DK144997B - Stoedoptagende element i form af et elasisk polyurinstofurethanlegeme med derpaa fastgjorte kraftoverfoerende metalplader - Google Patents

Description

/S*

dø) DANMARK

(12) FREMLÆGGELSESSKRIFT od 144997 B

DIREKTORATET FOB PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. ^199/7^· (51) ItltCI.* B 61 0 11/08 (22) Indleveringsdag 7. aug. 197^- C 08 0 18/66 (24) Løbedag 7. aug. 1974 (41) Aim. tilgængelig 9· f®b· 1975 (44) Fremlagt 26. jul. 19^2 (86) International ansøgning nr.

(86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 8. aug. 1973* 386688, US

(71) Ansøger THE GOODYEAR TIRE & RUBBER COMPANY, Akron, US.

(72) Opfinder Daniel Augustine Chung, US.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.

(54) Stødoptagende element i form af et elastisk polyurinstof= urethanlegeme med derpå fast= gjorte kraftoverførende me= talplader.

Den foreliggende opfindelse angår et stødoptagende element bestående af et elastisk polyurinstofurethanlegeme, der er udformet med to modsat vendende og i det væsentlige parallelle, O plane, kraftmodtagende overflader, hvor forbindelseslinien iaéllem ^ fladernes midtpunkt danner en ret vinkel med fladerne, og hvor T) legemets tværsnit mellem overfladerne er mindre end overfladerne, -J· hvorhos der til polyurinstofurethanlegemets kraftoverførende r* overflader er fastgjort stive kraftoverførende metalplader. Dette ^ stødoptagende element er især beregnet til brug i jernbanebuffere, 3 der kan modstå dynamiske sammentrykningscycler under hård konstant og varierende sammentrykning og ved vekslende temperaturer.

2 144997

Stødoptagende elementer til jernbanebuffere har undergået en jævn fremadskridende udvikling. På grund af de ekstremt store og gentagne stød, som disse forholdsvis små elementer skal kunne modstå for øjeblikkeligt at opfange de dynamiske kraftpåvirkninger, der forekommer ved rangering, har det været nødvendigt at koordinere en kombination af dynamiske kompressionsprøver og undersøgelse af sammensætningen af de hertil egnede stødabsorberende elementer. En simpel udskiftning af materialerne er ineffektiv. Efterhånden som afprøvningsmetoderne for materialernes evne til at tåle dynamisk kompression og de ved hjælp af disse prøver opstillede krav er blevet mere eksakte, er de stødoptagende elementers sammensætning, der kræves herved blevet mere forfinede og raffinerede.

Fra beskrivelserne til de danske patentansøgninger nr.

5178/72 og nr. 6406/72 kendes lignende stødoptagende elementer med en tilsvarende fysisk udformning, men hvor det stødoptagende deformerbare materiale er fremstillet under anvendelse af andre diaminer nemlig orthodichlorbenzidin og 4,4'-methylen-bis-ortho-chloranilin som hærdere. Herved fås særdeles gode stødoptagende egenskaber. Ved den nu foretagne ændring, ved hvilken der specielt benyttes diaminodiphenyldisulfid, tilvejebringes lige så gode stødoptagende fysiske egenskaber, som gør det her omhandlede element tilsvarende velegnet til brug i jernbanebuffere på grund af dets mekaniske egenskaber, specielt stødoptagning ved lav temperatur, hvor dette materiale ligeledes udmærker sig ved ikke at blive stift • eller sprødt, selv ved temperaturer på -40°C, hvilket ofte var u-lempen ved ældre kendte materialer til brug i stødoptagende enheder, som derfor var tilbøjelige til enten at videregive meddelte kraftige stød, dvs. transmittere stød ligesom stål eller andre hårde materialer, eller simpelt hen at revne eller smuldre efter et forholdsvis ringe antal stød, så deres levetid ved lavtemperaturpåvirkning kun bliver en ganske lille brøkdel af deres brugslevetid ved normal temperatur.

Ud over de typiske prøver med nedbøjning ved lav temperatur under anvendelse af en faldhammer stilles nu strenge krav ved en dynamisk kompressionscyclusprøve, der især tjener til bestemmelse af velegnede elementer til brug i jernbanebuffere. Kompressionscyclusprøven kan eksemplificeres ved frembringelse af et elastisk stødoptagende element omfattende et elastisk 3 144997 materiale af kort cyclindrisk form, der måler ca. 16,5 cm i diameter og ca. 3,8 cm i højden, og hvis sider er udfræset i form af et konkavt V, og hvis ender er dækket med og klæbet til overfladen af cirkulære stålplader, hvilket element underkastes en cyclus under konstant kompression, der skifter mellem et maksimum på ca. 45 til ca. 55% af det oprindelige ikke-komprime-rede polyurinstofurethanelements højde og et minimum på ca. 8 til ca. 12% af dets oprindelige højde. Polyurinstofurethanele-mentet selv undergår konstant en meget betydelig ændring i form, efterhånden som det sammenpresses og deformeres under en sådan dynamisk cyclus. Under denne forholdsvis strenge prøve kan et typisk element som eksemplificeret ved de gængse ældre elastomertyper bryde ned eller revne inden for ca. 50 til ca. 100 cycler. For at være velegnet til anvendelse i jernbanebuffere skal et element modstå mindst ca. 300 cycler og fortrinsvis mindst ca.

