DE2050567A1 - Verfahren zur Oberflachenbehandlung von Elastomeren - Google Patents

Verfahren zur Oberflachenbehandlung von Elastomeren

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DE2050567A1 DE19702050567 DE2050567A DE2050567A1 DE 2050567 A1 DE2050567 A1 DE 2050567A1 DE 19702050567 DE19702050567 DE 19702050567 DE 2050567 A DE2050567 A DE 2050567A DE 2050567 A1 DE2050567 A1 DE 2050567A1
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Description

Patentanmeldung
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Elastomeren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Elastomeren, insbesondere von Elastomeren für die Verwendung als Abdichtimg an bewegbaren Teilen von Kraftfahrzeugen zwecks Erzeugung eines geringeren Reibungskoeffizienten der Oberfläche des Elastomers.
Abdichteinrichtungen insbesondere aus Gummi an Kraftfahrzeugkarosserien müssen über einen langen Verwendungszeitraum sowohl die Eigenschaft besitzen, möglichst nachgiebig zu sein als auch die Eigenschaft, einen niedrigen Reibungskoeffizienten zu haben, da die abzudichtenden Teile für bestimmte Verwendungszwecke relativ zum Abdichtgummi bewegt werden. Bekannte Verfahren, beide Eigenschaften gleichzeitig zu erreichen, sind weitgehend fehlgeschlagen, da eine Verbesserung der Gleiteigenschaften in der Regel eine Verschlechterung der elastischen Eigenschaften zur Folge hatte. Die Unvereinbarkeit dieser beiden Forderungen hat die Konstrukteure gezwungen, besondere Sorgfalt auf die Gestaltung der· Dichtungen zu verwenden. Eine teilweise Verbesserung ist geroäss dem Stand der Technik dadurch erreicht worden, dass der Abdichtgummi mit einem dünnen Film überzogen wurde, der die Gleiteigenschaften verbesserte. Die auf diese W^ise überzogenen Gegenstände sind ,Jedoch relativ teuer und führen nicht dazu, dass der Reibungekoeffizient wirklich in dem Masse vermindert wird, wie es den praktischen Erfordernissen entspricht, wie sie im modernen Automobilbau herrschen.
109821/1749
US 7.3 6. Oktober 1970
Ist es das Ziel der Erfiiidmig, eine nle&fc aiafweiidlige jedoch, In Srade Mrtaog^welle Yerfeesserang eines ¥erfahpesis vOTzasehiageia,, das ' den. Hedtaigskoeffizlenten der GEtamMiehtcmgem ©mteeheidend . als auch die HMrte des GtmbsIs ie wesentlichen itnteetefflBSst lässt..
Dieses Ziel wird daduireEi, ©FFeielit,, dass die Oberfläche des in der fertigen fbrtB/LlegöQdeiai elastomerisÄem Teiles einep Steafeliang; anasgessetÄ Teirtl,, deren WelleBl,gng;e zwlsAesn 2000 TüEid" 35SÖ»,, vorzogsiteise zwdsdbHsn 230© «id wobei die Strahlung so teeaessea ist» dass due dbem dass die Härte des KLasfcoiaeFs -WteraindLeirt Mrd.
Ss ist dabei wjrtelliüaft, dass die Qfeerflleke des elastomerisciieH. Teiles der Bestrahlung Kit einest OberfläckeabefoaaadlTaEigssB^ttel ijeharadelt. wird.
die BesftraiiLiiing; amc^i. in eiiiei* ie Keserttlic&Eeii.
