-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung gummiartiger Verbundmaterialien, wobei ein Substrat
aus Kunststoff, Keramik oder Glas und eine Gummimasse mit ausgezeichneter
Haftung zu einem Verbundkörper
verbunden werden.
-
Verbundmaterialien sind aufgrund
ihrer ausgezeichneten Eigenschaften in Bezug auf ihre Funktion, Verläßlichkeit
und Haltbarkeit und des Preises der jeweiligen Komponenten von großem Interesse
auf vielen industriellen Gebieten. Es wurde eine Anzahl neuer Verbundmaterialien
auf der Basis von spezifischen Kombinationen verschiedener Komponenten
entwickelt.
-
Verbundmaterialien werden im allgemeinen
je nach ihrer Verbundform in Misch- und Schichttypen klassifiziert.
Aus diesen beideri heraus hat sich eine intensivere Entwicklungsarbeit
mehr auf den Schichttyp der Verbundmaterialien gerichtet, da sie
einzigartige Eigenschaften besitzen können, wie beispielsweise Anisotropie.
-
Im Vergleich zu anderen stellen die
gummiartigen Verbundmaterialien eine Klasse von Materialien dar, bei
der die Forschungsarbeit sehr intensiv ist aufgrund ihrer vielseitigen
Verwendbarkeit auf vielen Gebieten, wobei nicht nur Fahrzeugteile,
wie Reifen, Vibrationsdämpfer
und Stoßstangen
eingeschlossen sind, sondern auch elektrische und elektronische
Teile und Sportgeräte.
-
Die Herstellung eines Verbundmaterials
vom Schichttyp hängt
davon ab, ob ein Substrat aus Fasern, Metall und dergl. und eine
Kautschukmasse vollständig
gebunden werden können
oder nicht. Wenn die Beschichtung aus einer Gummimasse besteht,
ist aufgrund des speziellen Faktors ein besonders hohes Maß an Technologie
erforderlich, da die Gummimatrix des öfteren dynamische Deformationen
erfährt.
-
Die Verbesserung der Verbindungstechnik
ist eine der Hauptaufgaben bei Verbundmaterialien des Schichttyps,
unter anderem gummiartigen Verbundmaterialien.
-
Es ist bereits bekannt, Verbundmaterialien
des Schichttyps, insbesondere gummiartige Verbundmaterialien, z.
B. durch ein indirektes Verbindungsverfahren herzustellen, wobei
ein Kleber auf mindestens ein Substrat und eine Beschichtung aus
Kautschukmasse aufgetragen wird, um sie mit oder ohne Bildung einer
feinen aufgerauhten Oberfläche
auf mindestens einer von ihnen zusammen zu verbinden. Eine andere
Verbindungsmethode besteht darin, daß ein dünner Metallfilm aus Zink oder
Messing auf ein Substrat durch Naßplattieren gebracht wird und
eine vulkanisierbare Kautschukmasse auf den dünnen Metallfilm unter Hitze-
und Druckeinwirkung gebunden wird.
-
Das erstgenannte Verfahren, d. h.
das Haftungsverbinden zwischen einem Substrat und einer Beschichtung
mit oder ohne einer aufgerauhten Oberfläche auf dem Substrat, wurde
im Handel üblicherweise
bei der Herstellung von Schwingungsdämpfergummis oder dergleichen
angewendet. Jedoch entstehen dabei viele Probleme, einschließlich der Überlegungen
hinsichtlich der Beschichtung, wie die Vorbehandlung der Klebefläche und
die Erhaltung des Klebers, eine komplizierte Durchführung und
Probleme hinsichtlich der Sicherheit und Hygiene, die sich aus der
Verwendung organischer Lösungsmittel
und der Beseitigung der Vorbehandlungsmittel ergeben. Es treten
ebenfalls Probleme auf, wenn das Substrat aus einem Kunststoffmaterial besteht.
Nicht nur der Kleber, der ein Kunststoffmaterial mit einem Verbundkörper verbinden
kann, ist auf eine spezielle Klasse von Klebern begrenzt, sondern
auch die zu verbindenden Substrate sind auf wenige Typen von Kunststoffmaterialien,
wie Nylon und ABS-Harze, begrenzt. Diese indirekte Verbindungsmethode
kann im wesentlichen bei der Herstellung von Reifen und ähnlichen
Artikeln, die während
ihres Gebrauchs extremen Belastungen ausgesetzt werden, nicht verwendet
werden. Es besteht daher eine Nachfrage an klebstofffreien Verbindungstechniken,
beispielsweise auf dem Gebiet der Reifenherstellung.
