DE3407818A1 - Formmasse und deren verwendung als kettenbelag fuer kettenfahrzeuge - Google Patents

Description

FORMMASSE UND DEREN VERWENDUNG ALS KETTENBELAG FÜR KETTENFAHRZEUGE

Die Erfindung betrifft Kettenbeläge für Kettenfahrzeuge, wie Panzer und gepanzerte Wagen für den Personentransport. Die Erfindung betrifft weiterhin Zusammensetzungen für die Herstellung von Belägen für Kettenfahrzeuge und insbesondere Harze, die eine hohe Abriebs- und Einreißfestigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen.

Kettenfahrzeuge, bei denen eine Endloskette konstant in der Bewegungsrichtung des mit ihr verbundenen Fahrzeugs umläuft, sind allgemein bekannt. Beispiele für derartige Kettenfahrzeuge sind Panzer und gepanzerte Wagen für den Personentransport. Derartige Fahrzeuge haben eine Endloskette mit einer Vielzahl miteinander gelenkig verbundener Metallkettenglieder. Wenn derartige Fahrzeuge auf den üblichen Asphaltstraßen oder gepflasterten Straßen fahren, ist es wünschenswert, zur Abfederung des Fahrzeugs und zur Verhinderung eines Kontakts der Metallauffläche mit der Straßenoberfläche auf der endlosen Metallauffläche einen elastischen Kettenbelag anzubringen. Der Kettenbelag ist so ausgelegt,.daß er sowohl die Lauffläche als auch die Straße vor Abrieb durch das sich über die Straßenoberfläche bewegende schwere Fahrzeug schützt. Ein Beispiel für eine geeignete Kettenfahrzeugkonstruktion ergibt sich aus der US-PS 3 078 128.

Da viele Kettenfahrzeuge militärische Bedeutung haben, sollten die zur Herstellung der Fahrzeuge verwendeten Werkstoffe im Herstellungsland der Fahrzeuge leicht zugänglich sein, um auf diese Weise eine kontinuierliche Versorgung mit den erforderlichen Werkstoffen zu gewährleisten.

Naturkautschuk gibt zwar ein gutes Kettenbelagmaterial ab, ist jedoch unter Umständen schwer erhältlich und stellt daher auch keinen akzeptablen Werkstoff für Verteidigungszwecke dar. Daher ist es notwendig, Synthesekautschuke zu verwenden. Gegenwärtig wird Styrol-Butadien-Elastomermaterial verwendet, das allgemein bekannt ist unter der Bezeichnung SBR- oder GRC-Kautschuk.

Die erwünschte Lebensdauer von Kettenbelägen beträgt ca. 3.200 km, so daß sie auf Fahrzeuglaufflächen angebracht werden und auf gepflasterten Straßen große Strecken zurücklegen können, ohne daß das Fahrzeug oder die Straße beschädigt wird. Die fortlaufende Bewegung des schweren Fahrzeugs über den Belag und die daraus resultierende Kompression führen zu einem raschen Temperaturanstieg von Umgebungstemperatur auf Temperaturen im Belagmaterial von ca. 177 C und darüber. Diese hohen Temperaturen haben eine negative Wirkung auf den SBR-Kautschuk und vermindern seine Reißfestigkeit. Dies hat zur Folge, daß in den Kettenbelägen rasch Risse entstehen und bereits nach einigen Kilometern Dauerbetrieb Stücke des Belags abfallen.

Das gewünschte Kettenbelagmaterial muß somit, um Brüche beim Betrieb mit Temperaturen in der Größenordnung von ca. 177°C zu vermeiden, bei diesen Betriebstemperaturen eine entsprechende Temperaturbeständigkeit, Riß- und Abriebfestigkeit zur Vermeidung eines raschen Verschleißes des Belags und zur Gewährleistung einer Abfederung bezüglich Fahrzeug und Straße eine ausreichende Flexibilität aufweisen.

Erfindungsgemäß wird nun ein verbesserter .Kettenbelag aus einem Harzmaterial hergestellt, das eine erste polymere, mit Hilfe eines aromatischen Härters gehärtete Urethankomponente; eine zweite Komponente aus einem sich gegen-

seitig durchdringenden Netzwerk, gebildet aus einem zweiten gehärteten Harz, ausgewählt aus einer Klasse von Harzen, die unter Bildung einer getrennten Phase reagieren, enthält; und das auf diese Weise sich gegenseitig durchdringende Polymernetzwerk eine FaserverStärkung aufweist.

