NO157936B - Metallarmert gummilaminat hvor gummidelen har forbedret adhesjon til metallforsterkningen. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et metallarmert gummilaminat hvor gummidelen har forbedret adhesjon til metallforsterkningen, og hvor gummiblandingen inneholder naturgummi, og det særegne ved det metallarmerte gummilaminat i henhold til oppfinnelsen er at gummiblandingen i tillegg inneholder 5 til 25 vektdeler neopren W pr. 100 vektdeler av den totale mengde av neopren W og naturgummi.

Disse trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravet.

Oppfinnelsen vedrører således forbedring av adhesjon og adhesjonsretensjon mellom en gummiblanding som inneholder naturgummi, vanligvis anvendt for fremstilling av bildekk, transportørbelter, slanger o.l., og metallforsterkningskord som f. eks. ståltråd og stålkabel som vanligvis bærer et beskyttende belegg av sink eller messing. I det følgende er denne gummiblanding, som utgjør gummiandelen i de metallarmerte laminater som skal fremstilles, benevnt "sjiktgummiblanding".

Ved fremstilling av de nevnte gummigjenstander, spesielt bildekk av diagonal typen og radialtypen med stålbelter, er det blitt vanlig å forsterke sjiktgummimaterialet med ståltråd eller kabel. Den metallforsterkede gummi anvendes som et belte hvorav ett eller flere orienteres rundt omkretsen under slitebanematerialet for å opprettholde sammenhengen og formen av dekket under oppumping og etterfølgende belastning. For at beltet skal virke effektivt er det nødvendig at adhesjon mellom gummi og stålkord opprettholdes effektivt. På grunn av at stål er utsatt for oksydasjon, som endog i mindre grad er sterkt skadelig for den nødvendige adhesjon med sjiktgummiblandingen,og at det er høyst upraktisk å innlemme en kjemisk ren, oksydasjonsfri stålkord i beltet ved tidspunktet for dets fremstilling, blir stålkorden belagt med sink eller messing slik at den beskyttes mot oksydasjon inntil den kan anvendes.

Mens adhesjon mellom stålkord belagt med sink eller messing og gummi vanligvis er langt større enn mellom gummien og oksydert stål, indikerer foreliggende data bestemt på grunn-lag av gjenstandenes levetid såvel som moderne testteknikk at adhesjon oppnådd mellom belagt stålkord og elastomeren måøkes for å forbedre gjenstandenes levetid og nyttiggjøring. Adhesjon må også forbedres mellom sjiktgummiblanding og blankt stål, d.v.s. overflater av kord som hverken er belagt eller oksydert, som vanligvis opptrer når stålkord og sjiktgummiblanding avkuttes til riktig størrelse fra større, kalandrerte baner av den armerte gummiblanding.

Den erkjennelse som ligger til grunn for den foreliggende oppfinnelse er at innlemming av små mengder neopren W (polykloropren) i naturgummisjiktblandingen vil forbedre adhesjonen mellom stålkord som er belagt med sink eller messing og slike sjiktgummiblandinger.

For å forbedre de fysikalske egenskaper som utmatningstrett-het og varmealdring i gummiblandingene er det kjent å anvende klorerte polymerer i gummiblandinger. US patentskrift 2.482.600 omhandler således en gummiblanding som er motstands-dyktig overfor nedbrytning som skyldes varme for vulkaniserte dekk, transportørbelter o.l. Den blanding som er beskrevet deri omfatter fra omtrent 50 - 90 vektprosent naturgummi og 10 - 50 vektprosent av en blanding av polykloropren og butadienakrylnitrilkopolymer. Mens de gummigjenstander som fremstilles med denne blanding ville ha vært armert på en måte som var kjent ved angjeldende tidspunkt, f. eks. med naturlige eller syntetiske fibre, er det ikke noe forslag om at det 'kan oppnås noen forbedret adhesjon mellom angjeldende blanding og trådforsterkning eller metall generelt.

