-
Die
Erfindung betrifft verbesserte Verbundwerkstoffmaterialien, die
zur Herstellung von Riemen, Reifen und dergleichen geeignet sind,
und ein Verfahren zur Herstellung solcher Verbundwerkstoffmaterialien.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Haftmittel, das insbesondere
zum Binden von Zinkacrylat-verstärkten oder
Peroxid-gehärteten
hydrierten Nitrilelastomeren an verschiedene Substrate, einschließlich einen
behandelten Glasfaserkord, geeignet ist.
-
Verbundwerkstoffe,
die zur Herstellung von Riemen, Reifen und dergleichen geeignet
sind, müssen extrem
kohäsiv
sein und im Gebrauch ihre Zugfestigkeit beibehalten. Bisherige Verbundwerkstoffe
weisen jedoch keine ideale Bewahrung der Zugfestigkeit und der Kohäsionsfestigkeit
auf. Dies gilt insbesondere für
Verbundwerkstoffe, die einen Glasfaserkord umfassen, der an dauerbeständige Kautschuke
gebunden ist, die eine geringe Ungesättigtheit aufweisen, wie z.B.
Peroxid-gehärtete
und Zeon Super Composite-verstärkte (ZSC-verstärkte) hydrierte
Nitrilelastomere (HNBR). Demgemäß besteht
ein Bedarf für
verbesserte Verbundwerkstoffe. ZSC ist ein Zinkacrylat-verstärktes HNBR,
das von Zeon Chemicals erhältlich
ist.
-
Das
US-Patent 4,051,281, das in diese Beschreibung unter Bezugnahme
vollständig
einbezogen wird, betrifft eine wässrige
alkalische Dispersion eines kautschukartigen Vinylpyridin-Copolymers,
von Trimethylolphenol und einer Resorcinverbindung in bestimmten
Mengen, die zur Bildung eines Haftmittels zum Binden von Glasfaserverstärkungselementen
oder -kords an Kautschukcompounds oder -rohmischungen geeignet ist. Nach
dem Eintauchen des Glasfaserkords in das Resol-Haftmitteltauchbad wird der beschichtete
Kord erhitzt, um den Kord zu trocknen und das Haftmittel auf dem
Kord einer Hitzehärtung
zu unterziehen. Danach wird der Haftmittel-enthaltende Glasfaserkord
mit einem härtbaren
Kautschukcompound kombiniert oder laminiert (kalandriert) und das
resultierende Produkt wird zur Bildung eines Verbundwerkstoffs gehärtet, bei
dem der Glasfaserkord durch das Haftmittel an den Kautschuk gebunden
ist.
-
Die
britische Patentveröffentlichung
2 155 488 („die
britische Patentveröffentlichung") beschreibt Haftmittelzusammensetzungen,
die als essentielle Bestandteile 2,3-Dihalogen-1,3-butadienpolymer, eine
aromatische Nitrosoverbindung, ein Bleisalz von Phosphorsäure oder
von Dicarbonsäuren
und mindestens eine Maleimidverbindung umfassen. Bezüglich der
essentiellen Komponenten der Haftmittelkomponenten der britischen
Patentveröffentlichung
liegt die aromatische Nitrosokomponente im Bereich von 1 bis 200,
vorzugsweise von 10 bis 100 Gewichtsteilen vor, und das Bleisalz
liegt in einer Menge im Bereich von 10 bis 200, vorzugsweise von
25 bis 100 und insbesondere von 35 bis 75 Gewichtsteilen vor. Die
Maleimidverbindung liegt in einer Menge von 0,5 bis 100, vorzugsweise
von 2 bis 50 Gewichtsteilen vor, wobei die Mengen jeder Komponente auf
100 Teile des 2,3-Dihalogen-1,3-butadienpolymers
bezogen sind. Die britische Patentveröffentlichung beschreibt auch,
dass die Verwendung der Maleimidverbindung in einer Menge von 150
bis 200 Gewichtsteilen zu einer besseren Umweltbeständigkeit
als bei einer Menge von 25 bis 75 Gewichtsteilen führt, jedoch
verbieten deren erhöhte
Kosten deren Verwendung in größeren Mengen,
mit Ausnahme von besonders aggressiven Umgebungen, wo die Kosten
ein geringerer Faktor sind.
-
Das
US-Patent 4,119,587 beschreibt Zusammensetzungen, die mindestens
ein Halogen-enthaltendes Polymer, mindestens eine aromatische Nitrosoverbindung,
mindestens ein Salz von bestimmten anorganischen und organischen
Säuren
und gegebenenfalls mindestens eine Maleimidverbindung umfassen.
Die Ansprüche
des Patents beschreiben die Verwendung von 0 bis etwa 25 Gewichtsteilen
pro 100 Gewichtsteile des Halogen-enthaltenden Polyolefins. Die
beschriebenen Halogen-enthaltenden
Polymere umfassen chlorsulfoniertes Polyethylen und chlorierten
Naturkautschuk.
