DE112013003926T5

DE112013003926T5 - Mit Kautschukmaterial in Kontakt befindliches Bauteil

Info

Publication number: DE112013003926T5
Application number: DE112013003926.5T
Authority: DE
Inventors: Shiori Watanabe; Koichi Miyake; Hodaka Miura
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2033-07-17
Also published as: DE112013003926B4; CN104520084B; US20150138907A1; CN104520084A; WO2014024383A1; TW201412485A; JP2014034123A; TWI592275B; JP5892894B2

Abstract

Die Anmeldung befasst sich mit einem mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Bauteil, das eine mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Oberfläche hat und bei dem der Kontaktwinkel der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche von ihm 40° oder mehr beträgt, wenn auf der Oberfläche ein zu testender Flüssigkautschuk platziert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauteil, das sich bei der Durchführung einer Verarbeitung wie Kneten oder Walzen von Kautschuk mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindet.
STAND DER TECHNIK
Bei der Herstellung eines Kautschukprodukts wird ein Kautschukmaterial im Allgemeinen zunächst geknetet, und mit dem gekneteten Kautschukmaterial erfolgt eine Verarbeitung wie Walzen, Pressen oder Extrudieren. Eine Kautschukverarbeitungsvorrichtung zur Durchführung einer solchen Verarbeitung ist mit Bauteilen versehen, die sich in direktem Kontakt mit dem Kautschukmaterial befinden, wozu eine walzende Walze zum Verarbeiten des Kautschukmaterials, eine Pressform, eine Walze eines Roller-Head-Extruders und dergleichen gehören. Es ist üblich, auf die Oberfläche dieser Bauteile eine Verchromung oder dergleichen aufzubringen, um eine Anhaftung des Kautschukmaterials zu hemmen.
Als eine Technik, um die Anhaftung eines Kautschukmaterials zu hemmen, ist eine Verarbeitungsvorrichtung gemäß Patentdokument 1 bekannt. Die Verarbeitungsvorrichtung von Patentdokument 1 ist eine Verarbeitungsvorrichtung, die in einem Kautschukknetvorgang und in einem Anformvorgang verwendet wird und die Anhaftung des Kautschukmaterials hemmt, indem die Oberflächenrauheit (Ra) einer mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Metalloberfläche auf 5–50 µm eingestellt wird.
Wenn die Oberflächenrauheit Ra der Metalloberfläche begrenzt wird und die Oberfläche aufgeraut ist, wird im Allgemeinen davon ausgegangen, dass die Kontaktfläche der Metalloberfläche mit dem Kautschukmaterial verringert wird und dass das Kautschukmaterial kaum an der Metalloberfläche anhaftet. In den Kautschukmaterialien, die durch die neuesten Kautschukverarbeitungsvorrichtungen verarbeitet werden, ist jedoch häufig ein Silankopplungsmittel eingemischt, um die Dispergierbarkeit eines Füllstoffs zu steigern. Ein solches Silankopplungsmittel reagiert nicht nur mit dem Füllstoff, sondern auch mit der Metalloberfläche, die sich in direktem Kontakt mit dem Kautschukmaterial befindet. Falls das Kautschukmaterial, das Silankopplungsmittel enthält, durch eine walzende Walze oder dergleichen verarbeitet wird, besteht daher das Problem, dass das Kautschukmaterial an der Metalloberfläche anhaftet und sich kaum davon abschält oder dergleichen.
Und zwar kann das oben genannte Kautschukmaterial, das Silankopplungsmittel enthält, oft chemisch mit der Metalloberfläche reagieren und sich mit ihr verbinden, sodass es unmöglich ist, die Kautschukanhaftung an der Oberfläche ausreichend zu hemmen oder zu verhindern, indem nur die Oberflächenrauheit auf einen vorbestimmten Bereich begrenzt wird und die physikalische Anhaftung gehemmt wird, wie es in der Verarbeitungsvorrichtung von Patentdokument 1 der Fall ist.
Wenn das Kautschukmaterial auf diese Weise an der walzenden Walze der Verarbeitungsvorrichtung oder dergleichen anhaftet, kann es zudem erforderlich sein, eine Produktionsstraße anzuhalten, um das anhaftende Kautschukmaterial abzuschälen, oder es können Wartungsarbeiten wie ein Austausch oder Nachschleifen der Walze erforderlich sein, an der das Kautschukmaterial anhaftete, was die Produktionseffizienz des beabsichtigten Kautschukprodukts deutlich senkt. Am meisten stört zwar die Anhaftung an der Walzenoberfläche, es gibt aber zudem den potenziellen Bedarf, die Anhaftung an anderen Abschnitten zu verbessern. Insbesondere sind Verbesserungen bei der Anhaftung des Kautschukmaterials an einer Schraube, einem Trichter, einem Mischer oder einer Kammer eines Kautschukkneters, einer Klapptür, eines Rotorkörpers oder dergleichen gewünscht.
LITERATURLISTE
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JP 2004-209939 A

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung der oben genannten Probleme erzielt, und eine Aufgabe von ihr ist es, ein mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindliches Bauteil zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Anhaftung des Kautschukmaterials an einer Oberfläche gehemmt ist.
Ein mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindliches Bauteil gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Oberfläche hat und dass der Kontaktwinkel der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche 40° oder mehr beträgt, wenn auf der Oberfläche ein zu testender Flüssigkautschuk platziert wird.
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen deutlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht eines mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Bauteils der Erfindung.
2 ist eine Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Kontaktwinkel mit einem Flüssigkautschuk und der Schälfestigkeit zusammenfasst.
