CH638232A5

CH638232A5 - Elastomerkoerper.

Info

Publication number: CH638232A5
Application number: CH957677A
Authority: CH
Inventors: Otto Dr Beckmann
Original assignee: Semperit Ag
Priority date: 1977-08-04
Filing date: 1977-08-04
Publication date: 1983-09-15
Also published as: IT7825921A0; FR2399458A1; DE2829157A1; BE869557A; IT1099004B; GB2001998B; CA1115019A; NL7808118A; GB2001998A; US4376667A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elastomerkör-15 per, der Quellmittel, das sind im Elastomer lösliche Medien, enthält, sowie Verfahren zu dessen Herstellung.

Bei der Herstellung von Elastomerkörpern, z.B. aus Gummi, ist es vielfach üblich, der Elastomermischung Quellmittel zuzufügen. Dies geschieht aus unterschiedlichen Grün-20 den, wie Verbilligung des Materials, Verbesserung der Ver-arbeitbarkeit, Verbesserung der Reibungscharakteristik, Verbesserung der Tiefentemperaturflexibilität, Verbesserung der Flammwidrigkeit und so weiter. Dementsprechend vielfältig ist auch die Palette der verwendeten Quellmittel. Sie um-25 fasst so unterschiedliche Substanzklassen wie Mineralöle, Diester zweibasiger Carbonsäuren, Alkylsulfonsäureester, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Phosphorsäureester und vieles andere mehr. Bei fast allen dieser bekannten Anwendungsfälle von Quellmitteln gilt, dass für die Erreichung eines 30 bestimmten Vorteiles andere Nachteile in Kauf genommen werden müssen. Insbesondere wird durch den Zusatz von Quellmitteln fast ausnahmslos die Festigkeit, der Modul, die Härte, die Kerbzähigkeit und die Scheuer- und Abriebfestigkeit der Elastomerkörper herabgesetzt. Bei Gummivulkani-35 säten kann diese Eigenschaftsverschlechterung teilweise dadurch geklärt werden, dass die in den meisten Gummiqualitäten enthaltenen Füllstoffe durch das Quellmittel teilweise desaktiviert werden und ihre Funktion als Verstärkermaterial nicht mehr voll entfalten können. Diese Verstärkerfunktion 40 ist ja an die Wechselwirkung Polymer-Füllstoffoberfläche gebunden. Ist nun die Füllstoffoberfläche vom Weichmacher zum Teil besetzt, so ist damit auch die Verstärkerwirkung der Füllstoffe zum Teil vermindert.

Überraschenderweise hat sich bei Praktizierung der vor-45 liegenden Erfindung herausgestellt, dass diese nachteiligen Eigenschaften des Quellmittelgehaltes von Elastomerkörpern unter den erfindungsgemässen Voraussetzungen zumindest teilweise reduziert und sogar in das Gegenteil umgekehrt werden können.

50 Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, dass bei einem Elastomerkörper, der eingangs beschriebenen Art die Quellmittelmoleküle derart im Polymergerüst des vernetzten Elastomers angeordnet sind, dass der Abstand benachbarter Vernetzungsstellen grösser ist als der durch 55 die Vernetzungsreaktion gebildete Abstand.

Bei der Vernetzung von Polymeren nehmen die Polymerketten in vielen Fällen eine wirr angeordnete Knäuelstruktur an. Diese Struktur wird auch dann erhalten, wenn vor der Vernetzung dem Elastomer ein Quellmittel zugemischt wur-60 de, da die Polymerketten auch dann ihre bei den Vernetzungsbedingungen thermodynamisch günstigste Position einnehmen. Die Erfindung sieht nun vor, dass zwischen zwei Vernetzungsstellen, die durch eine Polymerkette verbunden sind, Quellmittel eingebaut wird.

