DE1798121A1

DE1798121A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften von Elastomeren

Info

Publication number: DE1798121A1
Application number: DE19681798121
Authority: DE
Inventors: Juve Arthur E; Karper Paul William
Original assignee: BF Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1967-09-25
Filing date: 1968-08-24
Publication date: 1971-09-23
Also published as: GB1241332A; US3494172A; DE1798121C2

Description

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The B.F. Goodrich Company
Akron, Ohio, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften von Elastomeren

Bei der neuzeitlichen Herstellung von Gegenständen aus Elastomeren sowohl als auch bei den damit Hand in Hand gehenden Untersuchungen der Gegenstände ist es notwendig, die Geschwindigkeit und den Umfang der Vulkanisation dieser Gegenstände zu bestimmen. Um die Entwicklung eines Erzeugnisses für die Herstellung richtig zu bewerten, ist es nötig, die Ansengzeit und die optimale Vulkanisierzeit zu bestimmen, um den Wärmeverlauf der Verbindung in unschädlichen Verfahrensgrenzen zu halten. Mit der optimalen Vulkanisierzeit 1st die Zeit zum Vulkanisieren der Verbindung bei einer gegebenen Temparatur gemeint, um einige optimale physiaklische Eigenschaften zu erzielen, während der Ausdruck Ansangzeit sich auf die ^eit des Beginns der Vulkanisation bei einer gegebenen Temperatur bezieht. Bei Kenntnis dieser Umstände kann das Herstellungsverfahren mit richtiger v/ahl der Temperatur und Vulkanisierzeit festgelegt werden. Beim Festlegen der Kontrolle solcher Herstellungstechniken erweist es sich häufig als erforderlich, Instrumente auf der Fertigungsstraße zu benutzen, die laufend Proben der Verbindung

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untersucht, um sicherzustellen, daß die Verbindung den vorgeschriebenen Verfahrengrenzen entspricht. Jas bedingt ein Instrument, das zuverlässig und vielfach anwendbar ist und so arbeitet, daß schnell richtige Versuchsergebnisse erhalten werden. Außerdem muß das Instrument in der Lage sein, Proben.mit geringer Viskosität ebenso wie solche zu behandeln, die einer Schaumvulkanisation unterworden werden.

Die Erfindung sieht ein einzelnes Prüfinstrument vor, das genau die dynamischen Eigenschaften von elastomeren Materialien, Flüssigkeiten und Materialien geringer Viskosität mißt. Außerdem beseitigt die Erfindung das Abdicht- und Lagerproblem an der Rotorwelle, das bei der Prüfung von Proben geringer Viskosität höchst lästig war. Vfeiter bewirkt die Erfindung ein schnelleres Vulkanisieren, das ausgeglichener ist, weil die Probe verhältnismäßig dünnwandig ist und sich deshalb schnell und gleichmäßig ohne einen Wärmestau erwärmt.

Die Erfindung sieht irie Verwendung aweier Glieder im Abstand vor, die zusammenwirken, um eitlen doppelkegelförmigen Behälter mit einem angetriebenen Teii zu bilden, der eine Scherkraft auf die Probe ausüben kann«

In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine Vorderansicht der Vorrichtung mit einem Teil im-Schnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung^ Fig. 3 ein Grundriß d«r Verbindung der Antriebsscheiben

für ein Schwingenlaesen des Rotors, Fig. 4 eine sohematieche Seitenansicht der Voiriehtüng, zum Teil im Schnitt und

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i'iii·. 5 ein Tabelle, welche die Vulkanisierkurven verschiedener Materialproben veranschaulicht.

