DE112011104616B4 - Ausgangsstoff zur Herstellung von hochdämpfendem Gummi für schwingungsdämpfende Produkte für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Ausgangsstoff zur Herstellung von hochdämpfendem Gummi für schwingungsdämpfende Produkte für Kraftfahrzeuge Download PDF

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Abstract

Ausgangsstoff zur Herstellung von hochdämpfendem Gummi für schwingungsdämpfende Produkte für Kraftfahrzeuge, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen: 100 Massenanteile Chlorbutylkautschuk; 10–40 Massenanteile Ruß N220; 20–50 Massenanteile Ruß N330; 20–40 Massenanteile naphthenisches Erdöl in Form von H-3107; 1–3 Massenanteile Poly(1,2-Dihydro-2,2,4-trimethyl-chinolin in Form von Alterungsschutzmittel RD; 1–3 Massenanteile N-Isopropyl-N'-phenyl-4-phenylendiamin in Form von Alterungsschutzmittel 4010NA; 3–6 Massenanteile dunkles Gemisch aus aromatischen Harzen in Form von Homogenisierungsmittel 40MSF; 5–10 Massenanteile indirekt hergestelltes Zinkoxid; 0,1–0,5 Massenanteile Magnesiumoxid; 1–5 Massenanteile Zink-Dibutyl-dithiocarbamat in Form von Beschleuniger BZ.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung gehört zum Bereich der Gummitechnik. Insbesondere betrifft sie einen Ausgangsstoff zur Herstellung von hochdämpfendem Gummi für schwingungsdämpfende Produkte für Kraftfahrzeuge.
  • Technischer Hintergrund
  • Im Zuge der schnellen Entwicklung der Kraftfahrzeugindustrie wird der Wirtschaftlichkeit, Bequemlichkeit und Sicherheit der Fahrzeuge immer größere Aufmerksamkeit gewidmet. Momentan werden an die Gummi-Dämpfungselemente von Kraftfahrzeugen höhere Anforderungen in Hinsicht auf Schwingungsdämpfung, Geräuschminderung, Bequemlichkeit und Fahrsicherheit gestellt, wonach ein Gummidämpfer ein gutes Schwingungsdämpfungs-, Geräuschdämmungs- und Pufferverhalten besitzen soll. Bei schwingungsdämpfenden Produkten findet eine große Anzahl an Gummiarten Verwendung, wobei Naturgummis bzw. Kautschuke bevorzugt werden. Zur Verbesserung der Hitzebeständigkeit der schwingungsdämpfenden Produkte werden auch Chloroprenkautschuk (CR), Butylkautschuk (IIR), Ethylenpropylendienmonomer-Kautschuk (EPDM) oder dergleichen eingesetzt.
  • Um eine Dauerhaltbarkeit der Produkte zu gewährleisten, muss bei der Ausgestaltung des entsprechenden Dämpfungsgummis die Stabilität der physikalischen Eigenschaften im Laufe der Zeit berücksichtigt werden. Dazu soll ein Gummi hergestellt werden, der gegenüber einer Temperatur von maximal 100°C (derzeit nur 70°C) beständig ist und sich intermittierend bei einer Temperatur von 120°C verwenden lässt.
  • Bei heutigen Kraftfahrzeugen besteht die Gummiaufhängung vor allem aus Gummi und Metallstrukturen, zeichnet sich durch ausgereifte Verfahrenstechnik und niedrige Kosten aus und kann daher für lange Zeit breite Anwendung finden. Jedoch kommen bei handelsüblichen Gummifederungen Naturgummis zum Einsatz, die sich durch schlechtes Dämpfungsverhalten bzw. schlechte Schwingungsdämpfung auszeichnen und daher zu einer nur geringen Schwingungsisolation insbesondere im Leerlaufbereich eines Motors führen können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ausgangsstoff zur Herstellung von hochdämpfendem Gummi für schwingungsdämpfende Produkte für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, damit solche Produkte hohe Anforderungen bezüglich der Dämpfung und Temperaturbeständigkeit erfüllen.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Ausgangsstoff zur Herstellung von hochdämpfendem Gummi für schwingungsdämpfende Produkte für Kraftfahrzeuge, der durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen gekennzeichnet ist: 100 Massenanteile Chlorbutylkautschuk; 10–40 Massenanteile Ruß N220; 20–50 Massenanteile Ruß N330; 20–40 Massenanteile naphthenisches Erdöl H-3107; 1–3 Massenanteile Poly(1,2-Dihydro-2,2,4-trimethyl-chinolin in Form von Alterungsschutzmittel RD; 1–3 Massenanteile N-Isopropyl-N'-phenyl-4-phenylendiamin in Form von Alterungsschutzmittel 4010NA; 3–6 Massenanteile dunkles Gemisch aus aromatischen Harzen in Form von Homogenisierungsmittel Struktol 40MSF); 5–10 Massenanteile indirekt hergestelltes Zinkoxid; 0,1–0,5 Massenanteile Magnesiumoxid; 1–5 Massenanteile Zink-Dibutyl-dithiocarbamat in Form von Beschleuniger BZ.
