DE19653856C1

DE19653856C1 - Gummimischung für dynamisch und thermisch hochbeanspruchte Bauteile, Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE19653856C1
Application number: DE1996153856
Authority: DE
Inventors: Georg Vasic; Bernd Wagner; Andreas Weis
Original assignee: PAHL GUMMI ASBEST
Current assignee: PAHL GUMMI ASBEST
Priority date: 1996-12-21
Filing date: 1996-12-21
Publication date: 1998-06-10
Anticipated expiration: 2016-12-22
Also published as: DE29718450U1; DE19653856C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Gummimischung für dynamisch und thermisch hochbeanspruchte Bauteile, insbesondere für ungebun dene Drehschwingungsdämpfer.

An aus Gummimischungen gefertigte Bauteile, insbesondere auch ungebundene vorgespannte Drehschwingungsdämpfer wie sie bei spielsweise im Kraftfahrzeugbau eingesetzt werden, werden zu nehmend hohe Anforderungen gestellt. Drehschwingungsdämpfer bestehen dabei aus einer Nabe und einem diese umgebenden Schwungring, wobei Nabe und Schwungring mit einer vorgespann ten Gummifeder verbunden sind. Das Gummimaterial soll eine extrem hohe Satzfestigkeit, also möglichst keine plastische Verformung auch nach langandauernder Druckbeaufschlagung, so wohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen aufweisen. Des weiteren sind eine hohe Werkstoffdämpfung mit geringer Temperaturabhängigkeit im gesamten Einsatztemperaturbereich und gute Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Weiterreißfestigkeit und Lebensdauertüchtigkeit auch unter dynamischen Beanspruchungen gefordert. Eine extrem hohe Alterungsbeständigkeit ist zu ge währleisten. Des weiteren sind die Anforderungen hinsichtlich Ozonbeständigkeit und Kälteresistenz bzw. Ölbeständigkeit der Gummimischung zu berücksichtigen. Diese Anforderungen sollen bei zunehmend hohen Temperaturen erfüllt werden.

Insbesondere sogenannte ungebundene Drehschwingungsdämpfer, die üblicherweise aus NBR-Kautschuk seltener aus Polychoro pren (CR) bestehen, erfüllen die gestellten Anforderungen bei Temperaturen oberhalb 110°C insbesondere hinsichtlich der Satzfestigkeit nur unzulänglich. In diesem Temperaturbereich werden daher üblicherweise Schwingungsdämpfer eingesetzt, bei denen Nabe und Schwungring mit der Gummifeder über Haftver mittlersysteme ohne Verspannung verbunden sind, so daß eine nur geringe Satzfestigkeit ausreichend ist bzw. keine Rolle spielt. Die Herstellung derartiger Drehschwingungstilger, die zumeist aus Etylen-Acrylat-Kautschuk bestehen, ist jedoch sehr aufwendig und entsprechend kostenintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gummimischung für dynamisch und thermisch hochbeanspruchte Bauteile zu schaffen, die auch bei hohen Temperaturen eine sehr hohe Satz festigkeit in Verbindung mit guten dynamischen Eigenschaften und hoher Lebensdauer aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Gummimischung bestehend aus Ethylen-Acrylat-Kautschuk (AEM) gelöst, die neben weiteren Hilfsstoffen einen peroxidischen und/oder ami nischen Vernetzer enthält und nach der Vernetzung thermisch behandelt wurde.

Durch die peroxidischen, vorzugsweise aminischen Vernetzer wird in Verbindung mit der thermischen Behandlung, die vor zugsweise unter Frischluftzufuhr durchgeführt wird, eine Gummimischung mit einem sehr hohen Vernetzungsgrad erhalten, die insbesondere hinsichtlich der Satzfestigkeit Vorteile aufweist. Vorzugsweise wird eine thermische Nachbehandlung durchgeführt, die oberhalb 140°C, besonders bevorzugt bei 160° bis 180°C für die Dauer von einigen Stunden bis Tagen erfolgt. Bei höheren Temperaturen sind kürzere Behandlungs zeiten ausreichend, wobei zu berücksichtigen ist, daß bei zu hohen Temperaturen flüchtige Bestandteile aus der Gummimi schung entfernt werden bzw. Zersetzungsprozesse eintreten können. Die erfindungsgemäße Gummimischung zeichnet sich des weiteren durch eine sehr gute Alterungsbeständigkeit, d. h. ge ringe Nachhärtung bzw. Versprödung bei hoher Temperatur aus.

