DE102006008335A1

DE102006008335A1 - Magnetische Gummizusammensetzung und Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus dieser Gummizusammensetzung

Info

Publication number: DE102006008335A1
Application number: DE102006008335A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Kasamoto
Original assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Current assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2006-08-31
Also published as: JP2006225601A; US20060186369A1; JP5278718B2; US20100059905A1; US20080308973A1

Abstract

Die Erfindung schlägt eine magnetische Gummizusammensetzung vor, die durch Kneten eines anisotropen magnetischen Pulvers, eines durch die Formel R¶a¶SiX¶4-a¶ repräsentierten Alkoxysilans und eines Gummibindemittels erhalten wird. Dabei bedeuten in der Formel R eine Alkylgruppe C¶n¶H¶2n+1¶, X eine hydrolysierbare Gruppe wie z. B. eine Methoxy- oder Ethoxygruppe und a eine ganze Zahl von 0 bis 3.

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Gummizusammensetzung, die ein anisotropes magnetisches Pulvers enthält und gute magnetische Eigenschaften besitzt, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus dieser magnetischen Gummizusammensetzung.

Bei einer herkömmlichen Gummizusammensetzung werden magnetische Pulver wie z. B. die Pulver von Seltenerdelementen oder Ferriten einem Kautschukmaterial hinzugefügt, um dieses mit magnetischen Eigenschaften zu versehen. Bei Anwendung von magnetischen Seltenerdpulvern werden im Vergleich zu magnetischen Ferritpulvern höhere magnetische Kräfte erwartet, doch sind auch die Herstellungskosten vergleichsweise groß. Daher werden gewöhnlich magnetische Ferritpulver für die magnetische Gummizusammensetzung verwendet. Magnetische Ferritpulver enthalten Ferritpulver auf der Basis von Barium oder Strontium, wobei das letztere eine höhere Magnetkraft bewirkt (vgl. z. B. die offengelegte japanische Patentanmeldung JP-A-2003-183518).

Eine magnetische Gummizusammensetzung mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften kann dadurch erhalten werden, dass ein Gummibindemittel in einer hohen Konzentration mit magnetischem Pulver vermischt wird. Da jedoch die Viskosität der magnetischen Gummizusammensetzung zunimmt, wenn der zugemischte Anteil an Magnetpulver im Gummibindemittel zu groß wird, ist ihre Bearbeitung z. B. durch Kneten, Extrudieren und Formen schwierig. Die Viskosität der magnetischen Gummizusammensetzung nimmt auch zu, wenn ein Magnetpulver mit einer Pressdichte von 3,2 g/cm³ oder weniger verwendet wird, so dass die Verarbeitbarkeit wie z. B. durch Kneten, Extrudieren und Formen auch in diesem Fall schwierig ist.

Es kann daher erwartet werden, dass die Verarbeitbarkeit sowie die Bearbeitungstätigkeiten wie Kneten, Extrudieren und Formen der magnetischen Gummizusammensetzungen dadurch verbessert werden können, daß der Mischungsanteil des Magnetpulvers in dem Gummibindemittel kontrolliert und ein Magnetpulver mit einer Pressdichte von 3,2 g/cm³ oder mehr verwendet wird. Es hat sich jedoch als nicht ausreichend erwiesen, eine Gummizusammensetzung mit einer ausgezeichneten Verarbeitbarkeit und hervorragenden magnetischen Eigenschaften einfach dadurch herzustellen, daß ein Magnetpulver mit einer Pressdichte von 3,2 g/cm³ oder mehr verwendet und das Mischungsverhältnis des Magnetpulvers und des Gummibindemittels kontrolliert wird.

Wenn in einem Kautschukknetprozess die Anwendung von mechanischem Druck zur Durchführung eines Formgebungs- und Bearbeitungsschritts gewählt wird, um aus der magnetischen Gummizusammensetzung einen Formkörper zu erhalten, dann ist das Magnetpulver im Formkörper nicht ausreichend orientiert, so dass gute magnetische Eigenschaften nicht erhalten werden können.