500 cycler. Dette krav opfyldes af polyurinstofurethanbaserede elementer ifølge opfindelsen såvel som de fra ans. 5178/72 og 6406/72 kendte.

Det er under hensyn til disse betydeligt mere krævende betingelser om lavtemperaturbestandighed ved optagelse af gentagen kraftig dynamisk belastning opfindelsens formål at tilvejebringe et lige så godt elastisk stødoptagende element som de fra ovennævnte ansøgninger kendte, nemlig således som afprøvet ved de nedenfor nærmere angivne prøver.

Det har nemlig vist sig, at disse gode stødoptagende e-genskaber også opfyldes med et stødoptagende element ifølge opfindelsen, der faktisk kan modstå kompressionscycler i en udstrækning på mindst ca. 300 cycler og fortrinsvis mindst ca. 500 cycler under konstant sammentrykning, der skifter mellem et maksimum på ca. 45 til ca. 55% og et minimum på ca. 8 til ca. 12% af dens oprindelige højde i ikke sammentrykket tilstand, og som yderligere udviser en nedbøjning fra ca. 7,5 til ca. 15 mm og fortrinsvis fra ca. 10 til ca. 12,5 mm ved en temperatur på ca. 25°C efter påførelse af et tryk på ca. 125 kg/cm ensartet på elementets endeflader, hvor det elastiske legeme har form som en skive eller cylinder, hvis cirkulære parallelle endeflader er dækket med og klæbet til cirkulære stålplader med en diameter på ca. 3,8 cm og sidevægge, med en V-formet udsparing, idet legemets rumfang er ca. 150% af udsparingens rumfang.

4 144997 Således som det tydeligt fremgår af forsøgsresultaterne anført nedenfor i eksemplet,består elementet i form af skiver fremstillet ud fra samtlige blandinger A-F alle de anførte prøver, dvs. såvel lavtemperaturprøven som prøven ved stuetemperatur med hensyn til elasticitet. Herved er de målte værdier for tryk angivet i et interval, således at man ikke umiddelbart kan konstatere specifik forskel med hensyn til lavtemperaturegenskaberne mellem disse respektive sæt elementer (henholdsvis A-C, der repræsenterer opfindelsen,og D-F, der repræsenterer de fra ovennævnte ældre ansøgninger kendte blandinger). Dette skyldes, at enkeltværdierne fordeler sig nogenlunde jævnt mellem hinanden inden for dette interval. Det vil altså sige, at stødoptagende elementer fremstillet ud fra samtlige blandinger A-F har nogenlunde samme lavtemperaturegenskaber.

Det bemærkes, at de stødoptagende elementer ifølge den foreliggende opfindelse adskiller sig væsentligt fra de elementer, der skal anses for kendte for ovennævnte ældre ansøgninger.

Som ovenfor forklaret er der tale om en tilsvarende fysisk udformning, men om forskelle i sammensætningen af reaktionsblandingerne til fremstilling af det elastomere materiale, der i begge tilfælde udmærker sig ved ikke at blive stift eller sprødt selv ved så lave temperaturer som -40°C. Således som ovenfor forklaret er det imidlertid ikke nogen simpel sag blot ved udskiftning af visse materialekomponenter i en sådan reaktionsblanding på forhånd at drage nogen fornuftig slutning om, hvorvidt det endeligt fremstillede elastomermateriale er i besiddelse af de ønskede gunstige lavtemperaturegenskaber. Dette kræver et intens og omfattende forsøgsarbejde, og den foreliggende opfindelse er netop resultatet af et sådant arbejde. Blot det at finde frem til og nøjagtigt specificere sammensætningen af en sådan reaktionsblanding, som tilvejebringer et alternativt materiale med lige så gode lavtemperaturegenskaber som kendt fra ovennævnte ældre danske ansøgninger, udgør derfor i sig selv en opfinderisk indsats. Dette alternative forslag er således ikke umiddelbart teknisk ækvivalent med den fra ovennævnte ældre ansøgninger kendte teknik, men udgør en berigelse af denne ved at tilvejebringe et tilsvarende teknisk resultat med andre midler end indeholdt i elementer fremstillet ud fra de kendte blandinger.

