具有有着弹性特性的单层或多层基体的制品、制备制品的方法和氢氧化铝作为橡胶混合物中增强填料的用途与流程

具有有着弹性特性的单层或多层基体的制品、制备制品的方法和氢氧化铝作为橡胶混合物中增强填料的用途
1.本发明涉及一种制品，所述制品具有有着弹性特性的单层或多层基体。
2.此类制品可以被例如构成为减振器和/或金属-橡胶元件。所述制品优选可以为空气弹簧气囊膜和/或空气弹簧气囊和/或轴承的阻尼元件和/或锥形弹簧和/或叠板弹簧。
3.此类制品是人们已知的。这样的制品例如由de 10 2017 223 538 a1已知。
4.de 10 2017 223 538 a1中公开的具有弹性特性的制品具有有着弹性特性的基体，所述制品正是用于在车辆中、尤其在轨道车辆中进行弹性支撑(federung)或减振，所述基体具有由橡胶混合物构成的至少一个层d，所述橡胶混合物包含具有根据din-iso 9277介于35m2/g至140m2/g的bet表面积以及根据iso 4656介于70ml/100g至140ml/100g之间的吸油值(oan)的至少一种炭黑。具有所给出的物理特性的炭黑在弹性体混合物中具有作为增强填料的功能。
5.由于近几年在要满足的防火性能(例如由防火标准en 45545产生的防火性能)方面对本文开头所述制品的要求不断提高，所以向橡胶混合物中更多地混入主要无卤素的阻燃剂与先前提及类型的炭黑的组合，以便能够使由其制备的弹性体以难点燃的方式形成。
6.于是，由de 10 2017 223 538 a1已知，通过直接混入部分相对大量的阻燃物质可以改进橡胶混合物的防火行为。然而，这种措施在所涉及的混合物中通常导致与在动态应用中使用相关的特性(如抗拉强度、弹性、收缩行为(setzungsverhalten)和抗疲劳强度)恶化。在所涉及的制品中这尤其表现为弹性支撑特性、收缩特性或振动特性的明显劣化。另外，此类制品在高机械负载下具有较差的耐久度，使得其最大使用时长相对较短。
7.然而已经显示出，即使在de 10 2017 223 538 a1中所描述的开篇提及类型的制品的技术实施方式也总是具有不利的物理特性，这些特性导致相对高的磨损以及因此自一定的使用时长起还导致不足的弹性支撑特性、收缩特性或振动特性，尤其不足以将此类制品用在车辆构造中。
8.因此本发明的目的是提供一种开篇所述类型的制品，所述制品相对于来自de 10 2017 223 538 a1的技术方案而言具有改进的使用特性。
9.此目的能够通过具有根据独立权利要求1的特征的制品得以实现。
10.为了实现上述目的，可以设计开篇提及类型的制品，使得所述制品的特征在于，基体的至少一个层由橡胶混合物构成，其中至少一种炭黑在所述橡胶混合物中的炭黑比例小于5phr。所述炭黑比例优选以所述橡胶混合物的所有炭黑的总炭黑比例计。所述橡胶混合物在此可以不具有炭黑、具有一种炭黑或具有多于一种炭黑。将炭黑比例减少到低于5phr具有以下优点：所述基体的可燃性相对于基于de 10 2017 223 538 a1的技术教导制备的基体有所改进。因此，可以实现所述至少一个层的可燃性降低，因为相对于已知的组合物已经降低了作为橡胶混合物的可燃部分的炭黑比例。除了更低的可燃性之外，减少炭黑比例还出人意料地导致更高的断裂伸长率，也就是说材料可以更大幅度拉伸。这在空气弹簧(也即空气弹簧气囊)中正好具有以下优点：可以实现改进的减振特性和提高的使用寿命。
11.de 10 2017 223 538 a1以及本发明的目标都在于为金属-橡胶元件确保尽可能
好的防火性。然而，两者采取截然相反的途径。de 10 2017 223 538寻找到了其中所述的解决方案，即将作为填料的炭黑固定在至少5phr的炭黑比例并且找到具有特殊阻燃特性的那些炭黑；而本发明采取的途径是，通过将炭黑比例降低到小于5phr而将作为填料的炭黑看成不必要的并且用氢氧化铝来替代填料特性。
