Werkstoffliches Recycling von TSE-Gummireststoffen im ......Werkstoffliches Recycling von TSE-Gummireststoffen im Feinstkornbereich Seite 4 von 133 1 Aufgabenstellung Gesamtziel des

Schlussbericht

des

Verbundvorhabens

Werkstoffliches Recycling von TSE-Gummireststoffen

im Feinstkornbereich

Gesamtlaufzeit

01. November 1997 bis 31. Mai 2001

gefördert durch das

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektträger

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) Projektträger Umwelttechnik

Förderkennzeichen Zuwendungsempfänger 01 RV 9703 Draftex GmbH & Co. KG 01 RV 9704 Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik KG 01-RV 9705 FKuR – Forschung und Engineering GmbH 01 RV 9706 Leeeser Gummiprofile GmbH & Co. KG 01 RV 9707 BTR Metzeler Automotive Profiles GmbH 01 RV 9708 Phoenix AG 01 RV 9709 Saar Gummiwerk GmbH 01 RV 9710 Siefer Maschinenfabrik GmbH & Co. KG

Schlussbericht BMBF-Verbundvorhaben

Werkstoffliches Recycling von TSE-Gummireststoffen im Feinstkornbereich

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Inhalt

1 Aufgabenstellung 4 Gesamtziel des Vorhabens 4 Bezug des Vorhabens zu den förderpolitischen Zielen 4

2 Voraussetzungen 5

3 Planung und Ablauf des Vorhabens 8 Teilvorhaben 8 Kooperationspartner 9 Arbeitsplan 10

4 Vorbemerkungen 12 Vorzeitige Beendigung des Teilvorhaben 1 12 Vorzeitige Beendigung des Teilvorhabens 8 12 Änderung der Arbeiten in der Projektstufe III-4 12

5 Stand der Wissenschaft und Technik 13

6 Ergebnisse 16 Materialien 16 Stufe VZ Logistik Reststoffströme und Vorzerkleinerung 17 Stufe I Weiterentwicklung der Kaltmahltechnologie für Gummiabfälle 19 Stufe I-1 Optimierung der Verfahrensschritte des Kaltmahlverfahrens

von Gummiabfällen im Labormaßstab 20 Stufe I-2 Zusammenstellen von Kautschukmischungen unter

Feinstkorneinsatz aus der Kaltmahlung im Labormaßstab 25 Stufe II Kautschukfeinstmehleinsatz in produktionsnahen

Wirkungsmechanismen 25 Stufe II-1 Ansetzen der Mischungen in Produktionsknetern und -

anlagen 25 Stufe II-2 Feststellen der Notwendigkeit einer Optimierung der

Werkzeuggeometrien durch Herstellung neuer Verarbeitungswerkzeuge 25

Stufe II-3 Untersuchung der Produkteigenschaften, z. B. Toleranzen, Stippen und Oberflächen 25

Stufe III Einsatz der Kolloidmahltechnik in der Feinstzerkleinerung von Gummiabfällen 69



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Stufe III-1 Grundsatzuntersuchungen zur Eignung der Zerkleinerung von Gummiabfällen und Auswertung sowie gegebenenfalls daraus abzuleitende konstruktive Änderungen 71

Stufe III-2 Entwicklung verfahrenstechnischer Prozeßketten 72 Stufe III-3 Entwicklung eines Trocknungsprozesses insbesondere unter

sicherheitstechnischen und ökologischen Gesichtspunkten 72 Stufe III-4 Vergleich der Mischungseigenschaften von Feinstmehlen

aus der Kryogenvermahlung mit denen aus der Devulkanisattechnologie (Regenerate) 72

Stufe IV Einsatzfähigkeit des Gummimehls 77 Stufe IV-1 Untersuchung des Einsatzes des Gummifeinstmehls und des

-überkorns in ausgewählten Anwendungsbereichen, z. B. hochwertige Dichtungselemente im Baubereich, Sicherheitselemente im Straßenbau 77

Stufe IV-2 Eigenschaftsverbesserung von TPE durch Compoundieren mit Gummifeinstmehl 80

Zusammenfassung 96

7 Fortschritt auf dem Gebiet des Vorhabens bei anderen Stellen 99

8 Veröffentlichungen 101

9 Literaturverzeichnis 102

10 Anlage



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1 Aufgabenstellung

Gesamtziel des Vorhabens

Ziel des Vorhabens ist es, die wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Grundlagen zu erarbeiten, um Produktionsabfälle und gebrauchte Gummiprodukte aus dem Bereich „Technische Sonstige Elastomere“, abgekürzt TSE genannt, so aufzubereiten, daß sie als neue Werkstoffgruppe „TSE-Feinstmehl“ bei der Vulkanisation neuer Gummi-Produkte eingesetzt werden können, ohne deren Eigenschaftsbild maßgeblich zu ver-schlechtern. Ein weiteres Ziel des Projektes ist es, für TSE-Feinstmehl auch eigenstän-dige Anwendungen zu erschließen. Dazu ist es erforderlich, wissenschaftliche und technische Grundlagen zu erarbeiten, die die Basis für eigene betriebliche Weiterent-wicklungen und die erfolgreiche Umsetzung in die Praxis darstellen.

Bezug des Vorhabens zu den förderpolitischen Zielen

Da das Vorhaben vorrangig auf Prozesse und Produkte mit schwer bzw. nicht abbauba-ren Stoffen und Stoffgemischen ausgerichtet ist, erfüllt es in besonderer Weise die Ziele des Förderkonzeptes „Produktionsintegrierter Umweltschutz“. Mit ihm wird die Grundla-ge dafür geschaffen, daß zunächst TSE’s, später sicherlich auch die Gummireifen, in einen nützlichen Wertstoffkreislauf zurückgeführt werden.

• Im Sinne des Produktionsintegrierten Umweltschutzes werden vor allem folgende Vorteile für die Umwelt entstehen:

• Direkte Ressourcenschonung durch Wiedereinsatz von Rohstoffen, Einsparung von Neuware und viele indirekte Effekte durch Einsparung von Transport und sonstigen logistischen Aufwendungen.

• Entlastung von wertvollem Deponieraum und damit ein Beitrag schließlich zum völli-gen Verzicht auf Deponieren.

• Nutzung der neuen Werkstoffgruppe auch für branchenverwandte Einsatzzwecke mit industrieübergreifender Vernetzung, wiederum mit dem Effekt vielfacher Res-sourcenschonung.

• Ein weiteres Ziel ist auch, durch eine Vorreiterrolle bei den TSE’s einen positiven Anschub für die Wiederverwertung im Reifensektor zu bewirken.



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2 Voraussetzungen

Kautschuk ist ein vielseitig verwendbares, hochwertiges Material, das meistens nicht in einfacher Weise durch andere Werkstoffe ersetzt werden kann. Kautschuk wird bei der Produktion unter Druck und Temperatur irreversibel zu Gummi vulkanisiert. Dabei än-dert sich die chemische Struktur durch molekulare Vernetzung so, daß sich das Material nicht wieder aufschmelzen und neu formen läßt. Anwendungen Das Haupteinsatzgebiet von Gummi ist die Reifenindustrie. Alle übrigen Kautschukan-wendungen werden unter dem Begriff TSE zusammengefaßt. Ein großer Anwendungs-bereich für TSE hat sich in der Automobilindustrie entwickelt für Kühlerschläuche und Dichtungen, Keilriemen, Fenster- und Türdichtungen etc. Auch in der Bauindustrie fin-den diese Elastomere als Dichtungsprofile für Fenster und Türen vielfältige Anwendung. Darüber hinaus werden technische Elastomere in zahllosen Sonderbereichen des Ma-schinen- und Apparatebaus, in Haushaltsgeräten, bei der Herstellung medizinischer Geräte, in der Druckindustrie etc. verwendet. Thermische Verwertung (1997) In den beiden Einsatzbereichen Reifenherstellung und TSE fallen große Mengen von Produktionsabfällen und gebrauchten Produkten an, die bisher überwiegend thermisch in Verbrennungsanlagen und in Rohröfen der Zementindustrie entsorgt werden. Allein von den jährlich anfallenden 500.000 t Altreifen werden zirka 35 % als Brennstoff in der Zementindustrie thermisch verwertet. Hierbei wird das Material, gemessen an seinem ursprünglichen Rohstoff-Mischungspreis, als „teurer Primärbrennstoff“ eingesetzt und somit lediglich sein Heizwert genutzt. Die bei der Herstellung des elastomeren Werk-stoffes aufgewendete "Veredelungsenergie", in der Regel das zweifache des Heizwer-tes, geht verloren. Darüber hinaus bereitet die Verbrennung der Gummiabfälle aufgrund des zum Teil relativ hohen Chlor- und Fluorgehaltes von mehr als 2 Gew.-% Schwierig-keiten bei der Rauchgasreinigung. Rohstoffliche Verwertung (1997) Auch das rohstoffliche Recycling von Gummi, z. B. durch Hydrierung, ist wegen des Aufbereitungsaufwandes und des Halogengehaltes nicht sinnvoll und wird nur in gerin-gem Maße praktiziert. Die bis in die Nachkriegszeit hinein angewandten Verfahren der Regenerierung durch Depolymerisation sind aufgrund gestiegener Qualitätsanforderun-gen, mangelnder Wirtschaftlichkeit und zunehmender Umweltschutzauflagen in



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Deutschland eingestellt worden. Die an sich interessanten Ansätze der rohstofflichen Verwertung in Pyrolyseanlagen sind aus ökonomischen Gründen im Pilotstadium ste-cken geblieben. Deponierung (1997) Die restlichen Mengen an Gummiabfällen in der Größenordnung von schätzungsweise 10 % dieser wertvollen Elastomerabfälle wird deponiert. Ungeachtet der dadurch ent-stehenden langfristigen Umweltbelastung ist Deponieraum in Deutschland allerdings begrenzt und teuer. Werkstoffliche Verwertung Die werkstoffliche Verwertung, die die mit hohem Energieeinsatz hergestellten Molekül-verbände bestehen läßt, stellt grundsätzlich eine sinnvolle und gute Nutzung des Werk-stoffs Gummi dar. Wenn die Rahmenbedingungen und notwendigen wissenschaftlichen und technischen Grundlagen geschaffen sind, ist hier der beste Ansatz zu Wirtschaft-lichkeit gegeben. Die Ausschöpfung dieser Möglichkeiten ist das zentrale Ziel dieses Vorhabens. Anfallende Mengen (1997) Wegen der noch ungelösten Wiederverwertungsprobleme unterbleibt zur Zeit noch die Entwicklung neuer Produkte aus TSE. Die insgesamt in Deutschland anfallenden Men-gen an Gummiabfällen belaufen sich auf ca. 750.000 t. Davon entfallen ca. 500.000 t auf den Reifensektor. Die restlichen 250.000 t stammen aus dem TSE-Bereich, zu ca. 100.000 t aus dem Autosektor und die übrigen 150.000 t aus anderen technischen Be-reichen. Als reine Produktionsabfälle fallen ca. 35.000 t an, die die geringsten Probleme hinsichtlich der Sammlung, Sortierung und Logistik bereiten und damit zunächst die be-sten wirtschaftlichen Rahmenbedingungen bieten. Bisher verwertete Mengen (1997), niedriges Qualitätsniveau Bisher werden nur etwa 45.000 t Gummi werkstofflich in Form von Gummirauhmehl und Gummimahlgut wiederverwertet. Sie stammen sowohl aus der Reifenindustrie als auch aus dem Sektor TSE. Dieses Recycling beschränkt sich überwiegend auf Anwendun-gen in anderen Einsatzbereichen, den sog. Sekundäranwendungen, wie z. B. kunst-stoffgebundene Bautenschutzmatten, ölabsorbierende Bodenbelagsplatten, Fallschutzplatten und Bordsteinkanten. Im Vergleich zur ursprünglich anspruchsvollen Anwendung vollzieht sich hier der Einsatz auf niedrigen Niveau. Mit Recht wird hier von „Downcycling“ gesprochen.



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Chance zu wirtschaftlicher Verwertung (1997) Die Rezepturpreise für TSE-Qualitäten liegen vorwiegend im Bereich von EUR/kg 3,00 bis 8,00 und sind damit im Mittel um das Vierfache teurer als die Reifenmischungen. Spezielle Gummiqualitäten, die das FKuR in Vorversuchen schon erfolgreich getestet hat, erreichen sogar EUR/kg 40,00 und mehr. Damit ergeben sich sehr gute Vorausset-zungen, diese Werkstoffe durch sinnvolle sortenreine und saubere Sammlung, abge-stimmte Logistik sowie durch anschließende Feinmahltechnik in einem „zweiten Leben“ einzusetzen. Abgestimmt auf die bedeutsamsten im Markt befindlichen Gummirezeptu-ren wird eine neue Werkstoffgruppe „Gummifeinstmehle“ entstehen, die vielfältige An-wendungen in gleichen aber auch in artverwandten Einsatzgebieten erobern wird.



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3 Planung und Ablauf des Vorhabens

Hinter der Materialbezeichnung TSE verbirgt sich eine Vielzahl von verschiedenen Kau-tschuktypen, die sich wiederum in verschiedene Mischungsarten unterteilen. In diesem Vorhaben soll eine repräsentative Auswahl der bedeutsamen Kautschuktypen auf die Möglichkeit der Feinstzerkleinerung hin untersucht werden.

Teilvorhaben

Das Vorhaben soll die wissenschaftliche/technische Randbedingungen erforschen und die daraus abgeleiteten Anwendungskriterien für die folgenden Teilvorhaben zusam-menstellen: Teilvorhaben 1 Entwicklung von Dichtungssystemen aus dem Kfz-Bereich unter

Berücksichtigung der verfahrenstechnischen Randbedingungen einer LCM-Vulkanisation (Salzbadvulkanisation)

Teilvorhaben 2 Wiedereinsatz von Hochleistungskautschuken aus der Dichtungs- und Schwingungstechnik

Teilvorhaben 3 Entwicklung von Technologien und Einsatzmöglichkeiten zum werkstofflichen Gummirecycling von TSE-Reststoffen sowie Ge-samtprojektkoordination

Teilvorhaben 4 Entwicklung von Einsatzmöglichkeiten von Feinstmehlen in Moos-gummidichtungsprofilen

Teilvorhaben 5 Entwicklung von EPDM-Mischungen im Metallverbund, die im UHF-Kanal vulkanisiert werden

Teilvorhaben 6 Entwicklung von Zerkleinerungsverfahren und Einsatzmöglichkei-ten von EPDM-Feinstmehlen aus Kühlerschläuchen

Teilvorhaben 7 Entwicklung von Einsatzmöglichkeiten von EPDM-Feinstmehlen aus dem Bereich Fenster- und Türdichtungen der Bauindustrie

Teilvorhaben 8 Entwicklung einer Feinstzerkleinerungstechnik auf Basis der Kol-loidmahltechnologie



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Kooperationspartner

Die Teilvorhaben werden unter der Gesamtkoordination der FKuR – Forschung und Engineering GmbH von den folgenden Kooperationspartnern durchgeführt:

TV 1 Draftex GmbH & Co. KG im folgenden Draftex Herr Dipl.-Ing. H. J. Poßberg Am Schluff 18/20 41748 Viersen Tel.: (02162) 10 00 Fax: (02162) 10 04 31

TV 2 Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik KG im folgenden FDS Herr Dr. E. Osen 69465 Weinheim Tel.: (06201) 80 0 Fax: (06201) 88 0

TV 3 FKuR - Forschung und Engineering GmbH im folgenden FKuR Herr Dipl.-Ing. A. Jerz Siemensring 79 47877 Willich Tel.: (02154) 92 51 0 Fax: (02154) 92 51 51

TV 4 Leeser Gummiprofile GmbH & Co. KG im folgenden Leeser Herr Dr. E. Debie Ottostr. 27 41836 Hückelhoven-Baal Tel.: (02433) 45 08 0 Fax: (02433) 45 08 24 6

TV 5 BTR Metzeler Automotive Profiles GmbH im folgenden BTR Herr Dr. Th. Schmid Bregenzerstr. 133 88131 Lindau Tel.: (08382) 70 70 Fax: (08382) 70 74 71

TV 6 Phoenix AG im folgenden Phoenix Herr Dr. G. Schoppen Hannoversche Str. 88 21079 Hamburg Tel.: (040) 76 67 01 Fax: (040) 76 67 25 40