Als aminische Vernetzer können Carbamate, wie beispielsweise Hexamethylendiamin-Carbamat, vorzugsweise mehr als 1 Gew.- Teil, besonders bevorzugt zwischen 1,0 bis 1,7 Teile auf 100 Teile Elastomer verwendet werden. Der Vernetzer kann auch Gua nidin-Derivate, beispielsweise Diorthotolylguanidin als Koa genz in Gehalten von vorzugsweise mindestens 1 Teil, besonders vorzugsweise zwischen 3,5 und 5,5 Teilen auf 100 Teile Kaut schuk enthalten.

Des weiteren kann durch die Verwendung von Bisthioverbindun gen, insbesondere durch Bisthiosulfate, die Hitzestabilität sowie die Lebensdauertüchtigkeit, die anhand des Rißwachstums nach De Mattia beurteilt wird, deutlich verbessert werden. Des weiteren ist ein deutlicher Anstieg der Weiterreißfestigkeit nach DIN 53507 B bzw. nach DIN 53515 festzustellen. Die Bis thioverbindungen, wie beispielsweise Alkylenbisthiosulfate (z. B. Hexamethylenbisthiosulfat) können in Gehalten von größer 0,1 Teile, vorzugsweise 2 bis 6 Teile, auf 100 Teile Estomer eingesetzt werden.

Als Füllstoffe können ein oder mehrere Komponenten aus der Gruppe Ruß, insbesondere mittel- bzw. hochaktiver Ruß, Kiesel säure, insbesondere amorphe Kieselsäure und Natrium-Aluminium silikat eingesetzt. Als Kieselsäure kann beispielsweise auch gefällte oder pyrogene Kieselsäure, auch in silanisierter Form, eingesetzt werden. Vorzugsweise wird Ruß in Gehalten von mindestens 5 Teilen, vorzugsweise 15 bis 60 Teile auf 100 Tei le Elastomer verwendet, Kieselsäure in Gehalten von mindestens 2 Teilen, vorzugsweise 5 bis 20 Teilen, und Natrium-Aluminium silikat in Gehalten mindestens 2 Teile, vorzugsweise 5 bis 20 Teile auf 100 Teile Elastomer eingesetzt. Die Füllstoffe haben des weiteren positiven Einfluß auf die Temperaturbeständigkeit der Gummimischung.

Als Weichmacher werden vorzugsweise hochsiedende Ester bzw. Ether-Thioether-Weichmacher, beispielsweise modifiziertes Po lyadipat, in Gehalten von größer 1 Teil, vorzugsweise 5 bis 15 Teile auf 100 Teile Kautschuk eingesetzt. Die Eigenschaften der Gummimischung können durch geeignete Wahl des Füllstoff- Weichmacherverhältnisses eingestellt werden.

Des weiteren können 1 oder mehrere Verarbeitungsmittel, wie beispielsweise Fettsäurederivate in Kombination mit Alkylphos phaten und/oder Oktadecylamin verwendet werden, die vorzugs weise in Gehalten mindestens 1 Teil, besonders bevorzugt mit 2 bis 6 Teilen (Gesamtgehalt) auf 100 Teile Elastomer zugefügt werden.

Als Alterungsschutzmittel haben sich Aminderivate, insbesonde re styrolisierte, cumylierte oder oktylierte Amine bewährt, die in Gehalten vorzugsweise größer 0,1 Teile besonders bevor zugt 1 bis 4 Teile auf 100 Teile Elastomr eingesetzt werden können. Bevorzugt ist die Verwendung cumylierter Diamine. Be sonders bevorzugt ist die Verwendung der Aminderivate in Kom bination mit Bisthioverbindungen.

Für verschiedene Verwendungszwecke, beispielsweise für die Herstellung von eingeschossenen Drehschwingungsdämpfern, kann die Gummimischung des weiteren mit einem externen Gleitmittel bzw. Einschußmittel eingesetzt werden. Dabei ist zu beachten, daß die Gleitmittel die Verdrehkennlinie des Dämpfers sowie die dynamischen Eigenschaften der Gummimischung nicht negativ beeinflussen. Als Weichmacher haben sich Ester-Weichmacher, insbesondere Phosphate wie beispielsweise isopropyliertes Trikresylphosphat bewährt. Es können jedoch auch andere Gleit mittel (Einschußmittel) eingesetzt werden.

