DE102016107592A1 - Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung mit verbesserter Gefrier-Resistenz und Verfahren zu Herstellung der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung - Google Patents

Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung mit verbesserter Gefrier-Resistenz und Verfahren zu Herstellung der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung Download PDF

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Abstract

Eine Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung mit verbesserter Gefrier-Resistenz schließt einen hydrierten Nitrilbutadienkautschuk (HNBR) ein, der Acrylnitril in einem Gehalt von 5 bis 20 mol% aufweist, worin die Wasserstoffsättigung des HNBR 80 bis 90 % beträgt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung mit verbesserter Gefrier-Resistenz und ein Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung die Verbesserung der Gefrier-Resistenz einer Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung, die einen hydrierten Nitrilbutadienkautschuk (HNBR) enthält, durch Einstellen der physikalischen Eigenschaften des hydrierten Nitrilbutadienkautschuks.
  • HINTERGRUND
  • Eine Öldichtung ist ein Dichtungselement, das verhindert, dass Öl wie beispielsweise Schmiermittel oder hydraulische Flüssigkeit, Kühlmittel, Gleitmittel oder ähnliches aus verschiedenen Typen von mechanischen Vorrichtungen ausläuft.
  • Die Öldichtung wird in den mechanischen Vorrichtungen hauptsächlich in Verbindung mit einer rotierenden Achse eingesetzt. Daher sollte eine Kautschukzusammensetzung der Öldichtung eine gute Hitzeresistenz, Ölresistenz und Abnutzungsresistenzeigenschaften aufweisen.
  • Da Probleme wie Öl-Lecks und Beschädigung der Öldichtung in kalten Gebieten auftreten, besteht ein starker Bedarf für eine Kautschukzusammensetzung mit guter Gefrier-Resistenz.
  • Dementsprechend offenbart die koreanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 10-2008-0100424 (im Folgenden als "Patentdokument" bezeichnet) eine Zusammensetzung, die eine hervorragende Gefrier-Resistenz aufweist und durch Einstellen des Acrylnitrilgehalts und des Jodwertes von hydriertem NBR gebildet wird.
  • Allerdings ist die Tieftemperatureigenschaft (TR-10) der Zusammensetzung des vorgenannten Patentdokuments etwa –29 bis –34°C, und daher erreicht die Gefrier-Resistenz kein zufriedenstellendes Niveau. Da die Dichtungsfunktion bei ultratiefen Temperaturen (–40°C oder weniger) nicht adäquat verwirklicht werden könnte, ist das Risiko von Öl-Lecks nicht vollständig gelöst.
  • Die oben in diesem Abschnitt zum Hintergrund offenbarten Informationen dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung, und können daher Informationen enthalten, die nicht zum Stand der Technik gehören, der dem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Die vorliegende Offenbarung wurde in dem Bestreben gemacht, die oben genannten Probleme in Verbindung mit dem Stand der Technik zu lösen.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde in dem Bestreben gemacht, eine Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung mit verbesserter Dichtungsleistung bei niedrigen Temperaturen bereitzustellen, während die Hitzeresistenz und Ölresistenz erhalten bleibt.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde auch in dem Bestreben gemacht, eine Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung mit verbesserten physikalischen Eigenschaften, wie Härte, Zugfestigkeit und Dehnung, bereitzustellen, die gleich oder höher als diejenigen des verwandten Standes der Technik sind, und die eine hervorragende Hitzeresistenz bei hoher Temperatur und eine hervorragende Gefrier-Resistenz bei tiefer Temperatur aufweist.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde auch in dem Bestreben gemacht, eine Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung bereitzustellen, in der die Glasübergangstemperatur niedrig ist, so dass die Elastizität bei –45°C oder weniger erhalten bleibt.
  • Das Ziel der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die vorgenannten Ziele beschränkt. Das Ziel der vorliegenden Offenbarung wird anhand der vorliegenden Beschreibung noch klarer werden, und es wird durch die Mittel und Kombinationen davon, die in den Ansprüchen beschrieben sind, verwirklicht.
