DE69900276T2

DE69900276T2 - Elastomerzusammensetzung auf Basis von EPDM und ausschliesslich daraus bestehender Hochleistungskeilriemen

Info

Publication number: DE69900276T2
Application number: DE69900276T
Authority: DE
Inventors: Pierre Georget; Julie Morcel
Original assignee: Hutchinson SA
Current assignee: Hutchinson SA
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2019-06-08
Also published as: EP0964030A1; ES2164483T3; JP2000026674A; FR2779731B1; DE69900276D1; FR2779731A1; US6251977B1; EP0964030B1; JP3580727B2

Description

Die Erfindung betrifft eine auf EPDM basierende Elastomerzusammensetzung sowie einen Kraftübertragungsriemen, der aus einem Elastomer mit dieser Zusammensetzung hergestellt ist.
Es wurde bereits mehrfach vorgeschlagen, auf EPDM basierende Elastomerzusammensetzungen mit Vernetzung durch organische Peroxide wegen der Eigenschaften und Vorteile dieser Elastomere wie etwa ihrer Kosten, ihres Betriebstemperaturenbereichs und ihrer Sauerstoff- und Ozonfestigkeit für die Herstellung von Kraftübertragungsriemen zu verwenden, wobei diese auf EPDM basierenden Elastomerzusammensetzungen Zusätze aufweisen, die ihre dynamischen Eigenschaften wie etwa ihre Ermüdungs- und Abrieb- bzw. Abnutzungsfestigkeit, ihre Bruchfestigkeit und ihren Elastizitätsmodul sowie ihr Haftvermögen an zugfesten Kordfäden oder Seilen verbessern, und die im allgemeinen aus Metallsalzen von α,β-ungesättigten organischen Säuren (insbesondere Zinkmethacrylat) und aus verstärkenden Füllstoffen wie Rußschwarz und gegebenenfalls Fasern wie beispielsweise Aramidfasern bestehen.
Eine solche Elastomerzusammensetzung ist beispielsweise in der US 5 610 217 beschrieben.
Die Erfindung hat insbesondere das Ziel, die dynamischen Eigenschaften von auf EPDM basierenden Elastomeren insbesondere im Hinblick auf ihre Verwendung bei der Herstellung von Kraftübertragungsriemen zu verbessern.
Sie schlägt hierfür eine Elastomerzusammensetzung mit Vernetzung mittels organischer Peroxide vor, die vor der Vernetzung im wesentlichen ein EPDM, mindestens einen Füllstoff wie beispielsweise Rußschwarz, und ein Metallsalz einer α,β-ungesättigten organischen Säure umfaßt, und dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen weiteren Zusatz umfaßt, der mit dem genannten Metallsalz reagiert, um die Vernetzung des Elastomers zu verstärken, wobei dieser weitere Zusatz im wesentlichen aus einem mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Elastomer besteht.
Unerwarteterweise reagiert das mit Maleinsäureanhydrid gepfropfte Elastomer mit dem Metallsalz der α,β- ungesättigten organischen Säure, so daß die Vernetzung des auf EPDM basierenden Elastomers verstärkt und dessen dynamische Eigenschaften, insbesondere dessen Elastizitätsmodul, Bruchfestigkeit und Härte verbessert wird.
Im allgemeinen kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung ca. 2 bis 30 Gewichtsteile dieses weiteren Zusatzes und ca. 2 bis 50 Gewichtsteile des genannten Metallsalzes auf 100 Gewichtsteile EPDM umfassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt diese Zusammensetzung ca. 3 bis 5 Gewichtsteile des weiteren Zusatzes und ca. 15 bis 25 Gewichtsteile des genannten Metallsalzes auf 100 Gewichtsteile EPDM, wobei das Metallsalz Zinkmethacrylat, insbesondere Zinkmonomethacrylat ist, und das mit Maleinsäureanhydrid gepfropfte Elastomer aus Polybutadien, Polyisopren, Polypropylen und einem Ethylen-Vinylacetat (EVA)-Copolymer ausgewählt ist.
Des weiteren kann in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ein Elastomer verwendet werden, das nur ein EPDM umfaßt, oder auch ein Elastomer, das eine Mischung eines EPDM und eines weiteren Elastomers wie hydriertem Nitrilkautschuk ist, um die Widerstandsfestigkeit gegen Öle und Lösungsmittel zu verbessern (oder gegebenenfalls ein Nitrilkautschuk, der kostengünstiger als hydrierter Nitrilkautschuk ist), und/oder ein Polybutadien, um die dynamischen Eigenschaften und die Abriebfestigkeit zu verbessern, oder auch ein Naturkautschuk, um das Kleben im Rohzustand zu verbessern, oder ein chlorsulfoniertes Polyethylen mit Alkylgruppierungen.
Die Erfindung schlägt des weiteren einen Kraftübertragungsriemen vor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er im wesentlichen aus einem Elastomer mit der obenstehend definierten Zusammensetzung hergestellt ist.
Ein besseres Verständnis der Erfindung sowie weiterer Merkmale, Details und Vorteile der Erfindung ergibt sich noch deutlicher aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gegeben wird, bei der es sich um eine schematische und perspektivische Teilschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Riemens handelt.
Dieser Riemen 10, der zum drehenden Antreiben eines beliebigen drehenden Organs bestimmt ist, ist vom Typ "POLY-V" und weist auf seiner Innenfläche eine bestimmte Anzahl von Umfangsrippen 12 mit einem trapezförmigen Querschnitt auf, wobei diese Rippen 12 parallel zueinander sind und sich über die gesamte Länge des Riemens erstrecken und für den Eingriff in Rillen oder Nuten mit entsprechender Formgebung von Riemenscheiben vorgesehen sind, auf welche der Riemen 10 montiert wird.
Dieser Riemen umfaßt mindestens eine Lage 14 von zugfesten Kordfäden oder Seilen 16, die in das Elastomermaterial des Riemens zwischen seiner oberen Oberfläche 18 und den Rippen 12 eingebettet sind, wobei die Kordfäden 16 spiralförmig im Inneren des Riemens gewickelt sind, und ihre Anzahl von Windungen von den angestrebten mechanischen Merkmalen des Riemens abhängt.