-
Das
US-Patent 5,268,404 beschreibt Haftmittel, die ein halogeniertes
Polyolefin, eine aromatische Nitrosoverbindung, ein Metalloxid,
wie z.B. Zinkoxid oder Magnesiumoxid, und gegebenenfalls ein Vulkanisiermittel,
wie z.B. Schwefel oder Selen, ein Phenolepoxyharz oder Ruß umfassen.
Die Verwendung von Maleimiden in Mengen von 0 bis 50 Gewichtsteilen
pro 100 Teile Polyolefin wird ebenfalls diskutiert.
-
Die
gleichzeitig anhängige
US-Anmeldung mit der Seriennummer 08/889,294, die am 8. Juli 1997
angemeldet worden ist, betrifft ein wässriges Haftmittel, das einen
Halogenbutadien-Homopolymerlatex, ein wässriges lösliches oder dispergierbares
Phenolharz und eine Verbindung auf Maleimidbasis umfasst. Die Verbindung
auf Maleimidbasis liegt in der Haftmittelzusammensetzung in einer
Menge von 10 bis 35, vorzugsweise von 10 bis 20 % Trockengewicht
auf der Basis der Primärkomponenten
der Haftmittelzusammensetzung vor.
-
Die
US-A-5,281,638 beschreibt eine wässrige
Haftmittelzusammensetzung, die einen chlorsulfonierten Polyethylenlatex,
eine Polymaleimidverbindung, eine Nitrosoverbindung und ein Metalloxid
enthält.
Die Haftmittelzusammensetzung weist ein Vermögen zum effektiven Binden von
Elastomeren an verschiedene Substrate auf, die das Haftmittel empfangen
können,
wie z.B. ein Glas, Kunststoff, Gewebe und Metall.
-
Die
US-A-5,268,404 beschreibt eine Haftmittelzusammensetzung, die starke
Kautschuk-Metall-Bindungen und eine Umweltbeständigkeit aufweist, ohne dass
zuerst die Metalloberfläche
mit einem Haftvermittler behandelt wird. Die Zusammensetzung umfasst
ein halogeniertes Polyolefin, eine aromatische Nitrosoverbindung,
ein Metalloxid, wie z.B. Zinkoxid oder Magnesiumoxid, und gegebenenfalls
ein Vulkanisiermittel, wie z.B. Schwefel oder Selen, ein Phenolepoxyharz
oder Ruß.
-
Die
US-A-4,978,409 beschreibt ein Verfahren zum Binden von Fasern, die
mit einem Aktivierungsmittel behandelt worden sind, an einen hydrierten
Nitrilkautschuk unter Verwendung einer Haftmittelzusammensetzung,
die (a) 1 bis 90 Gew.-% halogenierte Polymere, (b) 10 bis 99 Gew.-%
Polyisocyanate, aromatische Polynitrosoverbindungen oder Polyepoxyverbindungen
umfasst.
-
Die
JP-A-04 198 325 A beschreibt das Binden eines hydrierten Nitrilkautschukcompounds
an Fasern. Die Fasern werden mit einer Lösung behandelt, die eine Urethanmodifizierte
Epoxyverbindung enthält,
und dann wird die behandelte Faser in ein Gemisch aus Resorcin-Formalin
und Kauschuklatex getaucht.
-
Demgemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Verbundwerkstoffmaterialien bereitzustellen,
die zur Herstellung von Riemen, Reifen und dergleichen geeignet
sind und die faserverstärkte Stickstoff-enthaltende
Kautschuke umfassen.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Haftmittel
bereitzustellen, das zum Binden von Kautschuken, die eine geringe
Ungesättigtheit
aufweisen, an verschiedene Substrate, einschließlich Fasern, Gewebe oder Metall,
geeignet ist.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Verbundwerkstoff,
umfassend:
- (a) ein Zinkacrylat-verstärktes oder
Peroxid-gehärtetes
hydriertes Nitrilelastomer,
- (b) eine Haftvermittler-beschichtete Verstärkungsfaser, und
- (c) eine Haftmittelzusammensetzung, die das Elastomer an die
Haftvermittlerbeschichtete Verstärkungsfaser
bindet, wobei die Haftmittelzusammensetzung ein halogeniertes Polyolefin,
eine Nitrosoverbindung und ein Maleimid umfasst, wobei das Maleimid
in einer Menge von mindestens 50 Gew.-% des halogenierten Polyolefins
vorliegt.
