DE2801497C2

DE2801497C2 -

Info

Publication number: DE2801497C2
Application number: DE2801497A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Honma; Hiroshi Ichihara Chiba Jp Kakuno
Original assignee: Toray Silicone Co Ltd
Current assignee: DuPont Toray Specialty Materials KK
Priority date: 1977-01-13
Filing date: 1978-01-13
Publication date: 1987-07-02
Also published as: BE862851A; FR2377437A1; US4116920A; GB1591982A; JPS5388055A; FR2377437B1; JPS5443019B2; CA1103386A; DE2801497A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Siliconkautschukmasse, die sich zur Herstellung von Wellendichtungen verwenden läßt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Zusatz bestimmter Materialien zu dauerhaft härtbaren Siliconkautschuken Massen ergibt, die nach ihrer Verarbeitung zu Wellenlagern dazu führen, daß der durch Reibung beim Drehen der Welle in einer entsprechenden Wellenlagerung hervorgerufene Lärm herabgesetzt oder überhaupt unterbunden wird.

Antriebswellen müssen geschmiert werden, damit sie praktisch reibungsfrei laufen. Durch entsprechende Wellendichtungen wird dabei dafür gesorgt, daß das Schmiermittel nicht ausläuft. Die hierzu in der ersten Zeit verwendeten Wellendichtungen waren eher packungsartige Formen als kohärente Formen. Sie mußten daher oft erneut gepackt werden, was natürlich mit Standzeiten für Maschinen verbunden war, die solche Wellen enthielten.

Etwas später wurden zusammenhängende einstückige Wellendichtungen entwickelt, die aus organischen Kautschuken und Füllstoffen hergestellt wurden. Diese organischen Kautschuke hatten jedoch den Nachteil, daß sie von den verwendeten Schmierstoffen und den bei langfristigen Betrieb auftretenden Zersetzungsprodukten solcher Schmierstoffe angegriffen und abgebaut wurden.

In der Folgezeit wurden zur Herstellung von Wellendichtungen dann die haltbareren Siliconkautschuke verwendet. Diese Materialien sind nämlich praktisch widerstandsfest gegenüber einer Reihe von Schmiermitteln und ihren Zersetzungsprodukten, und sie haben ferner auch noch den Vorteil, daß sie physikalisch zäher sind als die meisten organischen Kautschuke.

Ein gewisser Nachteil dieser Siliconkautschuke ist jedoch die Tatsache, daß sie bei Kontakt mit einem sich bewegenden Bauelement, beispielsweise einer Welle, aufgrund der Reibung zwischen dem Siliconkautschuk und der Welle zu einer Wärmebildung neigen. Aufgrund der Reibung zwischen der Wellendichtung und der sich drehenden Welle kommt es nach längerem Betrieb zu einer Lärmbildung. Der hierdurch entstehende Abrieb verteilt sich im Spalt zwischen der sich drehenden Welle und der Wellendichtung, so daß die Wellendichtung schließlich Öl durchläßt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Siliconkautschukmasse, mit deren Hilfe es gelingt, die Nachteile der bekannten Wellendichtungen, nämlich die bei der Bewegung eines sich in einer Siliconkautschukdichtung drehenden Teils auftretende Lärmbelästigung, entweder zu reduzieren oder ganz zu beseitigen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Siliconkautschukmasse, bestehend aus

(A) 100 Gewichtsteilen eines hitzehärtbaren Organopolysiloxankautschuks,
(B) 5 bis 100 Gewichtsteilen eines verstärkenden Siliciumdioxidfüllstoffs,
(C) 5 bis 100 Gewichtsteilen Diatomeenerde,
(D) 2 bis 100 Gewichtsteilen eines Glimmer-, Talkum-, Ferrosilikat- oder Graphitpulvers und
(E) 0,1 bis 10 Gewichtsteilen eines organischen Peroxids,

wobei das Gewicht der Komponenten (B), (C), (D) und (E) auf 100 Gewichtsteile der Komponente (A) bezogen ist und in der gesamten Masse aus den Komponenten (A) bis (E) die Kompenten (B), (C) und (D) in einer Menge von 30 bis 150 Gewichtsteilen vorhanden sind.

Bei der Komponente (A) kann es sich um irgendeinen hitzehärtbaren Siliconkautschuk handeln, der sich in die Form einer Dichtung bringen läßt. Die Komponente (A) stellt die vorwiegende Komponente der Organopolysiloxankautschukmasse dar. Sie ist ein hochmolekulares geradkettiges oder verzweigtkettiges Organopolysiloxan. Die Siliciumatome des Organopolysiloxans sind durch Methyl, Ethyl, Vinyl, Phenyl und/oder Trifluorpropyl substituiert. Vorzugsweise sind 50 Molprozent oder mehr dieser organischen Substituenten Methylgruppen. Es können beliebige Endgruppen vorhanden sein, und normalerweise handelt es sich dabei um Hydroxyl-, Alkoxyl-, Methyl-, Vinyl- oder Phenlylgruppen.

