МОРОЗОСТОЙКАЯ КАУЧУКОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ
FROST-RESISTANT CAOUTCHOUC COMPOSITION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение предлагает каучуковую композицию, которая применяется в пневматических амортизаторах, используемых на железнодорожных вагонах, в частности диафрагменных частях пневматических амортизаторов и т.д., и которую характеризуют превосходная морозостойкость, которая может обеспечивать использование в холодных климатических условиях, превосходная озоностойкость, а также превосходная клейкость и адгезия в соединениях между каучуковыми деталями.
Уровень техники
В железнодорожных вагонах и других транспортных средствах пневматические амортизаторы используются для уменьшения вибраций и других воздействий, передаваемых от колес транспортному средству, что делает возможным обеспечение комфортной поездки. Пневматический амортизатор, используемый для железнодорожных вагонов, имеет конструкцию, которую представляют, например, фиг. 1-4 патентного документа 1 и которую составляют внутренний цилиндр (нижняя плита), изготовленная из каучука, внешний цилиндр (верхняя плита), диафрагменная часть, которая герметизирует пространство между внутренним и внешним цилиндрами, и многослойный каучук (каучуковый буфер), который обеспечивает сохранение комфорта поездки в процессе выпускания воздуха. Диафрагменную часть изготавливают, соединяя друг с другом многочисленные каучуковые листы и армирующие нити (каучуковые листы, армированные волоконными нитями), и в ней содержится сжатый воздух. В пневматическом амортизаторе диафрагменная часть выполняет, главным образом, амортизирующую функцию и уменьшает вибрацию, передаваемую транспортному средству
В некоторых случаях железнодорожные вагоны можно использовать в холодных климатических условиях. В таких случаях оказываются желательными пневматические амортизаторы, имеющие превосходную морозостойкость, которая может обеспечивать использование, например, в холодных климатических условиях, причем данная характеристика означает, что уменьшение упругости каучука является небольшой даже при низких температурах, и не возникают трещины и подобные дефекты.
Патентный документ 2 описывает морозостойкий каучук, который составляет морозостойкие формованные каучуковые изделия (наполнители, прокладки, уплотнители и т.д.), имеющие удовлетворительную механическую прочность даже при низких температурах, и который изготавливают, используя в качестве исходных материалов 100 масс.ч. стирол-бутадиенового каучука (SBR), от 30 до 50 масс.ч. технического углерода, имеющего йодное число от 80 до 130 мг/г, от 10 до 30 масс.ч. технологического масла на основе нафталина, от 1 до 2 масс.ч. серы и ускоритель вулканизации (пункт 1 формулы изобретения). Согласно данному описанию, хотя оказывается затруднительным одновременное достижение морозостойкости и механической прочности посредством использования только SBR, когда используется технический углерод, имеющий йодное число в описанном выше интервале, и когда используется в качестве ускорителя вулканизации ускоритель замедленного действия, такой как ускоритель на сульфенамидной основе, морозостойкость может быть улучшена без уменьшения механической прочности. Согласно данному описанию, может быть также изготовлена композиция, содержащая натуральный каучук (NR), бутадиеновый каучук (BR), хлоропреновый каучук (CR) и т.д.
Примерные каучуковые композиции для пневматических амортизаторов, имеющих превосходную морозостойкость, включают смеси NR и полибутадиенового каучука (BR) (соотношение в смеси: NR≤BR). Патентный документ 3 описывает каучуковую композицию, получаемую при введении заданного количества каучука на основе сополимера этилена, α-олефина и диена (EPDM) в предназначенную для пневматических амортизаторов каучуковую композицию, содержащую NR и BR в качестве основных каучуковых компонентов, и патентный документ 4 описывает каучуковую композицию, получаемую при введении заданного количества полихлоропренового каучука (CR) в предназначенную для пневматических амортизаторов каучуковую композицию, содержащую NR и BR в качестве основных каучуковых компонентов. В каждой из этих каучуковых композиций содержится смесь NR/BR (соотношение в смеси: NR≤BR), имеющая превосходную морозостойкость, в качестве основы, с которой смешивается заданное количество EPDM или CR в целях придания озоностойкости. Согласно заявлению, что это делает возможным получение предназначенной для пневматических амортизаторов каучуковой композиции, имеющей превосходную морозостойкость и превосходную озоностойкость.
Список цитируемой литературы
Патентная литература
Патентный документ 1: японский патент №3866520.
Патентный документ 2: публикация японской нерассмотренной патентной заявки №2003-119321.
Патентный документ 3: публикация японской нерассмотренной патентной заявки №2009-215541.
Патентный документ 4: публикация японской нерассмотренной патентной заявки №2010-13504.
