PL191112B1 - Sposób poprawy właściwości trybologicznych elastomerów i gotowych wyrobów gumowych - Google Patents

Abstract

Sposób poprawy właściwości trybologicznych elastomerów i gotowych wyrobów gumowych polegający na naniesieniu na ich powierzchnię warstwy modyfikującej zawierającej smar, korzystnie grafit lub dwusiarczek molibdenu, znamienny tym, że warstwę modyfikującą stanowi mieszanina smaru stałego, korzystnie grafitu lub dwusiarczku molibdenu, z lateksem lub roztworem elastomeru w rozpuszczalniku o parametrze rozpuszczalności zbliżonym do parametru rozpuszczalności kauczuku lub kauczuków, z których wykonano modyfikowany wyrób oraz ewentualnie z zestawem środków sieciujących ten elastomer lub lateks, o lepkości 100-120 Pa^s mierzonej przy szybkości obrotowej 0,015 obrotów/s, przy czym wyrób z naniesioną warstwą wygrzewa się lub pozostawia na czas niezbędny do odparowania rozpuszczalnika oraz ewentualnego usieciowania warstwy modyfikującej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób poprawy właściwości trybologicznych elastomerów i gotowych wyrobów gumowych.

Wszędzie tam, gdzie występuje zjawisko tarcia gumy po szkle lub metalu, powstaje problem obniżenia współczynnika tarek oraz zużycia ściernego wyrobu gumowego.

Stosowanie w tym celu płynów smarnych, na przykład oleju, nie jest wskazane lub wręcz wykluczone ze względu na zagrożenie zdrowia ludzi, bądź zanieczyszczenie środowiska naturalnego, zwłaszcza w urządzeniach przemysłu spożywczego i farmaceutycznego.

Smarowanie ruchowych uszczelnień gumowych mgłą olejową wiąże się z emisją mgły oleju do otoczenia, co nie jest obojętne dla zdrowia ludzi obsługujących urządzenie pracujące z tymi uszczelnieniami. Nadto olej z uszczelnień gumowych przemysłu spożywczego i farmaceutycznego może przedostać siędo produktów spożywczych lub leków.

Były prowadzone także próby polepszenia właściwości trybologicznych gumy stosowanej w uszczelnieniach ruchowych w drodze modyfikacji jej składu, ale nie dały one zadawalających rezultatów. Uszczelnienia ruchowe wykonane z takiej gumy nadal wykazywały duże wartości współczynnika tarcia kinetycznego oraz zużycia ściernego.

Z polskiego opisu patentowego nr 168619 jest znany sposób poprawy właściwości trybologicznych elastomerów i gotowych wyrobów gumowych polegający na tym, że na ich powierzchnię nanosi się zawiesinę smaru stałego, korzystnie dwusiarczku molibdenu lub grafitu, w rozpuszczalniku lub plastyfikatorze o parametrze rozpuszczalności zbliżonym do parametru rozpuszczalności kauczuku lub kauczuków, z których wykonano modyfikowany wyrób, po czym pozostawia się wyrób z naniesioną zawiesiną na czas niezbędny do odparowania rozpuszczalnika lub wniknięcia plastyfikatora w głąb wyrobu.

Sposób poprawy właściwości trybologicznych elastomerów i gotowych wyrobów gumowych, według wynalazku polega na tym, że na ich powierzchnię nanosi się warstwę mieszaniny smaru stałego, korzystnie grafitu lub dwusiarczku molibdenu, z lateksem lub roztworem elastomeru w rozpuszczalniku o parametrze rozpuszczalności zbliżonym do parametru rozpuszczalności kauczuku lub kauczuków, z których wykonano modyfikowany wyrób i ewentualnie z zestawem środków sieciujących ten elastomer lub lateks, o lepkości 100 -120 Pa^s mierzonej przy szybkości obrotowej 0,015 obrotów/s. Wyrób z naniesioną warstwą wygrzewa się lub pozostawia na czas niezbędny do odparowania rozpuszczalnika oraz ewentualnego usieciowania warstwy modyfikującej.

Sposób według wynalazku zapewnia kilkakrotne obniżenie współczynnika tarcia gumy po szkle lub metalu oraz zredukowanie praktycznie do zera zużycia ściernego modyfikowanych wyrobów. Nadto w sposobie według wynalazku uzyskuje się trwałe połączenie smaru stałego z powierzchnią modyfikowanego wyrobu poprzez elastyczną powłokę.

Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady

Przykład I.

Przygotowano mieszankę o składzie w częściach wagowych: kauczuk butadienowo-styrenowy o nazwie handlowej Cariflex 1502 -100 części, nadtlenek dikumylu (92 % substancji aktywnej) - 2 części

-2 -1 przez zmieszanie jej składników za pomocą walcarki, przy szybkości ścinania 10^-2 s^-1 w temperaturze 60°C, w czasie 2 minut. Mieszankę poddano następnie wulkanizacji w stalowej formie w temperaturze 160°C, w czasie 30 minut.

