DE60109231T2

DE60109231T2 - Kautschukprodukt gebunden an eine metallische Struktur und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE60109231T2
Application number: DE2001609231
Authority: DE
Inventors: Takehiko Komaki-shi Aichi-ken Taguchi; Ako Komaki-shi Aichi-ken Yoshikawa; Shinji Komaki-shi Aichi-ken Iio
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2021-06-14
Also published as: CN1330100A; CN1183192C; EP1164308B1; KR20010113482A; DE60109231D1; EP1164308A1; KR100423960B1; CA2349958C; US20020012788A1; CA2349958A1; US6656582B2

Description

Diese Anmeldung basiert auf der am 26. Juni 2000 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-191132, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kautschukprodukt mit einer Metallstruktur und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einem Kautschukprodukt mit einer aus einem Aluminiummaterial gebildeten Metallstruktur, mit der ein vulkanisierter Kautschuk verbunden ist, und mit einem zur Herstellung eines solchen Kautschukproduktes geeigneten Verfahren.
Diskussion des Stands der Technik
Kautschukprodukte mit Metallstruktur haben auf verschiedenen Gebieten breite Anwendung gefunden. In solchen Kautschukprodukten ist mit der Metallstruktur ein vulkanisierter Kautschuk mit hervorragenden Eigenschaften bezüglich Flexibilität, Rückfederung, Viskoelastizität, das Abfederungsvermögen usw. verbunden. Ein solches Kautschukprodukt mit Metallstruktur wird beispielsweise in Fahrzeugen wie Kraftfahrzeugen und in mechanischen Ausrüstungen als schwingungsdämpfendes Kautschukbauteil verwendet, das in einem Schwingungen oder Stöße übertragenden System zwischen zwei Bauteilen liegt, um schwingungsdämpfende oder abfedernde Eigenschaften zu zeigen.
Ein Kautschukprodukt mit Metallstruktur, das bei Kraftfahrzeugen als schwingungsdämpfendes Kautschukbauteil verwendet wird, muss insbesondere ein reduziertes Gewicht haben, damit der Kraftstoffverbrauch verbessert wird und das Kraftfahrzeug ein hohes Leistungsvermögen erreicht. Zu diesem Zweck wird die Metallstruktur anstatt aus einem konventionell verwendeten Eisenmaterial aus einem Aluminiummaterial gebildet.
Wenn für die Metallstruktur des Kautschukprodukts anstatt des Eisenmaterials das Aluminiummaterial verwendet wird, zeigt das Kautschukprodukt die Tendenz, unter einem Lokalelement zu leiden, das aufgrund galvanischer Korrosion (Kontaktkorrosion) gebildet wird. Genauer gesagt hat der vulkanisierte Kautschuk des Kautschukproduktes, wenn er aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, in der eine große Menge eines verstärkenden Füllstoffs wie Ruß enthalten ist, um die Härte des vulkanisierten Kautschuks bei einem Niveau zu halten, das sich für die Verwendung als schwingungsdämpfender Kautschuk eignet, einen verhältnismäßig geringen spezifischen Durchgangswiderstand und demnach eine verhältnismäßig hohe elektrische Leitfähigkeit. Bei diesem Kautschukprodukt besteht dann die Wahrscheinlichkeit, dass die Metallstruktur des Aluminiummaterials (nachstehend einfach als "Metallstruktur" bezeichnet) bei Kontakt mit dem vulkanisierten Kautschuk hoher Leitfähigkeit aufgrund einer großen elektrischen Potenzialdifferenz zwischen dem hochgradig leitfähigen vulkanisierten Kautschuk und der Metallstruktur korrodiert.
Um die Korrosion der Metallstruktur aus Aluminium zu verhindern, wird die Metallstruktur zur Verbesserung ihrer Korrosionsbeständigkeit einer chemischen Passivierungsbehandlung wie einer Chromatierung oder einer Phosphatierung unterzogen. Eine solche chemische Passivierungsbehandlung reicht jedoch nicht aus, um die Korrosion der Metallstruktur zu verhindern, weswegen eine wirksamere Technik erforderlich ist, um die Korrosionsbeständigkeit der Metallstruktur zu verbessern.
Eine andere Technik, um die Korrosion der Metallstruktur aus Aluminium bei Kontakt mit dem vulkanisierten Kautschuk zu verhindern, ist die, die Menge des Rußes zu verringern, der in der Kautschukzusammensetzung enthalten ist, um den vulkanisierten Kautschuk zu bilden, und der die Leitfähigkeit des vulkanisierten Kautschuks erhöht, um so den spezifischen Durchgangswiderstand des vulkanisierten Kautschuks zu erhöhen. Die Verringerung des Rußanteils führt jedoch zu anderen Problemen wie einer Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften, etwa der Härte und Festigkeit des vulkanisierten Kautschuks, und einer Verschlechterung der Formbarkeit der Kautschukzusammensetzung für den vulkanisierten Kautschuk. Angesichts dessen ist es schwierig oder unerwünscht, die Menge des den spezifischen Durchgangswiderstand des vulkanisierten Kautschuks senkenden Rußes zu verringern.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung erfolgte angesichts des oben beschriebenen Stands der Technik. Es ist eine erste Aufgabe dieser Erfindung, ein Kautschukprodukt mit einer Metallstruktur zur Verfügung zu stellen, das ein reduziertes Gewicht hat und einen höheren Grad an Korrosionsbeständigkeit zeigt, indem die Menge des Rußes minimiert wird, der in der Kautschukzusammensetzung zum Bilden des mit der Metallstruktur verbundenen vulkanisierten Kautschuks enthalten ist, um so den spezifischen Durchgangswiderstand des vulkanisierten Kautschuks zu erhöhen, während die erforderlichen physikalischen Eigenschaften wie Härte und Festigkeit des vulkanisierten Kautschuks sichergestellt werden.
Es ist eine zweite Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das zur Herstellung eines solchen Kautschukproduktes mit einer Metallstruktur geeignet ist.
Die oben angegebene erste Aufgabe kann gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung gelöst werden, die ein Kautschukprodukt mit einer aus einem Aluminiummaterial gebildeten Metallstruktur vorsieht, mit der ein vulkanisierter Kautschuk verbunden ist, wobei die Verbesserung darin besteht, dass der vulkanisierte Kautschuk aus einer Zusammensetzung gebildet ist, in der ein Naturkautschuk und ein Acrylkautschuk in einem Gewichtsverhältnis von 90/10~60/40 gemischt sind, und der vulkanisierte Kautschuk eine Insel/See-Struktur hat, in der feine, 0,1~100 μm große Teilchen des Acrylkautschuks in einer Matrixphase des Naturkautschuks verteilt sind.
