DE3706248A1

DE3706248A1 - Werkstoff auf der basis einer kautschukmischung fuer hartgummi und seine verwendung fuer z.b. motorbauteile

Info

Publication number: DE3706248A1
Application number: DE19873706248
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dieter Ing Jost
Original assignee: Semperit AG Holding
Current assignee: Semperit AG Holding
Priority date: 1987-02-26
Filing date: 1987-02-26
Publication date: 1988-09-08

Description

Diese Erfindung betrifft einen Werkstoff auf Basis einer Kaut schukmischung für Hartgummi mit einem Gehalt an hochfesten Fasern und einem flüssigen Duroplasten (in der Ausgangsmischung).

Nach der EP-A-01 75 043 sind solche Werkstoffe auf Basis einer Kautschukmischung für Hartgummi mit eingearbeiteten organi schen Fasern bekannt. Derartige Werkstoffe haben gute physi kalische Eigenschaften, wie z. B. hohe Temperatur- und Festig keitswerte, und chemische Beständigkeit. Bei der Herstellung dieses Werkstoffes ist es notwendig, zuerst aus organischen Fasern unter Zugabe von Flüssigharz und gegebenenfalls Flüs sigkautschuk ein Prämix herzustellen. Wird kein Prämix her gestellt, kann man die organischen Fasern in die Kautschuk mischung nur schwer einarbeiten. Es entstehen sogenannte "Nester" und die Folge ist eine nichthomogene Kautschuk mischung. Um eine hohe Temperaturbeständigkeit der Mischungen zu erreichen, sind außerdem nur bestimmte teuere organische Fasern verwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff der eingangs genannten Art zu schaffen, der einerseits hohe Festig keit, Temperaturbeständigkeit und chemische Beständigkeit be sitzt, andererseits aber noch einfacher herstellbar ist.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 13 und 16 beansprucht und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen gekennzeich net.

Bei der Erfindung werden in die Kautschukmischung hochfeste anorganische Fasern und ein flüssiges Duroplast direkt ein gearbeitet. Als anorganische Fasern werden insb. Polyphosphat fasern verwendet. Diese haben einen Faserdurchmesser von insb. 1 bis 5 µm und ein Längen-Durchmesser-Verhältnis von 20-30 (Effektivwert 50-80, insb. 71-80). Der Anteil der Poly phosphatfaser auf 100 Gewichtsteile Kautschuk beträgt 50 bis 500 Gewichtsteile, insb. 150-500 Gewichtsteile. Die ange gebene Fasermenge läßt sich problemlos bei dem Mischvorgang verarbeiten.

Auch Borfasern (Fasern mit einem Anteil an Bor) eignen sich vorzüglich. Dazu gehören insb. Borkarbid und Bornitrid.

Der Anteil an flüssigem Duroplast, bezogen auf 100 Gewichts teile Kautschuk, beträgt insb. 50 bis 200 Gewichtsteile. Als flüssiges Duroplast kann ein Polyesterharz, Phenolharz, Epoxid harz oder Mischung dieser Harze verwendet werden. Bevorzugt wird Phenolharz. Phenolharz und Polyesterharz werden dann ein gesetzt, wenn eine hohe Temperaturbeständigkeit des Werkstof fes erwünscht ist. Epoxidharz wird dann eingesetzt, wenn eine chemische Beständigkeit des Werkstoffes von Interesse ist.

Als Kautschuk für die Kautschukmischung ist ein Nitrilkautschuk, z. B. Perbunan 3302, oder ein Naturkautschuk oder eine Mischung dieser beiden besonders geeignet. Dagegen kann Styrol-Butadien- Kautschuk nicht allein, sondern nur in Verbindung mit einem der anderen oben genannten Kautschukarten verwendet werden.

Dem Werkstoff können, je nach Verwendungszweck Füllstoffe von insb. 50 bis 600 Gewichtsteilen (bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk) beigemengt werden. Durch die Auswahl des Füllstof fes kann beispielsweise eine gute Chemikalienbeständigkeit oder durch hohes spez. Gewicht eine hervorragende Schalldäm mung und/oder Schalldämpfung erreicht werden. Das macht diesen Werkstoff besonders zur Lärmdämmung von Verbrennungsmotoren (Fahrzeugmotoren, stationären Motoren u.s.w.) interessant. Störende Schallquellen von Motorbauteilen, wie beispielsweise Ventildeckel, Stirnradgetriebedeckel, Ölwannen oder Ölkühler deckel, Abdeckhauben u.s.w. werden aus diesem Werkstoff ge fertigt.