Równocześnie sporządzono roztwór kauczuku butadienowo-styrenowego w styrenie o parametrze rozpuszczalności d = 18,6 x 10^-3(J/m³)’^/2 stosując 1 część wagową kauczuku na 4 części wagowe styrenu.

Następnie przygotowano mieszaninę modyfikującą o składzie w częściach wagowych: sporządzony uprzednio roztwór kauczuku butadienowo-styrenowego w styrenie -100 części, naftenian kobaltu - 2 części, hydroksynadtlenek alifatyczny o nazwie handlowej Mefox - 2 części, grafit - 80 części, która charakteryzowała się lepkością 110 Pa^s przy szybkości obrotowej 0,015 obrotów/s. Warstwą przygotowanej mieszaniny modyfikującej pokryto próbkę wytworzonej uprzednio gumy, po czym gumę z naniesioną warstwą modyfikującą umieszczono w suszarce w temperaturze 80°C na czas około 30 minut, podczas którego nastąpiło usieciowanie powłoki modyfikującej.

PL 191 112 B1

Następnie dokonano pomiarów właściwości trybologicznych gumy niezmodyfikowanej oraz próbki gumy zmodyfikowanej. Pomiaru współczynnika tarcia dokonano za pomocą aparatu typu „rolka - klocek, w warunkach tarcia suchego po metalu, w temperaturze T= 23 ± 5°C, przy prędkości poślizgu 1,5 cm/s.

Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 1.

Tabe l a 1.

Nacisk [N]	Wartość współczynnika tarcia
próbki niezmodyfikowanej	próbki zmodyfikowanej
1,4	3,65	1,05
1,9	3,04	0,71
2,4	2,71	0,59
3,4	2,39	0,48
6,4	1,97	0,35
11,4	1,70	0,32
21,4	1,12	0,33

Przykład II.

Przygotowano mieszankę o składzie w częściach wagowych: kauczuk chloroprenowy o nazwie handlowej Neopren W - 100,0 części, stearyna - 0,5 części, tlenek cynku - 5,0 części, tlenek magnezu - 4,0 części, sadza FEFN-550 - 30,0 części, węglan wapnia - 20,0 części, olej mineralny o nazwie handlowej Naftolen H - 4,0 części, przeciwutleniacz w postaci N-izopropylo-N'-fenylo-p-fenylenodwuaminy, o nazwie handlowej Vulkanox 4010 NA - 1,5 części, przyspieszacz wulkanizacji w postaci dwubutylodwutiokarbaminianu cynku, o nazwie handlowej Robac 22 - 0,5 części,

-2 -1 przez zmieszanie jej składników za pomocą walcarki, przy szybkości ścinania 10^-2 s^-1 w temperaturze 60°C w czasie 4 minut. Mieszankę poddano następnie wulkanizacji w stalowej formie w temperaturze 160°C w czasie 15 minut.

Równocześnie sporządzono roztwór kauczuku chloroprenowego w toluenie, o parametrze rozpuszczalności d = 17,8 x 10^-3 (J/m³)⁷ stosując 1 część wagową kauczuku na 4 części wagowe toluenu.

Następnie przygotowano mieszaninę modyfikującą o składzie w częściach wagowych: sporządzony uprzednio roztwór kauczuku chloroprenowego w toluenie -100 części, grafit -120 części, o lepkości 120 Pa^s mierzonej przy szybkości obrotowej 0,015 obrotów/s.

Warstwą przygotowanej mieszaniny modyfikującej pokryto próbkę wytworzonej uprzednio gumy, po czym gumę z naniesioną warstwą modyfikującą umieszczono w suszarce w temperaturze 80°C na czas około 30 minut potrzebny do odparowania rozpuszczalnika.

Następnie dokonano pomiarów właściwości trybologicznych gumy nie zmodyfikowanej oraz próbki gumy zmodyfikowanej. Pomiaru współczynnika tarcia dokonano za pomocą aparatu typu „rolka -klocek, w warunkach tarek suchego po szkle, w temperaturze T = 23 ± 5°C, przy prędkości poślizgu 1,5 cm/s.

Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli2.

PL 191 112 B1

T ab e l a 2.

Nacisk [N]	Wartość współczynnika tarcia
próbki niezmodyfikowanej	próbki zmodyfikowanej
1,4	3,48	0,17
1,9	3,02	0,09
2,4	2,95	0,12
3,4	2,73	0,11
6,4	2,47	0,17
11,4	2,22	0,20

100,0 części, 1,0 części, 5,0 części, 50,0 części, 30,0 części, 20,0 części, 2,0 części, 0,5 części, 0,8 części, 1,0 części,

- 0,3 części, -2 -1

P r zyk ł a d III.

Przygotowano mieszankę o składzie w częściach wagowych: kauczuk etylenowo-propylenowo-dienowy o nazwie handlowej Keltan 721 stearyna tlenek cynku sadza FEFN-550 sadza SRF N-770 olej parafinowy o nazwie handlowej Flexon 840 siarka dwusiarczek tetrametylotiuramu dwusiarczek dwubenzotiazolu przeciwutleniacz w postaci N-izopropylo-N'-fenylo-p-fenylenodwuaminy, o nazwie handlowej Vulkanox 4010 NA przyspieszacz wulkanizacji w postaci etylofenylodwutiokarbaminianu cynku, o nazwie handlowej EFK przez zmieszanie jej składników za pomocą walcarki, przy szybkości ścinania 10^-2 s^-1 w temperaturze 60°C, w czasie 4 minut. Mieszankę poddano następnie wulkanizacji w stalowej formie w temperaturze 160°C, w czasie 15 minut.

