DE112012002208T5

DE112012002208T5 - Elastomerartikel mit verbesserten Eigenschaften

Info

Publication number: DE112012002208T5
Application number: DE112012002208.4T
Authority: DE
Inventors: Sheel P. Agarwal
Original assignee: Firestone Industrial Products Co LLC
Current assignee: Firestone Industrial Products Co LLC
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2032-05-25
Also published as: DE112012002208B4; US20140217656A1; WO2012162462A1; US9163689B2

Abstract

Eine Luftfeder, die einen Luftfederbalg aufweist, wobei wenigstens eine Schicht dieses Luftfederbalgs das Vulkanisierungsprodukt mit einer Zusammensetzung beinhaltet, die ein ungesättigtes chloriertes Polymer und ein gesättigtes chloriertes Polymer beinhaltet.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Begünstigungen der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/489,309, angemeldet am 24. Mai 2011, die hierin durch Verweis eingeschlossen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Elastomerartikel und insbesondere Bälge von Luftfedern, die verbesserte Eigenschaften aufweisen, einschließlich Elastizitätsermüdung und Rissausbreitungsbeständigkeit.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Luftfedern, oder Luftfederungsvorrichtungen, werden seit langem verwendet, um Fahrzeuge, Sitze oder Führerhäuser von Straßenungleichmäßigkeiten zu isolieren. Als Teil einer Fahrzeugaufhängung stützt eine Luftfeder auf jeder Achse die Last oder Masse des Fahrzeugs. Typischerweise stützt jede mit einer Luftfeder verknüpfte Achse eines Fahrzeugs die von der Achse getragene Massenkomponente oder Last. Zudem können untergeordnete Luftfedern vorhanden sein, die den Komfort für den Fahrer in und um das Fahrerabteil oder Führerhaus unterstützen. In einer Luftfeder ist ein Volumen eines Gases, üblicherweise Luft, in einem flexiblen Behälter eingeschlossen. Wenn eine Luftfeder komprimiert wird (Anschlagweg), nimmt der Druck des Gases in der Luftfeder zu; und wenn sich eine Luftfeder ausdehnt (Rückfederung), nimmt der Druck des Gases in der Luftfeder ab. Straßenungleichmäßigkeiten werden hauptsächlich durch diese Komprimierung und Ausdehnung der Luftfedern als eine Funktion von Arbeit (w = ∫F· dx) absorbiert.
Luftfedern sind häufig so aufgebaut, dass sie eine spezifische Federrate oder Federkonstante aufweisen, wodurch Anschlag- und Rückfederungseigenschaften für die gewünschte Anwendung und für den Komfort kontrolliert werden.
Elastomerartikel, wie Luftfedern, können unzählige Zyklen zwischen Komprimierung und Ausdehnung durchlaufen und müssen flexibel und strapazierfähig sein. Im Laufe der Zeit und unter Betriebsbelastungen verändern sich die Materialeigenschaften eines Luftfederbalgs. Letztendlich können sich Risse bilden und so groß werden, dass die Integrität des Luftfederbalgs kompromittiert wird und er ersetzt werden muss.
Typischerweise besteht der Luftbalg oder Luftfederbalg aus mit Seil (aus Stoff oder Metall) verstärkten Gummizusammensetzungen, bei denen es sich um natürliche oder synthetische Materialien handeln kann. Ungesättigtes chloriertes Gummi, wie Neopren, das manchmal als Chloroprenkautschuk (CR) bezeichnet wird, wird aufgrund seiner relativ geringen bleibenden Druckverformung, guten Widerstandsfähigkeit und Abriebfestigkeit häufig verwendet.
Gesättigtes chloriertes Polyethylen (CPE) wurde aufgrund seiner Wärmeeigenschaft, Wetterbeständigkeit und Ölbeständigkeit in verschiedenen Kautschukteilen in der Automobilbranche und Industrie verwendet. CPE ist von der Dow Chemical Company unter dem Handelsnamen TYRIN^® im Handel erhältlich und wird in der Draht- und Kabelverkleidung in Automobilen, Schläuchen und Rohren und industriellen Schläuchen verwendet. Die Produktliteratur für TYRIN^® CPE besagt, dass die molekulare Sättigung von CPE die Verwendung von anderen Vulkanisierungssystemen als den herkömmlichen Schwefelsystemen erfordert. Ferner ist bei der Auswahl von Zusatzstoffen beim Mischen von CPE besondere Vorsicht geboten, da Zusatzstoffe, die in einem Vulkanisierungssystem vorteilhaft sind, in einem anderen nachteilig sein können.
Es besteht im Markt weiterhin ein Bedarf an Zusammensetzungen für einen Luftfederbalg mit verbesserten Eigenschaften, einschließlich eines kürzeren Vulkanisierungszyklus, verbesserter Füllstoffverteilung und verbesserter Beständigkeit gegenüber Rissbildung und Elastizitätsermüdung.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) stellt die vorliegende Erfindung eine Luftfeder bereit, die einen Luftfederbalg aufweist, wobei wenigstens eine Schicht dieses Luftfederbalgs das Vulkanisierungsprodukt mit einer Zusammensetzung beinhaltet, die ein ungesättigtes chloriertes Polymer und ein gesättigtes chloriertes Polymer beinhaltet.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) stellt die vorliegende Erfindung einen Luftfederbalg bereit, der durch einen Prozess präpariert wird, der folgende Schritte umfasst: i. Präparieren einer vulkanisierbaren Zusammensetzung, die ein ungesättigtes chloriertes Polymer und ein gesättigtes chloriertes Polymer beinhaltet; ii. Fabrizieren der vulkanisierbaren Zusammensetzung in einen nicht vulkanisierten Luftbalg; und iii. wenigstens teilweises Vulkanisieren des nicht vulkanisierten Luftbalgs.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen: 1 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Luftfeder gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) der vorliegenden Erfindung.
2 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Luftfeder gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) der vorliegenden Erfindung.
3 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Luftfeder gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) der vorliegenden Erfindung.
4 eine aufgeschnittene Ansicht eines beispielhaften Luftfederbalgs, die seinen mehrlagigen Aufbau zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung basieren auf der Entdeckung, dass technologisch nützliche Luftbälge aus Zusammensetzungen hergestellt werden können, die gesättigte und ungesättigte chlorierte Polymere beinhalten. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) ist wenigstens eine Schicht eines Luftbalgs aus Polymerzusammensetzungen hergestellt, die ein gesättigtes chloriertes Polymer und ein ungesättigtes chloriertes Polymer beinhalten. Es wurde unerwartet entdeckt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Luftbälge eine insgesamt vorteilhafte Balance an Eigenschaften aufweisen, einschließlich verbesserter Flexibilität und Langlebigkeit.
