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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Dichtungsmaterial und insbesondere auf ein Dichtungsmaterial mit einer ausgezeichneten Beständigkeit gegen Kältemaschinenöl, Freongas, Frostschutzmittel-Flüssigkeit und dgl.
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Beschreibung des verwandten Standes der Technik
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Im allgemeinen hat eine Dichtung, die an einem Kompressor für eine Kältemaschine in einem Automobil befestigt ist, oder eine Dichtung, die an einem Motor befestigt ist, einen Aufbau, bei dem eine Kautschukschicht unter Verwendung einer Haftschicht (Primerschicht) auf eine Stahlplatte auflaminiert ist. Dabei sind jedoch die beiden Stufen zur Herstellung einer Haftschicht (Primerschicht) und der Kautschukschicht erforderlich. Daher wurde ein Dichtungsmaterial entwickelt, bei dem keine Haftschicht verwendet wird. In
JP H11-1678 A ist beispielsweise ein Dichtungsmaterial beschrieben, das einen Aufbau hat, bei dem ein Film aus einer Mischung aus einer nicht-vulkanisierten Kautschukmasse und einem Phenolharz oder Epoxyharz direkt auf eine Stahlplatte aufgebracht ist.
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Bei dem Dichtungsmaterial, bei dem keine Haftschicht verwendet wird, ist es erforderlich, eine sehr große Menge Phenolharz oder Epoxyharz mit der nicht-vulkanisierten Kautschukmasse zu mischen, um eine zufriedenstellende Haftung zwischen dem Mischungsfilm und der Stahlplatte zu erzielen. Die Folge davon ist, dass der Nachteil auftritt, dass die Elastizität des Mischungsfilms vermindert ist, sodass das Abdichtungsvermögen beeinträchtigt ist.
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US 5 154 977 A offenbart Zusammensetzungen aus einem Xylol-modifizierten Phenolharz und NBR-Kautschuken, die auf Stahlsubstrate aufgetragen werden und dort vulkanisiert werden.
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JP H11-1678 A beschreibt Zusammensetzungen, die Kautschuke (NBR) und modifizierte Phenolharze in einem Verhältnis von 45–75 Gew.-% zu 55–25 Gew.-% enthalten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Unter Berücksichtigung der vorgenannten Umstände wurde die Erfindung entwickelt und Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Dichtungsmaterial zur Verfügung zu stellen, das einen Film mit einer ausgezeichneten Haftung an einer Stahlplatte aufweist, und bei dem die Kautschukelastizität so weit aufrechterhalten wird, dass sie im Wesentlichen gleich der ursprünglichen Kautschukelastizität ist, trotz eines Aufbaus, bei dem keine Haftschicht verwendet wird, und das ein ausgezeichnetes Abdichtungsvermögen, insbesondere in bezug auf Kältemachinenöl, Freongas, Frotschutzmittel-Flüssigkeit und dgl., aufweist.
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Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein Dichtungsmaterial bereitgestellt, das umfasst:
eine Stahlplatte und
einen gehärteten Film, hergestellt aus einer Mischung aus einer nicht-vulkanisierten Kautschukmasse und einem Phenol-modifizierten Xylolharz, der direkt auf mindestens eine der einander gegenüberliegenden Oberflächen der Stahlplatte aufgebracht ist,
worin die nicht-vulkanisierte Kautschukmasse eine Mischung aus einem Metalloxid und NBR, der mit einem oberflächenaktiven Agens polymerisiert worden ist, umfasst, und
worin der gehärtete Film hergestellt ist aus einer Mischung von 88 bis 95 Gew.-% der nicht-vulkanisierten Kautschukmasse und 5 bis 12 Gew.-% des Phenol-modifizierten Xylolharzes.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die Erfindung wird nachstehend im Detail beschrieben.
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Ein erfindungsgemäßes Dichtungsmaterial hat eine Struktur, bei der eine Kautschukschicht direkt ohne Bildung einer Haftschicht auf eine Stahlplatte aufgebracht ist.
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Die Stahlplatte unterliegt keiner speziellen Beschränkung. Als Stahlplatte kann jede beliebige Stahlplatte, beispielsweise eine Platte aus rostfreiem Stahl (aus ferritischem, martensitischem oder austenitischem rostfreiem Stahl) oder eine Platte aus SPCC-Stahl, wie sie bisher in einer Dichtung eingesetzt wird, verwendet werden. Im Allgemeinen werden vor der Verwendung diese Stahlplatten nach einer alkalischen Entfettung einer Umwandlungsbehandlung mit einem Chromat- oder Nicht-Chromat-Behandlungsmittel unterzogen, sodass Rostschutzfilme auf den Stahlplatten gebildet werden. Diese Umwandlungsbehandlung kann auf die erfindungsgemäß verwendete Stahlplatte angewendet werden. Häufig wird auf einer SPCC-Stahlplatte ein Film aus Zinkphosphat oder Eisenphosphat gebildet. Ein Film dieses Typs kann auf der erfindungsgemäß verwendeten SPCC-Stahlplatte gebildet werden. Es kann auch eine Stahlplatte verwendet werden, die einer Oberflächenaufrauungsbehandlung, beispielsweise einer Schrotstrahl-Behandlung oder einer Scotch-Strahlbehandlung unterworfen wurde.
