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Generell führen hohe Temperaturen während der Vulkanisation sowie im späteren Gebrauch des Gummiteils zu Brüchen der Schwefelnetzstellen. Zuerst werden überwiegend polysulfidische Netzstellen zerstört. In der Kautschukmischung macht sich das dadurch bemerkbar, dass die Vernetzungsdichte abnimmt und sich die Verteilung der Vernetzungsarten sowie die Polymerkette verändern. Beim ausvulkanisierten Gummiartikel kann diese Reversion die physikalischen Eigenschaften (zum Beispiel Elastizitätsmodul, Reißfestigkeit, Bruchdehnung, Ermüdungsverhalten und Wärmeformbeständigkeit) verschlechtern und infolgedessen die Lebensdauer verkürzen.

Wirksamer Schutz bei der
Verarbeitung und im Gebrauch

Vor diesem Hintergrund hat die Business Unit Rubber Chemicals von Lanxess das Portfolio ihrer Reversionsschutzmittel durch Übernahme des Perkalink 900-Geschäfts von Flexsys erweitert. Das im Markt etablierte Produkt – 1,3 Bis (citraconimidomethyl)benzol – schützt die Eigenschaften des Gummiteils während des Gebrauchs und verbessert dadurch die Haltbarkeit von Reifen und anderen technischen Artikeln.
Vulcuren – 1,6-bis(N,N-dibenzylthiocarbamoyldithio)hexan – hingegen sorgt während der Vulkanisation dafür, dass die physikalischen Eigenschaften eines Gummiartikels erhalten bleiben. Es bildet im Vergleich zur klassischen Kautschukvernetzung mit Schwefelbrücken thermisch sehr viel stabilere, flexible Hybridnetzstellen aus (sogenannte C6-Spacer). Die gummielastischen Eigenschaften des Kautschuks bleiben dadurch bis zu 180 °C wesentlich länger erhalten als bei konventionellen Mischungen. Die Vulkanisationstemperatur kann somit erhöht und die Produktivität bei der Herstellung großer Gummiteile wie Lkw- oder Baumaschinenreifen entsprechend gesteigert werden.
Wie sich anhand der Rheometerkurven zeigen lässt, führen beide Reversionsschutzmittel zu einem stabileren Netzwerk. Bei dem konventionellen Beschleuniger/Schwefel-Vergleichssystem steigt die Kurve steil an und fällt nach kurzer Zeit deutlich ab. Bei den Rezepturen mit Reversionsschutzmittel bleiben die Kurven hingegen über einen langen Zeitraum auf hohem Niveau, was daraufhin deutet, dass diese Mischungen keiner Reversion unterliegen.

Kein Einfluss auf Rollwiderstand
und Nassrutschverhalten

Spätestens seit sich die Europäische Union mit den Grenzwerten für den Kohlendioxidausstoß durch Pkws befasst, suchen die Automobilhersteller nach wirtschaftlichen Möglichkeiten, um die Zielmarke von höchstens 130 g/km CO2-Emission zu erreichen. Wesentliche Bedeutung kommt dabei rollwiderstandsarmen Reifen zu. Sie leisten beim Abrollen weniger Verformungsarbeit und senken deshalb den Kraftstoffverbrauch.
Damit die Verminderung des Rollwiderstands nicht auf Kosten anderer wichtiger Eigenschaften geschieht, werden zugleich auch die Anforderungen an die Nasshaftung und das Rollgeräusch festgelegt. Einen ersten Hinweis auf Nassrutschverhalten und Rollwiderstand gibt der Verlustfaktor tan d. Bei 0 °C sollte dieser möglichst hoch sein (gute Nassrutschfestigkeit), bei 60 bis 70 °C möglichst niedrig (hoher Rollwiderstand). In den drei geprüften Rezepturen sind die tan d-Werte sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen sehr ähnlich. Dies lässt den Schluss zu, dass keines der beiden Reversionsschutzmittel die Nasshaftung oder den Rollwiderstand der NR-Mischung negativ beeinflusst.

Rezepturen für höhere Produktivität

Kautschuk ist prinzipiell ein schlechter Wärmeleiter. Diese Eigenschaft macht es für den Entwickler nicht leicht, die günstigste Vulkanisationszeit zur Herstellung eines Gummiartikels zu finden, insbesondere dann, wenn ein Artikel wie zum Beispiel ein Reifen aus mehreren Schichten unterschiedlicher Dicke aufgebaut ist. In einem solchen Fall besteht bei den dünneren Schichten die Gefahr einer Übervulkanisation. Bei einer Werkzeugtemperatur von 150 °C benötigt man für das Ausvulkanisieren eines Lkw-Reifens ungefähr 60 min. Durch Erhöhen der Temperatur auf 160 °C lässt sich der Vulkanisationsprozess um 30 min verkürzen. Ein Zusatz von Reversionsschutzmittel stellt dabei sicher, dass die dynamischen Eigenschaften erhalten bleiben. Aber auch im Hinblick auf die Übervulkanisation leisten Reversionsschutzmittel gute Dienste: Wie die im Goodrich-Test gemessen Werte bestätigen, ist die Wärmeentwicklung in übervulkanisierten NR-Mischungen mit Reversionsschutzmittel deutlich geringer als bei dem konventionellen Beschleuniger/Schwefel-System. Reversionsschutzmittel sorgen somit nicht nur für weitgehend gleichbleibende Eigenschaften der Gummiartikel im Gebrauch, sondern tragen auch in hohem Maß zur Steigerung der Produktivität bei deren Herstellung bei.

KOSTENEFFIZIENZ

Mehr Flexibilität in der Wahl

der Produktionsparameter
Sowohl bei der Herstellung von Gummiartikeln als auch bei deren Gebrauch helfen Reversionsschutzmittel: Ihr Einsatz eröffnet Möglichkeiten zur Erhöhung der Vulkanisationstemperatur. Dadurch können die Heizzeiten verkürzt werden, ohne die mechanisch/dynamischen Eigenschaften der Vulkanisate negativ zu beeinflussen. Im Gebrauch des Artikels erhöhen die Additive dessen Langlebigkeit.

Über den Autor

Dr. Heinz Unterberg, Rubber Chemicals/Head of Application & Product Development, Dr. Hermann-Josef