In dem Kautschukprodukt mit der Metallstruktur, das gemäß der oben angegebenen ersten Ausgestaltung der Erfindung aufgebaut ist, ist die Metallstruktur aus einem Aluminiummaterial gebildet und hat der mit der Metallstruktur verbundene vulkanisierte Kautschuk eine Insel/See-Struktur, in der eine vorbestimmte Menge des Acrylkautschuks in der Matrixphase des Naturkautschuks in Form feiner Teilchen verteilt ist. Das besprochene Kautschukprodukt ist in erster Linie durch diese wie oben beschrieben ausgebildete Insel/See-Struktur gekennzeichnet. Das auf diese Weise gebildete Kautschukprodukt hat dank der Metallstruktur aus Aluminium ein geringeres Gewicht, während der mit der Metallstruktur verbundene vulkanisierte Kautschuk dank des Vorhandenseins der in der vulkanisierten Kautschukstruktur verteilten feinen Teilchen aus Acrylkautschuk eine höhere Härte hat. Dementsprechend kann die Menge des Rußes, der zum Bilden des vulkanisierten Kautschuks in der Kautschukzusammensetzung enthalten ist, vorteilhaft gesenkt werden, um so den spezifischen Durchgangswiderstand des vulkanisierten Kautschuks zu erhöhen und dadurch wirksam zu verhindern, dass die Metallstruktur bei Kontakt mit dem vulkanisierten Kautschuk korrodiert.
In der Kautschukzusammensetzung, die bei der Erfindung zum Bilden des vulkanisierten Kautschuks verwendet wird, sind der Naturkautschuk und der Acrylkautschuk in einem Gewichtsverhältnis von 90/10~60/40 gemischt. In dem vulkanisierten Kautschuk, der durch Vulkanisation der auf diese Weise angesetzten Kautschukzusammensetzung erzielten wird, ist der vulkanisierte Acrylkautschuk in Form von 0,1~100 μm großen feinen Teilchen in der Matrixphase des vulkanisierten Naturkautschuks verteilt. Aufgrund dieser Struktur hat der mit der Metallstruktur verbundene vulkanisierte Kautschuk erstrebenswerte physikalische Eigenschaften wie eine hohe Härte und Festigkeit und zeigt das Kautschukprodukt mit der Metallstruktur eine hohe Korrosionsbeständigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform der oben beschriebenen ersten Ausgestaltung dieser Erfindung hat der vulkanisierte Kautschuk für eine weiter verbesserte Korrosionsbeständigkeit der Metallstruktur einen spezifischen Durchgangswiderstand von nicht weniger als 1 × 10⁶ Ωcm.
Die vorliegende Erfindung sieht außerdem ein schwingungsdämpfendes Kautschukbauteil zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen vor, das von dem oben beschriebenen Kautschukprodukt mit der Metallstruktur gebildet ist. Das von dem erfindungsgemäßen Kautschukprodukt gebildete schwingungsdämpfende Kautschukbauteil hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit und ein reduziertes Gewicht und zeigt die von dem schwingungsdämpfenden Kautschuk verlangten physikalischen Eigenschaften.
Die oben angegebene zweite Aufgabe kann gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung erreicht werden, die ein Verfahren zur Herstellung eines Kautschukproduktes mit einer aus einem Aluminiummaterial gebildeten Metallstruktur vorsieht, mit der ein vulkanisierter Kautschuk verbunden ist, das die folgenden Schritte umfasst: gleichmäßiges Mischen eines unvulkanisierten Naturkautschukmaterials und eines unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials in einem Gewichtsverhältnis von 90/10~60/40 zusammen mit einem Vulkanisiermittel, das dazu imstande ist, lediglich das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial zu vulkanisieren, so dass das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial fein in dem unvulkanisierten Naturkautschukmaterial verteilt ist; Vulkanisieren des fein in dem unvulkanisierten Naturkautschukmaterial verteilten unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials; und Vulkanisieren des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials, nachdem ein Vulkanisier mittel hinzugegeben worden ist, das dazu imstande ist, das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial zu vulkanisieren, um den mit der Metallstruktur verbundenen vulkanisierten Kautschuk zu erzielen, wobei der vulkanisierte Kautschuk eine Insel/See-Struktur hat, in der in einer Matrixphase aus einem vulkanisierten Naturkautschuk, die durch Vulkanisation des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials erzielt wurde, feine Teilchen aus einem vulkanisierten Acrylkautschuk verteilt sind, die eine Größe von 0,1~100 μm haben und durch Vulkanisation des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials erzielt wurden.
Die oben angegebene zweite Aufgabe kann auch gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung gelöst werden, die ein Verfahren zur Herstellung eines Kautschukproduktes mit einer aus einem Aluminiummaterial gebildeten Metallstruktur vorsieht, mit der ein vulkanisierter Kautschuk verbunden ist, das die folgenden Schritte umfasst: Ansetzen einer unvulkanisierten Kautschukzusammensetzung durch gleichmäßiges Zusammenmischen eines unvulkanisierten Naturkautschukmaterials und eines unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials in einem Gewichtsverhältnis von 90/10~60/40 und Hinzugeben eines Vulkanisiermittels zum Vulkanisieren des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials und eines Vulkanisiermittels zum Vulkanisieren des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials; und Vulkanisieren einer auf diese Weise erzielten Mischung, um den mit der Metallstruktur verbundenen vulkanisierten Kautschuk zu erzielen, wobei der vulkanisierte Kautschuk eine Insel/See-Struktur hat, in der in einer Matrixphase aus einem vulkanisierten Naturkautschuk, der durch Vulkanisation des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials erzielt wurde, feine Teilchen aus vulkanisiertem Acrylkautschuk verteilt sind, die eine Größe von 0,1~100 μm haben und durch Vulkanisation des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials erzielt wurden.
Gemäß diesen oben beschriebenen Verfahren kann der vulkanisierte Kautschuk mit der Insel/See-Struktur, in der die feinen Teilchen aus dem vulkanisierten Acrylkautschuk fein in der Matrixphase des vulkanisierten Naturkautschuks verteilt sind, mit der aus dem Aluminiummaterial gebildeten Metallstruktur verbunden werden. Daher gestatten die oben beschriebenen Verfahren, dass das hergestellte Kautschukprodukt mit der Metallstruktur eine bessere Korrosionsbeständigkeit und ein reduziertes Gewicht hat.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein besseres Verständnis der obigen und weiterer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie ihrer technischen und industriellen Bedeutung ergibt sich unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung eines derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Kautschukprodukts mit Metallstruktur in Form einer Lenkerbuchse für ein Kraftfahrzeug; und
2 eine grafische Darstellung mit dem Zusammenhang zwischen dem spezifischen Durchgangswiderstand und der Härte bei jeweiligen Probekörpern des vulkanisierten Kautschuks, der bei erfindungsgemäßen Beispielen erzielt wurde.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
In dem erfindungsgemäßen Kautschukprodukt mit der Metallstruktur ist die Metallstruktur aus einem Aluminiummaterial wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet, so dass das erfindungsgemäße Kautschukprodukt ein deutlich geringeres Gewicht als ein konventionelles Kautschukprodukt hat, dessen Metallstruktur aus einem Eisenmaterial gebildet ist. Die erfindungsgemäße Metallstruktur aus Aluminium kann einer auf diesem Gebiet bekannten chemischen Passivierungsbehandlung oder einer anodischen Oxidierungsbehandlung unterzogen werden, um seine Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
Der mit der Metallstruktur verbundene vulkanisierte Kautschuk ist aus einem Gemisch aus Naturkautschuk und Acrylkautschuk gebildet. Genauer gesagt hat der vulkanisierte Kautschuk des vorliegenden Kautschukproduktes eine Insel/See-Struktur, in der der vulkanisierte Acrylkautschuk in Form von 0,1~100 μm großen feinen Teilchen in einer Matrixphase des vulkanisierten Naturkautschuks verteilt ist. Durch diese Struktur wird wirksam verhindert, dass die Metallstruktur korrodiert.