65 Dieses Quellmittel zwängt sich gleichsam zwischen die beiden Vernetzungsstellen und vergrössert deren Abstand unter Streckung der Polymerkette. Es hat sich herausgestellt, dass Elastomerkörper, die das erfindungsgemässe Merkmal

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aufweisen, eine höhere Rückprallelastizität und eine bessere Kälteflexibilität besitzen, als solche Elastomerkörper, in denen zwar auch Quellmittel enthalten ist, welches aber sofort eingebaut ist, dass gegenüber der durch den Vernetzungszustand hervorgerufenen Struktur der Polymerketten keine Streckung d.h. Distanzierung der Vernetzungsstellen erfolgt. Diese Eigenschaftsverbesserung wird anhand der folgenden Tabelle 1 für eine Naturkautschukmischung verdeutlicht.

Man kann der Tabelle 1 entnehmen, dass die angegebenen physikalischen Eigenschaften der Mischung C besser sind als die der Mischung B, obwohl diese Mischungen rezeptgleich sind. Festigkeit, Modul, Rückprallelastizität und Härte sind höher, der Abrieb und der Flexometertest liefern geringere Werte. Analoge Versuche wurden auch mit anderen Elastomertypen durchgeführt und zeigen durchwegs dieselbe Tendenz.

Diese höhere Rückprallelastizität bewirkt bei dynami-5 scher Beanspruchung eine geringere Hysterese und somit eine geringere Erwärmung des Elastomerkörpers. Diese Tatsache kann man sich bei verschiedensten Elastomerkörpern zunutze machen, beispielsweise bei Seilbahnrollen, Schläuchen, Handläufen für Rolltreppen und dgl. Erklärt kann io dieser Effekt zumindest teilweise dadurch werden, dass durch die vorhandene gestrecktere Struktur eine leichtere Rotation um die C-C-Einfachbindung erfolgen kann, d.h. dass die Aktivierungsenergie, die zur Überwindung der Potentialunterschiede notwendig ist, geringer ist.

TABELLE 1 (alle Messungen bei Raumtemperatur)

Mischung1

A ohne Quellmittel

B Quellmittel eingemischt vor C Quellmittel eingequollen nach

Vulkanisation (10 Gew.-%) Vulkanisation (10 Gew.-%)

Festigkeit (kp/cm2) (DIN 53 504 aus 8/75)

Modul 150 (kp/cm2) (DIN 53 504 aus 8/75)

Abrieb mm3

(DIN 53 516 aus 1/77)

Rückprallelastizität (%) (DIN 53 512 aus 6/76

Flexometer / T°C (DIN 53 533 aus 8/75)

Härte (Sh A)

(DIN 53 505 aus 8/73)

209 33 65 38 43 64

163 21 114 42 116 55

194 27 72 48 69 56

*

#*

***

Ein besonderer Effekt tritt dann auf, wenn an oder in 45 den Elastomerkörper Verstärkungselemente, z.B. Drähte, Textil- oder Kunststoffäden, Bleche, Kunststoffolien oder starre Bauteile gebunden sind, in denen das verwendete Quellmittel im wesentlichen keine Löslichkeit aufweist. Bei einer derartigen Anordnung kann das eingebrachte Quellmit-50 tel nur eine anisotrope Ausdehnung des Elastomers bewirken. Infolge ihrer Isotropie haben Elastomere aber das Bestreben, sich nach allen Richtungen gleichmässig auszudehnen, so dass im Elastomer Druckspannungen aufgebaut werden,

wenn dies nicht möglich ist. Dadurch werden eine Reihe von 55 physikalischen Eigenschaften gegenüber solchen Elastomerkörpern, in die das Quellmittel eingemischt wurde, verbessert.

Zu dem Vorteil des Aufbaus von Druckspannungen im Elastomerkörper tritt aber noch ein weiterer Vorteil, näm-60 lieh der, dass diese Druckspannungen im Elastomer sich als Zugspannungen auf die Verstärkungselemente auswirken. Dadurch wird die Lebensdauer derartiger Elastomerkörper wesentlich erhöht, da ja Drähte, Textil- oder Kunststoffäden oder dgl. im Bereich der Zugbeanspruchung wesentlich gün-65 stiger arbeiten, während, wenn auf sie Druck ausgeübt wird, es zu einer Stauchung kommen kann, die zum Bruch und damit zu einem Verlust der Funktionsfähigkeit führen kann. Diese Effekte sind insbesondere bei Reifen und Keilriemen

Reine Naturkautschukqualität; Vulkanisat bei 160°C/15 min; Prüfkörpergrösse entsprechend DIN-NORM Quellmittel = Dioctyladipat + 1,5% Alterungsschutzmittel + 1,5% Wachs Quellmittelgehalt 10 Gew.-% Einquellbedingungen 80°C

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von Bedeutung, wo die Verstärkungselemente im Zuge der schnell ablaufenden dynamischen Wechselbeanspruchung besonders bei Stauchung beansprucht werden.

