DE2811810A1 - Mit aramid - fasern verstaerktes elastomer - Google Patents

Description

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Mipl.- Let. \u TOldbach 6ü5 Offenbach a.M

Dipl.- Ing, L, Schieferdecker Herrnstr» 57

Patentanwälte 9

i'he B .Jf¹ ο ioodrich Company

Akron, Ohio

T.St.A.

ϊ-iit Araruid-fasern verstärktes iälastomer

uie iirfindun.-i- betrifft die Herstellung- faserverstärkter Materialien und insbesondere eine 7oi*s burkung von Elastomerffäschungen mittels =-estücIcelter Aramidverstärkung, üra die physikalischen ISigenschaften von faserverstärkten jtslastomeren zu verbessern, hat es sich als vJünschensTirert erwiesen, faserige oder gestückelte Yerstrrkun^en dem -lilastomer vor der ^oi'ßi^elDung oder formung in die i-fewünseht« JOrm einzuverleiben. \Άη Verfahren zvm Herstellen von ,Schläuchen verv/endet eine>i Extruder und läßt das Faserisatorial in den -3 chi auch einverleibt werden, indem die Fasern an den Schlauch geblasen werden. Ein anderes Tei-fahren besteht darin, zwei konzentrische Schläuche aus in axialem Abstand angeordneten I'oriiien auszupressen und Fiisermateriai zwischen die Schläuche '/Ά bringen, ehe die Schläuche aureinander geschichtet werden, wobei die Faser svrischen den Schläuchen wingekapselt wird.

Die iärfindunp; befaiBt sich mit der Verbesserung von mir Fasern versetzten Elastomeren oder Gummiarten, Indem in das Elastomeroder Grummimaterial st.-lbst zerstückelte Fasern von Kevlar, einem Aramid, eingebracht v/erden, um dessen physikalische Eigenschaften zu verstärken. Die Bezeichnung G-unmii umfaßt in der hier verwendeten Bedeutung Jummi und die verschiedenen synthetischen Materialien, welche die charakteristische Biegsamkeit und Dehnbarkeit von G-umtni zeigen oder die Zumischungen für diesen Zweck erhalten. Die Bezeichnung G-ummi schließt Neopren oder Kitrilgummi-

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mischungen ein. Solche mit zerstückelten Aramidfasern verstärkte Elastomere sind besonders vorteilhaft für eine Verbesserung der
Eigenschaften des Gemisches zur Verwendung in Reifen, Schlauchmaterialien, Riemen und ähnlichen Erzeugnis sen-r

Die vorliegende Erfindung sieht daß Zerstückeln von Aramidfasern in einzelne Partikel oder Fädchen und das I-iischen dieser Partikel oder Fasern mit Elastomer zur Dispersion und das ordnen
dieser Partikel in Längsrichtung durch rüschen, Vermengen oder
Strangpressen vor, auf das ein Vulkanisieren des Mit Fasern besirückten Slastomers in die gewünschte Form folgte

In der Zeichnung ist

Fig„ 1 ein b'chaubild der Belasturigs-Spannungen einer dchlauchmischung mit Araraidfaserzusatz im Vergleich zu einer
Schlauchmischung mit Asbestfaserzusatz, einer Schlauchmischung mit Polyesterfaserzusatz und einer Schlauchmischung ohne Fasern,

Fig« 2 eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines vulkanisierten Riementeils, die die kurzen Aramidfasern als
Striche wiedergibt, und

Figo 5 ein Schaubild mit Wiedergabe der Sugeigenschaften chlorierten Polyäthylens für sich und mit zerstückelten
Aramidfasernο

Fädchen, wie Aramidfasern (einschließlich Kevlar-Fasern (einem
eingetragenen Warenzeichen für Fasern dieser Art) in Form durchgehender Strähnen oder Litzen, sind Handelsware zjm Herstellen von Strähnen bestimmter Länge ο Die vorliegende Erfindung verwendet
die kurzen Fasern dieser Aramide, indem das Fädchen durch einen Granulierer in kleine, getrennte Partikel oder Fasern zerstückelt wird. Beim Zerstückeln der Fädchen in getrennte Fasern kann ein