Ätmospfeiare
Es ist Tmrfeeilltaft;» dass dabei die StraMmsg^ietefee zitisefeen! 9 Ms 45 Jotsle
eise so>lÄe BestrahltiEigsbeiiiaindlBBig; wird der i die g^eiteaiie Heifeteg; aiof edtaea Betrag -mm wesaiger aus. 50 % des lietoü Wertes hepabgesetsfe, oito.e dass· sic^i die Haarte des la intermatioaipl.eH.Siii»iii.äpteeiitteiteB (11®©)» nacfa der festgestellt, indert. ,
für diesem asFeete \ferwendete elastomerisclie Werkstoffe bestehen, in der Megel aus feoprenspinani, hergestellt ams einer Bfisdaasg. aas Balyehloroprene mit Eofeilenmiss woß. "anderem Ztcsitzem». .litrllgsinei» iierg&stellt aus Bertadi.eBa«2rylliitrflb:e®taiiiidt.eileii!. etc.. Die Verweaxtung von Kdhleiinass in der SUscstonis er-
edase Äaweradnmg der· Bfestratttang .in einem weitespem Berelda ijearöigpLieh der Itaergie» Intensität tmd BestraMimgsaeit, Bie tataie Be-
ϊεβηρ, vorteilliafteEiielse zniaeheit 9 taxi 15 Jfousle pro
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en liegen» ws&mx&k füfe' die meisten polsperiaciseni Werkstoffe gJSoatlget Kelbaag;e-
koeffizlenteni erreicht werden»
TO 75 / 6.. Oietoter 1970
1QS821/1749
Klne maximale Herabsetzung der Reibungskoeffizienten wird durch eine Minimal-
bestrahlung von etwa 25 Joule pro cm erreicht.
Eine grössere Herabsetzung der Reibungskoeffizienten kann dadurch erreicht werden, dass kleine Beträge eines Oberflächenbehandlungsmittels auf das elastomerische Material gebracht wird, bevor die Bestrahlung beginnt. Für diesen Zweck können Fluorverbindungen verwendet werden, so beispielsweise ein Perfluoralcylsulfonat, wie es handelsüblich ist als Erzeugnis der Firma 3M Company unter der Bezeichnung PC-98, FC-176 oder FX 188. Dieses Oberflächenbehandlungsmittel kann beispielsweise während des Einformens des Gummiteiles auf die Oberfläche gebracht werden; durch die darauffolgende Bestrahlung wird ' das OberflächenbehandluHgsHiittel chemisch mit der Oberfläche des elastomerischen Werkstückes verbunden. Das Oberflächenbehandlungsmittel verbleibt sodann ungeachtet der Reibung in den Bereichen, auf denen es aufgebracht wurde, während der gesamten Lebenszeit des Gegenstandes. Dieses Oberfiächenbehandlungsmittel kann auch der Gunmimlscbung beigegeben werden oder die Gegenstände können mit ihm überzogen werden, bevor die Bestrahlung beginnt.
Eine sorgfältige Kontrolle der Strahlungsenergie ist erforderlich, wenn neben der günstigen Herabsetzung der Reibungsbeiwerte eine Beeinträchtigung der Elastizität des Materials vermieden werden soll. Bessere Resultate wurden erzielt mit einer Strahlung, die eine Wellenlänge zwischen 2500 und 3000 Angstrom besitzt. Es wird vermutet, dass die Herabsetzung des Reibungs- Λ
beiwertes dadurch erreicht wird, dass durch die Bestrahlung eine vernetzte und gehärtete Oberfläche auf dem elastomerischen Werkstück angebracht wird. Da diese Oberfläche relativ dünn ist, bewirkt sie keine praktische Änderung der Härte oder Elastizität des Werkstückes. Bei ausgeführten Beispielen ergab die Messung der Härte entsprechend der Spezifikation ASTM D l4l5/6lT (American Society for Testing Materials) bei Benutzung eines Eindrückkörpers mit einem Durchmesser von 1 Sh inch keinen wahrnehmbaren Unterschied des IRHD-Wertes als Folge der Bestrahlung. Dabei kann die Bestrahlung bei normaler Atmosphäre durchgeführt werden; jedoch ist die Herabsetzung des Reibbeiwertes abhängig voe Alter des Gegenstandes nach der Bestrahlung. Wenn der Gegenstand sofort nach der Bestrahlung der Luft ausgesetzt wird, ergeben sich zunächst keine Änderungen bezüglich der Reduktion des Reibungsbeiwertes .
- h -US 73 / 6. Oktober 1970
109821-/1749
Nach etwa einer Woche beträgt der Reibungskoeffizient 50 % des Wertes bei nicht behandelter Probe. Nach etwa vier Wochen beträgt der Reibungsbeiwert etwa 70 % der unbehandelten Probe. Gegenstände, die in einer im wesentlichen sauerstofffreien Atmosphäre bestrahlt wurden, besitzen einen ReibuiiggbeiWert, der nur unwesentlich mit dem Alter der Probe absinkt. Dabei kann die ,Bestrahlung unter einer Schutzatmosphäre von Stickstoff oder Argon durchgeführt werden.