-
Die letztgenannte Methode, d. h.
die Herstellung eines Verbundmaterials unter Verwendung eines naßplattierten
dünnen
Metallfilms, ist nur erfolgreich, wenn nur wenige ausgesuchte Metalle
als dünner
Metallfilm für
die Verbundverbindung verwendet werden, wie Zink, Messing (Zink-Kupfer-Legierung)
und Bronze (Zinn-Kupfer-Legierung). Die Gummimasse, die auf den
dünnen
Metallfilm beschichtet werden kann, ist demzufolge nur auf wenige
Typen begrenzt. Das Naßplattieren
hat sich von Natur aus schon als schwierig erwiesen, da die Dicke
des dünnen
Metallfilms kontrolliert werden muß. Die Neigung des Films, unregelmäßig in der Dicke
zu sein, wurde auch oft bei dem elektrolytischen Plattieren beobachtet.
Ein dünner
Metallfilm mit einer gleichmäßigen Dicke
kann nur erhalten werden, wenn die Dicke mehr als einige μm beträgt. Ein
dünner
Metallfilm mit dieser erheblichen Dicke kann jedoch je nach Typ
des zu verwendenden Verbundmaterials nicht verwendet werden, da
des öfteren
die Flexibilität
des zu erhaltenden Verbundmaterials beeinträchtigt wird. Die Beseitigung
gebrauchter Säure
oder Alkalilösungen
stellt ebenfalls ein Problem dar.
-
Der Stand der Technik, Verbundmaterialien
aus Metallen und Kautschuken betreffend, umfaßt weiterhin die folgenden
Druckschriften:
Die
US 4,446,197 beschreibt
ein Verbundmaterial aus einem Metallsubstrat, dessen Oberfläche durch
Ionenstrahlbehandlung zur Aufbringung eines Metallfilms aus beispielsweise
Kobalt einer Dicke von 0,5–400
nm bearbeitet worden ist, und einem auf der behandelten Metalloberfläche haftenden
Kautschuk. Die einzige, in den Beispielen konkret offenbarte Kautschukmischung
enthält
ein Kobaltsalz einer Monocarbonsäure.
-
Die
DE 32 09 581 A1 beschreibt mit Schwefel vukanisierbare
Kautschukzusammensetzungen, die anstelle organischer Kobaltsalze
pro 100 Gew.-Teile
Kautschuk 0,1 bis 2 Gew.-Teile Nickel(II)-acetylacetonat enthalten.
Die Zusammensetzungen können
zur Herstellung von Metall-Kautschuk-Formkörpern verwendet werden. Die
Aufbringung eines dünnen
Metallfilms aus Kobalt oder einer Kobaltlegierung auf das Substrat
geht aus der
DE 32
09 581 A1 nicht hervor.
-
Die
DE 31 00 572 A1 beschreibt ein Verfahren
zur Erhöhung
der Haftfestigkeit zwischen Kautschuk und Metallen, wobei dem Kautschuk
bestimmte Kobaltphenolate zugesetzt werden.
-
Die
DE 28 09 118 A1 beschreibt ein Verbundmaterial
aus einem Substrat mit einer Metalloberfläche, die mit einer im wesentlichen
aus Kobalt und Kupfer zusammengesetzten Metallegierung überzogen
ist, welche mit einem elastischen Werkstoff, wie Kautschuk, durch
Vulkanisation verbunden ist. Der Überzug aus einer Kobalt-Kupfer-Legierung
kann elektrolytisch oder durch ein Vakuumdampfverfahren aufgebracht
werden. Die Verwendung einer an organischem Kobaltsalz freien Kautschukmasse
geht aus der
DE 28
09 118 A1 nicht hervor.
-
"Plastikverarbeiter", 1965, Heft
8, S. 459 bis 466, befaßt
sich allgemein mit dem Bedampfen von Kunststoffen mittels Metallen
im Hochvakuum und ist somit lediglich als allgemeiner Stand der
Technik anzusehen.