TV 7 Saar Gummiwerk GmbH im folgenden Saar-Gummi Herr Dipl.-Chem. P. Kientz 66687 Wadern-Büschfeld Tel.: (06874) 69 0 Fax: (06874) 69 17 6

TV 8 Siefer Maschinenfabrik GmbH & Co. KG im folgenden Siefer Herr L. Benkwitz Bahnhofstr. 114 42551 Velbert Tel.: (02051) 9575-0 Fax: (02051) 9575-16

Schlussbericht BMBF-Verbundvorhaben Werkstoffliches Recycling von TSE-Gummireststoffen im Feinstkornbereich

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Arbeitsplan

Das Vorhaben gliedert sich in vier zum Teil ineinandergreifende Projektstufen. Eine grafische Darstellung des zeitlichen Ablaufs und der Vernetzung findet sich in der beiliegenden Über-sicht, in der auch die Meilensteine eingetragen sind. Stufe Titel VZ Logistik Reststoffströme und Vorzerkleinerung I Weiterentwicklung der Kaltmahltechnologie für Gummiabfälle I-1 Optimierung der Verfahrensschritte des Kaltmahlverfahrens von Gummiabfällen im

Labormaßstab I-1-a Untersuchung verschiedener Mahlwerkzeuggeometrien und deren Einflüsse auf die

Kornstruktur der Gummimehle I-1-b Variation und Optimierung der Betriebsparameter, z. B. Kühlung, Drehzahl I-1-c Untersuchung der Einflüsse von Mahlhilfsmitteln im Mahlprozeß auf die Mischungs-

eigenschaften der Grundmischungstypen I-1-d Untersuchung und Optimierung verschiedener Trennverfahren, Sieben und Sichten,

in bezug auf verschiedene Zielkorngrößen der Gummimehle I-2 Zusammenstellen von Kautschukmischungen unter Feinstkorneinsatz aus der Kalt-

mahlung im Labormaßstab II Kautschukfeinstmehleinsatz in produktionsnahen Wirkungsmechanismen II-1 Ansetzen der Mischungen in Produktionsknetern und -anlagen II-2 Feststellen der Notwendigkeit einer Optimierung der Werkzeuggeometrien durch

Herstellung neuer Verarbeitungswerkzeuge II-3 Untersuchung der Produkteigenschaften, z. B. Toleranzen, Stippen und Oberflächen III Einsatz der Kolloidmahltechnik in der Feinstzerkleinerung von Gummiabfällen III-1 Grundsatzuntersuchungen zur Eignung der Zerkleinerung von Gummiabfällen und

Auswertung sowie gegebenenfalls daraus abzuleitende konstruktive Änderungen III-2 Entwicklung verfahrenstechnischer Prozeßketten III-3 Entwicklung eines Trocknungsprozesses insbesondere unter sicherheitstechnischen

und ökologischen Gesichtspunkten III-4 Vergleich der Mischungseigenschaften von Feinstmehlen aus der Kryogenvermah-

lung mit denen aus der Devulkanisattechnologie (Regenerate) IV Einsatzfähigkeit des Gummimehls


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IV-1 Untersuchung des Einsatzes des Gummifeinstmehls und des -überkorns in ausge-wählten Anwendungsbereichen, z. B. hochwertige Dichtungselemente im Baube-reich, Sicherheitselemente im Straßenbau

IV-2 Eigenschaftsverbesserung von TPE durch Compoundieren mit Gummifeinstmehl Um den Bericht übersichtlicher zu gestalten, werden im Vorfeld die untersuchten Materialien in einer Übersicht beschrieben sowie die Stufen I-2 bis II-3 zusammengefaßt und eine Glie-derung der Arbeiten entsprechend der untersuchten Materialien vorgenommen.


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4 Vorbemerkungen

Vorzeitige Beendigung des Teilvorhaben 1

Nachdem in 1998 das Hauptwerk von Draftex in Viersen abgebrannt ist, konnte das Unter-nehmen, das Teilvorhaben 1 nicht weiter fortführen und beendete die Projektarbeiten. Ein maßgeblicher Grund für die Beendigung der Projektarbeiten war die durch den Brand erfolgte Zerstörung von Verarbeitungsanlagen, auf denen die Versuche durchgeführt werden sollten.

Vorzeitige Beendigung des Teilvorhabens 8

Siefer ist Hersteller von Kolloidmühle, einer Art Naßzerkleinerungsanlage. Im Teilvorhaben 8 sollte eine Feinstzerkleinerungstechnik auf Basis der Kolloidmahltechnologie entwickelt wer-den. Die Versuche zeigten , daß der Werkstoff Gummi grundsätzlich mit dieser Technologie zerkleinert werden kann. Jedoch ist selbst durch Modifizierung der Anlagentechnik die gefor-derte Feinheit der Produktionsreststoffe nicht erreicht worden. Aus diesem Grunde hat die Firma Siefer die Arbeiten vor Beendigung des vorhabens eingestellt. Die erzielten Ergebnis-se werden im folgenden angesprochen.

Änderung der Arbeiten in der Projektstufe III-4

Nach Beendigung der Arbeiten der Firma Siefer in diesem Projekt aufgrund der Versuchser-gebnisse mit der Kolloidmahltechnologie, werden in der Stufe III-4 die Mischungseigenschaf-ten von Feinstmehlen aus der Kryogenvermahlung mit denen aus der Devulkanisattechnologie (Regenerate) untersucht und miteinander verglichen.


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5 Stand der Wissenschaft und Technik

Die Untersuchungen zur Verwendung von Gummireststoffen beschränkten sich bisher aus-schließlich auf die den Markt dominierenden Altreifen. Aufgrund des niedrigen Preisniveaus ließ sich dabei nicht die Entwicklung aufwendiger Feinmahltechnik rechtfertigen. Versuche vor allem in den USA, warmvermahlte Gummimehle aus Altreifen wieder einzusetzen, führ-ten aufgrund der dabei auftretenden thermischen Schädigung zu unzureichenden Produktei-genschaften. Grob zerkleinerte Reststoffe fanden Anwendungen mit Hilfe von chemischen Bindemitteln, vor allem der Polyurethane, in sekundären Produkten, wie Bautenschutz, Sportböden etc. Der wesentliche Grund, warum das Gummirecycling nie systematisch untersucht wurde, ist die preiswerte Entsorgung durch Verbrennung und Deponierung. Neben der ethischen Verpflichtung, mit den Ressourcen der Erde schonend umzugehen, legt neuerdings das Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz den Unternehmen die Pflicht auf, die von ihnen in Umlauf gebrachten Produkte zurückzunehmen und für eine angemessene wei-tere Nutzung zu sorgen. Bei der werkstofflichen Wiederverwertung unterscheidet man grundlegend die Regenerierung und die rein mechanische Aufbereitung (Zerkleinerung). Regenerierung Der Prozeß der Regenerierung eröffnet die Möglichkeit, Gummiabfälle in die Kautschukmat-rix einer Neumischung chemisch einzubinden. Sie beruht auf einer mehr oder weniger weit-gehenden Umkehrung des durch die Vulkanisation bewirkten Übergangs vom plastischen in den elastischen Zustand. Diese Umkehrung ist ein komplizierter mehrstufiger chemisch-physikalischer Prozeß. Es wird ein Abbau des durch die Vulkanisation entstandenen Netz-werkes bewirkt. Zerkleinerungstechnik Mahlverfahren unterscheiden sich grundlegend in ihren Beanspruchungsmechanismen, wie Prall, Druck, Schnitt und Reibung. Zusätzlich sind die Mechanismen Scherwirkung, Zerklei-nerung durch Einleiten nichtmechanischer Energie sowie Zerkleinerung durch das umgeben-de Medium, das auch der Scherwirkung und Reibung zugeordnet werden kann, zu nennen. Im Gegensatz zu den Thermoplasten, die durch eine erneute Plastifizierung als Regranulat


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dem Rohstoffkreislauf direkt zur Verfügung stehen, geht der Weg einer direkten werkstoffli-chen Nutzung bei irreversibel ausreagierten Elastomeren über die feindisperse Einarbeitung in die Neuwarenmatrix nach der mechanischen Zerkleinerung. Für anspruchslose Einsatzzwecke besteht ein Bedarf für Gummigranulate und -mehle mit Korngrößen zwischen 300 und 2000 µm, die in einer Vermahlung ohne Kühlung mit an-schließender Absiebung hergestellt werden. Aus technologischen und wirtschaftlichen Grün-den konnte den Verarbeitern bisher kein Pulver <300 µm für Versuche und erst recht nicht für Produktionszwecke zur Verfügung gestellt werden. Der eigentlich bestehende Bedarf an Feinstmehlen wurde deshalb nicht bedient und es unterblieben entsprechende Grundlagen-untersuchungen völlig. Kolloidvermahlung Eine schon praktizierte Variante zur Zerkleinerung von Gummi ist die Kolloidvermahlung. Sie wird überwiegend in der Lebensmittelindustrie eingesetzt und basiert auf einer nicht sauber spezifizierten Kombination von Schnitt, Druck und Reibung. In den USA werden nach diesem Verfahren bereits Gummifeinmehle <100 µm hergestellt. Die Pulver sind das Ergebnis eines Naßmahlprozesses zwischen Korundscheiben mit nachgeschalteter Absiebung. Nachteile dieses von der Fa. Rouse entwickelten und patentierten Verfahrens sind: • nicht ausgereifte Trocknungstechnik, • Abrieb der Korundscheiben mit entsprechender Belastung des Mahlguts und dadurch

eingeschränkten Einsatzmöglichkeiten, • Rückstände der Additive der Aufgabesuspension mit negativen Auswirkungen auf die

Produktqualität und

• stark aufgerissene Oberfläche mit Beeinträchtigung des rheologischen Verhaltens der Mischung.

Diese zerklüftete Oberfläche in Zusammenwirken mit den Fremdstoffen ist ein voraussehba-rer Nachteil bei der Einbettung in die Matrix. Haupteinsatzgebiet ist deshalb für diesen Werk-stoff der Einsatz als Zuschlagstoff in anderen Anwendungsgebieten geblieben, u.a. Straßenbau. Systematische Versuche zur Ermittlung der Gummimehle in anspruchsvollen Anwendungen wurden in den USA nicht durchgeführt. Thermoplastische Anwendungen Um gute Werkstoffkennwerte insbesondere hohe Schlagzähigkeit in sogenannten Poly-merblends zu erreichen wird die disperse Elastomerkomponente in der Thermoplastmatrix


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vulkanisiert. Als Elstomerkomponente wird ein Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer (EPDM), üblicherweise als Neuware, verwendet. Erste Untersuchungen zur Einarbeitung von Gummi-feinstmehlen in thermoplastische Polymere zeigen eine Zunahme der elastischen Eigen-schaften


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6 Ergebnisse

Materialien

Entsprechend des Arbeitsplans wurden Materialien aus bestimmten Anwendungsbereichen zur Aufbereitung ausgewählt, die einen Querschnitt der Produktpalette der gummiverarbei-tenden Projektpartner darstellen. Im folgenden die Auflistung der ausgewählten Materialien:

Nr. Material(1) Anwendung Bemerkung Firma

1 EPDM Fensterführung beflockt Draftex

2 EPDM Türabdichtung Draftex

3 EPDM Kofferraumabdichtung Draftex

4 FVMQ-OOR O-Ring 80 ShA(2) FDS

5 FKM-WSi RWDR 75 ShA FDS

6 FKM-RFT Formteil 90 ShA FDS

7 HNBR-RFT Formteil 70 ShA FDS

8 ACM-OOR O-Ring 70 ShA FDS

9 FKM 75 OR O-Ring 75 ShA FDS

10 FKM 65 OR O-Ring 65 ShA FDS

11 ACM IIOOR O-Ring 75 ShA FDS

12 NR/SBR hell Rundprofile Moosgummi/schwefelvern. Leeser

13 EPDM hell Rund-/Klemmprofile Moosgummi/schwefelvern. Leeser

14 EPDM dunkel Rund-/Mehrkantprofile Moosgummi/schwefelvern. Leeser

15 EPDM dunkel Rund-/Mehrkantprofile Moosgummi/peroxidisch vern. Leeser

16 EPDM Profilbereich 70 ShA BTR

17 EPDM Schlauchware peroxidisch vern. Phoenix

18 EPDM Schlauchware schwefelvern. Phoenix

19 EPDM Profilbereich variable Härten Saar-Gummi

20 EPDM Profilbereich 60 ShA Saar-Gummi (1): EPDM – Ethylen-Propylen-Kautschuk, FVMQ – Fluor-Silikonkautschuk, FKM - Fluorkautschuk,

HNBR – hydrierter Nitrilkautschuk, ACM - Acrylatelastomer, NR - Naturkautschuk, SBR – Styrol-

Butadien-Kautschuk

(2): Härte der Mischung


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Stufe VZ Logistik Reststoffströme und Vorzerkleinerung

Die Reststoffstromlogistik erfordert bei den Anfallstellen trotz vorhandener Logistik zur Ent-sorgung von betriebsinternen Gummiabfällen einen hohen Aufwand. Im Gegensatz zu der vorhandenen Entsorgung ist es notwendig, für dieses Projekt eine Mischungs- und teilweise artikelbezogene Sammlung mit hohen Anforderungen an die Reinheit zu installieren. Die Ak-tivitäten werden grob in drei Segmente aufgegliedert.

a Vorbereitung zur Sammlung b Durchführung der Sammlung c Überprüfung und Auswertung der Sammlung d Mengenübersicht e Vorzerkleinerung f Weiterentwicklung der Vorzerkleinerung von Moosgummiprofilen

a Vorbereitung zur Sammlung Vor Sammlungsbeginn erfolgt jeweils eine Absprache mit den Betriebschemikern vor Ort so-wie den Fertigungsleitern der betreffenden Produktionsbereiche. Hier geht es insbesondere darum, den Sinn und Zweck des Projektes zu vermitteln und die betreffenden Personen für die Mitarbeit im Projekt zu gewinnen. Danach werden Stoffbilanzen zu den Abfallströmen der einzelnen Produkte erstellt. Hierbei zeigen sich drastische Unterschiede im Produktionsab-fallanteil einzelner Produktgruppen und Verfahren. Die Definition von Kontaktpersonen im Fertigungsbereich sowie die Absprache von Sammlungsdetails und Untersuchung der Pro-duktionsabläufe runden die Vorbereitungen vor Ort ab.

b Durchführung der Sammlung In Zusammenarbeit mit den Kontaktpersonen in der Produktion werden Verfahrensanwei-sungen zur Sammlung der Reststoffe in den einzelnen Betriebsteilen erstellt. Diese werden jeweils auf die örtlichen Gegebenheiten der Arbeitsabläufe sowie Produktionseinrichtungen abgestimmt. Weiterhin werden direkt an den Formgebungsmaschinen spezielle Sammelein-richtungen (Kästen mit Sammelsäcken) von den Betriebswerkstätten errichtet und installiert. Diese werden an die vorhandenen Maschinen angepasst und dürfen nicht den Arbeitsablauf stören. Sammelcontainer werden in den Betriebsteilen aufgestellt und mit entsprechender Beschrif-tung versehen. Nach Installation der Sammeleinrichtungen erfolgt die Instruktion der Werker vor Ort, da diese letztendlich den größten Einfluß auf die Qualität der Sammlung nehmen.