US patentskrift 3.639.308 omhandler indre foringsblandinger som kan forbindes med den indre veggoverflate av dekkstammen i et gummidekk av slangeløs type. Blandingene besto av butylgummi eller klorert butylgummi med naturgummi til å gi indre foringsblandinger med forbedret motstandsevne overfor luft- permeabilitet og varmealdring. Adhesjonstester ble gjennom-ført med den indre foringsblanding lagt inn mellom et lag av dekkstammematerial og ytre lag av gummibelagt dekk-kord, men det var ikke fremsatt noe forslag om at forbedret adhesjon mellom denne blanding og metall kunne oppnås.

US patentskrift 3.596.753 omhandler en elastomer bestående av en blanding av en nitrilgummi og polykloropren for fremstilling av varmebestandig transportørbelte med bærende innlegg av ståltråd. Selv om patentskriftet angir at adhesjonen overfor sinkbelagte ståltråder må sikres var det intet sagt om at blandingen av nitrilgummi og polykloropren fremviste tilfreds-stillende adhesjon overfor metalltråden. For forbedret adhesjon måtte faktisk ståltråden belegges med et middel som f. eks. et koboltsalt oppløselig i elastomeren.

Mens det tidligere generelt er kjent naturgummiblandinger inneholdende polykloropren eller klorbutylgummi er nærværet av visse klorerte polymerer i naturgummi for forbedring av aldret adhesjon mellom sjiktgummiblandinger og metallforsterkninger tidligere ikke beskrevet i noen patentskrifter eller andre publikasjoner.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret sjiktgummiblanding inneholdende naturgummi og som fremviser bedre fuktighetsaldret adhesjon og adhesjonsbibeholdelse med metallforsterkning som f. eks. ube-lagt stål og messingbelagt eller sinkbelagt stål som kan være i form av f. eks. tråd eller kord. Denne oppnådde gummiblanding har høyere modul og ekvivalent bruddforlengelse i sammenligning med vanlige 100 prosent naturgummisjiktgummi-blandinger, og den nye sjiktgummiblanding er mindre sensitiv overfor absorpsjon av0fuktighet og oksygen i både vulkanisert og uvulkanisert tilstand, påvist ved langvarige aldringsforsøk i fuktighetskammer, hvorved korrosjon av trådforsterkning og adhesjonsnedsettelse reduseres til et minimum slik at man oppnår at større prosentandeler av radialdekk med

stålbelter kan forsynes med nye slitebaner.

Disse og andre formål og fordeler vil fremgå av den etter-følgende fremstilling.

Den mengde neopren som tilsettes er angitt på vektbasis og erstatter en ekvivalent mengde av naturgummi, idet de totale mengder av naturgummi og neopren W i en sjiktgummiblanding ut-gjør 100 som basis.. Den forbedrede sjiktgummiblanding er funnet å ha bedre adhesjon overfor metallforsterkninger innleiret deri enn sammenlignbare blandinger som ikke inneholder neopren, spesielt når produktet utsettes for aldring i fuktighetskammer.

For å illustrere oppfinnelsen er det i det følgende i ut-gangspunktet fremstilt en sjiktgummiblanding, blanding A, egnet for fremstilling av gummigjenstander som f. eks. bildekk. Adhesjon mellom denne blanding og stålforsterkning etter vulkanisering er blitt målt og er også gjengitt i det følgende. Det forstås at den spesifikke sammensetning av gummiblandingen som er tilveiebragt ikke utgjør noen del av den foreliggende oppfinnelse og at den er blitt fremstilt bare for at fagmannen for sammenligning skal ha til disposisjon i det minste en sjiktgummiblanding, også for utøvelse av oppfinnelsen.

Utøvelsen av den foreliggende oppfinnelse krever tilsetning av polykloropren, vanligvis benevnt neopren, til ellers konven-sjonell naturgummisjiktgummiblanding. Neoprener typebestemmes vanligvis som G-typer, W-typer, idet hver type er vel kjent for den fagkyndige. Neoprenet som skal innlemmes i sjiktgummiblandingen er neopren W som inneholder 40 vektprosent klor.

