DE112011104628B4 - Ausgangsstoff zur Herstellung von Acrylatkautschuk für Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuche - Google Patents

Ausgangsstoff zur Herstellung von Acrylatkautschuk für Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuche Download PDF

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Abstract

Ausgangsstoff zur Herstellung von Acrylatkautschuk für Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuche, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen: 40–70 Massenanteile Acrylatkautschuk in Form von PA 402L mit niedriger Mooney-Viskosität; 30–60 Massenanteile Acrylatkautschuk in Form von PA 402H mit hoher Mooney-Viskosität; 1–2 Massenanteile Stearinsäure; 2–3 Massenanteile 4,4'-Bis(1,1-dimethylbenzyl)-diphenylamin in Form von Alterungsschutzmittel Dusantox® 86; 1–2 Massenanteile Polyoxyethylenoctadecyletherphosphat in Form von Verarbeitungshilfsmittel Vanfre® VAM; 25–45 Massenanteile Ruß N330; 10–30 Massenanteile Ruß N550; 0,2–0,5 Massenanteile Kaliumstearat; 1–4 Massenanteile Natriumstearat; 0,1–0,3 Massenanteile Schwefel.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung gehört zum Bereich der Gummitechnik. Insbesondere betrifft sie einen Ausgangsstoff zur Herstellung von Acrylatkautschuk für Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuche.
  • Technischer Hintergrund
  • Als Kurbelgehäuse wird der Raum im unteren Bereich eines Motorzylinders eines Kraftfahrzeuges für den Einbau von Kurbelwellen bezeichnet. Bei Kraftfahrzeugen sind ein oberes und ein unteres Kurbelgehäuse vorgesehen, wobei das obere Kurbelgehäuse mit dem Zylinder einteilig gegossen ist und das untere Kurbelgehäuse zur Aufnahme von Schmieröl sowie zum Verschluss des oberen Kurbelgehäuses dient. Beim Betrieb des Motors treten unverbrannte Gase unter hohem Druck, Säuren, Feuchtigkeit, Schwefel- und Stickstoffoxide aus der Brennkammer durch den Spalt zwischen Kolbenring und Zylinderwand ins Kurbelgehäuse ein und vermischen sich mit dem durch Bauteilverschleiß entstehenden Metallpulver, so dass Ölschlamm entsteht. Solcher Ölschlamm schwebt bei geringer Menge im Öl und wird bei großer Menge aus dem Öl ausgeschieden, so dass der Filter und die Schmierlöcher verstopft werden. Dies kann die Motorschmierung erschweren und endgültig zum Verschleiß führen. Zur Zeit sind die meisten Benzinmotoren mit einer Zwangsbelüftung für das Kurbelgehäuse versehen, mit der die Gase aus dem Kurbelgehäuse durch einen Kurbelgehäuse-Entlüftungsschlauch zurück in den Motor zur weiteren Verbrennung geleitet werden können. Die sogenannten Kurbelgehäusegase können kondensieren und somit das Gummimaterial des Kurbelgehäuse-Entlüftungsschlauches angreifen. Das dabei entstandene Kondensat zeigt bei verschiedenen Betriebszuständen des Motors große Unterschiede in seiner Zusammensetzung. Allerdings besteht es meistens aus drei Medientypen: Brennstoff, Motoröl und flüssige saure Stoffe mit einem pH-Wert von 2 bis 6. Unter der Korrosion durch diese Medien und der durch die Wärmeabführung des Motors verursachten Alterung des Gummimaterials leidet der Kurbelgehäuse-Entlüftungsschlauch insbesondere in Hinsicht auf seine Eigenschaften und Lebensdauer.
  • Da die Kurbelgehäusegase wie erwähnt unverbrannte, gasförmige Brennstoffe, Motorölnebel, Säuren, Schwefel- und Stickstoffoxide enthalten, muss der Kurbelgehäuse-Entlüftungsschlauch aus einem Werkstoff gefertigt sein, der eine hervorragende Beständigkeit gegen Kraftstoffe, Motoröl und Korrosion besitzt. Gleichzeitig dazu muss der Kurbelgehäuse-Entlüftungsschlauch, da er den Motor umschließt, eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen. Momentan werden zur Herstellung von Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuchen für Kraftfahrzeuge oft Acrylatkautschuke verwendet, welche nach dem Stand der Technik jedoch den immer höheren Temperaturen der Kurbelgehäusegase nur schwer widerstehen können. Bei manchen High-End-Fahrzeugtypen kommen auch Ethylenacrylatkautschuke zum Einsatz, die jedoch eine niedrigere Ölbeständigkeit als Acrylatkautschuke aufweisen und kostspielig sind und daher keine breite Anwendung bei mittelklassigen oder einfachen Kraftfahrzeugtypen finden können.