3 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Schälwinkel erläutert.
4 ist eine Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Kontaktwinkel mit dem Flüssigkautschuk und dem Schälwinkelverhältnis zusammenfasst.
BESCHREIBUNG DES AUSFÜRHUNGSBEISPIELS
Unten wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen ein Ausführungsbeispiel eines mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Bauteils der Erfindung beschrieben. Es ist zu beachten, dass die in 1 gezeigte Vorrichtung eine Kautschukverarbeitungsvorrichtung 1 ist und dass diese ein Beispiel für das mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Bauteil ist. Das mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Bauteil dieses Ausführungsbeispiels ist nicht auf das von 1 beschränkt.
Die Kautschukverarbeitungsvorrichtung 1 (das mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Bauteil) dieses Ausführungsbeispiels ist eine Verarbeitungsausrüstung zum Kneten von Materialien, etwa einem Rohmaterialkautschuk (Rohkautschuk), der für einen Reifen oder dergleichen verwendet wird, einem Vulkanisierungsmittel und einer Vulkanisierungshilfe, und zum Walzen oder Pressen des gekneteten Materials.
Die Kautschukverarbeitungsvorrichtung 1 unterzieht das geknetete Kautschukmaterial einem Walzvorgang und hat ein Zuschickteil 2 und eine Verarbeitungswalze 3, wobei das Zuschickteil 2 das Kautschukmaterial, das in einer (nicht gezeigten) Knetausrüstung geknetet wurde, der Verarbeitungswalze zuschickt und die Verarbeitungswalze 3 mit dem Kautschukmaterial, das vom Zuschickteil 2 zugeschickt wird, in Kontakt kommt und das Kautschukmaterial verarbeitet. Oberhalb des Zuschickteils 2 ist ein Trichter 4 zum Nachfüllen des Kautschukmaterials vorgesehen, und durch den Trichter 4 kann das Kautschukmaterial direkt dem Zuschickteil 2 zugeführt werden.
Das Kautschukmaterial, das von der Kautschukverarbeitungsvorrichtung 1 dieses Ausführungsbeispiels verarbeitet wird, enthält als Hauptzusammensetzungen Kautschukzusammensetzungen wie Naturkautschuk, Butadien-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk und Chloropren-Kautschuk und als Hilfsbestandteile ein Vulkanisiermittel, eine Vulkanisierhilfe, ein Alterungsschutzmittel, ein Antioxidationsmittel und dergleichen. Zudem enthält das Kautschukmaterial zum Verstärken einer chemischen Struktur bei der Vulkanisation Silica und zur weiteren Steigerung des Verstärkungseffekts durch Silica Silankopplungsmittel. Als Silankopplungsmittel kann TESPT (Bis(triethoxysilylpropyl)polysulfid), Trimethoxysilylpropanethiol oder dergleichen verwendet werden.
Der Trichter 4 ist jeweils an einem oberen Teil und einem unteren Teil geöffnet und in einer sich verjüngenden Form ausgebildet, sodass er vom oberen Teil zum unteren Teil hin enger wird. Die untere Öffnung des Trichters 4 steht mit dem Zuschickteil 2 in Verbindung, und das Kautschukmaterial, das von einer oberen Öffnung 5 aus in den Trichter 4 gefüllt wurde, kann dem Zuschickteil 2 zugeführt werden.
Das Zuschickteil 2 enthält ein Gehäuse 6, dessen Inneres als eine Vorratskammer des Kautschukmaterials ausgebildet ist, und ein Paar Förderrotoren 7, 7 sind so angeordnet, dass sie durch die im Inneren des Gehäuses 6 vorgesehene Vorratskammer hindurchgehen und ihre Mittelachse in der Horizontalrichtung ausgerichtet haben.
Diese Förderrotoren 7, 7 haben jeweils spiralförmige Förderstege, und die Windungsrichtung des Förderstegs und die Drehrichtung des einen Förderrotors 7 unterscheiden sich von der Windungsrichtung des Förderstegs und der Drehrichtung des anderen Förderrotors 7 (gegenläufige Bauart). Das Paar Förderrotoren 7, 7 dreht sich in voneinander verschiedenen Richtungen und dadurch wird das Kautschukmaterial, das der Vorratskammer des Zuschickteils 2 zugeführt wurde, zur stromabwärtigen Seite gefördert. Das Kautschukmaterial, das auf diese Weise aus dem Zuschickteil 2 zugeschickt wird, wird in die Verarbeitungswalze 3 eingespeist und gewalzt.
Die Verarbeitungswalze 3 ist in einer Richtung ungefähr senkrecht zu den oben genannten Förderrotoren 7, mit anderen Worten in einer Richtung senkrecht zur Förderrichtung des Kautschukmaterials durch das Zuschickteil 2, angeordnet, eine Mittelachse von ihr ist in der horizontalen Richtung ausgerichtet, und zwei Walzen sind als Paar auf der Ober- und Unterseite angeordnet. Diese Verarbeitungswalzen 3, 3 sind zylinderförmig und aus Stahl oder rostfreiem Stahl ausgebildet, auf der Außenumfangsfläche von ihnen ist eine später beschriebene Oberfläche vorhanden, und diese Oberfläche ist poliert und glatt endbearbeitet. Zwischen diesen Verarbeitungswalzen 3, 3 wird das vom Zuschickteil 2 zugeschickte Kautschukmaterial zugeführt. Das Kautschukmaterial wird längs gezogen, während es vertikal zwischen diesen Verarbeitungswalzen 3, 3 gewalzt wird.