Die Komponente (B) ist ein verstärkender Siliciumdioxidfüllstoff, wie pyrogen erzeugtes Siliciumdioxid, durch Fällung hergestelltes Siliciumdioxid oder ein entsprechend getrocknetes Siliciumdioxid. Durch Verwendung der Komponente (B) erhält der Siliciumkautschuk eine ausreichende mechanische Festigkeit. Die Menge der Menge (B) soll 5 bis 100 Gewichtsteile, vorzugsweise 20 bis 70 Gewichtsteile, auf 100 Gewichtsteile der Komponente (A) betragen.

Bei der Komponente (C) handelt es sich um Diatomeenerde, und dieses Material ergibt eine Verbesserung der Härte und Ölfestigkeit des Siliconkautschuks. Werden andere Silicumdioxidfüllstoffe eingesetzt, dann werden diese leicht abgerieben und erzeugen Lärm, wenn sie zur Herstellung von Wellendichtungen verwendet werden. Die Diatomeenerde hat diese Nachteile nicht. Die Komponente (C) wird zweckmäßigerweise in Menge von 5 bis 100 Gewichtsteilen, vorzugsweise in Mengen von 20 bis 90 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Komponente (A), eingesetzt.

Bei der Komponente (D) handelt es sich beispielsweise um eine Ferrosilikat- oder Graphitpulver, das dafür sorgt, daß der Siliconkautschuk Schmiereigenschaften erhält, geräuscharmer wird und abriebfest wird. Die Komponente (D) ist die wichtigste Komponente der vorliegende Siliconkautschukmasse.

Schmierwirkung des Siliconkautschuks gegenüber der Metalloberfläche nimmt mit steigender Menge der Komponente (D) zu, und gleichzeitig ergibt sich hierdurch eine Erniedrigung des Abriebs und des Lärms, der durch die Reibung zwischen der Siliconkautschukmasse und der sich drehenden Metalloberfläche gebildet wird. Die Komponente (D) wird zweckmäßigerweise in Mengen von 2 bis 100 Gewichtsteilen, vorzugsweise in Mengen von 5 bis 50 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Komponente (A), eingesetzt.

Die Einzelmengen einer jeden der Komponenten (B), (C) und (D) sind zwar oben angegeben, zur Erzielung eines sauberen Effekts ist jedoch darauf zu achten, daß die Komponenten (B), (C) und (D) insgesamt in einer Menge von 30 bis 150 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile der Komponente (A) vorhanden sein müssen. Liegt diese Gesamtmenge bei unter 30 Gewichtsteilen, dann ist der erhaltene Siliconkautschuk weich und nicht genügend ölfest, so daß er sich zur Herstellung von Wellendichtungsmaterial eignet. Beträgt die Gesamtmenge dieser Komponenten jedoch über 150 Gewichtsteile, dann läßt sich die erhaltene Siliconkautschukmasse nur schwer kneten, vulkanisieren und formen, so daß sie ebenfalls nicht als Wellendichtungsmaterial verwendet werden kann. Die Komponenten (B) und (C) sind herkömmliche Füllstoffe für Siliconkautschuke. Ebenfalls herkömmliche Füllstoffe für Siliconkauschuk sind auch einige zur Komponente (D) gehörende Materialien. Ein Gemisch der oben angegebenen herkömmlichen Füllstoffe in den vorgeschriebenen Mengen sorgt nun dafür, daß die Siliconkautschukmasse die für seine Verwendung als Wellendichtungsmaterial geeigneten Eigenschaften erhält.

Bei dem als Komponente (E) verwendeten organischen Peroxid handelt es sich um einen zur Hitzehärtung von Siliconkautschuk üblichen Katalysator. Beispiele geeigneter organischer Peroxide sind Benzoylperoxid, t-Butylperbenzoat, 2,4-Dichlorbenzoylperoxid, Monochlorbenzoylperoxid, Dichlorperoxid oder 2,5-Bis- (t-butylperoxy)-2,5-dimethylhexan.

Die Komponenten (A) bis (D) können aus nur einer der für jede Komponente vorgeschriebenen Verbindungen zusammengesetzt sein, oder es kann sich bei einer bestimmten Komponente auch um ein Gemisch aus zwei oder mehreren Verbindungen handeln. Die erfindungsgemäße Siliconkautschukmasse stellt jedoch ein Gemisch aus den oben beschriebenen Komponenten (A) bis (D) dar.

Das vorliegende Gemisch kann mit weiteren Zusätzen versetzt werden, beispielsweise mit niedermolekularen Organosiliciumverbindungen mit niedrigen Polymerisationsgraden und endständigen Hydroxylgruppen. Einzelbeispiele für solche Zusätze sind Polydimethylsiloxan, Diphenylsilandiol oder Diphenylmethylsilanol. Andere Beispiele für solche Zusätze sind diejenigen Organopolysiloxane, die eine große Anzahl an Vinylgruppen enthalten und über niedrige Polymerisationsgrade verfügen, sowie Pigmente, Hitzestabilisatoren und ölfestmachende Mittel.