-
Die
US
2,240,805 beschreibt ein Verbundmaterial aus einem Metallsubstrat
und einem Kautschuk mit einer dazwischen befindlichen dünnen Kobaltschicht,
welche elektrolytisch oder aus geschmolzenem Kobalt auf dem Metallsubstrat
abgeschieden worden ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines gummiartigen Verbundmaterials
mit einer verbesserten Haftung durch Verbinden einer kautschukartigen
Masse mit einem Substrat aus Kunststoffen, keramischen Materialien
oder Glas ohne Anwendung eines Haftungs- oder Naßplattierungsverfahrens, anzugeben.
-
Man hat festgestellt, daß auf einen
dünnen
Metallfilm mit einer Dicke von 4 nm bis 100 μm aus Kobalt oder einer hauptsächlich aus
Kobalt bestehenden Kobaltlegierung eine Gummimasse unter Bildung
eines gummiartigen Verbundmaterials aufgebracht werden kann, so
daß eine feste
Bindung zwischen den Komponenten durch Preßverbinden des Metalls bei
einer Temperatur, welche nahe der Temperatur ist, bei der die Gummimasse
gewöhnlich
zur Vulkanisierung erhitzt wird, entsteht. Kobalt oder eine hauptsächlich aus
Kobalt bestehende Kobaltlegierung kann sogleich auf einem Substrat
aus der aus Kunststoffen, keramischen Materialien und Glas bestehenden
Gruppe in Form eines solchen dünnen
Films aufgetragen werden, indem man Trockenplattierungsverfahren
aus der aus Vakuumabscheidung, Ionenplattierung, DC- oder RF-Magnetronsputtern,
bipolares Sputtern und RF-Sputtern bestehenden Gruppe anwendet,
so daß eine
kautschukartige Masse fest mit dem entstandenen dünnen Metallfilm
verbunden werden kann.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren zur Herstellung eines gummiartigen Verbundmaterials
aus einem Substrat aus der aus Kunststoffen, keramischen Materialien
und Glas bestehenden Gruppe mit einer darauf gebundenen Gummimasse,
umfassend die folgenden Schritte:
Aufbringen eines dünnen Metallfilms
einer Dicke von 4 nm bis 100 μm
aus Kobalt oder einer hauptsächlich
aus Kobalt bestehenden Kobaltlegierung auf die Oberfläche des
Susbtrats mit Hilfe eines Trockenplattierungsverfahrens aus der
aus Vakuumabscheidung, Ionenplattierung, DC- oder RF-Magnetronsputtern,
bipolares Sputtern und RF-Sputtern bestehenden Gruppe, und
Inkontaktbringen
einer an organischem Kobaltsalz freien Kautschukmasse mit dem dünnen Metallfilm
unter Hitze- und Druckeinwirkung zur Bildung einer Vulkanisationsverbindung.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
kann noch wirkungsvoller gestaltet werden, wenn bei der Vulkanisierung
Schwefel oder organischer Schwefel verwendet wird.
-
Gemäß der Erfindung kann die Kautschukmasse
im besonderen an jedes der vorgenannten Substrate gebunden werden,
das jedoch im Vergleich zu denen, die bei herkömmlichen Verfahren beschrieben
worden sind, aus einer größeren Vielzahl
von Materialien besteht, einschließlich Kunststoffmaterialien,
wie Polyallylat, Polyacrylat und Polyamid und anorganischen Materialien,
wie keramische Materialien und Glas, ohne auf ein Haftungs- oder
Naßplattierungsverfahren
zurückgreifen
zu müssen.
Das hat zur Folge, daß die
Probleme, die mit der Anwendung des Haftungs- und Naßplattierungsverfahrens verbunden
waren, beseitigt sind. Das entstandene gummiartige Verbundmaterial
zeigt eine feste Bindung zwischen den Komponenten. Das vorliegende
Verfahren ist geeignet, Verbundstrukturen von Materialien, die aufgrund
ihres Typs, ihrer Gestalt und Größe bisher
schwierig an Kautschukmassen zu binden waren, zu verbinden. Die
durch das vorliegende Verfahren hergestellten gummiartigen Verbundmaterialien
werden auf vielen Gebieten angewendet, als Stahlreifen, Fördergeräte, Schläuche und
Schwingungsdämpfer.
