Akademische und industrielle Forschung im Dialog

Das KHK findet alle zwei Jahre in Hannover statt.Bildquelle: fotolia/Mapics

Qualitativ hochwertige Vorträge aus der ganzen Welt, 82 insgesamt  und 42 Prozent davon aus dem Ausland, unter anderem Japan, China, USA, Brasilien, Slowakei, Frankreich, sorgten für ein attraktives Tagungsprogramm.  Nach der Begrüßung und einem Grußwort des Wirtschaftsministeriums, vorgetragen von Ingelore Hering, Abteilungsleiterin für Industrie und maritime Wirtschaft, wurde der wissenschaftliche Teil der Konferenz mit zwei Plenarvorträgen von Prof. Dr. M.-J. Wang  vom EVE Rubber Research Institute, Qingdao und Prof. Dr. Damiano Galimberti von der Polytechnico di Milano eröffnet.
Prof. Dr. Wang zeigte in seinem Vortrag „Filled Rubber Versus Gum“ wissenschaftlich fundiert die Bedeutung und die Funktion von Füllstoffen in Elastomeren, insbesondere für die Reifentechnologie. Füllstoffe wie Ruß oder Silica sind neben dem Polymer und der Vernetzung die Zuschlagstoffe, mit denen das Eigenschaftsbild von Elastomeren in hohem Maße gesteuert werden kann. Der Schwerpunkt des Vortrags lag somit in der Darstellung des Wechselspiels zwischen Polymer und Füllstoffen hinsichtlich der Auswirkungen auf Abrieb, Rollwiderstand und Traktion von Reifen.  Im Anschluss präsentierte Prof. Dr. Galimberti eindrucksvoll neue Entwicklungen für Elastomere unter Nutzung von modernen Füll-

stoffen wie Carbon Nanotubes (CNT) und Graphenen. In seinem Vortrag „Carbon allotropes as reinforcing fillers: anisotropy, synergy, reinforcement predictivity, chemical reactivity“ hob er besonders die Optimierung der chemischen Wechselwirkung der durch sp2-hybridisierten Kohlenstoff gekennzeichneten Oberflächen von Carbon Nano Tubes (CNT) und Graphenen mit der Polymermatrix durch eine neuartige chemische Funktionalisierung hervor.

Highlights und Auswahl einiger Vortragsthemen

Amit Das von der Tampere University of Technology, Tampere, Finnland, stellte unter dem Vortragstitel “Development of Reversible Network of Commercial Rubbers” die selbstheilenden Eigenschaften reversibler Netzwerkstrukturen dar. Die Matrix eines BIIR wurde mit CNT verstärkt und durch die Verwendung von 1-butyl-imidazol in ein Ionomer basiertes Netzwerk überführt. Die Reaktion gelingt bei Mischtemperaturen ab 100 °C. Es wird angenommen, dass es zu Wechselwirkungen zum π-Elektronensystem der CNT kommt. Das Imidazol übernimmt die Funktion der reversiblen Vernetzung und fungiert als Kopplungsreagenz zwischen BIIR und CNT.

Prof. Dr. M. Galimberti aus Mailand hielt einen von zwei Plenarvorträgen. Bild: KHK