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Sieb die Höchstgröße "bestimmen, doch muß die Länge nicht unbedingt eingehalten werden. Die Paser kann eine Länge von dreißig ZollsekKunden bis zu einem halben Zoll (1,27 cm) haben·

Eine Gummimisehung wird zunächst gequetscht oder weich gemacht, wonach die zwrstückelten, getrennten Aramidfasern, etwa mit einem Brabender oder Banbiry in einer Mühle zu dem G-ummigemisch gemischt werden. Das Gmmmigemisch wird dann durch eine Mühle geführt, um die gewünschte Eindickung zum Formen zu einer Bahn, einem Streifen oder dem Enderzeugnis zu vervollständigen. Bei dem Mahlen der Q-ummimischung wird eine Ausrichtung der Aramidfasern innerhalb des Gemisches vorgenommene Das ist in Fig. 2 gezeigt, in der die Orientierung der zerstückelten Fasern als in einer nicht axialen -kiehtung in dem Gemisch gezeigt istj diese Orientierung erfolgt in Richtung des Fließens bei der Herstellung oder bei der Verformung. Die Fasern sind in ^ig. 2 mit den Bezugsnummern 8 bezeichnet« Dabei sind die Aramidfasern (Kevlar) nicht unbedingt von gleicher Länge, weil die Siebgröße in einer Schneidvorrichtung, wie dem Granulierer, nur die Höchstgröße kontrolliert, während die kleinere Größen durch die Sieböffnungen hindurchfal— len können. Die Fasern haben eine Größe des Durchmessers bis zu 1,2 Tausendstel eines Zolls und eine Länge von 6 bis 12 mm.

Wenn das Mahlen auf die gewünschte Form und Größe durchgeführt ist, wird der Gegenstand in üblicher-und bekannter Weise vulkanisiert. Das Erzeugnis kann für Helfen, Schläuche , Leitungen, Riemen oder ähnliche Gegenstände verwendet werden,, Die Verbesserung der Leistungseigenschaften geht bis zu einem ungewöhnlichen Grad. Ein Beispiel für die ungewöhnlichen und unerwarteten Ergebnisse ist: Zerstückelte Fasern von Eevlar-Aramid werden einer Elastomermischung einverleibt, die einen größeren Anteil an Butadien und

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einen geringeren Anteil an Akrylnitril-Xopolymer, unter dem Warennamen Hyoar 1092 von der Anmelderin verkauft, oder SBR-Mischungen, Polyacrylate oder chloriertes Polyäthylen enthält und dann vulkanisiert. Der Pasergehalt betrug 5 Gewichtsprozent_o Die Proben wurden dann mit ähnlichen Blastomermischungen vergleichen, , wobei das zerstückelte Aramid durch kurze Fasern von Polyestern, PoIyester-Baumwoll-Mischungen, karbonisiertem Pech in den gleichen Mengen ersetzt war, und unter den gleichen Bedingungen vulkanisiert. Dann wurden die Proben einer Zugprobe zur Bestimmung ihrer zusammengesetzten Elastizitätsmoduln unterworfen, die in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben sind:

Faser 1 Modul (psi =0,07 kp/cm²)

Aramid (Kevlar) 19 600 bis 20 000

Karbonisiertes Pech 1950

Polyester/Baumwolle 8200

Polyester 8500

Die Tabelle gibt die gewaltige Zunahme des Moduls der Mischung wieder und seine Leistung in Gegenständen, wie ächlauchzusammenset^ungen ist dementsprechend erhöht. Bin Bereich von 3 bis 7 Gewichtsprozent der zerstückelten Ararnidfasern zeigte eine hervorragende Vergrößerung des Moduls in einer Elastomermischung„ Ein weiteres Beispiel ist in -^ig. 1 gezeigt, die ein Schaubild mit der Wiedergabe der Beziehungen von Belastung und Spannung einer mit Fasern versetzten Schlauchmischung ist, wobei die Ordinate die Zugbelastung in Pfund je Quadratzoll (0,07 kp/cm^) und die Abszisse das Prozent der entwickelten Belastung wiedergibt₀ Mit Asbest versetzte Gummimischungen mit einer Orientierung ergaben ausgezeichnete physikalische Eigenschaften für Schlauchmischungen, doch büßten wegen der schwierigen Behandlung zerstückelter Asbestfasern und ihrer bekannten Eigenschaft, Krebs zu erzeugen_s diese

