DE3330844A1 - Kautschuk und fasern enthaltender riemen - Google Patents
Kautschuk und fasern enthaltender riemenInfo
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Description
Nippon Zeon Co., Ltd., Tokio/Japan
Kautschuk und Fasern enthaltender Riemen
-Beschreibung-
Die Erfindung betrifft einen Riemen bzw. Gürtel bzw. ein Band aus einem Kautschuk und Fasern, die eine starke Adhäsion
zwischen den Komponenten selbst nach Wärmealterung in Luft oder öl oder wiederholter Deformation beibehalten.
Aufgrund seiner überlegenen ölbeständigkeit wurde ein Acrylnitrilbutadien-Copolymerisatkautschuk
(auf den nachfolgend zuweilen als NBR Bezug genommen wird) In großem Umfang als
Kraftfahrzeugkautschukmaterialien wie Riemen verwendet. Kautschukprodukte wie ein Riemen, der aus NBR und Fasern besteht,
neigt jedoch zu einer Trennung bzw. Ablösung an der Haftfläche zwischen dem NBR und den Fasern, wenn sie einer wiederholten
Streckung und Kontraktion oder den Einwirkungen von Hitze und ölen während des Gebrauchs unterzogen werden. Die
Ablösung der Einlage verkürzt die Betriebsdauer derartiger Kautschukprodukte.
Es wurden zahlreiche Empfehlungen zur Verbesserung der Adhäsionsfestigkeit
einer Zusammensetzung aus einem Kautschuk und Fasern nach einer Alterung gegeben. Die meisten beziehen
sich auf eine Methode zur Behandlung der Fasern. Eine derartige Methode verbessert sicherlich die anfängliche Adhäsionsfestigkeit
zwischen dem Kautschuk und den Fasern. Es kann jedoch keine zufriedenstellende Verbesserung der Adhäsionsfestigkeit nach wiederholter Deformation und Wärmealterung
in Luft oder öl erreicht werden. Es war daher erwünscht, eine neue Zusammensetzung mit verbesserter Adhäsionsfestigkeit
nach der Alterung zu entwickeln.
Ziel der Erfindung ist es, einen einen Kautschuk und Pasern
enthaltenden Riemen zu schaffen, der derartigen Bestrebungen entspricht.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch einen einen Copolymerisatkautschuk
und Pasern umfassenden Riemen erreicht, bei dem der Copolymerisatkautschuk in seiner Polymerenkette (1) sich
von einem ungesättigten Nitril ableitende Einheiten, (2) sich von einem konjugierten Dien ableitende Einheiten und (3) sich
von einem äthylenisch ungesättigten Monomeren, das verschieden ist von ungesättigten Nitrilen, ableitende Einheiten und/oder
Einheiten, die durch Hydrierung von Einheiten gebildet werden, die sich von einem konjugierten Dien ableiten, enthält.
Der Copolymerisatkautschuk sollte 10 - βθ Gew.-% sich von einem
ungesättigten Nitril ableitende Einheiten in seiner Polymerenkette enthalten. Ist die Menge dieser Einheiten geringer als
10 Gew.-^, besitzt der Copolymerisatkautschuk geringere ölbeständigkeit
und überschreitet er 60 Gew.-#, besitzt der Copolymerisatkautschuk
verminderte Kältebeständigkeit.Die bevorzugte Menge dieser Einheiten beträgt 20 - 50 Gew.-%.
Der Copolymerisatkautschuk enthält 0 - JO Gew.-# sich von
einem konjugierten Dien' ableitende Einheiten in seiner Polymerenkette.
Überschreitet die Menge dieser Einheiten 30 Gew.-^,
wird die Dauerhaftigkeit der Adhäsion des Copolymerisatkautschuks schlechter. Die bevorzugte Menge dieser Einheiten beträgt
0-20 Gew.-j&, insbesondere 0-10 Gew. -%.