  • Unter einem Gesichtspunkt stellt die vorliegende Offenbarung eine Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung mit verbesserter Gefrier-Resistenz bereit, die folgendes einschließt: einen hydrierten Nitrilbutadienkautschuk (HNBR), der Acrylnitril in einem Gehalt von 5 bis 20 mol% einschließt, worin die Wasserstoffsättigung des HNBR 80 bis 90 % betragen kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann der HNBR Acrylnitril in einem Gehalt von 15 mol% einschließen und eine Wasserstoffsättigung von 88 % aufweisen.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung mit verbesserter Gefrier-Resistenz gemäß der vorliegenden Offenbarung weiterhin auf Basis von 100 Gew.-Teilen des HNBR, 35 bis 45 Gew.-Teile an Ruß, 1 bis 2 Gew.-Teile Schwefel, 1 bis 2 Gew.-Teile N-Cyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamid (CZ), 1 bis 6 Gew.-Teile von einem oder mehreren ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zinkoxid und Stearinsäure, und 1 bis 2 Gew.-Teile von ein oder mehreren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylendiamin (3C) und 2-Mercaptobenzimidazol (MB) einschließen.
  • Unter einem anderen Gesichtspunkt liefert die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung einer Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung mit verbesserter Gefrier-Resistenz, das Folgendes einschließt: Mischen von 100 Gew.-Teilen eines hydrierten Nitrilbutadienkautschuks (HNBR), der Acrylnitril in einem Gehalt von 5 bis 20 mol% einschließt, und eine Wasserstoffsättigung von 80 bis 90 % aufweist, 35 bis 45 Gew.-Teile an Ruß, 1 bis 2 Gew.-Teile Schwefel, 1 bis 2 Gew.-Teile N-Cyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamid (CZ), 1 bis 6 Gew.-Teile an ein oder mehreren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zinkoxid und Stearinsäure und 1 bis 2 Gew.-Teile an ein oder mehreren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylendiamin (3C) und 2-Mercaptobenzimidazol (MB).
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann der HNBR erhalten werden durch Rühren und Copolymerisieren von Acrylnitril und Butadien bei 40 bis 60°C mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 60 UPM.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der HNBR durch Hydrieren eines Nitrilbutadienkautschuks (NBR) in Gegenwart eines Palladiumkatalysators hergestellt werden.
  • Die vorliegende Offenbarung schließt den vorgenannten Aufbau ein und weist daher die folgenden Wirkungen auf.
  • Die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegende Offenbarung ist wirksam für die Lösung von Problemen wie Öl-Lecks und Beschädigung der Öldichtung, die in nördlichen Gebieten wie Russland und Nordamerika auftreten, da die Gefrier-Resistenz hervorragend ist.
  • Die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegende Offenbarung ist wirksam für die Aufrechterhaltung der grundsätzlichen Leistungsfähigkeit der Öldichtung unter extrem kalten Bedingungen, da es die niedrige Glasübergangstemperatur ermöglicht, die Elastizität bei –45°C oder niedriger aufrechtzuerhalten.
  • Die Wirkung der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die vorgenannten Wirkungen beschränkt. Es versteht sich, dass die Wirkung der vorliegenden Offenbarung alle Wirkungen einschließt, die aus der folgenden Beschreibung abgeleitet werden können.
  • Weitere Gesichtspunkte und bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden unten diskutiert.