In der Zeichnung, in welcher gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Abbildungen wiedergeben, zeigt Fig. 1 eine Bodenplatte 10 mit einer hinten angesetzten, aufwärts ragenden Rückenplatte 11. Oie Rückenplatte 11 hat einen oberen Arm 12 und einen unteren, längeren Arm 15 an ihrem oberen bzw. Iiittelteilx Der Arm 13 hat eine j3ohrung 14 in seiner Kitte zur Aufnahme eines zylindrischen Teils 15, der eine zylindrische Bohrung 16 am unteren iände für einen noch zu beschreibenden Zweck hat. Der zylindrische Teil 15 hat eine durch ihn hindurchgehende leitung 17, welche die zylindrische Bohrung 16 mit einer Leitung 18 verbindet, die mit einer nicht gezeigten Druckquelle verbunden werden kann· Mit den Enden des Armes 13 sind Zylinder 20 verbunden, die Kolben 21 und sich nach unten erstreckende Kolbenstangen 22 haben, die duch Bohrungen 23 in den Enden des Armes 13 zwecks Verbindung mit einem Trägerteil 25 gehen. Der Träger 25 hat eine kegelige, gezackte Aussparung 26 in seiner I-4.tte, welche einen kegeligen, gezackten Rotor für einen noch zu beschreibenden Zweck aufnehmen kann. Der Rotor 27 liat einen Flansch 28 an seinem ^oden für ein Zusammenwirken iuit den dioden der Aussparung 26, sodaß eine in wesentlichen abgeschlossene Höhlung xit einem verengten Durciilaa gebildet wird, üer Trauert eil 25 wird für eine senkrechte Auf- und Abbewegung von einem Paar Führuii.jsstangen im Abstand voneinander geführt, die an der bodenplatte 1Ü und dem Arm 13 befestigt sind. Der obere Arm 12 hat eine Hittelbohrung 30 zur dre'ibewetrlichen Auf-

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nähme einer Welle 31, die in einer Hülse 32 zur Verbindung mit einer Scheibe 33 für eine Drehung mit dieser gelagert ist. v/ie Fig. 2 und 3 zeigen, sitzt ein Ende einer Kurbel 34 drehbar mittels eines beweglichen Stiftes 35 auf der Scheibe 33. Wie Pig. 3 zeigt, hat die Scheibe 33 eine Anzahl Schaltlöcher 36 zur Aufnahme des Stifts, wobei jedes Loch einen unterschiedlichen radialen Abstand von der senkrechten Achse der Scheibe 33 hat. Eine Exzentertreibscheibe 37 sitzt auf der Abtriebswelle 38 eines Regelmotors 40. Das andere Ende der Kurbel 34 sitzt drehbar auf der Exzenterscheibe 37» um die Drehbewegung der Welle 38 in eine Pendelbewegung der Scheibe und der Wglle 31 umzuwandeln. Die Amplitude der Schwingung der Scheibe 33 hängt von der besonderen Anordnung des Stifts 35 in den Schaltlöchern 36 der Scheibe 33 ab, während die SchJringungafrequenz von der Abtriebsgeschwindigkeit des ilegelmotors 40 abhängt. G-ewünsentenfalle kann der Regelmotor mit einem geeigneten Getriebe verbunden werden, das seinerseits die Geschwindigkeit der Abtriebswelle 38 steuert. Zur Verdeutlichung ist jedoch der Motor 40 als unmittelbar mit der Abtriebswelle 38 verbunden dargestellt.

Die ..eile 31 ragt nach unten durch eine Mittelbohrung 42 im Zylinderteil 15 für eine Verbindung mit dem kegelförmigen Rotor 27, um auf diesen die Schwingung zu übertragen. Auf der W_elle 31 sitzt ein das Drehmoment abfühlender Meßwertaufnehmer 43, der auf die Drehkräfte in der Welle 31 anspricht und einen Drehmomentaufzeichner 45 über die elektrischen Leitungen 46 und 47 betätigt. Der Meßwertaufnehmer 43 kann einen Widerstandedraht-Dehnungs-

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besser enthalten, der bekannt und deshalb weder gezeigt noch beschrieben ist und bei dem die Drahtlehren mit der W_elle 31 in einer solchen Stellung vereinigt und so an einen Brückenstromkreis angeschlossen sind, daß sie die •Wirkungen der Biegungs- und Schubbeanspruchungen aufheben, während sie die Wirkungen der Drehbeanspruchungen addieren, wobei die Beziehung zwischen der Brückenasymmetrie und der Toraionsbeanspruchung linear ist. Solche tie Ji wert aufnehmer werden von der Baldwin-Lima-Hamilton Corporation in V/altham, Massachusetts, hergestellt und sind als type 3 torque pick up bekannt. Die Geräte werden ebenfalls von der Lebow Associates, Inc., in Oak Park, Michigan, gefertigt und sind als Modell 2102-200 bekanfc.