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Vor allem muß das Bewußtsein geschaffen werden, das bisher als Abfall behandelte Produk-tionsreststoffe als Wertstoffe wieder in Produkte eingeführt werden. Vor dem Abtransport werden die Reststoffe auf Metallfreiheit detektiert und dann anschlie-ßend zum Abtransport zum Projektpartner FKUR nach Willich freigegeben.

c Überprüfung und Auswertung der Sammlung Die angelieferten Reststoffbehälter werden bei der Metalldetektion gleichzeitig auf weitere Fremdverunreinigungen untersucht. Hierzu zählen: Fremdprodukte, andersfarbige Elastome-re, Abfälle wie Zigaretten, Taschentücher, verfahrensbedingte Verunreinigungen wie Stahl-kugeln, Fertigartikel, Ölverunreinigung... Die Auswertung der Fremdstoffbestandteile bei der Detektion führt dann zu Rücksprachen bei den Produktionsbetrieben. So werden z.B. Änderungen des Sammlungsmodus, Abände-rung der Sammeleinrichtungen, Reinigung der Maschinen oder nochmalige Aufklärung der Produktionsmitarbeiter nötig. Die obengenannten Abstellmaßnahmen führen dann relativ schnell zu einer sehr sauberen

Reststoffsammlung mit geringem Sortier- und Detektieraufwand.

d Mengenübersicht Insgesamt wurden in diesem Vorhaben 15.000 kg Gummireststoffen aus der Produktion der beteiligten gummiverarbeitenden Betriebe zerkleinert. Die folgende Aufstellung zeigt die Ver-teilung auf diese Betriebe: (

Draftex) 500 kg FDS 2.900 kg Leeser 4.100 kg

BTR 800 kg Phoenix 1.400 kg Saar-Gummi 5.300 kg

e Vorzerkleinerung Die Vorzerkleinerung wird durchgeführt, um für alle Gummiabfälle vor der Feinstzerkleine-rung eine definierte Aufgabegröße zu erzielen. Diese Aufgabegröße wurde im Rahmen einer Vorstudie zu diesem Verbundvorhaben auf < 6 mm festgelegt. Diese Korngröße ermöglicht eine kurze Verweilzeit des Materials im Wirbelschneckenkühler der Kaltmahlanlage, in dem das Material kalt versprödet wird.

Zur Zerkleinerung wird eine Schneidmühle Bauart Getecha, Aschaffenburg, mit einem 6 mm-Siebeinsatz verwendet.


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f Weiterentwicklung der Vorzerkleinerung von Moosgummiprofilen Eine Aufgabenstellung in der Stufe VZ ist die „Weiterentwicklung der Vorzerkleinerung von Moosgummiprofilen“. Es soll eine Zerkleinerungstechnik ausfindig zu machen, die folgende konkreten Ziele erreichen läßt:

Korngröße um 6 mm, geringer Staubanteil, keine thermische Schädigung des Gummi-materials.

Diese Zielsetzungen ergeben sich aus den Anforderungen, die sinnvollerweise an Vormateri-alien zur Feinvermahlung gestellt werden müssen. Die ursprüngliche Arbeitsplanung basiert auf der Annahme, daß speziell Endlosprofile aus Moosgummi wegen ihrer Struktur schwierig zu zerkleinern seien. Aus diesem Grund beschäf-tigt sich Leeser zu Beginn des Projekts mit Investitionsplänen zur Beschaffung einer geeigne-ten Zerkleinerungsvorrichtung. In einem ersten Schritt werden auch einige Anbieter identifiziert, die an der Demonstration von orientierenden Schneidversuchen interessiert sind. Im Rahmen der Diskussionen mit unserem Projektpartner FKuR, stellt sich aber heraus, daß dort schon die Möglichkeit zu Schneideversuchen besteht. Als Materialien dienen die Mi-schungstypen 2 (NR/SBR mit einer Dichte von ca. 0,8) und 4 (EPDM mit einer Dichte von ca. 0,4), weil anzunehmen ist, damit das komplette Eigenschaftsspektrum der insgesamt ins Au-ge gefaßten Leeser-Materialien abdecken zu können. Die Resultate dieser Vorprüfungen sind so positiv, dass von der Weiterführung der Stufe VZ Abstand genommen wird und die Vorzerkleinerung aller Muster im Verlaufe des Projekts e-benfalls direkt beim FKuR erledigt wird.

Stufe I Weiterentwicklung der Kaltmahltechnologie für Gummiabfälle

Die Kaltmahltechnologie wird genutzt, um gummielastische Werkstoffe durch Kaltversprö-dung und anschließende Prallzerkleinerung auf eine Korngröße < 100 µm zu bringen.

Ziel dieser Arbeitsstufe ist es, die Kaltmahltechnologie so zu modifizieren, daß ein Mahlgut produziert wird, das als Mischungsbestandteil in die Produktion von technischen Gummipro-dukten zurückgeführt werden kann. Voraussetzung hierfür ist eine Korngröße < 100 µm.

Die Versuchsreihen zur Feinzerkleinerung werden auf einer Kaltmahlanlage Typ UTM 200, Bauart Microtec, durchgeführt.


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Aufbau der FKuR-Kaltmahlanlage

Stufe I-1 Optimierung der Verfahrensschritte des Kaltmahlverfahrens von Gummi-abfällen im Labormaßstab

Zur Optimierung des Kaltmahlprozesses werden folgende Parameter variiert:

Mahlwerkzeuggeometrien, Mahlspalt, Drehzahl Mühle, Drehzahl Wirbelschneckenkühler, Ma-terialdurchsatz, Temperatur am Mühlenausgang.

Die Versuchsreihen zur Optimierung des Kaltmahlprozesses ergeben folgende Werte bzw. Einstellungen:

Mahlwerkzeuggeometrie Standard, 2-stufig Mahlspalt 0,7 ... 0,8 mm Drehzahl Mühle 12.000 min-1 Drehzahl Wirbelschneckenkühler 45 min-1 Materialdurchsatz 50 kg/h Temperatur am Mühlenausgang -100 °C

Die eingesetzten Mahlhilfsmitteln zeigen nur geringe Auswirkungen auf die Mischungseigen-schaften der Grundmischungstypen in bezug auf die Korngrößenverteilungen. Es hat sich

Gebläse

Filter

Zyklonsichter

Dosierung

LN2

WSK

Mühle

Mahlgut Stickstoff

LN2

Meßtank

LN2 Tank


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herausgestellt, daß bei Einsatz von Mahlhilfsmittel die Reinigung der Kaltmahlanlage wesent-lich aufwendiger ist, da die Anhaftung der Gummipartikel an die Rohrleitungen enorm gestei-gert wird. Als Klassierverfahren werden Sieben und Sichten untersucht. Es werden Vibrations-, Schwing- und Taumelsiebmaschinen in die Untersuchungen einbezogen. Die Untersuchun-gen zeigen, daß für die Klassierung von Gummimehlen <100 µm Schwing- und Taumelsiebe geeignet sind. Grundsätzlich werden bei der Klassierung Rieselhilfsmittel eingesetzt. Es werden Ver-gleichsuntersuchungen mit gefällter, unbehandelter pyrogener und behandelter pyrogener Kieselsäure durchgeführt. Die unbehandelte pyrogene Kieselsäure eignet sich am besten für die Klassierung von feinen Gummimehlen, der Fehlkornanteil im Überkorn ist hier <2%. Dem Gummimehl werden zwischen 0,2 und 0,5 Gew.-% Rieselhilfsmittel vor der Klassierung bei-gemischt. Material 4, FVMQ-OOR Die cryogene Vermahlung des Materials FVMQ OOR ergibt eine Feinstmahlgutausbeute von 17%. Die Versuche durch Variation des Nachheizgrades Verbesserungen bei der Feinst-mahlgutausbeute zu erreichen, schlagen fehl. Ebenso führt der Einsatz von anderen Trennmitteln wie z. B. Pansil und Aerosil anstatt des CAB-O-SIL in verschiedenen Dosierun-gen nicht zu einer signifikanten Verbesserung des Mahlprozesses. Nachdem das FVMQ-Mahlgut als produktionstaugliches Material klassifiziert wurde, werden die Aktivitäten mit dem Ziel der Erhöhung der Feinstmahlgut-Ausbeute und der Schaffung einer Wareneingangskon-trolle bei Freudenberg verstärkt. Es werden weitere Versuche unternommen, um die Ausbeute von Feinstmahlgut von den derzeit 17% auf mindestens 50% zu erhöhen. Als erste Maßnahme wird eine Vermahlung von Schirmen durchgeführt, deren Schirme von den ca. 3x2 mm dicken Angußpunkten be-freit werden. Diese Angußpunkte bestehen aus nicht durchvulkanisierter Mischung und tra-gen vermutlich zum Verklumpen des Materials und Verschmieren der Mühleninnereien bei. (siehe Anlage 1) Austriebe mit manuell entfernten Angußnippel werden in einem Mahlversuch getestet, brin-gen aber keine signifikante Erhöhung der Feinstmahlgutausbeute.


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In einem weiteren Versuch wird granuliertes Material vom FKUR nach Weinheim geschickt wird, dort in einem Temperofen nachgetempert und anschließend vom FKUR erneut vermah-len. Die Ergebnisse des Mahlversuchs stehen zur Zeit noch aus. Eine Rückführung des Ü-berkorns in den Mahlprozeß steht ebenso noch aus. Neben diesen Versuchen zur Verarbeitbarkeit und der Herstellbarkeit werden Versuche zur Entwicklung einer Wareneingangskontrolle unternommen. Hintergrund ist der außerordent-lich hohe Mischungspreis dieser Fluorsilikone, der deutlich über 50 EUR/kg liegt. Zur Simula-tion einer potentiellen Verschmutzung des Mahlgutes werden vom FKUR mehrere Proben farbiger und transparenter gemahlener Thermoplaste sowie Holzmehl zur Verfügung gestellt. Dieses wird erst in definierten Anteilen zu dem Feinstmahlgut gemischt und anschließend durch mehrere Verfahren die Detektierbarkeit bis hin zu geringen Spuren erfolgreich nach-gewiesen. Mit dieser Methode besteht ein Verfahren zur Wareneingangskontrolle von FVMQ-Feinstmehl. Material 5, FKM WSI

Die cryogene Vermahlung des Werkstoffes FKM WSI führt von Anfang an zu guten Ergeb-

nissen. Die Ausbeute an Feinstmahlgut beträgt 71%. Versuche zur Optimierung dieses guten

Ergebnisses werden nicht unternommen.

Material 6, FKM RFT

Die cryogene Vermahlung der sehr harten FKM RFT Mischung gelingt ebenfalls mit sehr gu-

ter Ausbeute, im ersten Mahlgang werden 84% Feinstmahlgut erhalten.

Material 7, HNBR RFT

Die Vermahlung des HNBR Werkstoffes HNBR RFT erweist sich als äußerst schwierig, in

einem Mahldurchgang werden lediglich 11% Feinstmahlgutanteil erhalten. Versuche zur Op-

timierung dieses Ergebnisses bleiben erfolglos.

Material 8 u. 11, ACM OOR Der ACM-Werkstoff ACM OOR aus der O-Ring-Fertigung wird nach einigen Vermahlungs-versuchen leider aus dem Programm genommen, da trotz Variation der Anlagenparameter bei der Feinstzerkleinerung keine nennenswerten Ausbeuten an Feinstmahlgut gewonnen werden. Hervorgerufen wird dieses durch ein starkes Verklumpen des frisch vermahlenen


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Materials in der Zellenradschleuse und in den nachgeschalteten Verfahrensschritten. (siehe Anlage 1) Die Untersuchung des verklumpten Materials ergibt einen Feinstkornanteil von 25 Gew.-%. Dieser Feinstkornanteil ist jedoch aufgrund der vorhandenen Klassiertechnik nicht verwertbar. Ohne Abänderung der vorhandenen Anlagentechnik wird keine Verbesserung der Mahlergebnisse erwartet. Aus diesem Grund wird aus dem Bereich O-Ring eine alterna-tive ACM Mischung ACM OOR II ausgesucht. Die ACM OOR II ist mischungsseitig sehr ähn-lich aufgebaut, ebenfalls mit einer Shorehärte von 70 ShA. Unterschiede ergeben sich prinzipiell in einem verbesserten Kälteverhalten und einem geänderten mechanischen Wer-teniveau. Die Sammlung ausreichender Mengen an Reststoffen gestaltet sich aufgrund der Vorarbeiten; „Logistik Reststoffströme“ als unkompliziert. Das Material ACM OOR II wird in-nerhalb kurzer Zeit sortenrein in ausreichender Menge zur Verfügung gestellt. Aufgrund von technischen Problemen bei der Inbetriebnahme der Mahlanlage nach einer Modifizierung der Kältetechnik werden keine Verarbeitungsversuche durchgeführt. Material 9 u. 10, FKM OOR Ein Schwerpunkt der Aktivitäten wird auf FKM Feinstmahlgutanwendungen gelegt. Aufgrund der Probleme bei Einsatz der Feinstmehle FKM WSI und FKM RFT in den originären Produk-ten (Extrusions/Fertigteilprobleme), werden zwei weitere FKM Materialien mit 65 ShA und 75 ShA für die Feinstvermahlung ausgesucht. Die sortenreine Sammlung der Materialien wird aufgrund der vorliegenden Erfahrungen und vorhandenen Arbeitsanweisungen aus der ers-ten Projektstufe in sehr kurzer Zeit realisiert. Die Vermahlung ergibt gute Ergebnisse: Feinstmahlgutausbeute FKM OOR in Gew.-% FKM 65 ShA FKM 75 ShA <100µm 53 63 <250µm 89 94 Material 12, NR/SBR hell Bezüglich der Untersuchungen an Moosgummiabfall stellt sich heraus, daß die Vermahlung von NR/SBR-Produktionsreststoffen in allen Schritten der Verarbeitungskette mit hohen Aus-beuten von ca. 80 Gew.-% an Mahlgut < 0,1 mm weitestgehend problemlos handhabbar ist. Material 13 bis 15, EPDM hell/dunkel Diese Materialien lassen sich mit Ausbeuten von 40 - 65% Mehl < 0,1 mm umsetzen. Die untere Grenze von 40% Ausbeute bezieht sich auf Material 13, EPDM hell, die obere auf die


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Materialien 14 und 15, EPDM dunkel. Die Ursache des Unterschieds ist nicht zu erklären. Mit dem Material 13 werden wegen der geringen Menge auch keine weiterreichenden Optimie-rungsuntersuchungen ausgeführt. Die Handhabung hinsichtlich der Klassierung der EPDM-Mehle ist deutlich problematischer. Aus diesem Grund werden Zusätze von Cab-O-Sil (0,2 bis 0,5%) als Trennmittel für die Siebtrennung mit Erfolg zugesetzt. Material 17 und 18, EPDM-Schlauchware Bei den Materialien 19 und 20 von Phoenix handelt es sich um Gummireststoffe aus der Schlauchproduktion mit Fasereinlage. Die Versuchsreihen zeigen, daß diese Fasern das Er-gebnis der Zerkleinerung stark negativ beeinflussen. Die Korngrößenverteilung verschiebt sich derart, daß der Feinstanteil <100µm auf weniger als 10 Gew.-% sinkt. Durch eine zwei-stufige Separierung, der Fasern vom Gummimahlgut vor der Feinstzerkleinerung wird das Ergebnis der Feinzerkleinerung wesentlich verbessert, so daß 47 Gew.-% des Materials auf <100µm zerkleinert werden. Material 19 bis 20, EPDM, Profilbereich Diese EPDM-Produktionsreststoffe lassen sich mit den Standardparametern problemlos zer-kleinern. Die Ausbeuten des Feinstmehls liegen zwischen 30 und 50 Gew.-%. Alle Zerkleinerungsergebnisse sind der nachfolgenden Grafik zu entnehmen.

47

4542

4938

6565

4080

053

6325

1184

7117

000

0 20 40 60 80 100

[Gew.-%]

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

Mat

eria

l

Feinstkornanteil < 0,1mm


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Die Materialien 1 bis 3 von Draftex werden aus der weiteren Betrachtung ausgeschlossen, da die fortführenden Versuche mit diesen Materialien bei der aus dem Verbundvorhaben ausge-tretenen Firma Draftex durchgeführt werden sollten.

Bei der Zerkleinerung der Materialien 8 und 11 von FDS kommt es zur Verstopfung der Anla-ge, so daß kein Feinstkorn im Bereich zwischen 0 und 100 µm für weitere Versuche herge-stellt werden kann.