  • Es versteht sich, dass der Begriff "Fahrzeug" oder "Fahrzeug-" oder andere ähnliche Begriffe Motorfahrzeuge im Allgemeinen einschließen, wie Personenwagen einschließlich Sports-Utility-Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich verschiedener Boote und Schiffe, Flugzeuge und ähnliches, und Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-In-hybridelektrische Fahrzeuge, Wasserstoff-betriebene Fahrzeuge und andere mit alternativem Treibstoff (beispielsweise Treibstoff, die von Ressourcen außer Erdöl abgeleitet sind) betriebene Fahrzeuge einschließt. Wie her verwendet ist ein Hybrid-Fahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Energiequellen aufweist, beispielsweise sowohl Benzin- als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
  • Die obigen und weiteren Merkmale der Offenbarung werden unten diskutiert.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden wird nun im Detail auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, deren Beispiele in den begleitenden Zeichnungen illustriert sind, und die unten beschrieben werden. Während die Offenbarung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Offenbarung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegenteil ist beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdeckt, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die im Geist und Bereich der Offenbarung, wie durch beigefügten Ansprüche definiert, eingeschlossen sein können.
  • Die Beschreibung von allgemein bekannten Bauweisen oder Funktionen davon kann weggelassen werden, wenn gefunden wird, dass sie den Kern der vorliegenden Offenbarung verdecken. In der Beschreibung wird das Wort "umfassen" und Variationen davon wie "umfassend" oder "umfasst", wenn nicht explizit anders angegeben, so verstanden, dass es das Einschließen der genannten Elemente impliziert, aber nicht das Ausschließen beliebiger anderer Elemente.
  • Eine Öldichtung ist ein Dichtungskautschuk, der in einer mechanischen Vorrichtung, wie einem Servolenkungssystem, einem Motorzylinderblock, einer Frontabdeckungsdichtung, einer Kühlmittel-Steuereinrichtung und einer Klimaanlage, eingesetzt wird.
  • Die Öldichtung verhindert hauptsächlich das Auslaufen von hydraulischer Flüssigkeit, Kühlmittel, Schmiermittel und ähnlichem aus einer Lücke zwischen einer Drehachse und deren Umfangsabschnitt.
  • Ein Beispiel davon kann die Öldichtung eines Servolenkungssystems einschließen. Das Servolenkungssystem ist eine Vorrichtung, die eine Rotationsbewegung in eine rechtwinklige Bewegung durch hydraulische Druckkraft umwandelt, wenn der Fahrer das Lenkrad dreht. Die Öldichtung des Servolenkungssystems ist in einem Lenkgetriebe installiert, das die Lenkkraft gegenüber dem Fahrer in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen kontrolliert und eine Bewegungsrichtung ändert, um die Bewegung zu übertragen, und bewirkt somit eine Dichtungswirkung, um zu verhindern, dass hydraulische Flüssigkeit in das Äußere eines Zylinderrohrs im Lenkgetriebe ausläuft.
  • Da die Öldichtung kontinuierlich in Kontakt mit der hydraulischen Flüssigkeit stehen soll, muss die Öldichtung eine gute Ölresistenz aufweisen. Da die Öldichtung weiterhin Hitze, Druck und ähnliches, das aus der Bewegung der rotierenden Achse resultiert, aushalten muss, sind Hitzeresistenz und Abnutzungsresistenz ebenfalls wichtig.
  • Seit kurzem wird, da Probleme von Öl-Lecks und Beschädigung der Öldichtung in kalten Gebieten auftreten, Gefrier-Resistenz als wichtige physikalische Eigenschaft erachtet.
  • Elastizität, die der Kautschuk inhärent aufweisen kann, kann verloren gehen, da bei der Glasübergangstemperatur oder niedriger ein Phasenübergang auftritt, und so kann die Dichtungswirkung reduziert sein, oder es kann ein Schaden unter Last auftreten. D.h., dass die Gefrier-Resistenz der Öldichtung anhand der Glasübergangstemperatur evaluiert werden kann.
  • Im verwandten Stand der Technik wird zur Reduktion der Glasübergangstemperatur der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung i) ein Weichmacher zu einem hydrierten Nitrilbutadienkautschuk (im Folgenden als "HNBR" bezeichnet) gegeben oder ii) es wird ein Nitrilbutadienkautschuk (im Folgenden als "NBR" bezeichnet) mit niedriger Glasübergangstemperatur eingesetzt.