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Eine Mischung aus einer nicht-vulkanisierten Kautschukmasse (-compound) und einem Phenol-modifizierten Xylolharz wird in einem organischen Lösungsmittel gelöst zur Herstellung einer filmbildenden Lösung. Die filmbildende Lösung wird auf eine der oder auf jede der einander gegenüberliegenden Oberflächen der Stahlplatte aufgebracht. Als nicht-vulkanisierte Kautschukmasse kaum eine Mischung aus NBR, die vorzugsweise 18 bis 50% Nitril, ein oberflächenaktives Agens und Metalloxid enthält, verwendet werden. Als NBR kann vorzugsweise ein Polymer verwendet werden, das hergestellt worden ist durch Polymerisation eines Materials mit einer kurzen Alkylkette in Gegenwart eines Emulgiermittels, wie z. B. eines Sulfonsäure-Natriumsalzes.
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Ein Sulfonsäure-Natriumsalz wird vorzugsweise bei der Polymerisation von NBR als oberflächenaktives Agens verwendet. Als Metalloxid wird vorzugsweise Magnesiumoxid oder Calciumoxid verwendet. Das Gewichtsverhältnis von Metalloxid zu NBR beträgt vorzugsweise 5:90 bis 15:75.
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Es wird ein Phenol-modifiziertes Xylolharz verwendet, das in einem alkoholischen Lösungsmittel gelöst ist.
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Außerdem werden 5 bis 12 Gew.-% des Phenol-modifizierten Xylolharzes mit 88 bis 95 Gew.-% der nicht-vulkanisierten Kautschukmasse gemischt.
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Das organische Lösungsmittel unterliegt keiner Beschränkung, sofern die nicht-vulkanisierte Kautschukmasse und das Phenol-modifizierte Xylolharz in dem organischen Lösungsmittel gelöst werden können. Beispielsweise kann als organisches Lösungsmittel eine Mischung aus 60 bis 90 Gew.-% eines aromatischen Kohlenwasserstoffs (einschließlich eines Ketons), wie Toluol, und 10 bis 40 Gew.-% einer alkoholischen Flüssigkeit, wie z. B. Isopropylalkohol, verwendet werden. Die Mischung aus der nicht-vulkanisierten Kautschuk-Verbindung und dem Phenol-modifizierten Xylolharz wird in dem organischen Lösungsmittel gelöst zur Herstellung einer filmbildenden Lösung, die eine Feststoff-Konzentration von 20 bis 50 Gew.-% aufweist.
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Ein Dichtungsmaterial kann wie folgt hergestellt werden. Die filmbildende Lösung wird unter Verwendung einer Skim-Beschichtungseinrichtung oder einer Walzen-Beschichtungseinrichtung oder dgl. auf die Stahlplatte aufgebracht unter Bildung einer Lösungsschicht mit einer Dicke von 20 bis 150 μm. Die Lösungsschicht wird 5 bis 15 min lang auf etwa 150 bis 240°C erhitzt. Als Ergebnis wird ein gehärteter Film aus der Mischung aus der nicht-vulkanisierten Kautschukmasse und dem Phenol-modifizierten Xylolharz vulkanisiert und mit der Stahlplatte verbunden unter Bildung eines Dichtungsmaterials. Das auf diese Weise hergestellte erfindungsgemäße Dichtungsmaterial weist einen gehärteten Film auf, der an der Stahlplatte fest haftet, obgleich keine Haftschicht verwendet worden ist, und der eine mittlere Elastizität aufweist, sodass ein ausgezeichnetes Abdichtungsvermögen erzielt wird.
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Beispiele
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Die Erfindung wird nachstehend insbesondere anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher beschrieben, die Erfindung ist darauf jedoch keineswegs beschränkt.