Die Abbildungen zeigen verschiedene Ausführungsformen von Luftfedern. In 1 ist eine Luftfederanordnung allgemein durch die Ziffer 10 gekennzeichnet. Die Luftfederanordnung 10 beinhaltet einen flexiblen Luftfederbalg 12, der auch als Balg 12 bezeichnet werden kann. Die Wulstplatte 14 ist an den Luftfederbalg 12 gecrimpt, um eine luftdichte Dichtung zwischen der Wulstplatte 14 und dem Luftfederbalg 12 zu bilden. Auf ähnliche Weise ist der Endverschluss 16 an den flexiblen Luftfederbalg 12 spritzgegossen, um eine luftdichte Dichtung zwischen dem Endverschluss 16 und dem Luftfederbalg 12 zu bilden. Der Endverschluss 16 des Luftfederbalgs 12 ist durch im Stand der Technik bekannte mechanische Mittel, einschließlich zum Beispiel einen Kolbenbolzen (nicht dargestellt), am Kolben 18 befestigt. Der Kolben 18 stellt eine Oberfläche bereit, auf der der flexible Luftfederbalg 12 während des komprimierenden (Anschlag-) Wegs rollen kann. Die flexible Luftfederanordnung 10 kann optional einen Dämpfer 20 beinhalten, um das Fahrzeug zu stützen, wenn sich in den Luftfedern keine Luft befindet oder bei extremen Straßenungleichmäßigkeiten. Im Luftfederbalg 12 ist ein Volumen an Gas 22 eingeschlossen. Nieten 24 und Löcher 26 werden verwendet, um die flexible Luftfederanordnung 10 an der Montageoberfläche eines Automobils (nicht dargestellt) zu befestigen.
2 zeigt eine beispielhafte (doppelte) verschachtelte Luftfederanordnung, die allgemein durch die Ziffer 30 gekennzeichnet ist. Die verschachtelte Luftfederanordnung 30 beinhaltet einen flexiblen Luftfederbalg 32. Die Wulstplatten 34 sind an den Luftfederbalg 32 gecrimpt, um eine luftdichte Dichtung zwischen den Wulstplatten 34 und dem Luftfederbalg 32 zu bilden. Ein Gürtelreifen 36 ist zwischen den Wulstplatten 34 am Luftfederbalg 32 befestigt. Die verschachtelte Luftfederanordnung 30 kann optional einen Dämpfer 38 beinhalten, um das Fahrzeug zu stützen, wenn sich in den Luftfedern keine Luft befindet oder bei extremen Straßenungleichmäßigkeiten. Im Luftfederbalg 32 ist ein Volumen an Gas 40 eingeschlossen. Blindmuttern, einschließlich 42 und anderen Blindmuttern (nicht dargestellt), werden verwendet, um die verschachtelte Luftfederanordnung 30 an der Montageoberfläche eines Automobils (nicht dargestellt) zu befestigen.
3 zeigt eine beispielhafte Führerhaus-/Sitzfederanordnung, die allgemein durch die Ziffer 70 gekennzeichnet ist. Die Führerhaus-/Sitzfederanordnung 70 beinhaltet einen flexiblen Luftfederbalg 72. Die Führerhaus-/Sitzplatte 74 ist am Luftfederbalg 72 befestigt, um eine luftdichte Dichtung zwischen ihnen zu bilden, zum Beispiel unter Verwendung eines Metallrings 75. Eine luftdichte Dichtung kann durch bekannte Techniken erzielt werden, wie die, die in US-Patent Nr. 6,474,630 beschrieben sind, das hierin durch Verweis eingeschlossen ist. Die Aufhängungsplatte 76 ist gleichermaßen durch einen Metallring 77 am Luftfederbalg 72 befestigt, um eine luftdichte Dichtung zwischen ihnen bereitzustellen.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) bestehen die Luftfederbälge 12, 32 und 72 aus mit Seil (aus Stoff oder Metall) verstärktem Elastomer und sie können aus mehreren Schichten bestehen, wie in einer ausgeschnittenen Ansicht eines beispielhaften Luftfederbalgs 52 in 4 dargestellt. Der beispielhafte Luftfederbalg 52 weist einen „zweilagigen” Aufbau auf und beinhaltet vier Schichten: Innengummi 54, erste Lage 56, zweite Lage 58 und Außenverkleidung 60. Der Innengummi 54 und die Außenverkleidung 60 können kalandrierten Kautschuk beinhalten. Wie dargestellt, kann die erste Lage 56 eine einzige Lage seilverstärktes Elastomer mit den Seilen in einem spezifischen Schnittwinkel beinhalten und die zweite Lage 58 kann eine einzige Lage stoffverstärktes Elastomer mit dem gleichen Schnittwinkel entgegengesetzt zu dem der ersten Lage 56 beinhalten.
Wenngleich die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Luftfederbalg und einer Luftfeder, die in der Aufhängung eines Automobils verwendet werden, beschrieben ist, ist für Fachleute ersichtlich, dass die offenbarten Lehren allgemein sind und dass die vorliegende Erfindung auf andere Technologie angewendet werden kann, die sich auf Luftfederanwendungsbereiche bezieht. Die anderen Bereiche können zum Beispiel Luftfedern für Sitze, Luftfedern zum Stützen von Lkw-Führerhäuser, Luftfedern in Bussen, Schläuche und dergleichen beinhalten.
Eine oder mehrere Ausführungsform(en) der vorliegenden Erfindung betrifft/betreffen Elastomerzusammensetzungen, die auch als vulkanisierbare Zusammensetzungen bezeichnet werden können, die in der Herstellung von einer oder mehreren Schicht(en) eines Luftfederbalgs verwendet werden können.
Die Bälge der vorliegenden Erfindung werden durch Vulkanisieren einer vulkanisierbaren Zusammensetzung hergestellt, die ein gesättigtes chloriertes Polymer und ein ungesättigtes chloriertes Polymer beinhaltet. Vulkanisierungssysteme zum Vulkanisieren können schwefelbasierte Vulkanisierungssysteme beinhalten. Andere Inhaltsstoffe, die in der vulkanisierbaren Formel enthalten sein können, beinhalten zusätzliche Elastomere, Weichmacher, Antioxidantien, Füllstoffe, Öle, Vulkanisierungsmittel und andere Zusatzstoffe, die üblicherweise in Kautschukzusammensetzungen verwendet werden.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) umfasst die vulkanisierbare Zusammensetzung ein gesättigtes chloriertes Polymer. Beispiele von gesättigten chlorierten Polymeren beinhalten chlorierte Polyolefine. Chlorierte hydrierte Polydiene sind ebenfalls nützlich.