Derselbe Effekt, wie er dann auftritt, wenn im Elastomerkörper Verstärkungselemente vorgesehen sind, kann auch dann auftreten, wenn der Elastomerkörper nur in der oberflächennahen Zone Quellmittel enthält. In dieser Zone werden dann Druckspannungen aufgebaut, da ja der darunterliegende Elastomerkörperanteil ungequollen ist. Ein derartiger Elastomerkörper kann beispielsweise auch aus einem Elastomerkern und einer Elastomerhaut verschiedener Materialzusammensetzung bestehen, so dass durch die Wahl eines bestimmten Quellmittels, das nur in der Haut des Elastomerkörpers löslich ist, die gewünschte Inhomogenität der Quellmittelverteilung besonders krass realisiert werden kann.

Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Quellmittel mit sich selbst oder einem Elastomerbestandteil polymerbildungsfähig ist. In diesem Fall kann die durch das Quellmittel bewirkte Druckvorspannung endgültig dadurch fixiert werden, dass das Quellmittel mittels eines geeigneten Polymerisationssystems zur Polymerbildung veranlasst wird. Im einfachsten Fall könnte ein derartiges Quellmittel beispielsweise Styrol, Vi-nylchlorid, Acrylsäureester oder dgl. sein. Da es in vielen Fällen gerade darauf ankommt, dass die Oberfläche eines Elastomerkörpers ausreichend Druckvorspannungen besitzt, ist es von Vorteil, wenn der Gehalt an Quellmittel von der Oberfläche in Richtung der Verstärkungselemente kontinuierlich abnimmt. Es ergibt sich dadurch von den Verstärkungselementen in Richtung zur Oberfläche eine zunehmende Polymergerüstaufweitung, was aufgrund des schon besprochenen Isotropie-Effektes von Elastomeren zum kontinuierlichen Aufbau von Druckspannungen in Richtung zur Oberfläche des Elastomerkörpers beiträgt. Betrachtet man eine normal auf die Verstärkungselemente stehende Zone einer bestimmten Dicke, die im ungequollenen Zustand von parallelen Fläche begrenzt ist, so wird durch das Quellmittel gleichsam eine Divergenz dieser beiden Begrenzungsflächen nach oben zu bewirkt, so dass das ursprünglich parallele Element nun nach oben zu sich keilförmig erweitert. Gleichzeitig wird es aber durch die Raumbeanspruchung des benachbarten, gleichartigen Elementes progressiv zusammengedrückt.

Liegt ein Elastomer aus der Gruppe Naturkautschuk, Butadienkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk vor, so ist es zweckmässig, wenn ein Quellmittel aus der Gruppe: Diester aliphatischer Dicarbonsäuren, Trialkylphosphat, Diaryläther, Ätherthioäther oder ein Mineralöl vorliegt. Bei Verwendung von Elastomeren wie Chloropren oder Acrylnitril-Butadien-kautschuk sind die vorhin genannten Quellmittel, mit Ausnahme von Mineralöl, ebenfalls brauchbar, ferner kommen in diesem Fall auch Triarylphosphat, Diester aromatischer Dicarbonsäuren oder Alkylsulfonsäureester in Betracht.

Da der Einbau der Quellmittelmoleküle in den vernetzten Elastomerkörper ein Diffusionsvorgang ist, spielt natürlich die Viskosität des Quellmittels für den seitlichen Verlauf eine grosse Rolle. Zweckmässig ist es, wenn die kinematische Viskosität des Quellmittels bei 20°C unter etwa 10"4 m2 . s-1 liegt. Derartige Viskositäten ermöglichen auch bei relativ grossen Elastomerkörpern, in die ein beträchtlicher Anteil Quellmittel eindiffundieren soll, noch eine wirtschaftlich vertretbare Quellzeit von maximal einigen Stunden. In diesem Zusammenhang soll auch erwähnt werden,

dass natürlich auch der Dampfdruck des Quellmittels von Bedeutung ist. Wenn dieser relativ hoch ist, so besteht, je nach den Einsatztemperaturen die Gefahr, dass das Quellmittel im Einsatz wieder ausdiffundiert und verdampft. Die richtige Wahl des geeigneten Quellmittels muss daher von Fall zu Fall gesondert überlegt werden.