  • Wenn allerdings der Weichmacher zum Kautschukmaterial zugegeben wird, so kann die Glasübergangstemperatur reduziert werden, doch die Hitzeresistenz und die Ölresistenz werden schlechter. Dies liegt daran, dass der Weichmacher die Molekülketten des Kautschukmaterials gewaltsam ausdehnen kann, was die Bindungsenergie reduziert.
  • Im Vergleich zum HNBR ist die Hitzeresistenz von NBR, der eine niedrige Glasübergangstemperatur aufweist, sehr schlecht, und daher sollte NBR nicht in Motorantriebselementen eingesetzt werden.
  • Dementsprechend zielt die vorliegende Offenbarung auf die Entwicklung einer Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung, die eine Hitzeresistenz und Ölresistenz aufweist, die gleich oder höher wie diejenigen des verwandten Standes der Technik sind, und die zudem auch Gefrier-Resistenz aufweist.
  • Die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung schließt HNBR als Hauptbestandteil ein, und HNBR und NBR werden unten kurz beschrieben.
  • NBR ist ein Polymer, das durch Copolymerisation von Butadien und Acrylnitril erhalten wird. Die Struktur von NBR ist durch die folgende chemische Formel 1 dargestellt. Da NBR durch Copolymerisation von polaren Monomeren (Acrylnitril) erhalten wird, ist die Ölresistenz hervorragend. [Chemische Formel 1]
    Figure DE102016107592A1_0001
  • HNBR ist ein Polymer, das durch Hydrieren von NBR erhalten wird, um die Doppelbindung von NBR zu sättigen. Die Struktur von HNBR wird durch die folgende chemische Formel 2 dargestellt. HNBR kann Polymethylen sein, das eine Nitril-Seitenkettengruppe aufweist. Da HNBR Polymethylen mit hochgesättigter Hauptkette ist, ist die Hitzeresistenz hervorragend. [Chemische Formel 2]
    Figure DE102016107592A1_0002
  • Das bedeutet, dass deswegen, weil HNBR Acrylnitril einschließt, die Ölresistenz gut ist, und weil die Hauptkette Polymethylen ist, die Hitzeresistenz hervorragend ist. Daher ist HNBR geeignet, für die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung eingesetzt zu werden.
  • Die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung schließt einen HNBR ein, der Acrylnitril in einer Menge von 5 bis 20 mol% einschließt und eine Wasserstoffsättigung von 80 bis 90 % aufweist.
  • Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Offenbarung die Definition der "Wasserstoffsättigung" wie folgt lautet: Wie oben beschrieben wird HNBR durch Hydrieren von NBR hergestellt, um die Doppelbindung in der Hauptkette zu sättigen. Die Wasserstoffsättigung bedeutet, wie viele der Doppelbindungen entfernt werden. Das bedeutet, dass ein "%" der Wasserstoffsättigung das Verhältnis der Wiederholungseinheiten, in denen die Doppelbindung entfernt wurde, in den gesamten Wiederholungseinheiten den HNBR bezeichnet.
  • In der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung auf dem Markt ist der Gehalt von Acrylnitril 20 bis 45 mol%, und die Wasserstoffsättigung ist 90 bis 99 %. D.h., dass in der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu Zusammensetzung des verwandten Standes der Technik, der Gehalt an Acrylnitril und die Wasserstoffsättigung niedrig sind.
  • Im Allgemeinen ist bekannt, dass die Gefrier-Resistenz verbessert wird und die Hitzeresistenz und die Ölresistenz schlechter werden, wenn die Menge von Acrylnitril und Wasserstoffsättigung des HNBR verringert werden.