Bei herkömmlichen magnetischen Gummizusammensetzungen sowie bei Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus diesen magnetischen Gummizusammensetzungen ergibt sich das Problem, dass die Verarbeitbarkeit abnimmt, wenn eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften erwünscht wird, oder umgekehrt ausreichende magnetische Eigenschaften nicht erhalten werden, wenn eine Verbesserung der Verarbeitbarkeit angestrebt wird. Daher besteht ein Bedarf an Verbesserungen bezüglich der Herstellung von solchen magnetischen Gummizusammensetzungen, die sowohl eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit als auch hervorragende magnetische Eigenschaften aufweisen, sowie der Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus derartigen magnetischen Gummizusammensetzungen.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetische Gummizusammensetzung zu schaffen, die eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit und hervorragende magnetische Eigenschaften besitzt, und ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus dieser magnetischen Gummizusammensetzung anzugeben.

Die Erfindung sieht zur Lösung dieser Aufgabe eine magnetische Gummizusammensetzung vor, die hergestellt ist durch Kneten eines an isotropen magnetischen Pulvers, eines durch die Formel R_aSiX₄__a repräsentierten Alkoxysilans und eines Gummibindemittels, wobei in der Formel R eine Alkylgruppe C_nH_2n+1, X eine hydrolisierbare Gruppe wie z. B. eine Methoxy- oder eine Ethoxygruppe und a eine ganze Zahl von 0 bis 3 bedeuten.

Die magnetische Gummizusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist ausgezeichnet hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit und besitzt ein gutes Orientierungsvermögen, was es ermöglicht, der Zusammensetzung gute magnetische Eigenschaften zu vermitteln.

Alkoxysilan in der magnetischen Gummizusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist eine durch die oben angegebene Formel R_aSiX₄__a repräsentierte Verbindung, worin R eine Alkylgruppe der Formel C_nH_2n+1, X eine hydrolisierbare Gruppe wie z. B. eine Methoxy- oder eine Ethoxygruppe und a eine ganze Zahl von 0 bis 3 bedeuten.

Beispiele für eine Alkoxysilan enthalten Tetramethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Dimethyldimethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan, Diphenyldimethoxysilan, Tetraethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Phenyltriethoxysilan, Diphenyldiethoxysilan, Hexyltrimethoxysilan und Decyltrimethoxysilan.

Alle anisotropen magnetischen Pulver, die üblicherweise im betreffenden Fachgebiet angewendet werden, können als anisotrope magnetische Pulver in der erfindungsgemäßen Gummizusammensetzung verwendet werden.

Beispielsweise können Strontiumferrit, Magnetpulver auf der Basis von Neodymium-Eisen-Bor, Magnetpulver auf der Basis von Samarium-Kobalt und Magnetpulver auf der Basis von Samarium-Eisen-Stickstoff als anisotrope magnetische Pulver verwendet werden. Wenigstens eines davon kann verwendet werden, d. h. es kann wenigstens eines davon allein oder eine Mehrzahl von ihnen in Kombination verwendet werden.

Wenn Strontiumferrit als anisotropes magnetisches Pulver verwendet wird, dann kann zu relativ geringen Kosten eine magnetische Gummizusammensetzung mit ausgezeichneter Verarbeitbarkeit, einem guten Orientierungsvermögen und hervorragenden magnetischen Eigenschaften erhalten werden.

Die Pressdichte des anisotropen magnetischen Pulvers in der erfindungsgemäßen Gummizusammensetzung beträgt vorzugsweise 3,2 g/cm³ oder mehr und mit besonderem Vorteil 3,3 g/cm³ oder mehr. Die Verarbeitbarkeit kann sich verschlechtern, wenn ein magnetisches Pulver mit einer Pressdichte von 3,2 g/cm³ oder weniger verwendet wird. Dagegen kann eine stabile magnetische Gummizusammensetzung mit einer ausgezeichneten Bearbeitbarkeit und ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften erhalten werden, wenn das Magnetpulver eine Pressdichte von 3,2 g/cm³ oder mehr und mit besonderem Vorteil 3,3 g/cm³ oder mehr aufweist.

