DE102005056454A1 - Werkstoff mit gleitfähigen Eigenschaften - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Werkstoff auf der Basis einer vulkanisierten Polymermischung, unmfassend: DOLLAR A - eine oder mehrere Polymerkomponente/n; DOLLAR A - einen Oberflächenmodifikator, der an die Oberfläche migriert und dann als Gleitmittel wirkt; sowie DOLLAR A - Mischungsingredienzen, nämlich Vernetzungsmittel, Füllstoff/e, DOLLAR A Verarbeitungshilfsmittel und insbesondere zusätzlich einen Weichmacher sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe. DOLLAR A Der erfindungsgemäße Werkstoff zeichnet sich dadurch aus, dass jede Polymerkomponente auf Kautschukbasis beruht, wobei die vulkanisierte Kautschukmischung folgende Mengenanteile aufweist: DOLLAR A Kautschukkomponente/n 25,0 bis 45,0 Gew.-% DOLLAR A Oberflächenmodifikator 0,5 bis 5,0 Gew.-% DOLLAR A Mischungsingredienzen 74,5 bis 50,0 Gew.-%. DOLLAR A Es werden zweckmäßige Oberflächenmodifikatoren vorgestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Werkstoff auf der Basis einer vulkanisierten Polymermischung, umfassend:
    • – eine oder mehrere Polymerkomponente/n;
    • – einen Oberflächenmodifikator, der an die Oberfläche migriert und dann als Gleitmittel wirkt; sowie
    • – Mischungsingredienzien, nämlich Vernetzungsmittel, Füllstoff/e, Verarbeitungshilfsmittel und insbesondere zusätzlich einen Weichmacher sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe.
  • Ein gattungsgemäßer Werkstoff wird in der Offenlegungsschrift DE 103 36 424 A1 näher vorgestellt, und zwar in Form eines thermoplastischen Vulkanisates (TPE). Dabei werden zwei Polymerkomponenten eingesetzt, nämlich ein thermoplastischer Kunststoff als Hauptbestandteil und ein mindestens teilvulkanisierter Kautschuk. Als Oberflächenmodifikator kommt insbesondere ein hydriertes Rizinusöl zur Anwendung.
  • Bei Werkstoffen auf reiner Kautschukbasis (Elastomerbasis) wird zur Verbesserung der Gleitfähigkeit die Oberfläche von Elastomerartikeln, beispielsweise von Dichtringen, mit Talkum benetzt.
  • In der Offenlegungsschrift DE 101 11 772 A1 wird ferner eine Dichtanordnung mit Einsatzschwerpunkt im Tunnelbau vorgestellt, wobei das Dichtprofil aus elastomerem Werkstoff im Bereich der Kontaktflächen mit wenigstens zwei Nocken versehen ist, die einen abgeschlossenen Raum bilden, in dem ein Gleitmittel gekammert ist. Auch hier liegt eine externe Gleitkonzeption zugrunde. Dabei kommt es jedoch vor, dass insbesondere bei einer allzu langen Lagerung derartiger Dichtsysteme auf einer Tunnelbaustelle das Gleitmittel bei der Montage bereits ausgeflossen ist und somit nicht oder nur noch unzureichend wirkt, und zwar trotz der Kammerung.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Werkstoff bereitzustellen, der sich durch hohe elastische Eigenschaften und bei der Montage von Bauanordnungen, insbesondere bei Dichtanordnungen, durch einen verbesserten Gleiteffekt auszeichnet, insbesondere unter dem Aspekt einer gleichmäßigen Migration des Oberflächenmodifikators.
  • Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass jede Polymerkomponente auf Kautschukbasis beruht, also im Gegensatz zur Entwicklung gemäß DE 103 36 424 A1 frei von thermoplastischen Kunststoffen ist, wobei die vulkanisierte Kautschukmischung folgende Mengenanteile aufweist:
  • Kautschukkomponente/n 25,0 bis 45,0 Gew.-%
    Oberflächenmodifikator 0,5 bis 5,0 Gew.-%
    Mischungsingredienzien 74,5 bis 50,0 Gew.-%
  • Vorzugsweise weist die Kautschukmischung folgende Mengenanteile auf:
  • Kautschukkomponente/n 30,0 bis 40,0 Gew.-%
    Oberflächenmodifikator 1,0 bis 3,0 Gew.-%
    Mischungsingredienzien 69,0 bis 57,0 Gew.-%
  • Die bevorzugten Kautschukkomponenten sind:
    Chloropren (CR)
    Nitrilkautschuk (NBR)
    Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)
    Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisat (EPDM)
  • Häufig wird nur einer dieser Kautschuktypen verwendet. Jedoch kommen auch deren Verschnitte zum Einsatz, insbesondere ein CR/NBR-Verschnitt oder NBR/SBR-Verschnitt.