Bei Verbrennungsmotoren wurde bisher z. B. mit einer Kapselung eine Lärmdämmung erreicht. Diese Methode ist jedoch sehr auf wendig und teuer. Der Werkstoff nach der Erfindung kann für das ohnehin notwendige Bauteil anstelle von Metall verwendet werden und macht aufgrund seiner schalldämpfenden Eigenschaf ten einen zusätzlichen "Schallschluck-Schirm" überflüssig.

Gegenüber dem herkömmlichen Material für derartige Motorbau teile wie beispielsweise Alumium oder Stahlblech wird die er forderliche mechanische Festigkeit und Temperaturbeständigkeit sowie eine wesentlich verbesserte Körper- und Luftschalldäm mung erzielt, wenn die Werkstoffmischung für diese Motorbau teile (jeweils bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk, bei spielsweise Nitrilkautschuk und/oder Naturkautschuk, oder ge gebenenfalls zusätzlich, aber nicht allein Styrol-Butadien kautschuk) 2-40 Teile Vernetzungsmittel, beispielsweise Schwefel, 20 bis 200 Gewichtsteile Vulkanisationshilfsmittel, beispielsweise Zinkoxyd, Vulkanisationsbeschleuniger, gege benenfalls bis zu 600 Gewichtsteile schweren Füllstoffs, wie Schwerspat, Metallpulver usw., 50 bis 200 Gewichtsteile flüssiges Duroplast, beispielsweise Phenolharz, Polyesterharz, Epoxidharz oder eine Mischung dieser Harze, etwa 10 Gewichts teile Harzvernetzungsmittel, beispielsweise Hexamethylentetra min, und 150 bis 400 Gewichtsteile anorganische Fasern, bei spielsweise Polyphosphatfasern oder Bor enthaltende Fasern, enthält.

Die Einarbeitung dieser Kautschukmischung erfolgt in einem üblichen Mischverfahren (Walze, Kneter) wobei die einzelnen Komponenten in dieser Reihenfolge eingearbeitet werden:

1. Kautschuk vorkneten
2. Vulk. Hilfsmittel + Schwefel einarbeiten
3. Fasern + Flüssigharz einmischen
4. Füllstoffe zusetzen + einarbeiten
5. Vernetzer zusetzen

Mischung entleeren und auf Sheeter abkühlen und Platten schneiden, wobei die hochfesten anorganischen Fasern der beim Mischvorgang auftretenden Scherbeanspruchungen weitge hend standhalten und in der Mischung homogen verteilt werden.

Die anorganischen Polyphosphatfasern bestehen insb. aus

(Ca Na (PO₃)₃)_n oder (Ca Li (PO₃)₃)_n.

Als anorganische Fasern sind auch solche empfehlenswert, die Bor aufweisen. So eignen sich vorzüglich Borkarbid und Bor nitrid-Fasern, welche insb. durch Abscheiden einer Gasphase aus einem Borhalogenid auf Kohlenstoff oder durch Reaktion von Boroxidfasern mit Ammoniak entstehen.

Eine Weiterverarbeitung der Mischung erfolgt je nach Ver wendungszweck durch Extrudieren, Spritzgießen oder auch Pressen.

Der erfindungsgemäße Werkstoff weist eine Reihe von Eigen schaften auf, die ihn für eine Anzahl von Verwendungszwecken, die noch beschrieben wird, besonders geeignet macht. Seine Härte liegt je nach Verwendungszweck etwa zwischen 80 und 95 Shore D.

e Faserverstärkung bewirkt eine hohe Biege- d Schlagfestigkeit.

Der Harzanteil bringt eine ausgezeichnete Temperaturbeständig keit mit sich, die, nach DIN 53460 ermittelt, höher als +250°C ist.