  • Bei der vorliegenden Erfindung werden Chlorbutylkautschuke als Grundwerkstoff eingesetzt, um einen hochdämpfenden Gummi herzustellen. Da Chlorbutylkautschuke (CIIR) an der Oberseite ihrer Molekülkette angereicherte Methylgruppen, die eine wurmartige Struktur ausbilden, und zudem in der Nähe der Glasübergangstemperatur einen sekundären Übergang aufweisen, lässt sich bei Chlorbutylkautschuken ein anderes Dämpfungsverhalten als bei gewöhnlichen Elastomeren beobachten. Dies ist insbesondere auf eine hohe und breite Spitze der inneren Reibung zurückzuführen, welche eine erhebliche Dämpfung hervorrufen kann. Chlorierte Butylkautschuke zeichnen sich einerseits durch hohe Reaktivität, schnelle Vulkanisierung und gutes Bindeverhalten mit Metall aus. Andererseits weisen Chlorbutylkautschuke eine gesättigte Hauptkette, niedrige Aktivität sowie eine ausgezeichnete Witterungs- und Temperaturbeständigkeit auf und erweisen sich daher als idealer Werkstoff für die Herstellung von hochdämpfenden Gummielementen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist jedoch keine direkte Verwendung von Chlorbutylkautschuken vorgesehen, sondern es sollen auch noch geeignete Verstärkungs- und Vulkanisierungssysteme gewählt werden.
  • Erfindungsgemäß werden Metalloxide als Vulkanisierungssystem eingesetzt, welche gegenüber anderen üblichen Vulkanisierungssystemen eine gleichmäßigere Vulkanisierungsgeschwindigkeit ermöglichen, so dass die dadurch vulkanisierten Gummimaterialien eine relativ hohe Beständigkeit gegen Wärmealterung und eine optimale Wärmebeständigkeit aufweisen.
  • Des Weiteren wird das Homogenisierungsmittel STRUKTOL® 40MSF verwendet, welches insbesondere für Chlorbutylkautschuke entwickelt wurde. Beim Homogenisierungsmittel 40MSF handelt es sich um ein dunkles Gemisch von aromatischen Harzen, das eine gute Verträglichkeit mit den meisten Gummiwerkstoffen wie beispielsweise CR, IIR, EPDM aufweist, bei Elastomermischungen und Monomergummimaterialien eingesetzt wird und somit eine erhebliche Verbesserung der Füllstoffe in Hinsicht auf Dispersion, Bindung und physikalische Eigenschaften ermöglicht.
  • Da Chlorbutylkautschuke keinen selbstverstärkenden Kautschuk darstellen, müssen Verstärkungssysteme vorhanden sein, um eine gute Zugfestigkeit zu erreichen. Als Verstärkungssystem werden in der Regel ähnlich wie bei den sogenannten Allzweckkautschuken die Rußtypen N220, N330 und N550 verwendet. Um den Ausgangsstoffen ein gutes Dämpfungsverhalten zu verleihen, werden die Rußtypen N220 und N330 sowie aliphatische oder naphthenische Weichmacher bevorzugt.
  • Den Ergebnissen mehrerer Versuche gemäß werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Verstärkungssystem die Rußtypen N220 und N330 und als Weichmacher naphthenisches Erdöl gewählt.
  • Dabei werden vor allem folgende Ausgangsstoffe eingesetzt:
    Chlorbutylkautschuk CIIR1066 der Fa. ExxonMobil Chemical Homogenisierungsmittel 40MSF der Fa. STRUKTOL Magnesiumoxid der Fa. Shanghai Dunhuang Chemical Factory Naphthenisches Erdöl H-3107 der Fa. Beijing Aidier Chemical Co., Ltd.
  • Mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausgangsstoffen kann ein hitzebeständiges und schwingungsdämpfendes Gummimaterial mit gutem Dämpfungsverhalten zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen hergestellt werden, das eine Zugfestigkeit von über 14,0 MPa, eine Bruchdehnung von über 400% und einen Dämpfungskoeffizient bei 20 Hz und Normalbedingungen von über 0,30 aufweist und sich dauerhaft bei einer Temperatur von bis zu 100°C verwenden lässt. Mit den bisher bekannten zuverlässigen Einspritzverfahren kann ein Gummiwerkstoff hergestellt werden, der die jeweils gestellten Anforderungen in Hinsicht auf Dämpfung und Temperaturbeständigkeit erfüllt. Darstellung der Ausführungsformen Beispiel 1
    Lfd. Nr. Zusammensetzung Massenanteile
    1 Chlorbutylkautschuk 100
    2 Ruß N220 10
    3 Ruß N330 50
    4 naphthenisches Erdöl H-3107 40
    5 Alterungsschutzmittel RD 1
    6 Alterungsschutzmittel 4010NA 1
    7 Homogenisierungsmittel 40MSF 3
    8 indirekt hergestelltes Zinkoxid 5
    9 Magnesiumoxid 0,5
    10 Beschleuniger BZ 1
  • Verhalten nach einer Wärmealterung bei einer Temperatur von 120°C für 70 h:
    Härteänderung +5
    Zugfestigkeitsänderung –14,5%
    Bruchdehnungsänderung –28,7%
    Dynamischer Versuch: Frequenz 20 Hz, Vorbelastung 1 mm, Amplitude ±0,5 mm, Dämpfungskoeffizient 0,32. Beispiel 2
    Lfd. Nr. Zusammensetzung Massenanteile
    1 Chlorbutylkautschuk 100
    2 Ruß N220 40
    3 Ruß N330 20
    4 naphthenisches Erdöl H-3107 20
    5 Alterungsschutzmittel RD 3
    6 Alterungsschutzmittel 4010NA 1
    7 Homogenisierungsmittel 40MSF 3
    8 indirekt hergestelltes Zinkoxid 10
    9 Magnesiumoxid 0,15
    10 Beschleuniger BZ 2
  • Verhalten nach einer Wärmealterung bei einer Temperatur von 120°C für 70 h:
    Härteänderung +6
    Zugfestigkeitsänderung –16,5%
    Bruchdehnungsänderung –20,2%
    Dynamischer Versuch: Frequenz 20 Hz, Vorbelastung 1 mm, Amplitude ±0,5 mm, Dämpfungskoeffizient 0,35. Beispiel 3
    Lfd. Nr. Zusammensetzung Massenanteile
    1 Chlorbutylkautschuk 100
    2 Ruß N-220 30
    3 Ruß N-330 30
    4 naphthenisches Erdöl H-3107 30
    5 Alterungsschutzmittel RD 1,5
    6 Alterungsschutzmittel 4010NA 1,5
    7 Homogenisierungsmittel 40MSF 4,5
    8 indirekt hergestelltes Zinkoxid 4
    9 Magnesiumoxid 0,25
    10 Beschleuniger BZ 2,5
  • Verhalten nach einer Wärmealterung bei einer Temperatur von 120°C für 70 h:
    Härteänderung +8
    Zugfestigkeitsänderung –18,3%
    Bruchdehnungsänderung –26,3%
    Dynamischer Versuch: Frequenz 20 Hz, Vorbelastung 1 mm, Amplitude ±0,5 mm, Dämpfungskoeffizient 0,34. Beispiel 4
    Lfd. Nr. Zusammensetzung Massenanteile
    1 Chlorbutylkautschuk 100
    2 Ruß N220 25
    3 Ruß N330 35
    4 naphthenisches Erdöl H-3107 35
    5 Alterungsschutzmittel RD 2,5
    6 Alterungsschutzmittel 4010NA 3
    7 Homogenisierungsmittel 40MSF 4
    8 indirekt hergestelltes Zinkoxid 10
    9 Magnesiumoxid 0,5
    10 Beschleuniger BZ 2,5
  • Verhalten nach einer Wärmealterung bei einer Temperatur von 120°C für 70 h:
    Härteänderung +7
    Zugfestigkeitsänderung –20,3%
    Bruchdehnungsänderung –24,8%
    Dynamischer Versuch: Frequenz 20 Hz, Vorbelastung 1 mm, Amplitude ±0,5 mm, Dämpfungskoeffizient 0,33. Beispiel 5
    Lfd. Nr. Zusammensetzung Massenanteile
    1 Chlorbutylkautschuk 100
    2 Ruß N-220 20
    3 Ruß N-330 50
    4 naphthenisches Erdöl H-3107 40
    5 Alterungsschutzmittel RD 1
    6 Alterungsschutzmittel 4010NA 2
    7 Homogenisierungsmittel 40MSF 5
    8 indirekt hergestelltes Zinkoxid 8
    9 Magnesiumoxid 0,3
    10 Beschleuniger BZ 3
  • Verhalten nach einer Wärmealterung bei einer Temperatur von 120°C für 70 h:
    Härteänderung +8
    Zugfestigkeitsänderung –22,5%
    Bruchdehnungsänderung –26,8%
    Dynamischer Versuch: Frequenz 20 Hz, Vorbelastung 1 mm, Amplitude ±0,5 mm, Dämpfungskoeffizient 0,36.