12.在橡胶化学工业中，每百份橡胶中的份数(phr)是指在弹性体混合物配方中各个混合物组成成分的质量比例。在此，这些数值分别相对于100(质量)份的一种基础聚合物或多种基础聚合物(在聚合物共混物的情况下)计。
13.下文将描述本发明的有利的实施方案，所述实施方案单独地或与其他实施方案的特征相组合地可以任选地与来自权利要求1的特征组合到一起。
14.特别有利的是，所述至少一个层至少覆盖在功能区域上或者完全地覆盖位于其下的层。所述至少一个层因此尤其可以被形成为连续的和/或无孔隙的。
15.氢氧化铝在所述橡胶混合物中可以具有50phr至150phr、尤其50phr至100phr、尤其100phr至150phr、优选75phr至125phr的比例。
16.所述总炭黑比例可以大于0phr或还可以为0phr。这两个实施方案的主要区别在于，只有在前一种情况下炭黑可以起到染色效果，因为在后一种情况下橡胶混合物完全不具有任何炭黑。由于小于5phr的非常少的炭黑比例，炭黑除了染色之外对橡胶混合物的技术特性没有任何影响。因此，在这两种实施方案中这点是相同的。
17.可以设计，向所述橡胶混合物混入至少一种着色剂。着色剂例如可以为炭黑、氧化铁或二氧化钛。炭黑染色为黑色，而氧化铁例如bayferrox 920通常染色为黄色。二氧化钛可以用于使颜色变浅。为了染色为红色，例如可以使用colortherm red 520，并且为了染色为蓝色可以使用oppasin blau 6900。或者可以设计，所述橡胶混合物不含着色剂。在这种情况下完全不向所述橡胶混合物加入任何着色剂。
18.根据一个有利的改进方案可以设计，所述至少一种炭黑、优选所使用的所有炭黑、尤其掺混入所述橡胶混合物中的炭黑具有根据din-iso9277处于35m2/g至140m2/g的范围之外的bet表面积。具有根据din-iso9277为35m2/g至140m2/g的值的bet表面积的炭黑作为用于进行增强的功能填料混入到橡胶混合物中。在此应走出一条新的替代性的解决途径来提供开篇提及类型的制品，其中正好可以减少此类增强性炭黑填料的使用甚至可以完全省去使用具有根据din-iso 9277为35m2/g至140m2/g的值的bet表面积的炭黑。在de 10 2017 223 538 a1中，加入此类炭黑被视作其中所述的技术教导的关键性特征。然而可能的是，作为着色剂以小于5phr的较小量混入其他类型的炭黑，即具有根据din-iso9277在35m2/g至140m2/g范围之外的bet表面积的炭黑。在所述范围内之外的炭黑不具有任何作为增强填料的功能，但是具有特别好的着色特性，以将橡胶混合物染色为黑色。
19.根据另一个有利的实施方案可以设计，所述至少一种炭黑、优选所使用的所有炭黑、尤其掺混入所述橡胶混合物中的炭黑具有根据iso4656处于70ml/100g至140ml/100g的范围之外的吸油值(oan)。类似于已经在上述段落中关于bet表面积所描述的，具有根据iso 4656为70ml/100g至140ml/100g的吸油值(oan)的炭黑也是增强性炭黑。因为在所述至少一个层的橡胶混合物的组成中可以减少此类增强用炭黑的比例或者甚至可以完全将其省去，所以所述至少一个层的橡胶混合物仅以小于5phr的较少量包含具有根据iso 4656为70ml/100g至140ml/100g的吸油值(oan)的炭黑或者完全不包含此类炭黑。因此可以将总炭黑比
例保持得特别低，以便改进制品的机械特性。
20.基体的所述至少一个层或所有层的橡胶混合物可以只具有一种炭黑类型或者可以具有至少两种或更多种炭黑类型。总炭黑比例在此可以小于5phr或者具有上文所述特性，即根据din-iso 9277具有35m2/g至140m2/g的bet表面积和/或具有70ml/100g至140ml/100g的吸油值(oan)中至少一个的炭黑类型的炭黑比例可以小于5phr。
