Einführung in die Kautschuktechnologie

7 Die Verarbeitung von Kautschuken und Kautschukmischungen ( S. 71)

7.1 Grundlagen

Die bestmögliche Verteilung von Vernetzungssystem, Füllstoff, Weichmacher und anderen Mischungsbestandteilen im Kautschuk ist wesentlich für ein optimales Eigenschaftsbild des Vulkanisats. Daher muss durch geeignete Mischverfahren die größtmögliche Homogenität erzielt werden. Die einzelnen Komponenten müssen sich möglichst innig berühren.

Mischmaschinen für Kautschukmischungen basieren auf dem Prinzip, Füllstoffe, Weichmacher und Kautschukchemikalien mit zwei parallel angeordneten rotierenden Zylindern durch Scherung und Druck in den Kautschuk einzuarbeiten. Die dabei entstehende Reibungswärme erhöht die Temperatur des Mischguts, dadurch verbessert sich die Fließfähigkeit des Kautschuks.

Allerdings müssen zu hohe Temperaturen vermieden werden, um thermischen Abbau der Polymere oder – bei vernetzungsfähigen Mischungen – vorzeitige Anvulkanisation zu verhindern. Bei Naturkautschuk nutzt man vor dem eigentlichen Mischprozess den thermischen Abbau gezielt zur Verringerung der Kettenlänge (Mastikation). Hierdurch sinkt die Viskosität und die Fließfähigkeit wird verbessert.

Synthesekautschuke haben einerseits eine bessere Wärmebeständigkeit, andererseits sind sie bereits in verschiedenen Viskositäten verfügbar, daher ist eine Mastikation nicht erforderlich. Die verknäuelten Kautschukmoleküle besitzen nicht die Beweglichkeit von linearen Thermoplastketten. Sie sind zwar fast beliebig verformbar, setzen aber aufgrund ihrer Verknäuelung der Verformung einen relativ hohen Widerstand entgegen ( Rohfestigkeit, Green Strength).

Zwar erleichtert die im Verlaufe des Mischprozesses ansteigende Temperatur das Fließen, im Gegensatz zu Thermoplasten tritt aber kein Schmelzen des Polymeren ein. Aufgrund der hohen Rückstellkräfte sind für die Verarbeitung von Kautschuken und Kautschukmischungen Maschinen mit deutlich größerer Antriebsleistung als für die Thermoplastverarbeitung erforderlich. In den meisten Fällen erfolgt die Verarbeitung in mehreren Stufen.

Zunächst werden Kautschuk, Füllstoffe, Weichmacher und die meisten Kautschukchemikalien im Innenmischer gemischt. Dabei treten je nach Polymer, Mischungsaufbau und Mischweise Ausstoßtemperaturen von etwa 100–150 °C auf. Um vorzeitige Anvulkanisation zu vermeiden, werden die Vernetzungschemikalien meist in einem zweiten Schritt bei niedrigeren Temperaturen (je nach Vernetzungssystem und Polymer zwischen 40 und 80 °C) auf einem Walzwerk nachgemischt.

Auch das Mastizieren von Naturkautschuk erfolgt meist auf dem Walzwerk. Für die Zwischenlagerung werden die Mischungen zu Fellen von etwa einem Zentimeter Dicke ausgewalzt. Bei Mischungen, die über einen längeren Zeitraum gelagert werden, erfolgt das Einmischen der Vernetzungschemikalien oft erst unmittelbar vor der Formgebung. Schließlich wird die Kautschukmischung vulkanisiert und damit der Kautschuk vernetzt.

7.2 Innenmischer

Die wichtigsten Mischmaschinen in der Gummiindustrie sind Innenmischer (auch: Kneter, Bild 7.1 und Bild 7.2). Die geschlossene Mischkammer verringert die Staubbildung, speziell konstruierte Rotoren (auch: Schaufeln) verkürzen die Mischzeiten im Vergleich zu Walzwerken erheblich und führen zu einer guten Reproduzierbarkeit.

Man unterscheidet zwischen Innenmischern mit ineinander greifenden und solchen mit tangierenden Rotoren (Bild 7.3). Ineinander greifende (auch: kämmende) Rotoren ermöglichen durch aufgesetzte Schneckenblöcke gegenüber tangierenden Rotoren eine bessere Dispersion und geringere Mischungstemperaturen, daher sind solche Maschinen auch für einstufi ge Mischprozesse in Gebrauch (die Mischung wird einschließlich des Vernetzungssystems im Innenmischer hergestellt).

Konstruktionsbedingt müssen ineinander greifende Rotoren mit gleicher Geschwindigkeit laufen, tangierende Rotoren arbeiten üblicherweise mit leicht veränderten Drehzahlen ( Friktion, Drehzahlverhältnis etwa 1,1 : 1). Innenmischer mit tangierenden Rotoren sind billiger als solche mit ineinander greifenden Rotoren und ermöglichen größere Durchsatzmengen.