5 1U997

Det ses således, at den foreliggende opfindelse adskiller sig væsentligt fra det, der må anses for kendt fra disse elementer ifølge ans. nr. 5178/72 og 6406/72, nemlig qua reaktionsblandingernes forskelligartede sammensætning og qua dennes uforudsigelige indvirkning på det færdige reaktionsprodukts egenskaber set som elastomer til speciel brug ved lav temperatur .

Hertil kommer den yderligere tekniske virkning, at reaktionsblandingerne til fremstilling af elementet ifølge opfindelsen som eksemplificeret i forsøgene A-C tilvejebringer visse tekniske fordele frem for reaktionsblandingerne D-F, nemlig at man kan benytte en lavere reaktionstemperatur og opnår en længere potte-levetid. Dette har vist sig at bero på, at de anvendte aminer, som i elementerne ifølge den foreliggende opfindelse specielt er diaminodiphenyldisulfider (forkortet bis-(2-AMP)DlS), har lavere smeltetemperatur end de ifølge ovenfor omtalte ældre danske ansøgninger 5178/72 og 6406/72 anvendte aminreaktanter ved fremstillingen af de elastiske polyurinstofurethanmaterialer, nemlig henholdsvis 4,4'-methylen-bis-(2-chloranilln) og/eller o-dichlor-benzidin (forkortet til MOCA og ODCB). Disse anvendelsestekniske fordele i form af lavere reaktionstemperatur og længere pottelevetid opnås netop i kraft af de fremhævede tekniske forskelligheder med hensyn til aminreaktantens natur.

Det stødoptagende element ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at polyurinstofurethanlegemet er fremstillet ved omsætning i en form af mindst én diamin valgt blandt 2,2'-dia-minodiphenyldisulfid og 4,4'-diaminodlphenyldisulfid, med reaktionsproduktet mellem (A) mindst ét diisocyanat valgt blandt 3,3'-ditolylen-4,4'-diisocyanat og 3,3'-dirnethyldiphenylmethan-4,4'-diisocyanat og (B) en blanding af polymere polyoler med en total gennemsnitsmolekylvægt efter antal på ca. 1500 til ca. 2100, der omfatter (1) polyoler med en molekylvægt efter antal fra ca. 1800 til ca. 2200 valgt blandt (a) ca. 65 til ca. 100 vægtprocent af en polyetherpolyol og (b) ca,. 65 til ca. 95 vægtprocent af en polyolblanding omfattende (i) ca. 35 til ca. 65 vægtprocent polyetherpolyol og (ii) ca. 65 til ca. 35 vægtprocent polyesterpolyol og tilsvarende (2) a) ca. 35 til ca. 0 eller (2) b) ca. 35 til ca. 5 vægtprocent af mindst én polyetherpolyol eller polyesterpolyol med en 6 144997 molekylvægt på ca. 800 til ca. 1250, hvorhos polyetherpolyolen er polytetramethylenetherglycol og polyesterpolyolen er en polyesterglycol valgt blandt (i) caprolactonpolyestere fremstillet ud fra caprolactoner indeholdende 6 til 8 carbonatomer og glycoler indeholdende 4 til 7 carbonatomer og (ii) azelater af azelainsyre og glycoler indeholdende 4 til 7 carbonatomer, hvor forholdet mellem isocyanatgrupper og summen af hydroxylgrup-• per i polyolerne er ca. 1,7 til ca. 2,5, hvor forholdet mellem primære aminogrupper i diaminen og overskud af isocyanatgrupper ud over summen af nævnte hydroxylgrupper er ca. 0,6 til ca.

1,1, og hvor polyolernes syretal er mindre end ca. 1.

Det stødoptagende element ifølge opfindelsen er især velegnet til brug i jernbanebuffere, hvor det omfatter et fast skiveformet elastisk polyurinstofurethanlegeme som ovenfor defineret med den nævnte karakteristiske sammentrykningsbestandighed og nedbøjning ved ca. 25°C og to til legemets parallelle kraftmodtagende overflader fastklæbede stive kraftmodtagende plader, fortrinsvis metalplader. Tilsvarende er hele det stødoptagende organ, dvs. selve jernbanebufferen, opbygget af en serie af sådanne elementer, f.eks. ca. 8 til ca. 12 og fortrinsvis 10, anbragt i en cylinder med deres kraftmodtagende plader mod hinanden, så de danner en rækkefølge i stødbelastningens retning.