Der unvulkanisierte Naturkautschuk und der unvulkanisierte Acrylkautschuk, die beim vorliegenden Kautschukprodukt als Kautschukzusammensetzung zum Bilden des vulkanisierten Kautschuks verwendet werden, sind beide Polymere, die miteinander inkompatibel sind. In dem vulkanisierten Kautschuk, der durch Vulkanisation der beiden miteinander in einem bestimmten Verhältnis gemischten unvulkanisierten Kautschukmaterialien erzielt wird, sind der vulkanisierte Naturkautschuk und der vulkanisierte Acrylkautschuk nicht miteinander kompatibel. In dem vulkanisierten Kautschuk des besprochenen Kautschukprodukts ist der vulkanisierte Acrylkautschuk in der Matrixphase des vulkanisierten Naturkautschuks in Form von feinen Teilchen verteilt, die eine Größe von 0,1~100 μm, vorzugsweise von nicht mehr als 10 μm haben. Dank der in der Matrixphase des vulkanisierten Naturkautschuks verteilten feinen Teilchen des vulkanisierten Acrylkautschuks ist die Härte des vulkanisierten Kautschuks (Kautschukproduktes) vorteilhaft verbessert. Dementsprechend kann bei der Erfindung die Menge des Rußes verringert werden, der in der Kautschukzusammensetzung zwecks Erhöhung der Härte des zu bildenden vulkanisierten Kautschuks enthalten ist. Mit anderen Worten verleihen dem vulkanisierten Kautschuk anstelle des Rußes die feinen Teilchen aus dem nicht leitfähigen Acrylkautschuk die erforderliche Härte, so dass die Menge des in der Kautschukzusammensetzung enthaltenen Rußes wirksam verringert werden kann. Dadurch kann der spezifische Durchgangswiderstand des vulkanisierten Kautschuks erhöht und seine elektrische Leitfähigkeit gesenkt werden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit der Metallstruktur des Kautschukproduktes wirksam verbessert wird. Wenn die Größe der feinen Teilchen aus dem Acrylkautschuk die Obergrenze von 100 μm überschreitet, beeinträchtigt dies die physikalischen Eigenschaften wie die Bruchdehnung des Kautschukproduktes. Die Teilchengröße des Acrylkautschuks lässt sich mit verschiedenen bekannten Verfahren messen. So lassen sich die Teilchen des Acrylkautschuks durch ein Rasterelektronenmikroskop (REM) oder ein Rastersondenmikroskop (RSM) betrachten, um die Größe der Teilchen zu ermitteln.
Damit das das Endprodukt bildende Kautschukprodukt mit der Metallstruktur die gewünschten Betriebseigenschaften oder physikalischen Eigenschaften zeigt, wird das Verhältnis des Gewichts des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials zu dem des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials aus einem Bereich zwischen 90/10 und 60/40 gewählt. Wenn die Menge des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials gegenüber der des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials übermäßig gering ist, erfreut sich das hergestellte Naturkautschukprodukt nicht der Wirkung, die durch Zugabe des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials zu erzielen ist. Wenn dagegen die Menge des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials gegenüber der des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials übermäßig hoch ist, können sich die physikalischen Eigenschaften wie die Zugfestigkeit des Kautschukprodukts verschlechtern, auch wenn die Härte zunimmt. Wenn die Menge des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials wesentlich höher als die des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials ist, kann es der vulkanisierte Acrylkautschuk statt des vulkanisierten Naturkautschuks sein, der die Matrixphase in dem hergestellten Kautschukprodukt bildet. In diesem Fall hat das Kautschukprodukt möglicherweise nicht die oben beschriebene gewünschte Struktur und die von dem Kautschukprodukt mit der Metallstruktur verlangten gewünschten Eigenschaften.
Das zur Herstellung des besprochenen Kautschukprodukts verwendete Naturkautschukmaterial und Acrylkautschukmaterial werden geeignet aus denen des Standes der Technik gewählt. Das Acrylkautschukmaterial kann beispielsweise abhängig von den für das Kautschukprodukt erforderlichen gewünschten Eigenschaften je nach Bedarf unter allen bekannten künstlichen Kautschukmaterialien ausgewählt werden, deren Hauptbestandteil Alkylacrylat ist. So ist es insbesondere vorzuziehen, Acrylkautschukmaterialien zu verwenden, die mit einem Vulkanisiermittel auf Polyaminbasis vulkanisiert werden können, das noch beschrieben wird. So ist es zum Beispiel vorzuziehen, ein Copolymer (ACM) aus Alkylacrylat und 2-Chlorethylvinylether, ein Copolymer (ANM) aus Alkylacrylat und Acrylnitril und ein Copolymer (AEM) aus Alkylacrylat und Ethylen zu verwenden.
Das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial und das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial werden erfindungsgemäß im Vorhandensein der Metallstruktur aus Aluminium einem Form- und Vulkanisiervorgang unterzogen, wodurch der vulkanisierte Kautschuk mit der Metallstruktur verbunden wird, um so für das gewünschte Kautschukprodukt mit der Metallstruktur zu sorgen. Bei der Herstellung des besprochenen Kautschukprodukts werden zu der Kautschukzusammensetzung vor ihrer Vulkanisation geeignete Mengen bekannter Vulkanisiermittel zugegeben, die jeweils zum Vulkanisieren des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials und des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials geeignet sind. Als Vulkanisiermittel zum Vulkanisieren des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials wird im Allgemeinen ein Vulkanisiermittel auf Schwefelbasis wie Schwefel verwendet, um das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial durch ein bekanntes Vulkanisationssystem auf Schwefelbasis zu vulkanisieren. Das Vulkanisiermittel zum Vulkanisieren des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials wird abhängig von der Art des zu verwendenden Acrylkautschukmaterials geeignet unter allen bekannten Vulkanisiermitteln gewählt. So wird zum Beispiel ein Vulkanisiermittel auf Polyaminbasis wie Hexamethylendiamincarbamat oder Triethylentetramin verwendet. Wenn die Vulkanisation des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials der Vulkanisation des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials vorangeht, muss das oben beschriebene Vulkanisiermittel auf Polyaminbasis dazu imstande sein, lediglich das Acrylkautschukmaterial zu vulkanisieren, ohne das Naturkautschukmaterial zu vulkanisieren.
Bei der Erfindung kann zusammen mit den jeweiligen Vulkanisiermitteln zum Vulkanisieren der beiden unvulkanisierten Kautschukmaterialien mindestes ein ausgewählter Vulkanisationsbeschleuniger und/oder Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff verwendet werden. Der mindestens eine geeignete Vulkanisationsbeschleuniger und/oder Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff wird abhängig von dem spezifischen unvulkanisierten Kautschukmaterial (dem unvulkanisierten Naturkautschukmaterial oder dem unvulkanisierten Acrylkautschukmaterial) und dem spezifischen Vulkanisiermittel ausgewählt. Der ausgewählte mindestens eine Vulkanisationsbeschleuniger und/oder Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff werden in einer geeigneten Menge mit dem spezifischen unvulkanisierten Kautschukmaterial und dem spezifischen Vulkanisiermittel gemischt und verknetet, so dass das unvulkanisierte Kautschukmaterial mit besserem Ergebnis vulkanisiert wird.