Typischerweise beinhalten gesättigte chlorierte Polymere ein gesättigtes Kohlenwasserstoffpolymer als Träger mit Chloratomen entlang der Polymerkette verteilt. Allgemein können gesättigte chlorierte Polyolefine beschrieben werden als ein gesättigtes Methylen als Träger mit Chloratomen entlang der Methylenkette verteilt. Gesättigte chlorierte Polyolefine werden von Fachleuten manchmal als gesättigte chlorierte Elastomere bezeichnet.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) ist das gesättigte chlorierte Polymer gesättigtes chloriertes Polyethylen, das auch mit seiner ASTM-Bezeichnung CM oder durch das Akronym CPE bezeichnet werden kann.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beinhaltet das gesättigte chlorierte Polymer basierend auf dem Gesamtgewicht des gesättigten chlorierten Polymers ungefähr 1 bis 50 Gewichtsprozent, in anderen Ausführungsformen 5 bis ungefähr 48 Gewichtsprozent, in anderen Ausführungsformen ungefähr 10 bis ungefähr 45 Gewichtsprozent, in anderen Ausführungsformen ungefähr 20 bis ungefähr 44 Gewichtsprozent, in anderen Ausführungsformen ungefähr 25 bis ungefähr 42 Gewichtsprozent Chlor und in anderen Ausführungsformen ungefähr 30 bis ungefähr 40 Gewichtsprozent Chlor.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beinhaltet das gesättigte chlorierte Polymer basierend auf dem Gesamtgewicht des gesättigten chlorierten Polymers weniger als ungefähr 1 Gewichtsprozent Schwefel, in anderen Ausführungsformen weniger als 0,5 Gewichtsprozent Schwefel, in weiteren anderen Ausführungsformen weniger als 0,1 Gewichtsprozent Schwefel. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) ist das gesättigte chlorierte Polymer frei von Schwefel.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann das in der Umsetzung dieser Erfindung verwendete gesättigte chlorierte Polymer gekennzeichnet sein durch eine Mooney-Viskosität (ML₁₊₄ bei 100°C) von wenigstens 25, in anderen Ausführungsformen wenigstens 40, in anderen Ausführungsformen wenigstens 50, in anderen Ausführungsformen wenigstens 55 und in anderen Ausführungsformen wenigstens 60. In diesen oder anderen Ausführungsformen kann das gesättigte chlorierte Polymer gekennzeichnet sein durch eine Mooney-Viskosität von weniger als 150, in einigen Ausführungsformen weniger als 130, in anderen Ausführungsformen weniger als 120 und in anderen Ausführungsformen weniger als 100. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann das gesättigte chlorierte Polymer gekennzeichnet sein durch eine Mooney-Viskosität (ML 1+ 4/100°C.) von ungefähr 40 bis ungefähr 130, in anderen Ausführungsformen von ungefähr 50 bis ungefähr 110 und in anderen Ausführungsformen von ungefähr 60 bis ungefähr 100.
Gesättigte chlorierte Polyethylen-Polymere sind im Handel erhältlich, zum Beispiel von Dow Chemical Company unter dem Handelsnamen Tyrin^®. Beispiele für Tyrin^®-Produkte beinhalten Tyrin^® CM 3551E, das ca. 35–36 Gewichtsprozent Chlor enthält und eine Mooney-Viskosität von ungefähr 90–94 aufweist, Tyrin^® XUS 63010, das ca. 36 Gewichtsprozent Chlor enthält und eine Mooney-Viskosität von ungefähr 80 aufweist, Tyrin^® CM 302, das ca. 30 Gewichtsprozent Chlor enthält und eine Mooney-Viskosität von ungefähr 60–65 aufweist, Tyrin^® XUS 63008, das ca. 35 Gewichtsprozent Chlor enthält und eine Mooney-Viskosität von 100 aufweist, und Tyrin^® CM 4211P, das ca. 42 Gewichtsprozent Chlor enthält und eine Mooney-Viskosität von ungefähr 80 aufweist.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) umfasst die vulkanisierbare Zusammensetzung ferner ein ungesättigtes chloriertes Polymer. Beispiele von ungesättigtem chloriertem Polymer beinhalten Polymere, die aus der Polymerisierung von Halogendienen stammen, und optional ein damit copolymerisierbares Monomer. Ein gängiges Halogendien ist 2-Chlor-1,3-Butadien, auch bekannt als Chloropren. Mit Chloropren copolymerisierbares Monomer beinhaltet Schwefel und 2,3-Dichlor-1,3-Butadien. Homopolymere von Chloropren werden allgemein als Polychloropren bezeichnet. Zu Zwecken dieser Beschreibung können die aus der Copolymerisierung von Chloropren abgeleiteten Polymere und das damit copolymerisierbare Monomer als Polychloropren-Copolyemere bezeichnet werden.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann/können das in der Umsetzung dieser Erfindung verwendete Polychloropren oder die Polychloropren-Copolymere gekennzeichnet sein durch eine Mooney-Viskosität (ML₁₊₄ bei 100°C) von wenigstens 25, in anderen Ausführungsformen wenigstens 40, in anderen Ausführungsformen wenigstens 60, in anderen Ausführungsformen wenigstens 80 und in anderen Ausführungsformen wenigstens 100. In diesen oder anderen Ausführungsformen kann/können das in der Umsetzung dieser Erfindung verwendete Polychloropren oder die Polychloropren-Copolymere gekennzeichnet sein durch eine Mooney-Viskosität (ML₁₊₄ bei 100°C) von weniger als 150, in anderen Ausführungsformen weniger als 130, in anderen Ausführungsformen weniger als 110, in anderen Ausführungsformen weniger als 80, in anderen Ausführungsformen weniger als 60 und in anderen Ausführungsformen weniger als 50. In bestimmten Ausführungsformen kann/können das Polychloropren oder die Polychloropren-Copolymere gekennzeichnet sein durch eine Mooney-Viskosität (ML₁₊₄ bei 100°C) von ungefähr 100 bis ungefähr 120 und in anderen Ausführungsformen von ungefähr 41 bis ungefähr 51.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) können Mischungen von verschiedenartigen Polychloroprenen oder Polychlorophren-Copolymeren eingesetzt werden, um eine gewünschte Balance an Eigenschaften zu erzielen. Diese Unterscheidungen können auf Comonomer-Gehalt und/oder Viskosität des Polymers basieren.
Beispiele von Polychloropren oder Polychloropren-Copolymeren sind erhältlich von DuPont Performance Elastomers (Wilmington, Delaware, USA) unter den Familienbezeichnungen Neopren^TM Typ „W”
A. Zusätzliche optionale Elastomere
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung optional zusätzliche Elastomere beinhalten, was sich auf andere Polymere bezieht, die einen Teil des Elastomernetzes bilden können. Wie für Fachleute ersichtlich ist, beinhalten beispielhafte Polymere Naturkautschuk, synthetisches Polyisopren, Polybutadien, Polyisobutylen-Co-Isopren, Polychloropren, Poly(ethylen-Co-Propylen), Poly(styren-Co-Butadien), Poly(styren-Co-Isopren) und Poly(styren-Co-Isopren-Co-Butadien), Poly(isopren-Co-Butadien), Poly(ethylen-Co-Propylen-Co-Dien), Polysulfidkautschuk, Acrylkautschuk, Urethankautschuk, Nitrilkautschuk, Siliziumkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk und Mischungen davon. [0034] In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann diese Erfindung ein Antioxidans beinhalten. Nützliche Antioxidantien beinhalten Bisphenol-artige Antioxidantien, Dyphenylamine und Zinksalze. Nützliche Diphenylamin-Antioxidantien sind erhältlich unter dem Handelsnamen 405 (Akrochem). Nützliche Zinksalz-Antioxidantien sind erhältlich unter dem Handelsnamen 58 (Akrochem).
Konservierungsstoffe schützen das Endproduktvulkanisat vor schädlichen äußeren Einflüssen, wie Oxidation, Ozon, Wärme und dynamischen Belastungen. Ein geeigneter Konservierungsstoff ist Wingstay 100, bei dem es sich um einen gemischten Diaryl-P-Phenylen-artigen Konservierungsstoff handelt. Ein weiterer geeigneter Konservierungsstoff ist Wingstay 29, bei dem es sich um ein gemischtes Paraorientiertes styrolisiertes Dihphenylamin handelt. Wingstay 100 und Wingstay 29 sind im Handel erhältlich.
Ein weiterer geeigneter Konservierungsstoff ist IPPD oder N-Isopropyl-N'-Phenyl-P-Phenylenediamin. IPPD ist erhältlich von Flexsys (Akron, Ohio, USA) unter dem Handelsnamen Santoflex IPPD.