  • Die vorliegende Offenbarung hat die technische Eigenschaft, dass ein Gleichgewicht zwischen Gefrier-Resistenz, Hitze-Resistenz und Öl-Resistenz eingestellt wird, indem der Gehalt an Acrylnitril und die Wasserstoffsättigung des HNBR optimiert werden. Wenn der Gehalt des Acrylnitril im HNBR 5 bis 20 mol% beträgt und die Wasserstoffsättigung 80 bis 90 % beträgt, so wird die Gefrier-Resistenz der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung, die den obigen Gehalt und Sättigung einschließt, ausreichend verbessert, so dass die Glasübergangstemperatur auf –45°C oder weniger abgesenkt werden kann, und eine Reduktion der Hitze-Resistenz und der Öl-Resistenz können nicht ernsthaft auftreten.
  • Die vorliegende Offenbarung optimiert die Bedingungen zur Herstellung von HNBR, um eine Reduktion der Hitze-Resistenz und Öl-Resistenz zu verhindern.
  • Im Verfahren zur Herstellung der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann bei der Herstellung des HNBR (genauer gesagt, des NBR) Acrylnitril und Butadien bei 40 bis 60°C mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 60 UPM gerührt und dann copolymerisiert werden.
  • HNBR im verwandten Stand der Technik wird hergestellt, indem Acrylnitril und Butadien bei Normaltemperatur und einer Geschwindigkeit von 80 bis 100 UPM gerührt werden.
  • Da in der vorliegenden Offenbarung die Monomere durch Reduktion der Rührrate (40 bis 60 UPM) bei hoher Temperatur (40 bis 60°C), bei der die Monomere aktiviert sind, copolymerisiert werden, wird die Dispergierbarkeit von Acrylnitril verbessert, und so können die Probleme der ernsthaften Reduktion der Hitze-Resistenz und der Öl-Resistenz gelöst werden.
  • Beim Verfahren zur Herstellung der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann, wenn der HNBR durch Hydrieren von NBR, der unter den vorgenannten Bedingungen erhalten wurde, hergestellt wird, Wasserstoff in Gegenwart eines Palladiumkatalysators eingeführt werden. Da sich dementsprechend NBR und Wasserstoff leicht miteinander verbinden, können die Probleme der ernsthaften Reduktion der Hitze-Resistenz und Öl-Resistenz gelöst werden.
  • Die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann weiterhin zusammen mit dem HNBR ein Füllstoff, ein Vernetzungsmittel, einen Vulkanisierungsbeschleuniger, ein Vernetzungshilfsmittel und ein Alterungsresistenz-Mittel einschließen.
  • Der Füllstoff wird eingesetzt, um die physikalischen Eigenschaften wie Härte und Zugfestigkeit der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung zu verbessern. Die Sorten des Füllstoffs sind nicht beschränkt, solange sie für eine Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung eingesetzt werden können, doch vorzugsweise kann Ruß eingesetzt werden.
  • Der Ruß ist nicht auf ein spezielles Erzeugnis beschränkt, doch kann bevorzugt Ruß FEF (N550) mit einem Teilchendurchmesser von 40 bis 48 nm eingesetzt werden.
  • Jedoch kann es bevorzugt sein, dass der Ruß in einem Gehalt von 35 bis 45 Gew.-Teilen auf Basis von 100 Gew.-Teilen des HNBR eingesetzt wird. Wenn der Ruß in einer Menge von weniger als 35 Gew.-Teilen enthalten ist, so ist der Grad der Verbesserung der physikalischen Eigenschaften niedrig, und wenn der Ruß in einem Gehalt von mehr als 45 Gew.-Teilen enthalten ist, so kann die Elastizität abnehmen, was die Dichtungswirkung der Öldichtung verringert.
  • Das Vernetzungsmittel wird eingesetzt, um eine Vernetzung zwischen Polymerketten zu bilden, wenn die einzelnen Bestandteile der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemischt werden. Die Typen an Vernetzungsmittel sind nicht beschränkt, solange sie für eine Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung eingesetzt werden können, doch vorzugsweise kann Schwefel verwendet werden.