21.如在本文中说明和要求保护的，制品的结构可以表现为，所述基体具有内部的弹性体层、中部的功能层和外部的弹性体层。所述制品通常具有空气室，其中在使用位置中产生正压。为了能够在空气室之内持久地形成正压，面向空气室的内部的弹性体层被形成为特别气密的、尤其对空气密封的。中部的功能层用于力传递并且例如通过其结构来影响制品的减振特性。外部的层用于保护所述制品免受外部影响，如气候、耐油、耐温、防火。在此尤其可以设计，至少所述外部的弹性体层和/或所述内部的弹性体层具有小于五phr的量的炭黑比例，优选所述基体的所有层分别具有小于5phr的量的炭黑比例。通过所说明的结构可以实现特别高的机械负载能力和特别好的减振作用。
22.为了能够进一步改进机械负载能力，根据另一个优选的实施方案可以设计，中部的功能层被形成为囊体(karkasse)，尤其其中所述囊体包括帘线织物，所述帘线织物被嵌入弹性体基质的至少一个子层(lage)中。上文提及的至少一个层还可以理解为如上所述的子层。
23.根据一个特别优选的实施方案可以设计，基体的所述至少一个层或者所述橡胶混合物具有最大4phr、尤其最大3phr、尤其最大2phr的量的炭黑比例。所述炭黑比例在此还可以指的是包含在所述至少一个层的橡胶混合物中的所有炭黑的总炭黑比例。如此低的炭黑量不影响基体的弹性或机械特性，但是良好地适合用于将所述制品的基体染成黑色。
24.尤其可以设计，所述橡胶混合物的总炭黑比例是如此小，使得所述基体的弹性和/或机械特性不受影响或仅受到可忽略的影响。影响尤其在如下情况下是可忽略的：所涉及的技术特性受到的影响如此之小，使得本领域技术人员将其视为无关的，因为这些特性是通过选择橡胶混合物的主组分而预先设定的。
25.为了形成具有特别小的可燃性的层，可以设计，所述基体的至少一个层由氯丁二烯橡胶或由氯丁二烯橡胶和其他橡胶形成的共混料(verschnitt)形成，或者包括氯丁二烯橡胶或由氯丁二烯橡胶形成的共混料。氯丁二烯橡胶或先前提及的共混料尤其可以构成所述橡胶混合物的基础聚合物。所述至少一个层尤其至少可以为所述外部的弹性体层。根据一个特别优选的实施方案，所述基体的所有层可以由相同的橡胶混合物制备。氯丁二烯橡胶具有特别良好的燃烧特性，以便能够形成满足对防火所提出的要求的制品。
26.为了能够改进在火灾情况下的烟气毒性并且同时还能改进制品的机械特性，已经以出人意料的方式证实为有利的是，所述基体的至少一个层、尤其所述橡胶混合物包括氢氧化铝(还被称为“三水合铝”并简称为ath；总式：al(oh)3)作为增强填料和/或作为阻燃剂。氢氧化铝由此承担了双重功能，使得出人意料地不需要除ath之外还将炭黑用作增强填料。迄今为止用作增强填料的炭黑因此可以优选地完全被ath取代。因此不需要向橡胶混合物中添加ath作为阻燃剂并添加炭黑作为增强填料，这改进了所述基底的至少一个层的弹性特性。换言之，相对于尚未认识到ath除了其阻燃作用之外还可以承担增强填料功能的组合物而言，可以实现更高的橡胶比例。在所给出的量比率下，总是设定所述一种或多种基础
聚合物为100份。相对于此，ath在所述至少一个层的橡胶混合物中的比例可以为50phr至150phr、尤其50phr至100phr、尤其100phr至150phr、优选75phr至125phr。
27.所述至少一个层优选可以仅具有氢氧化铝作为增强填料。所述至少一个层尤其可以为所述基体的外部的弹性体层或者所有层。
28.根据一个特别有利的实施方案可以设计，所述制品为减振器和/或金属-橡胶元件，优选地选自以下项的组：空气弹簧气囊膜、空气弹簧气囊、轴承的阻尼元件、锥形弹簧和/或叠板弹簧。特别优选地，所述制品为空气弹簧气囊和/或空气弹簧气囊膜。
29.因此，为了实现上文所述的目的，尤其可以设计开篇提及类型的制品，所述制品被形成为具有多层基体的空气弹簧气囊，所述基体具有弹性特性，其中所述基体具有内部的弹性体层、中部的功能层和外部的弹性体层。在此可以设计，所述内部的弹性体层、所述功能层和所述外部的弹性体层由相同的橡胶混合物构成，所述橡胶混合物包括氢氧化铝作为增强填料，并且所有炭黑在所述橡胶混合物中的总炭黑比例小于5phr。橡胶混合物优选包括氯丁二烯橡胶或具有氯丁二烯橡胶的共混料。