Anhand einer Zeichnung, die im Querschnitt eine Kette mit einem Kettenbelag zeigt, wird die Erfindung näher erläutert.

Die Endloskette besteht aus Kettengliedern 10, die durch Gelenke miteinander verbunden sind. Ein Umfassungsband 12, das einen Teil des Kettengliedes bildet, umschließt einen als Formteil gezeigten Kettenbelag 14, dessen Oberseite 16 den Radbelagabschnitt des Belags bildet und dessen unterer Belagabschnitt 18 den Straßenbelagabschnitt des Kettenbelags 14 bildet. Der Kettenbelag 14 weist eine T-förmige Verstärkungsschiene 20 auf, die mit dem Belag 14 verbunden ist. Der Kettenbelag 14 ist durch Schrauben 22, 24 und 25, die in die T-förmige Verstärkungsschiene 20 eingeschraubt sind, fixiert. Aus dem Harzsystem kann, wie nachfolgend eingehend beschrieben wird, ein verbesserter Kettenbelag 14 hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Material kann natürlich auch zur Herstellung von Laufflächenbelägen anderer Konfiguration, als oben dargestellt, verwendet werden.

Allgemein gesprochen enthält der Urethananteil des erfindungsgemäßen Systems eine Polyolkomponente, eine Isocyanatkomponente und einen aromatischen Co-Härter mit mindestens zwei aktiven Wasserstoffpositionen. Beispiele für geeignete Polyole, die mit einem organischen Diisocyanat oder Polyisocyanat umgesetzt werden können, umfassen PoIyalkylenetherglycole, Polyalkylenarylenetherglycole, Polyalkylene therthioetherglycole, Polyalkylenarylenetherthio-

etherglycole, Polyesterglycole, Polykohlenwasserstoffglycole usw.. Polyalkylenetherglycole, wie Polytetramethylenoxidglycole, Alkylenetherthioetherglycole, wie Thiodiethanol_r und Kohlenwasserstoffglycole, wie 1,4-Butandiol, Ethylenglycol, Propylenglycol, 1,5-Pentandiol, Octylenglycol, 2-Ethyl-butyl-1,3-propandiol, 2-Ethylyl-l,3-hexandiol, und Hexylenglycol sowie Polytetraraethylenglycol ergeben ein Ausgangspolyol, das für die Durchführung der Erfindung besonders geeignet ist. Ein weiteres geeignetes Polyol ist Polybutadien mit endständigen Hydroxylgruppen. Polyalkylenetherglycole, wie Polypropylenglycol, ergeben Urethane mit maximaler Biegsamkeit, wohingegen Polykohlenwasserstoffglycole, wie 1,4-Butandiol, nur eine durchschnittliche Biegsamkeit ergeben. Die Verwendung von Thioetherglycol, wie Thiodiethanol, verleiht erhöhte Lösungsmittelbeständigkeit gegenüber den aus diesen Thioethern hergestellten Produkten.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Urethanstoffe kommen auch Polyesterpolyole in Frage, erhältlich unter der Handelsbezeichnung "Multrathane", und Polyesterpolyether, erhältlich unter der Handelsbezeichnung "PCPV.

Die Polyole werden mit einer im wesentlichen stöchiometrischen Menge an Polyisocyanat in Anwesenheit eines Katalysators umgesetzt, wodurch die allgemein bekannten Urethanbindungen gebildet werden.

Repräsentative Beispiele für Isocyanate sind Methylendiisocyanate, wie 2,4-Toluoldiisocyanat, 4,4'-Methylen- -(di-p-phenylen)-diisocyanat; 4,4'-Diphenylendiisocyanat; 2,6-Toluoldiisocyanat, m-Phenylendiisocyanat; 1,5'-Naphthylendiisocyanat, Durendiisocyanat, Xyloldiisocyanat; 1,8-Naphthylendiisocyanat; 4,4'-Oxy-(di-p-phenylen)-diisocyanat; 4 ,4 '-Thicoxy-(di-p-phenylen)-diisocyanat; 2,2'-

Dichlor~4,4 ' -methylen- (di-p-phenylen) -diisocyanat ; Bis- ( 4-isocyanatophenyl)-sulfoxid. Auch Gemische aus zwei oder mehr Diisocyanaten können verwendet werden.

Gemische von Diisocyanaten mit organischen Triisocyanaten oder höheren Isocyanaten können zur Durchführung der Erfindung verwendet werden, wenn das erhaltene Gemisch eine durchschnittliche Isocyanatfunktionalität von mindestens ca. 2,00 aufweist. Beispiele für geeignete Triisocyanate oder höhere Isocyanate sind das Polyarylpolyalkylenpolyisocyanat, beschrieben in "Encyclopedia of Chemical Technology", Kirk & Othmer Vo. 12, S. 46, 47, Interscience Pub., (New York 1962).