Tilsetningen av neoprenet foregår direkte til naturgummien og forskjellige andre bestanddeler for å danne en gummiutgangs-blanding. De resterende bestanddeler inkluderende vulkani- seringsmidler, stabiliseringsmidler o.l. tilsettes deretter til gummiutgangsblandingen ved hjelp av blanding på en mølle.

For å bestemme forbedringen i adhesjon som oppnås når neopren tilsettes til naturgummis jiktgummiblandingen. ble det gjennom-ført såkalte T-adhesjonstester (gummi-stålkord).

Ved testen ble det anvendt T-adhesjonslapper fremstilt ved å anbringe 1,5 mm tykke stykker av uvulkanisert ferdigblandet sjiktgummiblanding på 1,3 mm tykt tekstilforsterket gummiunderlag. Kommersielle messingbelagte og sinkbelagte kabler ble anbragt mellom to lapper av den forsterkede sjiktgummiblanding med trådene i kontakt med den uvulkaniserte sjiktgummiblanding med 1,25 cm mellomrom. Oppbyggingen av kablene inkluderte en kjerne av to tråder som var omviklet med syv tråder med 0,22 mm diameter som i sin tur var omviklet med en enkel tråd med 0,15 mm diameter. Bredden av hver adhesjons-lapp var 1,25 cm. Lappene ble anbragt i en foroppvarmet vul-kaniseringsform og vulkanisert i 30 minutter ved 149°C. Det ble foretatt gummi-stålkordadhesjonstesting på en modell 1130 Instron Universal Tester med en krysshodehastighet på 25,4 cm pr. minutt ved 110°C. T-adhesjonslappene ble forvarmet i ovnen ved 110°C i 20 minutter før testingen. Ovnsaldringen av de vulkaniserte T-adhesjonslapper ble foretatt i en ovn med tvungen luftsirkulasjon ved 121°C i to døgn. Trykkdamp-aldring av de vulkaniserte prøver ble foretatt i en trykktett bombe i en time ved 149°C i en mettet dampatmosfære. Langvarig fuktighetskammeraldring ble gjennomført i et miljø-kammer med 90 prosent relativ fuktighet ved 35°C.

Detaljert T- adhesjonstestmetode.

1. Det ble anvendt en Clicker-maskin og en 15,24 x 1,25 cm form, idet det ble fremstilt et passende antall av kalandrerte og kontrollblandingsprøver for bygging av T-adhesjonslapper. 2. Det ble anvendt et stykke av kalandrert tekstilforsterket gummiunderlag (0,1295 cm). 3. Det ble pålagt et stykke kontrollgummiblanding med tykkelsen 1,5 mm på tekstilstoffunderlaget.

4. Prøven ble anbragt i en byggemal med tekstilsiden ned.

5. Ti tråder (av messingbelagt eller sinkbelagt tråd eller kabel) med lengde 17,78 cm med like stor avstand fra

hverandre på toppen av sammenstillingen av de to deler.

6. En ytterligere tolags sammenstilling, fremstilt som under punktene 1, 2 og 3, ble anbragt snudd på toppen av kordene slik at kordene befinner seg mellom de to lag av sjiktgummiblanding som skal testes. 7. Denne sammenstilling passer nå inn i vulkaniseringsformen. 8. Adhesjonslapper skal herdes i 30 minutter ved 149°C og får deretter modnes i 24 timer før testing.

9. Testemaskin: Model 1130 Instron Universal Tester.

10. Testehastighet 25,4 cm/minutt, testtemperatur 110°C

etter 20 minutters forvarming.