Сущность изобретения
Техническая проблема
Однако каучуки (композиции), описанные в патентных документах 2-4, имеют недостаточную озоностойкость, измеренную методом динамического исследования разрушения озоном (JIS K6259), и оказывается желательным улучшение озоностойкости. В динамическом исследовании разрушения озоном, когда на образец воздействует воздух, содержащий озон в фиксированной концентрации, и одновременно осуществляется повторяющаяся деформация, оценивается возникновение трещин в каучуке. Эта оценка осуществляется в среде, приближенной к условиям фактического использования. (Исследование озоностойкости в патентных документах 3 и 4 представляет собой статическое исследование разрушения озоном, которое не обязательно должно соответствовать условиям фактического использования.) Соответственно, "озоностойкость", описанная далее, означает динамическую озоностойкость. Кроме того, простой термин "морозостойкость" используется для описания того, что уменьшение упругости каучука является небольшим, и трещины и подобные дефекты не возникают даже при низких температурах, и, в частности, что является низкой температура перехода в хрупкое состояние, определяемая в соответствии со стандартом JIS K6261.
Диафрагменную часть пневматического амортизатора изготавливают, сгибая совместно множество каучуковых листов и армирующих нитей, а затем осуществляют вулканизацию. Соответственно, чтобы предотвратить разделение между каучуковыми листами, когда используется пневматический амортизатор, требуется сильная адгезия между вулканизированными каучуковыми листами (взаимная адгезия каучуковых листов). В частности, считается, что при низких температурах напряжение концентрируется на соединениях между каучуковыми листами, что, вероятно, вызывает разделение, и таким образом, оказывается желательным упрочнение взаимная адгезия каучуковых листов. Кроме того, в процессе изготовления диафрагменной части перед стадией вулканизации, т.е. на стадии, на которой невулканизированные каучуковые листы соединяются друг с другом, образуя заданную форму, необходимо осуществление временного крепления таким образом, чтобы не происходило разделение каучуковых листов. Таким образом, требуется также превосходная "клейкость" (временная адгезия) между каучуковыми листами в невулканизированном состоянии.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить каучуковую композицию, которую можно соответствующим образом использовать в пневматических амортизаторах для железнодорожных вагонов, используемых в холодных климатических условиях и которую характеризуют превосходная озоностойкость (измеренная посредством динамического исследования разрушения озоном) и превосходная морозостойкость, а также превосходная взаимная адгезия и клейкость каучуковых листов.
Решение проблемы
Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, морозостойкая каучуковая композиция содержит бутадиеновый каучук (BR), хлоропреновый каучук (CR) и натуральный каучук (NR), причем содержание BR составляет от 10 до 35 масс.ч., содержание CR составляет от 50 до 75 масс.ч. и содержание NR составляет от 10 до 35 масс. ч. по отношению к 100 масс.ч. суммарного содержания BR, CR и NR.
Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, в морозостойкой каучуковой композиции согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения часть NR заменяется, по меньшей мере, одним специальным каучуком, выбранным из группы, которую составляют стирол-бутадиеновый каучук (SBR) и нитрильный каучук (акрилонитрил-бутадиеновый каучук NBR). Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, содержание BR составляет от 10 до 35 масс.ч., содержание CR составляет от 50 до 75 масс.ч. и суммарное содержание NR и специальный каучук составляет от 10 до 35 масс.ч. по отношению к 100 масс.ч. суммарного содержания BR, CR, NR и специального каучука, и содержание специального каучука составляет предпочтительно от 10 до 60 масс.% по отношению к суммарному содержанию NR и специального каучука.
Полезные эффекты изобретения
Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, предлагается каучуковая композиция, которую характеризуют превосходная озоностойкость и превосходная морозостойкость, а также превосходная взаимная клейкость каучуковых листов и взаимная адгезия каучуковых листов в течение процесса изготовления пневматических амортизаторов, и которую можно соответствующим образом использовать в изготовлении пневматических амортизаторов для железнодорожных вагонов, используемых в холодных климатических условиях.
Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, предлагается каучуковая композиция, которую характеризуют превосходная озоностойкость и превосходная морозостойкость, а также еще более высокая взаимная адгезия каучуковых листов (по сравнению с первым вариантом осуществления). Следовательно, когда каучуковая композиция используется для изготовления пневматических амортизаторов, поскольку оказывается возможным, чтобы обеспечились озоностойкость, морозостойкость, превосходная взаимная клейкость каучуковых листов, и усиленная взаимная адгезия каучуковых листов, которая предотвращает разделение между каучуковыми листами диафрагмы, которые были вулканизированы, каучуковая композиция может быть более подходящим образом использована в изготовлении пневматических амортизаторов для транспортных средств, используемых в холодных климатических условиях.
Описание вариантов осуществления
Предпочтительные варианты осуществления в отношении первого и второго вариантов осуществления будут описаны ниже на основании конкретных примеров и т.д. Однако первый и второй варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются предпочтительными вариантами осуществления и конкретными примерами, и предусмотрено, что объем настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения и включает все видоизменения эквивалентных значений и интервалы в формуле изобретения.