Die dritte Komponente des Urethananteils des erfindungsgemäßen sich gegenseitig durchdringenden Polymersystems ist ein Co-Härter mit einem aromatischen Anteil. Einer der besten für die Verwendung mit Urethansystemen geeigneten aromatischen Härter ist 4,4^I-Methylen-bi.s-(o-chloranilin), erhältlich und allgemein bekannt unter der Bezeichnung "MOCA". Dieses ist ein ausgezeichneter aromatischer Co-Härter für Urethansysteme. Mit MOCA gehärtete Urethansysteme weisen hohe Biegsamkeit und hohes Wärmespeichervermögen auf. Aufgrund seiner Eigenschaften muß MOCA mit äußerster Vorsicht gehandhabt werden. Gegenwärtig stehen jedoch auch noch andere MOCA-Derivate und ähnliche aromatische Verbindungen zur Verfügung, die annehmbare Urethanhärter ergeben.

Weitere für die Durchführung der Erfindung geeignete aromatische Co-Härter umfassen Trimethylenglycol-di-p-aminobenzoat, erhältlich unter der Handelsbezeichnung "PoIaeure" (Firma Polaroid); Methylendianilin (MDA); blockiertes Methylendianilin, erhältlich unter der Handelsbezeichnung "Caytur-21" (Firma Du Pont); Hydrochinon-di-(ß-hy-

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droxyethyl)-ether (HQEE), und Phenyldiethanolamin, erhältlich unter der Handelsbezeichnung "Cyanocure" (Firma American Cyanamide).

Das erfindungsgemäße Harzsystem weist noch ein zweites Polymermaterial auf, das ein anderes Reaktionssystem, ein anderes Gerüst und einen anderen Katalysator hat. Es wird in der Durchführung der Erfindung bevorzugt verwendet, um die beiden Reaktionen so getrennt wie möglich zu halten.

Im allgemeinen erfolgt die erfindungsgemäße Umsetzung des Isocyanate und der Polyole zum Urethan unmittelbar nach dem Mischen und verläuft mit der Alterung des Harzgemisches langsam weiter. Die Urethanphase dieses Mehrphasensystems verleiht dem System hohe Reißfestigkeit und Zähigkeit. Die zweite Phase (Polyester, Vinylester, Polystyrol, Epoxy oder Isocyanurat) oder ein Gemisch davon gewährleistet die guten Wärmeeigenschaften. Die zweite Harzkomponente, die im allgemeinen aus den Harzklassen der Polyester-, Epoxy-, Vinylester-, Phenolharze, Polystyrole und Isocyanurate ausgewählt wird, sollte vorzugsweise bei Umgebungstemperatur im wesentlichen nicht reaktionsfähig sein. Wird die Harzzusammensetzung jedoch Wärme und Druck ausgesetzt, was beim Preßformen von Bahnen formenden Massen auftritt, sollte die Reaktion beschleunigt ablaufen.

Zur Durchführung der Erfindung geeignete Vinylesterharze enthalten im allgemeinen ein Harz mit einem Bisphenol A-Gerüst mit einer endständigen Vinylgruppe oder ähnlich ungesättigten Bindungsgruppen. Die zur Durchführung der Erfindung geeigneten Vinylesterharze können mit Hilfe von Freiradikalkatalysatoren, wie z.B. den allgemein bekannten Peroxiden oder mit tert. Butylperbenzoat, und ähnlichen allgemein bekannten Katalysatoren katalysiert wer-

- ίο -

den, wodurch man ein polymerisiertes Vinylestermäterial erhält.

Ein zweites zur Durchführung der Erfindung geeignetes Harz ist Polystyrol. Viele der für die Durchführung der Erfindung geeigneten Ausgangsstoffe und Katalysatoren sind im Styrolmonomermaterial löslich. Das Styrolmonomermaterial kann durch Verwendung eines Preiradikalstyrolkatalysators katalysiert werden, wodurch man ein Polystyrolmaterial erhält, das ein sich gegenseitig durchdringendes Netzwerk zeigt, das im Zusammenwirken mit Urethan ein festes, reißfestes Material ergibt.