Zusammenfassung der Stufen I-2 bis II-3

Stufe I-2 Zusammenstellen von Kautschukmischungen unter Feinstkorneinsatz aus der Kaltmahlung im Labormaßstab

Stufe II Kautschukfeinstmehleinsatz in produktionsnahen Wirkungsmechanismen

Stufe II-1 Ansetzen der Mischungen in Produktionsknetern und -anlagen

Stufe II-2 Feststellen der Notwendigkeit einer Optimierung der Werkzeuggeometrien durch Herstellung neuer Verarbeitungswerkzeuge

Stufe II-3 Untersuchung der Produkteigenschaften, z. B. Toleranzen, Stippen und Oberflächen

Material 4, FVMQ-OOR Mischungsherstellung – Labor, Produktion Nach Herstellung weiterer Feinstmahlgutmischungen werden drei Produktionschargen FVMQ hergestellt (je 8 kg). Hierbei werden Batches a 25%, 30%, und 40% Mahlgutanteil hergestellt. Der Vernetzeranteil wird mit steigendem Mahlgutanteil leicht erhöht. Die Einbringung von 25, 30% Mahlgut in die Mischungen erfolgt problemlos, wie bei einem nicht aktiven Füllstoff. Der Batch mit 40% Mahlgutanteil wird zu „trocken“, das heißt es kommt zu einer schlechten Ein-bringung des Mahlgutes in die Matrix mit erhöhter Freisetzung von Feinstmahlgutstäuben, mit einer erhöhten Mischzeit auf dem Walzwerk sowie Problemen bei der Einbringung des eigentlichen Füllstoffes. Nach erhöhter Walzwerkzeit (+ 4 min) läßt sich ein „geschlossenen“ Fell ausbilden.


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Rheologisch werden deutliche Unterschiede in der Viskosität der Mahlgutbatche im Vergleich zur Originalmischung festgestellt. Insbesondere die 40%-ige Mahlgutcharge führt zu einem Viskositätsanstieg um ca. 76%. Die Vernetzungsdichte aller Mahlgutbatche liegt trotz Anpas-sung des Vernetzeranteils unter denen der Originalmischung, wobei die mit dem höchsten Mahlgutanteil die geringsten Unterschiede in der Vernetzungsdichte aufweisen. (Siehe nach-folgendes Diagramm

Die Härte der Mahlgutbatche (gemessen nach Shore A) steigt linear mit steigendem Mahl-gutanteil an, dies führt bei der 40% Variante zu einem Anstieg um 3-4 Härtepunkte ShA. Die Zugfestigkeit der untersuchten Batche zeigt bei 25, 30% Mahlgutzugabe keine signifikante Verschlechterung, die 40% Variante hingegen führt zu einem für die Anwendung nicht mehr tolerierbaren Verlust an Zugfestigkeit. (Siehe auch nachfolgendes Diagramm)

Rheologie Recyclatmischungen FVMQ OOR

02468

1012141618

Origina

l

25% Fe

instm

ehl

30% Fe

instm

ehl

40% Fe

instm

ehl

dNm

1,31,351,41,451,51,551,61,651,71,75

min

Drehmomentminimum/dNmDrehmomentmaximum/dNmt 90/min

Mechanische Werte Recyclatmischungen FVMQ OOR

68

69

70

71

72

73

74

75

25% Feinstmehl30% Feinstmehl40% Feinstmehl Original

ShA

7,4

7,6

7,8

8

8,2

8,4

8,6

8,8

9

MP

a

Härte/ShA

Zugfestigk./MPa


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Verarbeitungsversuche Nach der Freigabe der Batche als Versuchsmaterial werden am O-Ring-Produktionsstandort in Oberwihl (Süddeutschland) die Mischungen im Produktionseinsatz getestet. Zuerst werden durch Extrusion mittels eines Barwell-Extruders Rohlingsschnüre aus den Mi-schungsfellen hergestellt. Hierbei kommt es zu keinen signifikanten Verarbeitungsproblemen (Schnuroberfläche i.O.; lediglich leichte Probleme mit Lufteinschlüssen). Getestet werden die Mischungen auf zwei IM-Produktionsmaschinen (Injection moulding, Gummi-Spritzguss). Typ1: Die Mischungen mit 20-40% Mahlgutanteil lassen sich allesamt sehr gut verarbeiten, eine Erhöhung der Zykluszeit ist nicht notwendig. Die notwendigen Korrekturen der Spritz-drücke bewegen sich im Rahmen normaler Anpassungen. Die Entformung aller Mischungen ist sehr gut, eine Werkzeugverschmutzung ist nach Testserien der drei Varianten nicht fest-stellbar. Es gibt keine Füllungsprobleme und auch keine Häutchenbildung am O-Ring. Typ2: Bei diesem zweiten Maschinentyp, der für diese Mischung normalerweise nicht benutzt wird, gibt es Probleme mit der Entformung der Teile, dies tritt jedoch selbst bei der Original-mischung auf. Füllung und weitere Parameter waren i.O. Die produzierten Teile werden einer Temperung unterworfen und anschließend auf spezifika-tionsrelevante Parameter untersucht. Weiterhin werden die Teile von der QS bemustert. Dichte und Mikrohärte bewegen sich innerhalb der normalen Toleranzen. Der für O-Ringe wichtigste Parameter, der DVR (Druckverformungsrest = Maßzahl für das „Dichtverhalten“ im Einbaustand), wird bei den O-Ringen mit 20 u.30% Mahlgutanteilringen als i.O. bezeichnet, bei den aus 40% Mahlgut hergestellten Ringen bewegt sich der DVR im gerade noch akzep-tierten Grenzbereich. Sowohl von der Verarbeitbarkeit als auch von den Spezifikationen her erfüllen Teile mit bis zu 30% Mahlgutanteil die Anforderungen. Material 5, FKM WSI Mischungsherstellung – Labor, Produktion Sowohl im Laborversuch als auch auf einem Produktionsaggregat (Walzwerk) läßt sich das Feinstmahlgut gut einmischen. Die Mahlgutmischungen werden unter den gleichen Bedin-gungen wie die Originalmischung im Laborkneter hergestellt.


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Die Beimischung von bis zu 30% Mahlgut zeigt deutliche Auswirkungen in der Viskosität und damit im Fließverhalten. Dies wird sowohl durch die Betrachtung des Rheometerminimums als auch der Fließfreudigkeit im Rheovulkameterversuch abgeleitet. Im Falle von 30% Mahl-gut führt dies zu einem Viskositätsanstieg, der keine Verarbeitung mehr im IM Verfahren zu-läßt. Anteil 24% 20% 30% Mahlgut Mahlgut Original Mahlgut Min/dNm 4.86 4.57 3.03 5.62 Max/dNm 17.2 17.6 15.4 17.29 T90%/min 1.70 1.68 1.84 2.13 ShA 75 74 74 77 Bruchdehn. 276 276 261 222 Dichte 2.04 2.03 2.05 2.06 Rheovulk 1 min/mm3 375 450 537 4 min/mm3 452 514 834

Rheometer

0

5

10

15

20

Original 20%Mahlgut

25%Mahlgut

30%Mahlgut

Minimum/dNmMaximum/dNm

T90%/min

Mechanische Daten

050

100150200250300

0%Mah lgu t

20%Mahlgut

2 5 %Mah lgu t

30%Mahlgut

ShABruchdehnung/%


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Prüfplatten, die aus den Mischungen hergestellt werden, zeigen in Ihrem mechanischen Wer-teniveau bei bis zu 25% Mahlgutzugabe keine signifikante Verschlechterung der mechani-schen Daten, 30% Mahlgut führt zu einem unzulässigen Abfall der mechanischen Werte.

Verarbeitungsversuche Die hergestellten Mahlgutmischungen werden mit der parallel hergestellten Originalmischung für Fertigungsversuche in der Radialwellendichtring-Musterfertigung getestet. Eine Standard-Testabmessung wird auf einer Spritzgießmaschine Typ Boy 15 S mit Einzelnest für die Vera-beitungsversuche verwendet. Mit 20% Mahlgutanteil werden 11 Teile hergestellt. Abgesehen von einer deutlich erhöhten Prozeßzeit und Prozeßschwankungen werden Gutteile produziert. Die Mahlgutmischungen mit 25% bzw. 30% Mahlgutanteil erweisen sich als nicht verarbeitbar. Neben Dosierungs-problemen und schlechtem Fließverhalten weisen die produzierten Teile eine rauhe, matte Oberfläche auf und zeigen teilweise beim Entformen aus dem Werkzeug Abreißen des Fe-derhaltebundes. Weitere Versuche zur Fertigung von Musterteilen aus Mahlgutmischungen werden daher nicht durchgeführt. Der Trockenlaufversuch mit RWDR aus 20% Mahlgutmi-schung fällt positiv aus. Aufgrund der Erfahrungen mit den 25% mahlguthaltigen Mischungen wird von weiteren Entwicklungen mit Mahlgutmischungen für RWDR Fertigung abgesehen. Nachdem die Produktionstests keine Eignung des FKM-Mahlguts für eine originäre Verwen-dung ergeben, wird nach anderen Einsatzmöglichkeiten für diesen in großen Mengen anfal-lenden Reststoff gesucht. Als Verwertungsmöglichkeit ergibt sich ein Formartikel aus FKM mit einem geringeren Anforderungsprofil, siehe auch Bericht Material 6 FKM-RFT. Material 6, FKM RFT Mischungsherstellung – Labor, Produktion Die Einarbeitung von bis zu 10% Gewicht Mahlgut erfolgt relativ problemlos im Laboraggre-gat, höhere Mischungsanteile führen aber zu sehr „trockenen“ (krümeligen) Rohmischungs-fellen, die viel Arbeit am Walzwerk erfordern. Wie bereits bei FKM WSI beobachtet, führt die verstärkte Zumischung von Mahlgut zu einem linearen Anstieg der Viskosität. Bei 20% Mahlgutanteil wird eine unzulässig hohe Mischungs-viskosität beobachtet. Für das verwendete CM-Verfahren spielt dies eine untergeordnete Rolle, da das Material nicht durch enge Kanäle fließen muß, sondern als Rohling unter Druck


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nur noch in die Form fließt. Die Vernetzungsdichte nimmt mit zunehmender Mahlgutzugabe ab, bei 10% Zugabe liegt sie aber immer noch im tolerierbaren Bereich. (siehe Diagramm) Die mechanischen Daten inkl. Zugfestigkeit und Bruchdehnung werden durch bis zu 20% Mahlgutzugabe nicht signifikant verändert. Mechanische Kennwerte FKM RFT Produktionsversuche Aufgrund des geringen Abfallanteils des Produktes von ca. 4% wird zusätzlich der Einsatz von FKM Mahlgut aus dem Werkstoff FKM WSI ausprobiert. Das FKM WSI-Mahlgut weist ähnliche rheologische und mechanische Werte wie das „Original-Mahlgut“ FKM RFT auf. Eine Charge (60 kg) mit 15% Mahlgutanteil FKM WSI wird für einen Produktionsversuch ge-testet. Die Produktionsknetercharge wird ohne Probleme hergestellt, die Fellbildung auf den Walzwerken ist etwas verzögert, die Zeitvorgaben für die Mischungsherstellung werden aber eingehalten. Der Formartikel, der im Compression-Moulding Verfahren aus FKM RFT herge-stellt wird, bedarf der Materialzuführung mittels eines durch Extrusion hergestellten Rohlin-ges mit einer geringen Oberflächenrauhigkeit und einem eng definiertem Rohlingsgewicht. Die Extrusion des Mahlgutbatches erweist sich als sehr schwierig. Einerseits werden die

Mahhlgutanteil/% 0 3 5 10 20Dichte/g/cm3 1,83 1,83 1,83 1,82 1,82Härte/ShA 92 92 91 92 92Modul 100/Mpa 9,9 9,9 9,9 9,9 10,2Zugfestigkeit/N/mm2 10,9 10,8 11,6 11,7 11,6Bruchdehnung 120 120 133 132 121

Rheometrie FKM RFT

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

5

0%Mahlgut

RFT

3%Mahlgut

RFT

5%Mahlgut

RFT

10%Mahlgut

RFT

20%Mahlgut

RFT

0

10

20

30

40

50

60

Minimum/dNm

Maximum/dNm


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Extrusions-Parameter stark verändert, auch gelingt es nicht, einen sauberen Extrusi-onsstrang zu erzeugen. Die aus einem relativ gleichmäßig extrudierten Stück hergestellten Rohlinge weisen unzuläs-sige Streuungen im Bereich des Rohlingsgewichtes auf. Die daraus vulkanisierten Formarti-kel liegen aber innerhalb der Spezifikation (Härte, Maßhaltigkeit, Ölbeständigkeit). Die mit der Rohlingsfertigung zusammenhängenden Verarbeitungsprobleme werden nur durch eine drastische Änderung des gesamten Mischungsaufbaus gelöst, d.h. Mahlgutzuga-ben von 15 % und mehr sind aus fertigungstechnischer Sicht nicht durchführbar. Eine Einmischung von unter 15% Mahlgut hingegen wird aus derzeitiger Sicht der Produktion nach Nutzen/Risiken Abwägung für diesen Artikel als nicht sinnvoll erachtet. Material 7, HNBR RFT Mischungsherstellung – Labor, Produktion Mahlgutmischungen werden mit diesem Material in Beimengung von 5 bis zu 30% Feinst-mahlgutanteil hergestellt. Den bekannten Einfluß von Mahlgutzusatz auf die Viskosität zeigen die nachfolgenden Diagramme.

RVM MahlgutHNBR RFT

0

500

1000

1500

2000

2500

0% Fe

instmehl

5% Fe

instmehl

15% Fe

instmehl

30% Fe

instmehl

Vo

lum

en/m

l

0510152025303540

vmax

ml/s

Volumen/ml

vmax/ml/s

Rheologische Werte HNBR RFT

0

5

10

15

20

25

30

0%Feinstmehl

5%Feinstmehl

15%Feinstmehl

30%Feinstmehl

Drehmoment/dNm

3,53,63,73,83,944,14,24,34,44,5

Zeit/min

Minimum/dNmMaximum/dNm

t90/min


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Im RVM-Plot (Rheovulkameter) ist besonders deutlich die Viskositätsabnahme erkennbar, das Einspritzvolumen in eine Kavität bei einem bestimmten Druck und Temperatur (die wei-testgehend realen Bedingungen im Spritzgießprozeß entsprechen) sinkt bei 30% Feinstmahlgutanteil auf 30% des ursprünglichen Wertes ab. Die Vernetzungsdichte ist hin-gegen innerhalb der Meßgenauigkeit konstant. Ein erneutes Aufwalzen der Mahlgutmischungen unter hoher Friktion auf einem speziellen Walzwerk bringt keine nennenswerte Viskositätsabnahme, auch nicht wenn ein reiner Poly-mer-Mahlgutbatch unter diesen Bedingungen behandelt wird. Aus dem folgenden Diagram ist zu erkennen, daß die Zugfestigkeit durch Mahlgutzugabe nicht beeinflußt wird, die Bruchdehnung hingegen unterliegt starken Schwankungen. Produktionsversuche Ein Produktionsvorversuch mit 16 kg des 15% Feinstmahlgutbatch erweist sich als sehr posi-tiv. Die Mahlgutmischung wird im IM-Prozeß mit den gleichen Maschineneinstellparametern wie für die Originalmischung verarbeitet. Die Mischung wird trotz erhöhter Viskosität problem-los über 12 Zyklen gefahren, Überspritzungen bzw. Flußlinien werden keine beobachtet. Die Oberfläche der Elastomerschicht zeigt keine Mattigkeit bzw. Körnung. Da die aktuelle Aus-beute an Feinstmahlgut < 100µm beträgt 11%. Da die Feinstvermahlung beim FKUR bei -120 C durchgeführt wird, kann aufgrund des hohen N2-Verbrauch zur Zeit kein wirtschaftlich

Mechan. Werte HNBR RFT

22,522,622,722,822,9

2323,123,223,323,423,5

0% Fe

instm

ehl

5% Fe

instm

ehl

15% Fe

instm

ehl

20%Fe

instm

ehl71

25% Fe

instm

ehl71

30% Fe

instm

ehl

Zu

gfe

stig

keit

/N/m

m2

050100150200250300350400450

Bru

chd

ehn

un

g/%

Zugfestigkeit/N/mm2Bruchdehnung/%


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akzeptabler Preis erzielt werden. Da andererseits der Anteil an Mahlgut < 400µm ca. 80% beträgt, wird auch dieses „Grobmahlgut“ der Firma Spreerelast für Regenerier-Versuche zur Verfügung gestellt. Materialien 8 und 11, ACM OOR I/II Siehe Stufe I, Seite 22 Material 9 und 10, FKM 75 OR, FKM 65 OR Mischungsherstellung – Labor, Produktion Aus den beiden Feinstmehlen < 100µm werden zunächst Versuchsmischungen mit 0; 10; 17; 22% Feinstmahlgutanteil hergestellt. Desweiteren wird neben dem Originalpolymer gleichzei-tig noch ein alternatives höher/niedrigviskoses Polymer (A, D) getestet. Zusammenfassend werden folgende Ergebnisse erzielt: Die Rheometerviskosität steigt wie bei anderen Feinstmahlgutmischungen mit steigendem Mahlgutanteil an, durch Kombination mit einem niederviskosen Material und dem niedersho-rigen Mahlgut wird dieser Anstieg aber etwas vermindert. Die Shore Härte hingegen nimmt in diesem Fall mit steigender Mahlgutdosierung nicht zu sondern leicht ab. Insbesondere bei Verwendung des niedershorigen 65 ShA Mahlgutes wird die Shore Härte trotz hoher Dosierung um 3-6 Punkte erniedrigt. 100% Modul, Zugfestigkeit, Bruchdehnung bleiben im Rahmen der Meßgenauigkeit konstant. Der Druckverformungsrest (22h/200 °C) im Kurzzeitversuch bleibt nahezu konstant, Langzeit DVR und Medienlagerungsergebnisse stehen noch aus. Durch den Einsatz des Alternativpolymers werden lediglich marginale Änderungen in der Vernetzungskurve beobachtet, diese sind nicht als verarbeitungs-/produktionsrelevant einzu-stufen. (siehe Diagramm)