Was die Metalloberfläche der oben genannten Kautschukverarbeitungsvorrichtung vom Patentdokument 1 betrifft, so beträgt ihre Oberflächenrauheit nebenbei gesagt im Allgemeinen 5–50 µm, sodass das Kautschukmaterial kaum an der Metalloberfläche anhaftet. Wenn die Oberflächenrauheit der Metalloberfläche somit 5–50 µm beträgt, ist es wahrscheinlich, dass die Kontaktfläche der Metalloberfläche mit dem Kautschukmaterial verringert wird und dass das Kautschukmaterial kaum an der Metalloberfläche anhaftet.
Was jedoch das oben genannte Kautschukmaterial betrifft, das Silankopplungsmittel enthält, kann das Silankopplungsmittel in dem Kautschukmaterial häufig chemisch mit der Metalloberfläche einer solchen Walzenoberfläche reagieren. Es ist daher unmöglich, ausreichend eine Anhaftung des Kautschukmaterials zu verhindern, wenn nur die Oberflächenrauheit der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Metalloberfläche verringert wird, wenn mit anderen Worten nur die physikalische Form der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Metalloberfläche wie im Fall der herkömmlichen Verarbeitungsvorrichtung aufgeraut wird.
Und zwar ist es in einem Fall, in dem zur Verarbeitung das Kautschukmaterial verwendet wird, das Silankopplungsmittel enthält, nicht genug, wie in dem Fall der herkömmlichen Kautschukverarbeitungsvorrichtung die Oberflächenrauheit der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Metalloberfläche als einen Anhaltspunkt zur Verhinderung der Anhaftung des Kautschukmaterials anzunehmen, und es muss anstelle der Oberflächenrauheit ein neuer Beurteilungsanhaltspunkt angenommen werden.
Somit wird bei der Kautschukverarbeitungsvorrichtung 1 dieses Ausführungsbeispiels anstelle der Oberflächenrauheit der Kontaktwinkel als ein neuer Beurteilungsanhaltspunkt angenommen, und der Kontaktwinkel der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche, die die Außenumfangsfläche der Verarbeitungswalze 3 einschließt, beträgt 40° oder mehr, wenn darauf ein zu testender Flüssigkautschuk platziert wird.
Im Einzelnen entspricht die Oberfläche einer Beschichtungsschicht, die die Oberfläche des darunterliegenden Metalls, etwa des Stahls oder rostfreien Stahls, als Schicht bedeckt und aus einem Metall wie Eisen, Chrom, Nickel oder Cobalt oder aus einem Hartmaterial wie Cermet, das eine Kombination dieser Metalle und von Keramik oder dergleichen ist, ausgebildet ist. Die Oberfläche wird auf dem darunterliegenden Material wie später beschrieben durch thermisches Spritzen, Auftragsschweißung und ein PVD-Verfahren (PVD: physikalische Gasphasenabscheidung) oder dergleichen in einer dünnen Schicht ausgebildet und hat einen Oberflächenzustand, dass der Kontaktwinkel von ihr 40° oder mehr beträgt, wenn darauf der zu testende Flüssigkautschuk platziert wird.
Wenn der zu testende Flüssigkautschuk auf der Oberfläche platziert wird, sollte beachtet werden, dass der oben genannte Kontaktwinkel zum Beispiel als der Winkel (Benetzungswinkel) zwischen einer auf der Tröpfchenoberfläche des Flüssigkautschuks ausgebildeten Tangente und der Oberfläche eingestellt ist. Im Einzelnen kann der Kontaktwinkel gemessen werden, indem Silankopplungsmittel dazu gebracht wird, auf der Oberfläche zu wirken, nachdem die Oberfläche unter Verwendung von organischem Lösungsmittel, ionengetauschtem Wasser, Ultraschallwellen oder dergleichen gereinigt worden war, der zu testende Flüssigkautschuk auf die Oberfläche getropft wird und die Tröpfchenoberfläche betrachtet wird, wobei die Tröpfchen des auf der Oberfläche platzierten Flüssigkautschuks unter Verwendung bekannter Techniken, etwa eines θ/2-Verfahrens, eines Kurven-Fitting-Verfahrens, gemessen werden können.
Der zu testende Flüssigkautschuk ist zudem unter den als Kautschukmaterial verwendbaren Kautschuken ein Kautschuk mit einer besonders hohen Viskoelastizität. Solche Kautschuke schließen zum Beispiel Butadien-Kautschuk, Isopren-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDM) und dergleichen ein. Der zu testende Flüssigkautschuk unterscheidet sich von dem Kautschuk (Kautschuk üblicher Qualität), der im Allgemeinen als das Kautschuk-Material verwendet wird, hinsichtlich des Molekulargewichts. Und zwar wird der Flüssigkautschuk so polymerisiert, dass er ein geringeres Molekulargewicht als der Kautschuk üblicher Qualität hat und bei Normaltemperatur (Zimmertemperatur) in einem flüssigen Zustand gehalten werden kann. Es sollte beachtet werden, dass der Kautschuk gewöhnlicher Qualität oft ein Molekulargewicht von mehr als 20000 hat. Bestimmte Beispiele eines solchen zu testenden Flüssigkautschuks schließen Butadien-Kautschuk, der unter Verringerung des Molekulargewichts auf 10000 oder weniger synthetisiert (polymerisiert) wurde, oder dergleichen ein. Wenn ein solcher Flüssigkautschuk verwendet wird, ist es nicht notwendig, die Testumgebung auf hohe Temperatur und hohen Druck einzustellen, um einen plastischen Zustand des Kautschukmaterials zu bewahren, und es ist möglich, die Hafteigenschaften des Kautschukmaterials zu beurteilen, ohne eine große Ausrüstung zu verwenden. Es kann hier zum Beispiel der Butadien-Kautschuk "LBR307", hergestellt von KURARAY Co. Ltd., verwendet werden.