Plastik-Gummi-Verbundmaterialien werden vorzugsweise als Schwingungsdämpfer, Spielzeuge
und Haushaltswaren verwendet. Keramik- oder Glas-Gummi-Verbundmaterialien
werden ähnlich
als industrielle Werkzeuge und Teile, Haushaltswaren und Spielzeuge
verwendet.
-
Die oben genannten und auch andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden durch die
nachfolgende Beschreibung deutlicher gemacht.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
eines gummiartigen Verbundmaterials begründet sich auf das Verbinden
einer Kautschukmasse mit einem Substrat unter Bildung einer Verbundstruktur.
Die in der Praxis erfindungsgemäß verwendbaren
Substrate sind im Hinblick auf ihren Materialtyp, ihre Gestalt und Größe nicht
besonders begrenzt. Beispiele für
Materialien, aus denen die Substrate hergestellt werden können, umfassen
thermoplastische Harze, z. B. Polyester, wie Polyallylat, Polyethylenterephthalat,
Polybutylenterephthalat und Polyoxybenzoyl, Polyamide, wie 6-Nylon,
6,6-Nylon und aromatische Polyamide, Polyether, wie Polyacetat,
Polyphenylenoxid; Polyetherketon und Polyphenylensulfid, Polysulfone,
wie Polysulfon und Polyethersulfon, Polyimide, wie Polyimid, Polyetherimid,
Polyamidimid und Polybismaleimid und Polycarbonate; hitzehärtbare Harze,
z. B. Formaldehydharze, wie Phenolharze und Melaminharze, Allylharze,
wie Diallylphthalat, Epoxyharze, Siliconharze und Polyurethanharze;
und Polymermischungen eines ungesättigten Polyesterharzes und
eines Vinylesterharzes, wie sie oft bei faserverstärkten Plastikmaterialien
verwendet werden; Keramik und Glas. Das jeweilige Material, die
Gestalt und Größe des Substrats
kann je nach der gewünschten
Anwendung gewählt
werden.
-
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird zunächst
ein Metallfilm einer Dicke von 4 nm bis 100 μm aus Kobalt oder einer hauptsächlich aus
Kobalt bestehenden Kobaltlegierung auf die Oberfläche eines
Substrats aufgebracht mit Hilfe eines Trockenplattierungsverfahrens,
wie Vakuumabscheidung, Ionenplattieren, DC- oder RF-Magnetronsputtern,
bipolares Sputtern und RF-Sputtern, bevor eine Gummimasse an das
Substrat verbundgebunden wird. Die Bildung eines dünnen Metallfilms
unter Anwendung des Trockenplattierungsverfahrens kann mit bereits
bekannten Verfahren durchgeführt
werden, und durch entsprechende Auswahl einer Trockenplattierungsapparatur
mit an die Gestalt und Größe des zu
behandelnden Substrats angepaßten
Kammervolumen und Spanneinrichtung, wobei die entsprechenden Arbeitsparameter
der Plattierungsapparatur so bestimmt werden, daß sie mit der Art des Substrats,
der gewünschten
Filmdicke und den physikalischen Eigenschaften übereinstimmen. Diese Parameter
schließen
ein geeignetes aufzubauendes Vakuum, das Einleiten eines Gases,
wie Argon und Sauerstoff, die Substrattemperatur, die Temperbedingungen,
die Wahl einer geeigneten Wärmevorrichtung
für eine
Verdampfungsquelle, wie eine Widerstandsheizung, Induktionsheizung
und Elektronenstrahlheizung ein. Ein dünner Legierungsfilm kann mit
Hilfe des Trockenplattierungsverfahrens aufgetragen werden, z. B.
indem man eine Vielzahl von Verdampfungsquellen aufstellt, die unabhängig voneinander
in der Trockenplattierungsapparatur erwärmt werden können und
die Aufheizbedingungen der jeweiligen Verdampfungsquellen so steuert,
daß durch
gleichzeitige Abscheidung der Elemente eine besondere Legierungszusammensetzung
erreicht wird. Die Trockenplattierungsapparatur kann auf jede gewünschte Weise
zur Bildung eines dünnen
Metallfilms verändert
werden, z. B. durch Zuschalten einer optischen Meßgeräteausrüstung, die
ein Spektralfilter und Überwachungsglas
zur optischen Steuerung der Filmdicke bei Anwendung des λ/4-Steuerungsverfahrens
oder ein automatisches Kontrollsystem umfaßt. Diese Abänderungen
sind für
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung recht wünschenswert, da die Filmdicke
während des
Aufbringens ohne weiteres gesteuert werden kann, so daß man einen
Film stabilerer Qualität
erhält.