Um zu verhindern, dass gewisse im Elastomerkörper vorhandene Zusatzstoffe durch die Einwirkung des Quellmittels herausgelöst werden, und damit einerseits nicht mehr ihre Wirkung im Elastomerkörper entfalten können und andererseits die beabsichtigte Quellmittelzusammensetzung verändern, ist es von Vorteil, wenn das Quellmittel Zusatzstoffe, z.B. Alterungsschutzmittel oder Wachse enthält. Die Wahl dieser Zusatzstoffe richtet sich nach der Zusammensetzung des Elastomerkörpers. Die oben angegebenen Zusatzstoffe, Alterungsschutzmittel und Wachse sind charak-teristiche Zusatzstoffe von Gummi-Mischungen. Derartige Alterungsschutzmittel sind beispielsweise p-Phenylendiamine oder Kondensationsprodukte von Aceton und Diphenylamin. Häufig verwendete Substanzen sind N-isopropyl-N'-phenyl-p--Phenylendiamin und Phenyl-ß-naphthylamin. Die verwendeten Wachse sind aliphatische Kohlenwasserstoffe, die hauptsächlich geradkettig sind, und einen Bereich von etwa C14-C60 umfassen. Das Maximum der Molekulargewichtsverteilung liegt um £-30-

Will man besondere Effekte erzielen, so ist von Vorteil, als Quellmittel ein Gemisch zweier oder mehrerer im Elastomer etwa gleich rasch einquellender Flüssigkeiten zu verwenden. Dadurch kann gegebenenfalls in verschiedenen Schichten des Vulkanisats eine verschiedenartige Quellung erreicht werden, wodurch eine vorteilhafte Beeinflussung des angestrebten Eigenschaftsbildes möglich sein kann. Das insgesamt gleich rasche Einquellen der verwendeten Komponenten ist dann von Bedeutung, wenn das gleiche Quellmittelbad zur Präparation von mehreren Elastomerkörpern verwendet werden soll, da ansonsten dafür Sorge getragen werden muss, dass die Zusammensetzimg des Quellmittels ständig nachkontrolliert und eventuell Komponenten ersetzt werden müssen. Auch besteht anderenfalls die Gefahr, dass ein ursprünglich in den Elastomerkörper geschleppter Quellmittelanteil später infolge Entmischung wieder herausdiffundiert und so die Eigenschaften des Elastomerkörpers im Laufe seines Gebrauches einer Änderung unterliegen.

Von besonderer Bedeutung ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Gummiartikel in Form von Reifen, wobei es in diesem Fall vorteilhaft ist, wenn der Gehalt an " Quellmittel von der Aussenseite der Lauffläche nach innen abnimmt. Es tritt dann der bereits eben diskutierte progressive Verspannungseffekt auf. Derartige Reifen besitzen deshalb ein hervorragendes Abriebverhalten, das gegenüber herkömmlichen Reifen bis zu 50% und mehr verbessert sein kann. Die verbesserte Abriebcharakteristik kommt dadurch zustande, dass die Weiterreissfestigkeit in bezug auf in der Lauffläche auftretende Schnitte und Verletzungen wesentlich besser ist, als bei nicht erfindungsgemäss ausgebildeten Reifen. Dies kann dadurch demonstriert werden, dass ein in der Lauffläche angebrachter Schnitt nicht auseinander klafft, sondern im wesentlichen geschlossen bleibt oder sogar die Flanken des Schnittes zusammengedrückt werden. Da die Weiterreissfestigkeit eine der bestimmenden Eigenschaften für das Abriebverhalten ist, kann der Abrieb durch Anwendung der vorliegenden Erfindung bei Reifen wesentlich verbessert werden.