11. Toppklemmen skal være av en spesiell type fremstilt for den vulkaniserte prøve med en spalte i bunnen slik at prøven kan tillates innsatt med trådene stikkende ut. Bunnklemmen bør være av en kiletype konstruert til å utøve økende klemvirkning når hver tråd trekkes ut fra

den vulkaniserte prøve.

12. Resultatene av ti uttrekninger av trådene ble notert og gjennomsnitt utregnet. Gjennomsnittlig uttrekningskraft— verdi multipliseres med 0,3572 for å oppnå kilogram pr. cm,,.

I de etterfølgende tester ble naturgummisjiktgummiblandingen, blanding A, fremstilt og anvendt som en kontroll uten neopren og til to separate eksempler hvori neopren ble tilsatt. Med unntagelse av naturgummiinnholdet og neopreninnholdet er bestanddelene i blanding A oppgitt på basis av deler pr. 100 deler gummi (phr) i henhold til vekten av gummien med mindre annet er angitt.

En av de bestanddeler som anvendes er et konvensjonelt organisk koboltkompleks, som fås i handelen under betegnelsen "Manobond C" som er kjent for å fremme gummi-til-metalladhe-s jon.

"Manobond C" er en kommersielt tilgjengelig kilde for et til-setningsmiddel som inneholder kobolt og bor og som er bland-bar med den foreliggende blanding og antas å ha strukturen

0

II

Co-O-C-R

I

0 0 0

II I B

R-C-O-Co-O-B-0-Co-O-C-R

hvori R er et alkylradikal med fra ni til tolv karbonatomer. "Manobond C" fås som en blå, viskøs væske og inneholder 15,5 til 16,5 % kobolt (Manobond C 16) eller inneholder 17,5 til 18,5 % kobolt (Manobond C 18). Det har en viskositet (ved 25°C) på 3000 til 9000 eps. Askeinnholdet er fra 22 til 25 vektprosent.

I den serie av tester som følger var eksempel 1 kontrollen som ikke inneholdt noe neopren W. Eksempel 2 representerte blanding A hvortil 5 vektdeler neopren W var tilsatt til erstatning for en ekvivalent mengde av naturgummi, og eksempel 3 representerer blanding A hvortil 10 vektdeler neopren W var tilsatt og også her som erstatning for en ekvivalent mengde av naturgummi.

Syv sett tester ble gjennomført med eksemplene 1 - 3 og disse er gjengitt i tabell I. Disse tester inkluderte T-adhesjons-bestemmelse for vulkaniserte.teststykker, ualdret eller ube-handlet, test A; ovnsaldret, test B; trykkdampaldret, test C; og fuktighetsbindekammeraldret, testene D - G. Den kraft som er nødvendig for å trekke ut eller fjerne metallforsterkningen fra den vulkaniserte sjiktgummiblanding er først angitt i kg/cm, etterfulgt av den prosentandel av sjiktgummiblanding som var tilbake på overflaten av metallforsterkningen. Mengden av sjiktgummiblanding som var tilbake på metallforsterkningen bestemmes ved visuell undersøkelse og angis som prosent gummidekning.

Som det kan sees av tabell I, test A, eksemplene 1-3, var adhesjonen bedre når blanding A T-adhesjonslapper ble påført sinkbelagt stålkord enn messingbelagt stålkord. Adhesjonen ble marginalt redusert fra kontrollen hvor neopren var blitt tilsatt, men prosent gummidekning eller adhesjonsretensjon kan imidlertid sees å være marginalt forbedret ved tilsetningen av neoprenet.

I test B var adhesjonen bedre for messingbelagt stålkord enn for sinkbelagt og det sees at tilsetning av neopren W ikke skadelig påvirket adhesjonen eller gummidekningen og ga faktisk noen forbedring. Ovnsaldringstesten er en aksellerert varmealdringstest og er av betydning ved å bestemme virkningen av varme på den termiske stabilitet av de kjemiske bindinger som dannes mellom sjiktgummiblandingen og metallforsterkningen under vulkaniseringen. I test C var adhesjonen bedre med messingbelagt stålkord enn med sinkbelagt stålkord og på nytt var nærværet av neopren ikke generelt skadelig. Trykkdamp-aldring i en time ved 149°C er en aksellerert fuktig-hetsaldringstest ; som er av betydning for å bestemme den kjemiske stabilitet av de kjemiske bindinger som er dannet mellom sjiktgummiblandingen og metallforsterkningen når sammensetningen utsettes for fuktighet eller damp under trykk.