Der Copolymerisatkautschuk sollte in seiner Polymerenkette weiterhin sich von einem äthylenisch ungesättigten Monomeren,
das von ungesättigten Nitrilen verschieden ist, ableitende Einheiten und/oder Einheiten, die durch Hydrierung von Einheiten
gebildet werden, die sich von einem konjugierten Dien ableiten, enthalten. Ist die Menge dieser Einheiten geringer
als 10 Gew.-%, wird die Dauerhaftigkeit der Adhäsion des Copolymerisatkautschuks schlechter. Die bevorzugte Menge
dieser Einheiten beträgt 35 - 90 Gew.-%, insbesondere
4θ - 90 Gew.-
Der bei der Erfindung verwendete Copolymerisatkautsh.uk umfaßt
einen Copolymerisatkautschuk, der erhalten wird durch teilweise oder vollständige Hydrierung der konjugierten Dien-Einheiten
eines ungesättigten Nitril/konjugierten Dien-Copolymerisatkautschuks;
einen Copolymerisatkautschuk, der erhalten wird durch teilweise oder vollständige Hydrierung der konjugierten
Dien-Einheiten eines ungesättigten Nitril/konjugierten Dien/ äthylenisch ungesättigten Monomeren-Copolymerisatkautschuks;
einen ungesättigten Nitril/konjugierten Dien/äthylenlsch ungesättigten
Monomeren-Copolymerisatkautschuk; und einen ungesättigten
Nitril/äthylenisch ungesättigten Monomeren-Copolymerisatkautschuk.
Monomere, die für die Herstellung der bei der Erfindung verwendeten
Oopoiymerisatkautschuke verwendet werden, umfassen z.B. ungesättigte Nitrile wie Acrylnitril und Methacrylnitril;
konjugierte Diene wie Butadien, Isopren und 1,3-Pentadien;
ungesättigte Carbonsäuren wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure und Maleinsäure; Alkylester von ungesättigten
Carbonsäuren wie MethyIacrylat, 2-Äthylhexylacrylat und Octylacrylat.
Alkoxyalkylacrylate wie Methoxyäthylacrylat, Äthoxyäthylacrylat und Methoxyäthoxyäthylacrylat; und andere äthylenfech
ungesättigte Monomere wie Allylglycidyläther, Vinylchloracetat, Äthylen, Buten-1 und Isobutylen. Bei der Herstellung
eines ungesättigten Nitril/äthylenisch ungesättigten Monomeren-Copolymerisatkautschuks
kann ein Teil des ungesättigten Monomeren durch ein nicht-konjugiertes Dien wie Vinylnorbornen, Dlcyclopentadien
und 1,4-Hexadien ersetzt werden.
Spezielle Beispiele für Copolymerjsatkautschuke bei der vorliegenden
Erfindung sind: Copolymerisatkautschuke erhalten durch teilweise oder vollständige Hydrierung eines Butadien/
Acrylnitril-Copolymerlsatkautschuks, eines Isopren/Acrylnitril-Copolymerisatkautschuks
oder eines Butadien-Isopren-Acrylnitrll-Copolymerisatkautschuks;
ein Butadien/Methylacrylat/ Acrylnitril-Copolymerisatkautschuk; ein Butadien/Acry!säure/
Acrylnitril-Copolymerisatkautschuk, ein Copolymerisatkautschuk
erhalten durch teilweise oder vollständige Hydrierung eines Butadien/Acrylsäure/Acrylnitril-Copolymerisatkautschuks;
ein Butylacrylat/Ä'thoxyäthylacrylat/Vinylchloracetat/Acrylnitril-Copolymerisatkautschuk
und ein Butylacrylat/S-thoxyäthytacrylat/Vinylnorbornen/Acrylnitril-Copolymerisatkautschuk.