Die hier verwendeten Trockenplattierungsverfahren umfassen die Vakuumabscheidung,
Ionenplattierung, DC- oder RF-Magnetronsputtern, bipolares Sputtern
und RF-Sputtern.
-
Die mit Hilfe eines der vorgenannten
Verfahren hergestellten dünnen
Metallfilme einer Dicke von 4 nm bis 100 μm sollten aus Kobalt oder einer
hauptsächlich
aus Kobalt bestehenden Kobaltlegierung hergestellt worden sein.
Die Legierungszusammensetzungen können beliebig gewählt werden,
die Hauptkomponente besteht jedoch aus Kobalt. Sofern sie im wesentlichen
mindestens Kobaltmetall enthalten, kommt es zur Ausbildung einer
wirksamen Verbindungskraft zwischen dem Metall und der an organischem
Kobaltsalz freien Kautschukmasse während der Vulkanisierung unter
Ausbildung einer festen Verbindung zwischen dem Substrat und der
Gummimasse. Die Dicke des mit dem vorliegenden Verfahren hergestellten
dünnen
Metallfilms beträgt 4
nm bis 100 μm,
jedoch ist aufgrund der Produktivität ein Dickebereich von etwa
10 nm bis etwa 100 μm
bevorzugt. Dicken von etwa 10 nm bis, etwa 1 μm sind besonders bevorzugt,
da solch ein dünner
Film nur wenig Einfluß auf
die Eigenschaften des Endverbundprodukts hat.
-
Der . nächste Schritt bei der erfindungsgemäßen Herstellung
des gummiartigen Verbundmaterials besteht darin, eine an organischem
Kobaltsalz freie Kautschukmasse mit dem dünnen Metallfilm unter Hitze und Druckeinwirkung
durch Vulkanisierung zu verbinden. Das gummiartige Verbundmaterial
wird hergestellt, indem die zwischen dem dünnen Metallfilm und der vulkanisierbaren
Kautschukmasse bestehende Verbundkraft genutzt wird.
-
Die in der Praxis erfindungsgemäß verwendbaren
an organischem Kobaltsalz freien Kautschukmassen enthalten eine
Kautschukkomponente aus Naturkautschuk (NR) oder einem synthetischen
Kautschuk mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung in seiner
Strukturformel, wobei sie allein oder in einer Mischung von jedem
von beiden oder mehreren verwendet werden können. Einige erläuternde,
nicht eingrenzende Beispiele synthetischen Kautschuks schließen Homopolymere
konjugierter Dienverbindungen (d.h., Isopren, Butadien und Chloropren),
z.B. Polyisoprenkautschuk (IR), Polybutadienkautschuk (BR) und Polychloroprenkautschuk;
Copolymere der vorhergenannten konjugierten Dienverbindungen mit
Vinylverbindungen (d.h., Styrol, Acrylnitril, Vinylpyridin, Acrylsäure, Methacrylsäure, Alkylacrylate
und Alkylmethacrylate), z.B. Styrol-Butadien-Copolymerkautschuk
(SBR), Vinylpyridin-Butadien-Styrol-Copolymerkautschuk,
Acrylnitril-Butadien-Copolymerkautschuk, Acrylsäure-Butadien-Copolymerkautschuk,
Methacrylsäure-Butadien-Copolymerkautschuk, Methylacrylat-Butadien-Copolymerkautschuk
und Methylmethacrylat-Butadien-Copolymerkautschuk; Copolymere von
Olefinen (d.h., Ethylen, Propylen und Isobutylen) mit Dienverbindungen,
z.B. Isobutylen-Isopren-Copolymerkautschuk (IIR); Copolymere von
Olefinen mit unkonjugierten Dienverbindungen (EPDM), z.B. Ethylenpropylen-cyclopentadien-terpolymer,
Ethylen-propylen-5-ethyliden-2-norbornen-terpolymer
und Ethylen-propylen-1,4-hexadienterpolymer; durch ringöffnende
Polymerisation von Cycloolefinen entstandene Polyalkenamere, z.B.