Im folgenden wird eine Besehreibung von sechs untersuchten Beispielen gegeben·
Beispiel 1
Ein Gegenstand aus elastomerisdhem Werkstoff, extrudiert und bestehend mm Polychloropren mit geschlossenen Zellen, verwendbar als Diehtguimi für Seitenscheiben von Kraftfahrzeugen, wird einer ultravioletten Bestrahlung mmgesetzt, die im wesentlichen eine Wellenlänge von 2§j57 Angstrom besitzt.. Dabei besteht die Atmosphäre, unter der die Bestrahlung durchgeführt wird, ,aus Stickstoff mit Spuren von Sauerstoff. Die Intensität der Bestrahlung betragt 0,05
Watt pro cm . Die Bestrahlung wiM vorgenommen dureh eine silberdampf lampe, die ,ein Quarzfenster besitzt, das etwa 25,4 ffinn van 4er z» bestrahlenden Probe entfernt ist.
Die Reibungskoeffizienten des bestrahlten Materials wurden nach zwei Verfahren gemessen. Beim ersten Verfahren wird ein sphärisch geformter Hartglas körper mit einem Durehmesser von 6,6ο mm über einem Träger .angeordnet, der eine Probe des bestrahlten Materials von 50*8 mm Länge und 12,? en Breite aufnimmt. Die Probe wurde gedreht mit einer Geschwindigkeit vojj. etwa pro Sekunde und der Hartglasicörjper lastete auf der Probe mit einer von 30 g. Beim zweiten Verfahren wlrd eine Scheibe des behandelte© mit einem Durchmesser von et«a .9=»,58 JtP über einejn .dreJabaren Halter ordnet, der eine Glasscheibe trägt. jDle Glasseheibe wird gedne&t mit' Geschwindigkeit von 0,02 esa pro ieikuiDde mä die Scheibe wiind swf dass ©lass mit einer Belastung von 3o g gedröe'kt.
6. Oktober 1970
109821/1740
Vergleichende Tests mit nicht bestrahltem Material ergaben eine Reduktion des Reibungskoeffizienten von 1,3 auf 0,49 nach fünf Minuten Bestrahlung (9»3 Joule pro cm ). Der Reibungskoeffizient der bestrahlten Probe betrug 0,25 nach zehn Minuten Bestrahlung (l8,7 Joule pro cm;j der Reibungskoeffizient betrug 0,22 nach fünfzehn Minaten Bestrahlung (28 Joule pro cm ), Diese Werte ergaben sich durch Anwendung des oben angeführten ersten Verfahrens. Nach vier Wochen Alterung betrug der Reibungskoeffizient der bestrahlten Probe, bei der eine Bestrahlung von fünfzehn Minuten angewendet wurde, 0,35. Bei Benutzung des zweiten Prüfverfahrens sank der Reibungskoeffizient von l,08 auf 0,8 nach fünf Minuten Bestrahlung und auf 0,55 nach fünf zehn Minuten Bestrahlung, nachdem die Probe sieben Tage bei Raumtemperatur nach der Be- M Strahlung gelagert worden war. Das sich dadurch ergebende Material ist in hohem Grade verwendbar als Dichtgummi für bewegbare Scheiben von Kraftfahrzeugen.
Beispiel 2
Bei diesem Beispiel wurde das Verfahren gemäss dem Beispiel 1 ausgeführt, mit dem Unterschied jedoch, dass die Bestrahlung bei natürlicher Atmosphäre erfolgte. Ein Testen der Probe nach der ersten Technik ergab keine wesentliche Verringerung des Reibungskoeffizienten, gemessen unmittelbar nach der Bestrahlung. Bei Messung etwa eine Woche nach der Bestrahlung betrug der Reibungskoeffizient jedoch 0,35. Der Reibungskoeffizient stieg auf etwa 0,7 nach einer Zeit von etwa vier Wochen nach Bestrahlung.
