder Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) gefertigt ist. Die Elastomer-Membran 1 weist typischerweise eine Dicke von 2 bis 3 mm und einen Durchmesser von etwa 60 mm auf. Die Membran 1 ist mittels Befestigungsschellen 3 gasfest an einem Gehäuse 2 befestigt, in dem mittels Stickstoff zufuhr ein Innendruck Pi von ca. 5 bar hergestellt wird. Durch den großen Innendruck Pi, verglichen zu dem normalen Außendruck P0 wölbt sich die Elastomer- Membran 1 nach außen, wodurch sie den in der Fig. 1 dargestellten, gedehnten Zustand annimmt. In diesem gedehnten Zustand wird die Elastomer-Oberfläche der Membran 1 einem Argon-Plasma mit einer Leistung von ca. 0,4 W/cm2 und einer Bestrahlungsdauer von etwa 1 Minute ausgesetzt.In Fig. 1 the cross section of an expanded membrane 1 is shown, which is preferably made of fluororubber (FPM) or acrylonitrile-butadiene rubber (NBR). The elastomer membrane 1 typically has a thickness of 2 to 3 mm and a diameter of approximately 60 mm. The membrane 1 is gas-tightly attached to a housing 2 by means of fastening clips 3, in which an internal pressure Pi of approximately 5 bar is produced by supplying nitrogen. Due to the large internal pressure Pi, compared to the normal external pressure P 0 , the elastomer membrane 1 bulges outwards, as a result of which it assumes the stretched state shown in FIG. 1. In this stretched state, the elastomer surface of the membrane 1 is exposed to an argon plasma with an output of approximately 0.4 W / cm 2 and an irradiation time of approximately 1 minute.
Während der Oberflächenbehandlung ereignen sich die vorstehend beschriebenen Prozesse innerhalb der oberflächennahen Schicht der Elastomer-Membran 1 , wodurch ihre Gaspermeationseigenschaft erheblich reduziert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung von Elastomer-Werkstücken dar, die starken mechanischen Beanspruchungen widerstehen und zugleich eine hohe Gasfestigkeit garantieren. During the surface treatment, the processes described above occur within the layer of the elastomer membrane 1 near the surface, as a result of which their gas permeation property is considerably reduced. The method according to the invention represents a cost-effective way of producing elastomer workpieces that withstand strong mechanical stresses and at the same time guarantee high gas resistance.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Elastomermembran * GehäuseElastomer membrane * housing
, Befestigungsschelle , Mounting clamp

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Werkstückes aus einem elastomeren Werkstoff mit einem, auf die Oberfläche des Werkstückes einwirkenden Energiestrom, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrom auf das Werkstück einwirkt, während das Werkstück gedehnt wird.1. A method for the surface treatment of a workpiece made of an elastomeric material with an energy flow acting on the surface of the workpiece, characterized in that the energy flow acts on the workpiece while the workpiece is being stretched.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück als flächige Membran ausgebildet ist, die wenigstens auf einer ihrer beiden Membranseiten mit dem Energiestrom beaufschlagt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the workpiece is designed as a flat membrane which is acted upon by the energy flow at least on one of its two membrane sides.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrom ein lonenstrahl oder elektromagnetische Strahlung ist, der bzw. die auf die Oberfläche des gedehnten Werkstückes gerichtet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the energy flow is an ion beam or electromagnetic radiation, which is directed to the surface of the stretched workpiece.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrom mit Hilfe eines Plasmas erzeugt wird, in dem Ionen gebildet werden, die z.T. auf die Oberfläche des gedehnten Werkstückes auftreffen.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the energy flow is generated with the aid of a plasma in which ions are formed, some of which. hit the surface of the stretched workpiece.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück über ein Formteil gelegt und über dessen Außenkontur gedehnt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the workpiece is placed over a molded part and stretched over its outer contour.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück wenigstens einseitig einen Hohlraum abschließt, in dem ein Überdruck erzeugt wird, durch den das Werkstück gedehnt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the workpiece closes at least on one side a cavity in which an overpressure is generated, through which the workpiece is stretched.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als elastomerer Werkstoff Fluorkautschuk (FPM) oder Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) verwendet wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that fluororubber (FPM) or acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) is used as the elastomeric material.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück während des Einwirkens des Energiestromes in einem gleichbleibend gedehnten Zustand verbleibt.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the workpiece remains in a constantly stretched state during the action of the energy flow.
9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur gezielten Erhöhung des Vernetzungsgrades von Makromolekülen innerhalb des Werkstückes zumindest innerhalb eines oberflächennahen Schichtbereiches des Werkstückes.9. Use of the method according to one of claims 1 to 8 for the targeted increase in the degree of crosslinking of macromolecules within the workpiece at least within a layer region of the workpiece near the surface.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung des Vernetzungsgrades zur gezielten Verringerung der Permeation von Gasen durch den elastomeren Werkstoff führt.10. Use according to claim 9, characterized in that the increase in the degree of crosslinking leads to a targeted reduction in the permeation of gases through the elastomeric material.
11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück als dehnbares Elastomer in Druckspeichern oder Hydrauliksystemen einsetzbar ist.11. Use according to claim 9 or 10, characterized in that the workpiece can be used as a stretchable elastomer in pressure accumulators or hydraulic systems.
12. Werkstück aus einem elastomeren Werkstoff mit einer oberflächennahen Schicht, in der Makromoleküle einen höheren Vernetzungsgrad aufweisen und in der höhere Druckspannungen vorherrschen als in, weiter von der Oberfläche des Werkstückes entfernt gelegenen Schichtbereichen.12. Workpiece made of an elastomeric material with a layer near the surface, in which macromolecules have a higher degree of crosslinking and in which higher compressive stresses prevail than in layer regions located further away from the surface of the workpiece.
13. Werkstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück als Membran ausgebildet ist. 13. Workpiece according to claim 12, characterized in that the workpiece is designed as a membrane.
14. Werkstück nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspannungen in der oberflächennahen Schicht eine Reduzierung des freien Volumens des elastomeren Netzwerkes innerhalb des elastomeren Werkstoffes bewirken. 14. Workpiece according to claim 12 or 13, characterized in that the compressive stresses in the layer near the surface bring about a reduction in the free volume of the elastomeric network within the elastomeric material.
PCT/EP2000/013324 2000-01-04 2000-12-29 Method for treating the surfaces of elastomers WO2001049476A1 (en)

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