Aufgrund dieser hervorragenden Eigenschaften liegt ein bevor zugter Verwendungszweck des erfindungsgemäßen Werkstoffes bei der Lärmdämmung von insb. Verbrennungsmotoren, wobei eine An zahl der störenden Schallquellen aus Aluminium oder Stahl blech mit diesem Werkstoff ersetzt werden kann. In diesem Fall wird ein schwerer Füllstoff beigemengt, mit dem das spezifi sche Gewicht etwa auf die Dichte von Aluminium eingestellt werden kann (2,5-2,7 g/cm³), wodurch ein sehr guter Schall absorptionseffekt erzielbar ist. Störende Schallquellen an Verbrennungsmotoren sind insbesondere Ventildeckel, Stirnrad getriebedeckel, Ölwanne und Ölkühlerdeckel. Diese Motorbau teile werden ganz oder zumindest teilweise aus dem erfindungs gemäßen Werkstoff gefertigt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für die Erfindung gezeigt; dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht auf den unteren Teil eines Verbrennungsmotors, an den die Ölwanne 1 ange flanscht ist.

Fig. 2 einen schematischen Teilausschnitt des in Fig. 1 mit A bezeichneten linken Teils der Ölwanne 1;

Fig. 3 einen schematischen vergrößerten Teilausschnitt des Bereichs B von Fig. 2 mit stark vergrößerter und schematisierter Darstellung der Faserstruktur;

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht durch ein Stirnrad getriebe mit senkrechten Wellen, das oben mit einem als Antrieb dienenden Flanschmotor gekuppelt ist und unten den Abtrieb aufweist, und

Fig. 5 einen vergrößerten und stark schematisierten Teil schnitt aus dem Bereich C von Fig. 4.

Die Ölwanne 1 von Fig. 1 besteht aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff und zwar nach Fig. 2 aus einem Verbund des ähnlich einem Hartgummi wirksamen Werkstoff 2 mit einem weichgummiartigen Überzug 3, der im Bereich des Flansches 4 die zusätzliche Ver wendung eines Dichtungsringes überflüssig macht. Der Flansch 4 ist mit einer Bohrung 5 zum Hindurchstecken des Schraubbol zens oder ähnlichen Verbindungselements versehen, mit dem die Ölwanne 1 an den unteren Teil des Verbrennungsmotors ange flanscht wird.

Gemäß Fig. 3 ist der erfindungsgemäße Werkstoff 2 aufgebaut aus Nitrilkautschuk und Phenolharz 7, in das anorganische Fasern 6 eingebettet sind. Obwohl die Fasern 6 im Laufe des Vermischens mit dem noch plastischen Nitrilkautschuk und dem flüssigen Duroplasten eine Wirrlage einnehmen können, empfiehlt es sich im Verlauf des Formgebungsverfahrens, je denfalls einen größeren Anteil der Fasern 6 in Vorzugsrichtung VR zu legen, wodurch noch bessere Festigkeitseigenschaften erreichbar sind. Die Überzugsschicht 3 kann auch aus anderem Material bestehen oder fehlen.

Gemäß Fig. 4 dient der Getriebedeckel 11, der gemäß der Er findung hergestellt ist, nicht nur zum Abdecken des Stirnrad getriebes 19, sondern auch zum Verbinden desselben mit dem Gehäuse 20 des nicht gezeigten Flanschmotors. Der Getriebe deckel 11 stellt daher ein mechanisches Bindeglied zwischen dem Gehäuse 20 des Flanschmotors und dem Gehäuse 21 des Stirn radgetriebes dar. Aufgrund seiner stoßdämpfenden und stoßdäm menden Wirkung werden Vibrationen, die zu Lärmbelästigungen Anlaß geben, kaum vom einen zum anderen Gehäuse übertragen.

Der Getriebedeckel 11 ist nach Fig. 5 ein Verbundbauteil, des sen Kern aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff 12 besteht, der an der Innenseite mit einem weichelastischen Überzug 13 und an der Außenseite mit einem ebensolchen Überzug 18 überzogen ist. Der innere Überzug 13 dient wie der Überzug 3 des Aus führungsbeispiels der Fig. 1 bis 3 im Bereich des Flansches 14 gleichzeitig als Dichtungsscheibe, ohne daß eine solche zu sätzliche Dichtungsscheibe erforderlich ist, so daß beim An ziehen des Gehäusedeckels 11 über ein nicht dargestelltes Ver bindungselement, das durch die Durchbrechung 15 im Flansch 14 gesteckt ist, eine gute Abdichtung erreicht werden kann. Der Kern des Getriebedeckels 11 weist die anorganischen Fasern 16 auf, welche in die Masse 17, bestehend im wesentlichen aus Kautschuk und einem Duroplasten, eingebettet sind.