Kautschukmaterialien mit guter Ölbeständigkeit können als Gummibindemittel in der erfindungesgemäßen magnetischen Gummizusammensetzung verwendet werden. Beispielsweise können Nitril-Butadien-Kautschuk, hydrolisierter Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Acrylkautschuk, Ethylen-Acrylat-Kautschuk oder Fluorkautschuk verwendet werden. Wenigstens eines dieses Materialien kann angewendet werden, d. h. es kann eines von ihnen allein oder eine Mehrzahl von zwei oder mehr von ihnen durch geeignete Vermischung verwendet werden.

Anstelle der oben beschriebenen Zusatzstoffe können auch in herkömmlichen Gummizusammensetzungen üblicherweise verwendete Compoundierungsmittel in geeigneter Weise in die magnetische Gummizusammensetzung eingemischt werden. Beispielsweise können Ruß oder weiße Füllmittel wie z. B. Siliciumdioxid und Tonerde, Plastifiziermittel, Gleitmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Alterungsschutzmittel, Zinkoxid, Vernetzungsmittel und Vernetzungsbeschleuniger in geeigneter Weise als Compoundierungsmittel verwendet werden.

Das beizumischende, anisotropische magnetische Pulver wird vorzugsweise so zugegeben, dass der Anteil 74 bis 94 Gew. % relativ zum Gesamtgewicht der erfindungsgemäßen Gummizusammensetzung beträgt. Praktische magnetische Eigenschaften können nicht erhalten werden, wenn der zugegebene Anteil des Magnetpulvers in der Gesamtmenge der Gummizusammensetzung oder die Füllungsrate kleiner als 74 Gew. % ist, während die magnetischen Eigenschaften aufgrund von Interaktionen zwischen den Magnetpulvern abnehmen und die Verarbeitbarkeit merklich reduziert wird, wenn die Füllungsrate 94 Gew. % überschreitet.

Das beizumischende Gummibindemittel wird vorzugsweise in einem Anteil von 5 bis 22 Gew. % bezüglich der Gesamtmenge der magnetischen Gummizusammensetzung hinzugefügt. Die Verarbeitbarkeit nimmt ab, wenn der zugefügte Anteil relativ zur Gesamtmenge der magnetischen Gummizusammensetzung kleiner als 5 Gew. % ist, während praktische magnetische Eigenschaften nicht erhalten werden können, wenn der Anteil 22 Gew. % überschreitet.

Die zugegebene Menge an dem oben beschriebenen Alkoxysilan beträgt vorzugsweise 0,05 bis 20 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile des Gummibindemittels. Eine Verbesserung des Orientierungsvermögens, das eine verbesserte Wirkung der magnetischen Eigenschaften begleitet, kann nicht erhalten werden, wenn der Anteil kleiner als 0,5 Gewichtsteile ist, während die Sulfurisationsrate verlangsamt wird, was zu einer merklichen Reduzierung der Verarbeitbarkeit führt, wenn der Anteil 20 Gewichtsteile überschreitet.

Die erfindungsgemäße, magnetische Gummizusammensetzung kann erhalten werden durch geeignete Mischung der wesentlichen Bestandteile mit den Compoundierungsmitteln, die gewöhnlicherweise bei herkömmlichen Gummizusammensetzungen verwendet werden, und durch Kneten in einer geeigneten Mischmaschine, einer offenen Walze, einem Kneter, einem Banbury-Mischer oder einem Doppelschneckenextruder.

Zur Lösung der oben erwähnten Probleme enthält ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus der erfindungsgemäß vorgeschlagenen, magnetischen Gummizusammensetzung den Schritt, eine der erfindungsgemäßen, magnetischen Gummizusammensetzungen in einer Form bei angelegtem magnetischem Feld unter Sulfurisation zu formen.

Die erfindungsgemäße, magnetische Gummizusammensetzung besitzt eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit und zeigt ausgezeichnete magnetische Eigenschaften, wie oben beschrieben wurde. Das Ausmaß der Orientierung des anisotropen, magnetischen Pulvers kann durch Formung mit Sulfurisation in einer Form und durch Anlegen eines Magnetfeldes beim Sulfurisations- und Formgebungsprozess verbessert werden.

