DE3330844C2 - Verwendung eines Copolymerisat-Kautschuks zur Herstellung eines Energieübertragungsriemens - Google Patents

Verwendung eines Copolymerisat-Kautschuks zur Herstellung eines Energieübertragungsriemens

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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Copolymerisat- Kautschuks zur Herstellung eines Energieübertragungsriemens, bei dem eine starke Adhäsion zwischen den ihn bildenden Kom­ ponenten auch nach Wärmealterung in Luft oder Öl oder wie­ derholter Deformation beibehalten werden kann.
Aufgrund seiner überlegenen Ölbeständigkeit wurde Acrylnitril- Butadien-Copolymerisatkautschuk (auf den nachfolgend zuweilen als NBR Bezug genommen wird) in großem Umfang für Kraftfahr­ zeugkautschukmaterialien wie Schläuche und Dichtungsringe verwendet. Derartige aus NBR und Fasern bestehende Materialien neigen jedoch zu einer Trennung bzw. Ablösung an der Haft­ fläche zwischen dem NBR und den Fasern, wenn sie einer wie­ derholten 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 Adhä­ sionsfestigkeit 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 Adhäsionsfestig­ keit 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.
Aus der prioritätsälteren DE-OS 32 48 378 war zwar die Ver­ wendung von Copolymerisatkautschuken der bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten Art zur Herstellung von Riemen bekannt, nicht jedoch zusammen mit bestimmten Fasern für die Herstel­ lung von Energieübertragungsriemen.
Es war daher erwünscht, eine Zusammensetzung mit verbesserter Adhäsionsfestigkeit nach der Alterung aufzufinden, die für die Verwendung zur Herstellung eines Energieübertragungsriemens mit verbesserten Eigenschaften geeignet ist.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Copolymeri­ sat-Kautschuks, der in seiner Polymerenkette (1) 10 bis 60 Gew.-% Einheiten, die sich von einem ungesättigten Nitril ableiten, (2) 0 bis 30 Gew.-% Einheiten, die sich von einem konjugierten Dien ableiten und (3) 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, und von Naturfasern, regenerierten Fasern, synthetischen Fasern, Stahlfasern, Glasfasern oder Kohlenstoffasern zur Herstellung eines Energieübertragungsriemens.
Ist in dem verwendeten Copolymerisatkautschuk die Menge der sich von einem ungesättigten Nitril ableitende Einheiten geringer als 10 Gew.-%, besitzt der Copolymerisatkautschuk geringere Ölbeständigkeit und überschreitet sie 60 Gew.-%, besitzt der Copolymerisatkautschuk verminderte Kältebeständig­ keit. Die bevorzugte Menge dieser Einheiten beträgt 20-50 Gew.-%.
Überschreitet in dem Copolymerisatkautschuk die Menge der sich von einem konjugierten Dien ableitenden Einheiten 30 Gew.-%, wird die Dauerhaftigkeit der Adhäsion des Copolymerisat­ kautschuks schlechter. Die bevorzugte Menge dieser Einheiten beträgt 0-20 Gew.-%, insbesondere 0-10 Gew.-%.
Ist in dem Copolymerisatkautschuk die Menge der sich von einem äthylenisch ungesättigten Monomeren, das von ungesättigten Nitrilen verschieden ist, ableitenden Einheiten und/oder Einheiten, die durch Hydrierung von Einheiten gebildet werden, die sich von einem konjugierten Dien ableiten, geringer als 10 Gew.-%, wird die Dauerhaftigkeit der Adhäsion des Copolymeri­ satkautschuks schlechter. Die bevorzugte Menge dieser Ein­ heiten beträgt 35-90 Gew.-% insbesondere 40-90 Gew.-%.
Der bei der Erfindung verwendete Copolymerisatkautschuk umfaßt einen Copolymerisatkautschuk, der erhalten wird durch teilweise oder vollständige Hydrierung der konjugierten Dien-Einheiten eines ungesättigten Nitril/konjugierten Dien-Copolymerisat­ kautschuks; 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/äthylenisch un­ gesättigten Monomeren-Copolymerisatkautschuk; und einen un­ gesättigten Nitril/äthylenisch ungesättigten Monomeren- Copolymerisatkautschuk.