  • Mit den oben erwähnten Ausgangsstoffen kann ein Gummimaterial hergestellt werden, das mit seinem guten Dämpfungsverhalten die jeweils gestellten Anforderungen erfüllt. Mit den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung lässt sich ein Gummimaterial herstellen, das sowohl eine hervorragende Beständigkeit gegen thermisch-oxidative Alterung als auch ein gutes Dämpfungsverhalten aufweist.

Claims (4)

  1. Ausgangsstoff zur Herstellung von hochdämpfendem Gummi für schwingungsdämpfende Produkte für Kraftfahrzeuge, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen: 100 Massenanteile Chlorbutylkautschuk; 10–40 Massenanteile Ruß N220; 20–50 Massenanteile Ruß N330; 20–40 Massenanteile naphthenisches Erdöl in Form von H-3107; 1–3 Massenanteile Poly(1,2-Dihydro-2,2,4-trimethyl-chinolin in Form von Alterungsschutzmittel RD; 1–3 Massenanteile N-Isopropyl-N'-phenyl-4-phenylendiamin in Form von Alterungsschutzmittel 4010NA; 3–6 Massenanteile dunkles Gemisch aus aromatischen Harzen in Form von Homogenisierungsmittel 40MSF; 5–10 Massenanteile indirekt hergestelltes Zinkoxid; 0,1–0,5 Massenanteile Magnesiumoxid; 1–5 Massenanteile Zink-Dibutyl-dithiocarbamat in Form von Beschleuniger BZ.
  2. Ausgangsstoff zur Herstellung von hochdämpfendem Gummi für schwingungsdämpfende Produkte für Kraftfahrzeuge gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen: 100 Massenanteile Chlorbutylkautschuk; 10 Massenanteile Ruß N220; 50 Massenanteile Ruß N330; 40 Massenanteile naphthenisches Erdöl in Form von H-3107; 1 Massenanteil Poly(1,2-Dihydro-2,2,4-trimethyl-chinolin in Form von Alterungsschutzmittel RD; 1 Massenanteil N-Isopropyl-N'-phenyl-4-phenylendiamin in Form von Alterungsschutzmittel 4010NA; 3 Massenanteile dunkles Gemisch aus aromatischen Harzen in Form von Homogenisierungsmittel 40MSF; 5 Massenanteile indirekt hergestelltes Zinkoxid; 0,5 Massenanteile Magnesiumoxid; 1 Massenanteil Zink-Dibutyl-dithiocarbamat in Form von Beschleuniger BZ.
  3. Ausgangsstoff zur Herstellung von hochdämpfendem Gummi für schwingungsdämpfende Produkte für Kraftfahrzeuge gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen: 100 Massenanteile Chlorbutylkautschuk; 40 Massenanteile Ruß N220; 20 Massenanteile Ruß N330; 20 Massenanteile naphthenisches Erdöl in Form von H-3107; 3 Massenanteile Poly(1,2-Dihydro-2,2,4-trimethyl-chinolin in Form von Alterungsschutzmittel RD; 1 Massenanteil N-Isopropyl-N'-phenyl-4-phenylendiamin in Form von Alterungsschutzmittel 4010NA; 3 Massenanteile dunkles Gemisch aus aromatischen Harzen in Form von Homogenisierungsmittel 40MSF; 10 Massenanteile indirekt hergestelltes Zinkoxid; 0,15 Massenanteile Magnesiumoxid; 2 Massenanteile Zink-Dibutyl-dithiocarbamat in Form von Beschleuniger BZ.
  4. Ausgangsstoff zur Herstellung von hochdämpfendem Gummi für schwingungsdämpfende Produkte für Kraftfahrzeuge gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen: 100 Massenanteile Chlorbutylkautschuk; 30 Massenanteile Ruß N220; 30 Massenanteile Ruß N330; 30 Massenanteile naphthenisches Erdöl in Form von H-3107; 1,5 Massenanteile Poly(1,2-Dihydro-2,2,4-trimethyl-chinolin in Form von Alterungsschutzmittel RD; 1,5 Massenanteile N-Isopropyl-N'-phenyl-4-phenylendiamin in Form von Alterungsschutzmittel 4010NA; 4,5 Massenanteile dunkles Gemisch aus aromatischen Harzen in Form von Homogenisierungsmittel 40MSF; 4 Massenanteile indirekt hergestelltes Zinkoxid; 0,25 Massenanteile Magnesiumoxid; 2,5 Massenanteile Zink-Dibutyl-dithiocarbamat in Form von Beschleuniger BZ.
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