Typische Beispiele für den Vulkanisationsbeschleuniger sind Sulfenamide wie N-tert-Butyl-2-benzothiazolylsulfenamid (BBS), N-cyclohexyl-2-benzotheazolylsulfenamid (CBS) und N-oxidiethylen-2-benzothiazolylsulfenamid (OBS); Dithiocarbamate wie Zinkdimethyldithiocarbamat (ZnMDC) und Zinkdiethyldithiocarbamat (ZnEDC); und Thiurame wie Tetramethylthiuramdisulfid (TMTD), Tetraethylthiuramdisulfid (TETD) und Tetrabutylthiuramdisulfid (TBTD). Als Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff werden beispielsweise Zinkoxid oder Stearinsäure verwendet.
Bei Bedarf können verschiedene andere geeignete bekannte Zusatzstoffe zu den unvulkanisierten Kautschukmaterialien hinzugegeben werden. Diese Zusatzstoffe können Verstärkungsmittel wie Ruß; Alterungsschutzmittel wie Wachs; und Weichmacher wie Öl einschließen. Dabei ist zu beachten, dass diese Zusatzstoffe nicht verhindern sollten, dass das hergestellte Kautschukprodukt mit der Metallstruktur die gewünschten physikalischen Eigenschaften und Betriebseigenschaften zeigt, wobei die Mengen der Zusatzstoffe so festgelegt werden sollten, dass sie diese physikalischen Eigenschaften und Betriebseigenschaften des Kautschukproduktes nicht verschlechtern.
Wenn zu der unvulkanisierten Kautschukzusammensetzung Ruß hinzugegeben wird, ist es wünschenswert, die Menge des hinzuzugebenden Rußes zu minimieren, da mit zunehmender Rußmenge der spezifische Durchgangswiderstand des hergestellten Kautschukprodukts sinkt und die elektrische Leitfähigkeit des Kautschukproduktes zunimmt. Angesichts dessen wird die Menge des zu der unvulkanisierten Kautschukzusammensetzung hinzuzugebenden Rußes vorzugsweise so festgelegt, dass der spezifische Durchgangswiderstand des vulkanisierten Kautschuks des Kautschukproduktes nicht weniger als 1 × 10⁶ Ωcm, vorzugsweise nicht weniger als 1 × 10⁸ Ωcm beträgt. Wenn der spezifische Durchgangswiderstand des vulkanisierten Kautschuks des Kautschukproduktes weniger als 1 × 10⁶ Ωcm beträgt, lässt sich die Korrosion der Metallstruktur bei Kontakt mit dem vulkanisierten Kautschuk nicht wirksam verhindern.
Bei der Herstellung des besprochenen Kautschukproduktes mit der Metallstruktur können verschiedene auf diesem Gebiet bekannte Verfahren eingesetzt werden. Bei einem Beispiel für diese Verfahren werden das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial und das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial in einem geeigneten Gewichtsverhältnis, d.h. bei einem Verhältnis des Gewichts des Naturkautschukmaterials zu dem des Acrylkautschukmaterials von 90/10~60/40, mit einem Vulkanisiermittel zusammengemischt, das nicht den Naturkautschuk vulkanisiert, sondern die Vulkanisation des Acrylkautschuks beschleunigt. Nachdem die Mischung in einen geeigneten bekannten Kneter oder Mischer, etwa einen Banbury-Mischer, gegeben wurde, der das Kneten oder Mischen von Polymermaterialien unter üblichen Erwärmungsbedingungen erlaubt, wird die Mischung gleichmäßig unter Wärme geknetet, so dass der Acrylkautschuk ohne Vulkanisation des Naturkautschuks vulkanisiert werden kann, während die eine vorbestimmte geeignete Größe aufweisenden feinen Teilchen des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials gleichmäßig in dem unvulkanisierten Naturkautschukmaterial verteilt werden.
Nach der wie oben beschrieben stattfindenden Vulkanisation des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials werden ein Vulkanisiermittel, das dazu imstande ist, das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial zu vulkanisieren, in dem der vulkanisierte Acrylkautschuk in Form von feinen Teilchen verteilt ist, und geeignete Zusatzstoffe zu dem Naturkautschukmaterial hinzugegeben. Das auf diese Weise erzielte Gemisch wird gleichmäßig in einem Walzmischer gemischt und geknetet. Anschließend wird das Gemisch durch ein geeignetes Formverfahren, das einen Formaufbau verwendet, in dem die Metallstruktur aus Aluminium an Ort und Stelle positioniert ist, bei einer geeignet festgelegten Temperatur, bei der das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial vulkanisiert wird, in eine gewünschte Form gebracht. Anstelle dieses Verfahrens, bei dem die Metallstruktur und der vulkanisierte Kautschuk miteinander während des Form- und Vulkanisiervorgangs verbunden werden, kann die Metallstruktur auch mit einem fertigen vulkanisierten Kautschukbauteil verbunden werden, das nach der oben beschriebenen Vulkanisation des Gemisches erzielt worden ist.
Beim Vulkanisieren des Acrylkautschukmaterials gemäß diesem Verfahren kann zusammen mit dem Vulkanisiermittel zum Vulkanisieren des Acrylkautschukmaterials abhängig von der Art des Acrylkautschukmaterials und des Vulkanisiermittels mindestens ein ausgewählter Vulkanisationsbeschleuniger und/oder Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff verwendet werden. Darüber hinaus können verschiedene andere bekannte Zusatzstoffe hinzugegeben werden, solange diese Zusatzstoffe nicht das Naturkautschukmaterial vulkanisieren.
Die Reihenfolge, in der das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial, das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial und das Vulkanisiermittel zum Vulkanisieren des Acrylkautschuks in den Kneter gegeben werden, ist nicht auf die oben beschriebene Reihenfolge beschränkt. Die Komponenten können ohne Probleme gleichzeitig in den Kneter oder Mischer gegeben werden. Es ist jedoch wünschenswert, in Form einer Vormischung in einem geeigneten Verhältnis ein Gemisch des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials und des Vulkanisiermittels anzusetzen, das dazu imstande ist, lediglich den Acrylkautschuk zu vulkanisieren. In diesem Fall werden dann das angesetzte Gemisch und das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial in den Kneter gegeben, um so das gewünschte Gewichtsverhältnis des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials und des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials zu erreichen. Dieses Verfahren ist insofern effektiv, als die Zeit verkürzt wird, die zum Kneten oder Mischen der Materialien im Kneter gebraucht wird, und als dies eine bessere Einheitlichkeit oder Gleichmäßigkeit der Verteilung des Acrylkautschukmaterials und des Vulkanisiermittels in dem Naturkautschukmaterial erlaubt.