-
Ein
anderer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung
eines Verbundwerkstoffs, umfassend:
- (a) Aufbringen
einer Haftvermittlerbeschichtung auf eine Faser,
- (b) Aufbringen einer Haftmittelbeschichtung, die ein halogeniertes
Polyolefin, eine Nitrosoverbindung und ein Maleimid umfasst, wobei
das Maleimid in einer Menge von mindestens 50 Gew.-% des halogenierten Polyolefins
vorliegt, auf die beschichtete Faser,
- (c) Aufbringen eines Nitril-enthaltenden Elastomers auf die
Haftmittelbeschichtete Verstärkungsfaser
zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, und
- (d) Härten
des Verbundwerkstoffs.
-
Die 1 ist
eine Wärmebeständigkeits-Bewegungstestvorrichtung
-
Die
Verbundwerkstoffe der vorliegenden Erfindung umfassen ein Elastomer
mit einer geringen Ungesättigtheit,
eine Verstärkungsfaser
und ein Haftmittel, das angepasst ist, eine verbesserte Haftung
und Bewahrung der Zugfestigkeit in dem Verbundwerk stoff bereitzustellen.
Die Hauptkomponenten der Haftmittelzusammensetzung sind ein halogeniertes
Polyolefin, eine Nitrosoverbindung und ein Maleimid.
-
Erfindungsgemäß können zwei
oder mehr Schichten aneinander gebunden werden. Beispielsweise kann
die Haftmittel-imprägnierte
Verstärkungsfaser
sandwichartig zwischen äußeren vulkanisierbaren
Elastomerschichten angeordnet und an diese gebunden werden, um eine
Verbundwerkstoff-Mehrschichtstruktur zu bilden. Zusätzliche
Haftmittel-behandelte Substrate, wie z.B. eine Gewebeumhüllung, können auch
auf eine äußere Oberfläche der
Mehrschichtstruktur aufgebracht werden. Beispiele für Gegenstände, die
unter Verwendung der erfindungsgemäßen Haftmittel gebildet werden
können,
umfassen Reifen sowie viele verschiedene verstärkte Riemen, wie z.B. Zahn-
und Serpentinenriemen für
die Kraftfahrzeugindustrie und andere industrielle Anwendungen,
die eine Glasfaser-Verstärkungsschicht
umfassen können,
die zwischen äußeren vulkanisierten
Kautschukschichten sandwichartig angeordnet ist, Schläuche, Luftfedern
und dergleichen. Das erfindungsgemäße Haftmittel kann auch zum
Binden sowohl einer Verstärkungsfaser
an ein äußeres vulkanisierbares
Elastomer als auch des Elastomers an eine äußere Gewebeumhüllung verwendet
werden.
-
Die
Elastomere mit einer geringen Ungesättigtheit gemäß der vorliegenden
Erfindung sind vorzugsweise Elastomere, die bei der Herstellung
von Riemen, Reifen und dergleichen eine gute Umweltstabilität bereitstellen.
Beispielsweise sind Elastomere mit einem Sättigungsgrad von 90 % oder
mehr bevorzugt. Ein typisches bekanntes Verfahren zur Bestimmung
des Grads der Ungesättigtheit
ist die Iodzahl. Bevorzugte Elastomere weisen eine Iodzahl von weniger
als 40 auf. Die am meisten bevorzugten Elastomere mit einer geringen Ungesättigtheit
sind ein Peroxid-gehärtetes
und ZSC-verstärktes (Zinkacrylat-verstärktes) HNBR.
-
Glaszusammensetzungen,
die zur Herstellung der Fasern für
den verstärkten
Verbundwerkstoff geeignet sind, sind bekannt, vgl. das US-Patent
4,051,281. Ein bevorzugtes zu verwendendes Glas ist ein Glas, das als
E-Glas bekannt ist und in „Mechanics
of Pneumatic Tires",
Clark, National Bureau of Standards Monograph 122, U.S. Dept. of
Commerce, herausgegeben im November 1971, Seiten 241–243, 290
und 291 beschrieben ist. Die Anzahl der Glasfilamente oder Fasern,
die eingesetzt werden, kann abhängig
von der Endanwendung oder den Betriebsanforderungen beträchtlich
variieren. Entsprechend kann die Anzahl der Glasfaserstränge, die
zur Herstellung eines verstärkten
Verbundwerkstoffs verwendet werden, breit variieren. Im Allgemeinen kann
die Anzahl der Filamente in den Glasfasern in einem einzelnen Verstärkungselement
oder Kord für
einen Personenwagenreifen von etwa 500 bis 3000 variieren.