Die elektrische Energie für die Prüfung wird von den Leitern 60 und 61 geliefert, die an eine nicht gezeigte Stromquelle angeschlossen sind. ±äin doppelpoliger Umschalter 62 verbindet die Leiter 60 und 61 mit den Hauptsteuerleitungen 63 und 64, die zu dem Aufzeichnungsgerät 45 für die aufgenommenen Drehmomente führen. Der Motor erhält seine Energie von den Leitungen 63 und 64 über die Zweigleitungen 65 und 66. Wicht gezeigte Abzweigleitungen sind vorgesehen, um den Temperäturmeßgeräten Strom zuzuleiten, die ihrerseits die Heizspulen, die in den Träger 25 eingebettet sind, und Heizspulen im Rotor 27 einstellen, um eine vorher festgelegte Temperatur in einer Probe aufrechtzuerhalten, die zwischen der kegelförmigen Aussparung in dem Träger 25 und dem kegelförmigen Rotor 27 liegt. Solche Heizspulen sichern eine genau gesteuerte !Erwärmung der Materialproben ohne Wärmestau. Thermoelemente sind in unmittelbarer Nähe der Kammer vorgesehen, die

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von der kegeligen Bohrung 26 und dem Kegelrotor 27 gebildet wird, um die 'ieraperatur des darin eingeschlossenen Materials anzufühlen. Während eine solche Brote zwischen den kegeligen Aussparungen 26 des Trägere 25 und dem kegeligen Rotor 27 eingeschlossen ist, wird der Druck der luft auf die Kammer durch eine Lufthaube unmittelbar über dem Kegelrotor 27, die durch die Aussparung 16 begrenzt wird, und durch die leitung 17 aufrechterhalten, die mit einer nicht gezeigten Druckquelle verbunden>«i.st· Jün sol-φ eher Luftdruck sichert ein Vulkanisieren ohne Porosität. •Uer Plansch 28 hilft beim Pesthalten der. Probe in der Höhlunij.

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Pur das Arbeiten der/Vorrichtung stellt die Bedienungsperson den Träger 27 auf die Aufnahme einer Prolse ein, indem sie Druck auf die oberen Enden der Zylinder 20 gibt, der die Kolbenstangen 22 nach unten-zusammen mit dem Träger 25 drückt, sodsjß eine Materialprobe in die Höhlung 26 gelegt werden kann, und durch eine geeignete Steuereinrichtung wird die im Träger 25 gewünschte Temperatur eingestellt. Die Bedienungsperson gibt dann Druck auf das Stangenende, der Zylinder 20 und läjt den Druck ™ von dem oberen Bnde der Zylinder 20 ab, lf*e den Träger aufwärts in die Stellung der Fig. 1 gehen läßt, eodaß die Materialprobe zwisohen dem Rotor 17 unÄ. $e? land der Aussparung 26 eingezwängt ist und von dem Wmaioh: 28 gehalten wird. Nach Ingangsetzen des Motors 40 Wird, der Eotgr 27 in Schwingungen mit einer eingestelltes frequenz und Schwingungsaaplitude versetzt. Gleichzeitig damit wird ein vorherbestimmter Druck in der Druoklttfthaube 50 aufrechterhalten, der die Probe in der boa Ector 27 und den

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,'/änden der kegeligen Bohrung 26 des Trägers 25 begrenzten Aussparung hält, um eine nicht poröse Vulkanisation der Materialprobe durchzuführen. Die Probe nimmt die Form eines dünnwandigen Kegels an und sichert damit ein gleichmäßiges, schnelleres Erwärmen als in früheren Versuchseinrichtungen, insbesondere wenn Viärme den beiden Seiten der Probe zugeführt wird. Das erlaubt eine Probevulkanisation der Proben bei geringeren Temperaturen von wenigstens 38° C, Das Vulkanisieren bei geringeren Temperaturen verhütet ein ßlasensiehen des i-iaterials. Dabei gibt die -elastungszelle 45 ein Ausgangssignal, das aufgezeichnet werden kann, um den nominellen Druck beim Vulkanisieren anzeigen kann, wie in der Tabelle der H¹Xg. 5 wiedergegeben ist.

Die Tabelle der -c'ig. 5 zeigt eine Probe A, die einer Vulkanisation bei 158 G unterworfen ist, wovon eine Kurve A aufgezeichnet wird. Kurve B >\ibt ein Material wieder, das eine größere Festigkeit als das Laterial der Kurve A hat, aber langsamer vulkanisiert wird. Das material der Kurve G zeigt größere Festigkeit als die von A oder B. Das Material der Kurve D zeigt eine kürzere Vulkanisierzeit und größere Festigkeit, während das material der Kurve ü mehr Zeit braucht, um die beste Vulkanisation zu entwickeln, doch zeigt es größere !festigkeit.

Verschiedene Abwandlungen sind in Betracht gezogen, und der Fachmann kann zu ihnen seir.e Zuflucht nehmen, ohne den G-eist und umfang der üriindung zu verlassen, wie sie nachstehend durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, da nur ein bevorzugtes Ausführung3beispiel der Erfindung wiedergegeben ist.