Die Materialien, die wie oben beschrieben in den Kneter gegeben wurden, werden anschließend geknetet. Um den gewünschten Verteilungszustand der feinen Teilchen aus dem Acrylkautschuk zu erreichen, wird die Knetdauer im Hinblick auf die spezifische Art und Menge des Naturkautschukmaterials und des Acrylkautschukmaterials und dem Betriebsverhalten des Kneters festgelegt. Die Materialien werden bei einer Temperatur geknetet, die den Knetvorgang erleichtert und einen hohen Grad an Vulkanisationsreaktion des Acrylkautschukmaterials erlaubt. Beim Knetvorgang des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials, in dem der vulkanisierte Acrylkautschuk in Form von feinen Teilchen verteilt wird, auf den dann die Zugabe des Vulkanisiermittels zum Vulkanisieren des Naturkautschukmaterials folgt, werden also die Knetdauer und die Temperatur, bei der das Kneten stattfindet, geeignet festgelegt.
Beim Formen und Vulkanisieren des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials werden die Vulkanisationsbedingungen wie die Temperatur, der Druck und die Zeit zum wirksamen Vulkanisieren des Naturkautschuks abhängig von der spezifischen Art des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials und des Vulkanisiermittels zum Vulkanisieren des Naturkautschukmaterials geeignet festgelegt, so dass der vulkanisierte Kautschuk mit der Metallstruktur verbunden wird. Der Form- und Vulkanisiervorgang kann auf beliebige bekannte Weise erfolgen, etwa durch einen Pressform- und Vulkanisiervorgang, bei dem das Formen und die Vulkanisation gleichzeitig erfolgen. Die Größe und der Aufbau des Kautschukbauteils mit der Metallstruktur unterliegen keinen besonderen Beschränkungen, sondern können abhängig von der gewünschten Anwendung des Kautschukproduktes geeignet festgelegt werden.
Bei einem anderen erfindungsgemäßen Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des Kautschukproduktes mit der Metallstruktur werden das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial und das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial in einem geeigneten Gewichtsverhältnis, d.h. bei einem Verhältnis des Gewichts des Naturkautschukmaterials zu dem des Acrylkautschukmaterials von 90/10~60/40, gemischt und wird das Gemisch in einen geeigneten bekannten Kneter oder Mischer, etwa einen Banbury-Mischer oder einen Walzenmischer, gegeben, damit das Gemisch gleichmäßig verknetet wird. Zu diesem Gemisch werden die Vulkanisiermittel zum Vulkanisieren des jeweiligen unvulkanisierten Kautschukmaterials und die geeignet gewählten Zusatzstoffe hinzugegeben und geknetet, um so für eine unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung zu sorgen, in der das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial in dem unvulkanisierten Naturkautschukmaterial gleichmäßig in Form von feinen Teilchen mit vorbestimmter Größe verteilt ist. Anschließend wird die auf diese Weise erzielte unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung durch ein geeignetes, einen Formaufbau verwendendes Formverfahren bei einer geeignet festgelegten Temperatur, bei der das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial und das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial gleichzeitig vulkanisiert werden, in eine gewünschte Form gebracht. Während oder nach dem Form- und Vulkanisiervorgang wird die Metallstruktur auf bekannte Weise mit dem vulkanisierten Kautschuk verbunden, um so wie beabsichtigt für das erfindungsgemäße Kautschukprodukt mit der Metallstruktur zu sorgen.
In dem oben beschriebenen Verfahren ist die Reihenfolge, in der das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial, das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial, die Vulkanisiermittel zum Vulkanisieren des jeweiligen unvulkanisierten Kautschukmaterials und die Zusatzstoffe in den Kneter gegeben werden, nicht auf die oben beschriebene Reihenfolge beschränkt. So können diese Komponenten beispielsweise gleichzeitig in den Kneter oder Mischer gegeben werden. Wahlweise können auch zum Vorkneten sämtliche Komponenten mit Ausnahme der Vulkanisiermittel in den Kneter oder Mischer gegeben werden und können die Vulkanisiermittel in einem anschließenden Schritt des Fertigknetens hinzugegeben werden. Bei dem besprochenen Verfahren werden die Komponenten so miteinander vermischt, dass das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial und das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial nach der Zugabe der Vulkanisationsmittel gleichzeitig oder nacheinander vulkanisiert werden.
Der Knetvorgang erfolgt während einer geeigneten Zeitdauer bei einer geeigneten Temperatur. Bei dem besprochenen Verfahren wird die Knetdauer im Hinblick auf die spezifische Art und Menge des Naturkautschukmaterials und des Acrylkautschukmaterials und das Betriebsverhalten des Kneters festgelegt, um den gewünschten Verteilungszustand der feinen Teilchen aus dem Acrylkautschuk zu erreichen.
Beim Formen und Vulkanisieren der unvulkanisierten Kautschukzusammensetzung werden die Vulkanisationsbedingungen wie die Temperatur, der Druck und die Zeit zum Erreichen einer wirksamen Vulkanisation dieser unvulkanisierten Kautschukmaterialien abhängig von der spezifischen Art des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials, des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials und der Vulkanisiermittel geeignet festgelegt. Der Form- und Vulkanisiervorgang kann auf jede bekannte Weise erfolgen, etwa durch einen Pressform- und Vulkanisiervorgang, bei dem das Formen und die Vulkanisation gleichzeitig erfolgen. Es versteht sich, dass der Aufbau und die Größe des Kautschukproduktes mit der Metallstruktur keinen besonderen Beschränkungen unterliegen, sondern abhängig von der gewünschten Anwendung des Kautschukprodukts geeignet festgelegt werden können.
Es wurden zwei erfindungsgemäße Beispiele des Verfahrens zur Herstellung des Kautschukprodukts mit der Metallstruktur beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass das Verfahren zur Herstellung des besprochenen Kautschukprodukts mit der Metallstruktur nicht auf die oben beschriebenen Verfahren beschränkt ist. Im Wesentlichen gestattet das Verfahren zur Herstellung des besprochenen Kautschukproduktes mit der Metallstruktur es, dass der vulkanisierte Kautschuk des Kautschukprodukts durch eine innige Mischung des vulkanisierten Naturkautschuks und des vulkanisierten Acrylkautschuks gebildet wird und die Insel/See-Struktur hat, in der der vulkanisierte Acrylkautschuk in der Matrixphase des vulkanisierten Naturkautschuks in Form von 0,1~100 μm großen feinen Teilchen verteilt ist.
Das wie oben beschrieben gebildete Kautschukprodukt mit der Metallstruktur zeigt eine hohe Korrosionsbeständig keit und hat ein reduziertes Gewicht, so dass sich das besprochene Kautschukprodukt vorteilhaft als ein schwingungsdämpfendes Kautschukbauteil einsetzen lässt, das sich zwischen zwei Bauteilen in einem Schwingungen oder Stöße übertragenden System befindet und das bei Kraftfahrzeugen als Motoraufhängung, Karosserieaufhängung, Führerhausaufhängung, Bauteilbefestigung, Stützlager, Domstrebenpuffer, Aufhängungsbuchse usw. verwendet wird.