In diesem Zusammenhang sei auf einen weiteren wesentlichen Begleitumstand der vorliegenden Erfindung hingewiesen: bei einem Artikel, wie einem Reifen, einem Keilriemen oder einem Förderband, wo gegebenenfalls gekreuzte Verstärkungseinlagen aus parallelen Fäden oder dgl. vorhanden sind, kommt es im Laufe der Verwendung des Artikels zu einem Verschiebungsprozess der Verstärkungelemente der den Artikel seinem Gleichgewichtszustand näherbringt. Beispielsweise kann es zu einer Winkelveränderung von Gewebeeinlagen von Reifen kommen, wodurch der Umfang des Reifens um einige Prozent wachsen kann. Derselbe Effekt

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tritt bekanntermassen auch bei Keilriemen auf. Wie bereits oben bei der Besprechung der erhöhten Rückprallelastizität erfindungsgemäss ausgestalteter Elastomerkörper besprochen, liegt eine erhöhte Beweglichkeit der Polymerketten vor. Gleichzeitig sind aber vom gequollenen Elastomerkörper auf dessen Verstärkungseinlagen Zugspannungen wirksam, die somit eine günstige, zu einer Entspannung beitragende Lageveränderung der Verstärkungselemente bewirken können. Dieser Effekt tritt insbesondere dann auf, wenn — wie weiter unten noch ausführlicher besprochen — die Einwirkung des Quellmittels auf den Elastomerkörper in einem seinem Gebrauchsbelastungszustand entsprechenden Zustand erfolgt.

Besonders vorteilhaft kommt die vorliegende Erfindung dann zum Tragen, wenn der Reifen ein Laufflächenprofil mit über den Umfang durchgehenden Profilerhebungen aufweist. Diese Profilerhebungen können über den gesamten Reifenumfang ununterbrochene Dessinringe sein. Bei einer derartigen Dessinausbildung kann durch den Einbau des Quellmittels in Umfangrichtung keine wesentliche Volu-mensvergrösserung auftreten, so dass eine maximale Druckverspannung in dieser Richtung erzielbar ist. Dieser Effekt wäre bei einem Laufflächendessin aus einzelnen Profilblökken nicht in dem Masse vorhanden, weil ja dann jeder Profilblock unter Volumserweiterung in die danebenliegenden Profilnuten ausweichen kann, so dass der wichtige Druck-vorspanneffekt, der durch das Zusammenwirken der nicht dehnbaren Verstärkungseinlagen mit dem quellfähigen Gummi bewirkt wird, nicht voll erreicht werden kann. Es gibt jedoch auch Anwendungsfälle von Reifen, wo eine besondere Beanspruchung von etwa in Achsrichtung verlaufenden Profilerhebungen vorliegt. In diesem Falle kann durch Anwendung der Erfindung der Verschleiss derartiger Profilerhebungen gleichfalls erheblich reduziert werden.

An die Abriebfestigkeit von Bodenbelägen oder von Behälterauskleidungen werden oft erhebliche Anforderungen gestellt. Es lag daher nahe, das erfindungsgemässe Prinzip auch auf derartige Elastomerkörper auszudehnen. Eine diesbezüglich besonders zweckmässige Ausgestaltung der Erfindung sieht bei einem Bodenbelag oder einer Behälterauskleidung vor, dass die oberflächennahe Zone ein polymerisier-tes Quellmittel enthält. Durch die Polymerisation des Quellmittels ist — worauf auch oben bereits hingewiesen wurde — eine Fixierung des durch die Quellung verursachten Vorspanneffektes erreicht. Bei nicht mit dem Untergrund fest-gehafteten Belägen ist es zweckmässig, das erfindungsgemässe Verfahren beidseitig anzuwenden, um ein Werfen der Belagsbahn zu vermeiden.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines Elastomerkörpers sieht vor, dass der fertig vernetzte Elastomerkörper mit Quellmittel behandelt wird. Durch die Löslichkeit des Quellmittels im Elastomer dringt dieses zwischen die Polymerketten ein und vergrössert dadurch den Abstand der Vernetzungsstellen. Da aber die Art und Weise der räumlichen Anordnung der Polymerketten durch die Vernetzung an und für sich fixiert ist und etwa einem Gleichgewichtszustand bei den Herstellungsbedingungen entspricht, haben auch die unter dem Zwang des Quellmittels gestreckteren Polymerketten die Tendenz, wieder ihre ursprüngliche verknäuelte Lage einzunehmen. Diese Tendenz wird durch das zwischen zwei Vernetzungsstellen eingedrungene Quellmittel kompensiert, so dass nach aussen hin bei isotroper Quellung keine Spannung zu Tage tritt.