Die Komponenten (A) bis (D) können in beliebiger Reihenfolge miteinander vermischt werden. Gewöhnlich vermischt man die Komponente (A) jedoch zuerst unter Verwendung eines Knetmischer mit der Komponente (B). Das hierdurch erhaltene Gemisch wird dann entweder unter Verwendung eines Knetmischers oder eines Zweiwalzenstuhls mit den Komponenten (C) bis (D) vermischt, worauf man in das so entstandene Gemisch schließlich unter Verwendung eines Zweiwalzenstuhls die Komponente (E) einmischt. Die auf diese Weise hergestellte Siliconkautschukmasse wird anschließend bei einer Temperatur von 100 bis 180°C unter atmosphärischem oder erhöhtem Druck mehrere Minuten gehärtet und erforderlichenfalls zur Verbesserung ihrer mechanischen Eigenschaften, Ölbeständigkeit und Abriebfestigkeit anschließend vulkanisiert. Die auf diese Weise gebildete Siliconkautschukmasse läßt sich zur Herstellung von hervorragenden Wellendichtungen verwenden, die keinen Lärm erzeugen.

Beispiel

Unter Verwendung eines Knetmischers und anschließend eines Zweiwalzenstuhls stellt man aus folgenden Komponenten eine Siliconkautschukmasse her:

(A) roher Methylvinylpolysiloxankautschuk (99,84% Methylgruppen, 0,16% Vinylgruppen, Plastizitätsgrad 160 bei 25°C, durch Vinylgruppen endblockiert),
(B) durch Fällung hergestelltes Siliciumdioxid mit einer relativen Oberfläche von 240 m²/g oder pyrogen erzeugtes hydrophobes Siliciumdioxid mit einer relativen Oberfläche von 200 m²/g (siehe später folgende Tabelle),
(C) Diatomeenerde,
(D) äußerst feines Glimmer- oder Talkumpulver und
(E) 50-prozentige Siliconölpaste von 2,5-Dimethyl-2,5-(di-t-butylperoxy)hexan.

Zu Vergleichszwekcne stellt man nach dem gleichen Verfahren wie oben eine weitere Siliconkautschukmasse her, wobei die Komponente (C) jedoch ein äußerst feines Quarzpulver ist und ferner ein Polydimethylsiloxanzusatz verwendet wird (Viskosität 50 cS bei 25°C, niedriger Polymerisationsgrad, Hydroxylendgruppen).

Die Mengen einer jeden Komponente gehen aus Tabelle I hervor.

Die in obiger Weise erhaltenen Siliconkautschukmassen werden in einer Heißpresse jeweils 10 Minuten bei 170°C hitzebehandelt, worauf man sie 4 Stunden in einem Ofen bei 200°C vulkanisiert und schließlich zu 2 mm starken Platten verarbeitet. Anhand entsprechender Proben untersucht man Härte, Zugfestigkeit und Bruchdehnung der hierdurch erhaltenen Materialien (unter Verwendung einer Hantel Nr. 3) nach der Testmethode JIS K6301. Die Siliconkautschukmassen werden in Metallformen für Öldichtungen gegeben und dann unter den oben angeführten Bedingungen hitzebehandelt. Die hierdurch erhaltenen Formkörper untersucht man auf einem Öldichtungsrotationstestgerät unter einer Umdrehungsgeschwindigkeit der Testwelle von 3000 Umdrehungen pro Minute. Bei einem weiteren Test bewegen sich 5 Testpersonen langsam vom Testgerät weg, wobei die einzelnen Testpersonen dann jeweils die Entfernung angeben, bei der sie den durch Reibung bedingten Lärm nicht mehr hören können.

Die Ölfestigkeit wird nach folgender Methode ermittelt. Ein vulkanisertes Probestück tauscht man in einem Rückflußröhrchen befindliches Motoröl 10W30 oder ASTM-Öl Nr. 3 und läßt das Ganze dann bei 150°C in einem Heizbad 70 Stunden stehen. Im Anschluß daran mißt man die Volumenveränderung des Probekörpers.

Tabelle I

Fortsetzung

Claims

1. Siliconkautschukmasse, bestehend aus

wobei das Gewicht der Komponenten (B), (C), (D) und (E) auf 100 Gewichtsteile der Komponente (A) bezogen ist und in der gesamten Masse aus den Komponenten (A) bis (E) die Komponenten (B), (C) und (D) in einer Menge von 30 bis 150 Gewichtsteilen vorhanden sind.

2. Verwendung der Siliconkautschukmasse nach Anspruch 1 zur Herstellung von Wellendichtungen.