-
Nachdem
die Glasfasern gebildet worden sind, werden sie typischerweise einem
Schlichten (durch Sprühen
oder Tauchen, usw., und Lufttrocknen) mit einer sehr geringen Menge
oder einer Bruchteilmenge, bezogen auf das Gewicht, eines Materials,
das als Schutzbeschichtung bei der Behandlung und Handhabung der Glasfasern
bei der Bildung der Stränge
oder der Verstärkungselemente
und während
des Verpackens wirkt, unterworfen. Es wird angenommen, dass das
Schlichtemittel während
des anschließenden
Eintauchens in das wässrige
Haftmittelreifenkordtauchbad nicht entfernt wird. Materialien zur
Verwendung als Schlichtemittel für Glasfasern
sind bekannt. Verschiedene Glasfaserschlichteverbindungen und -zusammensetzungen
sind in den US-Patenten Nr. 3,252,278, 3,287,204 und 3,538,974 beschrieben,
die unter Bezugnahme in diese Beschreibung einbezogen werden. Andere
Verstärkungsfasern,
wie z.B. Polyester, Nylonpolymere und Kevlar, können ebenfalls verwendet werden.
-
Der
Haftvermittler kann jedweder Haftvermittler sein, der typischerweise
bei der Herstellung von Glasfasern zum Binden verwendet wird. Beispielsweise
kann ein Resorcin-Formaldehyd-Novolak oder -Novolakharz oder ein
Gemisch davon verwendet werden. Das Molverhältnis von Resorcin zu Formaldehyd
kann über einen
beträchtlichen
Bereich variieren, um Novolake bereitzustellen, die bei der Durchführung der
vorliegenden Erfindung geeignet sind, obwohl ein bevorzugtes Molverhältnis von
Resorcin zu Formaldehyd etwa 1:0,5 bis 2,0 beträgt. Diese Verbindungen und
Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt. Andere Haftvermittler, wie
z.B. Polyisocyanate, können
verwendet werden.
-
Bei
der Halogen-enthaltenden Polyolefinkomponente des Haftmittels kann
es sich um natürliche
oder synthetische Elastomere handeln. Die in den halogenierten Polyolefinelastomeren
verwendeten Halogene werden üblicherweise
Chlor oder Brom sein, obwohl auch Fluor verwendet werden kann. Gemischte
Halogene können
ebenfalls verwendet werden, wobei das Halogen-enthaltende Polyolefinelastomer
in diesem Fall mehr als einen Halogensubstituenten aufweist. Die
Menge des Halogens scheint nicht kritisch zu sein und kann abhängig von
der Art des Basispolymers von einem niedrigen Wert wie z.B. etwa
3 Gew.-% bis zu mehr als 70 Gew.-% reichen. Halogen-enthaltende
Polyolefinelastomere und deren Herstellung sind bekannt und Details bezüglich dieser
Materialien oder deren Herstellung müssen nicht erläutert werden.
Repräsentative
Halogen-enthaltende Polyolefinelastomere umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein,
chlorierten Naturkautschuk, Chlor- und Brom-enthaltende synthetische
Kautschuke, einschließlich
Polychloropren, chloriertes Polychloropren, chloriertes Polybutadien,
chlorierte Butadien-Styrol-Copolymere, chlorierte Ethylen-Propylen-Copolymere
und Ethylen/Propylen/nicht-konjugiertes Dien-Terpolymere, chloriertes
Polyethylen, chlorsulfoniertes Polyethylen, bromiertes Poly(1,3-dichlor-1,3-butadien), Copolymere
von alpha-Chloracrylnitril und 2,3-Dichlor-1,3-butadien, chloriertes
Polyvinylchlorid und dergleichen, einschließlich Gemische solcher Halogen-enthaltender
Elastomere. Folglich kann bei der Durchführung dieser Erfindung im Wesentlichen
jedwedes der bekannten Halogen-enthaltenden Derivate natürlicher
und synthetischer Elastomere verwendet werden, einschließlich Gemische
solcher Elastomere. Gegenwärtig
bilden chlorsulfonierte Polyethylenelastomere allein oder in einer
Kombination mit chloriertem Kautschuk bevorzugte Halogen-enthaltende
filmbildende Polymere. Die halogenierten Polyolefine liegen in Mengen
von 20 bis 60 Gew.-% und vorzugsweise von 35 bis 45 Gew.-% der Hauptkomponenten
vor.
-
Eine
Ausführungsform
der Erfindung betrifft das Fehlen von 2,3-Dihalogen-1,3-butadien in dem Haftmittel.
Das Fehlen dieses Bestandteils stellt ein lagerstabileres Haftmittel
bereit. Das Fehlen solcher Komponenten stellt auch ein verbessertes
Binden bereit.
-
Die
Nitrosoverbindung des Haftmittels kann eine Nitrosoverbindung als
solche oder ein Vorläufer
einer Nitrosoverbindung sein. Die Nitrosoverbindung kann jedweder
aromatische Kohlenwasserstoff, wie z.B. Benzole, Naphthaline, Anthracene,
Biphenyle und dergleichen sein, der mindestens zwei Nitrosogruppen
enthält, die
direkt an nicht-benachbarte Ringkohlenstoffatome gebunden sind.