Falls sich in dem Bauteil (zum Beispiel dem Verarbeitungsbauteil 3), das eine mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Oberfläche hat, die Oberfläche in dem Oberflächenzustand befindet, dass der Kontaktwinkel von ihr 40° oder mehr beträgt, wenn darauf der zu testende Flüssigkautschuk platziert wird, haftet das Kautschukmaterial wie oben erwähnt kaum an der Oberfläche an. Falls der Kontaktwinkel der Bauteiloberfläche 40° oder mehr beträgt, bleibt mit anderen Worten das Kautschukmaterial kaum an der Oberfläche haften, und selbst wenn das Kautschukmaterial an der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche anhaftet, wird das Kautschukmaterial leicht davon abgeschält.
Im Fall der herkömmlichen Kautschukverarbeitungsvorrichtung ist zum Beispiel eine Abziehkraft von mehr als 6 kgf/25mm erforderlich, um das Kautschukmaterial von der Oberfläche der Verarbeitungswalze oder dergleichen abzuschälen. Falls der Kontaktwinkel der Bauteiloberfläche 40° oder mehr beträgt, verringert sich jedoch die Abziehkraft deutlich auf 4 kgf/25mm oder weniger, und verglichen mit dem Fall, in dem das auf der herkömmlichen Verarbeitungswalze oder dergleichen anhaftende Kautschukmaterial abgeschält wird, ist es einfacher, das anhaftende Kautschukmaterial abzuschälen, und das Haftvermögen des Kautschukmaterials ist geringer.
Bei der Messung des Kontaktwinkels ist es zudem nicht erforderlich, wie in dem Fall der Messung der Abziehkraft separat ein Messinstrument vorzubereiten, und die Bequemlichkeit ist auch hervorragend, da die Haftungsbeurteilung des Kautschukmaterials leicht mit einer einfachen Ausrüstung wie einem Universalkontaktwinkelmessgerät erfolgen kann.
Es sollte beachtet werden, dass der Kontaktwinkel der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche 40° oder mehr betragen kann, wenn zum Beispiel gezielt die folgenden Oberflächenbehandlungsverfahren durchgeführt werden.
(1) Ausbildung Oberflächenbehandlungsschicht durch Auftragsschweißung
Auf einer mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Metalloberfläche wird eine Oberflächenbehandlungsschicht ausgebildet, indem durch Auftragsschweißung eine harte Metallschicht ausgebildet wird, die aus Stahl, rostfreiem Stahl, Chrom oder dergleichen besteht, und dadurch kann der Kontaktwinkel der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche 40° oder mehr betragen. Es sollte beachtet werden, dass die Oberfläche der harten Metallschicht vorzugsweise, wie erforderlich, poliert wird.
(2) Ausbildung Oberflächenbehandlungsschicht durch thermisches Spritzen
Auf einer mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Metalloberfläche wird eine Oberflächenbehandlungsschicht ausgebildet, indem durch thermisches Spritzen eine harte Metallschicht ausgebildet wird, die aus Cermet oder dergleichen besteht, und dadurch kann der Kontaktwinkel der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche 40° oder mehr betragen.
(3) Ausbildung Oberflächenbehandlungsschicht durch Überzug
Auf einer mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Metalloberfläche wird eine Oberflächenbehandlungsschicht ausgebildet, indem durch Überzug eine harte Metallschicht ausgebildet wird, und dadurch kann der Kontaktwinkel der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche 40° oder mehr betragen. Ein solcher Überzug schließt Hartverchromen, galvanisch Vernickeln, stromlos Vernickeln oder dergleichen ein.
Die Oberflächen dieser durch Schweißen, thermisches Spritzen und Überzug ausgebildeten harten Metallschichten haben jeweils für sich allein oder durch Polieren den Kontaktwinkel von 40° oder mehr. Falls der Kontaktwinkel von nur der harten Metallschicht weniger als 40°C beträgt, ist es zudem vorzuziehen, dass auf die Oberfläche der harten Metallschicht außerdem (als Beschichtung) eine Formtrennungsförderschicht zur Förderung der Formtrennung des Kautschukmaterials aufgebracht wird. Formtrennungsfördermittel schließen Wachs oder Talk, Glimmer, Polyethylenglykol, Harz auf Fluorbasis, Harz auf Silikonbasis oder dergleichen ein.
Insbesondere die Oberfläche der harten Metallschicht, die durch thermisches Spritzen ausgebildet wurde, hat darauf eine Vielzahl von Unregelmäßigkeiten ausgebildet und hat häufig eine poröse Schichtqualität. Falls das oben genannte Formtrennungsfördermittel auf die Oberfläche der harten Metallschicht aufgebracht wird, auf der die Vielzahl von Unregelmäßigkeiten ausgebildet ist, kann daher die Oberfläche der harten Metallschicht durch eine physikalische Ankerwirkung zwischen den Unregelmäßigkeiten der Oberfläche und der durch das aufgebrachte Formtrennungsfördermittel ausgebildeten Formtrennungsförderschicht anhaftend mit der Formtrennungsförderschicht überzogen werden.