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Rheologie FKM OOR Mahlgutmischungen Durch Verwendung des niederviskosen FKM Alternativkautschuks wird die Viskosität der Mahlgutmischung positiv beeinflußt und die Verarbeitung erleichtert. Produktionsversuche Nach den Vorarbeiten des Einsatzes von Mahlgutmischungen in O-Ringanwendungen im Labormaßstab werden die Mahlgutmischungen im O-Ring Bereich in der Produktion getestet. Eingesetzt werden auch hier jeweils Varianten mit einem Feinstmahlgutanteil in Höhe von 17%. Diese Zuschlagshöhe führt zu einer Beibehaltung des mechanischen Werteniveaus sowie zu einem für die Produktion noch akzeptablem Viskositätsanstieg. Getestet werden die zwei Materialien im Compression moulding (CM) Verfahren. Produziert wird jeweils eine komplette Schicht, wobei keine Probleme auftraten. Die Auss-chußraten entsprechen denen der Originalmischung. Beim Pressen wird ein guter Abdruck erhalten, dies wird anhand der maßlichen Überprüfung der hergestellten O-Ringe auch verifi-ziert. Es gibt keine signifikanten Abweichungen der freigaberelevanten Kenngrößen. Die Quellungen in aggressiven Kraftstoffgemischen (FAM-B) ergeben eine unverändert gute Be-ständigkeit.

0,93

1,27

1,22

1,85

1,65

1,97

1,89

1,46

1,4

1,87

1,57

2,24

2,16

0% Mahlgut 75 ShA

10% Mahlgut 75 ShA

10% Mahlgut 65 ShA

17% Mahlgut 75 ShA

17% Mahlgut 65 ShA

22% Mahlgut 75 ShA

22% Mahlgut 65 ShA

Min /dNm (A)Min /dNm (D)


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Materialien 12 bis 15, Mosgummi-Mischungen Die Gummimischungen, die im Zusammenhang mit der Durchführung des Arbeitsplans er-probt und untersucht werden, sind in der nachfolgenden Materialübersicht aufgelistet. Die Mischungsbezeichnung enthält zur besonderen Kennzeichnung der Zuordnung zum Projekt den Vorsatz „FKuR“. In der Übersicht ist die Laufnummer am Ende als Identifizierung der Versuchsvariante nicht erwähnt. In allen Fällen handelt es sich um laufende Serienmischungen des derzeitigen Fertigungs-programms mit einem breitgefächerten Einsatzspektrum. Demnach liegen ausreichende Er-fahrungen hinsichtlich Herstellung, Materialcharakteristik und typischen Fehlern, die in der Produktion auftreten könnten, vor. Alle Untersuchungen mit und ohne Einarbeitung von Gummimehl erfolgen sowohl im Labor-maßstab als auch unter seriennahen Produktionsbedingungen. Übersicht Gummisorten

Nr. Bezeichnung Artikel Kautschukbasis Nominaldichte/ Standardprofil*

1 FKuR-20/61.... Rundprofile NR/SBR 0,6 2 FKuR-20/68.... Rundprofile NR/SBR 0,8 3 FKuR-22/61.... Rund-/Klemmprofile EPDM 0,5 4 FKuR-22/73.... Rund-/Mehrkantprofile EPDM 0,4 5 FKuR-22/74.... Rund-/Mehrkantprofile EPDM 0,5 6 FKuR-30/61.... Rundprofile IR/SBR 0,6 7 FKuR-30/66.... Rundprofile IR/SBR 0,8 8 FKuR-30/68.... Rundprofile IR/SBR 0,8 9 FKuR-42/22.... Komplexe Profile EPDM 0,4

*Bei konstanter Rezeptur hängt die resultierende Dichte unter anderem auch von Wärmeübertragung und –durchgang im Verhältnis zum Profilquerschnitt ab, so dass für einen direkten Vergleich auf ein Standardprofil normiert werden muss.

Mischungsherstellung – Labor, Produktion Die Labortests dienen zum einen dem Nachweis der grundlegenden technischen Eignung von Feinstmehlen zum Einsatz in Moosgummirezepten. Dies ist im Rahmen von verglei-chenden Untersuchungen zu rheologischen und mechanischen Eigenschaften an Mischun-gen mit und ohne (gestaffelten) Feinstmehleinsatz zu prüfen. Darüber hinaus ist das Mischverhalten unter dem Einfluß des Feinstmehles zu bewerten und die mögliche Optimie-rung der Mischmethodik auszuloten.


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Die Notwendigkeit bei allen EPDM-Kategorien Trennmittel einsetzen zu müssen, ist aller Voraussicht nach auf die für NR/SBR und EPDM unterschiedliche Rezeptierung zurückzufüh-ren. Die benutzten EPDM-Typen werden relativ hoch gefüllt und enthalten deswegen eben-falls große Mengen Weichmacher. Dies ist bei NR/SBR nicht der Fall. In der nachfolgenden Tabelle sind beispielhaft charakteristische Eigenschaften von NR/SBR-Moosmischungen in Abhängigkeit von Feinstmehlanteil NR/SBR und Cab-O-Sil-Einsatz (Da-ten aus Laborversuchen) dargestellt, mit deren Hilfe sich der definitiv unwesentliche Einfluß des Mahlhilfsmittels zeigen läßt. Rheo-Daten mit einem ODR-Gerät bei 200°C, die Dichte an der unvulkanisierten Mischung und s R sowie Deh-nung an Probevulkanisat 6min/170°C ermittelt. Es ist zu beachten, daß das Probevulkanisat wegen seiner Her-stellweise mit einem Extrusionsartikel nicht zu vergleichen ist!

Schon an dieser Stelle lassen sich die grundlegenden Auswirkungen, die später noch im De-tail anzusprechen sind, des Feinstmehls auf die Mischungseigenschaften ablesen, während das verwendete Mahlhilfsmittel keinerlei Effekt – weder in negativem, noch in positivem Sin-ne – hat. Zu berücksichtigen ist die geringe Konzentration des Hilfsmittels. Da Cab-O-Sil als gefällte Kieselsäure unter anderem auch als verstärkender Füllstoff in der Gummiindustrie eingesetzt wird, ist bekannt, daß ab einer bestimmten Schwelle, genau diese Verstärkung mit allen Randerscheinungen (Erhöhung der Viskosität der Mischung etc.) eintritt.

Technische Eigenschaften von NR/SBR-Moosgummi FKuR-20/68...Abhängigkeit von Feinstmehlanteil NR/SBR hell und Zusatz von 0,5% Cab-O-Sil

MischungAnteil

Feinstmehl in %

Dmin in dNm

?M in dNm

t90 in min ML(1+4) 100°C ? in g/cm3

sR in

N/mm2 Dehnung

in %

FKuR-20/68150 0 5,5 53,5 1,1 20 1,35 3,1 263

FKuR-20/68152 10 5,7 51,8 1,0 22 1,36 3,2 276

FKuR-20/68154 15 6,5 50,4 0,9 24 1,34 3,3 254

FKuR-20/68156 20 6,8 49,4 0,8 26 1,35 2,9 264

FKuR-20/68158 30 7,6 46,2 0,8 29 1,36 2,8 286

FKuR-20/68151 0 5,7 53,9 1,2 21 1,34 3,0 255

FKuR-20/68153 10 5,4 52,2 1,0 21 1,35 3,0 260

FKuR-20/68155 15 6,6 50,1 0,8 23 1,36 3,1 248

FKuR-20/68157 20 7,0 49,6 0,9 27 1,34 3,0 266

FKuR-20/68159 30 7,4 46,9 0,9 28 1,35 2,9 281

0 %

Cab

-O-S

il0,

5 %

Cab

-O-S

il


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In den ersten Tests dienen niedrigviskose (ML(1+4) 100°C bei 10-15) Grundmischungen auf Basis NR/SBR und EPDM als Matrix. Die Versuche werden sowohl auf einem Laborwalzwerk als auch einem Laborkneter durchgeführt. Es zeigt sich, dass dies mischtechnisch als prob-lematisch einzustufen ist, da hierbei Unregelmäßigkeiten hinsichtlich der Aufnahme des Feinstmehls und die Bildung von Agglomeraten festzustellen ist und sich somit zumindest in diesen Vorversuchen keine einwandfreie Dispersion erzielen lassen. Bezüglich dieser Beo-bachtungen ist aber die generelle Problematik hinsichtlich der Fertigung gerade solcher Mi-schungen anzumerken. Aufgrund unserer bisherigen Erfahrungen gehen wir jedoch davon aus, dass sich solche Erscheinungen im Produktionsmaßstab beseitigen lassen. Um den Fortschritt des Projekts nicht unnötig zu verzögern, wird die Untersuchung deswe-gen mit höherviskosen Mischungen fortgeführt. Die bei den "weichen" Mischungen auftreten-den Probleme wiederholen sich nicht. Auf beiden Labormischern (Walze und Kneter) läßt sich das Feinstmehl gut einarbeiten, die Dispersion ist einwandfrei. Es werden verschiedene Zugabefolgen getestet. Die einfachste Handhabung ergibt sich bei Zugabe von Füllstoff und Mehl gleichzeitig. Das Mehl ist jedoch auch nachträglich in die fertige Mischung einzumi-schen, ohne nennenswerten Verlust an Mischgüte oder drastisch belastende Mischbedin-gungen in Kauf nehmen zu müssen. In den nachfolgenden Tabellen sind typische Daten aus den versuchen mit unterschiedlichen Referenzrezepturen zusammengefasst. Rheo-Daten mit einem ODR-Gerät bei 200°C, die Dichte an der unvulkanisierten Mischung und s R sowie Deh-nung an Probevulkanisat 6min/170°C ermittelt. Es ist zu beachten, daß das Probevulkanisat wegen seiner Her-stellweise mit einem Extrusionsartikel nicht zu vergleichen ist!

MischungAnteil

Feinstmehl in %Dmin in dNm

?M in dNm

t90 in min

ML(1+4) 100°C

? in g/cm 3

sR in

N/mm2 Dehnung

in %

FKuR-30/68100 0 6,6 55,5 1,0 21 1,37 2,9 223

FKuR-30/68101 10 6,7 52,8 0,9 21 1,37 2,9 256

FKuR-30/68102 15 7,1 51,4 0,9 23 1,37 3,2 244

FKuR-30/68103 20 7,4 50,2 0,9 24 1,37 2,9 257

FKuR-30/68104 30 8,2 47,5 0,8 28 1,36 2,9 276

Technische Eigenschaften eines hell gefüllten, "hart" eingestellten

NR/SBR-Feinstmehl hellIR/SBR-Moosgummis FKuR-30/68... in Abhängigkeit vom Gehalt an


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Die Viskosität der Mischungen nimmt mit steigendem Mehlanteil zu, erkennbar sowohl am Mooney-Wert ML(1+4) 100°C als auch am Minimum der Rheo-Kurve Dmin. Wenn sich auch dieses Minimum mischungstypisch auf geringfügig höherem Niveau befindet, liegt die Grö-ßenordnung der Änderung in demselben Bereich wie die FKuR-20/68... Die scheinbare Ver-netzungsdichte nimmt ebenfalls in vergleichbarem Ausmaß ab, während Dehnung/Festigkeit innerhalb der anzulegenden Beurteilungskriterien als nahezu konstant anzusehen sind. Die Schwankungsbreite fällt bei der IR/SBR-Referenz jedoch etwas größer als die der NR/SBR-Gummisorte aus. Prinzipiell lässt sich jedoch festhalten, daß sich beide Mischungstypen erwartungsgemäß und übereinstimmend verhalten. Die Vernetzungsdichte wird deswegen als "scheinbar" bezeichnet, weil in der Drehmoment-änderung im Grunde mindestens drei Vorgänge überlagert in einer Hüllkurve zusammenfal-len, nämlich Treibreaktion, Vernetzungsreaktion und das vom Feinstmehl beigetragene Drehmoment, das mit zunehmendem Gehalt an Gummimehl ansteigen wird. Demnach und seiner abnehmenden Konzentration entsprechend muß der Vernetzungsanteil des „Frisch-kautschuks“ naturgemäß zurückgehen und die Drehmomentänderung insgesamt und dem-entsprechend Vernetzungsdichte/-ausbeute kleiner werden. Die „Anpassung“ der Rheokurve an den Zustand der Referenzmischung ohne Mehlanteil, z.B. durch Erhöhung der Konzentra-tion der Vernetzungschemikalien erscheint damit keineswegs sinnvoll. Die Tests mit der Referenzmischung auf Basis EPDM (siehe folgende Tabelle) und Feinstmehl zeigen im Hinblick auf die Untersuchung der IR/SBR-Gummisorte doch eine an-dere Verhaltensweise. Auf der einen Seite ist die Beeinflussung von Dmin und Mooney durch den Mehlanteil deutlich gravierender. Für beide Eigenschaften tritt bei 30% Feinstmehl nahe-zu eine Verdoppelung der Werte der Ausgangsmischung ein, und beweist damit den negati-ven Einfluß auf die Mischungsviskosität. Dehnung und Festigkeit der Mischungen bleiben auf der anderen Seite über den untersuchten Bereich von 0-30% Mehlzusatz (überraschend) de facto unverändert. Dieser Effekt ist insoweit offenbar erfreulich, als damit ein ausreichend „gelungener“ Verbund zwischen Mehl- und Mischungsmatrix (keine Fehlstellen etc.) erzielt werden kann, aber eigentlich nur spekulativ zu deuten.


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Rheo-Daten mit einem ODR-Gerät bei 200°C, die Dichte an der unvulkanisierten Mischung und sR sowie Deh-nung an Probevulkanisat 6min/170°C ermittelt. Es ist zu beachten, daß das Probevulkanisat wegen seiner Her-stellweise mit einem Extrusionsartikel nicht zu vergleichen ist!

Man mag davon ausgehen, dass das NR/SBR-Mehl beim Einmisch- und Vulkanisationspro-zess (typisch für NR) einem Abbau unterliegt und somit die Viskosität der Gesamtmischung weniger stark zunimmt. Der Abbau von EPDM ist nur unter besonderen Randbedingungen, die bei normalen Misch-/Vulkanisationsverfahren in der Regel nicht eintreten, und nicht in dem Maße wie bei NR bekannt. Demnach sollte das Einmischen von NR/SBR-Mehl in EPDM-Grundbatch weniger gravierende Auswirkungen haben, was jedoch durch die folgen-den Versuche (sieheTabelle) nicht bestätigt werden kann. Zu beachten ist jedoch, dass das NR/SBR-Mehl (z.B. wegen des sehr geringen Weichmachergehalts) rezeptmäßig anders als die EPDM-Mischung einzustufen ist. Der Nachweis über einen nicht stattfindenden Abbau des NR/SBR ist also damit nicht völlig schlüssig. Rheo-Daten mit einem ODR-Gerät bei 200°C, die Dichte an der unvulkanisierten Mischung und s R sowie Deh-nung an Probevulkanisat 6min/170°C ermittelt. Es ist zu beachten, daß das Probevulkanisat wegen seiner Her-stellweise mit einem Extrusionsartikel nicht zu vergleichen ist!