Det elastiske polyurinstofurethanlegeme skal yderligere modstå en koldtemperaturkompressionsprøve foretaget ved -40°C, hvorved det har en diameter på ca. 2,8 cm og en tykkelse på ca. 1,3 cm og udsættes for et maksimalt tryk på 527 og for- 2 trinsvis et maksimumstryk pa 422 kg pr. cm påført på endefladerne. Legemet skal da sammenpresses 40%. Denne koldtempe-raturs-sammenpresningsprøve er et mål for polyurinstofurethanma-terialets stivnen ved lave temperaturer. Den er et mål for legemets evne til at absorbere dynamisk energi uden at transmittere stød direkte. Et stødoptagende elements kcapressionsevne er i det væsentlige gået tabt, når dets kompressionsprocent er praktisk talt konstant og dets procentvise kompression som funktion af belastningen er praktisk talt horisontal ved høje belastningsværdier. I så fald må legemet anses for at være stivnet og dets evne til at opfange høj energi gået tabt. Dette er kritisk for dets brug i jernbanebuffere, der er udsat for store stød over et forholdsvis bredt temperaturområde indbefattende temperaturer ned til ca. -40°C.

144997 7

Stødoptagende elementer med polyurethanlegemer med et for lavt molært forhold mellem diisocyanat og polymer polyester nedbøjes typisk mere end ca. 15 mm, når disse elementer ved brug underkastes denne prøve. Sådanne stødoptagende elementer vil ved brug i jernbanebuffere typisk optage utilstrækkelig energimængder og sammentrykkes fuldstændigt, før de har optaget hele den påførte dynamiske energi, så sådanne jernbanebuffere siges at "gå i bund".

På den anden side vil stødoptagende elementer til brug i jem-banebuffere, hvor polyurinstofurethanlegemet har for højt et forhold mellem diisocyanat og polymer polyester, typisk nedbøjes mindre end ca. 7,5 mm, når de underkastes denne prøve. Såfremt de benyttes i jernbanebuffere, absorberer de typisk en utilstrækkelig mængde energi, idet den overskydende energimængde tillades at passere videre, så der sker et -kraftigt stød ved sammenkobling af jernbanevogne på grund af den ikke opfangede energi, dvs. sådanne buffere opfylder ikke deres mission.

I nærværende beskrivelse benyttes udtrykket "total gennemsnitsmolekylvægt på ca. 900 til ca. 1500" til at beskrive den som totalresultat fremkomne molekylvægtsækvivalent for en blanding af polyether-polyolerne og blandingen af polyetherpolyoler og polyesterpolyoler.

En sådan blanding med en total gennemsnitsmolekylvægt på 1400 kan således bestå af individuelle polyoler, der f.eks. har molekylvægt på 1000, 1250 og 2000.F.eks. kan også en polytetramethylenetherglycol med en gennemsnitsmolekylvægt på 1500 blandet med en polyesterpolyol med en molekylvægt på 1000 have en molekylvægts-ækvivalent svarende til sammenblanding af polyesterpolyolen med den individuelle gennemsnit smo lekyl vægt på 1000 med to polytetramethylenetherglycoler med individuelle gennemsnitsmolekylvægte på ca. 1000 og ca. 2000.

Fortrinsvis vælges polyetherpolyol-polyesterpolyolblandingen blandt (a) polytetramethylenetherglycoler med en gennemsnitsmolekylvægt på ca. 900 til ca. 1100 eller en blanding med molekylvægte på ca. 900 til ca. 1100 og på ca. 1900 til ca. 2100 og (b) mindst én af po-lyesterpolyolerne valgt blandt hexandiolazelat med molekylvægte på ca. 800 til ca. 1200, tétramethylenazelat med en molekylvægt på ca. 1800 til ca. 2200 og polyestere af t-caprolacton og di-ethylenglycol med molekylvægte på ca. HOO til ca. 1400 og ca. 1800 til ca. 2200.

Det er et kritisk træk ved den foreliggende opfindelse, at forholdet mellem diisocyanatets isocyanatgrupper og summen af hydro- 8 144997 xylgrupperne i polyetherpolyolen (polytetramethylenetherglycol) og polyesterpolyolen er fra ca. 1,7 til ca. 2,5 og fortrinsvis fra ca.

1,8 til ca. 2,2.

Det foretrækkes at benytte en tilstrækkelig mængde diamin til at tilvejebringe et forhold mellem primære aminogrupper og overskud af isocyanatgrupper i isocyanatet ud over summen af hydroxylgrupper i polyetherpolyolerne og polyesterpolyolerne (dvs. de reaktivt hydrogen indeholdende materialer) i intervallet fra ca. 0,6 til ca. 1 og fortrinsvis fra ca. 0,7 til ca. 0,95. Således ønskes det f.eks., at fra ca. 0,4 til ca. 1,1 mol af diaminen sættes til reaktionsproduktet af blandingerne omfattende tilsvarende fra ca. 1,7 til ca. 2,5 mol og fortrinsvis fra ca. 1,8 til ca. 2,0 mol af diisocyanatet og ca. 1 mol af polyetherpolyolen eller blandingen af polyetherpolyol og poly-esterpolyol.