In einem Fall, in dem die harte Metallschicht unter Verwendung von Überzug oder dergleichen ausgebildet wurde, deren Oberfläche verhältnismäßig weniger Unregelmäßigkeiten hat, kann die Oberfläche der harten Metallschicht zudem, falls die Oberfläche der harten Metallschicht absichtlich unter Verwendung von Kugelstrahlen oder Lasern aufgeraut wird, wie im Fall des thermischen Spritzens anhaftend mit der Formtrennungsförderschicht überzogen werden.
(4) Ausbildung Oberflächenbehandlungsschicht (Verbundüberzugsschicht) durch Formtrennungsförderteilchen enthaltenden Verbundüberzug
Auf einer mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Metalloberfläche kann eine Oberflächenbehandlungsschicht ausgebildet werden, indem eine harte Metallschicht durch Verbundüberzug ausgebildet wird. Beschichtungsbäder, die beim Ausbilden dieses Verbundüberzugs verwendet werden, enthalten zur Förderung der Formtrennung des Kautschukmaterials feine Teilchen des oben genannten Formtrennungsfördermittels, und die harte Metallschicht wird auch Formtrennungsförderteilchen enthalten, wenn bei der Durchführung des Verbundüberzugs diese Beschichtungsbäder verwendet werden.
Es sollte beachtet werden, dass die oben genannten Oberflächenbehandlungsverfahren (1)–(4) Beispiele für Verfahren zum Ausbilden einer Oberfläche sind, deren Kontaktwinkel 40° oder mehr beträgt, und dass diese Verfahren passend entsprechend der beabsichtigten Verwendung oder der Art des darunterliegenden Metalls verwendet werden können.
Die technischen Merkmale des obigen mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Bauteils werden unten zusammengefasst.
Das mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Bauteil ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Oberfläche hat und dass der Kontaktwinkel der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche von ihm 40° oder mehr beträgt, wenn auf der Oberfläche ein zu testender Flüssigkautschuk platziert wird. Gemäß dem mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Bauteil der Erfindung wird ein Anhaften des Kautschukmaterials auf der Oberfläche gehemmt.
Der zu testende Flüssigkautschuk setzt sich vorzugsweise aus Butadien-Kautschuk zusammen, der bei Normaltemperatur flüssig wird. Bezüglich eines solchen Flüssigkautschuks ist keine Testumgebung notwendig, um hohe Temperatur und hohen Druck einzustellen, damit ein plastischer Zustand von ihm aufrechterhalten wird, sodass es möglich ist, seine Hafteigenschaften zu beurteilen, ohne eine große Ausrüstung zu verwenden.
Das mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Bauteil ist gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Oberfläche hat und dass der Kontaktwinkel von ihm 40° oder mehr beträgt, wenn auf der Oberfläche von ihm ein zu testender Flüssigkautschuk platziert wird, nachdem Silankopplungsmittel dazu gebracht wurde, auf der Oberfläche zu wirken.
Gemäß dem mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Bauteil der Erfindung wird ein Anhaften des Kautschukmaterials auf der Oberfläche selbst dann ausreichend gehemmt, wenn Silankopplungsmittel dazu gebracht wird, auf seiner Oberfläche zu wirken.
Das mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Bauteil ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Oberfläche hat und dass der Kontaktwinkel von ihm 40° oder mehr beträgt, wenn auf der Oberfläche von ihm ein zu testender Flüssigkautschuk platziert wird, der sich aus Butadien-Kautschuk zusammensetzt, der bei Normaltemperatur flüssig wird, nachdem Silankopplungsmittel dazu gebracht wurde, auf der Oberfläche zu wirken.
Gemäß dem mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Bauteil der Erfindung wird ein Anhaften des Kautschukmaterials auf der Oberfläche selbst dann ausreichend gehemmt, wenn Silankopplungsmittel dazu gebracht wird, auf seiner Oberfläche zu wirken. Bezüglich eines solchen Flüssigkautschuks ist es zudem nicht notwendig, eine Testumgebung auf hohe Temperatur und hohen Druck einzustellen, damit ein plastischer Zustand von ihm aufrechterhalten wird, sodass es möglich ist, seine Hafteigenschaften zu beurteilen, ohne eine große Ausrüstung zu verwenden.
Was die mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Oberfläche betrifft, fällt es seinem Kontaktwinkel leicht, 40° oder mehr zu betragen, wenn eine harte Metallschicht vorgesehen ist, die darauf durch Auftragsschweißung ausgebildet ist.
Auf der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche sind vorzugsweise eine harte Metallschicht, deren Oberfläche porös ausgebildet ist, und eine Formtrennungsförderschicht zum Beschichten und Abdichten der Oberfläche der porös ausgebildeten, harten Metallschicht und zur Förderung einer Formtrennung des Kautschukmaterials vorgesehen. Auf der Oberfläche der harten Metallschicht ist die Formtrennungsförderschicht anhaftend durch eine physikalische Ankerwirkung vorgesehen. Das Kautschukmaterial haftet an der mit der Formtrennungsförderschicht versehenen Oberfläche kaum noch an.
Auf der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche ist vorzugsweise eine Verbundüberzugsschicht aus hartem Metall ausgebildet, die Formtrennungsförderteilchen zur Förderung einer Formtrennung des Kautschukmaterials enthält. Ist eine solche Verbundüberzugsschicht vorgesehen, haftet das Kautschukmaterial an der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche kaum noch an.