Polypentenamer; durch ringöffnende
Polymerisation von Oxiranringen entstandene Kautschuke, z.B., schwefelvulkanisierbarer
Polyepichlorhydrinkautschuk; Polypropylenoxidkautschuk und dergleichen
ein. Ebenso sind halogenierte Derivate der vorhergenannten an organischem
Kobaltsalz freien Kautschuke eingeschlossen, z.B. chlorierter Isobutylen-Isopren Copolymerkautschuk
(Cl-IIR) und bromierter Isobutylen-Isopren-Copolymerkautschuk (Br-IIR). Ringgeöffnete Polymere
des Norbornens können
ebenfalls verwendet werden. Die hier verwendeten an organischem
Kobaltsalz freien Kautschukmischungen stellen jede mögliche Mischung
der vorgenannten Kautschuke mit einem gesättigten Elastomer, wie Epichlorhydrinkautschuk, Polypropylenoxidkautschuk
und chlorsulfoniertes Polyethylen dar.
-
Die hier verwendeten an organischem
Kobaltsalz freien Kautschukmassen können weiterhin Füllstoffe,
wie Ruß,
Siliciumdioxid, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Ton, Diatomeenerde
und Glimmer, wobei diese in der Regel in einer Menge von 0 bis 200
Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der Kautschukmasse verwendet werden;
Weichmacher, wie Mineralöle,
pflanzliche Öle
und synthetische Weichmacher; Vulkanisationshilfsmittel, wie Stearinsäure; Antioxidantien;
und Vernetzungsmittel herkömmlicher
Art in einer wirksamen Menge, die abhängig vom speziellen Zweck oder
der Anwendung des gummiartigen Verbundprodukts ist, enthalten. Es
ist jedoch essentiell, eine Kautschukmasse, die frei von organischem
Kobaltsalz ist, zu verwenden. Die Kautschukmassen mit einem Gehalt
an organischem Kobaltsalz neigen nämlich dazu, in ihrer Bindungskraft
im Laufe der Zeit nachzulassen und verlieren durch die Hitzealterung
im wesentlichen ihre Bruchfestigkeit und Kautschukdehnung. Es besteht
also ein Bedürfnis
für ein
Verfahren zur Herstellung eines gummiartigen Verbundmaterials durch
Aufbringen einer Kautschukmasse auf ein Substrat, ohne ein organisches
Kobaltsalz zu verwenden. Ein ein Resorcin/Formaldehyd-Kondensat, Hexamethylentetramin
und Siliciumdioxid in einem an organischem Kobaltsalz freien Kautschuk
enthaltendes System stellt ein Beispiel einer Masse dar, die diese Erfordernisse
erfüllt,
jedoch ist es bekannt, daß diese
wenig stabil und hitzebeständig
sind und eine geringe Feuchtigkeitsbeständigkeit und Bindungskraft
besitzen.
-
Durch das vorliegende Verfahren wird
ein gummiartiges Verbundmaterial mit ausgezeichneter Haftung unter
Verwendung einer von dem oben genannten organischen Kobaltsalz und
dem Resorcin/Formaldehyd-Kondensat freien Kautschukmasse hergestellt,
indem ein dünner
Kobaltfilm mit einer Filmdicke von 4 nm bis 100 μm auf ein Substrat mit Hilfe
des Trockenplattierungsverfahrens aufgebracht wird.
-
Die Bindung der an organischem Kobaltsalz
freien Kautschukmasse und des Metallfilms wird dadurch bewirkt,
daß die
Kautschukmasse gegen den dünnen
Metallfilm unter Hitze- und Druckeinwirkung fest aufgebracht wird
und die Vulkanisation unter diesen Heißdruckbedingungen durchgeführt wird.
Das hier verwendete Vulkanisationsverfahren braucht nicht unbedingt
ein herkömmliches
zu sein, jedoch stellt das wichtigste Verfahren die Schwefelvulkanisation
dar, wobei jedoch auch mit einer organischen Schwefelverbindung,
wie Dithiodimorpholin und Thiuram vulkanisiert werden kann.