Авторы настоящего изобретения выполнили всесторонние исследования и в результате этого обнаружили, что при использовании каучуковой композиции, которую получают, смешивая BR, CR и NR, определяя CR в качестве основного компонента и устанавливая соотношения в соответствующей смеси в заданных интервалах, оказывается возможным получение каучука, который характеризуют превосходная озоностойкость и превосходная морозостойкость, а также превосходная взаимная адгезия каучуковых листов и взаимная клейкость каучуковых листов. Таким образом, был выполнен первый вариант осуществления настоящего изобретения.
Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что в каучуковой композиции, получаемой путем смешивания BR, CR и NR при заданном соотношении в смеси, при замене части NR с SBR или NBR взаимная адгезия каучуковых листов дополнительно улучшается, и при этом сохраняются превосходная озоностойкость, морозостойкость и взаимная клейкость каучуковых листов. Таким образом, был выполнен второй вариант осуществления настоящего изобретения.
Каучуковая композиция согласно первому варианту осуществления
Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, морозостойкая каучуковая композиция содержит BR, CR и NR, причем содержание BR составляет от 10 до 35 масс.ч., содержание CR составляет от 50 до 75 масс.ч., и содержание NR составляет от 10 до 35 масс.ч. по отношению к 100 масс.ч. суммарного содержания BR, CR и NR.
Каучуковая композиция согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения характеризуется тем, что BR, CR и NR смешиваются в композиции при соотношениях в интервалах, которые описаны выше. Эта характеристика делает возможным получение превосходной озоностойкости и морозостойкости. Кроме того, каучуковая композиция имеет превосходную клейкость. Следовательно, когда осуществляется взаимное соединение листов каучука, можно осуществлять временное крепление с достаточной клейкостью, и, таким образом, достигается хорошая пригодность к формованию в течение процесса изготовления пневматических амортизаторов и т.д.
BR представляет собой синтетический каучук, получаемый путем полимеризации бутадиена. Примеры BR включают имеющий высокое содержание цис-1,4-звеньев BR, имеющий относительно низкое содержание цис-1,4-звеньев BR, имеющее высокое содержание цис-звеньев синдиотактическое полибутадиеновое соединение и т.д., причем любое из этих соединений можно использовать соответствующим образом. В частности, предпочтительным является имеющий высокое содержание цис-1,4-звеньев BR с очень низкой температурой стеклования (Tg), составляющей от -95°C до -110°C.
В качестве имеющего высокое содержание цис-1,4-звеньев BR можно использовать, например, соединения, продаваемые под такими товарными наименованиями, как JSR BR01 (производитель JSR Corporation), Nipol BR1220 (производитель Zeon Corporation) и UBEPOL BR150 (производитель Ube Industries, Ltd.). В качестве имеющего низкое содержание цис-1,4-звеньев BR можно использовать, например, соединения, продаваемые под такими товарными наименованиями, как Nipol BR1250H (производитель Zeon Corporation) и Diene NF35R (производитель Asahi Kasei Corp.). В качестве имеющего высокое содержание цис-звеньев синдиотактического полибутадиенового соединения можно использовать, например, соединения, продаваемые под такими товарными наименованиями, как UBEPOL VCR412 (производитель Ube Industries, Ltd.).
NR изготавливают из сока (латекса) каучуконосного дерева, и он представляет собой каучук, содержащий цис-полиизопрен в качестве основного компонента. В качестве NR можно использовать RSS#1, RSS#3 и т.д., и в случае использования его вязкость соответствующим образом регулируют, осуществляя пластикацию. CR представляет собой синтетический каучук, получаемый путем полимеризации хлоропрена и продаваемый под такими товарными наименованиями, как Neoprene (зарегистрированный товарный знак). Примеры CR включают модифицированный меркаптаном CR, модифицированный ксантаном CR и модифицированный серой CR, и можно использовать любой из этих материалов. В частности, материалы, имеющие низкую скорость кристаллизации, являются подходящими в отношении морозостойкости. Например, можно использовать материалы, продаваемые под такими товарными наименованиями, как Showa Denko Chloroprene WRT (производитель Showa Denko K.K.), Skyprene B-5A (производитель Tosoh Corporation) и Denka Chloroprene S-40V (производитель Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha).
В каучуковой композиции согласно первому варианту осуществления относительное содержание CR находится в интервале от 50 до 75 масс.ч. по отношению к 100 масс.ч. суммарного содержания BR, CR и NR. Когда относительное содержание CR составляет менее чем 50 масс.ч., динамическая озоностойкость уменьшается, и становится невозможным получение превосходной озоностойкости. С другой стороны, когда относительное содержание составляет более чем 75 масс.ч., становится невозможным введение в композицию BR и NR в достаточных количествах, и в результате этого уменьшается морозостойкость (увеличивается температура перехода в хрупкое состояние), и оказывается невозможным получение температуры перехода в хрупкое состояние (составляющей -60°C или менее) на уровне, при котором становится возможным использование в очень холодных климатических условиях при температуре от -40°C до -50°C.