Das mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Bauteil ist vorzugsweise eine Verarbeitungswalze in einer Kautschukverarbeitungsvorrichtung, die einen Zuschickteil, der das geknetete Kautschukmaterial zuschickt, und die Verarbeitungswalze hat, die mit dem vom Zuschickteil zugeschickten Kautschukmaterial in Kontakt kommt und das Kautschukmaterial verarbeitet. In diesem Fall wird ein Anhaften des Kautschukmaterials an der Verarbeitungswalze gehemmt.
BEISPIELE
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele ausführlich die Funktionsweise und Wirkungen des mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Bauteils der Erfindung beschrieben.
– Versuchsbeispiel 1 –
Es wurden Teststücke angefertigt, indem mit Eisenblechmaterialien, die auf 50 mm × 150 mm × 5 mm Dicke geschnitten waren, die jeweiligen Verarbeitungen durchgeführt wurden, die in Tabelle 1 angegeben sind.
Vergleichsbeispiel 1, Vergleichsbeispiel 2
Das Teststück von Vergleichsbeispiel 1 wurde angefertigt, indem auf einer Oberfläche des Eisenblechmaterials eine Hartverchromung mit einer Schichtdicke von 30–50 µm durchgeführt wurde und die überzogene Oberfläche dann leicht geschliffen und geglättet wurde. Das Teststück von Vergleichsbeispiel 2 wurde angefertigt, indem auf einer Oberfläche des Eisenblechmaterials Hartverchromung und Kugelstrahlen durchgeführt wurden und die Oberfläche der harten Metallschicht dann aufgeraut wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Des Teststück von Vergleichsbeispiel 3 wurde angefertigt, indem auf einer Oberfläche des Eisenblechmaterials thermisches Spritzen von Cermet, das sich aus Wolframcarbid und Cobalt zusammensetzte, erfolgte, sodass es eine Dicke von 200 µm hatte, und die thermisch gespritzte Oberfläche dann leicht geschliffen wurde, ohne auf der Oberfläche eine Formtrennungsförderschicht vorzusehen.
Beispiele 1–3
Die Teststücke der Beispiele 1–3 wurden angefertigt, indem auf der Oberfläche der jeweiligen Eisenblechmaterialien eine Auftragsschweißung verschiedener Metallmaterialien in einer Dicke von 3000 µm durchgeführt wurde und die geschweißte Oberfläche dann leicht geschliffen und geglättet wurde. Als Metallmaterialien wurden Schweißmaterialien verwendet, die sich aus Eisen oder dergleichen zusammensetzen. Die Eisenkonzentration in den Schweißmaterialien nimmt in der Reihenfolge Beispiel 1, Beispiel 2 und Beispiel 3 zu.
Beispiel 4
Das Teststück von Beispiel 4 wurde angefertigt, indem auf einer Oberfläche des Eisenblechmaterials durch Verchromen eine dünne Schicht mit einer Dicke von 50–70 µm ausgebildet wurde und die Oberfläche der ausgebildeten harten Metallschicht aus Chrom dann aufgeraut wurde. Das Aufrauen erfolgte, indem die harte Metallschicht nach Erhitzung abgeschreckt wurde, wodurch sich auf der harten Metallschicht aufgrund der raschen
Temperaturänderungen Risse bildeten. Dann wurde das Teststück weiter angefertigt, indem auf die aufgeraute Oberfläche Formtrennungsfördermittel aufgebracht wurde und darauf eine Formtrennungsförderschicht ausgebildet wurde.
Beispiel 5
Das Teststück von Beispiel 5 wurde angefertigt, indem auf einer Oberfläche des Eisenblechmaterials in einer Dicke von 20 µm ein Nickel-Phosphor-Überzug durchgeführt wurde, der Formtrennungsförderteilchen enthielt, und darauf eine Oberflächenbehandlungsschicht ausgebildet wurde.
Beispiel 6
Das Teststück von Beispiel 6 wurde angefertigt, indem auf einer Oberfläche des Eisenblechmaterials darunterliegendes Metall als Schicht aufgebracht wurde, eine Oberfläche der darunterliegenden Metallbeschichtung durch Kugelstahlen aufgeraut wurde, auf die aufgeraute Oberfläche Formtrennungsfördermittel aufgebracht wurde und darauf eine Formtrennungsförderschicht ausgebildet wurde.
Beispiel 7
Das Teststück von Beispiel 7 wurde angefertigt, indem auf einer Oberfläche des Eisenblechmaterials darunterliegendes Metall als Schicht aufgebracht wurde, eine Oberfläche der darunterliegenden Metallbeschichtung durch Laserbestrahlung aufgeraut wurde, auf die aufgeraute Oberfläche Formtrennungsfördermittel aufgebracht wurde und darauf eine Formtrennungsförderschicht ausgebildet wurde.
Beispiel 8
Das Teststück von Beispiel 8 wurde angefertigt, indem auf einer Oberfläche des Eisenblechmaterials thermisches Spritzen von Cermet, das sich aus Wolframcarbid und Cobalt zusammensetzte, durchgeführt wurde, sodass es eine Dicke von 200 µm hatte, auf der thermisch gespritzten Oberfläche Formtrennungsfördermittel aufgebracht wurde und darauf eine Formtrennungsförderschicht ausgebildet wurde.
Als die Formtrennungsfördermittel und die Formtrennungsförderteilchen der oben genannten Vergleichsbeispiele 1–3 und der Beispiele 1–8 wurden Wachs oder Talk, Glimmer, Polyethylenglykol, Harz auf Fluorbasis, Harz auf Silikonbasis oder dergleichen verwendet.
Was die jeweiligen Teststücke der oben genannten Vergleichsbeispiele 1–3 und der Beispiele 1–8 betrifft, so wurde der Kontaktwinkel gemessen.
