Die neuen EVM- Compounds zeigen eine ansprechende Oberfläche, da Druckschwankungen, die bei der Extrusion strahlenvorvernetzter EVM-Typen auftreten können, ausbleiben.
Die niedrige Viskosität des witterungs-, wärme- und ölbeständigen Ethylen-Vinylacetat-Kautschuks EVM ist in vielen Anwendungen ein erheblicher Pluspunkt. Zuweilen können im Mischer jedoch höhere Viskositäten gefragt sein – etwa, wenn große Mengen anorganischer Füllstoffe in kurzer Zeit optimal dispergiert werden sollen. Eine neue, vorvernetzte und damit höher viskose EVM-Variante zeichnet sich nicht nur durch eine verbesserte Lagerfähigkeit und Verarbeitbarkeit aus. Mit neuen Typen werden auch die Produktqualität und vor allem die Wirtschaftlichkeit der EVM-Verarbeitung in Spritzguss und Extrusion verbessert.
Levapren (EVM) ist ein Copolymer aus Vinylacetat (VA) und Ethylen, das von Lanxess in einem radikalischen Polymerisationsverfahren gewonnen wird. Gemäß DIN ISO 1629 wird der Werkstoff unter dem Kurzzeichen EVM geführt (Ethylen-Vinylacetat-Copolymer). EVM ist nicht mit dem thermoplastischen Werkstoff EVA zu verwechseln, der zwar aus denselben Monomeren aufgebaut ist, jedoch in einem anderen Produktionsverfahren hergestellt wird und sich von EVM durch einen vergleichsweise niedrigen Vinylacetat-Gehalt unterscheidet. EVA ist als semikristalliner Werkstoff eher in die Klasse der thermoplastischen Kunststoffe einzureihen, während die Mitglieder der Levapren-Produktfamilie klassische Elastomere sind: Ethylen-Vinylacetat-Copolymere mit VA-Gehalten zwischen 40 Gew.-% (Levapren 400) und 90 Gew.-% (Levapren 900, der VA-Gehalt ist in den ersten beiden Ziffern des Produktnamens codiert) sind vollständig amorph.
EVM-Kautschuke zeichnen sich durch eine Reihe außergewöhnlicher Eigenschaften aus. Peroxidisch vernetzte Compounds sind auf Grund ihres gesättigten Molekülrückgrats unter anderem ausgesprochen witterungs-, wärme- und ozonbeständig; mit höheren VA-Gehalten geht zugleich eine steigende Polarität und damit Ölbeständigkeit einher. Auf Grund ihrer hohen Polarität können Varianten mit hohem VA-Gehalt zudem große Mengen anorganischer Füllstoffe aufnehmen. Deswegen hat der Werkstoff in der Herstellung flammgeschützter Kabel und Bodenbeläge ein breites Einsatzfeld gefunden. Die Auswahl des optimalen Typs für die jeweilige Anwendung orientiert sich am gewünschten Quellverhalten und damit an der Polarität (hoher VA-Gehalt ist optimal), an der Tieftemperaturflexibilität (niedriger VA Gehalt ist besser) und an den benötigten mechanischen Eigenschaften – so können Levapren 500-Vulkanisate über eine höhere erzielbare Vernetzungsdichte eine höhere Zugfestigkeit aufweisen als auf Levapren 800 basierende Vulkanisate. Ein weiteres, in der Gummiwelt besonders ungewöhnliches Feature: Die verschiedenen EVM-Varianten zeichnen sich allesamt durch niedrige Mooney-Viskositäten aus – die Compound-Formulierung kann daher oft ohne Weichmacher auskommen.
Bislang stellte EVM den Verarbeiter durch seine Klebrigkeit zuweilen vor Herausforderungen. Die neuen vorvernetzten Varianten lassen sich deutlich einfacher verarbeiten.
Die Mooney-Viskositäten der vorvernetzten EVM-Varianten 600 XL und 600 PXL im Vergleich zum nicht vorvernetzten 600. Die Mooney-Kurve des neuen EVM-Typen 600 PXL (gelb) verläuft sehr glatt, da das Material ähnlich homogen ist wie das Ausgangs-EVM.
Vorvernetzung per Reaktiv-Extrusion ergibt homogenere Granulate
Es gibt jedoch Anwendungsbereiche, in denen höhere Viskositäten gefragt sind. Ein Beispiel ist die Herstellung von Compounds mit einem besonders hohen Füllstoffgehalt: Hier kann eine höhere Anfangsviskosität des Kautschuks, um höhere Scherkräfte bei der Füllstoff-einarbeitung zu erzielen, sehr nützlich sein. Für diesen Einsatzbereich hat der Rohstoffhersteller spezielle EVM-Varianten entwickelt, die mit einer 60 Co-Quelle per Gammastrahlung vorvernetzt wurden. Die so gewonnenen Levapren XL-Typen zeichnen sich durch eine erhöhte Mooney-Viskosität um
55 ± 10 MU (ML (1+4) 100 °C) aus.