В каучуковой композиции согласно первому варианту осуществления относительное содержание BR находится в интервале от 10 до 35 масс.ч. по отношению к 100 масс.ч. суммарного содержания BR, CR и NR. Когда относительное содержание BR составляет менее чем 10 масс.ч. (даже когда относительное содержание CR находится в интервале от 50 до 75 масс.ч.), морозостойкость уменьшается (температура перехода в хрупкое состояние увеличивается), и становится невозможным получение температуры перехода в хрупкое состояние, составляющей -60°C или менее. Взаимная адгезия каучуковых листов также уменьшается.
С другой стороны, когда относительное содержание составляет более чем 35 масс.ч., становится необходимым уменьшение относительного содержания NR, и в результате этого уменьшается клейкость.
В каучуковой композиции согласно первому варианту осуществления относительное содержание NR находится в интервале от 10 до 35 масс.ч. по отношению к 100 масс.ч. суммарного содержания BR, CR и NR. Когда относительное содержание NR составляет менее чем 10 масс.ч., клейкость уменьшается. С другой стороны, когда относительное содержание составляет более чем 35 масс.ч. (уменьшение относительного содержания BR становится необходимым в том случае, где относительное содержание CR находится в интервале от 50 до 75 масс.ч.), морозостойкость уменьшается (температура перехода в хрупкое состояние увеличивается), и становится невозможным получение температуры перехода в хрупкое состояние, составляющей -60°C или менее.
Каучуковая композиция согласно второму варианту осуществления
Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, в морозостойкой каучуковой композиции согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения часть NR заменяется, по меньшей мере, одним специальным каучуком, выбранным из группы, которую составляют SBR и NBR. В морозостойкой каучуковой композиции согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения содержание BR составляет от 10 до 35 масс.ч., содержание CR составляет от 50 до 75 масс.ч. и суммарное содержание NR и специального каучука составляет от 10 до 35 масс.ч. по отношению к 100 масс.ч. суммарного содержания BR, CR, NR и специального каучука, и содержание специального каучука составляет предпочтительно от 10 до 60 масс.% по отношению к суммарному содержанию NR и специального каучука.
Как описано выше, диафрагменная часть пневматического амортизатора изготавливается посредством соединения друг с другом множества каучуковых листов и армирующих нитей. Таким образом, чтобы предотвратить разделение между каучуковыми листами при использовании пневматического амортизатора, требуется сильная адгезия между каучуковыми листами (взаимная адгезия каучуковых листов). Поскольку нагрузки на диафрагму могут увеличиваться в зависимости от конструкции и типа железнодорожных вагонов, взаимная адгезия каучуковых листов предпочтительно должна быть максимально высокой, насколько это возможно.
В качестве способа увеличения взаимной адгезии каучуковых листов можно использовать способ, в котором основной каучук заменяется материалом, имеющим хорошую адгезию. Однако когда используется известный материал, имеющий хорошую адгезию, становится невозможным получение превосходной морозостойкости и клейкости. Кроме того, в каучуковой композиции, которую составляют BR, CR и NR, при уменьшении содержания NR и увеличении содержания BR адгезия может увеличиваться при одновременном сохранении морозостойкости и т.д. Однако в этом случае клейкость уменьшается, и формование становится затруднительным, что представляет собой проблему. Таким образом, никакой существующий морозостойкий каучук не может одновременно обеспечивать озоностойкость, клейкость и взаимную адгезию каучуковых листов.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в каучуковой композиции согласно первому варианту осуществления, т.е. в каучуковой композиции, имеющей превосходную морозостойкость и озоностойкость, за счет замены части NR на SBR или NBR взаимная адгезия каучуковых листов может быть дополнительно улучшена, и при этом будут сохраняться морозостойкость, озоностойкость и клейкость. Таким образом, был выполнен второй вариант осуществления настоящего изобретения.
SBR представляет собой сополимер стирола и бутадиена. Существуют два типа SBR, а именно получаемый эмульсионной полимеризацией SBR (E-SBR) и получаемый полимеризацией в растворе SBR (S-SBR), причем оба типа можно использовать соответствующим образом. Более предпочтительным является SBR, имеющий низкую температура стеклования (Tg) и содержащий небольшое количество связанного стирола. В качестве SBR можно использовать, например, материалы, продаваемые под такими товарными наименованиями, как Nipol 1502 (производитель Zeon Corporation), Nipol NS612 (производитель Zeon Corporation) и JSR 1500 (производитель JSR Corporation).
NBR представляет собой сополимер акрилонитрила и бутадиена, причем можно соответствующим образом использовать NBR под любым товарным наименованием. Более предпочтительным является NBR, имеющий низкую температуру стеклования (Tg) и содержащий небольшое количество связанного акрилонитрила. В качестве NBR можно использовать, например, материалы, продаваемые под такими товарными наименованиями, как Nipol 1043 (производитель Zeon Corporation), Nipol DN401LL (производитель Zeon Corporation) и JSR N250SL (производитель JSR Corporation).