Det er yderligere et nødvendigt træk ved den foreliggende opfindelse, at polytetramethylenetherglycolerne, caprolacton-polyes'trerie, azelaterne og deres blanding har et syretal på mindre end ca. 1, ønskeligt mindre end ca. 0,5 og helst mindre end ca. 0,1.

Polytetramethylenetherglycolen er af den struktur og sammensætning, der typisk fremstilles ud fra tetrahydrofuran ved hjælp af en alkylénoxidinitiator med 2 til 4 carbonatomer såsom ethylenoxid.

Caprolactonpolyestrene er i det væsentlige lineære, hydroxy1-terminerede polymere fremstillet ved omsætning af en caprolacton med 6 ringcarbonatomer, med en glycol med 4 til 7 carbonatomer men fortrinsvis 4 til 6 carbonatomer. Sådanne caprolactoner er £-caprola-ctoner. Methyl- eller ethylsubstituerede caprolactoner kan anvendes såsom methyl— £—caprolacton. Ønskeligt har caprolacton— polyesteren en molekylvægt i området fra ca. 800 til ca. 2200 og fortrinsvis fra ca. 1200 til ca. 2100, med tilsvarende hydroxyl tal i området fra ca. 140 til ca. 45 henholdsvis ca.

95 til ca, 55.

Azelaterne har fortrinsvis en molekylvægt i området fra ca. 800 til ca. 2200 med et tilsvarende hydroxyltali området fra ca. 140 til ca. 50.

Forskellige hensigtsmæssige glycoler til fremstillingen af polyesterpolyolerne indbefatter ligekædede aliphatiske carbon-hydriddioler, fortrinsvis hydroxylterminerede dioler, og alkylen-etherglycoler, fortrinsvis hydroxylterminerede, til fremstilling af caprolactonpolyestrene og azelaterne. Repræsentative for de 9 144997 ligekædede aliphatiske carbonhydrid-hydroxylterminerede dioler er 1,4-butandiol, 1,5-pentadiol, 1,6-hexandiol og 1,7-heptandiol. Repræsentative for alkylenetherglycolerne er diethylenglycol. Car-bonhydriddiolerne ønskes almindeligvis til azelaterne, idet 1,4--butandiol og 1,6-hexandiol er de mest foretrukne. Caprolactonpo-lyesteren af £·— caprolacton og diethylenglycol og polyesterene valgt blandt tetramethylenazelat og 1,6-hexandiolazelat er særlig ønskelige. Tetramethylenazelaterne fremstilles naturligvis ud fra 1,4-butandiol og syren.

Polyestrene dannes typisk ved en temperatur fra ca. 50° til ca. 300^C og fortrinsvis i intervallet fra ca. 120°C til 200°C. En katalysator kan anvendes til om ønsket at forøge reaktionshastigheden. Vedrørende mere detaljeret beskrivelse af fremstillingen af forskellige velegnede caprolactonpolyestere henvises til OSA patentskrift nr. 2.933.478.

Ved fremstilling af polyurinstofurethanlegemet benyttes som diamin-hærdningsmiddel navnlig 2,2'-diarainodiphenyldisulfid og som diisocyanat 3,3'-dimethyldiphenylmethan-4,4'-diisocyanat eller 3,3'-bitolylen-4,4'-diisocyanat, idet 3,31-dimethyldiphenylmethan-4, 4 '-diisocyanat er det mest foretrukne.

Det her omhandlede elastiske polyurinstofurethanmateriale kan fremstilles ved først at omsætte polyetherpolyolen eller poly-etherpolyolen og polyesterpolyolen med diisocyanatet under i det væsentlige vandfrie betingelser ved en temperatur fra ca. 100°C til ca. 140°C i et tidsrum fra ca. 30 til ca. 60 min. Denne reaktion kan gennemføres ved atmosfæretryk eller ved højere eller lavere tryk end atmosfæretryk. En katalysator kan tilsættes reaktionsblandingen af diisocyanatet og den polymere polyol eller polyol og polyester for at nedbringe dens reaktionstid.

Når en sådan katalysator benyttes, tilsættes den sædvanligvis til reaktionsblandingen før tilsætningen af diisocyanatet eller samtidig med diisocyanatets tilsætning. Forskellige katalysatorer kan anvendes, f.eks. aminkatalysatorerne såsom triethylamin, n-methylmorpholin og n-ethylmorpholin.

Diaminhærdningsmidlet tilsættes derefter til og blandes med det polymere produkt fra denne reaktion, der til tider kaldes en "forpolymer", under i det væsentlige vandfri betingelser.

10 1A 4 9 9 7

Den herved fremkomne reaktionsblanding støbes derefter i en hensigtsmæssig form og hærdes til det således som ovenfor beskrevet udformede elastiske polyurinstofurethanlegeme. Denne reaktionsblanding kan hærdes ved en temperatur fra ca. 20°C til ca. 50°C, men hurtigere hærdninger kan dog også fås ved højere temperaturer fra f.eks. 50°C til ca. 200°C. Normalt tillades reaktionsblandingen at hærde ved 125°C i en tid fra 16 til ca. 24 timer.