Endelig representerer testene D - G 0, 60, 120 og 180 døgns fuktighetskammertesting og viser at selv om adhesjonen begynte å bli skadelig påvirket ved fuktigheten ettersom oppholdstiden økte for testene med 60, 120 og 180 døgn, ble forbedret adhesjon og gummidekning demonstrert for eksemplene 2 og 3 inneholdende neopren.

Betydningen av fuktighetskammertestene er også her å bestemme den kjemiske stabilitet av kjemiske bindinger dannet mellom sjiktgummiblanding og metallforsterkning når de utsettes for betingelser med høy relativ fuktighet og høy temperatur, i forhold til vanlig temperatur, ved forlengede tidsrom.

For å demonstrere den høyere modul for sjiktgummiblandinger inneholdende neopren i forhold til kontrollblandingen, ble egenskaper med forlengelse-spenning bestemt for eksemplene 1 - 3 og gjengitt i tabell II. Det bemerkes deri at strekk-fasthet og bruddforlengelse forble sammenlignbare med kontrollblandingen når neopren ble tilsatt. Målingene ble gjen-nomført med prøver vulkanisert ved 149°C i forskjellige tidsrom.

Basert på de foregående resultater gjengitt i tabellene I og

II konkluderes det med at nærværet av neopren i en sjiktgummiblanding er effektiv for å fremme adhesjon mellom sjiktgummiblandingen og metallforsterkning. Videre tilveiebringer nærværet av neopren høyere modul enn 100 % naturgummisjiktgummi-blandinger med ekvivalente bruddforlengelser for begge.

I og med at nærværet av fuktighet og oksygen i en vulkanisert sjiktgummiblanding synes å påvirke stabiliteten av de kjemiske bindinger som er dannet mellom sjiktgummiblandingen og metallforsterkningen i skadelig retning, som påvist ved eksempel 1 i tabell I, forbedrer nærværet av neopren, som angitt i eksemplene 2 og 3, bindingsstabiliteten. Ved således å forbedre metalladhesjon og metalladhesjonsbibeholdelse i gjenstander som bildekk, som utsettes for forskjellige nivåer for fuktighet og oksygen under normal brukstid, bør lengere levetid for gjenstandene oppnås slik at det kan tillates en høyere prosentandel av radialdekk med stålbelter som kan gis nytt banepålegg.

Som angitt tidligere kan den tråd som belegges ved utøvelse av oppfinnelsen f. eks. være messingbelagt tråd, d.v.s. 70 % Cu, 30 % Zn, sinkbelagt eller blankt stål. Tråden kan være i form av et knippe, matte, bane, lag eller fletting.

Den forbedrede sjiktgummiblanding anvendt i forbindelse med oppfinnelsen finner også anvendelse i f. eks. messingbelagte metallgummigjenstander som motorfester, lagerinnfatninger, torsjonsfjærer, drivrenner, trykkerivalser, metalltrådfor-sterket eller flettet slange, elektriske avisningsinnret-ninger, skohæler og overalt hvor det ønskes å feste gummi til metall eller tilveiebringe en fleksibel og sterk, termisk stabil binding mellom de nevnte komponenter.

Claims (1)

1. Metallarmert gummilaminat hvor gummidelen har forbedret adhesjon til metallforsterkningen, og hvor gummiblandingen inneholder naturgummi,karakterisert vedat gummiblandingen i tillegg inneholder 5 til 25 vektdeler neopren W pr. 100 vektdeler av den totale mengde av neopren W og naturgummi.