Vom Goodyear Innovation Center, Luxembourg, hielt Beatriz Basterra Beroiz einen Vortrag mit dem Titel “New in-sights into rubber network structure by a combination of experimental techniques”. Darin beschrieb die Expertin, wie die Beiträge von Vernetzungsdichte und den elastisch aktiven „Entanglements“ anhand verschiedener experimenteller Methoden (low-field NMR, NMR-Relaxationsmessungen, Quellung) am Beispiel von ungefüllten NR-Netzwerken ermittelt wurden. Korrelationen zwischen den Ergebnissen der verschiedenen Techniken wurden diskutiert. Die Ergebnisse sollen in Zukunft auf SBR- und gefüllte Systeme ausgedehnt werden.
Volker Boerger von Schill + Seilacher Struktol, Hamburg, stellte unter dem Titel “New Processing Additives for the Compounding of Special Elastomers” neue Verarbeitungswirkstoffe für AEM, H-NBR, NBR und FKM vor und beschrieb deren Auswirkungen auf Mischungs- und Vulkanisateigenschaften.
N. Rennar, University of Applied Sciences, Plastics and Rubber Technology, Würzburg-Schweinfurt, betitelte seinen Vortrag mit “Unusual Polymer Networks and their Rubber Elastic Properties, Theory – Experiment – Applications”. Es wurden Netzwerke verschiedener Struktur hergestellt und charakterisiert. Im Einzelnen wurden statistisch vernetzte Polymere, uni- und bimodul endgruppenvernetzte Polymere, seitenkettenvernetzte Polymere. „Interpenetrating net works“ (IPN’s) und ionisch vernetzte Polymere vorgestellt. Bei den Untersuchungen wurde klar, dass die ermittelten Parameter (z. B. Netzwerkdichte) keine universellen Konstanten darstellen, sondern von den Messbedingungen abhängig sind.
Ivan Chodak, Polymer Institute of the Slovak Academy of Sciences diskutierte in seinem Vortrag die Auswirkungen mechanischer Belastungen auf die elektrischen Eigenschaften. Dabei wurde auf die Änderung der Eigenschaften eines Elastomers bei der ersten im Vergleich zu einer zweiten und dritten Verformung hingewiesen. Es wurden die mechanischen Verformungen durch Leitfähigkeitsversuche begleitet und die zum  Teil gravierenden Änderungen der Leitfähigkeit diskutiert. Auf die Bedeutung der Perkolationsschwelle wurde eindringlich hingewiesen. Diese Perkolationsregion in gefüllten Netzwerken kann sowohl durch die Dispersion des Füllstoffs als auch durch die mechanische Belastung beeinflusst werden. Sein Vortrag trug den Titel “The effect of mechanical deformation on the structure of carbon black physical network determined by electrical conductivity of the vulcanized rubber mixtures”.

Die jungen Wissenschaftler aus der Gruppe um Prof. S. Kawahara. Bild KHK

Andreas Schröder von Lanxess, Rhein Chemie Rheinau, Mannheim, referierte über eine Studie, welche die Implementierbarkeit von Rhenowave bzw. ICOM zur Inline-Prozesskontrolle der Mischungshomogenität in industrielle Produktionsabläufe der kontinuierlichen Kautschukverarbeitung mit Extrudern untersuchte.
Florian Lemke vom Institut für Kunststoffverarbeitung – IKV, Aachen, trug in seinem Vortrag “Analysis of the efficiency of continuous vulcanization” seine Ergebnisse vor. Für die kontinuierliche Vulkanisation von Kautschukmischungen wurden unterschiedliche Vulkanisationsprinzipien (IR, UHF, „Hot air“) miteinander verglichen, die den Wärmetransport in das Material ermöglichen sollen. Ziel dieser Studie ist die Generierung eines optimalen Betriebspunktes einer jeden Anlage in Abhängigkeit von dem zu vulkanisierenden Material, mit der die Vulkanisation vollständig und möglichst energieeffizient gelingt. Sarah Schäfer, ebenfalls vom IKV betitelte ihren Vortrag mit “Development of an extrusion die for the continuous pre-cross-linking of solid silicone rubber”. Zum Herstellen elastomerer Hohlkörper aus Silikonkautschuk muss eine sektionsweise temperierbare Ex-trusionsdüse entwickelt werden, die das Vorvernetzen des Materials zur Stabilisierung der Geometrie des Hohlkörpers ermöglicht, ohne jedoch während des Extrusionsprozesses vollständig zu vulkanisieren und dadurch den Fließkanal zu verstopfen. Die vorgestellte Studie zeigt den Einfluss der Vernetzungsreaktion auf das viskoelastische Verhalten des Materials und die Wärmeleitfähigkeit.
Sebastian Teich, Deutsches Institut für Kautschuktechnologie e.V. – DIK, zeigte in seinem Vortrag „The logarithmic torque as a function of the reciprocal melt temperature – Evaluating rubber mixing quality for internal mixer processes on different aggregate sizes“, dass eine alternative Darstellungsform bekannter Prozessdaten die Bewertung der Mischungsqualität eines Batches ermöglicht, unabhängig von der Aggregatgröße des Mischers und bereits während der Herstellung im diskontinuierlichen Innenmischer-Mischprozess. Dazu wird das logarithmierte Drehmoment über dem Reziprokwert der vom Thermoelement des Innenmischers detektierten Mischguttemperatur unabhängig von der Mischzeit aufgetragen. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Erreichen der geforderten Mischungsqualität ein linearer Zusammenhang zwischen diesen Prozessdaten besteht.