  • In der Patentanmeldung EP 2 053 088 wird eine Acrylkautschuk-Zusammensetzung offenbart, die bei Motoren als Dichtung beispielsweise für Ventildeckel oder Zylinderköpfe dient und ein spezielles Acrylkautschukpolymer in Kombination mit Ruß und einem Vernetzer enthält.
  • Die Druckschrift JP2002265737A bezieht sich auf die Herstellung einer Acrylkautschuk-Zusammensetzung, die zu einem sehr hitze- und ölbeständigen Vulkanisat führt, wobei ein spezieller Acrylkautschuk, ein primäres Monoamin sowie ein Diamin als Vulkanisationsmittel compoundiert werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ausgangsstoff zur Herstellung von Acrylatkautschuk vorzuschlagen, der sich in Hinsicht auf Ölbeständigkeit als besser als derzeit übliche Acrylatkautschuke und in Hinsicht auf Hitzebeständigkeit als vergleichbar mit Ethylenacrylatkautschuk erweist und zudem kostengünstig verfügbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Ausgangsstoff zur Herstellung von Acrylatkautschuk für Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuche, der durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen gekennzeichnet ist: 40–70 Massenanteile Acrylatkautschuk PA 402L mit niedriger Mooney-Viskosität; 30–60 Massenanteile Acrylatkautschuk PA 402H mit hoher Mooney-Viskosität; 1–2 Massenanteile Stearinsäure; 2–3 Massenanteile Alterungsschutzmittel 4,4'-Bis(1,1-dimethylbenzyl)-diphenylamin in Form von Dusantox® 86; 1–2 Massenanteile Verarbeitungshilfsmittel Polyoxyethylen-octadecyletherphosphat in Form von Vanfre® VAM; 25–45 Massenanteile Ruß N330; 10–30 Massenanteile Ruß N550; 0,2–0,5 Massenanteile Kaliumstearat; 1–4 Massenanteile Natriumstearat; 0,1–0,3 Massenanteile Schwefel.
  • Bei Acrylatkautschuk (ACM) handelt es sich um ein Elastomer, das aus Alkylacrylat (CH2=CH-COOR) als Hauptmonomer und einer geringen Anzahl von Monomeren mit vernetzungsaktiven Gruppen durch Copolymerisation entsteht. Bei der Verarbeitung werden je nach den vernetzten Monomeren in der Molekülstruktur verschiedene Vulkanisierungssysteme verwendet, so dass der Acrylatkautschuk in polyaminvernetzend mit Chlor, polyaminvernetzend ohne Chlor, selbstvernetzend, carbonsäure- und ammoniumsalzvernetzend und seifenvernetzend unterteilt sein kann. Darüber hinaus sind spezielle, d.h. z.B. fluoridhaltige oder thermoplastische Acrylatkautschuke bekannt. Acrylatkautschuke haben eine gute Temperatur- und Ölbeständigkeit, lassen sich aber nicht unmittelbar einsetzen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung müssen auch noch geeignete Acrylatkautschukmarken sowie geeignete Vulkanisierungs- und Verstärkungssysteme gewählt werden.