Eine weitere Klasse von als zweite Komponente der Erfindung in Frage kommenden Harzen sind die Polyesterharze, die durch Umsetzung von Polyglycolen mit Säuren unter BiI-dung von ungesättigten Gerüststoffen gebildet werden. Diese Stoffe haben eine Vielzahl von ungesättigten Bindungen im Material. Zur Quervernetzung des Polyesterausgangsmaterials kann ein Freiradikalkatalysator verwendet werden, wodurch man ein festes, biegsames, gegenüber hohen Temperaturen beständiges Copolymerisat erhält.

Eine vierte Klasse von für die Erfindung in Frage kommenden Harzen sind die allgemein bekannten aus Vorpolymeren mit endständigem Isocyanat oder endständigen Polyisocyanaten gebildeten trimerisierten Isocyanuratsysteme. Einige Beispiele von für die Bildung von Vorpolymeren mit endständigem Isocyanat geeigneten Isocyanaten wurden bereits oben im Zusammenhang mit der Herstellung der Urethanharze angeführt.

Die Isocyanatsysteme können durch Verwendung von tertiären Aminen, tertiären Aminsalzen und verschiedenen Organometallsalzen, die sämtlich bekannte Isocyanuratkata-

- li -

lysatoren darstellen, zur Bildung von gegenüber hohen Temperaturen beständigen Isocyanuratbindungen katalysiert werden. Die Isocyanuratsysteme haben aufgrund ihrer durch die Trimerisation der Isocyanate gebildeten dreidimensionalen Matrix eine hohe Wärmebeständigkeit. Für die Herstellung der Polyisocyanurate kommen viele bekannte Katalysatoren in Frage (siehe z.B. Poly-urethanes Chemistry and Technology, Part I, Saunders and Frisch, Interscience Publishers (1962) S. 84 und US-PS'en 2 965 614; 2 979 485; 3 634 848; 4 011 063).

Bei Verwendung von Phenolharzen als zweitem Harzsystem zur Durchführung der Erfindung erhält man ein System mit guten physikalischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen. Die Umsetzungen und Ausgangsstoffe für die Herstellung der Phenolharze sind allgemein bekannt. Der Katalysator, der das Urethansystem katalysiert, kann auch zur Katalyse des phenolischen Systems verwendet werden.

Unter diesen Umständen ist somit ein Katalysator zu wählen, der das Urethan bei Zimmertemperatur bzw. bei mäßigen Temperaturen härtet oder es im wesentlichen härtet und der die Umsetzung des Phenolharzsystems bei erhöhten Temperaturen in der Größenordnung von 121 bis 177°C begünstigt.

Eine sechste Klasse von Harzen, die zur Durchführung der Erfindung verwendet werden können, sind die allgemein bekannten Epoxyharze, wie z.B. solche, die durch Umsetzung von Diglycidylethern gebildet werden. Die Epoxyharzsysteme können unter Verwendung von Anhydriden oder Lewissäure-Katalysatoren unter Erzielung einer Phase gehärtet werden, die nach Behandlung mit Wärme und Druck, wie sie allgemein zur Herstellung von Formplatten verwendet werden, gute physikalische Eigenschaften bei hohen Temperaturen

aufweist.

Die erfindungsgemäßen Harzsysteme enthalten einen faserförmigen Verstärker oder einen Füller, durch die die Reißfestigkeit des Harzmaterials gesteigert wird. Ein Beispiel für ein geeignetes Verstärkungsmaterial sind Glasfasern/ wie zerhackte Glasfasern oder gegebenenfalls Glasgewebe-Bahnen oder als Endlosstränge eingebettete Endlosfasern. Die Glasfasern werden in diesem Fall mit dem kombinierten Harzsystem durchtränkt. Die Härtung des Urethananteils des .Systems bei Zimmertemperatur ergibt eine leicht zu handhabende Bahn. Diese wird dann auf die gewünschte Größe zugeschnitten, in einen Preßformapparat gegeben und unter Anwendung der üblichen Preßformtechniken gehärtet.

Für die erfindungsgemäßen Zwecke kommt eine große Zahl von Verstärkungsfasern, wie Kohle-·, Sisal-, Kevlar-Fasern (Poly-(1,4-phenylen-terephthalamid)), Asbest-, Baumwollfasern und andere Fasern, wie Stahlfasern und -whiskers, Borfasern und -whiskers und Graphitfasern und -whiskers in Frage. Außerdem kann noch eine große Zahl organischer Fasern verwendet werden unter der Bedingung, daß die Harze die Fasern nicht wesentlich beeinträchtigen. Aufgrund ihres geringen Preises und ihrer hohen Festigkeit sind für die meisten Anwendungszwecke die Glasfasern die bevorzugtesten Fasern.