Die bei der Erfindung verwendeten Pasern umfassen Naturfasern
wie Baumwolle, regenerierte Fasern wie Reyon, synthetische Fasern wie Nylon, Polyester, Polyvinylalkohol und aromatische
Polyamidfasern, Stahlfasern, Glasfasern und Kohlenstoffasern. Diese Fasern können einzeln oder in Kombination miteinander
verwendet werden. Die Fasern werden in den Copolymerisatkautschuk als dehnbarer Bestandteil in Form von beispielsweise
eines Stapels, eines Filaments bzw. Fadens oder Fäserchens, in Form einer Schnur bzw. Strangs, in Form eines Stricks,
in Form eines nicht-gewebten Stoffes oder gewebten Stoffes eingebettet. Der Typ und die Form der Fasern kann in geeigneter
Weise in Abhängigkeit vom Typ und der letztendlichen Verwendung des Riemens ausgewählt werden.
Gewünschtenfalls werden die Fasern einer Haftbehandlung durch
übliche Methoden vor ihrer Kombination mit dem Kautschuk unterzogen.
Beispielsweise werden gewöhnlich Baumwolle, Reyon oder Nylonfasern
in eine Mischung (nachfolgend abgekürzt als RFL) einer wäßrigen Lösung eines anfänglichen bzw. primären Kondensats
von Resorcin und Formaldehyd (nachfolgend abgekürzt als RF) und eines Kautschuklatex eingetaucht. Der Kautschuklatex
unterliegt keiner speziellen Einschränkung, jedoch ist er
vorzugsweise ein Acrylnitril/Butadien-Copolyrnerisatlatex, ein Acrylnitril/Butadien/Methacrylsäure-Copolymerisatlatex,
ein Acrylnitril/Butadlen/Acrylsäure-Copolymerisatlatex oder
ein Acrylnitrll/Butadien/Vj nylpyridin-copolymerisatlatex.
Polyester oder aromatische Polyamidfasern besitzen eine schlechtere Adhäsion gegenüber Kautschuken aufgrund ihrer
molekularen Strukturen und können keine zufriedenstellende Adhäsionsfestigkeit mit Hilfe der vorstehenden Vorbehandlung
mit RFL erreichen. Daher werden diese Fasern zuerst mit einem Bad behandelt, das zumindest einen Bestandteil, ausgewählt unter Isocyanaten, Äthylenthioharnstoffen und Epoxyharzen,enthält
und wärmebehandelt und danach der vorstehenden RFL-Behandlung unterzogen.
Im allgemeinen ist es erfolgreich, wenn man die Glasfasern mit einer Silanverbindung wie Epoxysilan und Aminosilan behandelt,
bevor sie der RFL-Behandlung unterzogen werden. Ein Silan-Kupplungsrnittel,
wie Aminopropyltriäthoxysilan, ist ein besonders bevorzugtes Vorbehandlungsmittel.
Der erfindungsgemäße Riemen wird hergestellt, indem man den
Copolymerisatkautschuk (der zusätzlich einen anderen Kautschuk in Mengen enthalten kann, die den Zweck der Erfindung nicht
nachteilig beeinflussen) mit üblichen Kautschuk-Compoundierungsmitteln
wie Füllstoffen, Verstärkungsmitteln, Vulkanisationsmitteln, Weichmachern und Antioxidantien, mit Hilfe üblicher
Mischvorrichtungen mischt, die erhaltene Kautschukzusammensetzung mit den vorbehandelten Fasern entsprechend einer üblichen
Methode der Riemenherstellung kombiniert, die Zusammensetzung in einen Formgegenstand überführt, der dem Zweck entspricht, für
den der endgültig erzeugte Riemen eingesetzt werden soll, und hiernach das geformte Produkt vulkanisiert.