-
Die Hitze- und Wärmebedingungen während des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines gummiartigen Verbundmaterials werden bei solchen
Temperaturen und Drücken
eingestellt, daß die
ursprüngliche
Form des Substrats und der Kautschukmasse nicht verändert wird,
damit die Kautschukmasse in Kontakt mit dem metallisierten Substrat
kommen kann und eine ausreichende aktivierende Wärmeenergie unter Induzieren
einer Verbundkraft zwischen dem Metall (Kobalt oder eine hauptsächlich aus
Kobalt bestehende Kobaltlegierung) und der vulkanisierbaren Kautschukmasse
bereitgestellt wird und noch genügend
aktivierende Wärmeenergie
zur Vulkanisierung der Kautschukmasse vorhanden ist. Die optimale
Temperatur und der optimale Druck kann je nach Substrattyp und Kautschukmasse
entsprechend für
jeden Zweck bestimmt werden.
-
Die nun folgenden Beispiele sollen
zusammen mit den Vergleichsbeispielen die vorliegende Erfindung weiterhin
erläutern.
Sie sollen nicht so betrachtet werden, als ob sie die vorliegende
Erfindung einschränken würden. Die
Beispiele, Vergleichsbeispiele und Bezugsbeispiele sind in den Tabellen
mit E, CE bzw. RE abgekürzt.
-
Referenz-Beispiel 1 Vergleichsbeispiel
1
-
Die verwendeten Substrate bestehen
aus Kohlenstoffstahl (Typ SS-41), Aluminium und Messing von 25 mm
Breite, 60 mm Länge
und 2,3 mm Dicke. Nachdem die Substrate auf der Oberfläche gereinigt
und getrocknet worden sind, werden dünne Kobaltfilme unterschiedlicher,
in Tabelle 2 zu entnehmender Dicken auf die Oberfläche der
Substrate unter Anwendung der Trockenplattierungsverfahren A bis
C aufgebracht. Die Filmdicke wird gemessen mit einem Talistep-Meßgerät (Tylor
Hobson Company).
-
A) Vakuumabscheidung
-
Eine Probe (eines der obengenannten
Substrate) wird in eine Vakuumabscheidungsapparatur gebracht. Die
Vakuumkammer wird auf ein Vakuum von weniger als 10–5 Torr
evakuiert und dann mit einem kleinen Volumen Argon unter Einstellung
des Vakuums auf 5 × 10–3 Torr
beschickt. Falls man ein RF Netzgerät verwendet, wird die Substratoberfläche 5 Minuten
lang mit einer RF Glimmentladung gereinigt. Die RP Glimmentladung
wird bei Beendigung der Reinigung unterbrochen. Die Kobaltquelle
wird mit Hilfe einer Widerstandsheizung unter Aufbringen eines dünnen Kobaltfilms
auf der Substratoberfläche
erhitzt.
-
B) DC Magnetronsputtern
-
Eine Probe (eines der oben genannten
Substrate) wird auf ein Haltegerät
in einer Magnetronsputterapparatur gebracht. Die Vakuumkammer wird
auf ein Vakuum von weniger als 10–5 Torr
evakuiert und dann mit einem kleinen Volumen Argon unter Einstellung
des Vakuums auf 0,1 Torr beschickt. Falls man ein RF Netzgerät bei 13,56
MHz verwendet, wird die Substratoberfläche 5 Minuten lang mit einer
RF Glimmentladung gereinigt. Die RF Glimmentladung wird bei Beendigung
der Reinigung unterbrochen. Das Kobaltsputtern wird in einem Argonplasma
durch Anbringen einer DC Spannung (Targetspannung) von –600 V über ein.
-
Metall-(Kobalt)quelle bei einem Targetstrom
von 0,5 A, durchgeführt,
wobei dann ein dünner
Metallfilm (Kobalat) auf die Oberfläche der Probe aufgebracht wird.
-
C) Ionenplattieren
-
Eine Probe (eines der oben genannten
Substrate) wird in eine Ionenplattierungsapparatur gebracht, in der
ein Argonplasma durch ein herkömmliches
Verfahren mit Hilfe eines RF-Netzgeräts hergestellt wird. Während das
Argonplasma aufrechterhalten wird, wird eine Metall(Kobalt)quelle
mit Hilfe einer Widerstandsheizung unter Bildung eines dünnen Metall-(Kobalt)films
auf die Probenoberfläche
verdampft.
-
Gegen den dünnen auf die Substratoberfläche mit
einem der Trockenplattierungsverfahren aufgebrachten Metallfilm
wird eine der vulkanisierbaren Kautschukmassen I-IV, deren Zusammensetzungen
Tabelle 1 zu entnehmen sind, aufgebracht. Dieser Aufbau wird bei
145°C 40
Minuten lang unter Vulkanisierung zusammengepreßt, wobei die Kautschukmasse
fest an das Substrat gebunden wird.
