DE4324832A1 - Verfahren zur Herstellung geschäumter Siliconkautschukkörper - Google Patents

Description

Federkörper aus elastischem Werkstoff werden in der Technik vielfältig eingesetzt. Primär aufgrund der guten Federkennda­ ten werden zu diesem Zweck vorwiegend gummielastische Werk­ stoffe auf der Basis von Naturkautschuk (NR), Nitrilkautschuk (NBR) oder Butylkautschuk (IIR) eingesetzt.

Für den Einsatz solcher Elastomerfedern im Bereich hoher Umge­ bungstemperaturen, so beispielsweise zur Motorlagerung und Aggregatelagerung im Kraftfahrzeugbau, weisen solche Feder­ körper jedoch den Nachteil einer nur begrenzten Dauerbestän­ digkeit bei höheren Temperaturen auf.

Bekannt ist weiterhin, daß elastomere Werkstoffe auf der Basis von Siliconkautschuk (SIR) gegenüber den vorstehend bekannten Kautschuktypen eine deutlich verbesserte Dauerbeständigkeit auch bei hohen und sehr hohen Temperaturen bei gleichzeitig sehr guter Tieftemperaturflexibilität aufweist. Dennoch ist Siliconkautschuk bislang bevorzugt nur für elektrische Isola­ tionen und Dichtungen aller Art eingesetzt worden, da massive Siliconkautschukkörper nur mäßige Federkenndaten aufweisen und Lochgummifederkörper auf Siliconkautschukbasis zwar annehmbar verbesserte Federkenndaten, jedoch keine ausreichende mechani­ sche Festigkeit aufweisen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Federkör­ pern aus gummielastischem Werkstoff, bzw. Federkörper aus gum­ mielastischem Werkstoff zu schaffen, die gegenüber den vorste­ hend genannten, nach dem Stand der Technik gebräuchlichen Fe­ derkörpern eine verbesserte Dauerbeständigkeit auch bei erhöh­ ter Temperatur aufweisen und dabei gleichzeitig auch unter Dauerbelastung Federkenndaten aufweisen, die den Kenndaten von Werkstoffen auf der Basis von NR, IIR und NBR zumindest nicht nachstehen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Her­ stellung geschlossenzellig geschäumter Siliconkautschukkörper, das die Merkmale des im Patentanspruch 1 genannten Verfahrens aufweist.

Der Erfindung liegt also der wesentliche Gedanke zugrunde, den zähflüssigen und hochviskosen Siliconölen, die den wesentli­ chen Bestandteil der Siliconkautschukmischungen bilden, aus denen durch Vernetzen der Siliconkautschuk hergestellt wird, physikalisch Luft oder ein anderes gegenüber der Silicon­ kautschukmischung inertes Gas einzumischen und das so erhal­ tene sowohl hinsichtlich der Gasblasengröße als auch der Gas­ blasenverteilung in der zähflüssigen Matrix hochgradig inhomo­ gene Zweiphasengemisch unter Vakuum zu vernetzen. Dabei wird überraschenderweise ein Siliconkautschukkörper erhalten, der bei hochgradig homogener Porengrößenverteilung, d. h. kaum streuender Porengrößenverteilung, gleichzeitig eine hochgradig homogene Verteilung der Poren in der Silikonkautschukmatrix aufweist.

Unerwartet und überraschend ist dabei weiterhin, daß auf diese Weise hergestellte geschäumte Siliconkautschukkörper sowohl unter statischer als auch unter dynamischer Last, insbesondere auch Dauerbelastung, Federkenndaten aufweisen, die die ent­ sprechenden Federkenndaten von geometrisch identischen Lochgummi-Probekörpern aus elastomeren Werkstoffen auf der Ba­ sis von NR, NBR und IIR deutlich übertreffen.

Die so hergestellten Formkörper aus geschäumtem Silicon­ kautschuk erweisen sich daher als ideale hochtemperaturbeständige gummielastische Federkörper zur Herstellung von Lagern, und zwar sowohl von Radiallagern als auch von Axiallagern für den Einsatz bei hoher Umgebungstemperatur, speziell zu Lagerungs­ zwecken im Motorraum von Kraftfahrzeugen.

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend weiterhin ein Mo­ torlager mit einem gummielastischen Federkörper aus geschlos­ senzellig geschäumtem Siliconkautschuk.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zu Ver­ suchszwecken und im Labormaßstab können beispielsweise die beiden Komponenten eines handelsüblichen flüssigen Silicon­ kautschuks in einem offenen Gefäß unter Rühren mit einem Kne­ trührer mit einer Drehzahl im Bereich von ungefähr 100 bis 200 min^-1 miteinander vermischt werden. Erhitzt man dann das Gefäß unter Vakuum auf die erforderliche Vernetzungstemperatur der Siliconkautschukmischung, so wird ein vernetzter geschäumter Siliconkautschukkörper erhalten, dessen Volumen auf der Basis seiner äußeren Abmessungen um 300% bis 500% größer ist als das Volumen der ursprünglichen LSR-Mischung.