  • Es kann bevorzugt sein, dass das Vernetzungsmittel in einem Gehalt von 1 bis 2 Gew.-Teilen auf Basis von 100 Gew.-Teilen des HNBR eingesetzt wird. Wenn das Vernetzungsmittel im vorgenannten Zahlenbereich eingesetzt wird, kann eine Vernetzung angemessen zwischen den einzelnen Bestandteilen eintreten, so dass das Vernetzungsmittel als Öldichtung dient.
  • Der Vulkanisierungsbeschleuniger wird eingesetzt, um die Vulkanisationsfähigkeit des Vernetzungsmittels (Schwefel) zu beschleunigen, um die Vulkanisierungszeit zu reduzieren. Die Sorten des Vulkanisierungsbeschleunigers sind nicht beschränkt, solange sie für die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung eingesetzt werden können, doch vorzugsweise können N-Cyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamid (CZ), das ein Vulkanisationsbeschleuniger auf Sulfenamid-Basis ist, eingesetzt werden.
  • Es kann bevorzugt sein, dass der Vulkanisationsbeschleuniger in einer Menge von 1 bis 2 Gew.-Teilen auf Basis von 100 Gew.-Teilen des HNBR eingesetzt wird. Wenn der Vulkanisationsbeschleuniger innerhalb des vorgenannten Zahlenbereichs eingesetzt wird, so kann die Vulkanisationsfähigkeit wirksam beschleunigt werden, und die eingesetzte Menge des Vernetzungsmittels kann reduziert werden.
  • Das Vernetzungshilfsmittel (Aktivierungsmittel) wird eingesetzt, um das Vernetzungsmittel zu unterstützen. Die Typen des Vernetzungshilfsmittels sind nicht beschränkt, solange sie für die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung eingesetzt werden können, doch vorzugsweise können Zinkoxid und Stearinsäure einzeln oder als Mischung eingesetzt werden.
  • Jedoch kann es bevorzugt sein, dass das Vernetzungshilfsmittel in einer Menge von 1 bis 6 Gew.-Teilen auf Basis von 100 Gew.-Teilen des HNBR eingesetzt wird. Wenn das Vernetzungshilfsmittel innerhalb des vorgenannten Zahlenbereichs eingesetzt wird, so kann Vernetzungshilfsmittel dem Vernetzungsmittel wirksam dabei helfen, die einzelnen Bestandteile der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung zu vernetzen.
  • Das Alterungsresistenz-Mittel wird eingesetzt, um das Altern des Kautschuks (Öldichtung) aufgrund von inneren oder äußeren Faktoren zu verhindern. Die Sorten des Alterungsresistenz-Mittels sind nicht beschränkt, solange sie für die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung eingesetzt werden können, doch vorzugsweise können N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylendiamin (3C) und 2-Mercaptobenzimidazol (MB), die hervorragende Hitze-Resistenz aufweisen, einzeln oder als Mischung eingesetzt werden.
  • Es kann bevorzugt sein, dass das Alterungsresistenz-Mittel in einem Gehalt von 1 bis 2 Gew.-Teilen auf Basis von 100 Gew.-Teilen des HNBR eingesetzt wird. Wenn das Alterungsresistenz-Mittel innerhalb des vorgenannten Zahlenbereichs eingesetzt wird, so kann die Alterung des Kautschuks wirksam verhindert werden, ohne die mechanischen Eigenschaften der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung zu reduzieren.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Offenbarung detaillierter anhand von Testbeispielen beschrieben. Allerdings dienen die Testbeispiele dazu, die vorliegende Offenbarung zu illustrieren, doch der Bereich der vorliegenden Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.
  • Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 Öldichtungs-Kautschukzusammensetzungen, die die in der folgenden Tabelle 1 gezeigte Zusammensetzung und den Gehalt erfüllten, wurden hergestellt. [Tabelle 1]
    Komponente Gehalt (Gew.-Teile)
    Rohmaterialkautschuk HNBR 100
    Füllstoff Ruß FEF1) 40
    Vernetzungsmittel Schwefel 1
    Vulkanisationsbeschleuniger CZ2) 1
    Vernetzungshilfsmittel ZnO 5
    Stearinsäure 1
    Alterungsresistenz-Mittel MB3) 1
    3C4) 1
    1) Ruß FEF: N550, Teilchendurchmesser 40 bis 48 nm 2) CZ: N-Cyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamid 3) MB: 2-Mercaptobenzimidazol 4) 3C: N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylendiamin
  • In diesem Fall wurden die Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 durch Einstellung des Gehalts an Acrylnitril (ACN) im HNBR und der Wasserstoffsättigung des HNBR eingestellt, wie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 2]
    Vergl.-Beisp. 1 Vergl.-Beisp. 2 Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Vergl.-Beisp. 3 Vergl.-Beisp. 4
    HNBR ACN-Gehalt 3 8 10 15 20 25 30
    Wasserstoffsättigung 75 80 85 88 90 95 99
  • Testbeispiel
  • Muster wurden aus den Öldichtungs-Kautschukzusammensetzungen von Beispiel 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 1 bis 4 hergestellt, und Härte, Zugfestigkeit, Dehnung und Hitze-Resistenz werden durch das folgende Verfahren gemessen.
    • 1. Härte: auf Basis von Abschnitt 7 von KS M6518, die eine KS-Norm darstellt
    • 2. Zugfestigkeit: Auf Basis von Abschnitt 5 von KS M6518, die eine KS-Norm darstellt
    • 3. Dehnung: auf Basis von Abschnitt 5 von KS M6518, die eine KS-Norm darstellt
    • 4. Hitze-Resistenz: auf Basis von Abschnitt 8 von KS M6518, die eine KS-Norm darstellt.
  • Weiterhin wurde zur Evaluierung der Gefrier-Resistenz des Testmusters die Glasübergangstemperatur gemessen.
  • Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 gezeigt. [Tabelle 3]
    Bewertete Eigenschaft Vergl.-Beisp. 1 Vergl.-Beisp. 2 Beisp. 1 Beisp. 2 Beisp. 3 Vergl.-Beisp. 3 Vergl.-Beisp. 4
    Härte [Hs] 77 76 77 77 77 76 77
    Zugfestigkeit [kgf/cm2] 182 175 195 206 194 185 180
    Dehnung [%] 190 210 220 230 225 205 185
    Hitze-Resistenz (135°C X 70 Std.) Änderung der Härte [Hs] +7 +8 +6 +4 +5 +5 +6
    Zugfestigkeits-Änderungsverhältnis [%] –11 –9 –7 –5 –2 –5 –4
    Dehnungs-Änderungsverhältnis [%] –10 –11 –8 –3 –6 –3 –3
    Glasübergangstemperatur (°C) –32 –33 –45 –47 –46 –34 –29
  • Die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung des verwandten Standes der Technik, die Gefrier-Resistenz aufweist und auf dem Markt erhältlich ist, wird im Wesentlichen dadurch erhalten, dass der Weichmacher zu HNBR hinzugefügt wird, und weist eine Härte von etwa 75 Hs, eine Zugfestigkeit von etwa 200 kgf/cm2 und eine Dehnung von etwa 240 % auf. Weiterhin ist bekannt, dass die Härteänderung, die ein Kennzeichnungsmerkmal der Hitze-Resistenz darstellt, etwa +5, das Zugfestigkeits-Änderungsverhältnis etwa +5 % und das Dehnungs-Änderungsverhältnis etwa mit –7 % beträgt.
  • In Bezug auf Tabelle 3 ist ersichtlich, dass die physikalischen Eigenschaften und die Hitze-Resistenz der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung (Beispiele 1 bis 3) der vorliegenden Offenbarung gleich oder höher als diejenigen der Kautschukzusammensetzung des verwandten Standes der Technik sind.