  • Erfindungsgemäß kommen die Acrylatkautschuke PA-402L und PA-402H der japanischen GmbH NOK zum Einsatz, welche sich bezüglich der Molekülstruktur beide durch hohe Polarität und vollständige Sättigung auszeichnen. Dies ermöglicht eine hervorragende Beständigkeit gegen Mineralöl und Hochtemperaturoxidation. In Bezug auf Ölbeständigkeit erweisen sie sich lediglich als schlechter als Fluorkautschuk, aber als vergleichbar mit den handelsüblichen Nitrilkautschuken mit mittlerem bis hohem Acrylnitrilgehalt. In Hinsicht auf Hitzebeständigkeit sind diese Acrylatkautschuke zwischen Allzweck- und Silikonkautschuken einzuordnen und können bei einer Temperatur von bis zu 180°C, intermittierend bzw. kurzzeitig bei einer Temperatur von 200°C und dauerhaft bei einer Temperatur von 150°C ohne deutliche Eigenschaftsänderungen verwendet werden. Wichtig ist darüber hinaus, dass sie gegenüber Hochdruck-Schmiermitteln mit Hochdruckzusätzen wie beispielsweise Schwefel, Chlor bzw. Phosphor eine sehr hohe Stabilität zeigen und sich bei einer Temperatur von bis zu 150°C, intermittierend bei einer noch höheren Temperatur, einsetzen lassen. Ferner sind Acrylatkautschuke ozonfest, gasdicht, biegebruchfest, risswachstumsfest und beständig gegen durch UV-Strahlung ausgelöste Farbveränderungen und können dauernd unter hohen Temperaturen in der Umgebung eines Motors ohne große Eigenschaftsänderungen verwendet werden. Des Weiteren ist eine Kombination von PA-402L und PA-402H aufgrund ihres Mooney-Viskositätsunterschieds (PA-402L weist eine niedrige Mooney-Viskosität und PA-402H eine hohe Mooney-Viskosität auf) vorteilhaft, da eine niedrige Mooney-Viskosität der Verarbeitung und eine hohe Mooney-Viskosität den Eigenschaften zugute kommt. Dadurch werden sowohl hohe Verarbeitbarkeit als auch gute physikalische bzw. mechanische Eigenschaften sichergestellt.
  • Kaliumstearat, Natriumstearat und Schwefel können zusammen ein seifenartiges Vulkanisierungssystem bilden. Hierbei zeichnet sich das Natriumstearat durch langsame Vulkanisierung und sichere Verarbeitbarkeit aus, während das Kaliumstearat leicht zu versengen ist. Durch Änderung des Einsatzverhältnisses im Falle einer Kombination von Kaliumstearat und Natriumstearat kann die Sengdauer gesteuert werden, ohne dass der Vulkanisierungsprozess stark beeinflusst wird. Mit Schwefel lassen sich die Vulkanisierungsgeschwindigkeit und der Vulkanisierungsgrad erhöhen. Durch die Auswahl eines geeigneten Mischverhältnisses können eine zweckmäßige Vulkanisierungsgeschwindigkeit und eine sichere Verarbeitung für das Gummimaterial gewährleistet werden.
  • Bei Kraftfahrzeugen werden als Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuche oft stranggepresste Schläuche eingesetzt, was hohe Anforderungen an das jeweils verwendete Gummimaterial in Bezug auf die Extrusionseigenschaften stellt. Bei der vorliegenden Erfindung werden durch den Einsatz des schnell strangpressbaren Rußes N550 die Extrusionseigenschaften des Gummimaterials und durch gleichzeitige Verwendung des Ofenrußes N330 mit hoher Verschleißbeständigkeit die Festigkeit des Vulkanisats gewährleistet. Darstellung der Ausführungsformen Beispiel 1:
    Lfd. Nr. Zusammensetzung Materialeinsatz/Massenanteile
    1 Acrylatkautschuk PA 45
    2 Acrylatkautschuk PA 55
    3 Stearinsäure 1,2
    4 Alterungsschutzmittel Dusantox® 86 2,5
    5 Verarbeitungshilfsmittel Vanfre® VAM 1,6
    6 Ruß N330 30
    7 Ruß N550 25
    8 Kaliumstearat 0,3
    9 Natriumstearat 3
    10 Schwefel 0,2
  • Die Beständigkeit des Gummimaterials gegen Kurbelgehäusegase, das aus den Ausgangsstoffen gemäß Beispiel 1 hergestellt wird, ist wie folgend: Dem entsprechenden Prüfverfahren(1) zufolge zeigt das Material nach sechs Zyklen folgende Eigenschaften:
    Lfd. Nr. Aspekt Technische Anforderungen Versuchsergebnisse
    1 Aussehen Keine Anhaftung, keine Rissbildung Keine Anhaftung, keine Rissbildung