Die Durchführung des Verfahrens der Erfindung in der tatsäch­ lichen Produktion erfolgt vorzugsweise so, daß die beiden Kom­ ponenten einer handelsüblichen LSR-Mischung zunächst in übli­ cher Weise in einen Förderer, insbesondere einen statischen Förderer mit feststehender Mischschnecke, gegeben werden. Nach einer kurzen Vormischstrecke wird das erhaltene Gemisch im Förderer mit Druckluft beaufschlagt. Das so im Förderer erhal­ tene Luft-LSR-Gemisch wird dann unmittelbar anschließend unter hohem Druck in das Formnest eines Formwerkzeugs geschleudert, wobei die eingeschleuderte Mischung das Formnest höchstens zu 25 bis 35 Vol.-% füllt. Nach dem Einschleudern der Formmasse wird das Formnest sofort vakuumdicht verschlossen und mit Va­ kuum beaufschlagt. Unter ständiger Vakuumbeaufschlagung er­ folgt dann die Vernetzung des Siliconkautschuks im Temperatur­ bereich von insbesondere 180 bis 220°C, in der Regel in Ge­ genwart eines Platinkatalysators.

Als Förderer werden vorzugsweise Mischer, vor allem statische Mischer mit feststehender Mischschnecke, aber auch Extruder, Vormischer und/oder Kolbenpressen eingesetzt. Das Eindrücken der Luft kann dabei sowohl gleichzeitig mit dem Aufgeben und am Ort der Aufgabe der beiden einzelnen LSR-Komponenten in den Förderer erfolgen als auch nach einer Vormischung der beiden LSR-Komponenten, die vorzugsweise im Förderer oder Mischer selbst erfolgt. Wesentlich ist dabei lediglich, daß die LSR- Mischung eine ausreichende Menge Luft aufnimmt, um ein ausrei­ chend gut geschäumtes Siliconkautschukteil zu erhalten.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Beispiels und ei­ nes Vergleichsbeispiels näher erläutert:

Vergleichsbeispiel

Die beiden Komponenten einer handelsüblichen flüssigen Sili­ conkautschukmischung werden langsam und vorsichtig miteinander vermischt. Dabei wird soweit möglich vermieden, Luft in das Gemisch einzuziehen.

Die so hergestellte LSR-Mischung wird anschließend in eine nach oben offene zylindrische Form eingefüllt. Dabei wird wie­ derum vermieden, Luft in die Mischung einzuziehen.

Die zylindrische Form mit der so hergestellten und eingefüll­ ten LSR-Mischung wird dann in einem Vakuumtrockenschrank bei 190°C in Gegenwart eines Platinkatalysators vernetzt. Während der Vernetzung quillt die Mischung um 12 Vol.-%.

Der nach Abschluß der Vernetzung erhaltene grobe Körper ist ein glasklarer Siliconkautschukzylinder, der eingeschlossene Luftblasen mit geschlossenzelliger Struktur erkennen läßt. Diese eingeschlossenen Luftblasen weisen eine breite Durchmes­ serverteilung auf, die von Durchmessern gerade noch mit bloßem Auge erkennbare Größe bis zu Durchmessern von einigen Millime­ tern reicht. Dabei zeigen die in der Siliconkautschukmatrix eingeschlossenen Luftblasen unabhängig vom Durchmesser eine stark inhomogene Verteilung über das Prüfkörpervolumen.

Die an diesem Probekörper aufgenommenen Federkennlinien sind schlecht reproduzierbar und entsprechen zumindest im wesentli­ chen Federkennlinien, die an gleichen Federkörpern aufgenommen wurden, die unter sonst gleichen Bedingungen unter Normaldruck vernetzt wurden.

Ausführungsbeispiel

Der vorstehend beschriebene Vergleichsversuch wird mit der Ab­ änderung wiederholt, daß die beiden zähflüssigen LSR-Komponen­ ten unter kräftigem Rühren in einem offenen Gefäß miteinander vermischt werden. Das Rühren erfolgt mit einem Knetrührerpaar bei einer Drehzahl von 150 min^-1. Bei diesem Mischen wird in erkennbarer Weise ein großer Anteil Luft in die Zäh-Viskosemi­ schung eingemischt. Die eingeschlossenen Luftblasen weisen eine breite Durchmesserverteilung auf. Auch ist ihre Verteilung in der zäh-viskosen Matrix homogen.

Das auf diese Weise hergestellte Gemisch aus der Silicon­ kautschukmischung und Luft wird unmittelbar im Anschluß an das Rühren in einem Vakuumtrockenschrank bei 190°C vernetzt. Da­ bei wird die Vakuumbeaufschlagung des Trockenschrankes bis zum vollständigen Abschluß der Vernetzung aufrechterhalten.