In 1 ist ein gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel aufgebautes Kautschukprodukt mit Metallstruktur gezeigt, das als ein in Kraftfahrzeugen einzubauendes schwingungsdämpfendes Kautschukbauteil in Form einer Lenkerbuchse vorliegt. Die Lenkerbuchse 2 umfasst eine Metallstruktur, die aus einem äußeren Hülsenbauteil 4 und einem inneren Hülsenbauteil 6 besteht, und einen mit der Metallstruktur verbundenen vulkanisierten Kautschuk 8. Die Lenkerbuchse 2 wird gebildet, indem der vulkanisierte Kautschuk 8, nachdem ein geeigneter, auf diesem Gebiet bekannter vulkanisierender Klebstoff auf die Innenumfangsfläche des äußeren Hülsenbauteils 4 und die Außenumfangsfläche des inneren Hülsenbauteils 6 aufgebracht wurde, mit dem äußeren und inneren Hülsenbauteil 4, 6 verbunden wird, deren Umfangsflächen in engem Kontakt mit dem vulkanisierten Kautschuk 8 zu halten sind. Beim Verbindungsvorgang können verschiedene bekannte Techniken zum Einsatz kommen. So wird zum Beispiel der vulkanisierte Kautschuk 8, der aus der unvulkanisierten Kautschukzusammensetzung gebildet worden ist, die dazu imstande ist, die vorbestimmte erfindungsgemäße Struktur zu ergeben, mit dem äußeren und inneren Hülsenbauteil 4, 6 an deren Innen- bzw. Außenumfangsfläche verbunden, auf die der geeignet gewählte vulkanisierende Klebstoff aufgebracht worden ist. Wahlweise können das äußere und innere Hülsenbauteil 4, 6 auch relativ zueinander in einem Hohlraum eines Formaufbaus positioniert werden. Nachdem der vulkanisierende Klebstoff auf die Innen- bzw. Außenumfangsfläche des äußeren und inneren Hülsenbauteils 4, 6 aufgebracht worden ist, wird die unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung in den Hohlraum des Formaufbaus gegeben und zur Vulkanisation erwärmt, so dass der vulkanisierte Kautschuk 8 während der Vulkanisation der unvulkanisierten Kautschukzusammensetzung mit dem äußeren und inneren Hülsenbauteil 4, 6 verbunden wird. Kraftfahrzeuge, in denen ein solches schwingungsdämpfendes Kautschukbauteil wie die Lenkerbuchse 2 (das Kautschukprodukt mit der Metallstruktur) eingebaut wird, haben ein vorteilhaft reduziertes Gewicht.
BEISPIELE
Um die Erfindung weiter zu verdeutlichen, werden nun einige erfindungsgemäße Beispiele beschrieben. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten dieser Beispiele beschränkt ist, sondern innerhalb dessen, was den Fachmann geläufig ist, und ohne vom Grundgedanken der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen, verglichen mit den folgenden Beispielen und den Einzelheiten der vorstehenden Beschreibung mit verschiedenen Änderungen, Abwandlungen und Verbesserungen umgesetzt werden kann.
Als unvulkanisierte Kautschukmaterialien wurden ein unvulkanisiertes Naturkautschukmaterial (NR) und ein unvulkanisiertes Acrylkautschukmaterial (AEM; AEM: "VAMAC-G", erhältlich über Mitsui Dupont Polychemical Kabushiki Kaisha, Japan) vorbereitet. Darüber hinaus wurde eine Vormischung (nachstehend als "Vormischung AEM" bezeichnet) mit der unten in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung vorbereitet, die ein Gemisch des unvulkanisierten Acrylkautschuks (VAMAC-G) und von Hexamethylendiamincarbamat als Vulkanisiermittel B enthielt. Die Vormischung AEM enthielt außerdem Diorthotolylguanidin (DT) als Vulkanisationsbeschleuniger und Stearinsäure als Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff.
TABELLE 1
– Fertigung von Mustern 1~5 und Vergleichsmustern 5 und 6 –
Aus den jeweiligen Kombinationen des NR-Materials und der wie oben beschrieben angesetzten Vormischung AEM wurden Vorläufer erfindungsgemäßer Muster 1~5 und Vorläufer von Vergleichsmustern 5 und 6 angesetzt, wobei die Kombinationen jeweils die unten in Tabelle 2 und Tabelle 3 angegebenen (auf das Gewicht bezogenen) Misch- oder Mengenanteile des NR-Materials und der Vormischung AEM (Vermengungsverhältnisse NR/AEM) hatten. Die jeweiligen Kombinationen wurden in einem "Banbury-Mischer" genannten Kneter gegeben und miteinander 5 Minuten lang bei einer Temperatur von 150~160°C gleichmäßig geknetet oder gemischt, so dass nur das Acrylkautschukmaterial, nicht aber das NR-Material vulkanisiert wurde.
Zu den Vorläufern der erfindungsgemäßen Muster 1~5 und der Vergleichsmuster 5 und 6 wurden in den jeweils in den Tabellen 2 und 3 angegeben Mengen Schwefel als Vulkanisiermittel A zum Vulkanisieren des NR-Materials und verschiedene in den Tabellen 2 und 3 angegebene Zusatzstoffe hinzugegeben. Diese Zusatzstoffe bestanden aus Zinkoxid plus Stearinsäure als Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff, HAF-Ruß (ASTM-N330) und einem aromatischen Öl als Weichmacher. Sämtliche oben angegebene Komponenten wurden gleichmäßig mit einem Walzenmischer verknetet, wobei die erzielten Gemische einem Pressform- und Vulkanisiervorgang unterzogen wurden, um aus den erfindungsgemäßen Mustern 1~5 und den Vergleichmustern 5 und 6 als Teststücke zur Überprüfung der Zugfestigkeit, der Härte und des spezifischen Durchgangswiderstands vulkanisierte Kautschuke anzufertigen. Die Vulkanisation erfolgte 20 Minuten lang bei einer Temperatur von 160°C. Für jedes der Teststücke gemäß den erfindungsgemäßen Mustern 1~5 wurden die Größen der innerhalb der NR-Masse verteilten Teilchen aus Acrylkautschuk gemessen, um die mittlere Teilchengröße des Acrylkautschuks zu ermitteln. Die ermittelte mittlere Teilchengröße des Acrylkautschuks betrug in jedem Teststück etwa 0,5~2 μm.
– Fertigung von Muster 6 –
Außerdem wurde auf die folgende Weise ein Teststück gemäß einem erfindungsgemäßen Muster 6 angefertigt. Zunächst wurden das NR-Material und das Acrylkautschukmaterial in dem in Tabelle 2 angegebenen (auf das Gewicht bezogenen) Misch- oder Mengenanteil des NR-Materials und des Acrylkautschukmaterials miteinander gemischt und wurde das Gemisch aus dem NR-Material und dem Acrylkautschuk gleichmäßig in einem Banbury-Mischer verknetet. Zu 100 Gewichtsteilen des auf diese Weise angesetzten Kautschukgemisches wurden in den jeweils in Tabelle 2 angegeben Mengen Zinkoxid plus Stearinsäure als Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff, HAF-Ruß (ASTM-N330) und ein aromatisches Öl als Weichmacher hinzugegeben. Nach dem Kneten des Gemisches im Banbury-Mischer, wurden in den jeweiligen, ebenfalls in Tabelle 2 angegebenen Mengen Schwefel als Vulkanisiermittel A, Hexamethylendiamincarbamat als Vulkanisiermittel B und N-cyclohexyl-2-benzothiazolylsulfenamid als Vulkanisationsbeschleuniger hinzugegeben. Sämtliche Komponenten wurden gleichmäßig mit einem Walzenmischer verknetet, um so für eine unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung zu sorgen. Die auf diese Weise erzielte unvulkanisierte Kautschukzusammensetzung wurde 20 Minuten lang bei 160°C einem Pressform- und Vulkanisiervorgang unterzogen, bei dem das NR-Material und das Acrylkautschukmaterial gleichzeitig vulkanisiert wurden, um so zur Überprüfung der Zugfestigkeit, der Härte und des spezifischen Durchgangswiderstands für einen vulkanisierten Kautschuk als Teststück des Musters 6 zu sorgen. Bei diesem Muster 6 wurde die Größe der in der NR-Masse verteilten Teilchen des Acrylkautschuks gemessen, um die mittlere Teilchengröße des Acrylkautschuks zu ermitteln. Die ermittelte mittlere Teilchengröße des Acrylkautschuks betrug bei diesem Muster 6 etwa 0,5~3 μm.