MischungAnteil


?M in dNm

t90 in min

ML(1+4) 100°C

? in g/cm3

sR in

N/mm2 Dehnung

in %

FKuR-22/73100 0 5,3 54,4 1,2 27 1,20 4,9 338

FKuR-22/73101 10 6,9 50,5 1,1 35 1,20 4,2 343

FKuR-22/73102 15 7,9 49,2 1,2 40 1,21 4,3 309

FKuR-22/73103 20 8,6 46,3 1,2 43 1,21 4,3 307

FKuR-22/73104 30 10,2 45,0 1,2 50 1,21 4,3 323

Technische Eigenschaften eines dunkel gefüllten, "hart" eingestellten

EPDM-Feinstmehl dunkelEPDM-Moosgummis FKuR-22/73... in Abhängigkeit vom Gehalt an

Mischung Anteil Feinstmehl in %

Dmin in dNm

?M in dNm

t90 in min

ML(1+4) 100°C

? in g/cm3

sR in

N/mm2 Dehnung

in %

FKuR-22/73200 0 5,6 55,2 1,2 28 1,21 5,2 322

FKuR-22/73201 10 6,5 49,9 1,1 34 1,22 3,8 351

FKuR-22/73202 20 8,3 46,4 1,1 42 1,24 2,2 402

FKuR-22/73203 30 9,9 45,1 1,1 49 1,25 2,1 425


NR/SBR-Feinstmehl hellEPDM-Moosgummis FKuR-22/73... in Abhängigkeit vom Gehalt an


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Bei diesen Tests fällt neben gleichartigen Auswirkungen auf die Mischungsviskosität zusätz-lich bezüglich der Festigkeit die negative Änderung mit steigender Mehlmenge auf. Die Ursa-che muß in der mangelnden Verträglichkeit der Gummimatrices zu suchen sein. In Weiterführung der Stufe I-2 werden ergänzend die Fragestellungen zur Beurteilung der Dispersion des Mehls und die zur Unverträglichkeit NR/SBR-Mehl in EPDM-Mischungen un-tersucht. Wegen der unterschiedlichen Färbung von Mehl und Mischung bietet sich eine Be-urteilung zur Dispersion an. Sie wird unter einem Stereomikroskop bei 100-facher Vergrößerung durchgeführt. Bei allen Mischungen ist eine gleichmäßige Verteilung der "Mehlpartikel" über den gesamten Querschnitt zu beobachten. Die in der Fortsetzung der Versuche ermittelten technischen Eigenschaften bestätigen die Vorgängertests. (siehe nachfolgende Tabellen) In allen Fällen ist unter dem Stereomikroskop aufgrund des Farbunterschieds Mehl/Mischungsmatrix einfach die einwandfreie Dispersion des Feinstmehls in der Matrix festzustellen. Hinsichtlich der Bewertung der Rheologie ist an-zumerken, dass hier das Meßgerät gewechselt wird und so die Daten nicht direkt vergleich-bar mit den vorherigen sind.

MischungAnteil


?M in dNm

t90 in min

ML(1+4) 100°C

? in g/cm3

sR in

N/mm2

Dehnung in %

FKuR-22/74300 0 0,5 10,5 0,9 24 1,21 5,1 365

FKuR-22/74301 10 0,7 9,5 0,9 30 1,22 3,3 440

FKuR-22/74302 20 0,9 9,1 0,9 38 1,23 2,1 461

FKuR-22/74303 30 1,4 8,4 0,9 44 1,24 1,9 522


NR/SBR-Feinstmehl hellEPDM-Moosgummis FKuR-22/74... in Abhängigkeit vom Gehalt an

MischungAnteil


?M in dNm

t90 in min

ML(1+4) 100°C

? in g/cm3

sR in

N/mm2 Dehnung

in %

FKuR-30/66320 0 0,8 15,2 0,6 22 1,35 2,5 251

FKuR-30/66321 10 1,1 14,5 0,7 24 1,33 2,8 223

FKuR-30/66322 20 1,2 13,8 0,8 26 1,32 2,3 242

FKuR-30/66323 30 1,4 12,9 1,0 29 1,30 2,2 235


EPDM-Feinstmehl dunkelIR/SBR-Moosgummis FKuR-30/66... in Abhängigkeit vom Gehalt an


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Rheo-Daten mit einem MDR-Gerät bei 200°C, die Dichte an der unvulkanisierten Mischung und s R sowie Deh-nung an Probevulkanisat 6min/170°C ermittelt. Es ist zu beachten, daß das Probevulkanisat wegen seiner Her-stellweise mit einem Extrusionsartikel nicht zu vergleichen ist!

Bezogen auf die „Unverträglichkeit“ NR/SBR-EPDM fällt auf, dass offenbar die NR/SBR-Mischung den Zusatz wesentlich besser verträgt als umgekehrt, da sR und Dehnung keinen gravierenden Änderungen unterliegen. Weitere Versuche ergeben Aufschluß darüber, ob die Unverträglichkeit EPDM-NR/SBR-Mehl durch Änderung des Vernetzungstyps der EPDM-Mischung zumindest in gewissen Grenzen in den Griff zu bekommen ist. (siehe Tabelle) Dies unter zwei Aspekten, nämlich einmal die Problemstellung als solche und einmal im Hinblick auf die Problematik von Crosskontamina-tion bei Sammlung der Gummiabfälle. Hinter dem Wechsel des Vernetzungssystems von Schwefel- auf Peroxidvulkani-sation steht außerdem die Überlegung, mit Peroxidsystemen eine Art Einvernetzung des schwefelvulkanisierten Feinstmehls erreichen zu können. Rheo-Daten mit einem MDR-Gerät bei 200°C, die Dichte an der unvulkanisierten Mischung und s R so-wie Deh-nung an Probevulkanisat 6min/170°C ermittelt. Es ist zu beachten, daß das Probevulkanisat wegen seiner Her-stellweise mit einem Extrusionsartikel nicht zu vergleichen ist!

Die Ergebnisse scheinen nicht vollkommen schlüssig (werden aber in dieser Form mehrfach in diesem System bestätigt), zeigen aber dennoch an, daß die Idee der Einvernetzung ihre Berechtigung insoweit hat, als Dehnung und Festigkeit gegenüber den bisherigen Messun-gen durch den Zusatz an Mehl insgesamt eher eine Verbesserung denn eine Verschlechte-rung erwarten lassen.

MischungAnteil


?M in dNm

t90 in min

ML(1+4) 100°C

? in g/cm3

sR in

N/mm2 Dehnung

in %

FKuR-42/22530 0 1,9 8,8 0,7 38 1,23 3,5 251

FKuR-42/22531 10 2,1 8,3 0,7 44 1,24 5,3 388

FKuR-42/22532 20 2,3 8,1 0,6 51 1,26 5,0 363

FKuR-42/22533 30 2,6 7,5 0,5 60 1,28 4,5 352

Technische Eigenschaften eines dunkel gefüllten, "hart" eingestellten pox-

Gehalt an NR/SBR-Feinstmehl hellvernetzten EPDM-Moosgummis FKuR-42/22... in Abhängigkeit vom


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Demgegenüber wirkt sich der Anstieg der Viskosität in dem hier geprüften System sehr nega-tiv aus, weil der Compound mit zunehmendem Mehlgehalt signifikant ansteigende Scorch-Neigung aufweist und sich die Verarbeitungsfähigkeit wesentlich destabilisiert. Aus diesem Grund werden die weiter resultierenden Überlegungen (peroxidvernetzter EPDM mit schwe-felvernetztem, schwarz eingefärbtem NR/SBR-Mehl oder mit schwefelvernetztem EPDM-Mehl), um gezielt der Optimierung des Systems näher zu kommen (wegen der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften), nicht weiter verfolgt. Diese Ideen bieten sich dennoch für ergänzende intensivierte Überprüfungen an. Die Laborherstellung/-untersuchung typischer Moosmischungen ohne/mit Feinstmehleinsatz wird mit dem summarischen Resultat abgeschlossen, dass die Herstellung bis auf niedrigvis-kose Mischungen problemlos bis zu 30% Feinstmehlanteil durchführbar ist. Die Tests lassen jedoch (wegen der Viskositätssteigerung mit zunehmendem Mehlanteil) den Bereich von 5-20% je nach Mischungstyp als sinnvolle Eingrenzung vermuten.

Produktionsversuche Naturgemäß bereiten Laboruntersuchungen den Scale-Up vor, der dazu dient festzustellen, ob der gewünschte Prozess auch unter echten Produktionsbedingungen realisierbar ist. Ne-ben dem Ziel, zu prüfen, inwieweit sich die im Labor gewonnenen Erfahrungen im Produkti-onsmischer wiederfinden lassen, geht es hauptsächlich in der auf der Produzierbarkeit solcher Feinstmehlmischungen aufbauenden Folgestufe (II-2) um die Evaluierung des Extru-sionsprozesses. Im Hinblick auf die Fertigung der Mischungen werden die erforderlichen Produktionsrezepte (Verwiege-/Knet/-Walzvorschriften) inklusive der Maschinensteuerung (Schrittprogramme für den automatischen Ablauf) erstellt, getestet und anhand der Mischergebnisse rekursiv opti-miert. Da die Güte von extrudierten und freigeheizten Profilen (abgesehen von konstanten Maschinenparametern) zum überwiegenden Teil vom konstanten Fließverhalten der einge-setzten Mischung abhängt, welches durch die Einarbeitung von Feinstmehl erwiesenerma-ßen deutliche Änderungen erfährt, sind an dieser Stelle die interessantesten Resultate zu erwarten. Zudem kommt dem Feinstkorn im parallel ablaufenden Treibprozeß vermutlich die Rolle eines zusätzlichen, die Zellbildung initiierenden Keims zu, so dass dieser Aspekt eben-falls zu berücksichtigen ist.


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Die ersten, orient ierenden Mischversuche im Produktionsmaßstab mit sehr niedrig-viskosen EPDM-Mischungen bestätigen die Laborerfahrungen, d.h. auch hier ist die einwandfreie Ein-arbeitung des Feinstmehls nur mit erhöhtem Aufwand zu erzielen. Die Weiterverfolgung die-ser „Schiene“ würde im Endeffekt zu völlig unwirtschaftlichem Mischaufwand in der Produktion führen, was sicherlich nicht das Ziel sein kann. Diese Schiene wird deswegen abgebrochen. Die Fortsetzung der Untersuchung erfolgt an (den Laborprüfungen entsprechend) geeignete-ren Materialien, jedoch wegen der Viskositätsänderungen nur im Konzentrationsbereich von 0-20 % Feinstmehlanteil. In der folgenden Diagrammübersicht ist eine Gegenüberstellung typischer Daten aus paralle-len Labor- und Produktionsversuchen (letztere nach der Optimierungsphase) aufgenommen. Mit steigendem Anteil Feinstmehl nimmt die scheinbare Vernetzungsdichte ab, die Viskosität der Mischungen zu, während Festigkeit und Dehnung in gewissen Grenzen schwanken, aber keine signifikanten Trends als Funktion des Mehlanteils erkennen lassen. In den nachstehenden Darstellungen ist ein Vergleich von Extrusionsergebnissen zu den Gummisortentypen 6 (FKuR-30/61...) und 8 (FKuR-30/68...) vorgestellt. Die Gummisorten

48,0

50,052,0

54,056,0

58,0

0 5 10 20

Anteil Feinstmehl in %

Del

ta M

in d

Nm

Labor

Produktion

05

1015202530

0 5 10 20


ML

(1+4

) 10

0°C

Labor

Produktion

2,4

2,62,8

3,03,2

3,4

0 5 10 20


Sig

ma

R in

N/m

m²

Labor

Produktion

220

230240

250260

270

0 5 10 20


Deh

nung

in %

Labor

Produktion


NR/SBR-Feinstmehl hell - Vergleich Labor mit ProduktionIR/SBR-Moosgummis FKuR-30/68... in Abhängigkeit vom Gehalt an


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unterscheiden sich vorrangig in der Einstellung des Treibverhaltens, bei relativ ähnlichem Rezeptaufbau. Dieser Unterschied macht sich bestimmungsgemäß in allen angegebenen Eigenschaften (Dichte, Metergewicht, Stauchwert, DVR) bemerkbar. Der Einfluß des Gehalts an Feinstmehl mutet ziemlich unscheinbar an. Genau genommen tauchen signifikante Trends in die eine oder andere Richtung nicht auf. Vielleicht lassen sich aber dennoch die Änderungen in den Stauchwerten (abfallend = härter) und im DVR (ansteigend = schlechte-res Rückstellvermögen) jeweils mit zunehmendem Mehlanteil als Auswirkung interpretieren. Als Ursache müßte einmal der Mehlanteil als Einflußgröße auf die Mischungsviskosität und einmal als Einflußgröße für die Zellbildung betrachtet werden. Letzteres wäre allerdings im Hinblick auf den Trend des Druckverformungsrestes, der bei Moosgummi eng mit dem vor-wiegend gebildeten Zellentypus zusammenhängt, in eine mehr unerwartete Richtung ge-schehen.

* 7mm Durchmesser - gefertigt unter Standardproduktionsbedingungen Hierzu ist erklärend anzumerken, dass Moosgummi aus der Extrusionsfertigung immer ge-mischtzellig mit weitgehend geschlossener Außenhaut des Profils aufgebaut ist. Es treten sowohl offene als auch geschlossene Zellen auf. Bei überwiegendem Anteil offener Zellen wird der Druckverformungsrest kleiner, da der für die Rückstellung erforderliche Gasaus-

Basisdaten extrudierter Rundschnüre* in Abhängigkeit vom Gehalt anNR/SBR-Feinstmehl hell - Vergleich IR/SBR-Moosgummisorten

unterschiedlicher Dichteeinstellung

0,000,200,40

0,600,801,00

0 5 10 20


Dichteing/cm³

FKuR-30/61...

FKuR-30/68...

0

10

20

30

40

0 5 10 20


Metergewichting

FKuR-30/61...

FKuR-30/68...

0102030405060

0 5 10 20Anteil Feinstmehl in%

Stauchwertin%

FKuR-30/61...

FKuR-30/68...

0

10

20

30

40

0 5 10 20Anteil Feinstmehl in%

DVRin%

FKuR-30/61...

FKuR-30/68...


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tausch wesentlich schneller eintreten kann als bei einer geschlossenen Zellmembran. Das Rückstellvermögen wird bei diesem Gummiprodukt also nicht durch Vernetzungsdichte des Polymers oder Formfaktoren alleine bestimmt! Man hätte an dieser Stelle erwarten können, daß die Mehlpartikel nicht nur als zusätzliche Keimbildner für die Entstehung der Zellen son-dern auch als Fehlstellen in der Membran fungieren und deswegen offenzellige Strukturen bevorzugt entstehen lassen. Sollte dies nicht der Fall sein, läßt der Effekt „schlechterer DVR“ mithin den Schluß auf einwandfreie Einbindung der Partikel in die Moosstruktur zu. Bei den hier gefertigten Extrusionsartikeln ist weiterhin der erwartete Einfluß der Mehlpartikel auf das Aussehen der Oberfläche des Profils zu beobachten. Mit zunehmendem Gehalt an Feinstmehl nimmt auch die Oberflächenrauhigkeit zu. Dies visuell und haptisch beurteilt. Der Oberflächenglanz, über den man Änderungen z.B. messtechnisch verfolgen könnte, spielt für die Leeser-Artikel eine völlig untergeordnete Rolle und wird deswegen bei uns nicht mit Messgeräten untersucht. Inwieweit die getroffenen Feststellungen zu verallgemeinern sind, wird für das gesamte Spektrum der Gummisorten des Testprogramms untersucht. Eine kompakte Zusammenfas-sung der zugehörigen Daten ergibt sich aus nachfolgender Tabelle. Die Tests erfolgen in al-len Fällen für denselben Artikel, um in diesem Punkt eine bessere Vergleichbarkeit gewährleisten zu können.