Ein weiterer geeigneter Konservierungsstoff ist 6PPD oder N-(1,3-Dimethylbutyl)-N-Phenyl- P-Phenylenediamin. 6PPD ist erhältlich von Flexsys (Akron, Ohio, USA) unter dem Handelsnamen Santoflex 6PPD.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung Ruß beinhalten. Ruß ist praktisch reiner, natürlicher Kohlenstoff in Form von kolloiden Partikeln, die durch unvollständige Verbrennung oder thermischen Abbau von gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen unter kontrollierten Bedingungen erzeugt werden. Ruß kann als ein verstärkender Füllstoff zu der vulkanisierbaren Zusammensetzung hinzugefügt werden, um die erforderliche Balance zwischen Verarbeitungsfähigkeit, Härte und Zug- oder Reißeigenschaften zu erzielen. Allgemein ist/sind jeder herkömmliche Ruß oder Mischungen davon, der/die in der Herstellung von kautschukbasierten Luftfederbalgformeln verwendet wird/werden, für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Besonders nützliche Rußvarianten beinhalten diejenigen, die den Eigenschaften von ASTM N660 entsprechen.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung Siliziumdioxid beinhalten. Nützliche Formen von Siliziumdioxid beinhalten kristallines und amorphes Siliziumdioxid. Die kristalline Form von Siliziumdioxid beinhaltet Quarz, Tridymit und Kristobalit. Amorphes Siliziumdioxid kann auftreten, wenn die Silizium- und Sauerstoffatome in einer ungleichmäßigen Form angeordnet sind, wie durch Röntgenbeugung identifiziert. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) ist das Siliziumdioxid ein ausgefälltes Siliziumdioxid. In diesen oder anderen Ausführungsformen wird pyrogene Kieselsäure eingesetzt. Im Handel erhältliche Formen von Siliziumdioxid sind erhältlich von PPG Industries, Inc. (Monroeville, Pennsylvania, USA), Degussa Corporation (Parsippany, New Jersey, USA) und J. M. Huber Corporation (Atlanta, Georgia, USA). Ein nützliches im Handel erhältliches Produkt ist Rubbersil^® RS-150, das durch eine BET-Oberfläche von 150 m²/g, eine Stampfdichte von 230 g/Liter, einen pH-Wert (5% in wässriger Suspension) von 7, einen SiO2-Gehalt von 98%, einen Na₂SO₄-Gehalt von 2% und einen Al₂0₃-Gehalt von 0,2% gekennzeichnet ist.
Andere organische Füllstoffe beinhalten Kohlefüllstoff und gemahlenen recycelten Kautschuk. Andere nützliche anorganische Füllstoffe beinhalten Lehm, Talkum, Glimmer, Titandioxid und Calciumcarbonat. Nützliche Lehmarten beinhalten hydratisierte Aluminiumsilicate.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung Faktisse mit niedrigen Ölquellungen oder vulkanisierte Öle beinhalten. In bestimmten Ausführungsformen beinhalten diese Verbindungen schwefelvulkanisierte Pflanzenöle. Diese Faktisse verringern die Verbindungsempfindlichkeit und können höhere flüssige Weichmacherpegel ermöglichen. Faktisse können außerdem die Einlagerung von Füllstoffen beschleunigen und die Walzeffizienz erhöhen. Ein geeigneter Faktis ist von Akrochem Corporation (Akron, Ohio, USA) unter dem Handelsnamen Akrofax im Handel erhältlich.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beinhalten Weichmacher, die auch als Elastifizierungsmittel bezeichnet werden können, Fettsäuren, Pflanzenöle, Erdölprodukte, Kohlenteerprodukte, Kiefernprodukte, Ester und Harze, wobei diese Auflistung nicht abschließend ist. In bestimmten Ausführungsformen beinhalten die Weichmacher Ester, wie Dicapryilphthalat, Butylcuminat, Dibutyphthalat, Butyllactat, Glycerol-Chlorbenzoat, Methylricinoleat, Octyloleat, Dioctylphthalat oder Dioctylsebacat.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) können die vulkanisierbaren Zusammensetzungen dieser Erfindung einen Klebrigmacher oder eine Klebeharz beinhalten. Wie im Stand der Technik bekannt ist, erhöhen diese Harze allgemein die Klebrigkeit der Zusammensetzung. Es können natürliche oder synthetische Harze verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen wird ein Nitrilkautschuklatex als Klebrigmacher eingesetzt. In diesen oder anderen Ausführungsformen kann der Klebrigmacher Koresin (BASF) beinhalten, von dem angenommen wird, dass es ein Harz aus Acetylen und P-T-Butylphenol ist.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung Wachs beinhalten. Wachs ist ein Verarbeitungshilfsmittel und dient als ein Trennmittel.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung ein Polyethylenwachs mit niedriger Viskosität beinhalten. Polyethylenwachs mit niedriger Viskosität ist ein Trennmittel oder haftfreier Wirkstoff. Ein geeignetes Polyethylenwachs mit niedriger Viskosität ist von Akrochem Corporation (Akron, Ohio, USA) unter dem Handelsnamen PE-100 erhältlich.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung einen homogenisierenden Wirkstoff beinhalten. Nützliche homogenisierende Wirkstoffe beinhalten Strucktol 60NS, wobei es sich um eine Mischung von aliphatischen Kohlenwasserstoffharzen handelt.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beinhaltet die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung ein Vulkanisierungsmittel oder Vulkanisierungspaket. Vorteilhafterweise und im Gegensatz zur herkömmlichen Meinung können Peroxid-Vulkanisierungsmittel, von denen bekannt ist, dass sie unerwünschte Flüchtige Nebenprodukte erzeugen, vermieden werden. Vulkanisierungsmittel, die auf Thiadiazol basieren, von denen bekannt ist, dass sie kürzere Scorch-Zeit aufweisen, können ebenfalls vermieden werden.
Es wurde herausgefunden, dass vulkanisierbare Formulierungen, die CPE enthalten, mit peroxidfreien, thiadiazolfreien, schwefelbasierten Vulkanisierungsmitteln vulkanisiert werden können, um Luftfederbälge mit vorteilhaften Eigenschaften herzustellen. Das Vulkanisierungspaket beinhaltet eine schwefelbasierte Verbindung und kann außerdem andere optionale Inhaltsstoffe beinhalten. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beinhaltet das Vulkanisierungspaket eine schwefelbasierte Verbindung und einen oder mehrere Zusatzstoff(e). Wenngleich für Fachleute ersichtlich ist, dass andere Vulkanisierungspakete möglich sind, beinhaltet ein beispielhaftes Vulkanisierungspaket Schwefel, Tetramethylthiuramdisulfid (TMTD) oder Tetramethylthiurammonosulfid (TMTM) und Zinkoxid.
Schwefel, die in Elastomeren löslich und nicht löslich sind, können verwendet werden. Ein beispielhafter Schwefel ist Crystex OT 20, ein polymerischer Schwefel, der in Elastomeren löslich ist. Crytex OT 20 depolymerisiert bei Vulkanisierungstemperaturen in löslichen Schwefel und verhält sich ähnlich wie das, was traditionell als „Kautschukmacherschwefel” bezeichnet wird, und unterstützt die Verknüpfung von Polymermolekülen. Crystex OT 20 ist von Flexsys (Akron, Ohio, USA) im Handel erhältlich.