Insbesondere werden solche Nitrosoverbindungen als aromatische Verbindungen
mit 1 bis 3 aromatischen Kernen, einschließlich anellierter aromatischer
Kerne, mit 2 bis 6 Nitrosogruppen, die direkt an nicht-benachbarte
Kernkohlenstoffatome gebunden sind, beschrieben. Die gegenwärtig bevorzugten
Nitrosoverbindungen sind die aromatischen Dinitrosoverbindungen,
insbesondere die Dinitrosobenzole und Dinitrosonaphthaline, wie
z.B. die meta- oder para-Dinitrosobenzole und die meta- oder para-Dinitrosonaphthaline.
Die Kernwasserstoffatome des aromatischen Kerns können durch
Alkyl, Alkoxy, Cycloalkyl, Aryl, Aralkyl, Alkaryl, Arylamin, Arylnitroso,
Amino, Halogen und entsprechende Gruppen ersetzt werden. Die Gegenwart
solcher Substituenten am aromatischen Kern hat einen geringen Effekt
auf die Aktivität
der Nitrosoverbindungen in der vorliegenden Erfindung. Soweit es
gegenwärtig bekannt
ist, gibt es bezüglich
der Eigenschaften des Substituenten keine Beschränkung und solche Substituenten
können
organisch oder anorganisch sein. Wenn hier auf die Nitrosoverbindung
Bezug genommen wird, ist dies folglich so zu verstehen, dass sowohl
substituierte als auch unsubstituierte Nitrosoverbindungen umfasst
sind, falls nichts anderes angegeben ist.
-
Eine
partielle, nicht-beschränkende
Aufzählung
von Nitrosoverbindungen, die zur Verwendung bei der Durchführung der
Erfindung geeignet sind, umfasst m-Dinitrosobenzol, p-Dinitrosobenzol,
m-Dinitrosonaphthalin, p-Dinitrosonaphthalin, 2,5-Dinitroso-p-cymol,
2-Methyl-1,4-dinitrosobenzol, 2-Methyl-5-chlor-1,4-dinitrosobenzol,
2-Cyclohexyl-1,4-dinitrosobenzol und Kombinationen davon. Die erfindungsgemäß besonders
bevorzugte Nitrosoverbindung ist Polydinitrosobenzol. Die Nitrosoverbindung
kann in Mengen von 1 bis 50 Gew.-% und vorzugsweise von 5 bis 30
Gew.-% der Hauptkomponenten vorliegen.
-
Bei
dem Maleimid des Haftmittels handelt es sich um Verbindungen auf
Maleimidbasis, wie z.B. um ein aromatisches Bismaleimid oder Polymaleimid.
Die Maleimidverbindung kann jedwede Verbindung sein, die mindestens
zwei Maleimidgruppen enthält.
Geeignete Maleimidverbindungen umfassen die N,N'-verknüpften Bismaleimide, die entweder
direkt an den Stickstoffatomen ohne jedwede dazwischen liegende
Struktur verbunden sind, oder bei denen die Stickstoffatome durch
einen dazwischen liegenden zweiwertigen Rest, wie z.B. Alkylen,
Cycloalkylen, Epoxydimethylen, Phenylen (alle drei Isomere), 2,6-Dimethylen-4-alkylphenol
oder Sulfonyl verbunden und getrennt sind. Die Maleimidverbindung
kann auch eine aromatische Polymaleimid verbindung sein. Ein Beispiel
für eine
Maleimidverbindung, bei der die Maleimidgruppen an einen Phenylenrest gebunden
sind, ist m-Phenylenbismaleimid, das als HVA-2 von E.I. Du Pont de Nemours & Co. erhältlich ist. Dabei
handelt es sich um das bevorzugte Maleimid gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Maleimid liegt in einer Menge von mindestens 50 % des halogenierten
Polyolefins vor.
-
Die
Metalloxide, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet
sind, sind Zinkoxid und Magnesiumoxid. Die Metalloxide sind bekannte
Handelsprodukte und müssen
hier nicht detailliert diskutiert werden.
-
Gegebenenfalls
können
die erfindungsgemäßen Haftmittelzusammensetzungen
herkömmliche
Additive, wie z.B. ein inertes Füllstoffmaterial,
Polymerfilm-bildende Zusatzstoffe, Pigmente, Lösungsmittel und dergleichen
umfassen, wobei die Mengen solcher Zusätze innerhalb des gewöhnlich eingesetzten
Bereichs liegen. Ein besonders bevorzugter Füllstoff ist Ruß und wenn
Ruß verwendet
wird, wird dieser in Mengen im Bereich von 0 bis 20 Gew.-% verwendet.