Gegebenenfalls können Füller verwendet werden. Diese werden im allgemeinen der noch ungehärteten Zusammensetzung zur Verminderung der gesamten Materialkosten, ohne daß es dabei zu einer erheblichen Minderung der gewünschten physikalischen Eigenschaften des Endprodukts kommt, oder zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften der Zusammen-. Setzung zugesetzt. Es können dabei die verschiedensten Arten von Füllern verwendet werden, wie z.B. anorganische

Füller, wie Silikat, Asbest, Calciumcarbonat, Baryt, Ton, Diatomeenerde, Mikroballons und -Sphären, Kieselsäure und Bleicherde, und organische Füller wie Holzmehl, Korkstaub, Baumwollflocken, Wollfilz, zerkleinerte Maisstengel und Nußschalenmehl.

Im Falle der Verarbeitung von Bahnen dieser Zusammensetzung werden die Bahnen im allgemeinen unter Drucken von 35 bis 105 bar und bei einer Temperatur von ca. 93 bis 177 C verpreßt. Temperatur und Druck werden im allgemeinen solange aufrechterhalten, bis das Harz im wesentlichen gehärtet ist, und zwar in Abhängigkeit von der Dicke der zu formenden Komponente und den Härtungsgeschwindigkeiten der verschiedenen Harze.

Die Urethankomponente des zur Durchführung der Erfindung verwendeten Harzmaterials liegt gewöhnlich in einer Menge von ca. 25 bis 75 Gew.-% des Endproduktes vor. Die zweite Harzkomponente liegt in einer Menge von ca. 15 bis 25 Gew.-% des Endprodukts vor, und der faserförmige Füller, der Glasfasern oder ein anderes faserförmiges Material umfaßt, liegt in einer Menge von ca. 10 bis 15 Gew.-% des Endprodukts vor.

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Claims (11)

1. FÜNER EBBINGHAUS FINCK

   PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

   MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OO0 MÜNCHEN 95

   The Budd Company 1. März 1984

   DEAA-31713.5

   FORMMASSE UND DEREN VERWENDUNG ALS KETTENBELAG FÜR KETTENFAHRZEUGE

   Patentansprüche

   , 1.1 Als Formmasse mit hoher Reiß- und Abriebfestigkeit """bei erhöhten Temperaturen geeignetes Harzsystem, dadurch gekennzeichnet , daß es eine erste Urethanharzkomponente, gebildet durch Umsetzung eines Vorpolymers mit einem endständigen Isocyanat mit einem Polyol, wobei die Umsetzung zum Urethan durch einen aromatischen Co-Härter katalysiert wird, eine von der ersten Urethankomponente getrennte und verschiedene zweite Harzkomponente, die für die Härtung unter anderen Bedingungen bestimmt ist und im wesentlichen mit dem Urethanharz nicht reagiert, so daß durch die Härtung der Harze ein sich gegenseitig durchdringendes Harz entsteht; und einen faserförmigen Füller in der Matrix aus dem sich gegenseitig durchdringenden Harz enthält.
2. 2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

   zeichnet , daß der faserförmige Füller Glasfasern darstellt.
3. 3. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Harz einen in Teilchenforrn vorliegenden Füller aufweist.
4. 4. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der faserförmige Füller ein Glasfasergewebe ist.
5. 5. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet / daß das Urethanharzmafe-" rial aus einem Isocyanatprecursor mit einer Isocyanatfunktionalität von mindestens 2,0 gebildet ist.
6. 6. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Co-Härter 4,4'-Methylen-bis-(o-chloranilin) ist.
7. 7. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Harzkomponente ein Polyesterharz ist.
8. 8. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Harzkomponente ein Isocyanurat ist.
9. 9. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Urethankomponente ca. 25 bis 75 Gew.-% des Endproduktes, die zweite Harzkomponente ca. 15 bis 25 Gew.-% des Endproduktes und der faserförmige Füller ca. 10 bis ca. 50 Gew.-% des Endproduktes ausmachen.
10. 10. Formmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Urethankomponente bei Raumtemperatur zu härten beginnt und das zweite Harz bei Formtemperaturen von ca. 93 bis 17 7 C.
11. 11. Verwendung der Formmasse nach einem der Ansprüche bis 10 für Kettenbeläge für Kettenfahrzeuge mit einer Endloskette aus gelenkig verbundenen Metallkettengliedern, wobei der Belag im Kettenglied so angeordnet ist, daß seine eine Seite einen Kontakt zwischen dem Metallkettenglied und der Straße, über die sich die Kette bewegt, verhindert.