TMTD und TMTM sind Vulkanisierungsbeschleuniger, welche die Vulkanisierungsrate erhöhen, indem sie die Zugabe von Schwefelketten zu den Kautschukmolekülen katalysieren. TMTD ist von Western Reserve Chemical Corporation (Stow, Ohio, USA) im Handel erhältlich. Geeignete Beschleuniger beinhalten auch andere im Stand der Technik bekannte Beschleuniger.
Zinkoxid fungiert in der Anwesenheit von Schwefel, einem oder mehreren Beschleuniger(n) und ungesättigtem Kautschuk als ein Vulkanisierungsaktivator, um die Bildung von Schwefelverknüpfungen während des Vulkanisierungsprozesses zu unterstützen.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beinhaltet das Vulkanisierungssystem einen oder mehrere Vulkanisierungsverzögerer, die dazu dienen, die Vulkanisierungsrate zu verlangsamen, und idealerweise ein fortschreitendes Vulkanisierungsprofil bereitzustellen. In bestimmten Ausführungsformen wird die Vulkanisierungsrate der inneren und äußeren Schichten verlangsamt, um der Vulkanisierungsrate der Kernschichten (d. h. Schichten mit Seilen) zu entsprechen. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) sind die vulkanisierbaren Zusammensetzungen dieser Erfindung manipuliert, um eine t₅₀ von ungefähr 5 bis ungefähr 20 Minuten zu erzielen, in anderen Ausführungsformen ungefähr 7,5 bis ungefähr 19 Minuten, in anderen Ausführungsformen ungefähr 10 bis ungefähr 18 Minuten, bei 155°C, bestimmt durch Standardtechniken unter Verwendung eines Rheometers mit bewegbarer Messgeometrie (MDR). In diesen oder anderen Ausführungsformen sind die vulkanisierbaren Zusammensetzungen dieser Erfindung manipuliert, um eine t₉₀ von ungefähr 20 bis ungefähr 45 Minuten zu erzielen, oder in anderen Ausführungsformen ungefähr 21 bis ungefähr 40 Minuten, in anderen Ausführungsformen ungefähr 25 bis ungefähr 38 Minuten, bei 155°C. In diesen oder anderen Ausführungsformen sind die vulkanisierbaren Kompositionen dieser Erfindung manipuliert, um eine t₁₀₀ von wenigstens 30 Minuten zu erzielen.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung Stearinsäure beinhalten. Stearinsäure (Octadecansäure) ist ein wachsartiger Feststoff mit der chemischen Formel C₁₈H₃₆O₂. Stearinsäure ist besonders effektiv als ein Verarbeitungshilfsmittel, um das Verkleben von Walzen von Walzwerk oder Kalander zu minimieren.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung Magnesiumoxid (MgO) beinhalten. Die Hauptfunktion von Magnesiumoxid besteht darin, Spuren von Wasserstoffchlorid zu neutralisieren, die während der Verarbeitung, Vulkanisierungswärmeaushärtung oder während der Wartung freigesetzt werden können. Durch das Entfernen von Wasserstoffchlor verhindert Magnesiumoxid autokatalytischen Abbau, was eine höhere Stabilität zur Folge hat. Magnesiumoxid kann sich außerdem am Verknüpfungsprozess beteiligen.
Eine oder mehrere der Mengen basiert/basieren auf einer Maßeinheit von Teilen pro hundert Teile Kautschuk (engl.: parts per hundred rubber, phr). Wie im Stand der Technik üblich, bezieht sich die Kautschukkomponente der Zusammensetzung auf das Elastomersystem oder die Elastomerkomponente der vulkanisierbaren Zusammensetzung oder mit anderen Worten, die Kautschukkomponente beinhaltet solche Polymere, die bei der Vulkanisierung einen Teil des Elastomernetzes bilden.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beinhaltet die Kautschukkomponente der vulkanisierbaren Zusammensetzung wenigstens ungefähr 70 Teile chloriertes Polymer pro hundert Teile Kautschuk (phr), in anderen Ausführungsformen wenigstens 75, in weiteren anderen Ausführungsformen wenigstens 80, in anderen Ausführungsformen wenigstens 85 und in weiteren anderen Ausführungsformen wenigstens 90 phr chloriertes Polymer. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beinhaltet die Kautschukkomponente der vulkanisierbaren Zusammensetzung weniger als ungefähr 100 Teile chloriertes Polymer phr, in anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 95, in weiteren anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 90, in anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 85 Teile chloriertes Polymer phr.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) umfasst die vulkanisierbare Zusammensetzung mehr als 5 Teile gesättigtes chloriertes Polymer pro hundert Teile Kautschuk (phr), in anderen Ausführungsformen mehr als 7 phr, in weiteren anderen Ausführungsformen mehr als 10 phr, in anderen Ausführungsformen mehr als 12 phr und in weiteren anderen Ausführungsformen mehr als 15 phr gesättigtes chloriertes Polymer. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) umfasst die vulkanisierbare Zusammensetzung weniger als 50 Teile gesättigtes chloriertes Polymer pro hundert Teile Kautschuk (phr), in anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 45 phr, in weiteren anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 40 phr, in anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 30 phr und in weiteren anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 25 phr gesättigtes chloriertes Polymer. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) umfasst die vulkanisierbare Zusammensetzung ungefähr 5 bis ungefähr 30 phr eines gesättigten chlorierten Polymers.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung begrenzte Mengen an chlorsulfoniertem Polyethylen (CSM) beinhalten. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beinhaltet die Kautschukkomponente der vulkanisierbaren Zusammensetzung weniger als ungefähr 100 Teile CSM phr, in anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 5, in weiteren anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 2, in anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 1 Teil chloriertes Polymer phr. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) ist die vulkanisierbare Zusammensetzung frei von CSM.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann das Gewichtsverhältnis von gesättigtem zu ungesättigtem chloriertem Polymer ungefähr 1:20 bis ungefähr 1:1 betragen, in anderen Ausführungsformen ungefähr 1:10 bis ungefähr 1:2 und in anderen Ausführungsformen ungefähr 1:7,5 bis ungefähr 1:3,5.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) können die vulkanisierbaren Zusammensetzungen basierend auf 100 Teilen Kautschuk pro Gewicht (phr) wenigstens 7 Gewichtsanteile (engl. parts by weight, pbw) beinhalten, in anderen Ausführungsformen wenigstens 10 pbw und in anderen Ausführungsformen wenigstens 12 pbw Weichmacher. In diesen oder anderen Ausführungsformen können die vulkanisierbaren Zusammensetzungen weniger als ungefähr 25 pbw, in anderen Ausführungsformen weniger als 20 pbw und in anderen Ausführungsformen weniger als 18 pbw Weichmacher phr beinhalten. In diesen oder anderen Ausführungsformen können die vulkanisierbaren Zusammensetzungen basierend auf 100 Teilen Kautschuk pro Gewicht (phr) ungefähr 7 bis ungefähr 22 Gewichtsprozent beinhalten, in anderen Ausführungsformen ungefähr 10 bis ungefähr 20 pbw und in anderen Ausführungsformen ungefähr 12 bis ungefähr 17 pbw Weichmacher.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung wenigstens ungefähr 20, in anderen Ausführungsformen wenigstens ungefähr 30 und in anderen Ausführungsformen wenigstens ungefähr 40 pbw Ruß phr beinhalten. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung weniger als ungefähr 100, in anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 75 und in anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 50 pbw Ruß phr beinhalten.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung wenigstens 15, in anderen Ausführungsformen wenigstens 20 und in anderen Ausführungsformen wenigstens 25 pbw Siliziumdioxid phr beinhalten. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung weniger als 250, in anderen Ausführungsformen weniger als 200, in anderen Ausführungsformen weniger als 90 und in anderen Ausführungsformen weniger als 80 pbw Siliziumdioxid phr beinhalten. Wenn sowohl Ruß als auch Siliziumdioxid eingesetzt werden, kann das Gewichtsverhältnis von Ruß zu Siliziumoxid 9:1 bis 0,5:1 betragen, in anderen Ausführungsformen 5:1 bis 1:1 und in anderen Ausführungsformen 4:1 bis 2:1.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) ist die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung frei von Faktis. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung wenigstens ungefähr 1, in anderen Ausführungsformen wenigstens ungefähr 2 und in anderen Ausführungsformen wenigstens ungefähr 3 pbw Faktis phr beinhalten. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann die vulkanisierbare Zusammensetzung weniger als ungefähr 10, in anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 8 und in anderen Ausführungsformen weniger als ungefähr 6 pbw Faktis phr beinhalten.