30.在空气弹簧气囊的情况下，如果存在的话，则无论如何都将所述外部的弹性体层用作防火覆盖子层，相反在功能层的橡胶基质中包含不保证防火的特殊的橡胶混合物。上述解决方案的特殊之处在于，空气弹簧气囊的所有三个层都借助于相同的包含氢氧化铝的混合物来实施，从而实现连续均匀的橡胶基质。已知的是，所获得的空气弹簧气囊出人意料地满足了最高级别的防火要求。出于多种原因，使用均匀的橡胶基质是有利的。除了由简化气囊制备得到的经济上的优点之外，还存在技术上的优点，因为例如所述层可以最优地相互交联(vernetzt)。
31.所述空气弹簧气囊通常具有两个凸缘(w
ü
lste)。所述凸缘可以实现对连接构件的连接。所述凸缘可以分别用凸缘芯(wulstkern)增强。所述凸缘可以通过空气弹簧气囊膜相连。空气弹簧气囊膜通常由内部的弹性体层(以确保空气密封性)、外部的弹性体层(以保护免受环境影响)和功能层组成。功能层一般包括作为强度载体的帘线织物以及弹性体基质，所述弹性体基质用于嵌入帘线织物并用于使功能层与内部和外部的层交联。空气弹簧支撑功能基本上通过在正压下工作的、空气密封地封闭的空气室来实现。
32.上述目的还通过具有并列方法权利要求所述特征的方法来实现。
33.为了实现所述目的可以设计一种方法来制备具有单层或多层基体的制品，所述基体具有弹性特性，所述基体尤其如本文中所说明的和/或所要求保护的那样由橡胶混合物形成，其中向所述橡胶混合物中掺混入作为增强填料的氢氧化铝和作为着色剂的至少一种炭黑。因此可能的是，形成具有相对于来自de 10 2017 223 538 a1的制品改进的机械特性的制品，所述制品同样满足根据防火标准en 45545的防火要求。
34.为了实现上述目的，还可以提出一种方法来制备具有多层基体的空气弹簧气囊，所述基体具有弹性特性，其中所述基体具有内部的弹性体层、中部的功能层和外部的弹性体层。在此可以设计，由相同的橡胶混合物制备所述内部的弹性体层、所述功能层和所述外部的弹性体层，向所述橡胶混合物混入氢氧化铝作为增强填料并且所有炭黑在所述橡胶混合物中的总炭黑比例小于5phr。空气弹簧气囊在此优选以如上文所述的方式和/或根据针对空气弹簧气囊的权利要求来形成。如上文所述，在此总炭黑比例可以为0phr或大于0phr。
35.优选向所述橡胶混合物混入氯丁二烯橡胶或混入由氯丁二烯，尤其作为基础聚合
物的氯丁二烯橡胶形成的共混料。
36.另外，优选地设计，向所述橡胶混合物混入至少一种着色剂。着色剂例如可以如先前说明的那样形成。尤其可以混入正好一种着色剂、多种着色剂和/或着色剂混合物。或者可以设计，所述橡胶混合物不含着色剂。在这种情况下完全不向所述橡胶混合物掺混入任何着色剂。
37.如前所述的目的还通过根据并列的用途权利要求的用途来实现。
38.为了实现这个目的，可以提出将氢氧化铝用作橡胶混合物中的增强填料，尤其用于形成基体、优选制品的基体的至少一个层，如在本文中所说明的和/或所要求保护的。通过使用ath替代炭黑作为填料，为了形成弹性特性所需的橡胶比例可以比来自de 10 2017 223 538 a1的解决方案更高。
39.还可以提出将氢氧化铝用作橡胶混合物中的增强填料，以便形成空气弹簧气囊的基体，尤其其中所述空气弹簧气囊如上文所述的那样或根据针对空气弹簧气囊的权利要求之一来形成。
40.现在借助于多个实施方式详细阐述本发明，然而本发明并不受限于这些实施例。其他实施例通过一条或多条权利要求彼此的特征组合和/或与实施例的一个或多个特征的组合而得出。
附图说明：
41.图1示出本发明制品的一种可能的实施变体的纵截面，所述制品在此被构造为空气弹簧气囊，其中箭头指向穿过所述空气弹簧气囊膜的基体的层的截面细节图；