Når det elastiske polyurinstofurethanlegeme fremstilles ved udstøbning af polyurinstofurethanreaktionsblandingen i en støbeform med den ønskede konfiguration, hvori polyurinstofurethan-reaktionsblandingen hærdes, kan passende kraftmodtagende metalplader anbringes i støbeformen ved dennes ender før polyurinstof-urethanreaktionsblandingens hærdning. Om ønsket kan et hensigtsmæssigt bindemiddel såsom en phenolisk harpiks eller et poly-ester-polyisocyanat klæbestof påføres på metalpladerne. Eksempler på sådanne bindemidler eller cementer kan f.eks. findes i USA patentskrift nr. 2.992.939 og australsk patentskrift nr. 256.373. Ved hærdning af polyurinstofurethanreaktionsblandin-gen i nærværelse af disse metalplader klæbes de fast til polyurinstofurethanlegemets kraftmodtagende overflader til dannelse af et laminat. Hensigtsmæssige metalplader passer sædvanligvis til legemets endedimensioner og har en tykkelse fra ca. 1,5 mm til ca. 12,7 mm og fortrinsvis fra ca. 3 til ca. 6 mm. Det foretrækkes at benytte stålplader til de kraftmodtagende overflader såsom varmvalset blødt stål med et kulstofindhold i området fra ca. 10/15 til ca. 10/30 ifølge SAE klassificeringen (Society of Automotive Engineers).

Til bedre forståelse af opfindelsen tjener tegningen, på hvilken fig. 1 viser et perspektivbillede af et stødoptagende element ifølge opfindelsen, fig. 2 viser et lodret tværsnit gennem et element i fig. 1 til illustration af dets sandwichstruktur, og fig. 3 viser et lodret aksialt snit gennem en jernbanebuffer omfattende en lodret opstabling af en serie stødabsorberende elementer af den i tegningens fig. 1 og 2 viste type anbragt i en cylinder og påført en kompressionskraft, så de stødoptagende elementer er sammentrykket til ca. 40% af deres oprindelige højde.

11 144997

Der henvises nu specielt til tegningens fig. 1 og 2 og de deri viste stødoptagende elementer, der omfatter et elastisk, hærdet polyurinstofurethanlegeme 1 bundet eller lamineret til to modstående og i det væsentlige parallelle kraftmodtagende plader af varmvalset blødt stål 2 og 3. Det elastiske polyurinstof-urethanlegernes sidevæg er en konkav V-formet udsparing 4. Forholdet mellem det af udsparingen optagne rumfang og det af poly-urinstofurethanlegemet plus det af udsparingen optagne totale rumfang gange 100 er nogenlunde lig med den kompressionsprocent, som forudses. En hensigtsmæssig jernbanebuffer kan udformes således som illustreret i tegningens fig. 3 med henblik på en bestemt kompressionsbelastning, hvor det elastiske, hærdede polyurinstofurethanlegeme deformeres i en sådan udstrækning, at dets sidevægge tvinges udad på tværs i retningen 5 og herved så godt som helt udfylder det i ukomprimeret tilstand af V-udsparingen optagne rum.

Til at belyse det stødoptagende element ifølge opfindelsen yderligere tjener følgende repræsentative eksempel. Med mindre andet er specifikt anført, er alle dele og procentdele efter vægt.

Eksempel

Forsøgene A-F gennemføres ved først at påfylde respektive reaktionsbeholdere A-F under i det væsentlige vandfrie betingelser forskellige mængder af polyether- og polyester-polyoler bestående af poly-tetramethylenetherglycoler med molekylvægte på ca. 1000 og ca. 2000, tetramethylenazelat med en molekylvægt på ca. 2000 og polyester af S-caprolacton og diethylenglycol med en molekylvægt på ca. 2000* Poly-esterpolyolerne har syretal på mindre end ca. 0,5. Blandingerne af polyoler omrøres (som en forsigtighedsforanstaltning for at fjerne eventuel potentiel fugt) under nedsat tryk ved ca. 110°C i ca. 1 time*

Til polyolblandingerne tilsættes derefter forskellige mængder af 3,3'--bitolylen-4,4'-diisocyanat (TODI) eller 3,3'-dimethyldiphenylmethan--4,4'-diisocyanat (DMMDI), og blandingen omrøres og tillades at reagere under nedsat tryk ved ca. 120°C i ca. 45 min. Til blandingen tilsættes derefter forskellige mængder 2,2'-diaminodiphenyldisulfid (bis-(2-AMP)DlS), 4,4'-methylen-bis-(2-chloranilin) og/eller o-dichlor-benzidin. Nedenstående tabel I illustrerer blandingernes opbygning, hvor blandingerne A til C repræsenterer opfindelsen og blandingerne D-F er ifølge ovennævnte ældre ans. nr. 6406/72.