Beispiel 3
Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass die Probe mit einem Oberflächenbehandlungsmittel vor der Bestrahlung überzogen wurde. Dieses Oberflächenbehandlungsmittel bestand aus Perfluoralcylsulfonat und ist handelsüblich als Erzeugnis der 3M Company unter der Bezeichnung PC-98, Obwohl der Reibungskoeffizient des uribehandelten Materials etwas unterhalb des Materials lag, das ohne das OberflKohenbehandlungsmittel geprüft wurde,(etwa bei 1,0) stieg der Reibungskoeffizient kurz danach während des Testvorgangee auf den Wert des Materials, das nicht mit dem Oberflächenbehandlungsmittel behandelt wurde. Nach einer Bestrahlung von fünfzehn Minuten betrug der Reibungskoeffizient etwa 0,28. Der Reibungskoeffizient stieg nach einer Lagerung von einigen Wochen auf 0,30. Nach einigen Wochen Test
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entsprechend des ersten Testverfahrens blieb der Reibungskoeffizient etwa unter 30 % des Wertes bei nicht behandelter Probe.
Beispiel 4 .
Ein Werkstoff auf Nitrilgummi ohne' Zusatz von Russ mit einer Härte von. 48 Einheiten gemäss IRHD, handelsüblich unter der Bezeichnung Hyear 1042 der Firma
B. F. Goodrich Company wurde einer Bestrahlung mit einer Wellenlänge von
■ ο ' . ■ ■
2537 Angstrb'in für 15 Minuten ausgesetzt. Der Test nach dem ersten Prüfverfahren zeigte eine Reduktion des Reibungskoeffizienten von etwa 2,1 für das nicht behandelte Material auf etwa 1,0 für das bestrahlte Material.
Beispiel 5
Ein Gewichtsteil eines Oberflächenbehandlungsmittels aus Perfluoralcylsulfonat, handelsüblich als Erzeugnis der Firma 3M Company mit der Bezeichnung FC-98 wurde hundert Teilen Nitrilgummi gemäss dem Beispiel 4 zugefügt. Eine Messung des Reibungskoeffizienten vor der ultravioletten Bestrahlung.zeigte keine änderung des Reibungskoeffizienten. Nach der Bestrahlung sank Jedoch der Reibungskoeffizient auf 0,4.
Beispiel 6
Einhundert Gewichtsteile Nitrilgummi, enthaltend 120 Gewichtsteile Russ, wobei diese Mischung eine IRHD-Härte von 76 aufweist, wird gemischt mit einem Gewiohtsteil eines Oberflächenbehandlungsmittels, bestehend aus Perfluoralcylsulfonat, wie es handelsüblich ist unter der Bezeichnung PC 176 als Erzeugnis der Firma J5M Company, Die aus diesen Stoffen hergestellten Muster werden entsprechend dem Beispiel 4 bestrahlt. Der Reibungskoeffizient nach der Bestrahlung betrug 0,2, nach der ersten Messmethode gemessen.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird für Stoffe aus elaatomerischem Material eine wesentliche Reduzierung der Oberflächenreibung erreicht, wodurch diese Stoffe insbesondere für Dichtgummis von Fenstern an Kraftfahrzeugen und ähnliche Gegenstände an Kraftfahrzeugen verwendet werden können. Das erfindungsgemässe Verfahren ist in hohem Grade ökonomisch durchzuführen und· ergibt ein Material, das den niedrigen Reibungskoeffizienten über einen längen Zeitraum behält, ungeachtet einer starken Beanspruchung der fraglichen Teile.
US-73 , 6. Oktober 197Ό
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Claims (3)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Elastomeren, insbesondere von Elastomeren für die Verwendung als Abdichtung an bewegbaren Teilen von Kraftfahrzeugen, zwecks Erzeugung eines geringeren Reibungskoeffizienten der Oberfläche des Elastomers, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des in der fertigen Form vorliegenden elastomerisehen Teiles einer Strahlung ausgesetzt wird, deren Wellenlänge zwischen 2000 und 3500, vorzugsweise zwischen 2500 und 3000 Angström besteht, wobei die Strahlung so bemessen ist, dass die Oberfläche durchdrungen wird, ohne dass die Härte des Elastomers verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des elastomerisehen Teil
Oberflächenbehandlungsmittel behandelt wird.
dass die Oberfläche des elastomerisehen Teiles vor der Bestrahlung mit einem
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung in einer im wesentlichen sauerstofffreien Atmosphäre erfolgt.
k. Verfahren nach Anspruch 1 bis J>, dadurch g e k e η η ζ e i c h -
2 net, dass die Strahlungsdichte zwischen 9 und 75 Joule pro cm beträgt.
HS-73 / 6. Oktober 1970
109821/1749
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