42.图2示出被构造为空气弹簧气囊膜的制品的一种可能的实施变体的立体图。
43.在图1和图2中分别展示了整体标记为100的制品，其中所示的实施例示出空气弹簧气囊11和空气弹簧气囊膜10。
44.制品100具有至少一个基体8，所述基体被形成为至少部分弹性的并且因此可以变形。
45.通过基体8至少部分限定了空气室12。
46.制品100还可以具有至少两个尤其由金属形成的增强元件，所述增强元件例如可以被形成为金属芯。增强元件可以被适配为可以将制品与其他构件相连，尤其以螺栓连接和/或夹持和/或装入的方式。
47.制品100具有两个凸缘2，所述凸缘分别被凸缘芯1增强。在此，空气弹簧气囊膜10在这两个凸缘2之间延伸并且在内侧形成空气室12。
48.基体8由多个层3、4、5、6、9构成，所述层可以彼此间至少部分或完全交联，形成复合元件。因此尤其可以防止各个层3、4、5、6、9之间的相对运动。
49.基体8的至少一个层3、4、5、6、9由橡胶混合物形成，其炭黑比例、尤其总炭黑比例小于5phr。可以设计，所有层都由所述橡胶混合物形成。由于所述层都由相同的橡胶混合物形成，所以它们构成均匀的橡胶基质。
50.这例如可以指的是任何炭黑或根据din-iso 9277具有35m2/g至140m2/g的bet表面积和/或根据iso 4656具有70ml/100g至140ml/100g的吸油值(oan)的炭黑的炭黑比例。
51.添加炭黑在此仅实现了将炭黑作为着色剂混入以将基体8染成黑色的目的。如果
制品100要获得其他颜色，则可以由其他着色剂来替代炭黑。如果应去掉颜色，则可以省去炭黑或着色剂。由此不改变橡胶混合物的弹性特性和机械特性。
52.基体8具有内部的弹性体层3、中部的功能层4和外部的弹性体层6。至少外部的弹性体层6和/或内部的弹性体层3尤其可以具有小于5phr的量的炭黑比例。基体8的所有层3、4、5、6、9优选分别具有小于5phr的量的炭黑比例。
53.中部的功能层4可以被形成为囊体13。在所示的实施变体中，中部的功能层4包括至少一个帘线织物7，所述帘线织物分别嵌入弹性体基质9的多个子层5中。弹性体基质9可以由上文和下文进一步说明的橡胶混合物的多个子层5形成。
54.所述至少一个层3、4、5、6、9可以具有氯丁二烯橡胶或由氯丁二烯橡胶和另外的橡胶形成的共混料作为橡胶组分。所述橡胶组分优选仅由氯丁二烯橡胶组成。
55.所述至少一个层3、4、5、6、9的橡胶混合物还包括氢氧化铝作为增强填料，其中氢氧化铝同样作为阻燃剂起作用。在此，新的情况主要是以下出人意料的发现，即，氢氧化铝可以替代炭黑作为增强填料。因此，氢氧化铝具有作为阻燃剂和增强填料的双重功能。橡胶混合物尤其可以包含50phr至150phr、尤其60phr至140phr、尤其70phr至130phr的ath量。
56.所述至少一个层3、4、5、6、9优选至少为外部的弹性体层6。
57.除了这种设计之外，制品100还可以被设计为空气弹簧气囊膜10和/或空气弹簧气囊11和/或减振器和/或金属-橡胶元件。制品100优选可以被构造为轴承的阻尼元件和/或锥形弹簧和/或叠板弹簧。
58.一般而言，可以通过增强填料来制备颗粒填充的聚合物，其中取决于填料体积比例，实现了弹性模量的增高。因此需要在制备弹性体时使用一定量的此类填料，以便调节硬度、耐磨强度和抗撕裂行为。
59.附图标记列表
60.100
ꢀꢀ
制品
[0061]1ꢀꢀꢀꢀ
凸缘芯
[0062]2ꢀꢀꢀꢀ
凸缘
[0063]3ꢀꢀꢀꢀ
内部的弹性体层
[0064]4ꢀꢀꢀꢀ
功能层
[0065]5ꢀꢀꢀꢀ
子层
[0066]6ꢀꢀꢀꢀ
外部的弹性体层
[0067]7ꢀꢀꢀꢀ
帘线织物
[0068]8ꢀꢀꢀꢀ
基体
[0069]9ꢀꢀꢀꢀ
弹性体基质
[0070]
10
ꢀꢀꢀ
空气弹簧气囊膜
[0071]
11
ꢀꢀꢀ
空气弹簧气囊
[0072]
12
ꢀꢀꢀ
空气室
[0073]
13
ꢀꢀꢀ
囊体