Równocześnie sporządzono roztwór kauczuku chloroprenowego w toluenie, o parametrze rozpuszczalności d = 17,8 x 10^-3 (J/m³)⁷ stosując 1 część wagową kauczuku na 4 części wagowe toluenu.

Następnie przygotowano mieszaninę modyfikującą o składzie w częściach wagowych: sporządzony uprzednio roztwór kauczuku chloroprenowego w toluenie - 100 części, grafit - 120 części, która charakteryzowała się lepkością 120 Pa^s przy szybkości obrotowej 0,015 obrotów/s.

Warstwą przygotowanej mieszaniny modyfikującej pokryto próbkę wytworzonej uprzednio gumy, po czym gumę z naniesioną warstwą modyfikującą umieszczono w suszarce w temperaturze 80°C na czas około 30 minut potrzebny do odparowania rozpuszczalnika.

Następnie dokonano pomiarów właściwości trybologicznych gumy niezmodyfikowanej oraz próbki gumy zmodyfikowanej. Pomiaru współczynnika tarcia dokonano za pomocą aparatu typu „rolka - klocek, wwarunkach tarcia suchego po szkle, w temperaturze T = 23 ± 5°C,przy prędkości poślizgu 1,5 cm/s.

Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli 3.

T ab el a 3.

Nacisk [N]	Wartość współczynnika tarek
próbki niezmodyfikowanej	próbki zmodyfikowanej
1,4	2,76	0,35
1,9	4,35	0,20
2,4	4,39	0,15
3,4	3,84	0,14
6,4	2,92	0,15
11,4	2,34	0,17

PL 191 112 B1

P r zyk ł a d IV.

Mieszankę o składzie jak w przykładzie II, przygotowaną jak w przykładzie II, poddano wulkanizacji w stalowej formie w temperaturze 160°C w czasie 15 minut. Równocześnie przygotowano mieszaninę modyfikującą o składzie w częściach wagowych:

lateks kauczuku chloroprenowego - 100,0 części, grafit - 400,0 części, stearyna - 0,5 części, tlenek cynku - 5,0 części, tlenek magnezu - 4,0 części, przeciwutleniacz w postaci N-izopropylo-N'-fenylo-p-fenylenodwuaminy, o nazwie handlowej Vulkanox 4010 NA - 1,5 części, przyspieszacz wulkanizacji w postaci dwubutylodwutiokarbaminianu cynku, o nazwie handlowej Robac 22 - 0,5 części, która charakteryzowała się lepkością 110 Pa^s przy szybkości obrotowej 0,015 obrotów/s.

Warstwą przygotowanej mieszaniny modyfikującej pokryto próbkę wytworzonej uprzednio gumy, po czym gumę z naniesioną warstwą modyfikującą umieszczono w suszarce w temperaturze 80°C na czas około 15 minut potrzebny do odparowania wody i usieciowania powłoki.

Następnie dokonano pomiarów właściwości trybologicznych gumy niezmodyfikowanej oraz próbki gumy zmodyfikowanej. Pomiaru współczynnika tarcia dokonano za pomocą aparatu typu „rolka - klocek, w warunkach tarcia suchego po stali, w temperaturze T = 23 ± 5°C, przy prędkości poślizgu 10 cm/s.

Wyniki pomiarów przedstawiono w tabeli4.

T ab el a 4.

Nacisk [N]	Wartość współczynnika tarcia
próbki niezmodyfikowanej	próbki zmodyfikowanej
1,4	5,00	0,52
2,4	4,26	0,43
3,4	4,04	0,35
5,4	2,74	0,33
9,4	2,26	0,31
17,4	1,65	0,22

Zastrzeżenie patentowe

Claims (1)

1. Sposób poprawy właściwości trybologicznych elastomerów i gotowych wyrobów gumowych polegający na naniesieniu na ich powierzchnię warstwy modyfikującej zawierającej smar, korzystnie grafit lub dwusiarczek molibdenu, znamienny tym, że warstwę modyfikującą stanowi mieszanina smaru stałego, korzystnie grafitu lub dwusiarczku molibdenu, z lateksem lub roztworem elastomeru w rozpuszczalniku o parametrze rozpuszczalności zbliżonym do parametru rozpuszczalności kauczuku lub kauczuków, z których wykonano modyfikowany wyrób oraz ewentualnie z zestawem środków sieciujących ten elastomer lub lateks, o lepkości 100-120 Pa^s mierzonej przy szybkości obrotowej 0,015 obrotów/s, przy czym wyrób z naniesioną warstwą wygrzewa się lub pozostawia na czas niezbędny do odparowania rozpuszczalnika oraz ewentualnego usieciowania warstwy modyfikującej.