Посредством замены части NR, составляющего каучуковую композицию согласно первому варианту осуществления, на SBR или NBR может улучшаться взаимная адгезия каучуковых листов. Хотя SBR и NBR имеют несколько меньшую клейкость, чем NR, если процентная доля NR, которую заменяют SBR или NBR, находится в пределах заданного интервала, взаимная адгезия каучуковых листов может улучшаться при одновременном сохранении клейкости.
В каучуковой композиции согласно второму варианту осуществления относительное содержание CR находится в интервале от 50 до 75 масс.ч. по отношению к 100 масс.ч. суммарного содержания BR, CR, NR и специального каучука. Когда относительное содержание CR составляет менее чем 50 масс.ч., динамическая озоностойкость уменьшается, и становится невозможным получение превосходной озоностойкости. С другой стороны, когда относительное содержание CR составляет более чем 75 масс.ч., становится невозможным введение в композицию BR и NR в достаточных количествах, и в результате этого уменьшается морозостойкость (увеличивается температура перехода в хрупкое состояние), и становится невозможным получение температуры перехода в хрупкое состояние, составляющей -60°C или менее.
В каучуковой композиции согласно второму варианту осуществления относительное содержание BR находится в интервале от 10 до 35 масс.ч. и предпочтительно в интервале от 15 до 30 масс.ч. по отношению к 100 масс.ч. суммарного содержания BR, CR, NR и специального каучука. Когда относительное содержание BR составляет менее чем 10 масс.ч. (даже когда относительное содержание CR находится в интервале от 50 до 75 масс.ч.), морозостойкость уменьшается (температура перехода в хрупкое состояние увеличивается), и становится невозможным получение температуры перехода в хрупкое состояние, составляющей -60°C или менее. С другой стороны, когда относительное содержание составляет более чем 35 масс.ч., становится необходимым уменьшение относительного содержания суммарного содержания NR и специального каучука, и в результате этого уменьшается клейкость.
В каучуковой композиции согласно второму варианту осуществления суммарное относительное содержание NR и специального каучука находится в интервале от 10 до 35 масс. ч. и предпочтительно в интервале от 15 до 30 масс. ч. по отношению к 100 масс. ч. суммарного содержания BR, CR, NR и специального каучука. Когда суммарное относительное содержание NR и специального каучука составляет менее чем 10 масс. ч., клейкость уменьшается. С другой стороны, когда суммарное относительное содержание NR и специального каучука составляет более чем 35 масс.ч. (становится необходимым уменьшение относительного содержания BR в том случае, где относительное содержание CR находится в интервале от 50 до 75 масс.ч.), морозостойкость уменьшается (температура перехода в хрупкое состояние увеличивается), и становится невозможным получение температуры перехода в хрупкое состояние, составляющей -60°C или менее.
В каучуковой композиции согласно второму варианту осуществления содержание специального каучука (по меньшей мере, одного каучука, выбранного из группы, которую составляют SBR и NBR) составляет предпочтительно от 10 до 60 масс.% по отношению к суммарному содержанию NR и специального каучука. При замене от 10% до 60 масс.% NR специальным каучуком взаимная адгезия каучуковых листов может дополнительно повышаться.
Когда содержание специального каучука составляет менее чем 10 масс.% по отношению к суммарному содержанию NR и специального каучука, эффект улучшения взаимной адгезии каучуковых листов является небольшим. Когда содержание специального каучука составляет более чем 60 масс.%, в некоторых случаях клейкость каучука может оказываться недостаточной.
Добавки и другие вещества
В каждой из каучуковых композиций согласно первому и второму вариантам осуществления, в качестве дополнения к обязательным компонентам, которые описаны выше, по мере необходимости, в каучуковую композицию можно вводить и другие компоненты, такие как добавки, в пределах, которые не препятствуют выполнению задачи настоящего изобретения. Примеры дополнительных компонентов представляют собой армирующий наполнитель, такой как углерод или диоксид кремния, вулканизирующее вещество, ускоритель вулканизации, добавка в ускоритель вулканизации, замедлитель, антиоксидант, пластификатор, силановое связующее вещество и т.д. Кроме того, когда в качестве пластификатора используется сложноэфирное соединение, такое как диоктилфталат (DOP), диоктиладипат (DOA) или аналогичное соединение, имеющее хорошую текучесть при низкой температуре, может дополнительно уменьшаться температура перехода в хрупкое состояние. Однако в таком случае пластификатор непрерывно вытекает, или пластификатор экстрагирует вода, очищающая жидкость иди другая жидкость, и в результате этого может постоянно уменьшаться эффект повышения морозостойкости. Таким образом, оказывается желательным выбор каучука, который проявляет удовлетворительную морозостойкость, даже если не используется такой пластификатор.