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Fasern ihren wirtschaftlichen Wert als Zusätze zu Gummimiscbiin-•gen ein, obwohl ihre Leistungscharakteristiken hervorragend waren« wie bei dem vorgenannten Beispiel wurden vier Arten von mit Fasern versetzten Gummischlauchniischungen untersucht, eine mit 5 Gewichtsprozent zerstückelter Aramidfaser, 5 Gewichtsprozent Asbest, 5 G-ewichtsprozent Polyesterfaser und die letzte das Gummisehlauchgemisch ohne jede Fasern. Die Gemische wurden in derselben Weise geformt und in derselben w'eise vulkanisiert. Das Polyester-dchlauchgemisch hatte unter einer Zu^ebEansprucbung von 17,5 kp/cm^ eine Belastung von 16 $>, die gleiche ochlauchniischung ohne Fasern unter einer Belastung von 8,8 Kp/cm^ eine Belastung von 16 fo, während ein Schlauch mit Asbestzusatz einer Belastung von 36»8 kp/cm.2 unterworfen v/erden mußte, ehe eine Beanspruchung von 16 /S entwickelt wurde» Im Falle einer Gummimischung mit Aramidfaserzusatz wurde eine Zugbelastung von 0,1 kp/cm angewandt, ehe die i-robe eine beanspruchung von 16 % zeigte« Die bemerkenswerte Festigkeitszunahme über die Mischung mit der Asbestfaser und der entsprechenden Mischung mit Polxesterfaser bezeugt einen bedeutenden Fortschritt bei der Herstellung von Elantomeren mit einem Faserzusatz„ Außerdem vnirde die Anpassungsfähigkeit der Schlauchbehandlung auch beim Arbeiten unter Verwendung von Aramidfasern verbessert _a

Bin weiterer Yersuch wurde gemacht, indem 5 Gewichtsprozent gestückelte Aramidfasern (Kevlar) chlorierten Polyäthylen zugegeben wurden und diese I .ischung mit chloriertem Polyäthylen ohne !irgendwelche Fasern verglichen wurde» Das Ergebnis ist in Fig. 3 veranschaulicht, bei dem die Zuge^bsanüpruchung eine ungewähnliche Zunahme an Längungsprozenten verzeichnet, die auf der Abszisse gezeigt ist ο Chloriertes Polyäthylen zeigt gute Eigenschaften für eine Schlauchverwendung bei hoher Temperatur. Außerdem.

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zeigt Pigβ 3, daß sich chloriertes Polyäthylen mit 5 $ zerstückeltem Kevlar genau wie ein vollkommenes elastisch-plastishhes I-Iaterial verhält»

Zahlreiche Abwandlungen sind vorgesehen und können vom Fachmann angewandt werden, ohne daß von der beschriebenen Erfindung abgewichen wird,wie sie in den beigefügten Ansprüchen bestimmt wird, da nur eine bevorzugte Ausführung der Erfindung beschrieben worden ist β

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Claims (5)

1. Ansprüche :

   . Vulkanisierte Elastomer-Mischung, gekennzeichnet durch fein zerstückelte Fasern aus Aramid, die in der Mischung verteilt Kind, die vulkanisiert ist₀
2. 2. Vulkanisierte Elast omermischung aach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die zerstückelten Fasern bis zu 10 Gewichtsprozent der Mischung ausmachen»
3. 3. Vulkanisiertes Elastomer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aufs Geratewohl darin verteilt sind_o
4. Vulkanisiertes Elastomer nach Anspruch 2, dadurch ^ekennzeic-net, daß die Fasern nach einer Richtung orientiert sind»
5. 5. Vulkanisiertes Elastomer nach Anspruch A₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Durchmessern von 0,03 nun und eine Länge von 0,04- bis zu 0,5 mm haben.

   ο Vulkanisiertes Elastomermischung, gekennzeichnet durch eine durch die Mischung verteilte Zugabe an zerstückelten Aramidfasern, die bis zu 10 Gewichtsprozent der Mischung ausmachen,,

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