Im Hinblick auf die Struktur und den Typ (Verwendung) des erfindungsgemäßen
Riemens besteht keine spezielle Einschränkung. Jedoch ist er besonders für Anwendungen geeignet, die ölbeständigkeit,
Wärmebeständigkeit und Ozonbeständigkeit sowie Haltbarkeit
erfordern. Beispiele für einen derartigen Riemen sind EnergieUbertragungsriemen wie Steuerungs- bzw. Synchronisierungsriemen,
die in Verbrennungsmotoren und Werkzeugmaschinen verwendet werden, Fließbandriemen für den Transport von ölschiefer
oder ölsand und andere Riemen, die in einer Atmosphäre eingesetzt werden, in der sie einer wiederholten Biegung
und Deformation in Luft oder öl bei hohen Temperaturen unter-
zogen werden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung eingehender. Sämtliche Teile in diesen Beispielen sind auf das Gewicht
bezogen.
100 Teile eines Jeden der in Tabelle 1 angegebenen Kautschuke wurden mit 5 Teilen Zinkoxid, 1 Teil Stearinsäure, 4o Teilen
FEF-Ruß, 0,5 Teilen Schwefel, 2 Teilen Tetramethylthiuramdisulfid,
0,5 Teilen Mercaptobenzothiazol, 1 Teil octyliertetn
Diphenylamin und 1 Teil N-Phenyl-N1 -isopropyl-pphenylendiamin
gemischt, um eine Kautschukzusairanensetzung zu ergeben. Die Zusammensetzung wurde in eine Folie mit einer
Dicke von etwa 3 mm mit Hilfe einer 15,2 cm-Walze geformt.
Man stanzte rechteckige Teststücke mit einer Länge von 155 nrm und einer Breite von 25 mm aus der Folie heraus.
Tabelle 1 gibt die verwendeten Copolymerisatkautschuke an.
>v Copolyoexisafc- >. kautschuk Zusammen- ^v setzung %. |
Acrylni tri 1/Butadi en/ hydrierter Butadlen- Copolymerisatkautschuk |
B | C | D | E (*) | Acrylnitril/. Butadien /Butyl· acrylat-Copoly- merisatkaut- schuk |
G |
Acrylnitril-Ein heiten (Gew.-%) Butadien-Einheiten (Gew.-^) Hydrierte Butadien- Einheiten (Gew.-%) Butylacrylat -Ein heiten (Gew.-^) |
A |
37
6,3 56,7 |
45 5,5 49r5 |
37
34,6 28|4 |
33
67 |
F |
35
30 35 |
37
18,9 44,1 |
35
5 60 |
Nipol 10^2, Produkt von Nippon Zeon Co., Ltd.
Eine Nylonschnur (6-Nylon; Struktur 126OD/2), eine Reyonschnur
(3-Super; Struktur 165OD/2) und eine Polyesterschnur (Polyäthylenterephthalat; Struktur 15OOD/3) wurden jeweils
in eine RF/RFL-Mischung eingetaucht und bei 200 0C 1 Minute
wärmebehandelt, um Schnüre für die dehnbaren Teile herzustellen.
Araraidfasern (KevlervJ, Handelsbezeichnung von E.I.du Pont
de Nemours & Co; Struktur 15OOD/2, l27T/m) wurden in ein
Bad eingetaucht, das die in Tabelle 2 angegebene Zusammensetzung besaß und dann in RFL eingetaucht und 1 Minute bei
230 X wärmebehandelt, um einen Strang für ein dehnbares Teil
zu bilden.
Ein Glasfaserstrang (Struktur ECG 150 3/10 20S) wurde in eine
5$ige wäßrige Dispersion von oC-Aminopropyl-triäthoxysilan eingetaucht,
3 Minuten bei 1500C wärmebehandelt und weiterhin
1 Minute bei 200 0C wärmebehandelt, um einen Strang für ein
dehnbares Teil zu erhalten.
Diglycidyläther des Glycerins | 2,22 | Teile |
10% ige wäßrige NaOH-Lösung | 0r28 | t» |
5%iges AEROSOL OT (·*) (75 % Feststoff) Wasser |
0,56 96,94 |
i» tt |
insgesamt | 100T00 |
(*«): Produkt von Nippon Aerosll Co., Ltd.