Optional kann die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung 1 Gewichtsanteil oder mehr, in anderen Ausführungsformen wenigstens 2 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 4 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 5 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 6 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 7 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 8 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 9 Gewichtsanteile und in anderen Ausführungsformen wenigstens 10 Gewichtsanteile Klebeharz phr beinhalten.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann die vulkanisierbare Zusammensetzung weniger als 20 pbw, in anderen Ausführungsformen weniger als 18 pbw, in anderen Ausführungsformen weniger als 16 pbw, in anderen Ausführungsformen weniger als 14 pbw und in anderen Ausführungsformen weniger als 12 pbw Klebrigmacher phr beinhalten.
In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die vulkanisierbare Zusammensetzung dieser Erfindung optional wenigstens 1 Gewichtsanteil, in anderen Ausführungsformen wenigstens 2 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 4 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 5 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 6 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 7 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 8 Gewichtsanteile, in anderen Ausführungsformen wenigstens 9 Gewichtsanteile und in anderen Ausführungsformen wenigstens 10 Gewichtsanteile homogenisierenden Wirkstoff phr.
In diesen oder anderen Ausführungsformen kann die vulkanisierbare Zusammensetzung weniger als 20 pbw, in anderen Ausführungsformen weniger als 18 pbw, in anderen Ausführungsformen weniger als 16 pbw, in anderen Ausführungsformen weniger als 14 pbw und in anderen Ausführungsformen weniger als 12 pbw homogenisierenden Wirkstoff phr beinhalten.
Fachleute sind in der Lage, eine geeignete Menge des schwefelbasierten Vulkanisierungsmittels und komplementären Vulkanisierungswirkstoffs auszuwählen, um einen gewünschten Vulkanisierungsgrad zu erzielen. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beträgt die Menge an Schwefel wenigstens 0,1 phr, in anderen Ausführungsformen wenigstens 0,5 phr. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beträgt die Menge an Schwefel weniger als 8 phr, in anderen Ausführungsformen wenigstens 5 phr.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beträgt die Menge an Zinkoxid wenigstens 0,5 phr, in anderen Ausführungsformen wenigstens 0,75 phr, in anderen Ausführungsformen wenigstens 1 phr und in anderen Ausführungsformen wenigstens 2 phr. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beträgt die Menge an Zinkoxid weniger als 8 phr, in anderen Ausführungsformen weniger als 5 phr, in anderen Ausführungsformen weniger als 4 phr, in anderen Ausführungsformen weniger als 3 phr und in anderen Ausführungsformen weniger als 2 phr. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beträgt die Menge an Zinkoxid von ungefähr 1 bis ungefähr 3 phr, in anderen Ausführungsformen beträgt die Menge an Zinkoxid von ungefähr 0,5 bis ungefähr 2 phr.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beträgt die Menge an Antioxidantien ungefähr 1 bis ungefähr 5 phr. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) beträgt die Menge an Antiozonansen ungefähr 1 bis ungefähr 5 phr. in einer oder mehreren Ausführungsform(en) beträgt die Menge an Beschleunigern ungefähr 0,1 bis ungefähr 4 phr.
Die Zusammensetzungen zum Präparieren einer oder mehrerer Schicht(en) des Luftfederbalgs gemäß der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung von herkömmlicher Kautschukmischausrüstung, wie Brabender, Banbury, Werner-Pfleiderer, Sigma-Klingen-Mixer, Walzwerk mit zwei Walzen oder anderen Mischern, die geeignet sind, um viskose, relativ gleichmäßige Zusatzmittel zu bilden, präpariert werden. Die Mischtechniken hängen von einer Vielzahl an Faktoren ab, wie den spezifischen Typen der verwendeten Polymere und den Füllstoffen, Verarbeitungsölen, Wachsen und anderen verwendeten Inhaltsstoffen. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) können die Inhaltsstoffe in einer einzigen Stufe zusammengefügt werden. In anderen Ausführungsformen können einige der Inhaltsstoffe, wie gesättigtes chloriertes Polymer, Ruß usw., zuerst hinzugefügt werden, gefolgt vom ungesättigten Polymer. In anderen Ausführungsformen kann eine herkömmliche Art und Weise eingesetzt werden, in der das ungesättigte Polymer zuerst hinzugefügt wird, gefolgt von den anderen Inhaltsstoffen. In weiteren anderen Ausführungsformen kann das ungesättigte Polymer zur gleichen Zeit hinzugefügt werden wie das gesättigte Polymer.
Mischzyklen betragen allgemein zwischen ungefähr 2 bis 10 Minuten. In bestimmten Ausführungsformen kann eine schrittweise Prozedur verwendet werden, in der das Polymer und ein Teil der Inhaltsstoffe zuerst hinzugefügt werden und die verbleibenden Inhaltsstoffe in zusätzlichen Schritten hinzugefügt werden. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) kann ein zweistufiger Mischprozess verwendet werden.
Wenn ein Innenmischer verwendet wird, können die trockenen oder pulverartigen Materialien, wie Ruß, zuerst hinzugefügt werden, gefolgt von den Verarbeitungshilfsstoffen und schließlich das Polymer, um das Masterbatch zu bilden. Das Vulkanisierungspaket (Schwefel, Beschleuniger, Konservierungsstoffe usw.) kann zum Ende des Mischzyklus und bei niedrigeren Temperaturen hinzugefügt werden, um eine frühzeitige Verknüpfung des Polymers zu verhindern. In anderen Ausführungsformen kann das Vulkanisierungspaket zum Masterbatch hinzugefügt werden, um die Verteilung zu verbessern.
Sobald sie gemischt ist, kann die Zusammensetzung durch Kalandrieren in eine Platte geformt werden oder mit einem verstärkenden Seil (aus Stoff oder Metall) kombiniert werden. Die Zusammensetzungen der Erfindung können unter Verwendung anderer Techniken, wie Extrusion, in verschiedene Artikeltypen geformt werden.