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Mischung Abfall-kategorie

Anteil Feinstmehl

in %? in g/cm3 Metergewicht in

gStauchwert in

%DVR-Wert in

%

0 0,58 29 57 1510 0,56 28 58 1320 0,60 30 55 180 0,77 39 41 34

10 0,78 40 40 3520 0,79 40 38 370 0,54 27 61 29

10 0,55 28 62 3320 0,55 28 59 370 0,42 20 63 22

10 0,44 21 60 2820 0,44 22 61 260 0,47 24 55 29

10 0,49 24 52 3420 0,50 25 51 320 0,62 30 54 24

10 0,61 32 52 2720 0,64 33 51 310 0,74 37 41 29

10 0,77 39 38 3220 0,78 39 37 350 0,82 41 35 33

10 0,79 39 37 3420 0,82 40 33 370 0,43 21 62 45

10 0,44 22 59 4720 0,46 24 58 51

3

* 8mm Durchmesser - gefertigt unter Standardproduktionsbedingungen

FKuR-42/229..

Vergleich der untersuchten Moosgummisortenentsprechendem Feinstmehl

Basisdaten extrudierter Rundschnüre* in Abhängigkeit vom Gehalt an

1

FKuR-30/689..

1

2

3

3

1

1

FKuR-22/749..

1FKuR-30/619..

FKuR-30/669..

FKuR-20/619..

FKuR-20/689..

FKuR-22/619..

FKuR-22/739..

Die Werkzeuge müssen jedoch wegen der unterschiedlichen Treibgradeinstellungen ange-paßt ausgewählt werden, obwohl die Unterschiede als eher unwesentlich zu betrachten sind. Die sonstigen Fertigungsparameter entsprechen weitestgehend den Standardbedingungen der Serienproduktion. Hinsichtlich einer Trenduntersuchung ist die tabellarische Form etwas unübersichtlich. Aus diesem Grund sind nachfolgend die Stauchwerte und die Druckverformungsreste noch ein-mal grafisch dargestellt. Im Vergleich zu den vorherigen Über sichten sind die Effekte ähn-lich, wenn auch in Abhängigkeit von der untersuchten Gummisorte in jeweils anderer


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Schwankungsbreite und Ausprägung der Änderung der jeweiligen Eigenschaft. Bei allen Gummisorten ergibt sich in etwa der Trend, dass mit zunehmendem Mehlgehalt die Dichte geringfügig und damit das Gewicht zunimmt, die Härte und der DVR ebenfalls weitgehend entsprechend ansteigen.

Im Hinblick auf die Qualität der Oberfläche zeigt sich bei visueller Bewertung eine Ver-schlechterung mit der Zunahme des Mehlanteils. Diese Änderung der Oberflächencharakte-ristik bzw. ihre mehr subjektive Einstufung ist jedoch offenbar mit abhängig vom Treibgrad der extrudierten Rundschnüre und damit gleichzeitig von der Ausgangsqualität. Bei den Ma-terialien niedrigerer Dichte, die nach unseren Fertigungsverfahren per se schon eine unruhi-gere Oberflächenoptik besitzen, fällt die Verschlechterung deutlich weniger ins Auge und ist zumindest teilweise kaschiert. Je höher die Dichte und je „glatter“ die Oberfläche im Aus-

Vergleich der untersuchten Moosgummisortenentsprechendem Feinstmehl

Basisdaten extrudierter Rundschnüre in Abhängigkeit vom Gehalt an

0

10

20

30

40

50

60

70

FKuR-20/619..

FKuR-20/689..

FKuR-22/619..

FKuR-22/739..

FKuR-22/749..

FKuR-30/619..

FKuR-30/669..

FKuR-30/689..

FKuR-42/229..

Stauchwertin%

0 % Feinstmehl

10 % Feinstmehl

20 % Feinstmehl

0

10

20

30

40

50

60

FKuR-20/619..

FKuR-20/689..

FKuR-22/619..

FKuR-22/739..

FKuR-22/749..

FKuR-30/619..

FKuR-30/669..

FKuR-30/689..

FKuR-42/229..

DVRin%

0 % Feinstmehl

10 % Feinstmehl

20 % Feinstmehl


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gangszustand (= 0 % Mehl) ausfällt, desto auffälliger wird der Effekt (auch schon bei gerin-gem Feinstmehlzusatz). Insgesamt sind diese Effekte aber auch im Grunde genommen er-wartet worden und lassen sich hier bestätigen. Ein weiterer Effekt bestand darin, dass der Durchmesser der Profile mit ansteigendem Feinstmehlgehalt bei konstanten Fertigungsparametern geringfügig abnahm, in den hier un-tersuchten Fertigungen aber in den meisten Fällen innerhalb unserer zulässigen Maßtoleran-zen blieb. Die Ursache dafür liegt in der Viskositätserhöhung der Mischungen durch die Mehlzugabe. Genau genommen kommt man, sofern die Maß-haltigkeit von Profilen eng tole-riert ist, deswegen nicht an einer Anpassung der Fertigungsparameter (das allerdings nur in gewissen Grenzen) oder besser an einer geeigneteren Auslegung der Extrusionswerkzeuge vorbei. Letzteres ist auch Gegenstand der nachfolgend zusammengefaßten Untersuchungen gemäß Arbeitsplan Stufe II-2. Im Prinzip sind die Maßnahmen, die zur Optimierung eines Extrusionswerkzeuges ergriffen werden können (z. B. Ausgleich der Massedruckerhöhung am Mundstück wegen erhöhter Viskosität einer Mischung durch Anpassung der Düsengeometrie), bekannt und können an dieser Stelle natürlich vorteilhaft eingesetzt werden. Auf der anderen Seite interessiert uns in diesem Zusammenhang wesentlich mehr die Antwort auf die Frage, ob derartige bzw. ähn-lich gelagerte Maßnahmen ebenfalls gestatten, die Oberflächengüte positiv, sprich in Rich-tung glattere Oberfläche, zu beeinflussen. Kann es also gelingen, durch geeignete Düsengeometrie eine Ausrichtung der Teilchen in Fließrichtung des Materials so zu errei-chen, dass die Teilchen „unauffälliger“ in die Matrix eingebettet werden? In der praktischen Ausführung wäre dies naturgemäß dann am einfachsten, wenn die Feinstmehlpartikel eine faserartige Struktur aufwiesen und sich deshalb besser orientieren ließen. Dies ist bedauerli-cherweise nicht der Fall. Die optische Prüfung der uns gelieferten Feinstmehle zeigte, dass die Mehlpartikel hauptsächlich unregelmäßige, manchmal angenähert kugelförmige Gestalt mit ebenfalls völlig unregelmäßiger Oberflächenstruktur besitzen, gleichgültig welche Abfall-kategorie als Ausgangsbasis diente.


Seite 49 von 133

Der folgenden Zeichnung ist der erste Ansatz dieser Optimierungstests zu entnehmen.

Das Werkzeug besteht aus einer einfachen Scheibe mit drei zentrosymmetrisch (120°-Winkel) angeordneten Aufnahmen für unterschiedliche Kavitäteneinsätze in den ebenfalls eingezeichneten Ausführungen: einfache Bohrung ohne weitere Besonderheiten, mit Radius, mit Kegelansatz von 10° und 5°, sowie mit einem Bund jeweils an der Materialeintrittsseite des Werkzeugs (Schneckenseite des Extruders). Obwohl letztere Form bezüglich des To-traums nicht besonders vorteilhaft erscheint, ist aus der Strömungstechnik bekannt, dass eine solche Konstruktion den Strömungswiderstand durchaus reduzieren kann. Bei den an-deren Modellgeometrien ist aus sich heraus die vermutete Wirkungsweise verständlich. Das Werkzeug wird mit verschiedenen Gummimischungen, mit und ohne Feinstmehlzusatz, unter Variation der Einsätze als komplettem Satz oder im direkten Vergleich drei verschiede-ner Einsätze (um den Einfluß auf die Oberfläche besser herauszuarbeiten) unter seriennahen Maschineneinstellungen ausgeprüft.

Zeichnung 1: Werkzeugmodell für Oberflächenoptimierung

Sta

nd

ard

mit R

ad

ius

mit B

un

d

5° S

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un

g

10

° S

teig

un

g


Seite 50 von 133

In der nachfolgenden Tabelle sind an Beispieldaten aus den ersten Tests mit einer Stan-dardmoosrezeptur ohne Feinstmehl die Auswirkungen der Werkzeuggeometrie demonstriert. Die zunächst einzige, deutlich erkennbar variierende Größe ist der Massedruck. Offenbar sind die Werkzeugauslegungen mit Kegelanschnitt der Düse günstiger als die anderen Aus-führungen, da in beiden Fällen der Druck um ca. 10 % reduziert wird. Dementsprechend (wenn auch nicht ganz so offensichtlich) ändern sich die Profilgewichte und die Dichte, wäh-rend alle anderen Eigenschaften unverändert bleiben. Die Tatsache, dass der Durchmesser der Rundschnur unverändert bleibt, überrascht etwas und kann nicht erklärt werden.

Gum

mis

orte

Wer

kzeu

g-au

sleg

ung

Mas

sedr

uck

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Pro

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m

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3

Sta

uchw

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n %

DV

R -

Wer

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%

Obe

rflä

che

(Ken

nz. 1

-5)

Referenzversuche mit einem hell gefüllten, "weich" eingestellten

Eigenschaftsprofil in Abhängigkeit von der Werkzeugauslegung

NR/SBR-Moosgummi ohne Feinstmehlanteil

26,5 0,49 62 16 18,3

bei konstanter Extruderdrehzahl

8,3

28,0

27,8

26,7

26,8

8,3

8,3

8,3

1

0,49 63 13 1

0,50 62 19

0,51 61 14 1

0,52 61 14 1

FK

UR

-20/

619.

..

118

117

103

108

117

mit Radius

10° Steigung

5° Steigung

mit Bund

Standard


Seite 51 von 133

Die Tests werden mit verschiedenen Rezepturen und unterschiedlichen Fertigungsparame-tern weitergeführt. In allen Fällen wird der Kegelanschnitt in der Kavität als günstigste Gestal-tung im Hinblick auf den Druckverlauf verifiziert. Siehe hierzu die Aufstellung in der folgenden Tabelle. Zur Verdeutlichung des wesentlichsten Resultats ist eine grafische Darstellung des Massedrucks als Funktion der Düsenform und des Mehlgehalts ergänzend angefügt. Massedruck in Abhängigkeit von Düsengeometrie und

Gum

mis

orte

Wer

kzeu

g-au

sleg

ung

Mas

sedr

uck

in b

ar

Pro

filge

-wic

ht

in g

/m

Pro

fildu

rch-

mes

ser

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m

Dic

hte

in

g/cm

3

Sta

uchw

ert i

n %

DV

R -

Wer

t in

%

Obe

rflä

che

(Ken

nz. 1

-5)

Extrusionsversuche mit einem hell gefüllten, "weich" eingestelltenEPDM-Moosgummi bei konstanter Extruderdrehzahl

Eigenschaftsprofil in Abhängigkeit der Werkzeugauslegung und Feinstmehlanteil

0,71 57 37 4

FK

UR

-22/

6196

...

20 %

Fei

nstm

ehl 126 24,0 6,5

7 0,70 48 47

4

51 36 4

5

0,71 50 45

125 26,3 6,7 0,73

52 42 3

118 26,3

115 27,6 6,9 0,72

6,8

124 27,5

7,6

8,1

7,9

8,0

26,9 8,1

26,5

27,4

FK

UR

-22/

6196

...

0

% F

eins

tmeh

l

117

114

103

106

116

0,57 60 36 3

0,54 60 29 2

0,53 61 33 2

2

0,54 62 29 2

0,54 61 32

26,3

27,2

FK

UR

-22/

6196

...

10

% F

eins

tmeh

l 122 23,9

112 26,3

121 27,6

109

6,7 0,66 56 30

27,5 7,1

0,68 53 41

3

0,68 54 37 3

3

120 26,3 6,9

7,0

47,2 0,68 49 45

0,70 52 32 4

mit Radius

10° Steigung

5° Steigung

mit Bund

Standard

mit Radius

10° Steigung

5° Steigung

mit Bund

Standard

mit Radius

10° Steigung

5° Steigung

mit Bund

Standard


Seite 52 von 133

und Feinstmehlgehalt

Die Abhängigkeiten des Druckverlaufs am Werkzeug sind so einwandfrei nachvollziehbar. Bei Betrachtung der anderen überwachten Eigenschaften sind die Verhältnisse leider nicht so eindeutig und aussagefähig. Diese Feststellung bezieht sich speziell auf Durchmesser und Profilgewicht (also letztlich den Massedurchsatz bei konstanter Drehzahl des Extruders). Man kann aber zumindest eindeutig ableiten, dass die Einarbeitung des Feinstmehls eine Anpassung des Durchmessers der Kavitäten erfordert, um denselben Durchmesser der Rundschnur zu erzielen, womit eine der Fragestellungen der Arbeitsstufe beantwortet wäre. Parallel zu dieser Anpassung des Werkzeugs kann, das lehren zum einen unsere Erfahrun-gen auf diesem Sektor und zum anderen Kontrollversuche, die in diesem Kontext punktuell durchgeführt werden, eine Angleichung über die Maschineneinstellung und über die Einstel-lung des Treibgrades der Mischung erfolgen. Die letztere Anpassung ist allerdings als „Fein-justierung“ mit dem meisten Aufwand verbunden, da das Zusammenspiel der verschiedenen Einflussgrößen bekanntermaßen komplex ist. In punkto Stauchhärte lässt sich die schon bekannte Abhängigkeit erkennen, nämlich die Zu-nahme der Härte bzw. die Verschlechterung des DVR mit der Feinstmehlkonzentration. Be-züglich der erhofften Auswirkungen der Werkzeuggeometrie auf die Ausbildung der

95

100

105

110

115

120

125

130

Mas

sedr

uck

in b

ar

FKUR-22/6196... 0 % Feinstmehl



mit Radius 0.5 10° Steigung 5° Steigung mit Bund Standard


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Oberfläche wird ein eher negativ einzustufendes Resultat erreicht. Die Kennzahlen der tabel-larischen Übersicht zeigen zwar die Abnahme der Oberflächenqualität mit steigendem Mehl-anteil, aber eine Differenzierung zwischen den verschiedenen Mundstückausführungen hinsichtlich besser oder schlechter ist selbst in Direkt-vergleichen (verschiedene Einsätze in der Trägerplatte) kaum möglich. Das „beste“ Ergebnis ist am ehesten wieder für die „ent-schärften“ Mundstückausführungen (sprich Radius und Kegelanschnitt schneckenseitig) zu „erahnen“. Aufgrund von Extrusionstests mit einem EPDM-Mehltyp (Abfallkategorie 3) im Korn-größenbereich 0,1 bis 0,3 mm, in dem Rundprofile mit verschiedenen Durchmessern gefertigt werden sollten, erhielten wir allerdings das (wenigstens bei der ersten Betrachtung) überra-schende Resultat, dass die Oberflächenqualität trotz des Mehlgehalts bei größerem Durch-messer erkennbar besser als bei kleinem Querschnitt ausfiel. Weitere Daten hierzu ergeben sich aus nachfolgenden Tabelle. Der Einfluß des Profildurchmessers ist aus unserer Sicht signifikant. Stichprobentests mit anderen Geometrien der Düse stützen dieses Ergebnis, können aber mangels Zeit nicht mit ausreichender Intensität weiterverfolgt werden. Hier er-

Gum

mis

orte

Wer

kzeu

g-au

sleg

ung

Pro

filge

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ht

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/m

Pro

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rch-

mes

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Dic

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g/cm

3

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n %

DV

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%

Obe

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che

(Ken

nz. 1

-5)

FK

UR

-22/

7497

...

0

% M

ehl

FK

UR

-22/

7497

...

10

% M

ehl

Extrusionsversuche mit einem rußgefüllten, "hart" eingestellten

6 4 0,46 65

20 7 0,52 58

10 0,62 43

7 0,58 53

55

2

33 2

30

5

43 10 0,55 48

4 0,48 63

35 3

und Mehlanteil

22 7 0,55

39 2

7 31

EPDM-MoosgummiEigenschaftsprofil in Abhängigkeit von der Werkzeugauslegung

10

4

0,59

0,51

45

62

37

33

FK

UR

-22/

7497

...