Eine gleichmässige Benetzung aller Oberflächenteile auch eines komplizierter geformten Elastomerkörpers kann dadurch erreicht werden, dass die Behandlung durch Tauchen erfolgt, wobei gegebenenfalls nur bestimmte Partien des Elastomerkörpers benetzt werden. Beispielsweise kann nur ein bestimmter Teil eines Elastomerkörpers getaucht werden, während der übrige Teil dadurch im wesentlichen quellmittelfrei bleibt. Es ist jedoch auch möglich, die Behandlung mit dem Quellmittel durch Aufsprühen, Aufstrei-5 chen oder Aufwalzen vorzunehmen.

Um eine möglichst gleichmässige Verteilung im gewünschten Teil des Elastomerkörpers zu erzielen, kann an die Behandlung mit dem Quellmittel eine Lagerungsperiode, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur anschliessen. Es han-io delt sich dabei quasi um einen Temperungsvorgang, der auch bei Raumtemperatur stattfinden kann, wenn die Viskosität des verwendeten Quellmittels und die Art des Elastomers dies zulassen.

In ganz besonderen Fällen kann die oben bereits als 15 verfahrensmässig nachteilig besprochene Massnahme der Ergänzung eines Quellmittelbestandteils in einem Gemisch auch vorteilhaft sein, und zwar dann, wenn bei gleicher Löslichkeit, aber verschiedenen Diffusionsgeschwindigkeiten eine Verarmung des Quellmittels an einem Bestandteil er-20 folgt. Es ist dann zweckmässig, die Zusammensetzung des Quellmittels regelmässig zu kontrollieren und, wenn erforderlich, verarmte Bestandteile des Quellmittels zuzudotieren.

Zum Herstellen eines erfindungsgemässen Reifens ist es vorteilhaft, wenn die Behandlung mit Quellmittel eine bis 25 10 Stunden, vorzugsweise 4 bis 7 Stunden bei 50° bis 100°, vorzugsweise bei 70° bis 90°C, erfolgt. Diese Bedingungen gelten insbesondere für die oben bereits aufgeführten Diester aliphatischer und aromatischer Dicarbonsäuren, Trialkyl- und Triarylphosphate, Diaryläthan sowie Mineral- und Spindel-30 öle. Bevorzugt verwendet werden je nach dem Elastomer insbesondere Dioctyladipat, Dioctylsebacat, Dioctylphthalat, Trikesylphosphat und Spindelöl. Wie oben erwähnt, kann an die Behandlung mit dem Quellmittel eine Temperung anschliessen. Die Quell- und Temperzeit kann dadurch kurz 35 gehalten werden, dass die Behandlung mit dem Quellmittel in einer geeignet temperierten Vorrichtung erfolgt.

Ein immer wieder auftretendes Problem bei der dynamischen Beanspruchung von Elastomerkörpern, wie z.B. Keilriemen, Reifen, Seilbahnrollen oder dgl. ist das Wachstum, 40 dem diese Artikel im Zuge der Verwendung unterliegen. Das Wachstum kommt unter anderem dadurch zustande,