Die vulkanisierbaren Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung von herkömmlichen Techniken zur Herstellung und Produktion von Luftfedern in Luftfederbälge von Luftfedern geformt werden. Luftfeder- und Luftfederbalgkonstruktionen und Verfahren für deren Herstellung sind im Stand der Technik bekannt, wie zum Beispiel in US-Patent Nr. 7,250,203 , 5,527,170 und 6,439,550 gezeigt, die hierin durch Verweis eingeschlossen sind.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) zeigen gemäß der vorliegenden Erfindung präparierte Luftfedern eine verbesserte Elastizitätsermüdung und Rissausbreitungsbeständigkeit im Vergleich zu Luftfedern, die aus Zusammensetzungen präpariert wurden, die nicht sowohl gesättigte als auch ungesättigte chlorierte Polymere enthalten.
BEISPIELE
Fünf Luftfederbalgzusammensetzungen, identifiziert als Probe 1–5, wurden gemäß den Rezepturen in Tabelle 1 präpariert. Die Anteile jedes Inhaltsstoffes sind pro Gewicht, außer dies ist anderweitig angegeben. Genauer gesagt, wurde jede Formel unter Verwendung von herkömmlichen zweistufigen Mischtechniken, die häufig bei der Herstellung von Kautschukformeln für Reifenkomponenten eingesetzt werden, in einem Laborinnenmischer präpariert. Im Allgemeinen wurden Zinkoxid, Schwefel und Vulkanisierungsbeschleuniger in der zweiten Mischstufe, die unter Temperaturen durchgeführt wurde, die niedriger sind als solche, die andernfalls eine schädliche Auslösung der Vulkanisierung verursachen würden, hinzugefügt und in die Formulierung gemischt. Das in Probe 2–5 verwendete gesättigte chlorierte Polymer weist einen Chlorgehalt von ungefähr 35–36 Gewichtsprozent und eine Mooney-Viskosität von ungefähr 80 auf.
Die Formel wurde dann auf einem Walzwerk mit zwei Walzen auf eine Dicke von ungefähr 0,190 cm (0,075 Zoll) oder wie anderweitig für bestimmte Formen für jeweilige Tests erforderlich gewalzt. Für bestimmte Tests wurden die Platten für 20 Minuten bei 155°C in einer Hydraulikpresse ausgehärtet. Abhängig von den Testspezifikationen wurden die Prüfkörper in die gewünschten Formen gestanzt.
Eigenschaften der Proben wurden untersucht und die Ergebnisse sind unten zusammengefasst.
Modul und Zugfestigkeit wurden gemäß ASTM D412 (1998) unter Verwendung eines Prüfkörpers nach ASTM D4482 gemessen. Nicht ausgehärtete Proben wurden bei 23°C und bei 100°C getestet. Ausgehärtete Proben wurden ebenfalls bei 23°C getestet, nachdem sie bei 70°C für 7 Tage ausgehärtet wurden.
Viskoelastische Eigenschaften und Vulkanisierungszeitparameter wurden unter Verwendung eines Monsanto MDR2000 Rheometers mit bewegbarer Messgeometrie gemäß ASTM D 5289 gemessen.
Elastizitätsermüdung, manchmal auch als Prüfung der Ermüdung bis zum Ausfall (f2f) bezeichnet, wurde unter Verwendung eines Monsanto^TM Ermüdungsfehlerprüfgeräts mit einem 24er-Exzenter, der mit 100 Zyklen pro Minute arbeitet, durchgeführt, wobei die Proben modifiziert wurden, um den Prüfprozess zu beschleunigen. Die Prüfkörper waren ungefähr 7,62 cm (3 Zoll) lang, ungefähr 1,27 cm (0,5 Zoll) breit an ihrer breitesten Stelle und ungefähr 0,152 cm (0,06 Zoll) dick. Die Proben gemäß ASTM D4482 hatten allgemein die Form einer Hantel oder eines Hundeknochens. Die Kanten der Probe beinhalteten eine Rippe mit einem allgemein kreisförmigen Querschnitt entlang der Kante, um sicherzustellen, dass die Probe ordnungsgemäß im Prüfgerät gehalten werden würde.
Crescent Tear wurde gemäß ASTM D624 gemessen.
Es ist ersichtlich, dass die Proben 2 und 3 im Vergleich zu Proben 1 und 4–6 eine verbesserte Elastizitätsermüdung bereitstellen. Überraschenderweise entspricht das Elastomer-Vulkanisierungsgesamtverhalten von Probe 2 und 3, die sowohl gesättigte als auch ungesättigte chlorierte Polymere enthalten, im Wesentlichen Probe 1. Proben 1, 2 und 3 zeigen ein fortschreitendes Vulkanisierungsprofil.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) zeigt ein gemäß der vorliegenden Erfindung präparierter Luftfederbalg verbesserte(n) Elastizitätsermüdung und Rissausbreitungsbeständigkeit und behält gleichzeitig eine bevorzugte Balance anderer Eigenschaften bei. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) stellt die vorliegende Erfindung einen Luftfederbalg bereit, der gemäß einem Prozess präpariert wurde, der folgende Schritte umfasst: (i) Präparieren einer vulkanisierbaren Zusammensetzung, die ein ungesättigtes chloriertes Polymer und ein gesättigtes chloriertes Polymer beinhaltet; (ii) Herstellen eines nicht vulkanisierten Luftbalgs, der wenigstens eine Schicht umfasst, die aus der vulkanisierbaren Zusammensetzung gebildet ist; und (iii) wenigstens teilweises Vulkanisieren des nicht vulkanisierten Luftbalgs. In einer oder mehreren Ausführungsform(en) zeigt die wenigstens eine Schicht des gemäß des Prozesses der vorliegenden Erfindung präparierten Balgs eine durchschnittliche Elastizitätsermüdung von wenigstens 80.000, in anderen Ausführungsformen wenigstens 85.000, in anderen Ausführungsformen wenigstens 90.000, in anderen Ausführungsformen wenigstens 100.000 und in anderen Ausführungsformen wenigstens 120.000, gemessen mit einem Ermüdungsfehlerprüfgerät mit einem 24er-Exzenter und das mit 100 Zyklen pro Minute arbeitet.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) zeigt die wenigstens eine Schicht des gemäß dem Prozess der vorliegenden Erfindung präparierten Balgs in Kombination mit der oben genannten Elastizitätsermüdung ein 300%-Modul bei 23°C, nicht ausgehärtet, von wenigstens 6 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 7 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 8 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 9 mPa, gemessen gemäß ASTM D412 (1998) unter Verwendung eines Prüfkörpers gemäß ASTM D4482.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) zeigt die wenigstens eine Schicht des gemäß dem Prozess der vorliegenden Erfindung präparierten Balgs in Kombination mit der oben genannten Elastizitätsermüdung und einem 300%-Modul eine maximale Belastung bei 23°C, nicht ausgehärtet, von wenigstens 12 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 13 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 14 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 15 mPa, gemessen gemäß ASTM D412 (1998) unter Verwendung eines Prüfkörpers gemäß ASTM D4482.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) zeigt die wenigstens eine Schicht des gemäß dem Prozess der vorliegenden Erfindung präparierten Balgs in Kombination mit der oben genannten Elastizitätsermüdung, dem Modul und der maximalen Belastung bei 23°C ein 300%-Modul bei 100°C, nicht ausgehärtet, von wenigstens 4 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 5 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 6 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 7 mPa, gemessen gemäß ASTM D412 (1998) unter Verwendung eines Prüfkörpers gemäß ASTM D4482.