Gemäß der Erfindung wird der Riemen 10 aus einem auf EPDM basierenden Elastomer hergestellt, dessen Vernetzung verstärkt wurde, und dessen dynamische Eigenschaften aufgrund einer Synergie zwischen einem Metallsalz einer α,β- ungesättigten organischen Säure (insbesondere Zinkmethacrylat) und einem mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Elastomer (insbesondere einem Polybutadien) deutlich verbessert sind. Typischerweise weist das erfindungsgemäße Elastomer vor Vernetzung die folgende Zusammensetzung auf:
- EPDM: 100 Gew.-Teile
- Zinkmonomethacrylat: 2-50 Gew.-Teile
- Rußschwarz: 10-100 Gew.-Teile
- Mittel zum Dispergieren von Rußschwarz: 1-10 Gew.-Teile
- mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polybutadien: 2-20 Gew.-Teile
- Antioxidans: 0,5-8 Gew.-Teile
- organisches Peroxid: 0,58 Gew.-Teile
- Vernetzungscoagens: 0,5-5 Gew.-Teile
- Weichmacher: 1-20 Gew.-Teile
Vorzugsweise ist die Elastomerzusammensetzung die folgende:
- EPDM: 100 Gew.-Teile
- Zinkmonomethacrylat: 20-25 Gew.-Teile
- Rußschwarz: 50-60 Gew.-Teile
- Mittel zum Dispergieren des Rußschwarz: 3-4 Gew.-Teile
- mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polybutadien: 3-5 Gew.-Teile
- Antioxidans: 1,5-3 Gew.-Teile
- organisches Peroxid: 2-4 Gew.-Teile
- Vernetzungscoagens: 1-3 Gew.-Teile
- Weichmacher: 1-10 Gew.-Teile
Die erfindungsgemäße Elastomerzusammensetzung kann des weiteren umfassen:
- einen hydrierten Nitrilkautschuk (HNBR) in einer Menge von ca. 2-20 Gewichtsteilen zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Öle und Lösungsmittel, oder Nitrilkautschuk (NBR) in den gleichen Mengen zu diesem gleichen Zweck,
- Polybutadien (BR) in einer Menge von ca. 2-20 Gewichtsteilen zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften und der Abriebfestigkeit,
- ein chlorsulfoniertes Polyethylen mit Alkylgruppierungen (ACSM) in einer Menge von ca. 2-40 Gewichtsteilen zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Öle und der Reißfestigkeit,
- Naturkautschuk in einer Menge von ca. 2-20 Gewichtsteilen zur Verbesserung des Klebens im Rohzustand,
wobei die erfindungsgemäße Zusammensetzung in diesem Fall 98-80 Gewichtsteile EPDM umfaßt.
Des weiteren kann sie außerdem Polyamid-, Aramid-, Polyester-, Rayon-, Baumwoll- oder Glasfasern in einer Menge von ca. 3-30 Gewichtsteilen zur Verbesserung der Quersteifigkeit des mit dieser Elastomerzusammensetzung hergestellten Riemens umfassen.
In der Praxis werden das Metallsalz wie das Zinkmethacrylat und das Elastomer wie das mit Maleinsäureanhydrid gepfropfte Elastomer zur Verwendung in dieser Zusammensetzung zu dem EPDM in Pulverform zugegeben, zum Beispiel auf einem Siliziumträger für bessere Bequemlichkeit.
Das erfindungsgemäße Elastomer besitzt dynamische Eigenschaften, die denjenigen der bekannten Elastomere auf EPDM-Basis deutlich überlegen sind, welche vor dem Vernetzen ein Metallsalz von dem obenstehend genannten Typ umfassen, jedoch nicht ein mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Elastomer, das dazu vorgesehen ist, mit dem Metallsalz zu reagieren.
An erfindungsgemäßen Elastomeren durchgeführte Versuche gestatteten insbesondere die Feststellung, daß bei gegebenen Proben, die sich voneinander nur in den Mengen an Zinkmethacrylat und dem mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Elastomer unterschieden:
- sich der Bruchwiderstand von ca. 17 auf ca. 20 Mpa verschiebt, wenn sich die Menge an gepfropftem Polybutadien von 1 auf 4 Gewichtsteile ändert, und sein Maximalwert nur wenig von der Menge an Zinkmethacrylat abhängt,
- sich die Bruchdehnung von ca. 300 auf ca. 600% verschiebt, wenn sich die Menge an gepfropftem Polybutadien von 1 auf 8 Gewichtsteile ändert, und mit einer zunehmenden Menge an Zinkmethacrylat abnimmt,
- sich die Reißfestigkeit (Weiterreißfestigkeit einer Einkerbung) von ca. 32 auf ca. 40 N/mm verschiebt, wenn sich die Menge an gepfropftem Polybutadien von ca. 1 auf ca. 8 Gewichtsteile ändert, und mit einer zunehmenden Menge an Zinkmethacrylat abnimmt,
- sich die Härte von ca. 60 auf ca. 75 Shore A verschiebt, wenn die Menge an gepfropftem Polybutadien von 0 auf 45 Gewichtsteile verschiebt, und mit einer zunehmenden Menge an Zinkmethacrylat leicht abnimmt.
Die obenstehend angegebene, bevorzugte Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Elastomers gestattet den Erhalt des besten Kompromisses zwischen diesen Eigenschaften, nämlich einer maximalen Bruchfestigkeit und Härte bei einer Bruchdehnung und Reißfestigkeit mit Werten, die denjenigen der vergleichbaren Elastomere des Standes der Technik überlegen sind.
Es wurde des weiteren festgestellt, daß das erfindungsgemäße Elastomer eine bessere Warmfestigkeit bezüglich seines dynamischen Elastizitätsmoduls besitzt, der im wesentlichen konstant bleibt und sich leicht erhöht, wenn sich die Temperatur von 60ºC auf 120ºC ändert, während dieser Modul bei den vergleichbaren Elastomeren des Standes der Technik bei der gleichen Temperaturerhöhung merklich abnimmt.
Die erfindungsgemäße Elastomerzusammensetzung ist wohlgemerkt für die Herstellung anderer Produkte als Kraftübertragungsriemen verwendbar, wenn diese weiteren Produkte im Verlauf ihrer normalen Verwendung dynamischen Lasten ausgesetzt sind.