dass die Herstellung dieser Artikel nicht in der der Verwendung entsprechenden optimalen Gleichgewichtslage der Verstärkungseinlagen erfolgt. Es hat sich nun herausgestellt, dass 45 durch die Massnahmen der vorliegenden Erfindung hier dann eine besonders gute, zumindest teilweise Abhilfe geschaffen werden kann, wenn die Behandlung des Elastomerkörpers im Verwendungs-Spannungszustand erfolgt, d.h. ein Reifen soll bei der erfindungsgemässen Behandlung mit 50 Quellmittel mit dem Innendruck, unter dem er dann verwendet wird, beaufschlagt sein, ein Keilriemen soll mit entsprechender Normspannung behandelt werden, usw. Es kommt dann schon bei der Behandlung mit dem Quellmittel zu dem ansonsten im Zuge der Verwendung auftretenden 55 Wachstum, so dass dieser negative Effekt zumindest teilweise vorweggenommen und somit schon berücksichtigt werden kann. Die Berücksichtigung hat soweit zu gehen, dass schon die Fertigung des vernetzten Elastomerkörpers entsprechend kleiner erfolgen soll, um das bei der Quellung ein-60 tretende Wachstum schon für die Enddimensionen des Elastomerkörpers berücksichtigt zu haben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert:

Es zeigen Fig. 1 einen Elastomerkörper ohne Verstär-65 kungselemente, Fig. 2 und Fig. 3 mit Verstärkungselementen, Fig. 4 die schematische Darstellung eines Polymerkettenausschnittes, die Fig. 5 und 5a einen Ausschnitt eines mit Verstärkungselementen versehenen Elastomerkörpers

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mit Einschnitt und die Fig. 6 ein erfindungsgemäss günstiges Reifenprofil.

In Fig. 1 ist ein Würfel eines Elastomerkörpers 1 im un-gequollenen und im gequollenen Zustand 1' dargestellt. Ein unverstärkter Elastomerkörper wächst beim Einbau von Quellmittel isotrop nach allen Richtungen gleich. Entgegen einer weitverbreiteten Ansicht sind die Eigenschaften des gequollenen Elastomerkörpers nicht notwendig in allen Belangen schlechter als die des ungequollenen. Im Gegenteil hat sich überraschenderweise sogar herausgestellt, dass die Rückprallelastizität und die Kälteflexibilität durch Einbau von Quellmittel gesteigert werden kann.

In Fig. 2 ist ein Elastomerkörper 2 mit Verstärkungsblech 3 im ungequollenen und im gequollenen Zustand 2' dargestellt. Durch das Einquellen des Quellmittels kommt es zu einer Volumensvergrösserung des Elastomerkörpers, wobei entsprechend der Menge des eingebauten Quellmittels die strichliert dargestellte Kontur erreicht wird. In der Mitte eines derartigen Elastomerkörpers ist eine isotrope Quellung nicht möglich, sondern nur ein Höhenwachstum, da der Elastomerkörper 2 an das unquellbare Verstärkungsblech 3 fest gebunden ist.

Die Fig. 2 zeigt den Elastomerkörper im gequollenen Zustand 2' in perspektivischer Ansicht, wobei ein etwa quadratisches Flächenelement oberflächlich aufgezeichnet ist. Auf dieses Flächenelement wirken von allen Seiten gleich grosse Druckspannungen trD. Aus anderen Bereichen der Technik sind einige Anwendungsfälle für den Aufbau von Druckspannungen in einer Schicht eines Verbundkörpers bekannt. Ein Beispiel dafür ist die auf ein Metallblech aufgebrachte Emailschicht. Durch das Zusammenziehen des warmen Metallbleches beim Abkühlen wird die Emailschicht unter Druckspannung gesetzt, was für die Verwendbarkeit derartiger Gegenstände von grosser Bedeutung ist, da die Beanspruchbarkeit von Email auf Zug ja nicht besonders 5 gross ist. In analoger Weise kann auch der Härtungsvorgang beim Nitrieren von Stahl interpretiert werden. Es diffundiert dabei Stickstoff in die Oberfläche des erhitzten Stahlkörpers ein, wobei in dieser Diffusionszone eine Gitteraufweitung erfolgt. Dadurch kann es zum Aufbau von Druckspannun-10 gen in der nitrierten Schichte und Zugspannungen in der darunterliegenden Schichte kommen.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus einem Polymergerüst dargestellt. Im ungequollenen Zustand ist die Polymerkette 5 zwischen den Vernetzungsstellen 4 stark verknäuelt. Demis gegenüber rücken die Vernetzungsstellen 4' nach der Quellung auseinander unter Streckung der Polymerkette 5'.