-
Die nach dem Vulkanisierungsverbinden
der Kautschukmasse an das Substrat erhaltenen gummiartigen Verbundmaterialien
werden auf ihr Haftvermögen
durch einen 90°-Schältest unter
Verwendung eines Zugtestgeräts
bei einer Ziehgeschwindigkeit von 50 mm/min geprüft.
-
Ein gummiartiges Verbundmaterial
wird zu Vergleichszwecken hergestellt, indem an ein, wie oben beschrieben,
gereinigtes und getrocknetes Substrat die gleichen Kautschukmassen
auf die gleiche Weise wie oben durch Vulkanisation gebunden wird,
ohne jedoch vorher einen dünnen
Kobaltfilm auf das Substrat aufgebracht zu haben. Dieses wurde dann
auf sein Haftvermögen
mit Hilfe des gleichen obigen Tests geprüft.
-
Die Ergebnisse des Hafttests sind
in Tabelle 2 aufgeführt,
zusammen mit der Dicke der dünnen,
während
der Herstellung des Verbundmaterials aufgebrachten Kobaltfilme.
-
Tabelle 1
-
-
-
Die Werte von Tabelle 2 zeigen, daß die durch
die vorliegende Methode hergestellten Verbundmaterialien ein ausgezeichnetes
Haftvermögen
zeigen, wenn sie mit Kautschukmassen, die frei von organischem Kobaltsalz
sind, kombiniert werden. Man hat zeigen können, daß Verbundmaterialien mit ausgezeichnetem Haftvermögen unabhängig von
der angegebenen Kautschukmasse erhalten werden, indem der Kohlenstoffgehalt
der Kautschukmasse bei den Massen I bis III oder die verschiedenen
Arten des Grundkautschuks, in den Massen I bis III und Masse IV
variiert werden.
-
Es konnte auch gezeigt werden, daß die gummiartigen
Verbundmaterialien ein ausgezeichnetes Haftvermögen in Bezug auf die Stahl-,
Aluminium- und Messingsubstrate zeigen.
-
Beispiel 2
-
Das Verfahren von Referenz-Beispiel
1 wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Metallsubstrat durch
Kunststoffsubstrate von 25 mm Breite, 60 mm Länge und 2 mm Dicke ersetzt
wird, die von einem Polyallylat (Handelsname U-Polymer, Unichika
Co., Ltd.), Polyamid (6,6-Nylon), Polyether (Handelsname Noryl, Engineering
Plastics Co., Ltd.), Polysulfon (Handelsname PES, Nissan Chemical
Co., Ltd.) und Polycarbonat abgeschnitten werden und deren Oberfläche mit
einem geeigneten Lösungsmittel
entfettet werden. Die erhaltenen gummiartigen Verbundmaterialien
werden auf ihr Haftvermögen
geprüft.
-
Die Ergebnisse des Hafttests sind
in Tabelle 3 gezeigt zusammen mit der Dicke der dünnen, während der
Herstellung des Verbundmaterials aufgebrachten, Kobaltfilme.
-
-
Die Werte der Tabelle 3 zeigen, daß, sogar
wenn als Substratmaterial anstatt der Metalle von Referenz-Beispiel
1 Plastikmaterialien verwendet werden, das erfindungsgemäße Verfahren
für die
Herstellung von gummiartigen Verbundmaterialien mit ausgezeichnetem
Haftvermögen
mit jedem Plastikmaterial, unabhängig von
der Art der Kautschukmasse, angewendet werden kann. Das gute Haftvermögen, welches
durch die Kautschukmassen, die frei von organischem Kobaltsalz sind,
erreicht wird, ist ebenfalls ein Beweis für die Wirksamkeit der vorliegenden
Erfindung.
-
Man kann daher sagen, daß die vorliegende
Erfindung das Problem hinsichtlich der Verwendung eines organischen
Kobaltsalzes beseitigt hat, indem ein dünner Kobaltfilm auf die Oberfläche eines
Substrats aufgebracht wird und eine an organischem Kobaltsalz freie
Kautschukmasse auf das metallisierte Substrat unter Hitze- und Druckeinwirkung
durch Vulkanisierung gebunden wird.