Vor der Messung wurden die Teststücke behandelt, indem darauf als eine Vorbehandlung Ultraschallwellen aufgebracht wurden und gleichzeitig davon unter Verwendung von Aceton Öl und Fett entfernt wurden und indem die Oberfläche unter Verwendung von deionisiertem Wasser gewaschen wurde, bis sie hydrophil wurde. Die gewaschenen Teststücke wurden vollständig getrocknet, und eine Lösung aus Silankopplungsmittel wurde durch das folgende Verfahren dazu gebracht, auf der Oberfläche zu wirken.
Als die Lösung aus Silankopplungsmittel wurde eine Lösung verwendet, die 5% Silankopplungsmittel ("Si69", hergestellt von EVONIC INDUSTRIES AG), die hauptsächlich aus TESPT bestand, 5% ionengetauschtes Wasser und 90% Ethanol enthielt. Die Teststücke wurden 10 Sekunden in die Lösung getaucht und 1 Stunde lang in einer Atmosphäre von 100°C getrocknet, Flüssigkautschuk (Butadien-Kautschuk "LBR307", hergestellt von KURARAY CO., LTD.) wurde auf die getrockneten Teststücke tropfen gelassen, und der Kontaktwinkel von Tropfen des Flüssigkautschuks wurde unter Verwendung eines Kontaktwinkelmessgeräts (Typ "FACE CA-A" hergestellt von Kyowa Interface Science Co., LTD.) gemessen.
Was die jeweiligen Teststücke der oben genannten Vergleichsbeispiele 1–3 und der Beispiele 1–8 betrifft, so wurde die Schälfestigkeit gemessen. Die Schälfestigkeit wurde wie folgt gemessen. An die Teststücke wurde unter Verwendung einer Formmaschine (einfach wirkende Formpressmaschine vom Typ NF-50, hergestellt von SHINTO Metal Industries Corporation) 10 Minuten lang bei 2160°C unter einem Druck von 3 kg/cm eine Kautschuklage (enthaltend 96 Gewichtsteile Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), 30 Gewichtsteile Butadien-Kautschuk (BR), 80 Gewichtsteile Silica, 6,4 Gewichtsteile Silankopplungsmittel, 3 Gewichtsteile Zinkoxid, 2 Gewichtsteile Stearinsäure, 1,5 Gewichtsteile eines Alterungsschutzmittels und 1 Gewichtsteil eines Antioxidationsmittels), das auf 25 mm Breite × 420 mm Länge geschnitten war, angebracht. Nach dem Abkühlen auf Zimmertemperatur wurde die unter Druck angebrachte Kautschuklage dann unter Verwendung einer Zugprüfmaschine (MODEL SL-2000, hergestellt von IMADA-SS Corporation) bei einem Winkel von 180° bei Zimmertemperatur mit 50 mm/min abgeschält, und es wurde die Schälfestigkeit berechnet.
Der Zusammenhang zwischen dem Kontaktwinkel und der wie oben erwähnt gemessenen Schälfestigkeit ist in 2 zusammengefasst. Wie durch die fette Linie in 2 angegeben ist, zeigte sich zwischen dem Kontaktwinkel und der Schälfestigkeit eine Korrelation, bei der die Schälfestigkeit mit zunehmendem Kontaktwinkel abnahm.
Während die Schälfestigkeit des Vergleichsbeispiels 1, das einen Kontaktwinkel von weniger als 40° hatte, gemäß der Korrelation 24 kgf/25mm betrug, war die Schälfestigkeit des Beispiels 1, das einen Kontaktwinkel von 40° oder mehr hatte, mit 4 kgf/25mm oder weniger deutlich geringer. Es stellte sich heraus, dass, wenn der Kontaktwinkel 40° oder mehr beträgt, das Kautschukmaterial bei einer Schälfestigkeit von etwa der Hälfte der herkömmlichen Schälfestigkeit abgeschält werden kann, und es wurde festgestellt, dass das Anhaften des Kautschukmaterials an einer Verarbeitungswalze oder dergleichen verhindert werden kann.
– Versuchsbeispiel 2 –
Es wurden walzende Walzen angefertigt, mit denen die gleichen Verarbeitungen wie beim Anfertigen der Teststücke des Vergleichsbeispiels 1 und der Beispiele 4, 7, 8 durchgeführt wurden. Der geknetete Kautschuk wurde an der Oberfläche der jeweiligen walzenden Walzen anhaften gelassen, und es wurde der Schälwinkel beim Abschälen des anhaftenden Kautschuks von der Oberfläche der walzenden Walzen gemessen.
Im Einzelnen wurden die walzenden Stahlwalzen den jeweiligen Verarbeitungen unterzogen, die in Tabelle 1 angegeben sind, und das gleiche Silankopplungsmittel (Si69), das im Versuchsbeispiel 1 verwendet wurde, wurde dazu gebracht, auf der bearbeiteten Oberfläche zu wirken.
Die Schälfestigkeit kann auch als der Schälwinkel θ beim Abschälen des Kautschuks ausgedrückt werden. Und zwar wird der Schälwinkel θ, wie in 3 gezeigt ist, wie durch die folgende Gleichung (1) mittels der Haftkraft W und der Schälfestigkeit P angegeben. W = P(1 – cosθ) (1)
Aus dieser Gleichung (1) ergibt sich, dass, falls die Schälfestigkeit P konstant ist, die Haftkraft W nur durch den aus dem Versuch ermittelten Schälwinkel θ bestimmt wird, sodass die Höhe der Haftkraft W verglichen werden kann, wenn der Wert des Schälwinkels θ bekannt ist.