Claims

1. Elastomerzusammensetzung mit Vernetzung mittels organischer Peroxide, welche vor der Vernetzung im wesentlichen ein EPDM, mindestens einen Füllstoff wie beispielsweise Rußschwarz, und ein Metallsalz einer α,β-ungesättigten organischen Säure umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen weiteren Zusatz umfaßt, der mit dem genannten Metallsalz reagiert, um die Vernetzung des Elastomers zu verstärken, wobei dieser weitere Zusatz im wesentlichen aus einem mit Maleinsäureanhydrid gepfropften Elastomer besteht.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ca. 2 bis 30 Gewichtsteile des weiteren Zusatzes und ca. 2 bis 50 Gewichtsteile des genannten Metallsalzes auf 100 Gewichtsteile EPDM umfaßt.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ca. 3 bis 5 Gewichtsteile des weiteren Zusatzes und ca. 20 bis 25 Gewichtsteile des genannten Metallsalzes auf 100 Gewichtsteile EPDM umfaßt.

4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Metallsalz Zinkmethacrylat, insbesondere Zinkmonomethacrylat ist.

5. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Maleinsäureanhydrid gepfropfte Elastomer aus Polybutadien, Polyisopren, Polypropylen und einem Ethylen-Vinylacetat- Copolymer ausgewählt ist.

6. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Maleinsäureanhydrid gepfropfte Elastomer und das genannte Metallsalz in Pulverform vorliegen.

7. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren einen Nitrilkautschuk oder hydrierten Nitrilkautschuk umfaßt.

8. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren Polybutadien umfaßt.

9. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren Naturkautschuk umfaßt.

10. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren ein chlorsulfoniertes Polyethylen mit Alkylgruppierungen umfaßt.

11. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren Verstärkungsfasern wie etwa Polyamid-, Aramid-, Polyester-, Reyon-, Baumwoll- oder Glasfasern umfaßt.

12. Kraftübertragungsriemen, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus einem Elastomer mit der in einem der vorhergehenden Ansprüche definierten Zusammensetzung hergestellt ist.