  • Im Hinblick auf die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung des verwandten Standes der Technik, die Gefrier-Resistenz aufweist, worin ein TR-10-Wert (20 % Elastizitäts-Wiederherstellungstemperatur, die so behandelt wird wie die Glasübergangstemperatur) bei einem Niveau von etwa –30 bis –35°C liegt, ist ersichtlich, dass die Glasübergangstemperatur der Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung –45 bis –47°C beträgt.
  • D.h., dass die vorliegende Offenbarung eine Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung betrifft, die HNBR mit einem Acrylnitrilgehalt von 5 bis 20 mol% und einer Wasserstoffsättigung von 80 bis 90 % enthält, und die technische Eigenschaft aufweist, dass die Glasübergangstemperatur auf –45°C oder weniger reduziert wird, ohne Reduktion der physikalischen Eigenschaften und der Hitze-Resistenz.
  • Insbesondere ist ersichtlich, dass, wenn der Gehalt an Acrylnitril 15 mol% und die Wasserstoffsättigung 88 % betragen, die physikalischen Eigenschaften, Hitze-Resistenz und Gefrier-Resistenz (Glasübergangstemperatur) optimal sind.
  • Daher wurde erreicht, dass, wenn die Öldichtung, in der die Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung eingesetzt wird, verwendet wird, Probleme in Bezug auf Gefrier-Resistenz gelöst werden können, da die Dichtungswirkung in einem kalten Gebiet erhalten bleibt.
  • Die Offenbarung wurde im Detail unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Allerdings versteht es sich für den Fachmann, dass Änderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Offenbarung abzuweisen, deren Bereich durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2008-0100424 [0005]

Claims (9)

  1. Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung mit verbesserter Gefrier-Resistenz, umfassend: einen hydrierten Nitrilbutadienkautschuk (HNBR), der Acrylnitril in einem Gehalt von 5 bis 20 mol% einschließt, worin die Wasserstoffsättigung des HNBR 80 bis 90 % beträgt.
  2. Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin der HNBR Acrylnitril in einem Gehalt von 15 mol% einschließt und eine Wasserstoffsättigung von 88 % einschließt.
  3. Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, die weiterhin umfasst: 35 bis 45 Gew.-Teile an Ruß auf Basis von 100 Gew.-Teilen des HNBR.
  4. Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiterhin umfasst: auf Basis von 100 Gew.-Teilen des HNBR, 1 bis 2 Gew.-Teile an Schwefel; und 1 bis 2 Gew.-Teile an N-Cyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamid (CZ).
  5. Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin umfasst: 1 bis 6 Gew.-Teile von ein oder mehreren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zinkoxid und Stearinsäure auf Basis von 100 Gew.-Teilen des HNBR.
  6. Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die weiterhin umfasst: 1 bis 2 Gew.-Teile an ein oder mehreren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylendiamin (3C) und 2-Mercaptobenzimidazol (MB) auf Basis von 100 Gew.-Teilen des HNBR.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Öldichtungs-Kautschukzusammensetzung mit verbesserter Gefrier-Resistenz, umfassend: Mischen von 100 Gew.-Teilen eines hydrierten Nitrilbutadienkautschuks (HNBR), der Acrylnitril in einem Gehalt von 5 bis 20 mol% einschließt und eine Wasserstoffsättigung von 80 bis 90 % aufweist, 35 bis 45 Gew.-Teilen an Ruß, 1 bis 2 Gew.-Teilen an Schwefel, 1 bis 2 Gew.-Teilen an N-Cyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamid (CZ), 1 bis 6 Gew.-Teile an einen oder mehreren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zinkoxid und Stearinsäure, und 1 bis 2 Gew.-Teile an einem oder mehreren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylendiamin (3C) und 2-Mercaptobenzimidazol (MB).
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, worin der HNBR durch Rühren und Copolymerisieren von Acrylnitril und Butadien bei 40 bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 40 bis 60 UPM erhalten wird.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, worin der HNBR durch Hydrieren eines Nitrilbutadienkautschuks (NBR) in Gegenwart eines Palladiumkatalysators erhalten wird.
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