  • Der Oberflächenmodifikator ist zweckmäßigerweise Ölsäure oder Erucasäure mit folgender Konstitutionsformel: H3C-(CH2)7-CH=CH-(CH2)n-COOH Ölsäure (n = 7)
    Erucasäure (n = 11)
  • Auch deren Derivate kommen zum Einsatz, wobei Ölsäureamid und Erucasäureamid besonders zu erwähnen sind. Deren Konstitutionsformel ist: H3C-(CH2)7-CH=CH-(CN2)n-CONH2 Ölsäureamid (n = 7)
    Erucasäureamid (n = 11)
  • Die Wasserstoffatome der NH2-Gruppe können teilweise oder ganz durch aliphatische oder aromatische Substituenten ersetzt sein. Die besten Gleitwerke werden jedoch bei nicht substituierten Amiden erzielt.
  • Die oben genannten Säuren und Amide liegen in der cis-Konfiguration vor, wobei die Ölsäure und Erucasäure Naturprodukte sind.
  • Auch die trans-Konfigurationen, nämlich Elaidinsäure (Stereoisomer zu Ölsäure) und Brasidinsäure (Stereoisomer zu Erucasäure) sind einsetzbar. Allerdings sind dies Stoffe, die nicht in der Natur vorkommen und durch Säurebehandlung unter Erwärmen der entsprechenden cis-Stereoisomeren umgewandelt werden.
  • Versuche haben jedoch gezeigt, dass mit den cis-Varianten die besten Gleiteffekte erzielt werden.
  • Der Oberflächenmodifikator kann auch ein Silikonöl sein.
  • Die Mischungsingredienzien sind insbesondere mit einem Weichmacher versetzt, wobei dessen Anteil 10 bis 30 Gew.-%, insbesondere 15 bis 25 Gew.-%, beträgt, und zwar bezogen auf die Gesamtmenge der Kautschukmischung.
  • Weitere Bestandteile der Mischungsingredienzien sind das Vernetzungsmittel, Füllstoffe (z.B. Ruß) und Verarbeitungshilfsmittel (z.B. Fließhilfsmittel, Prozesshilfsmittel). Das Vernetzungsmittel kann dabei auch ein Vernetzersystem sein, das zusätzlich Vernetzungshilfsmittel (z.B. Beschleuniger) beinhaltet. Weitere Zusatzstoffe können Alterungsschutzmittel, UV-Stabilisatoren, UV-Absorber, Farbpigmente und Flammschutzmittel sein.
  • Der neue Werkstoff wird insbesondere für Dichtprofile und Dichtringe, die Extrudate oder Formartikel sind, eingesetzt.
    •
  • Anhand eines Ausführungsbeispieles wurde der Gleitreibwert einer Kautschukmischung auf EPDM-Basis bei einer Mischungskonzeption gemäß Patentanspruch 2 in Verbindung mit Patentanspruch 8 ermittelt, und zwar ohne Oberflächenmodifikator einerseits und in Gegenwart von 1,5 Gew.-% Oberflächenmodifikator andererseits. Der Oberflächenmodifikator war das Erucasäureamid der oben erwähnten Konstitutionsformel. Reibungspartner des Vulkanisates in Form eines Dichtringes war Edelstahl. Die Ergebnisse der Gleitwerte sind in folgender Tabelle festgehalten:
    Figure 00040001
  • Es liegt also bei der Verwendung eines Oberflächenmodifikators fast eine Halbierung des Gleitreibwertes vor.

Claims (8)

  1. Werkstoff auf der Basis einer vulkanisierten Polymermischung, umfassend: – eine oder mehrere Polymerkomponente/n; – einen Oberflächenmodifikator, der an die Oberfläche migriert und dann als Gleitmittel wirkt; sowie – Mischungsingredienzien, nämlich Vernetzungsmittel, Füllstoff/e, Verarbeitungshilfsmittel und insbesondere zusätzlich einen Weichmacher sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe; dadurch gekennzeichnet, dass jede Polymerkomponente auf Kautschukbasis beruht, wobei die vulkanisierte Kautschukmischung folgende Mengenanteile aufweist: Kautschukkomponente/n 25,0 bis 45,0 Gew.-% Oberflächenmodifikator 0,5 bis 5,0 Gew.-% Mischungsingredienzien 74,5 bis 50,0 Gew.-%
  2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung folgende Mengenanteile aufweist: Kautschukkomponente/n 30,0 bis 40,0 Gew.-% Oberflächenmodifikator 1,0 bis 3,0 Gew.-% Mischungsingredienzien 69,0 bis 57,0 Gew.-%
  3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukkomponente/n Chloropren (CR), Nitrilkautschuk (NBR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), ein Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisat (EPDM) und/oder deren Verschnitte, insbesondere ein CR/NBR-Verschnitt oder NBR/SBR-Verschnitt, ist/sind.
  4. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenmodifikator Ölsäure oder deren Derivate, insbesondere ein Ölsäureamid, ist.
  5. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenmodifikator Erucasäure oder deren Derivate, insbesondere ein Erucasäureamid, ist.
  6. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenmodifikator ein Silikonöl ist.
  7. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Weichmacher als Bestandteil der Mischungsingredienzien 10 bis 30 Gew.-% beträgt, und zwar bezogen auf die Gesamtmenge der Kautschukmischung.
  8. Werkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Weichmacher als Bestandteil der Mischungsingredienzien 15 bis 25 Gew.-% beträgt, und zwar bezogen auf die Gesamtmenge der Kautschukmischung.
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