Im folgenden sind Mischungsbeispiele für einen derartigen schalldämmenden Werkstoff, der sich besonders als Material zur Herstellung oben genannter Motorbauteile eignet, ange geben:.

Beispiel 1

100 Gewichtsteile Nitrilkautschuk (Perbunan 3302)
300 Gewichtsteile Polyphosphatfaser
100 Gewichtsteile Phenolharz flüssig
100 Gewichtsteile Zinkoxid
35 Gewichtsteile Schwefel
450 Gewichtsteile Eisenoxid (schwarz)
10 Gewichtsteile Hexamethylentetramin

Die Mischung wird etwa 8 min. im Kneter gemischt.

Die Mischung wird bei 170 bis 180°C 10 min. vulkanisiert und etwa 1 Stunde bei 170°C nachgehärtet.

Dieser faserverstärkte Hartgummi hat ein spezifisches Gewicht von 2,5 g/cm³ und eine Härte von 94 Shore D.

Beispiel 2

Die Mischung von Beispiel 1 wird derart abgewandelt, daß anstelle der 300 Gewichtsteile Polyphosphatfasern 200 Gewichtsteile Borkarbidfasern und anstelle der 450 Gewichtsteile Eisenoxid 500 Gewichtsteile Eisenoxid (schwarz) eingemischt werden.

Für den erfindungsgemäßen Werkstoff gibt es eine Viehlzahl von Einsatzmöglichkeiten, insbesondere, wie schon erwähnt, im Mo torenbau.

Claims

1. Werkstoff auf Basis einer Kautschukmischung für Hartgummi mit einem Gehalt an hochfesten Fasern und einem flüssigen Duroplast, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der überwiegende Faseranteil anorganische Fa sern aufweist.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polyphosphatfasern als anorganische Fasern verwendet sind.

3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Borfasern als hochfeste anorganische Fasern verwendet sind.

4. Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfesten anorganischen Fasern ein Längen-Durch messer-Verhältnis von 20-80 aufweisen.

5. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Längen-Durchmesser-Verhältnis zwischen 71 und 80% be trägt.

6. Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der anorganischen Fasern, bezogen auf 100 Ge wichtsteile Kautschuk, 50 bis 500 Gewichtsteile beträgt.

7. Werkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an anorganischen, bezogen auf 100 Gewichts teile Kautschuk, 150 bis 500 Gewichtsteile beträgt.

8. Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an flüssigem Duroplast, bezogen auf 100 Ge wichtsteile Kautschuk, 50 bis 200 Gewichtsteile beträgt.

9. Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Duroplast ein Phenolharz, Polyesterharz, Epoxidharz oder Mischung dieser Harze ist.

10. Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschuk für die Kautschukmischung ein Nitrilkaut schuk oder Naturkautschuk oder eine Mischung dieser Kautschukarten ist.

11. Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Füllstoffe bis zu 600 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk, beigemengt sind.

12. Werkstoff nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß schwere Füllstoffe, wie Schwerspat, Eisenoxid, Blei, Eisenpulver, Bleioxide, beigemengt sind.

13. Motorbauteil, beispielsweise Ventildeckel, Stirnradgetrie bedeckel, Ölwanne oder Ölkühlerdeckel, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 12 gefertigt ist.

14. Motorbauteil nach Anspruch 13 gekennzeichnet durch das Herstellen aus einem Werkstoff auf Basis einer Kautschukmischung für Hartgummi, welche (bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk) etwa 2 bis 40 Teile Vernetzungsmittel, 20 bis 200 Gewichts teile Vulkanisationshilfsmittel, organische Vulkanisationsbe schleuniger, gegebenenfalls bis zu 600 Gewichtsteile schweren Füllstoff, 50 bis 200 Gewichtsteile flüssiges Duroplast, sowie das hierfür geeignete Harzvernetzungsmittel, und 50 bis 500 Gewichtsteile anorganische Faser, enthält.

15. Motorbauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschukanteil aus Natur- und/oder Nitrilkautschuk, das flüssige Duroplast aus Phenolharz und die anorganischen Fasern aus Polyphosphat bestehen.

16. Verwendung des Werkstoffes nach einem der vorhergehenden Anspüche 1 bis 13 als schalldämmender bzw. schalldämpfender Schutzschirm bzw. als solche Schutzwand.