Jeder der in der Probenherstellung - Beispiele 2 und 3 "
hergestellten Stränge wurde zwischen zwei Testproben,hergestellt in der Probenherstellung - Beispiel 1,derart eingelegt,
daß die Längsrichtung des Strangs mit der Längsrichtung der Proben übereinstimmte, um eine dreischichtige Anordnung
zu bilden. Die Anordnung wurde bei l6o 0C 20 Minuten druckgehärtet,
um eine Riemenprobe mit einer Breite von 25,0 mm, einer Länge von 155 rom und einer Dicke von 6,55 mm zu ergeben.
Zur Prüfung der Adhäsion der Stränge an dem Kautschuk einer jeden Riemenprobe nach der Wärmealterung wurde dieser einem
Alterungstest in erhitzter Luft bei 125 0C während 14 Tagen
unterzogen und dann dessen Adhäsionsfestigkeit gemäß JIS K-65OI gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle J
angegeben.
Tabelle J5: Adhäsionsfestigkeit (Kgf)
r Adhäsionsfestigkeit nach der Wärtnealterungj
t- Adhäsionsfestigkeit vor der Wärmealterung -*
^S>^ Ansatz Nr. | Erf1ndung | 1 | 2 | 3 | 0 0 |
4 | to | 5 | Vergleich | 6 | 7 | i |
für das N^fX, dehnbare X^. Teil ^\f |
A | F | B | ui| Ui | C | E | D | G | 3,0 T97Ö |
|||
Reyon | 16,5 2Ö75 |
18,5 T975 |
17, Ϊ97 |
I | 18 19 |
8 72 |
9 | |||||
Nylon | 18,0 19,5 |
16,5 2ΊΓΓΟ |
lit | 5 | 18 18 |
7 23 |
i | 5,0 | ||||
Polyester | 16r5 T97Ö |
16,0 T57Ö |
Si | 0 | 16 TT |
I uifo | TI | t5 | 2,0 | 0 5 |
||
Aramidfasern | 20 | 20 2ΤΓ7Ο |
23 | 21 2T |
8 23 |
mjm | 8,0 2T7Ö |
i | ||||
Glasfasern | 16 ,5 19,5 |
17,5 | 18, !9r |
15 | 6 17 |
5f5 | ||||||
RiementeststUcke, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt worden waren, wurden einer wiederholten Biegung
mit Hilfe einer De Mattia Flexing-Maschine bei Raumtemperatur
durch 10 000 Zyklen gemäß JIS K-63OI unterzogen, und dann
wurden die Adhäsionsfestigkeiten der Proben gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4 : Adhäsionsfestigkeit (Kgf)
/-Adhäsionsfestigkeit nach dem Biegetest-?
L Adhäsionsfestigkeit vor dem Biegetest-/
^s^s^ Ansatz Nr. | 1 | Erfindung | 3 | C | 5 | Vergleich | 6 | 7 |
für das ^"^^&f"^ | A | 2 | B | E | D | G | ||
dehnbare ^x&^ Teil ^s* |
20 | F | 19,0 19,0 |
13 ^r |
11 2T |
|||
Hey on | if | 18 19 |
IQ 0
IQ CT |
I | 13 ^; |
9 | ||
Nylon | 17 2Ö~ |
13,5 ΪΤ75 |
18,5 T97Ö |
1 | 19- | |||
Polyester | MIM | 20,0 2275 |
17, 18 |
ui|ui | 7 | |||
Aramidfasern | 19j | 17,5 19,5 |
IA 17 |
_q | 4 | B" | ||
Glasfasern | !f | & | ol Ui | |||||
if | 16, 17 |
T8~75 | ||||||
16,5 19,0 |
,5 | If | ||||||
lO
0 |
ti ,5 |
6, | ||||||
iL 19 |
0
0 |
0 | _0 | Ji5. | ||||
5 "5 |
olo | 0 5 |
_0 | |||||
19,0 18,5 |
||||||||
,5 |
-"12"-
RiementeststUcke, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt worden waren, wurden einem Eintauchtest
gemäß JIS K-6j501 unterzogen. Im einzelnen wurde ein jedes in JIS Nr.J-öl bei 130 0C während 14 Tagen eingetaucht,und
dann wurden deren Adhäsionsfestigkeiten gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben.