Пример использования каучуковых композиций согласно первому и второму вариантам осуществления
Морозостойкую каучуковую композицию согласно первому варианту осуществления характеризуют низкая температура перехода в хрупкое состояние, превосходная морозостойкость, превосходная озоностойкость, т.е. динамическая озоностойкость, а также превосходная адгезия между листами каучука. Кроме того, поскольку морозостойкая каучуковая композиция имеет превосходную клейкость, можно осуществлять временное крепление с достаточной клейкостью в течение соединения, и достигается хорошая пригодность к формованию в процессе изготовления пневматических амортизаторов.
Таким образом, данная морозостойкая каучуковая композиция является подходящей в качестве материала, составляющего пневматические амортизаторы для железнодорожных вагонов, используемых в холодных климатических условиях. Кроме того, морозостойкую каучуковую композицию согласно второму варианту осуществления характеризуют превосходная морозостойкость, озоностойкость и клейкость, а также более высокая взаимная адгезия каучуковых листов по сравнению с первым вариантом осуществления. Таким образом, данная морозостойкая каучуковая композиция является еще более подходящей в качестве материала, составляющего пневматические амортизаторы для железнодорожных вагонов, используемых в холодных климатических условиях.
Соответственно, в качестве предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения предлагается пневматический амортизатор для железнодорожных вагонов, который изготавливают с использованием каучуковой композиции согласно первому варианту осуществления или каучуковой композиции согласно второму варианту осуществления.
Примеры
Эксперимент 1
1. Изготовление каучуковой композиции
Каучук, используемый в качестве основного каучука
NR: RSS#3 (пластицированный).
BR: имеющий высокое содержание цис-звеньев BR Nipol BR1220 (производитель Zeon Corporation).
CR: Showa Denko Chloroprene WRT (производитель Showa Denko K.K.).
Соответствующие количества разнообразных добавок (углерод, сера, ускоритель вулканизации, добавка к ускорителю вулканизации, антиоксидант, пластификатор и т.д.) добавляли в каждый из основных каучуков, в смесях которых описанные выше каучуки содержались в соотношениях (массовых частях), представленных в таблицах I-III, и после этого осуществляли смешивание. Таким образом, были изготовлены каучуковые композиции A-N, представленные в таблицах I-III (относительное содержание добавок надлежащим образом изменяли в соответствии с типом и соотношением основных каучуков).
2. Оценка качества каучука
В отношении каждой из изготовленных каучуковых композиций клейкость в невулканизированном состоянии, морозостойкость, озоностойкость (динамическая озоностойкость) и адгезию между листами каучука после вулканизации (изделий) измеряли и оценивали, используя способы, условия и основные критерии, которые описаны ниже в разделе "Способы и критерии оценки". Результаты оценки представлены в таблицах I-III.
Способы и критерии оценки
Морозостойкость: температуру перехода в хрупкое состояние измеряли на основании стандарта JIS K6261. Когда измеренное значение равнялось или составляло менее чем -55°C, ставили удовлетворительную оценку. Когда измеренное значение равнялось или составляло менее чем -60°C (температура перехода в хрупкое состояние находилась на уровне, существующем в очень холодных климатических условиях), ставили более высокую оценку.
Озоностойкость (динамическая озоностойкость): данное исследование осуществляли на основании стандарта JIS K6259, наблюдая присутствие или отсутствие трещин. В качестве образца использовали имеющий форму гантели образец JIS №3.
- Клейкость: после того, как невулканизированные каучуковые листы соединяли друг с другом, прочность при отслаивании измеряли в исследовании отслаивания под углом 180° (скорость отслаивания составляла 50 мм/мин). Когда измеренное значение равнялось или составляло более чем 0,20 кгс/25 мм, ставили удовлетворительную оценку. Когда измеренное значение равнялось или составляло более чем 0,40 кгс/25 мм, ставили более высокую оценку.
- Адгезия: после того, как невулканизированные каучуковые листы соединяли друг с другом и осуществляли вулканизацию под прессом, взаимную адгезию каучуковых листов измеряли в исследовании отслаивания под углом 180° (скорость отслаивания составляла 50 мм/мин). Когда измеренное значение равнялось или составляло более чем 10 кгс/25 мм, ставили удовлетворительную оценку. Когда измеренное значение равнялось или составляло более чем 15 кгс/25 мм, ставили более высокую оценку.