Der Aufbau der Druckspannungen bei einem Elastomerkörper, der an ein Verstärkungsblech 3 gebunden ist, kann durch Anbringung eines Einschnittes 6' demonstriert werden. 20 Während vor der Quellung ein Einschnitt 6 in einem Ela-stomerkörper 2 auseinanderklafft, werden nach der Quellung die Flanken eines Einschnittes 6' in einem Elastomerkörper 2' zusammengedrückt. Zumindest kommt es bei geringerer Menge an Quellmittel nicht zu einem Auseinander-25 klaffen des Einschnitts 6'.

In Fig. 6 ist ein Reifen 9 dargestellt, der über dem Umfang durchgehende Dessinringe 10 aufweist. Ein derartiges Laufflächenprofil ist besonders gemäss der vorliegenden Erfindung geeignet, da durch das geschlossene Umfangsprofil 30 in Umfangsrichtung besonders grosse Druckspannungen aufgebaut werden können.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Elastomerkörper, der Quellmittel, das sind im Elastomer lösliche Medien, enthält, dadurch gekennzeichnet,

dass die Quellmittelmoleküle derart im Polymergerüst des vernetzten Elastomers angeordnet sind, dass der Abstand benachbarter Vernetzungsstellen grösser ist als der durch die Vernetzungsreaktion gebildete Abstand.

2. Elastomerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in ihm Verstärkungselemente (3), z.B. Drähte, Textil- oder Kunststoff-Fäden, Bleche, Kunststoff-Folien oder starre Bauteile, gebunden sind, in denen das verwendete Quellmittel im wesentlichen keine Löslichkeit aufweist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Elastomerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (2') nur in der oberflächennahen Zone Quellmittel enthält.

4. Elastomerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellmittel mit sich selbst oder einem Elastomerbestandteil polymerbildungsfähig ist.

5 Quellmittel 1 bis 10 Stunden, vorzugsweise 4 bis 7 Stunden, bei 50 bis 100°C, vorzugsweise 70 bis 90°C, erfolgt.

5. Elastomerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Quellmittel von der Oberfläche in Richtung der Verstärkungselemente (3) kontinuierlich abnimmt.

6. Elastomerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quellmittel aus der Gruppe: Diester aliphatischer Dicarbonsäuren, Trialkylphosphat, Diaryläther, Ätherthioäther oder Mineralöl vorliegt.

7. Elastomerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quellmittel aus der Gruppe: Triarylphos-phat, Alkylsulfonsäureester, Diester aromatischer Dicarbonsäuren vorliegt.

8. Elastomerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Viskosität des Quellmittels bei 20°C unter 10~4 m2 . s-1 liegt.

9. Elastomerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellmittel Zusatzstoffe, z.B. Alterungsschutzmittel oder Wachse, enthält.

10. Elastomerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellmittel ein Gemisch zweier oder mehrerer im Elastomer etwa gleich rasch einquellender Flüssigkeiten enthält.

11. Elastomerkörper in Form eines Reifens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Quellmittel von der Aussenseite der Lauffläche nach innen abnimmt.

12. Elastomerkörper in Form eines Reifens nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Laufflächen-profil mit über den Umfang durchgehenden Profilerhebungen aufweist.

13. Elastomerkörper in Form eines Bodenbelages oder einer Behälterauskleidung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass seine oberflächennahe Zone polymerisiertes Quellmittel enthält.

14. Verfahren zur Herstellung eines Elastomerkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der fertig vernetzte Elastomerkörper mit Quellmittel behandelt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung durch Tauchen erfolgt, wobei gegebenenfalls nur bestimmte Partien des Elastomerkörpers benetzt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung durch Aufsprühen, Aufstreichen oder Aufwalzen erfolgt.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an die Behandlung mit Quellmittel eine Lagerungsperiode, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur, anschliesst.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Quellmittels regelmässig kontrolliert wird und, wenn erforderlich, verarmte Bestandteile des Quellmittels zudotiert werden.

19. Verfahren nach Anspruch 15 zum Herstellen eines Reifens, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung mit

20. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des Elastomerkörpers im Verwen-dungs-Spannungszustand erfolgt.