In einer oder mehreren Ausführungsform(en) zeigt die wenigstens eine Schicht des gemäß dem Prozess der vorliegenden Erfindung präparierten Balgs in Kombination mit der oben genannten Elastizitätsermüdung, dem Modul und der maximalen Belastung bei 23°C und einem 300%-Modul bei 100°C eine maximale Belastung bei 100°C, nicht ausgehärtet, von wenigstens 4 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 5 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 6 mPa, in anderen Ausführungsformen wenigstens 7 mPa, gemessen gemäß ASTM D412 (1998) unter Verwendung eines Prüfkörpers gemäß ASTM D4482.
Für Fachleute sind verschiedene Modifikationen und Änderungen ersichtlich, die nicht vom Umfang und Geist der Erfindung abweichen. Diese Erfindung ist nicht als durch die beispielhaften, hierin aufgeführten Ausführungsformen eingeschränkt anzusehen.

Claims

Luftfeder, die einen Luftfederbalg aufweist, wobei wenigstens eine Schicht des Luftfederbalgs das Vulkanisierungsprodukt mit einer Zusammensetzung beinhaltet, die Folgendes beinhaltet: ein ungesättigtes chloriertes Polymer; und ein gesättigtes chloriertes Polymer.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei das ungesättigte chlorierte Polymer ungesättigtes chloriertes Polyolefin beinhaltet.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei das ungesättigte chlorierte Polymer ungesättigtes chloriertes Polyethylen beinhaltet.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei das gesättigte chlorierte Polymer durch eine Mooney-Viskosität (ML1 + 4/100°C) von ungefähr 40 bis ungefähr 130 gekennzeichnet sein kann.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei das gesättigte chlorierte Polymer basierend auf dem Gesamtgewicht des gesättigten chlorierten Polymers ungefähr 10 bis ungefähr 50 Gewichtsprozent an Chlor beinhaltet.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei das gesättigte chlorierte Polymer ein Homopolymer oder Copolymer von Chloropren beinhaltet.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei das gesättigte chlorierte Polymer durch eine Mooney-Viskosität (ML1 + 4/100°C) von ungefähr 25 bis ungefähr 150 gekennzeichnet sein kann.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung ungefähr 5 bis ungefähr 30 phr eines gesättigten chlorierten Polymers umfasst.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei das Gewichtsverhältnis von gesättigtem zu ungesättigtem chloriertem Polymer ungefähr 1:20 bis ungefähr 1:1 beträgt.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung ferner ein schwefelbasiertes Vulkanisierungsmittel umfasst.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung ferner wenigstens 0,1 phr Zinkoxid umfasst.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei das gesättigte chlorierte Polymer weniger als ungefähr 1 Gewichtsprozent Schwefel beinhaltet.
Luftfeder nach Anspruch 1, wobei das gesättigte chlorierte Polymer frei von Schwefel ist.
Luftfeder, die einen Luftfederbalg aufweist, wobei wenigstens eine Schicht des Luftfederbalgs das Vulkanisierungsprodukt mit einer Zusammensetzung beinhaltet, die Folgendes beinhaltet: ein ungesättigtes chloriertes Polymer; und ungefähr 5 bis ungefähr 30 Gewichtsteile pro hundert Teile Gummi eines gesättigten chlorierten Polymers.
Luftfeder nach Anspruch 14, wobei das ungesättigte chlorierte Polymer ungesättigtes chloriertes Polyolefin beinhaltet.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 14–15, wobei das ungesättigte chlorierte Polymer ungesättigtes chloriertes Polyethylen beinhaltet.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 14–16, wobei das gesättigte chlorierte Polymer durch eine Mooney-Viskosität (ML1 + 4/100°C) von ungefähr 40 bis ungefähr 130 gekennzeichnet sein kann.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 14–17, wobei das gesättigte chlorierte Polymer basierend auf dem Gesamtgewicht des gesättigten chlorierten Polymers ungefähr 10 bis ungefähr 50 Gewichtsprozent an Chlor beinhaltet.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 14–18, wobei das gesättigte chlorierte Polymer ein Homopolymer oder Copolymer von Chloropren beinhaltet.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 14–19, wobei das gesättigte chlorierte Polymer durch eine Mooney-Viskosität (ML1 + 4/100°C) von ungefähr 25 bis ungefähr 150 gekennzeichnet sein kann.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 14–20, wobei die Zusammensetzung ungefähr 7 bis ungefähr 25 phr eines gesättigten chlorierten Polymers umfasst.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 14–21, wobei das Gewichtsverhältnis von gesättigtem zu ungesättigtem chloriertem Polymer ungefähr 1:20 bis ungefähr 1:1 beträgt.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 14–22, wobei die Zusammensetzung ferner ein schwefelbasiertes Vulkanisierungsmittel umfasst.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 14–23, wobei die Zusammensetzung ferner wenigstens 0,1 phr Zinkoxid umfasst.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 14–24, wobei das gesättigte chlorierte Polymer weniger als ungefähr 1 Gewichtsprozent Schwefel beinhaltet.
Luftfeder nach einem der Ansprüche 14–25, wobei das gesättigte chlorierte Polymer frei von Schwefel ist.
Luftbalg, der präpariert ist durch einen Prozess, der folgende Schritte umfasst: (i) Präparieren einer vulkanisierbaren Zusammensetzung, die ein ungesättigtes chloriertes Polymer und ein gesättigtes chloriertes Polymer beinhaltet; (ii) Herstellen eines nicht vulkanisierten Luftbalgs, der wenigstens eine Schicht umfasst, die aus der vulkanisierbaren Zusammensetzung gebildet ist; und (iii) wenigstens teilweises Vulkanisieren des nicht vulkanisierten Luftbalgs.
Balg nach Anspruch 27, wobei die wenigstens eine Schicht eine durchschnittliche Elastizitätsermüdung von wenigstens 80.000 zeigt, gemessen mit einem Ermüdungsfehlerprüfgerät, das mit einem 24er-Exzenter ausgestattet ist und mit 100 Zyklen pro Minute betrieben wird, unter Verwendung eines Prüfkörpers gemäß ASTM D4482.
Balg nach einem der Ansprüche 27–28, wobei die wenigstens eine Schicht ein 300%-Modul bei 23°C, nicht ausgehärtet, von wenigstens 6 mPa zeigt, gemessen gemäß ASTM D412 (1998) unter Verwendung eines Prüfkörpers gemäß ASTM D4482.
Balg nach einem der Ansprüche 27–29, wobei die wenigstens eine Schicht eine maximale Belastung bei 23°C, nicht ausgehärtet, von wenigstens 12 mPa zeigt, gemessen gemäß ASTM D412 (1998) unter Verwendung eines Prüfkörpers gemäß ASTM D4482.
Balg nach einem der Ansprüche 27–30, wobei die wenigstens eine Schicht ein 300%-Modul bei 100°C, nicht ausgehärtet, von wenigstens 4 mPa zeigt, gemessen gemäß ASTM D412 (1998) unter Verwendung eines Prüfkörpers gemäß ASTM D4482.
Balg nach einem der Ansprüche 27–31, wobei die wenigstens eine Schicht eine maximale Belastung bei 100°C, nicht ausgehärtet, von wenigstens 4 mPa zeigt, gemessen gemäß ASTM D412 (1998) unter Verwendung eines Prüfkörpers gemäß ASTM D4482.