Monomere, die für die Herstellung der bei der Erfindung ver­ wendeten Copolymerisatkautschuke 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 Methylacrylat, 2-Äthylhexylacrylat und Octyl­ acrylat. Alkoxyalkylacrylate wie Methoxyäthylacrylat, Äthoxy­ äthylacrylat und Methoxyäthoxyäthylacrylat; und andere äthyle­ nisch ungesättigte Monomere wie Allylglycidyläther, Vinylchlor­ acetat, Äthylen, Buten-1 und Isobutylen. Bei der Herstellung eines ungesättigten Nitril/äthylenisch ungesättigten Monomeren- Copolymerisatkautschuks kann ein Teil des ungesättigten Monome­ ren durch ein nicht-konjugiertes Dien wie Vinylnorbornen, Di­ cyclopentadien und 1,4-Hexadien ersetzt werden.
Spezielle Beispiele für Copolymerisatkautschuke bei der vor­ liegenden Erfindung sind: Copolymerisatkautschuke erhalten durch teilweise oder vollständige Hydrierung eines Butadien/ Acrylnitril-Copolymerisatkautschuks, eines Isopren/Acrylnitril- Copolymerisatkautschuks oder eines Butadien-Isopren-Acryl­ nitril-Copolymerisatkautschuks, ein Butadien/Methylacrylat/ Acrylnitril-Copolymerisatkautschuk, ein Butadien/Acrylsäure/ Acrylnitril-Copolymerisatkautschuk, ein Copolymerisatkautschuk erhalten durch teilweise oder vollständige Hydrierung eines Butadien/Acrylsäure/Acrylnitril-Copolymerisatkautschuks; ein Butylacrylat/Äthoxyäthylacrylat/Vinylchloracetat/Acryl­ nitril-Copolymerisatkautschuk und ein Butylacrylat/Äthoxyäthylacry­ lat/Vinylnorbornen/Acrylnitril-Copolymerisatkautschuk.
Die bei der Erfindung verwendeten Fasern umfassen Naturfasern wie Baumwolle, regenerierte Fasern wie Reyon, synthetische Fa­ sern 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 Copolymerisatkaut­ schuk 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 geeigne­ ter Weise in Abhängigkeit vom Typ und der letztendlichen Ver­ wendung des Riemens ausgewählt werden.
Gewünschtenfalls werden die Fasern einer Haftbehandlung durch übliche Methoden vor ihrer Kombination mit dem Kautschuk un­ terzogen.
Beispielsweise werden gewöhnlich Baumwolle, Reyon oder Nylon­ fasern 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-Copolymerisatlatex, ein Acrylnitril/Butadien/Methacrylsäure-Copolymerisatlatex, ein Acrylnitril/Butadien/Acrylsäure-Copolymerisatlatex oder ein Acrylnitril/Butadien/Vinylpyridin-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 un­ ter Isocyanaten, Äthylenthioharnstoffen und Epoxyharzen, ent­ hält und wärmebehandelt und danach der vorstehenden RFL-Behand­ lung 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-Kupp­ lungsmittel, wie Aminopropyltriäthoxysilan, ist ein besonders bevorzugtes Vorbehandlungsmittel.
Der Energieübertragungsriemen 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-Compoundierungs­ mitteln wie Füllstoffen, Verstärkungsmitteln, Vulkanisations­ mitteln, Weichmachern und Antioxidantien, mit Hilfe üblicher Mischvorrichtungen mischt, die erhaltene Kautschukzusammen­ setzung mit den vorbehandelten Fasern entsprechend einer üb­ lichen Methode der Riemenherstellung kombiniert, die Zusammen­ setzung 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 des Energieübertragungsriemens besteht keine spezielle Einschränkung. Jedoch ist er besonders für Anwendungen geeignet, die Ölbestän­ digkeit, Wärmebeständigkeit und Ozonbeständigkeit sowie Halt­ barkeit erfordern. Beispiele für den Energieübertragungsriemen sind Steuerungs- bzw. Synchronisie­ rungsriemen, die in Verbrennungsmotoren und Werkzeugmaschinen verwendet werden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung eingehender. Sämtliche Teile in diesen Beispielen sind auf das Gewicht bezogen.
Probenherstellung - Beispiel 1
100 Teile eines jeden der in Tabelle 1 angegebenen Kautschuke wurden mit 5 Teilen Zinkoxid, 1 Teil Stearinsäure, 40 Teilen FEF-Ruß, 0,5 Teilen Schwefel, 2 Teilen Tetramethylthiuram­ disulfid, 0,5 Teilen Mercaptobenzothiazol, 1 Teil octylier­ tem Diphenylamin und 1 Teil N-Phenyl-N′-isopropyl-p- phenylendiamin gemischt, um eine Kautschukzusammensetzung 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 mm und einer Breite von 25 mm aus der Folie heraus.