Tabelle 5: Adhäsionsfestigkeit (Kgf)
Adhäsionsfestigkeit nach dem Eintauchen
in JIS Nr.3-Öl
Adhäsionsfestigkeit vor dem Eintauchen in JIS Nr.3-Öl
^s^. Ansatz Nr. Fasern^iT^·^. für das X^L7\^ dehnbare ^nSjC Teil XJV |
Erfindung | 1 | 2 | 3 | C | Vergleich | 5 | 6 | 7 |
Reyon | A | F | B | 16,0 T973 |
E | D | G | ||
Nylon | 20^5" | 14,0 T97B" |
15,5 I97Ö |
17,0 18,5 |
22f5 | 5,0 | |||
Polyester | 13,5 19,5 |
IA,0 2Ö7Ö |
15,5 T975 |
17,0 17,5 |
5^5 237Ö |
6,0 227Ö |
|||
Ararnidfasern | 19,0 | 16,5 Γ775" |
TS^5 | 19tö | |||||
Glasfasern | 11,5 2075 |
13,0 2Ü7Ü |
16,5 | 17,0 17,5 |
23tö | A,5 H7Ö |
6,5 2Ö75 |
||
%$ | 16,0 TS75 |
16,5 19,5 |
6,0 T77Ö |
6,0 | 7,0 15,5 |
||||
Die in den vorstehenden Beispielen erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäßen Riemen eine weitaus bessere
Adhäsionsfestigkeit zwischen den Kautschuken und den Fasern nach mechanischer Ermüdung, Abbau bzw. Alterung durch Wärme
und Eintauchen in öl als herkömmliche Riemen auf NBR-Basis besitzen.
Claims (4)
- Dr. F. Zumstein'sen. -Or. E. Assmann J J O O ö A 4DIpI.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumsteln jun.PATENTANWÄLTEZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICED βΟΟΟ MÜNCHEN 2, BRÄUHAUSSTRASSE 4TELEFON (089) 225341 TELEGRAMME 2UMPAT TELEX 529979Case G 2084-K I89
(Zeon)/HPPatentansprüche) Ein einen Copolymerisat-Kautschuk und Fasern enthaltender Riemen, dadurch gekennzeichnet, daß der Copolymerisat-Kautschuk in seiner Polymerenkette (1) 10 bis 60 Gew.-% Einheiten, die sich von einem ungesättigten Nitril ableiten, (2) 0 bis JO Gew.-% Einheiten, die sich von einem konjugierten Dien ableiten und (5) 10 bis 90 Gew.-^ Einheiten, die sich von einem äthylenisch ungesättigten Monomeren, das von ungesättigten Nitrilen verschieden ist, ableiten und/oder Einheiten,die durch Hydrierung von von einem konjugierten Dien abgeleiteten Einheiten gebildet werden, enthält. - 2.) Riemen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschuk 20 - 50 Gew.-% Einheiten (1), 0 - 20 Gew.-^ Einheiten (2) und 35 - 90 Gew.-% Einheiten (j5) in seiner Polymerenkette enthält.
- 5.) Riemen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pasern Naturfasern, regenerierte Fasern, synthetische Fasern,Stahlfasern, Glasfasern oder Kohlenstoffasern sind.
- 4.) Riemen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form eines Stapels, eines Filaments bzw. in Form eines Fadens, in Form eines Strangs, einer Schnur, in Form eines nicht-gewebten Stoffes oder eines gewebten Stoffes aus Naturfasern, regenerierten Fasern, synthetischen Fasern, Stahlfasern, Glasfasern oder Kohlenstofffasern vorliegen.
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