-
Die
erfindungsgemäßen Haftmittelzusammensetzungen
werden mit herkömmlichen
Mitteln hergestellt. Für
ein einfaches Aufbringen werden die Komponenten, wie es in dem Fachgebiet üblich ist,
in einem inerten flüssigen
Träger
gemischt und dispergiert, der, sobald die Zusammensetzung aufgebracht
worden ist, einfach verdampft werden kann. Beispiele für geeignete
Träger
sind aromatische und halogenierte aromatische Kohlenwasserstoffe,
wie z.B. Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, Dichlorbenzol und dergleichen;
halogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Trichlorethylen,
Perchlorethylen, Propylendichlorid und dergleichen; Ketone, wie
z.B. Methylethylketon, Methylisobutylketon und dergleichen; Ether,
Petrolether, usw., einschließlich
Gemische solcher Träger.
Die Menge des eingesetzten Trägers
ist derart, dass eine Zusammensetzung bereitgestellt wird, die zur
Verwendung als Haftmittel geeignet ist. Diese Menge wird gewöhnlich derart sein,
dass ein Gesamtfeststoffgehalt im Bereich von etwa 5 bis 80, vorzugsweise
von etwa 15 bis etwa 40 Gew.-%, bereitgestellt wird.
-
Das
Haftmittel wird auf Substratoberflächen in einer herkömmlichen
Weise aufgebracht, wie z.B. durch Tauchen, Sprühen, Bürsten und dergleichen. Vorzugsweise werden
die Substratoberflächen
nach dem Beschichten getrocknet, bevor sie zusammengebracht werden.
Nachdem die Oberflächen
mit der dazwischen vorliegenden Haftmittelschicht zusammengedrückt worden
sind, wird die Anordnung gemäß der herkömmlichen
Praxis erhitzt. Die ausgewählten
speziellen Bedingungen werden von dem jeweiligen gebundenen Elastomer
und davon abhängen,
ob es gehärtet
ist oder nicht.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Haftmittels ist wie folgt:
| Bestandteil | Menge |
| Chlorsulfoniertes
Polyethylen | 3,38 |
| Chlorierter
Naturkautschuk | 7,90 |
| Ruß | 1,39 |
| Zinkoxid | 1,39 |
| Polydinitrosobenzol | 1,55 |
| Bismaleimid | 7,33 |
| Xylol | 77,03 |
-
Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung von Riemen ist wie folgt. E-Glasstränge oder -fasern werden in
einen Haftvermittler eingetaucht, bis ein Feststoffgehalt von im
Allgemeinen zwischen etwa 1 und etwa 40 % erhalten wird. Gegebenenfalls
können
die Glasstränge
mit optionalen Zwirnungen versehen werden. Nach dem Trocknen wird
auf die mit dem Haftvermittler beschichteten Fasern ein Haftmittel
aufgebracht und die Fasern werden dann in Elastomere mit einer geringen
Ungesättigtheit
eingebettet. Dem Fachmann ist klar, dass es viele Wege gibt, um
das Einbetten zu erreichen, einschließlich Pressen und Extrudieren. Darüber hinaus
kann eines oder können
mehrere des Schlichtemittels, der Haftvermittlerbeschichtung, des Haftmittels
und der Elastomere coextrudiert werden. Patente, welche die Herstellung
von Riemen und Reifen beschreiben, und die in diese Beschreibung
unter Bezugnahme vollständig
einbezogen werden, umfassen: 5,645,504, 5,284,456 und 3,433,689.
-
Die
folgenden, nicht-beschränkenden
Beispiele sind angegeben, um verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung zu veranschaulichen. Sie beschränken die beanspruchte Erfindung
jedoch in keiner Weise.
-
Beispiele
-
Haftmittel - Beispiele
1 und 2
-
Die
Beispiele 1 und 2 sind erfindungsgemäß. Alle Mengen sind in Gewichtsprozent
angegeben.
-
Die
Formulierungen werden wie folgt hergestellt. Als erstes wird eine
Hypalon/Pergut s130-Gemischlösung
in Xylol hergestellt. Als nächstes
wird ein Masterbatch hergestellt, der ein gemahlenes Gemisch aus
DNB, HVA-2, Zinkoxid, Ruß,
einen Teil der Hypalon/Pergut s130-Gemischlösung und Xylol umfasst. Vorzugsweise
wird 1/3 der Hypalonlösung
zugesetzt, um das Mahlen zu verbessern. Der Rest wird nach dem Mahlen
eingemischt. Das Mahlen wird in einer herkömmlichen Vorrichtung, wie z.B.
einer Kady-Mühle,
durchgeführt.