Die Strahlenvernetzung brachte jedoch einige technische Herausforderungen mit sich. So ist zur Herstellung eines homogenen Produkts ein zusätzlicher Homogenisierungsschritt erforderlich. Außerdem muss bei der Verarbeitung ein vergleichsweise hoher Gel-Anteil in Kauf genommen werden.
In Bereichen, in denen dies den Einsatz vorvernetzter EVM-Varianten bislang erschwerte oder gar verhinderte, stellen die neuen PXL-Typen eine gute Alternative dar. Levapren PXL wird nicht mehr per Strahlung, sondern per Reaktiv-Extrusion (REX) im Zweischneckenextruder mit geringen Mengen organischer Peroxide vorvernetzt. Die so erzeugten EVM-Typen zeichnen sich durch ein homogenes Netzwerk aus. Ihre Mooney-Viskosität liegt im üblichen Bereich anderer Synthese-kautschuke. Dies gilt nun auch für die Standardabweichung: Die Viskositätsschwankung ist sehr viel geringer als bei strahlenvernetzten Typen. Dadurch ist der PXL-Kautschuk durch einen im Vergleich zu XL-Type erheblich niedrigeren Gel-Anteil charakterisiert.
Auch nach Wochen im Lager noch rieselfähig
Ein großer Vorteil der neuen vorvernetzten Typen liegt im Fließverhalten. Bei geringen Scherraten zeigen die neuen EVM-Elastomere, wie zu erwarten, eine hohe Viskosität. Bei steigenden Scherraten nimmt die Fließfähigkeit allerdings schnell zu – ein optimales Verarbeitungsverhalten.
Der verringerte Kaltfluss wirkt sich auch positiv auf die Lagerfähigkeit des Granulats aus. Unvernetztes EVM neigt durch die niedrige Viskosität des Polymers bekanntlich bei erhöhter Temperatur zum Verblocken: Unter ungünstigen Bedingungen kann das Granulat im Gebinde regelrecht ineinander fließen. Auch strahlungsvorvernetztes EVM schneidet hier nur unwesentlich besser ab, da jede Charge produktionsbedingt auch Körnchen mit niedrig viskosem Polymer enthält. Lagerungstests mit den neuen PXL-Typen belegen dagegen, dass das homogene Granulat auch nach zweiwöchiger Lagerung bei 40 °C fließfähig und sogar per gängiger Druckluft-Techniken dosierbar ist – selbst dann, wenn das Granulat zuvor mit einem Gewicht belastet wird. Damit wird der PXL-Kautschuk auch interessant für Verarbeiter, die mit kontinuierlichen Mischverfahren arbeiten: Sie können die anwendungs-technischen Vorteile der EVM-Elastomerfamilie nun erstmals – oder mit deutlich verringertem technischen Aufwand – für sich erschließen.
Gleichzeitig verbessert die höhere Viskosität bei geringen Scherraten die Verarbeitbarkeit auf der Walze. EVM gilt vielfach als klebriger Werkstoff, der sich bei nicht fachgerechter Verarbeitung nur schwer von Metalloberflächen lösen lässt – nicht umsonst findet der Kautschuk auch als Rohstoff für Klebstoffe Verwendung. Über eine geeignete Compoundierung oder Temperaturführung lässt sich diese Herausforderung zwar angehen, beim Levapren PXL ist die Klebrigkeit jedoch von Anfang an minimiert.
Mit dem vorvernetzen Kautschuk lassen sich im Mischer höhere Temperaturen erzielen als mit nicht vorvernetztem EVM. Die Zieltemperaturen werden dabei schneller erreicht als mit dem strahlenvorvernetzten EVM. (Mischung: 100 phr Levapren, Corax N 550: 50 phr, Edendor C 18 98-100: 1 phr, Rhenofit DDA-70: 1,5 phr, Perkadox 14-10 B-PD: 4 phr, Rhenofit TAC/S: 3,5 phr.)
Gesteigerte Grünfestigkeit
Auch Bruchdehnung und Zugfestigkeit von unvernetzten Artikeln und Probenkörpern profitieren vom homogeneren Netzwerk und dem geringeren Gelanteil der neuen EVM-Variante. Dabei schneidet zum Beispiel Levapren 600 PXL (60 % VA) im Stab-Zugversuch nach DIN 53504 im Blick auf die Zugfestigkeit nicht nur deutlich besser ab als das nicht vorvernetzte, klassische Levapren 600. Es übertrifft auch das 60Co-vorvernetzte 600 XL (3,5 MPa im Vergleich zu 1,3 und 1,8 MPa). Die Bruchdehnung (1123 %) liegt zwischen derjenigen dieser beiden Alternativen (Levapren 600 XL: 705 %, Levapren 600: 2327 %). Die anderen PXL-Varianten erreichen materialtypisch vergleichbare Werte. Auch hier steht die Vorvernetzung per Reaktiv-Extrusion für hohe Zugfestigkeit und verbesserte Bruchdehnung.