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Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 6
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Herstellung von Proben
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Jede der Proben wurde wie folgt hergestellt: NBR (enthaltend ein oberflächenaktives Agens), ein Metalloxid und ein Harz wurden wie in der Tabelle 1 angegeben miteinander gemischt zur Herstellung einer Mischung. Die Mischung wurde in einem Lösungsmittelsgemisch aus Toluol und Isopropylalkohol (mit 48 Gew.-% Isopropylalkohol) gelöst zur Herstellung einer filmbildenden Lösung, die eine Feststoff-Konzentration von 42 Gew.-% aufwies. In der Tabelle steht der Ausdruck ”spezifischer NBR” für NBR, der durch Polymerisation unter Verwendung eines Materials vom kurzen Alkylketten-Typ in Gegenwart eines Alkylsulfonsäure-Natriumsalzes hergestellt worden ist. Die filmbildende Lösung wurde auf eine einer Umwandlungsbehandlung unterworfene SPCC-Stahlplatte mittels einer Walzen-Beschichtungseinrichtung so aufgebracht, dass eine Lösungsschicht einer Dicke von 65 μm auf jeder der einander gegenüberliegenden Oberflächen der SPCC-Stahlplatte gebildet wurde. Dann wurde die Lösungsschicht 10 min lang auf 180°C erhitzt unter Bildung eines gehärteten Films. Auf diese Weise wurde jede Probe hergestellt.
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Zur Durchführung eines Vergleichs wurde eine Probe (Vergleichsbeispiel 6) in der Weise hergestellt, dass eine NBR-Kautschukmasse-Schicht unter Anwendung einer Haftbeschichtung auf eine Haftschicht aufgebracht wurde. Tabelle 1: Mischung
| | Art des NBR (A) | Metalloxid (B) | Harz (C) | (A) | (B) | (C) |
| Mischung (1) | spezifischer NBR | Magnesiumoxid | Phenolmodifiziertes Xylolharz | 100 | 5 | 5 |
| Mischung (2) | spezifischer NBR | Calciumoxid | Phenolmodifiziertes Xylolharz | 100 | 10 | 7 |
| Mischung (3) | spezifischer NBR | Magnesiumoxid | Phenolmodifiziertes Xylolharz | 100 | 15 | 12 |
| Mischung (4) | spezifischer NBR | Magnesiumoxid | Phenolharz | 100 | 15 | 15 |
| Mischung (5) | allgemeiner NBR | - | Epoxyharz | 100 | 0 | 27 |
| Mischung (6) | spezifischer NBR | Siliciumoxid | Phenolmodifiziertes Xylolharz | 80 | 10 | 7 |
| Mischung (7) | allgemeiner NBR | - | Phenolharz | 100 | 0 | 25 |
| Mischung (8) | spezifischer NBR | - | Phenolmodifiziertes Xylolharz | 100 | 0 | 12 |
| Mischung (9) | Eine NBR-Kautschukmasse-Schicht wurde auf eine Haftschicht aufgebracht. |
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Fußngte) Der ”spezifische NBR” war ein NBR, der durch Polymerisation aus einem Material vom kurzen Alkylketten-Typ in Gegenwart eines Alkylsulfonsäure-Natriumsalzes hergestellt worden war. Die Mischungen (1) bis (3) fallen unter die Erfindung und die Mischungen (4) bis (9) sind Vergleichsbeispiele
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Jede der Proben wurde wie folgt bewertet.
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Bewertungsverfahren
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1. Beständigkeit gegen Kältemaschinenöl/Freon-Gas
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Die hergestellte Probe wurde in eine gemischte Lösung aus 50 Gew.-% Kältemaschinenöl (PAG-Öl), wie es in einer Kältemaschine eines Automobils verwendet wird, und 50 Gew.-% Freon-Gas (R134a) als Kühlmittel eingetaucht. Die Probe wurde 500 h lang in diesem Zustand bei 130°C belassen. Nachdem die Probe in diesem Zustand belassen worden war, wurde die Probe aus der Lösungsmischung entnommen und einem Spiral-Einritztest und einem Gitterschnitt-Bandabziehtest unterworfen.
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2. Beständigkeit gegen eine Frostschutzmittel-Flüssigkeit
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Eine Hälfte der hergestellten Probe wurde in ein Automobilkühler-Kühlmittel (ein Langzeit-Kühlmittel der Firma Toyota Motor Corporation) halb eingetaucht, sodass sie sich senkrecht zu dem Flüssigkeitsniveau des Kühlmittels befand. Die Probe wurde 500 h lang in diesem Zustand bei 120°C belassen. Nachdem die Probe in diesem Zustand belassen worden war, wurde die Probe aus dem Kühlmittel entnommen. Der nicht-eingetauchte Abschnitt und der eingetauchte Abschnitt der Probe wurden einem Spiral-Einritztest und einem Gitterschnitt-Bandabzugstest unterzogen.
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Die für die jeweiligen Tests angewendeten Verfahren und die Kriterien für die Bewertung in dem jeweiligen Test waren wie folgt.