-
Testen des Beispiels 1:
-
Das
Haftmittel wurde auf eine RFL-behandelte Glasfaserkordoberfläche durch
Eintauchen in das Haftmittel aufgebracht. Eine Kautschukrohmischung
aus ZSC/HNBR (Peroxid-gehärtet),
die auf eine Dicke von etwa 0,32 cm (1/8 Zoll) gewalzt worden ist,
wurde zwischen zwei Oberflächen
auf die eingetauchte Kordoberfläche
aufgebracht. Die Kautschuk-Kord-Anordnung wurde dann bei einer Härtungszeit
von 40 min und einer Temperatur von 320°F gehärtet. Kautschuk-Kord-gebundene
Proben wurden auf einem Ablösetestgerät Modell
Nr. 3SFM-20-3CAP von United Technologies mit 5,1 cm/min (2 Zoll
pro Minute) in einem T-Ablösemodus abgelöst. Eine
gute Bindung wird erreicht, wenn der Kautschuk reißt und eine
Schicht auf der Kordstreifenoberfläche zurücklässt, da dann die Haftung des
Haftmittels stärker
ist als die Kohäsion
des Kautschuks. Die Umweltbeständigkeit
der Haftmittel wurde nach dem Wärmealtern
bei 140°C
für 1 Woche
und Kochen in Wasser für
1 Stunde getestet. Die Ergebnisse waren wie folgt:
| Primärhaftung: | 72
Pfund pro 2,54 cm (Zoll), 100 % Kautschuk |
| Wärmealterung: | 50
Pfund pro 2,54 cm (Zoll), 100 % Kautschuk |
| (140°C, 168 Stunden) | |
| Siedendes
Wasser: | 71
Pfund pro 2,54 cm (Zoll), 100 % Kautschuk |
| (1
Stunde) | |
-
Test des Beispiels 2:
-
Diese
Formulierung wurde als Abdeckungsbeschichtungshaftmittel zum Binden
von Peroxid-gehärtetem
ZSC-verstärkten
HNBR sowie von Peroxid-gehärtetem
HNBR an haftende, mit einem Haftvermittler versehene Metallsubstrate
getestet. Ein Substrat aus zinkphosphatiertem kaltgewalzten Stahl
wurde mit Chemlok 8003, das von Lord Corporation erhältlich ist,
als Haftvermittler beschichtet. Das Substrat wurde dann mit einer Abdeckungsbeschichtungsschicht
des Haftmittels von Beispiel 2 beschichtet. Dann wurde das ZSC-verstärkte HNBR
oder das Peroxid-gehärtete
HNBR auf das abdeckungsbeschichtete Substrat aufgebracht und 25
min bei einer Temperatur von 325°F
gehärtet.
-
Die
folgenden, dem Fachmann bekannten Tests wurden beim Testen des Beispiels
2 verwendet.
-
A. Primärhaftungstest
-
Mit
einer Nadelnasenzange wurde per Hand ein Ablösen durchgeführt (per
Hand abgelöst),
worauf eine visuelle Untersuchung eines gebundenen Bereichs von
2,54 cm im Quadrat bezüglich
einer prozentualen Kautschukretention durchgeführt wird.
-
B. Test mit siedendem
Wasser
-
Nach
2 Stunden Eintauchen in siedendes Wasser mit einer Belastung von
2 kg wird der Kautschuk erneut mit einer Zange abgelöst, um die
Bindung bezüglich
der Kautschukretention zu untersuchen.
-
C. Turbinentreibstoffeintauchtest
(JP-4)
-
Gebundene
Teile werden 7 Tage bei Raumtemperatur in JP-4-Turbinentreibstoff
eingetaucht. Die Proben werden dann per Hand abgelöst und bezüglich der
prozentualen Kautschukretention visuell untersucht.
-
D. Öleintauchtest (MIL-C-7808)
-
Gebundene
Teile werden 7 Tage bei 158°F
in MIL-C-7808-Öl
eingetaucht. Am Ende werden die Teile per Hand abgelöst und bezüglich der
prozentualen Kautschukretention visuell untersucht.
-
E. Öleintauchtest (MIL-C-23699)
-
Gebundene
Teile werden 7 Tage bei 158°F
in MIL-C-23699-Öl
eingetaucht. Am Ende werden die Teile per Hand abgelöst und bezüglich der
prozentualen Kautschukretention visuell untersucht.
-
Für die Formulierungen
des Beispiels 2 wurden die folgenden Testergebnisse erhalten:
-
Herstellung eines Riemens
- Vergleichstest
-
Ein
Vergleichstest wurde unter Verwendung von Chemlok 233X, das von
Lord Corporation erhältlich ist,
im Vergleich mit der Formulierung des vorstehenden Beispiels 1 durchgeführt.