    2 Härteänderung Maximale Änderung 20%, minimale Härte 55 Shore A Härteänderung –10%, Härte 63 Shore A
    3 Zugfestigkeitsänderung Maximale Änderung 40%, minimale Zugfestigkeit 6 Mpa Zugfestigkeitsänderung –22%, Zugfestigkeit 11,4 MPa
    4 Bruchdehnungsänderung Maximale Änderung 65%, minimale Bruchdehnung 80% Bruchdehnungsänderung –34%, Bruchdehnung 264%
    5 Gewichtsänderung Maximaler Anstieg 20% Anstieg um 5%
    Beispiel 2:
    Lfd. Nr. Zusammensetzung Materialeinsatz/Massenanteile
    1 Acrylatkautschuk PA 65
    2 Acrylatkautschuk PA 35
    3 Stearinsäure 1,7
    4 Alterungsschutzmittel Dusantox® 86 2,8
    5 Verarbeitungshilfsmittel Vanfre® VAM 2
    6 Ruß N330 25
    7 Ruß N550 30
    8 Kaliumstearat 0,4
    9 Natriumstearat 3,5
    10 Schwefel 0,3
  • Die Beständigkeit des Gummimaterials gegen Kurbelgehäusegase, das aus den Ausgangsstoffen gemäß Beispiel 2 hergestellt wird, ist wie folgend: Dem entsprechenden Prüfverfahren(1) zufolge zeigt das Material nach sechs Zyklen folgende Eigenschaften:
    Lfd. Nr. Aspekt Technische Anforderungen Versuchsergebnisse
    1 Aussehen Keine Anhaftung, keine Rissbildung Keine Anhaftung, keine Rissbildung
    2 Härteänderung Maximale Änderung 20%, minimale Härte 55 Shore A Härteänderung –8%, Härte 64 Shore A
    3 Zugfestigkeitsänderung Maximale Änderung 40%, minimale Zugfestigkeit 6 Mpa Zugfestigkeitsänderung –19%, Zugfestigkeit 11,8 MPa
    4 Bruchdehnungsänderung Maximale Änderung 65%, minimale Bruchdehnung 80% Bruchdehnungsänderung –28%, Bruchdehnung 288%
    5 Gewichtsänderung Maximaler Anstieg 20% Anstieg um 6%
    Beispiel 3:
    Lfd. Nr. Zusammensetzung Materialeinsatz/Massenanteile
    1 Acrylatkautschuk PA 55
    2 Acrylatkautschuk PA 45
    3 Stearinsäure 1,5
    4 Alterungsschutzmittel Dusantox® 86 2,6
    5 Verarbeitungshilfsmittel Vanfre® VAM 1,8
    6 Ruß N330 40
    7 Ruß N550 15
    8 Kaliumstearat 0,3
    9 Natriumstearat 3,5
    10 Schwefel 0,25
  • Die Beständigkeit des Gummimaterials gegen Kurbelgehäusegase, das aus den Ausgangsstoffen gemäß Beispiel 3 hergestellt wird, ist wie folgend:
    Dem entsprechenden Prüfverfahren(1) zufolge zeigt das Material nach sechs Zyklen folgende Eigenschaften:
    Lfd. Nr. Aspekt Technische Anforderungen Versuchsergebnisse
    1 Aussehen Keine Anhaftung, keine Rissbildung Keine Anhaftung, keine Rissbildung
    2 Härteänderung Maximale Änderung 20%, minimale Härte 55 Shore A Härteänderung –12%, Härte 62 Shore A
    3 Zugfestigkeitsänderung Maximale Änderung 40%, minimale Zugfestigkeit 6 Mpa Zugfestigkeitsänderung –17%, Zugfestigkeit 12,1 MPa
    4 Bruchdehnungsänderung Maximale Änderung 65%, minimale Bruchdehnung 80% Bruchdehnungsänderung –41%, Bruchdehnung 236%
    5 Gewichtsänderung Maximaler Anstieg 20% Anstieg um 8%
  • (1): Prüfverfahren
  • Es werden der Probekörper in einen verschließbaren Spiegelglasbecher mit einem Fassungsvermögen von 200 ml eingebracht und in den Becher 100 ml Salpetersäure mit einem pH-Wert von 5 eingefüllt, um dann den Becher in einem mechanisch zu belüftenden Wärmeschrank für 4 Stunden bei einer Temperatur von unter 60°C zu halten. Daraufhin wird der Probekörper mit destilliertem Wasser gespült und die dabei zurückbleibende Flüssigkeit kontinuierlich entfernt. Es findet eine Trocknung bei Raumtemperatur für 30 Minuten statt.
  • Anschließend wird der Probekörper in ein mit einer Glasplatte (z.B. Uhrenglas) abgedecktes 250-ml-Becherglas (Tall-Form) gelegt und in Lubrizol® Motoröl OS 304 206 mit einer Temperatur von 135°C für 18 Stunden gelagert. Nach einer bestimmten Einwirkungsdauer wird das Bauteil (Faserpapier) ununterbrochen mit einer Prüfflüssigkeit gespült und bei Raumtemperatur für 30 Minuten ruhen gelassen. Danach wird das Bauteil bei Raumtemperatur in einer FAM-B Prüfflüssigkeit für 30 Minuten gelagert und nach der Brennstoffspeicherung bei Raumtemperatur für 15 Minuten getrocknet.