Als Verfahren zur Formung unter Sulfurisation der magnetischen Gumminisammensetzung in einer Form und mit Anlegung eines magnetischen Feldes kann beispielsweise das in der japanischen Patentanmeldung JP-A No. 2003-25363 beschriebene Verfahren angewendet werden.

Bei dem Verfahren zur Formung eines Formkörpers aus der erfindungsgemäßen, magnetischen Gummizusammensetzung wird beispielsweise eine in der Branche bekannte Form während des Formens mit Sulfurisation unter Erhitzung mit einer elektromagnetischen Wicklung umgeben, während auf die magnetische Gummizusammensetzung ein vorgegebener Druck ausgeübt wird. Durch Anlegen einer gegebenen Spannung an die elektromagnetische Wicklung wird zur Zeit der Sulfurisationsformung der erfindungsgemäßen Gummizusammensetzung ein magnetisches Feld erzeugt, wodurch die Gummizusammensetzung unter Sulfurisation durch Anlegen eines Magnetfeldes geformt wird.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Formgebungsverfahrens wird die erfindungsgemäße Gummizusammensetzung, die eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit und ausgezeichnete magnetische Eigenschaften besitzt, in der Form unter Sulfurisation und in einem angelegten Magnetfeld geformt, wobei das anisotrope magnetische Pulver im erhaltenen Formkörper ausreichend orientiert ist, um dem erhaltenen Formkörper gute magnetische Eigenschaften zu vermitteln.

Wie oben im einzelnen beschrieben ist, sieht die Erfindung eine magnetische Gummizusammensetzung mit ausgezeichneter Verarbeitbarkeit und guten magnetischen Eigenschaften sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus der magnetischen Gummizusammensetzung vor.

Nachfolgend wird das beste Ausführungsbeispiel zum Erhalten der erfindungsgemäßen Gummizusammensetzung und zur Formung eines Formkörpers aus der magnetischen Gummizusammensetzung beschrieben, wobei ein anistropes Magnetpulver, ein Monomer auf der Basis von Alkoxysilan und ein Gummibindemittel geknetet werden, um die magnetische Gummizusammensetzung zu erhalten, und wobei die Zusammensetzung dann geknetet wird, um den Formkörper zu erhalten.

Die in den nachfolgenden Beispielen 1 bis 4 beschriebenen magnetischen Gummizusammensetzungen werden zusammen mit zum Vergleich bestimmten, magnetischen Gummizusammensetzungen bewertet, die in den nachfolgenden Vergleichsbeispielen 1 bis 3 angegeben sind. Die Vermischung, die Herstellungsverfahren und die Bewertungsmethoden in den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 sind unten angegeben.

Als Kautschukbindemittel wurde hydrierter Acylnitril-Butadien-Kautschuk (HNBR-Polymer) verwendet. Relativ zu 100 Gewichtsteilen des Kautschukbindemittels wurden ein magnetisches Strontiumferritpulver und andere Compoundierungsmittel zugemischt, wobei die in Tabelle 1 angegebenen Füllungsraten erhalten wurden, und die Mischung wurde in einer offenen Walze geknetet, um die magnetische Gummizusammensetzung zu erhalten.

Im Beispiel 1 wurden 6 Teile Alkoxysilan mit 100 Gewichtsteilen des hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschukpolymers vermischt. Anstelle des zugemischten Alkoxysilans im Beispiel 1 wurden in den Vergleichsbeispielen 1, 2 und 3 Flüssig-NBR, Bis(2-Ethylhexyl)phthalat (nachfolgend als DOP bezeichnet) und Polybutadien zugemischt. Die anderen Zusammensetzungen und Mengen der Mischungen sind im Beispiel 1 und in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 dieselben.

In den Beispielen 2 bis 4 wurden im Vergleich zum Beispiel 1 die Mischungsanteile des Alkoxysilans geändert. In den Beispielen 2 und 3 wurden die Mischungsanteile des Alkoxysilans im Vergleich zum Beispiel 1 reduziert, und DOP wurde hinzugefügt. Dagegen wurde der Mischungsanteil des Alkoxysilans im Beispiel 4 im Vergleich mit dem Beispiel 1 erhöht.