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Spiraleinritz-Test
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Eine Spirale mit einem Radius von 4,5 mm wurde 25 mal auf einer Oberfläche der Probe mittels einer Spiraleinritz-Testvorrichtung gemäß JIS-K6894 gezeichnet. Die Probe wurden unter Anwendung der folgenden Kriterien bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 in der Spalte ”Spiraleinritz-Test” angegeben.
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Bewertungskriterien
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- Bewertung 5: der gehärtete Film blieb vollständig erhalten
- Bewertung 4: ein Teil des gehärteten Films fiel heraus
- Bewertung 3: etwa die Hälfte des gehärteten Films fiel heraus
- Bewertung 2: ein Teil des gehärteten Films blieb erhalten
- Bewertung 1: der gehärtete Film fiel vollständig heraus.
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In dem Vergleichsbeispiel 6 wurden die NBR-Kautschukmassen-Schicht unter Anwendung der gleichen Kriterien wie vorstehend angegeben bewertet.
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Gitterschnitt-Bandabzugstest
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Der Test wurde gemäß JIS-K5400 nach einem Verfahren mit den folgenden Stufen durchgeführt:
- (1) die Probe wurde so eingeschnitten, dass ein Gitter mit 2 mm-Quadraten und 100 Schnittpunkten in der Oberfläche der Probe entstand;
- (2) ein Klebestreifen wurde auf die gitterförmige Oberfläche aufgelegt und der Klebestreifen wurde mit einem Radiergummi gerieben, sodass der Klebestreifen fest an der gitterförmigen Oberfläche haftete;
- (3) der Klebestreifen wurde sofort senkrecht von der Probenoberfläche abgezogen, während ein Ende des Klebestreifens festgehalten wurde, nachdem 1 bis 2 min nach dem Auflegen des Klebestreifens verstrichen waren; und
- (4) die Anzahl der verbleibenden Schnittpunkte wurde durch Betrachten der Probe nach dem Abziehen ausgezählt.
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Die Anzahl der verbleibenden Schnittpunkte ist an einer entsprechenden Stelle in der Tabelle 3 in der Spalte ”Gitterschnitt-Test” angegeben.
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3. Versiegelungs- bzw. Abdichtungstest
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Nach den Angaben in der Tabelle 2 wurden Flansche, Bolzen und eine Dichtung verwendet. Der Versiegelungs- bzw. Abdichtungstest wurde unter Anwendung eines Verfahrens mit den folgenden Stufen durchgeführt:
- (1) Festziehen der Flansche mit einem Drehmoment von 14,7 N·m, während die Dichtung sandwichartig zwischen den Flanschen vorlag;
- (2) Verbinden einer im Zentrum der Flansche angeordneten Düse mit einem Schlauch eines Stickstoffgas-Zylinders;
- (3) Eintauchen der Flansche in einen Wassertank; und
- (4) allmähliches Öffnen eines Regelventils des Gaszylinders.
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Der Druck zu einem Zeitpunkt, wenn Luftblasen festgestellt wurden, wurde als Versiegelungs- bzw. Abdichtungstest an der entsprechenden Stelle in der Spalte ”Abdichtungsdruck” in der Tabelle 3 aufgezeichnet. Tabelle 2: Spezifikationen des Flansches und der Dichtung
| Flansch | Form | Φ 155 mm × 16 mm befestigt mittels vier M16-Bolzenschrauben |
| | Material | SUS 304 (einschließlich Flansch und Bolzenschrauben) |
| | Oberflächenrauheit | 17,0 Rz |
| | Festziehdrehmoment | 14,7 N·m |
| Dichtung | Form | Φ 90 mm × Φ 72 mm (Relief: Φ 81 mm, Sicke: 2,0 W × 0,3 H) |
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Wie in der Tabelle 3 angegeben, wird bei jedem der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 3, in denen NBR, ein Metalloxid und ein Phenol-modifiziertes Xylolharz verwendet werden, ein Bewertungsergebnis in Bezug auf die Haftung erhalten, das demjenigen des Vergleichsbeispiels 6 entspricht, bei dem ein Haftüberzug verwendet wird. Bei jedem der Beispiele 1 bis 3 ist auch das erzielte Abdichtungsvermögen äquivalent zu demjenigen wie es im Vergleichsbeispiel 6 erhalten wird. Andererseits ist das Leistungsvermögen in bezug auf alle Bewertungsmerkmale bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 5, die den Anforderungen den Erfindung nicht genügen, deutlich schlechter.
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Wie vorstehend angegeben, kann das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial leicht hergestellt werden, ohne dass ein Haftüberzug erforderlich ist, und es weist eine ausgezeichnete dauerhafte Haftung und ein ausgezeichnetes Abdichtungsvermögen auf gegenüber Kältemaschinenöl, Freon-Gas und Frostschutzmittel-Flüssigkeit.