-
Die
Proben für
das Testen der anfänglichen
Haftung und der Haftung nach dem Alterungstest wurden wie folgt
hergestellt:
Ein E-Glas wurde zur Bildung von Filamenten mit
einem Durchmesser von 9 μm
gezogen. Die Filamente wurden unter Verwendung eines Schlichtemittels
gebündelt,
so dass Glasstränge
mit einer Feinheit von 33,7 tex erhalten wurden. Drei Glasstränge wurden
zusammen in RFL mit der Zusammensetzung Resorcin-Formaldehydharz
und Latex eingetaucht. Der Überschuss
des Imprägnier-RFL
wurde dann entfernt, bis dessen Feststoffgehalt 20 Gew.-% auf der
Basis des Glaskords betrug. Die beschichteten Glasstränge wurden
weiter 2 min bei 250°C
wärmebehandelt,
so dass ein imprägnierbehandeltes
Glasfaserbündel
erhalten wurde. Das Glasfaserbündel
wurde mit einer Primärverzwirnung
von 2,0 Schlägen
pro 2,54 cm (1 Zoll) in der Z-Richtung
versehen. Elf solcher primär
verzwirnter Glasfaserbündel
wurden mit einer Sekundärverzwirnung
von 2,0 Schlägen pro
2,54 cm (1 Zoll) in der S-Richtung versehen.
-
Die
sekundär
verzwirnten Glasfaserbündel
wurden in das Abdeckungsbeschichtungsmittel des vorstehenden Beispiels
1 getaucht. Der Überschuss
des Mittels wurde entfernt, bis dessen Feststoffgehalt 5 Gew.-% bezogen
auf den Glaskord betrug. Der abdeckungsbeschichtete Glaskord wurde
2 min bei 120°C
getrocknet. Der Kord wurde in Stücke
mit einer Länge
von 120 mm geschnitten. Ein Blatt aus einem ungehärteten ZSC/HNBR-Kautschuk
mit der in der Tabelle I gezeigten Formulierung wurde hergestellt
und 20 solcher Kordstücke
wurden auf dem Kautschukblatt parallel zueinander ausgerichtet (Gesamtbreite
25 mm). Die Anordnung wurde von oben und unten 30 min bei 160°C gepresst,
um eine Härtung
zu bewirken. Nach dem Härten wurden
der Endabschnitt des Kords und der Endabschnitt des Kautschuks fest
gegriffen und in entgegengesetzten Richtungen gezogen, um die Kords
von dem Kautschuk abzulösen.
Das Ausmaß der
Haftung des Kords an dem Kautschuk wurde gemessen und der Zustand
der Grenzfläche
zwischen den Kords und dem Kau tschuk wurde bewertet. Dann wurde
auch die Haftung nach 96 Stunden bei 140°C in der gleichen Weise bewertet.
-
Eine
entsprechende Probe wurde unter Verwendung von Chemlok 233X, das
von Lord Corporation erhältlich
ist, hergestellt. Die Ergebnisse der Bewertungen sind in der Tabelle
II gezeigt.
-
Proben
für einen
Vergleichstest der Bewahrung der Zugfestigkeit wurden wie folgt
hergestellt:
Unter Verwendung des vorstehend beschriebenen
Glascords (Verzwirnung in S-Richtung
und Verzwirnung in Z-Richtung) als Verstärkungsfaser und eines Kautschuks
mit der gleichen Formulierung wie in der Tabelle I wurde ein Zahnriemen
mit einer Breite von 19 mm und einer Länge von 980 mm hergestellt.
Dieser Zahnriemen wurde an einer in der
1 gezeigten
Wärmebeständigkeits-Bewegungstestvorrichtung,
die mit einem Antriebsmotor mit 6000 U/min ausgestattet war, angebracht.
Es sollte beachtet werden, dass der Zahnriemen
1, bei dem
es sich um den zu testenden Gegenstand handelt, eine Antriebskraft
einer Antriebsriemenscheibe
2, die von dem Antriebsmotor
(nicht gezeigt) mit 6000 U/min rotierend angetrieben wird, auf eine
mitlaufende Riemenscheibe
3 überträgt. Eine Riemenspannrolle
4 wird
verwendet, um den Grad der Spannung des Zahnriemens
1 einzustellen.
Ein Wärmebeständigkeits-Bewegungstest
wurde 600 Stunden bei 120°C
durchgeführt. Nach
dem Test wurde die Zugfestigkeit des Riemens gemessen, um die Bewahrung
der Zugfestigkeit zu bestimmen. Die Tabelle II zeigt die Ergebnisse. Tabelle
I - ZSC/HNBR-Kautschukformulierung
| Bestandteil | Gewichtsteile |
| ZETPOL
2020 | 70 |
| ASC
2295N | 30 |
| ZnO#1 | 5 |
| Stearinsäure | 1 |
| Trioctyltrimellitat | 5 |
| HAF
Kohlenstoff (N-774) | 30 |
| 4,4-(α,α-Dimethylbenzyl)diphenylamin | 1,5 |
| Zinksalz
von 2-Mercaptobenzimidazol | 1,5 |
| Vul-kup
40KE | 6 |
Tabelle
II
-
Bei
den Tests der anfänglichen
Haftung und der Haftung nach der Alterung wurde bezüglich des
Haftmittels von Beispiel 1 im Gegensatz zu der Kautschuk/Kord-Trennung, die mit
Chemlok 233X festgestellt wurde, ein Kautschukversagen festgestellt.