– Fertigung von Vergleichsmustern 1~4 –
Auf der anderen Seite wurden zur Überprüfung der Zugfestigkeit, der Härte und des spezifischen Durchgangswiderstands Teststücke gemäß Vergleichsmustern 1~4 angefertigt, indem die in Tabelle 3 angegebenen Kautschukzusammensetzungen jeweils 20 Minuten lang bei 160°C durch einen Pressform- und Vulkanisiervorgang geformt und vulkanisiert wurden. Diese Kautschukzusammen setzungen enthielten lediglich als Kautschukmaterial das NR-Material.
TABELLE 2
TABELLE 3
Die zur Überprüfung der Zugfestigkeit verwendeten Teststücke waren aus dem vulkanisierten Kautschuk gebildete, glockenförmige Teststücke (Typ Nr. 5) gemäß JIS-K-6251-1993, "Zugversuch mit vulkanisiertem Kautschuk". Die zur Überprüfung der Härte verwendeten Teststücke waren aus dem vulkanisierten Kautschuk gebildete, 2 mm dicke Platten gemäß JIS-K-6253-1997, "Durometerhärtetest", beschrieben in "Physikalisches Testverfahren für vulkanisierten Kautschuk". Die für die Überprüfung des spezifischen Durchgangswiderstands verwendeten Teststücke waren aus dem vulkanisierten Kautschuk gebildete, 150 mm × 150 mm × 2 mm große Lagen gemäß SRIS-2304-1971.
Die wie oben beschrieben angefertigten Teststücke gemäß den erfindungsgemäßen Mustern 1~6 und den Vergleichsmustern 1~6 wurden auf die folgende Weise bezüglich der Zugfestigkeit, der Härte und des spezifischen Durchgangswiderstands untersucht.
– Zugversuch –
Die Teststücke für den Zugversuch wurden gemäß dem oben beschriebenen Standard JIS-K-6251-1993, "Zugversuchverfahren für vulkanisierten Kautschuk", solange mit einer Zugmaschine einer Zuglast ausgesetzt, bis jedes Teststück brach oder riss. Während des Anlegens der Zuglast an die Teststücke wurde die maximale Zugspannung (Zugfestigkeit Tb) gemessen, als das Teststück brach, sowie das Dehnungsmaß (Bruchdehnung Eb), als das Teststück brach. Die Messergebnisse sind in Tabelle 4 und Tabelle 5 angegeben.
– Überprüfung der Härte –
Die Härte jedes für die Überprüfung der Härte gedachten Teststückes wurde gemäß dem oben beschriebenen Standard JIS-K-6253-1997, "Durometerhärtetest" mit einem Durometer vom Typ A gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 4 und Tabelle 5 angegeben.
– Überprüfung des spezifischen Durchgangswiderstands –
Der spezifische Durchgangswiderstand (ρv) jedes für die Überprüfung des spezifischen Durchgangswiderstands gedachten Teststückes wurde gemäß dem von der Japan Rubber Association spezifizierten Standard SRIS-2304-1971, "Testverfahren für den spezifischen Durchgangswiderstand von Kautschuk und dergleichen" gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 4 und Tabelle 5 angegeben. Der Versuch erfolgte unter Verwendung von drei Elektroden, die aus einer Hauptelektrode mit einem Durchmesser von 50 mm, einer Schutzelektrode mit einer Breite von 5 mm und einem Innendurchmesser von 60 mm und einer Gegenelektrode mit einem Durchmesser von mindestens 100 mm bestanden. Die Messungen erfolgten, indem an jedes Teststück eine Minute lang eine Spannung von 500 V angelegt wurde.
Der Zusammenhang zwischen dem spezifischen Durchgangswiderstand und der Härte in jedem Teststück ist grafisch in 2 gezeigt.
TABELLE 4
TABELLE 5
Wie aus den Tabellen 2~5 und der grafischen Darstellung von 2 hervorgeht, die den Zusammenhang zwischen dem spezifischen Durchgangswiderstand und der Härte jedes Teststücks zeigt, haben die Teststücke gemäß den erfindungsgemäßen Mustern 1~6 Härtewerte, die höher als die der Teststücke gemäß den Vergleichsmustern 1~4 sind, deren Zusammensetzungen im Wesentlichen die gleiche Rußmenge wie die Teststücke gemäß den erfindungsgemäßen Mustern 1~6 enthalten. Es ist ebenfalls zu erkennen, dass die Teststücke gemäß den erfindungsgemäßen Mustern 1~6 höhere Werte für den spezifischen Durchgangswiderstand haben als die Teststücke gemäß den Vergleichsmustern 1~4, die im Wesentlichen den gleichen Härtegrad wie die Teststücke gemäß den Mustern 1~6 haben. Die elektrische Leitfähigkeit ist daher bei den Teststücken gemäß den erfindungsgemäßen Mustern 1~6 geringer.
Bei jedem der Teststücke gemäß den Vergleichmustern 5 und 6, bei denen die Menge des in der jeweiligen Kautschukzusammensetzung enthaltenen Acrylkautschuks nicht in den angegeben erfindungsgemäßen Bereich fällt, ist der spezifische Durchgangswiderstand nicht wie gewünscht erhöht und sind die physikalische Eigenschaften wie die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung schlechter.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, ist bei dem erfindungsgemäßen Kautschukprodukt mit der Metallstruktur der vulkanisierte Kautschuk verbunden, der die Insel/See-Struktur hat, bei der in der Matrixphase des Naturkautschuks eine passende Menge des Acrylkautschuks gleichmäßig in Form von feinen Teilchen verteilt ist. Dank der verteilten feinen Teilchen des Acrylkautschuks zeigt der vulkanisierte Kautschuk gewünschte physikalische Eigenschaften wie eine hohe Härte und Festigkeit und ist er aus der unvulkanisierten Kautschukzusammensetzung gebildet, in der die Rußmenge minimiert ist, so dass der spezifische Durchgangswiderstand des vulkanisierten Kautschuks wirksam erhöht werden kann. Das erfindungsgemäße Kautschukprodukt mit der Metallstruktur zeigt dementsprechend eine hohe Korrosionsbeständigkeit und hat ein wirksam reduziertes Gewicht.