Таблица I
A
В
С
D
E
Основной каучук
CR
100
80
60
50
40
NR
-
20
40
50
60
BR
-
-
-
-
-
Морозостойкость (температура перехода в хрупкое состояние), °C
-38
-44
-54
-56
-58
Озоностойкость (присутствие или отсутствие трещин)
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Присутствие
Клейкость (кгс/25 мм)
0,80
1,32
1,10
1,20
1,70
Адгезия (кгс/25 мм)
31,2
7,0
5,6
5,0
8,0
Таблица II
F
G
H
I
Основной каучук
CR
80
60
50
40
NR
10
20
25
30
BR
10
20
25
30
Морозостойкость (температура перехода в хрупкое состояние), °C
-53
<-70
<-70
<-70
Озоностойкость (присутствие или отсутствие трещин)
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Присутствие
Клейкость (кгс/25 мм)
0,80
0,90
0,95
1,00
Адгезия (кгс/25 мм)
12,0
14,4
17,0
20,5
Таблица III
J
К
L
M
N
Основной каучук
CR
60
60
60
60
60
NR
30
25
15
10
-
BR
10
15
25
30
40
Морозостойкость (температура перехода в хрупкое состояние), °C
-58
-65
<-70
<-70
<-70
Озоностойкость (присутствие или отсутствие трещин)
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Клейкость (кгс/25 мм)
1,60
1,00
0,55
0,22
0,13
Адгезия (кгс/25 мм)
13,0
13,9
14,9
15,9
23,7
Обсуждение на основе таблиц I-III
В композициях E и I, в которых относительное содержание CR (по отношению к суммарному содержанию CR, BR, и NR) составляет 40 масс.%, озоностойкость (динамическая озоностойкость) является низкой и возникают трещины. Этот результат показывает, что для сохранения озоностойкости (динамической озоностойкости) относительное содержание CR должно составлять 50 масс.% или более. С другой стороны, в композиции A, в которой относительное содержание CR составляет 100 масс.%, и в композициях B и F, в которых относительное содержание CR составляет 80 масс.%, морозостойкость является недостаточной (температура перехода в хрупкое состояние составляет более чем -55°C). В композиции F, в которой содержится 10 масс.% BR, несмотря на повышение морозостойкости температура перехода в хрупкое состояние не равняется и не составляет менее чем -55°C, то есть не соответствует критерию приемлемости. Данный результат показывает, что в целях получения удовлетворительной оценки морозостойкости относительное содержание CR должно составлять 75 масс.% или менее.
В композициях B, C, D и E, в которых, несмотря на присутствие NR в CR, отсутствует BR, взаимная адгезия каучуковых листов является низкой, и не достигается адгезия, которая удовлетворяет критерию приемлемости. Кроме того, в случае композиции C, в которой отсутствует BR (то есть относительное содержание NR является большим и превышает 35 масс.%), несмотря на то, что относительное содержание CR находится в интервале от 50 до 75 масс.%, температура перехода в хрупкое состояние не равняется и не составляет менее чем -55°C, и не достигается удовлетворительная морозостойкость.
С другой стороны, в результате этого, как показывают композиции J, K, L, M и N, при содержании BR, составляющем 10 масс.% или более, становится возможным получение адгезии и морозостойкости, которые удовлетворяют критериям приемлемости. Кроме того, когда относительное содержание BR увеличивается (т.е. относительное содержание NR уменьшается), морозостойкость улучшается (температура перехода в хрупкое состояние уменьшается), но клейкость уменьшается. В композиции N, в которой относительное содержание BR составляет 40 масс.%, и NR не присутствует, не получается клейкость, которая удовлетворяет критерию приемлемости. Эти результаты показывают, что для обеспечения морозостойкости, озоностойкости, клейкости и адгезии, которые удовлетворяют критериям приемлемости (помимо установления относительного содержания CR на уровне от 50 до 75 масс.%), относительное содержание BR должно находиться в интервале от 10 до 35 масс.%, и относительное содержание NR должно находиться в интервале от 10 до 35 масс.%. Следует отметить, что в композиции J, в которой относительное содержание BR составляет 10 масс.%, не достигается температура перехода в хрупкое состояние, которая равняется или составляет менее чем -60°C, и которая соответствует предпочтительной морозостойкости. Кроме того, в композиции M, в которой относительное содержание NR составляет 10 масс.%, не получается измеренное значение, которое равняется или составляет более чем 0,40 кгс/25 мм, и которое представляет собой предпочтительную клейкость. Данный результат показывает, что относительное содержание BR предпочтительно составляет от 15 до 30 масс.%, относительное содержание NR предпочтительно составляет от 15 до 30 масс.%, и, таким образом относительное содержание CR предпочтительно составляет от 50 до 70 масс.%.
Эксперимент 2
1. Изготовление каучуковой композиции
Каучук, используемый в качестве основного каучука
NR: RSS#3 (пластицированный).
E-SBR: Nipol 1502 (производитель Zeon Corporation).
NBR: Nipol DN401LL (производитель Zeon Corporation).
BR: имеющий высокое содержание цис-звеньев BR Nipol BR1220 (производитель Zeon Corporation).
CR: Showa Denko Chloroprene WRT (производитель Showa Denko K.K.).