12 144997

Tabel I

A B C D E F-

Polytetramethylenether- glycol (1000) 18 17,5 20 7 20

Polytetramethylenether- glycol (2000) 42 41,2 100 80 53 40 £-caprolactonpolyester (2000) - 41,2 40 40

Tetramethylenazelat (2000) . 40 - - - - - DMMDI 32,9 - - 31,0 29,6 31,5 TODI - 30,2 27,2 - MOCA - - - 12,4 13,3 4,18 ODCB - - - - - 8,26

Bis(2-AMP)DIS 13,2 11,4 11,0 -

Reaktionsblandingerne udstøbes derpå omgående i forme, i hvilke er indsat to cirkulære metalplader af varmvalset blødt stål med en SAE klassificering på ca. 10/20 og med diametre på ca. 16,5 cm og tykkelse ca. 3,4 mm. Pladerne er overtrukket med et klæbestof af polyester-polyisocyanattype for at forøge deres klæbeevne eller vedhængning til den udstøbte polyurinstof-ethan. Blandingerne hærdes i formene ved ca. 115°C i ca. 22 timer, således at der tilvejebringes polyurinstofurethan-stållaminater som stødoptagende element ligesom det i fig. 1-3 på tegningen viste, idet de støbte formede elastiske polyurinstofurethanlege-mer har diametre på ca. 16,5 cm og tykkelser på ca. 3,8 cm.

Deres sidevægge er formet som en V-formet udsparing med et rumfang lig med ca. to tredjedele af polyurinstofurethanlegemets.

Alle de stødoptagende elementer deformeres ved nedbøjning (sammentrykkes) ca. 11 mm til ca. 14 mm ved en temperatur på ca. 25°C efter påførelse af et tryk på ca. 125 kg/cin ensartet over de kraftmodtagende stålpladers overfladeareal.

Faktisk gennemføres prøven ved at anbringe to sådanne elementer 13 U4997 i serie under prøvning, og deres totale nedbøjning er ca. 22 til ca. 28 mm.

Dele af hver af polyurinstofurethan-reaktionsblandinger- ne hærdes og formes til skiver med diametre på ca. 2,8 cm og tykkelse på ca. 1,3 cm. Ved en temperatur på ca. -40°C kræves påført et tryk på deres flade overflader fra ca. 400 til ca.

2 500 kg pr. cm for at sammentrykke de individuelle skiver ca. 40% af deres oprindelige tykkelse. Ved 24°C kræver en 2 sådan sammentrykning et tryk fra ca. 140 til ca. 175 kg pr. cm , 2 idet et maksimum på ca. 190 kg pr. cm ønskes.

Alle de stødoptagende elementer har således den ønskelige be- lastningsnedbøjning eller kompression til brug i jernbanebuffere inden for et bredt temperaturinterval såsom fra ca. -20°C til ca. +25°C og fortrinsvis op til ca. 50°C.

De stødoptagende elementer karakteriseres yderligere ved en ved -35°C gennemført hammerfaldprøve og ved en AAR bestandigheds-prøve.

En hammerfaldprøve beskrives ved først at påføre en lodret belastning på en buffercylinder indeholdende 10 af de stødoptagende elementer af hver respektivt sæt A-F anbragt i serie som vist i tegningens fig. 1-3, således at en stødbelastning opfanges af de fastklæbede kraftoptagende metalplader, som lægger an mod hinanden. En 12.250 kg tung hammer lades falde ned mod enden af den lodret anbragte buffer fra flere forskellige højder. Anslagsstødet måles typisk udtryk ved hammerens faldhøjde i centimeter, og bufferens kapacitet bestemmes herved. Bufferens kapacitet måles ved det punkt, hvor den "går i bund", dvs. hvor den begynder at overføre stødet direkte fra hammerfaldet i stedet for at virke som stødpude og absorbere anslagskraften. Bufferen kan således typisk gå i bund med en 12.250 kg hammer, der lades falde fra en højde på ca. 45 dm, hvilket tilvejebringer en anslagsstyrke på 5.500 kg*meter. Bufferen afkøles derefter til -35°C og fald-hamres tre gange med 12.250 kg hammeren ved -35°C hammerfald-prøven. Kapaciteten måles og bufferen adskilles, hvorefter elementerne undersøges. Et kriterium for svigt ved faldhammerprø-ven er forringelse af elementerne således som påvist ved revnedannelse, især ved -35°C, eller ved at bufferen går i bund ved en mindre stødbelastning end 5.500 kg meter ved ca. 25°C.