Tabelle 1 gibt die verwendeten Copolymerisatkautschuke an.
Tabelle 1
Probenherstellung - Beispiel 2
Eine Nylonschnur (6-Nylon; Struktur 1260D/2), eine Reyon­ schnur (3-Super; Struktur 1650D/2) und eine Polyesterschnur (Polyäthylenterephthalat; Struktur 1500D/3) wurden jeweils in eine RF/RFL-Mischung eingetaucht und bei 200°C 1 Minute wärmebehandelt, um Schnüre für die dehnbaren Teile herzu­ stellen.
Probenherstellung - Beispiel 3
Aramidfasern (Struktur 1500D/2, 127T/m) wurden in ein Bad eingetaucht, das die in Tabelle 2 angegebene Zusammen­ setzung besaß und dann in RFL eingetaucht und 1 Minute bei 250°C 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 α-Aminopropyl-triäthoxysilan ein­ getaucht, 5 Minuten bei 150°C wärmebehandelt und weiterhin 1 Minute bei 200°C wärmebehandelt, um einen Strang für ein dehnbares Teil zu erhalten.
Diglycidyläther des Glycerins
2,22 Teile
10%ige wäßrige NaOH-Lösung 0,28 Teile
5%iges Aerosol OT (75% Feststoff) 0,56 Teile
Wasser 96,94 Teile
insgesamt 100,00
Beispiel 1
Jeder der in der Probenherstellung - Beispiele 2 und 5 hergestellten Stränge wurde zwischen zwei Testproben, herge­ stellt in der Probenherstellung - Beispiel 1, derart einge­ legt, daß die Längsrichtung des Strangs mit der Längsrichtung der Proben übereinstimmte, um eine dreischichtige Anordnung zu bilden. Die Anordnung wurde bei 160°C 20 Minuten druckge­ härtet, um eine Riemenprobe mit einer Breite von 25,0 mm, einer Länge von 155 mm 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°C während 14 Tagen unterzogen und dann dessen Adhäsionsfestigkeit gemäß JIS K-6501 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.
Tabelle 3: Adhäsionsfestigkeit (Kgf)
Beispiel 2
Riementeststücke, 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-6301 unterzogen, und dann wurden die Adhäsionsfestigkeiten der Proben gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4: Adhäsionsfestigkeit (Kgf)
Beispiel 3
Riementeststücke, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt worden waren, wurden einem Ein­ tauchtest gemäß JIS K-6301 unterzogen. Im einzelnen wurde ein jedes in JIS Nr. 3-Öl bei 130° während 14 Tagen einge­ taucht, und dann wurden deren Adhäsionsfestigkeiten gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben.
Tabelle 5: Adhäsionsfestigkeit (Kgf)
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 (3)

1. Verwendung eines Copolymerisat-Kautschuks, der in seiner Polymerenkette (1) 10 bis 60 Gew.-% Einheiten, die sich von einem ungesättigten Nitril ableiten, (2) 0 bis 30 Gew.-% Einheiten, die sich von einem konjugierten Dien ableiten und (3) 10 bis 90 Gew.-% Einheiten, die sich von einem äthylenisch ungesättigten Monomeren, das von ungesättigten Nitrilen ver­ schieden ist, ableiten und/oder Einheiten, die durch Hydrie­ rung von von einem konjugierten Dien abgeleiteten Einheiten gebildet werden, enthält, und von Naturfasern, regenerierten Fasern, synthetischen Fasern, Stahlfasern, Glasfasern oder Kohlenstoffasern zur Herstellung eines Energieübertragungs­ riemens.
2. Verwendung eines Copolymerisatkautschuks gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschuk 20-50 Gew.-% Einheiten (1), 0-20 Gew.-% Einheiten (2) und 35-90 Gew.-% Einheiten (3) in seiner Polymerenkette enthält.
3. Verwendung der Fasern gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fasern in Form eines Stapels, eines Fila­ ments bzw. in Form eines Fadens, in Form eines Strangs, einer Schnur, in Form eines nicht-gewebten Stoffes oder eines geweb­ ten Stoffes eingesetzt werden.
DE3330844A 1982-08-27 1983-08-26 Verwendung eines Copolymerisat-Kautschuks zur Herstellung eines Energieübertragungsriemens Expired - Lifetime DE3330844C2 (de)

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