Nach dem Abkühlen und Ausformen wird nach diesem Verfahren ein Probekörper erhalten, dessen Volumen ungefähr das 3,5-fache des Volumens der Ausgangsmischung beträgt. Der vernetzte Pro­ bekörper ist ein glasklarer geschäumter Siliconkautschukkör­ per. Er weist eine sehr schmale Zellendurchmesserverteilung auf, d. h., enthält Zellen, die alle praktisch den gleichen Durchmesser haben. Diese Zellen sind vollkommen homogen über das gesamte Matrixvolumen des Probekörpers verteilt. Die an diesem Probekörper unter verschiedenen Einwirkrichtungen auf­ genommenen Federkennlinien zeigen ein vollständig isotropes Federverhalten des geschlossenzellig geschäumten Silicon­ kautschukprüflings.

Bei ständigem Temperaturwechsel im Bereich zwischen Raumtempe­ ratur und 60°C zeigt der geschlossenzellig geschäumte Sili­ conkautschukkörper ein Setzen von < 1%.

Zum Vergleich zeigt ein unter identischen Bedingungen geprüf­ ter Naturkautschuk-Federkörper ein Setzen im Bereich zwischen 5% und 8%.

Der geschäumte Siliconkautschukprüfling zeigt unter statischer Last bei einer konstant geregelten Temperatur von 100°C nach sechs Wochen einen Druckverformungsrest von in jedem Fall < 20%. Der unter identischen Bedingungen an einem identisch di­ mensionierten Naturkautschukprüfling gemessene Druckverfor­ mungsrest beträgt 70%.

Der nach dem vorstehenden Beispiel hergestellte geschäumte Si­ liconkautschuk-Federblock wird an seinen beiden einander ge­ genüberliegenden Stirnseiten mit je einer 2 mm dicken Blech­ platte verklebt. Jede der Blechplatten trägt zentral einen an­ geschweißten Schraubbolzen.

Das so aufgebaute Motorlager wird in ein Testfahrzeug einge­ baut und eine Woche lang unter den unterschiedlichsten Fahrbe­ dingungen geprüft. Die Auswertung der so registrierten Feder­ kennlinien zeigt, daß der geschäumte Siliconkautschuk-Feder­ körper ein Federverhalten aufweist, das von Vergleichskennli­ nien kaum verschieden ist, die an einem identisch dimensio­ nierten Naturkautschuk-Lochgummi-Federblock aufgenommen worden sind.

Der nach dem Ausführungsbeispiel hergestellte geschlossenzel­ lig geschäumte Siliconkautschuk-Federblock weist also unter statischen und insbesondere auch unter dynamischen praxisbezo­ genen Verhältnissen ein Federverhalten, das dem entsprechender Lochgummifederblöcke auf Naturkautschuk entspricht, gegenüber diesen Naturkautschuk-Federblöcken aber bei wesentlich besse­ rer Temperaturbeständigkeit ein überraschenderweise zusätzlich verbessertes Dauerstandvermögen, speziell ein überlegen bes­ seres Setzverhalten sowie einen wesentlich geringeren Druck­ verformungsrest auf.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung geschlossenzellig geschäumter Siliconkautschukkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die noch unvernetzte zähflüssige Siliconkautschukmi­ schung mit Luft oder einem anderen gegenüber der Silicon­ kautschukmischung inerten Gas vermischt und anschließend zur Herstellung des Siliconkautschukkörpers zum Vernetzen in ein Formwerkzeugnest eingefüllt wird, das dabei nur zum Teil mit dem Gas-Siliconkautschuk-Gemisch gefüllt und unmittelbar anschließend an das Füllen und zumindest bis zum Beginn des Vernetzens der Siliconkautschukmischung mit Unterdruck beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einarbeiten der Luft in die Siliconkautschukmi­ schung unmittelbar in dem Förderer erfolgt, der die Mi­ schung in das Formnest einbringt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Förderer ein statischer Mischer eingesetzt wird, in den Druckluft eingedrückt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Luft vermischte Formmasse mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit in das Formnest eingeschleudert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formmasse in Gegenwart eines Katalysators, insbe­ sondere Platinkatalysators, in einem Temperaturbereich von 180 bis 220°C vernetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Formnest bis zu maximal einem Drittel seines Vo­ lumens mit dem Gas-Siliconkautschuk-Gemisch gefüllt wird.

7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung geschäumter Siliconkautschukfederkör­ per.

8. Lager, insbesondere Motorlager für Kraftfahrzeuge, mit einem Federkörper aus gummielastischem Werkstoff, gekennzeichnet durch einen Federkörper aus geschäumtem Siliconkautschuk.

9. Lager nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Ausbildung als radial belastbares oder axial belast­ bares Ringkernlager mit einem zumindest im wesentlichen zylindrischen geschäumten Siliconkautschukblock, der eine durchgehende zentrale Bohrung aufweist.