Somit besitzen die neu entwickelten PXL-Typen eine deutlich verbesserte Grünfestigkeit. Das ist nicht nur bei der Verarbeitung von Fütterstreifen von Vorteil, die sich mit der PXL-Type nahezu störungsfrei verarbeiten lassen, sondern zum Beispiel auch in der Schlauch- und Profilextrusion. Durch die hohe Festigkeit des unvernetzten Compounds lässt sich Ausschuss durch unerwünschte Verformungen auf dem Weg von der Düse ins Salzbad oder zur UHF-Vulkanisation verringern, die Prozesssicherheit steigt.
Bessere und schnellere Füllstoff-Inkorporation
Gel-Gehalte der per Gamma-Strahlung (XL) und per Reaktiv-Extrusion peroxidisch vorvernetzten Typen (PXL).
Der Hauptgrund für die Entwicklung einer neuen Vorvernetzungsmethode waren jedoch die Vorteile, die sich im Mischprozess durch eine höhere Polymer-Viskosität und einen geringeren Gel-Anteil eröffnen. So werden mit Levapren PXL im Mischer leichter höhere Temperaturen erreicht – was zum Beispiel von Vorteil ist, wenn thermoplastische Werkstoffe eingearbeitet werden sollen. Tatsächlich ergeben sich mit dem EVM-PXL ähnliche Maximaltemperaturen wie mit strahlenvorvernetztem EVM, allerdings wird das Plateau deutlich schneller erreicht, was den Mischprozess noch einmal signifikant beschleunigen kann.
Dank der höheren Anfangsviskosität des Kautschuks werden Füllstoffe zudem schneller in die Polymermatrix eingearbeitet. Über beide Effekte lassen sich Mischzeiten erheblich reduzieren: Hier ergeben sich mithin erhebliche Wirtschaftlichkeitspotenziale. Beim Mischen des PXL, wird Ruß im Vergleich zu strahlenvorvernetzten schneller dispergiert. Selbst im Hinblick auf die Anvulkanisation (scorch time) präsentiert sich die PXL- als vorteilhafte Alternative zu XL-Variante – mit positiven Auswirkungen auf das Formfüllungsverhalten des Werkstoffs.
Der neuen EVM-Typ inkorporiert Ruß schneller als strahlungsvorvernetztes EVM.
EVM reproduzierbarer und wirtschaftlicher verarbeiten
In der Produktion wirkt sich die bessere Grünfestigkeit der neuen Kautschuk-Typen, etwa in der Schlauchlippenprofil-Herstellung, vorteilhaft aus. Flachband- oder Garvey-Profile aus Levapren PXL-Compounds überzeugen durch eine deutlich ansprechendere Oberfläche, da Druckschwankungen, die bei der Extrusion strahlenvorvernetzter EVM-Typen auftreten können, ausbleiben.
Die Endeigenschaften der vulkanisierten Produkte entsprechen dabei naturgemäß den Eigenschaften derjenigen Produkte, die aus den bekannten EVM-Typen hergestellt wurden; der einzige Unterschied zwischen den Werkstoffen der klassischen Levapren- und der PXL-Reihe liegt in der vorab erhöhten Vernetzungsdichte, die nach Zugabe der üblichen Vernetzeranteile von sechs bis acht phr nach der Vulkanisation der Produkte nicht mehr ins Gewicht fällt.
Per Reaktiv-Extrusion lässt sich die Viskosität der resultierenden Elastomere sehr genau und reproduzierbar einstellen. Zunächst bringt der Hersteller den neuen EVM-PXL-Typen mit einer Mooney-Viskosität von ca. 60 MU (ML (1+4) 100 °C) auf den Markt. Andere Varianten sind jedoch technisch ohne weiteres zugänglich. Hinsichtlich des Vinylacetat-Gehalts stellt der Anbieter in der L PXL-Familie ab sofort alle Typen zur Verfügung, auf die der Anwender bisher bei den strahlenvorvernetzten Varianten zurückgreifen konnte: von Levapren 500 PXL mit einem VA-Anteil von 50 Gew.-% bis zu Levapren 800 PXL (80 Gew.-% VA).
Insgesamt wird die EVM-Verarbeitung mit den neuen Typen erheblich erleichtert, sie ist reproduzierbarer und wirtschaftlicher – bei gleichzeitiger Steigerung der Produktqualität. Zugleich eröffnet die neue Variante auch solchen Verarbeitern den Zugang zu einem enorm vielseitigen Kautschuk, die ihn bislang nicht in Betracht gezogen haben – zum Beispiel, weil sie mit kontinuierlichen Mischverfahren arbeiten. Sie könnten sich mit dem öl-, witterungs-, hitze- und ozonbeständigen Synthesekautschuk vielversprechende neue Einsatzgebiete erobern.