  • Je nach Bedarf wird der beschriebene Prüfzyklus wiederholt, danach der Probekörper auf seine Eigenschaften geprüft und dabei die Anzahl der durchgeführten Zyklen angegeben.

Claims (4)

  1. Ausgangsstoff zur Herstellung von Acrylatkautschuk für Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuche, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen: 40–70 Massenanteile Acrylatkautschuk in Form von PA 402L mit niedriger Mooney-Viskosität; 30–60 Massenanteile Acrylatkautschuk in Form von PA 402H mit hoher Mooney-Viskosität; 1–2 Massenanteile Stearinsäure; 2–3 Massenanteile 4,4'-Bis(1,1-dimethylbenzyl)-diphenylamin in Form von Alterungsschutzmittel Dusantox® 86; 1–2 Massenanteile Polyoxyethylenoctadecyletherphosphat in Form von Verarbeitungshilfsmittel Vanfre® VAM; 25–45 Massenanteile Ruß N330; 10–30 Massenanteile Ruß N550; 0,2–0,5 Massenanteile Kaliumstearat; 1–4 Massenanteile Natriumstearat; 0,1–0,3 Massenanteile Schwefel.
  2. Ausgangsstoff zur Herstellung von Acrylatkautschuk für Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuche gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen: 45 Massenanteile Acrylatkautschuk in Form von PA 402L mit niedriger Mooney-Viskosität; 55 Massenanteile Acrylatkautschuk in Form von PA 402H mit hoher Mooney-Viskosität; 1,2 Massenanteile Stearinsäure; 2,5 Massenanteile Alterungsschutzmittel 4,4'-Bis(1,1-dimethylbenzyl)diphenylamin in Form von Dusantox® 86; 1,6 Massenanteile Verarbeitungshilfsmittel Polyoxyethylen-octadecyletherphosphat in Form von Vanfre® VAM; 30 Massenanteile Ruß N330; 25 Massenanteile Ruß N550; 0,3 Massenanteile Kaliumstearat; 3 Massenanteile Natriumstearat; 0,2 Massenanteile Schwefel.
  3. Ausgangsstoff zur Herstellung von Acrylatkautschuk für Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuche gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen: 65 Massenanteile Acrylatkautschuk in Form von PA 402L mit niedriger Mooney-Viskosität; 35 Massenanteile Acrylatkautschuk in Form von PA 402H mit hoher Mooney-Viskosität; 1,7 Massenanteile Stearinsäure; 2,8 Massenanteile 4,4'-Bis(1,1-dimethylbenzyl)-diphenylamin in Form von Alterungsschutzmittel Dusantox® 86; 2 Massenanteile Verarbeitungshilfsmittel Polyoxyethylen-octadecyletherphosphat in Form von Vanfre® VAM; 25 Massenanteile Ruß N330; 30 Massenanteile Ruß N550; 0,4 Massenanteile Kaliumstearat; 3,5 Massenanteile Natriumstearat; 0,3 Massenanteile Schwefel.
  4. Ausgangsstoff zur Herstellung von Acrylatkautschuk für Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuche gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Massenanteilen: 55 Massenanteile Acrylatkautschuk in Form von PA 402L mit niedriger Mooney-Viskosität; 45 Massenanteile Acrylatkautschuk in Form von PA 402H mit hoher Mooney-Viskosität; 1,5 Massenanteile Stearinsäure; 2,6 Massenanteile 4,4'-Bis(1,1-dimethylbenzyl)-diphenylamin in Form von Alterungsschutzmittel Dusantox® 86; 1,8 Massenanteile Verarbeitungshilfsmittel Polyoxyethylen-octadecyletherphosphat in Form von Vanfre® VAM; 40 Massenanteile Ruß N330; 15 Massenanteile Ruß N550; 0,3 Massenanteile Kaliumstearat; 3,5 Massenanteile Natriumstearat; 0,25 Massenanteile Schwefel.
DE112011104628.6T 2010-12-28 2011-02-10 Ausgangsstoff zur Herstellung von Acrylatkautschuk für Kurbelgehäuse-Entlüftungsschläuche Expired - Fee Related DE112011104628B4 (de)

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