Die Pressdichte des Strontiumferritpulvers war in allen Beispielen sowie in den Vergleichsbeispielen 3,3g/cm3.

Ein Magnetfeld mit einer Intensität von 20 kOe wurde in Richtung der Dicke des Ausgangskautschuks angelegt, während die magnetische Gummizusammensetzung mit Sulfurisation in einer Probenform geformt wurde, d. h. vom Anfang bis zum Ende der Sulfurisation. Die Sulfurisationstemperatur betrug 190 °C, und die Sulfurisationsdauer betrug 90 Sekunden. Auf diese Weise wurden säulenförmige Formkörper mit einem Durchmesser von 18 mm und einer Dicke von 6 mm in den Beispielen 1 bis 4 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 erhalten.

Die magnetischen Eigenschaften Br(T) wie z. B. die remanente Induktion Br(T) des Formkörpers als Testprobe wurden mit einem Kurvenschreiber (Markenname BH curve tracer, hergestellt von Metron, Inc.) gemessen. Die niedrigste Viskosität bei 180 °C wurde mit einem geeigneten Messgerät (Markenname Curelastometer Typ V, hergestellt von Orientec Co., Ltd.) gemessen, um die Verarbeitbarkeit zu bewerten. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

In Tabelle 1:

Hydriertes NBR-Polymer: Handelsname Zetpol 1020; hergestellt von Zeon Corporation;
Strontiumferrit: Handelsname FM-201; hergestellt von Toda Kogyo Corp.;
Alkoxysilan: Handelsname KBM3103C; hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.;
Flüssig-NBR: Handelsname Nipol 1312; hergestellt von Zeon Corporation;
Polybutadien: Handelsname RB810; hergestellt JSR Corporation.

Obwohl die magnetischen Gummizusammensetzungen in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wie die magnetischen Gummizusammensetzungen in den Beispielen 1 bis 4 mit Sulfurisation in einer Form bei angelegtem Magnetfeld geformt wurden, weisen die zuletzt genannten Zusammensetzungen im Vergleich mit den zuerst genannten Zusammensetzungen eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit bei geringster Viskosität und ausgezeichnete magnetische Eigenschaften (remanente Induktion) Br(T) auf. Es hat sich bestätigt, dass die magnetischen Gummizusammensetzungen der Beispiele 1 bis 4, die in den erfindungsgemäßen Mischungsbereich der Komponenten fallen, ausgezeichnet im Hinblick auf ihre Verarbeitbarkeit sowie ihre magnetischen Eigenschaften (remanente Induktion) Br(T) sind.

In den Beispielen 1 bis 4, in denen der Mischungsanteil des Alkoxysilans geändert wurde, ist die magnetische Gummizusammensetzung ebenfalls im Hinblick auf Verarbeitbarkeit und magnetische Eigenschaften (remanente Induktion) Br(T) hervorragend im erfindungsgemäßen Mischungsbereich der Komponenten.

Obgleich oben bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die angegebenen Beispiele beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann vielmehr innerhalb des technischen, durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalante definierten Schutzbereichs auf zahlreiche Ausführungsbeispiele erstreckt werden.

Claims

Magnetische Gummizusammensetzung, hergestellt durch Kneten eines anisotropen magnetischen Pulvers, eines durch die Formel R_aSiX₄__a repräsentierten Alkoxysilans und eines Gummibindemittels, wobei in der Formel R eine Alkylgruppe C_nH_2n+1, X eine hydrolysierbare Gruppe wie z. B. eine Methoxy- oder eine Ethoxygruppe und a eine ganze Zahl von 0 bis 3 bedeuten.
Gummizusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anisotrope magnetische Pulver ein Strontiumferritpulver ist.
Gummizusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressdichte des anisotropen magnetischen Pulvers 3,2 g/cm³ oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einer magnetischen Gummizusammensetzung, enthaltend den Schritt des Formens der magnetischen Gummizusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 unter Sulfurisation in einer Form in einem angelegten magnetischen Feld.