14 144997 AAR-bestandighedsprøven (American Association of Railroads) betegnes ofte AAr Spec. M-901-E bestandighedsprøve. Denne prøve er i almindelighed ligesom -35°C hammerfaldprøven, men begynder ved stuetemperatur eller ved ca. 25°C. En 12.250 kg hammer lades falde fra variable lodrette højder fra ca. 2,5 til ca.

75 cm over et vist tidsrum, indtil der er anvendt en energi på op til 47,5 millioner joules på bufferen, der typisk er opbygget af 10 af de stødoptagende elementer, der alle er af samme art dvs. enten kendte sæt D-F eller A-C ifølge opfindelsen. Bufferens kapacitet måles både ved prøvens begyndelse og dens afslutning såvel som periodevis under prøven. Bufferens kapacitet før, under og efter prøven sammenlignes derefter for at bestemme eventuelle ændringer i kapacitet, som bufferen måtte have undergået. Bufferen adskilles derefter og inspiceres med hensyn til forringelse eller nedbrydning af elementerne. Nævneværdige tab af kapacitet eller forringelse af elementerne således som påvist ved overdreven revnedannelse er kriterier for svigt ved bestandig-hedsprøven. Det foretrækkes, at bufferen, når den er opbygget af 10 elementer, har en kapacitet på mindst ca. 5.500 kg meter, før den går i bund, eller en kapacitet på ca. 550 kg meter pr. element målt ved en temperatur på ca. 25°C. Ved denne prøve benyttes 12.250 kg hammeren til at påføre bufferens stød gradvis over et vist tidsrum, nemlig for at forhindre for vidtgående varme-dannelse, fordi bufferen jo nemlig opvarmes betydeligt efter hvert hammerfald.

Stødoptagende elementer fremstillet af blandingerne fra forsøgene A-F passerer alle med held kompressionscyclusprøven med mindst ca. 500 cycler, hvor elementerne underkastes skiftende sammentrykning, der svinger mellem ca. 8 til ca. 12% og ned til ca. 45 til ca. 55% af polyurinstofurethanlegemets oprindelig højde. Mere specifikt sammentrykkes elementet ca. 8 til ca. 12% og ned til ca. 45 til 55% og tillades at vende tilbage til førstnævnte sammentrykning på ca. 8 til 10%. Dette kan vare ca. 30 sekunder. Ca. 4,5 min. senere gentages denne cyclus. En cyclus varer således ca. 5 min. Typisk kræves en større kraft til at sammentrykke elementerne under den første cyclus, idet en sådan kraft går noget ned ved de næste 10 til 50 cycler. Derefter er kraften tilbøjelig til at udjævnes eller !5 144997 forblive ret konstant/ indtil elementerne begynder at nedbrydes.

Ved dette punkt går den fornødne kraft typisk ret hurtig ned over et spand på nogle forholdsvis få cycler. Derfor er et typisk mål udtryk i cycler velegnet til angivelse af elementets holdbarhed til brug i jernbanebuffere, hvor dette tal betegner sådanne 5 minutters cycler, som elementet kan modstå, indtil den maksimale kompressionsstyrke, som er nødvendig for at komprimere det fra 8-12% af det oprindelige polyurinstofure-thanlegemes højde i usammentrykket tilstand og ned til ca. 45 til ca. 55% af denne højde, er faldet til ca. 25% af den kraft, der kræves ved den første kompressionscyclus. De stødoptagende elementer A-C ifølge opfindelsen og D-F ifølge ans. nr. 5178/72 og 6406/72 som beskrevet i det foreliggende eksempel har som bestemt ved denne prøve alle vist deres ønskede anvendelighed som stødoptagende element i jernbanebuffere. I praksis samles stødoptagende jernbanebuffere typisk ved serieanbringelse af 8 til 14, men fortrinsvis 10, sådanne stødabsorberende elementer. Dette gælder også elementet ifølge opfindelsen, der fortrinsvis har de foreskrevne fysiske dimensioner irød en diameter på ca.

16,5 cm og polyurinstofurethanskiver med en tykkelse på ca. 3,8 cm og V-formet udsparede sider. Jernbanebuffer opbygget af en sådan serie elementer tåler en sammentrykningskraft på ca. 9.075 kg«meter over langvarig afprøvning*

Ved fremstilling af polyurinstofurethanlegemet inkorporeres typisk en effektiv mængde antioxidant, f.eks. ca. 0,5 til ca. 3 og fortrinsvis fra ca. 1 til ca. 2 vægtprocent af en sådan antioxidant som en amin eller en sterisk hindret phenoltype. En antioxidant af amintypen er mest tilfredsstillende. Sædvanligvis blandes antioxidanten med dioldiisocyanat-blandingen, eller fortrinsvis iblandes antioxidanten simpelt hen i polyolkomponenten. Tilsætningen af antioxidanten sker først og fremmest for at forøge den anvendte elastomers driftslevetid og opretholde elementets gode egenskaber over et langstrakt tidsrum.