Simulation und Modellierung

Die abschließende Session zu Simulation & Modelling teilte sich in je zwei Beiträge der TU Chemnitz von Prof. Dr.-Ing. Jörn Ihlemann und Nina Heinrich sowie der RWTH Aaachen von Prof. Dr. Mikhail Itskov und Khiem Ngoc Vu. Prof. Dr. Ihlemann berichtete über die aktuellen Fortschritte eines umfangreichen Industrie-DIK/DKG-Gemeinschaftsprojektes in Kooperation mit der TU Chemnitz zum Thema „Identification of inelastic material parameters using component-oriented specimens“. Frau Heinrich trug über die Modellierung von textilverstärkten Elastomeren in der Anwendung für einen Luftfederbalg vor („Volumentric finite element models for textile reinforced rubber components“). Über die korrekte 3D-Repräsentation der Coords-Geometrie und somit des Elastomerkomposites auf verschiedenen Längenskalen konnte das Simulationsmodell anhand Experimentaldaten validiert werden. Prof. Dr. Itskov und Herr Vu präsentierten jeweils Materialmodelle für Elastomere, welche auf Kenntnissen der Mikroebene beruhen. Während die Modellierung Itskov’s auf der Längenverteilung von Polymerketten beruht („Mechanics of rubber composites based on polymer chain length statistics“), basieren die Annahmen von Vu zusätzlich auf Molekularsimulationen („Physically-based constitutive modelling of rubber-like materials“).
Zu den weiteren Vortragenden gehörte Prof. Dr. Seiichi Kawahara von der University of Technology, Nagaoka. Die Arbeitsgruppe von Prof. Kawahara war mit mehr als fünf Wissenschaftlern vertreten. Der Wissenschaftler berichtete in seinem Vortrag “Effect of minor constituents on the mechanical properties of natural rubber“ über die Auswirkungen von Proteinen und anderen Bestandteilen des Naturkautschuks auf dessen Eigenschaften. Die Anwendung neuer Techniken zur Charakterisierung wie zum Beispiel 3D-Transmissionselektronenmikroskokopie und hochauflösende NMR-Spektroskopie bildeten hier den Schwerpunkt. Weitere interessante Beiträge aus der Arbeitsgruppe von Prof. Kawahara beschäftigten sich mit der Modifizierung von Naturkautschuk durch nanostrukturbildende Funktionalisierung des Polyisoprens. Ein weiterer interessanter Schwerpunkt der Beiträge war die Gewinnung von Polyisopren aus alternativen Quellen zu Hevea Brasiliensis.
Auch das Thema des Vortrags “Elastomeric magnetic composites with shielding properties” aus dem Bereich neuer Materialien fand hohes Interesse. Prof. Dr. Ivan Hudec von der Slovak University of Technology, Bratislava referierte über eine abschirmende Wirkung gegenüber elektromagnetischer Strahlung, die in Elastomeren durch Reflektion, Absorption oder durch Multi-Reflektion erreicht werden kann. Hierzu lassen sich Hybridfüllstoffsysteme auf Basis von CNT und Ferriten (magnetische Partikel) mit hoher Effizienz nutzen.

Poster-Session und Preise

Interessante Diskussionen bot auch die Poster-Session: 50 wissenschaftliche Poster aus allen teilnehmenden Nationen füllten die Lobby des Hotels. Es wurde debattiert und gestaunt und die besten Poster prämiert, denn auch dieses Jahr waren alle Teilnehmer aufgefordert, das beste Poster auszuwählen. Dieses Jahr konnten wir zum wiederholten Mal das Unternehmen Goodyear für das Sponsoring der Poster-Preise gewinnen, die auf dem Conference Dinner von Dr. Georges Thielen, Goodyear Innovation Center, und Prof. Ulrich Giese, Deutsches Institut für Kautschuktechnolgie e. V. feierlich verliehen wurden.

• 1.Preis:  Mohammed El Yaagoubi, DIK „Prediction of Energy Release Rate in Mode III for Filled and Unfilled Elastomers“
• 2.Preis:  Hendrik Donner, TU Chemnitz „ FE analysis of hybrid cordrubber composites“
• 3.Preis:  Dorothee Fuchs, DIK „Investigation of the effect and reactionmechanism of reinforcing resins in polydienes“; Oliver Gehrmann „Wöhler‘s concept of end-of-life prediction and the creation of a reliable Wöhler curve da-tabase“; Wehid Rahimi, DIK.

Das DIK  bedankte sich bei allen Beteiligten und Gästen – vor allem bei den Sponsoren – für die gelungene Veranstaltung. Das nächste KHK findet 2018 statt.