Wenn das wie oben beschrieben aufgebaute Kautschukprodukt mit der Metallstruktur als schwingungsdämpfendes Kautschukbauteil in Kraftfahrzeugen verwendet wird, haben die Kraftfahrzeuge vorteilhafterweise ein reduziertes Gewicht und einen geringeren Kraftstoffverbrauch und erreichen eine hohe Leistung.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, dass das hergestellte Kautschukprodukt mit der Metallstruktur eine hohe Korrosionsbeständigkeit zeigt.

Claims

Kautschukprodukt mit einer aus einem Aluminiummaterial gebildeten Metallstruktur, mit der ein vulkanisierter Kautschuk verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der vulkanisierte Kautschuk aus einer Zusammensetzung gebildet ist, in der ein Naturkautschuk und ein Acrylkautschuk in einem Gewichtsverhältnis von 90/10~60/40 gemischt sind, und der vulkanisierte Kautschuk eine Insel/See-Struktur hat, in der feine, 0,1~100 μm große Teilchen des Acrylkautschuks in einer Matrixphase des Naturkautschuks verteilt sind.
Kautschukprodukt nach Anspruch 1, bei dem der vulkanisierte Kautschuk einen spezifischen Durchgangswiderstand von nicht weniger als 1 × 10⁶ Ωcm hat.
Kautschukprodukt nach Anspruch 1, bei dem der vulkanisierte Kautschuk einen spezifischen Durchgangswiderstand von nicht weniger als 1 × 10⁸ Ωcm hat.
Kautschukprodukt nach einem der Ansprüche 1–3, bei dem die feinen Teilchen des Acrylkautschuks eine Größe von nicht mehr als 10 μm haben.
Schwingungsdämpfendes Kautschukbauteil zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wobei das schwingungsdämpfende Bauteil von dem in einem der Ansprüche 1–4 definierten Kautschukprodukt gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts mit einer aus einem Aluminiummaterial bestehenden Metallstruktur, mit der ein vulkanisierter Kautschuk verbunden ist, mit den Schritten gleichmäßiges Mischen eines unvulkanisierten Naturkautschukmaterials und eines unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials in einem Gewichtsverhältnis von 90/10~60/40 zusammen mit einem Vulkanisiermittel, das dazu imstande ist, lediglich das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial zu vulkanisieren, so dass das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial fein in dem unvulkanisierten Naturkautschukmaterial verteilt ist; Vulkanisieren des fein in dem unvulkanisierten Naturkautschukmaterial verteilten unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials; und Vulkanisieren des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials, nachdem ein Vulkanisiermittel hinzugegeben worden ist, das dazu imstande ist, das unvulkanisierte Naturkautschukmaterial zu vulkanisieren, um den mit der Metallstruktur verbundenen vulkanisierten Kautschuk zu erzielen, wobei der vulkanisierte Kautschuk eine Insel/See-Struktur hat, in der in einer Matrixphase aus einem vulkanisierten Naturkautschuk, die durch Vulkanisation des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials erzielt wurde, feine Teilchen aus einem vulkanisierten Acrylkautschuk verteilt sind, die eine Größe von 0,1~100 μm haben und durch Vulkanisation des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials erzielt wurden.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach Anspruch 6, bei dem der vulkanisierte Kautschuk einen spezifischen Durchgangswiderstand von nicht weniger als 1 × 10⁶ Ωcm hat.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach Anspruch 6, bei dem der vulkanisierte Kautschuk einen spezifischen Durchgangswiderstand von nicht weniger als 1 × 10⁸ Ωcm hat.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach einem der Ansprüche 6–8, bei dem die feinen Teilchen aus dem vulkanisierten Acrylkautschuk eine Größe von nicht mehr als 10 μm haben.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach einem der Ansprüche 6–9, bei dem das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial aus einem künstlichen Kautschukmaterial besteht, das als Hauptbestandteil Alkylacrylat enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach Anspruch 10, bei dem das künstliche Kautschukmaterial aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Copolymer (ACM) aus Alkylacrylat und 2-Chlorethylvinylether, einem Copolymer (ANM) aus Alkylacrylat und Acrylnitril und einem Copolymer (AEM) aus Alkylacrylat und Ethylen besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach einem der Ansprüche 6–11, bei dem das Vulkanisiermittel zum Vulkanisieren des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials ein Vulkanisiermittel auf Polyaminbasis ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach Anspruch 12, bei dem Vulkanisiermittel auf Polyamin basis Hexamethylendiamincarbamat oder Triethylentetramin ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach einem der Ansprüche 6–13, bei dem das Vulkanisiermittel zum Vulkanisieren des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials ein Vulkanisiermittel auf Schwefelbasis ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts mit einer aus einem Aluminiummaterial gebildeten Metallstruktur, mit der ein vulkanisierter Kautschuk verbunden ist, mit den Schritten: Ansetzen einer unvulkanisierten Kautschukzusammensetzung durch gleichmäßiges Zusammenmischen eines unvulkanisierten Naturkautschukmaterials und eines unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials in einem Gewichtsverhältnis von 90/10~60/40 und Hinzugeben eines Vulkanisiermittels zum Vulkanisieren des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials und eines Vulkanisiermittels zum Vulkanisieren des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials; und Vulkanisieren einer auf diese Weise erzielten Mischung, um den mit der Metallstruktur verbundenen vulkanisierten Kautschuk zu erzielen, wobei der vulkanisierte Kautschuk eine Insel/See-Struktur hat, in der in einer Matrixphase aus einem vulkanisierten Naturkautschuk, die durch Vulkanisation des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials erzielt wurde, feine Teilchen aus vulkanisiertem Acrylkautschuk verteilt sind, die eine Größe von 0,1~100 μm haben und durch Vulkanisation des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials erzielt wurden.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach Anspruch 15, bei dem der vulkanisierte Kautschuk einen spezifischen Durchgangswiderstand von nicht weniger als 1 × 10⁶ Ωcm hat.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach Anspruch 15, bei dem der vulkanisierte Kautschuk einen spezifischen Durchgangswiderstand von nicht weniger als 1 × 10⁸ Ωcm hat.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach einem der Ansprüche 15–17, bei dem die feinen Teilchen aus dem vulkanisierten Acrylkautschuk eine Größe von nicht mehr als 10 μm haben.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach einem der Ansprüche 15–18, bei dem das unvulkanisierte Acrylkautschukmaterial aus einem künstlichen Kautschukmaterial besteht, das als Hauptbestandteil Alkylacrylat enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach Anspruch 19, bei dem das künstliche Kautschukmaterial aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Copolymer (ACM) aus Alkylacrylat und 2-Chlorethylvinylether, einem Copolymer (ANM) aus Alkylacrylat und Acrylnitril und einem Copolymer (AEM) aus Alkylacrylat und Ethylen besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach einem der Ansprüche 15–20, bei dem das Vulkanisiermittel zum Vulkanisieren des unvulkanisierten Acrylkautschukmaterials ein Vulkanisiermittel auf Polyaminbasis ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach Anspruch 21, bei dem Vulkanisiermittel auf Polyaminbasis Hexamethylendiamincarbamat oder Triethylentetramin ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kautschukprodukts nach einem der Ansprüche 15–22, bei dem das Vulkanisiermittel zum Vulkanisieren des unvulkanisierten Naturkautschukmaterials ein Vulkanisiermittel auf Schwefelbasis ist.