Соответствующие количества разнообразных добавок (углерод, сера, ускоритель вулканизации, добавка к ускорителю вулканизации, антиоксидант и пластификатор) добавляли в каждый из основных каучуков, в смесях которых описанные выше каучуки содержались в соотношениях (массовых частях), представленных в таблицах IV и V, и после этого осуществляли смешивание. Таким образом, изготавливали каучуковые композиции, представленные в таблицах IV и V (относительное содержание добавок надлежащим образом изменяли в соответствии с типом и соотношением основных каучуков).
2. Оценка качества каучука
В отношении каждой из изготовленных каучуковых композиций клейкость в невулканизированном состоянии, морозостойкость, озоностойкость (динамическая озоностойкость) и адгезию между листами каучука после вулканизации (изделий) измеряли и оценивали, используя способы, условия и основные критерии, которые описаны выше в разделе "Способы и критерии оценки" для эксперимента 1. Результаты оценки представлены в таблицах IV и V. Следует отметить, что таблицы IV и V также представляют результаты оценки композиции G в эксперименте 1 в качестве сравнения.
Таблица IV
G
Основа 1
О
P
Q
R
Основной каучук
CR
60
80
60
60
60
60
NR
20
-
15
10
5
-
BR
20
-
20
20
20
20
SBR
-
20
5
10
15
20
NBR
-
-
-
-
-
-
Морозостойкость (температура перехода в хрупкое состояние), °C
<-70
-44,5
<-70
<-70
<-70
<-70
Озоностойкость (присутствие или отсутствие трещин)
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Клейкость (кгс/25 мм)
0,90
0,22
0,82
0,60
0,37
0,19
Адгезия (кгс/25 мм)
14,4
33,1
20,1
25,2
27,6
28,3
Таблица V
G
Основа 2
S
T
U
V
Основной каучук
CR
60
80
60
60
60
60
NR
20
-
15
10
5
-
BR
20
-
20
20
20
20
SBR
-
-
-
-
-
-
NBR
-
20
5
10
15
20
Морозостойкость (температура перехода в хрупкое состояние), °C
<-70
-37,5
<-70
<-70
-67,5
-66,5
Озоностойкость (присутствие или отсутствие трещин)
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Отсутствие
Клейкость (кгс/25 мм)
0,90
1,36
0,75
0,49
0,31
0,21
Адгезия (кгс/25 мм)
14,4
39,1
18,2
19,9
18,5
19,6
Обсуждение на основе таблиц IV и V
В композициях O, P, Q и R, которые описаны в таблице IV, относительное содержание CR и BR является таким же, как в композиции G, которая представляет собой конкретный пример первого варианта осуществления, но часть (25%, 50% или 75%) или все количество NR в композиции G замещается SBR. В композициях S, T, U и V, которые описаны в таблице V, относительное содержание CR и BR является таким же, как в композиции G, которая представляет собой конкретный пример первого варианта осуществления, но часть (25%, 50% или 75%) или все количество NR в композиции G замещается NBR.
Как становится понятным из таблиц IV и V, в композициях O, P, Q и R, а также в композициях S, T, U и V получаются превосходные морозостойкость и озоностойкость, эквивалентные соответствующим свойствам композиции G. Кроме того, улучшается адгезия по сравнению с G, и получается подходящая для использования в диафрагме взаимная адгезия каучуковых листов, составляющая 15 кгс/25 мм или более (для композиции G получается адгезия, составляющая лишь менее чем 15 кгс/25 мм). Результаты определения адгезии, представленные в таблицах IV и V, показывают, что в целях повышения адгезии для каучуковой композиции согласно первому варианту осуществления оказывается предпочтительной частичная замена NR, в том числе 10 масс.% или более, на SBR или NBR.
С другой стороны, как представляют данные клейкости в таблицах IV и V, в композиции Q, в которой 75% NR из композиции G заменено на SBR, в композиции R, в которой NR полностью заменен на SBR, в композиции U, в которой 75% NR из композиции G заменено на NBR, и в композиции V, в которой NR полностью заменен на NBR, клейкость уменьшается и не получается подходящая клейкость, составляющая 0,4 кгс/25 мм или более. Таким образом, предлагается, что в целях получения подходящей клейкости, процентная доля NR, которая подлежит замене на SBR или NBR, предпочтительно составляет 60 масс.% NR или менее.
Кроме того, в каучуковой композиции основы 1, в которой NR и BR отсутствуют, и только SBR в количестве 20 масс.% смешивается с CR, и в каучуковой композиции основы 2, в которой вводится только NBR в количестве 20 масс.%, морозостойкость является низкой, и температура перехода в хрупкое состояние составляет более чем -50°C. Кроме того, в композиции U, в которой 75% NR заменено на NBR, и в композиции V, в которой весь NR заменен NBR, морозостойкость проявляет склонность к уменьшению (хотя стандарт соблюдается).
Промышленная применимость
Первый и второй варианты осуществления настоящего изобретения можно соответствующим образом использовать в пневматических амортизаторах, установленных на транспортных средствах и т.д., в частности, в пневматических амортизаторах для железнодорожных вагонов, используемых в холодных климатических условиях.