Die gleiche Kautschuklage, die beim Messen der Schälfestigkeit im Versuchsbeispiel 1 verwendet wurde, wurde unter Verwendung eines Doppelschrauben-Extrusionskneters (HYPER KTX30, hergestellt von KOBE STEEL, LTD.) geknetet, und die geknetete Kautschuklage wurde durch die oben genannte walzende Walze gewalzt, mit der die in Tabelle 1 angegebenen Verarbeitungen durchgeführt worden waren. Es sollte beachtet werden, dass die Heißwassereinstelltemperatur der walzenden Walze 60°C betrug und ihre Drehzahl etwa 8–9 U/min betrug.
Wie in 3 gezeigt ist, wurde auf die aus der walzenden Walze herauskommende Lage ein Zug in nur der Querrichtung aufgebracht, und es wurde eine Bildanalyse des Schälzustands der Lage von der Walzenoberfläche durchgeführt.
Wie in 4 gezeigt ist, hatten die walzenden Walzen der Beispiele 4, 7, 8, die eine Oberflächenbehandlungsschicht aufwiesen, deren Kontaktwinkel mit dem Flüssigkautschuk 40° oder mehr betrug, ein Schälwinkelverhältnis (erzielt durch Dividieren des gemessenen Schälwinkels durch den Schälwinkel, der unter Verwendung der walzenden Walze von Beispiel 1 gemessen wurde), das kleiner als das der walzenden Walze des Vergleichsbeispiels 1 war, die einen Kontaktwinkel von 40° oder weniger hat. Daraus ergibt sich, dass, falls der Kontaktwinkel zum Flüssigkautschuk 40° oder mehr beträgt, auch in dem oben genannten kontinuierlichen Test kaum ein Anhaften von Kautschuk auftritt.
Es sollte beachtet werden, dass die hier offenbarten Ausführungsbeispiele lediglich als darstellend und keineswegs als einschränkend angesehen werden sollten. Bei den hier offenbarten Ausführungsbeispielen weichen insbesondere die Dinge, die nicht explizit offenbart sind, etwa der Fahrzustand und der Betriebszustand, die verschiedenen Parameter, die Abmessung, das Gewicht, das Volumen der Bauteile und dergleichen nicht von dem ab, was normalerweise vom Fachmann umgesetzt wird, und es werden die Werte eingesetzt, die Fachleute ohne Weiteres in Erwägung ziehen würden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Gemäß dem erfindungsgemäßen Bauteil wird ein Anhaften des Kautschukmaterials an der Oberfläche gehemmt, sodass das Bauteil auf dem technischen Gebiet umfassend verwendet werden kann, etwa beim Durchführen einer Verarbeitung wie Kneten oder Walzen von Kautschuk als das mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Bauteil (zum Beispiel die Verarbeitungswalze der Kautschukverarbeitungsvorrichtung).

Claims

Mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindliches Bauteil, wobei das Bauteil eine mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Oberfläche hat und der Kontaktwinkel der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche von ihm 40° oder mehr beträgt, wenn auf der Oberfläche ein zu testender Flüssigkautschuk platziert wird.
Mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliches Bauteil nach Anspruch 1, wobei sich der zu testende Flüssigkautschuk aus Butadien-Kautschuk zusammensetzt, der bei Normaltemperatur flüssig wird.
Mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindliches Bauteil, wobei das Bauteil eine mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Oberfläche hat und der Kontaktwinkel von ihm 40° oder mehr beträgt, wenn auf der Oberfläche von ihm ein zu testender Flüssigkautschuk platziert wird, nachdem Silankopplungsmittel dazu gebracht wurde, auf der Oberfläche zu wirken.
Mit einem Kautschukmaterial in Kontakt befindliches Bauteil, wobei das Bauteil eine mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliche Oberfläche hat und der Kontaktwinkel von ihm 40° oder mehr beträgt, wenn auf der Oberfläche von ihm ein zu testender Flüssigkautschuk platziert wird, der sich aus Butadien-Kautschuk zusammensetzt, der bei Normaltemperatur flüssig wird, nachdem Silankopplungsmittel dazu gebracht wurde, auf der Oberfläche zu wirken.
Mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliches Bauteil nach einem der Ansprüche 1–4, wobei auf der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche von ihm eine harte Metallschicht vorgesehen ist, die durch Auftragsschweißung ausgebildet ist.
Mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliches Bauteil nach einem der Ansprüche 1–4, wobei auf der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche von ihm eine harte Metallschicht, deren Oberfläche porös ausgebildet ist, und eine Formtrennungsförderschicht zum Beschichten und Abdichten der Oberfläche der porös ausgebildeten, harten Metallschicht und zur Förderung einer Formtrennung des Kautschukmaterials vorgesehen sind.
Mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliches Bauteil nach einem der Ansprüche 1–4, wobei auf der mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindlichen Oberfläche von ihm eine Verbundüberzugsschicht aus hartem Metall ausgebildet ist, die Formtrennungsförderteilchen zur Förderung einer Formtrennung des Kautschukmaterials enthält.
Mit dem Kautschukmaterial in Kontakt befindliches Bauteil nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das Bauteil eine Verarbeitungswalze in einer Kautschukverarbeitungsvorrichtung ist, die einen Zuschickteil, der das geknetete Kautschukmaterial zuschickt, und die Verarbeitungswalze hat, die mit dem vom Zuschickteil zugeschickten Kautschukmaterial in Kontakt kommt und das Kautschukmaterial verarbeitet.