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Claims

Ansprüche :

1. Verfahren zum Bestimmen der physikalischen Eigenschaften elastomerer Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß eine Materialprobe in eine abgeschlossene Luftkammer eingeschlossen, oszillierenden Scherbeanspruchungen von einer Zufuhrquelle mit vorher festgelegter Geschwindigkeit und Amplitude der Schwingungen unterworfen und der Drehwiderstand gegenüber diesen Scherkräften gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialprobe zusätzlich in einer Lufthaube mit vorher festgelegtem Luftdruck eingeschlossen wird, um eine poröse Vulkanisation des Kautschuks zu verhüten.

3· Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Formteile (26, 27), die gemeinsam eine Probe zum Prüfen des Materials aufnehmen, Antriebsmittel für eine Bewegung eines Formteils auf den andern zu und von ihm fort (20, 21, 22, 25), um einen Druck auf die von den Formteilen gehaltene Materialprobe auszuüben, mit dem andern Formteil verbundene Antriebsmittel (40, 38, 34, 33, 31)* die oszillierende Scherkräfte auf den andern Formteil und die Probe ausüben können, und eine Meßvorrichtung (43) für die Kraft vorgesehen sind, die benötigt wird, um den andern Formteil oszillieren zu lassen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile (26, 27) zusammen eine kegelförmige Höhlung

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ait einer verengenden öffnung· (28) längs dem Boden der Höhlung bilden.

5. Torrichtun2" nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile (26, 27) mit einem Gehäuse zusammen eine geschlossene Luftkamnier (50) biMen.

6« Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Formhälften die eine (25) einen Hohlraum (26) hat und die andere einen pyramidenförmigen, in den Kohlraum ragenden Ansatz zur Bildung einer Prüfkammer trägt, daß Ilittel (20, 21, 22) zum Bewegen der einen Formhälfte gegen die andere zum Einführen der Pyramide (27) in den Hohlraum, um einen Druck auf die zwischen die Formteile gelegte Probe aufrechtzuerhalten, Heizmittel für die Formteile, Antriebsmittel (40) mit einer vorherbestimmten Leistungszufuhr (38), die mit dem andern Formteil verbunden sind, um eine oszillierende ürehkraft und Bewegung auf diesen zu übertragen, und Mittel (45) zum Messen der auf den andern Formteil ausgeübten Kraft vorgesehen sind.

7. Torrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyramide (2 7) einen Rundflansch (28) hat, der beim Einführen der Pyramide in den Hohlraum (26) mit dessen oberem .bnde einen im wesentlichen abgeschlossenen hohlen Kaum bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (2u, 21, 22) eine Relativbewegung des kegelförmigen Ansatzes (27) gegenüber dem Ke-

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gel ausüben, um einen Druck auf die in dem kegelförmigen Hohlraum vorhandene Materialprobe auszuüben.

9f Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung auf ein Drehmoment ansprechende Mittel (43) hat, die mit der einen Formhälfte und den Antriebsmittel zusammenwirken und mit denen eine Aufzeichnungsvorrichtung verbunden ist.

10. Vorrichtung nach -a-nspnach 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die-Formteile zusammen mit dem Gehäuse eine geschlossene Kammer bilden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß unter Druck stehende Mittel (17, 18) mit der geschlossenen Kammer (50) verbunden sind, um in ihr einen Luftdruck aufrechtzuerhalten.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Antriebsmitteln (20, 21, 22) für die Relativbewegung der Formteile (26, 27) zueinander zum Festhalten und ünterdrucksetzen der Probe Heizmittel für die Formteile und Anzeigemittel für die Temperatur der eingeschlossenen Probe, eine Antriebswelle (51) für den andern Formteil und Antriebsmittel für eine vorherbestimmte, gleichmäßige leistungszufuhr eine'r oszillierende Drehkraft und -bewegung vorgesehen sind, wobei eine auf das Drehmoment ansprechende, mit der Welle zusammenwirkende Einrichtung Änderungen des Drehmoments anzeigt und auf eine Registriereinrichtung (45) überträgt.

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Vorrichtung nach Einspruch S bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein G-ehäuse (50) mit den Normteilen (26, 27) zusammen eine geschlossene Luftkammer bei der Bewegung der Formteile aufeinanderzu bildet und da3 mit der Luftkammer Leitungen (17, 1ö) für eine Druckluftzufuhr zur Kammer angeordnet sind, um ein poröses Vulkanisieren der Probe su verhindern.

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