Mittels der erfindungsgemäßen Gummimischung sind dynamisch hochbelastbare Bauteile herstellbar, die langfristig bei Tem peraturen von ca. 150°C, kurzfristig auch bis ca. 170°C, einsetzbar sind und unter diesen Bedingungen eine extrem hohe Satzfestigkeit in Verbindung mit verbesserten Eigenschaften wie Hitzestabilität, Zug- und Weiterreißfestigkeit und Lebens dauer aufweisen.

Eine Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Gummimischung sei beispielhaft wie folgt angegeben:

Ethylen-Acrylat-Kautschuk	100 Teile
Füllstoffe	60 Teile
Weichmacher	5 Teile
Vernetzer (einschließlich Koagenz)	5 Teile
Bisthiosulfat	4 Teile
Alterungsschutzmittel	3 Teile
Verarbeitungsmittel	3 Teile
Sonstige Hilfsstoffe	2 Teile

Die thermisch nachbehandelten Gummimischungen weisen eine Druckverformung nach Prüfnorm P-VW-3307 bei 120° (94 h) von kleiner 40%, nach DBL 5555, Seite 6.3 bei 150°C (22 h) kleiner 20% auf. Bisher bekannte Gummischungen erreichen unter glei chen Bedingungen Werte nach P-VW-3307 von größer 70% und sind praktisch unbrauchbar. Die Zugfestigkeitswerte der erfindungs gemäßen Gummimischungen liegen über 18 MPa und bleiben fast unverändert bei einer Alterung über 1000 Stunden bei 150°C. Bei gleichen Alterungsbedingungen wird lediglich eine Nachhär tung von < 5 Shore-A festgestellt, was bei langanhaltend dyna misch belasteten Bauteilen, wie beispielsweise bei Torsions schwingungstilgern von wesentlicher Bedeutung ist.

Claims

1. Gummimischung für dynamisch und thermisch hochbeanspruchte Bauteile, insbesondere für ungebundene, vorgespannte Dreh schwingungsdämpfer, enthaltend Ethylen-Acrylat-Kautschuk als Elastomer, einen peroxidischen und/oder aminischen Vernetzer sowie gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe, wobei die Gummimischung nach der Vernetzung einer thermischen Behandlung unterzogen wurde.

2. Gummimischung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die thermische Behandlung oberhalb 140°C, vorzugsweise im Bereich von 160° bis 180° C, durchgeführt wird.

3. Gummimischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vernetzer in Gehalten von mindestens 1 Teil, vorzugsweise 1,0 bis 1,7 Teile, auf 100 Teile Elastomer eingesetzt wird.

4. Gummimischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der Vernetzer ein Guanidinderivat enthält.

5. Gummimischung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das Guanidinderivat in Gehal ten von mindestens 1 Teil, vorzugsweise 3,5 bis 5,5 Teile, auf 100 Teile Elastomer enthalten ist.

6. Gummimischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Gummi mischung eine organische Bisthioverbindung, vorzugsweise ein Bisthiosulfat, enthält.

7. Gummimischung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die organische Bisthiover bindung in Gehalten von mindestens 0,1 Teilen, vorzugs weise 2 bis 6 Teilen, auf 100 Teile Elastomer vorliegt.

8. Gummimischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß als Füllstoff eine oder mehrere Komponenten aus der Gruppe Ruß, Kiesel säure, Natrium-Aluminiumsilikat enthalten sind.

9. Gummimischung nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Gummimischung mindestens 5 Teile, vorzugsweise 5 bis 60 Teile, Ruß und/oder min destens 2 Teile, vorzugsweise 5 bis 20 Teile, Kieselsäure und/oder mindestens 2, vorzugsweise 5 bis 20 Teile, Natri um-Aluminiumsilikat auf 100 Teile Elastomer enthält.

10. Gummimischung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die Gummi mischung mindestens 1 Teil, vorzugsweise 5 bis 15 Teile, Ester- und/oder Ether-Thioether-Weichmacher auf 100 Teile Elastomer enthält.

11. Gummimischung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß Amine, ins besondere styrolisierte, cumylierte oder oktylierte Amine enthalten sind.

12. Verwendung einer Gummimischung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung von schwingungsdämpfenden, insbe sondere drehschwingungsdämpfenden Bauteilen.

13. Verwendung einer Gummimischung nach Anspruch 12, zur Her stellung von mit externen Gleitmitteln versehenen schwin gungsdämpfenden Bauteilen.

14. Verfahren zur Herstellung von Gummimischungen aus Ethylen- Acrylat-Kautschuk als Elastomer, einem peroxidischen und/ oder aminischen Vernetzer sowie gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen, wobei die Gummimischung nach der Vernetzung thermisch nachbehandelt wird.