20

% M

ehl

47

7

23

49

38

42

2-3

5

3-4

3

Standard

Standard

Standard

Standard

Standard

Standard

Standard

Standard

Standard


Seite 54 von 133

gibt sich ein Ansatzpunkt für die Optimierung, der künftig nicht vernachlässigt werden darf. Insbesondere stellt sich in diesem Zusammenhang zum wiederholten Male die Frage, welche Rolle die Kornstruktur des Mehls spielt, die bei dem "Grobmehl" anders als bei dem Feinst-mehl aussieht. Es werden kaum kugelförmige Partikel festgestellt. Auch ist der Effekt mit Feinstmehl bei weitem nicht so deutlich, wobei auch hier nur punktuell überprüft wird. Eine mögliche Erklärung für den gefundenen Optimierungseffekt besteht darin, dass die Kornstruktur der gröberen Partikel eine bessere Ausrichtung beim Durchfluss durch die Düse zuläßt. Eine weitere Deutungsmöglichkeit besteht in einer rein geometrischen Betrachtung. Mit zunehmendem Durchmesser der Rundschnur nimmt die Krümmung der Oberfläche deut-lich ab. Dementsprechend haben größere Gummipartikel, sofern der Krümmungsradius im Vergleich zur Partikelgröße ausreichend groß (die Krümmung also klein) wird, eher die Chance, in der Oberfläche "inkorporiert" zu bleiben. Vermutlich haben beide Interpretationen gleichzeitig ihre Berechtigung. Dies würde zusätz-lich im Ansatz auch erklären, warum der Effekt beim Feinstmehl keineswegs so überra-schend deutlich herauszuarbeiten war. Zur weiteren Klärung des aufgezeigten Phänomens werden Extrusionstests in der Produktion mit anderen Profilquerschnitten durchgeführt. So auf der einen Seite mit Rechtkantprofilen unter Berücksichtigung spezieller Werkzeuggeometrien, auf der anderen mit Standardprofilen komplexeren Querschnitts. Beide Ansätze erfolgen unter dem oben diskutierten Aspekt, dass die Krümmung der Profiloberfläche die Einlagerung der Mehlkörnchen in Richtung Oberflä-chenverbesserung oder in Richtung Oberflächenverschlechterung bewirken soll. Aus diesem Grund müssen nach unseren Vorüberlegungen Profile mit scharfen Kanten, wie sie etwa bei rechteckigem Querschnitt mit Kantenradius nahe „0“ oder Klemmprofilen mit Hinterschnitten auftreten, eine passende Ausgangsbasis sein. In Anlehnung an die in Zeichnung 1 gezeigte Konstruktion werden deswegen Grundplatten mit folgenden Einsätzen angefertigt: Rechteckquerschnitt stumpf, Rechteckquerschnitt mit Kegelstumpfanschnitt und einen angesenkten Rechteckquerschnitt, wobei die Ansenkung in etwa als Venturi-Trichter ausgelegt ist. Zeichnung 2 zeigt diese Auslegung in schematisierter Form.


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Zur besseren Veranschaulichung seien in Zeichnung 3 als typische Beispiele für die ange-sprochenen Kavitäten 3D-Ansichten vorgestellt.

Der Druckverlauf am Werkzeug entspricht nicht ganz unseren theoretischen Vorüberlegun-gen, da wir davon ausgehen, mit dem "Venturi-Trichter" zumindest die fließtechnisch güns-tigste Auslegung zu haben. Die praktischen Versuche zeigen allerdings, dass die „stumpfe“ Kavität erwartet ungünstiger liegt als die beiden anderen, während der Kegel im Vergleich zum Venturi besser abschneidet. In folgendem Diagramm ist dieser Zustand grafisch für einen repräsentativen Versuch darge-stellt.

G 1R

G2 G3

Zeichnung 2: Schema Rechtkantwerkzeug für Oberflächenoptimierung

Zeichnung 3: 3D-Modellansichten Rechtkantwerkzeug für Oberflächenoptimierung


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Massedruck in Abhängigkeit von Düsengeometrie und und Feinstmehlgehalt

Die Ursache für das von der angenommenen Theorie abweichende Resultat kann bisher nicht definitiv geklärt werden. Es ist jedoch zu vermuten, dass mehrere Punkte eine Rolle spielen, nämlich die Oberflächenausführung (Rauhtiefe/Politur) des Trichters und sein exakt mit der Achse des Rechtkantausbruchs fluchtender Sitz. Beides ist bei der Fertigung eines derartigen „Idealwerkzeuges“ mit den uns zur Verfügung stehenden Methoden nicht reprodu-zierbar zu gewährleisten und könnte demnach zu den Abweichungen geführt haben. Wie der Überblick in folgender Tabelle zeigt, ergeben sich hinsichtlich der anderen Eigen-schaften keine grundsätzlich neuen Erkenntnisse.

70

75

80

85

90

95

100

105

Mas

sedr

uck

in b

ar





Seite 57 von 133

Eine Betrachtung bezogen auf die Oberflächenqualität führt zu dem Ergebnis, daß das Feinstmehl ganz klar eine Verschlechterung verursacht, die allerdings mehr haptisch denn optisch (im Vergleich zu unseren üblichen Standards) ins Gewicht fällt. Außerdem ist die Verschlechterung hier insgesamt nicht in dem Maße eingetreten, wie bei anderen Tests. Auf-fällig ist insbesondere auch: Die Kantensauberkeit bleibt gegenüber der Referenz nahezu unverändert, was nach den Überlegungen zu dem Krümmungsradius (siehe oben) eines Pro-fils in dieser Form zunächst nicht zu erwarten war. Zum Thema Kantensauberkeit ist in Zeichnung 4 noch ein weiteres Versuchsbeispiel vorge-stellt, mit dem geprüft werden sollte, wie sich eine scharfkantige Düse auf die Kantenausbil-dung von „Mehlmischungen“ auswirkt.

Gum

mis

orte

Wer

kzeu

g-au

sleg

ung

Mas

sedr

uck

in b

ar

Pro

filge

wic

ht

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Pro

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m

Dic

hte

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g/cm

3

Sta

uchw

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n %

DV

R -

Wer

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%

Obe

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che

(Ken

nz. 1

-5)

90

80

84

95

59

2-3

0,50 7 64 2-3

2-3

7,1x6,1 0,49 7

87,0x6,1

21

85 21

82 21

8 58 2

2

FK

UR

-22

/749

7...

10 %

F

eins

tmeh

l

0,53 7 53

0,50 8 44

67

6,9x6,1

0,49

FK

UR

-22

/749

7...

0 %

F

eins

tmeh

l 21

20

20

3

92 22

87 22 6,9x6,0 0,53

7,1x6,0 3

6

0,52 6 65

101 21 7,0x6,0 0,50 7 77

69

FK

UR

-22

/749

7...

20

%

Fei

nstm

ehl 3

Extrusionsversuche mit einem rußgefüllten, "hart" eingestelltenEPDM-Moosgummi bei konstanter Extruderdrehzahl

Eigenschaftsprofil in Abhängigkeit der Werkzeugauslegung und Feinstmehlanteil

6,8x5,8

6,7x6,0

6,8x5,9

2

0,51


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Sämtliche Versuche, an solchen Kanten echte Unsauberkeiten (Risse u.ä.)mit Feinstmehl enthaltenden Mischungen zu erzielen, schlagen fehl. Damit zeichnet sich hier offenes Unter-suchungspotential ab, um dieses Phänomen näher zu beleuchten, obwohl eine simple Deu-tung des Resultats existiert: Möglicherweise führt die Ausbildung einer scharfen Kante in der Kavität lediglich dazu, dass der Gummipartikel wegen seiner Größe beim Durchfluss an der Kante zurückgehalten und in den Profilstrang zurückgedrückt wird. Am Ende des Projekts fehlte die erforderliche Zeit, dies genauer zu überprüfen. Alles in allem muss man hinsichtlich der Gesamtbewertung dieser Optimierungstests konsta-tieren, dass eine signifikante Verbesserung der Oberfläche mit den eingesetzten Mitteln nicht gelungen ist. Material 16, EPDM 70 ShA Mischungsherstellung – Labor, Produktion Das Feinstmehl wird in eine Standard-EPDM-Extrusionsmischung (70 ShA) in Anteilen von jeweils 10 % und 20 % eingesetzt. Dazu werden über eine Compoundierungssoftware ent-sprechende Rezepturen erzeugt. Die Mischungen werden in einem 3l-Laborkneter unter Verwendung der Standardmischvorschrift hergestellt, wobei die Gummimehle wie ein Füll-stoff behandelt werden. Die hergestellten Mischungen werden im Rohzustand auf ihre rheologischen Eigenschaften hin untersucht. Dabei ergeben sich sprunghafte Veränderungen in der Mischungsviskosität (Mooney-Viskosität) und dementsprechend bei der Prüfung der Fließeigenschaften mit einem Kapillarrheometer; auch auf die Vulkanisationsgeschwindigkeit hat der Zusatz von EPDM-Feinstmehl im Vorversuch erheblichen Einfluß. All diese Veränderungen haben Auswirkun-gen auf die Verarbeitbarkeit von Mischungen in der Profilproduktion mit dem UHF-Kanal.

Zeichnung 4: Querschnittansicht Kantenwerkzeug für Oberflächenoptimierung


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Die mechanischen bzw. physikalischen Eigenschaften der mit EPDM-Feinstmehl modifizier-ten Mischungen ergeben ein positives Bild; d.h. das Niveau der Vergleichsmischung wird weitgehend erreicht. Nur bei 20%iger Zugabe zeigen sich gewisse Anzeichen einer Ver-schlechterung der elastischen Eigenschaften.

0

20

40

60

80

100

120

140

Mo

on

ey -

Vis

kosi

tät

[ME

]

ohne 10% 20%

Sprunghafter Anstieg der Mooney-Viskosität

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Rh

eom

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volu

m

en [

mm

3 ]

ohne 10% 20%

Abfall des Rheometervolumens

Diese Vorversuche ließen auf unstetige Änderungen in der Rezeption des Gummifeinstmeh-les durch die Kautschukmatrix schließen. Sprunghafte Anstiege der Rohmischungsviskosität durch Zugabe von Feinstmehl mußten deshalb sorgfältig lokalisiert werden, um den Bereich zu erkennen, in dem das Regenerat als unkritischer (d.h. inerter) Füllstoff verwendet werden kann.


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Feinabstufung der Regeneratmenge In der folgenden Versuchsreihe werden der Vergleichsmischung relativ geringe Anteile Gummifeinstmehl (1 % - 5 % entsprechend 5, 10, 15, 20 phr) zugesetzt. Die Herstellung der Feinstmehlmischungen sowie der Vergleichs- bzw. Basismischung, einer 70 Shore A Extrusionsmischung mit großer Einsatzbreite, erfolgt analog den Vorversuchen am Laborkneter, wobei die Gummimehle wie Füllstoffe behandelt werden. Jede Mischung wird 5 x hergestellt; die angegebenen Daten sind Mittelwerte. Physikalische Eigenschaften

Anteil Regenerat [phr] 0 5 10 15 20

Anteil Regenerat [Gew.%] 0 1 2,5 3,5 5

Härte [Shore A] 75 76 75 75 75

Dichte [g/cm³] 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24

Reißfestigkeit [MPa] 9,7 9,6 9,4 9,1 9,5

Reißdehnung [%] 354 375 370 328 346

Modul 100 % [MPa] 4,4 4,1 4,0 4,1 4,2

Modul 300 % [MPa] 8,8 8,4 8,2 8,6 8,8

Rückprallelastizität [%] 38 38 38 37 38

Weiterreißfest. 2mm [N/mm] 8,0 6,4 6,9 6,9 6,7

DVR 22h/100 °C DIN 44 43 43 44 44

DVR 22h/70 °C VW

Alterung 7d / 100°C

Härteabweichung [Shore A] +8 +5 +6 +7 +6

Reißfestigkeit [MPa] 9,5 9,3 9,5 10,2 9,6

Reißdehnung [%] 205 213 210 233 223


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Es wird kein Einfluß des Regeneratanteils auf Härte und Dichte des Materials festgestellt. Der leichte, unkritische Rückgang der Festigkeit ist zu erwarten; ebenso ein Abfall der Wei-terreißfestigkeit. Auf Elastizität und Moduli übt die Zugabe von Gummifeinstmehl bis 5% kei-nen Einfluß aus. Auch die Rückprallelastizität ändert sich nicht. Zur Untersuchung des Druckverformungsrests werden zwei Prüfungen ausgewählt, nämlich diejenige nach DIN und diejenige nach VW-Norm PV 3307; erstere bei 100 °C, letztere bei 70 °C. In beiden Fällen tritt keine Änderung zur Basismischung auf. Im Wesentlichen kann festgestellt werden, dass die physikalischen Daten der Mischungen von Regeneratanteilen bis zu 20 phr nur unwesentlich oder gar nicht betroffen werden. Alterungsprüfungen Die alterungsbedingte Härteänderung entspricht derjenigen der Basismischung. Festigkeit und Bruchdehnung ändern sich ebenfalls im Rahmen der Werte für die Vergleichsmischung. Allenfalls die Bruchdehnung bei 15 phr und 20 phr Regeneratanteil weist etwas bessere Wer-te als die Grundmischung auf, was vermutlich darauf zurückzuführen ist, dass ein Prozent-satz der Elastizität auf der des ja bereits vorgealterten Recyclats beruht. Vulkanisationsdaten Die Prüfung des Vulkanisationsverhaltens am Göttfert-Elastographen (190 °C; 2 min) ergibt folgendes Bild:

Anteil Regenerat [phr] 0 5 10 15 20

Anteil Regenerat [Gew.%] 0 1 2,5 3,5 5

Drehmoment Minimum [Nm] 0,216 0,222 0,225 0,236 0,258

Drehmoment Maximum [Nm] 1,32 1,31 1,25 1,30 1,33

T10 28 27 27 27 27

T75 51 51 50 52 51

T90 75 75 74 76 75

Vmax [Nm/min] 2,60 2,51 2,40 2,44 2,47

Tvmax [s] 36,60 36,00 35,40 36,60 36,00


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Während das Drehmomentsminimum mit dem Regeneratanteil steigt, kann man für das Ma-ximum keine Änderung konstatieren. Vulkanisationsgeschwindigkeit und verlauf bleiben e-benfalls unverändert. Gegenüber der starken, nicht tolerierbaren Änderung des Vulkanisationsverhaltens bei Anteilen über 10 % ist dieses Resultat sehr zufriedenstellend. Untersuchungen am Messextruder System HAAKE POLYLAB Zur Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit des regenerathaltigen Materials, die mit im Zentrum der Untersuchung des Berichtszeitraumes steht, sowie zur Beurteilung der Extru-dierbarkeit werden am Messextruder Streifen extrudiert. Zum Einsatz kommt das System POLYLAB der Firma HAAKE. Es ermöglicht die kontinuierli-che Aufzeichnung der Werte von Ausstoß, aufgebautem Druck an der Extrusionsscheibe und anliegendem Drehmoment. Bei allen drei Messgrössen konnte keine Änderung gegenüber der Basismischung festge-stellt werden. Die Kantenrauhigkeit der Mischung blieb konstant. Rheologische Daten (MOONEY) Die Scorchzeit (120 °C) verändert sich für keine der Mischungen wesentlich gegenüber der Basismischung. Die Mooney-Viskosität (100 °C) bleibt für 5, 10 und 15 phr in etwa auf dem Niveau der Basismischung, bis sie bei 20 phr sprunghaft um 10 Mooney-Einheiten ansteigt. Dieser Anteil scheint in etwa die Schwelle zu sein, ab der die Verarbeitbarkeit des Materials von dem Regeneratzusatz stark negativ beeinflusst wird. Angesichts des geringen Anteils (~ 4 %) an Regenerat ist dieser Nachteil in der Verarbeitbarkeit nur schwer zu tolerieren.


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Mooney - Viskosität

80

82

84

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0 5 10 15 20

Regeneratanteil [phr]

Vis

kosi

tät [

ME

]

Mooney –Viskosität abhängig vom Recyclatanteil

Rheostress-Messungen Detaillierte rheologische Untersuchungen der Rohmischungen werden am Gerät RheoStress RS 150 der Firma HAAKE vorgenommen : Während sich der Speichermodul G‘ bei regenerathaltigen Compounds deutlich gegenüber der Vergleichsmischung erhöht, steigt der Verlustmodul G‘‘ schwächer an. Der daraus resul-

tierende Tangens δ ist gegenüber der regeneratfreien Mischung folglich erniedrigt, was einen erhöhten elastischen Anteil widerspiegelt. Das Einmischen bereits vulkanisierten Gummima-terials macht sich hier wie zu erwarten positiv bemerkbar.

Die komplexe Viskosität η* der Regeneratmischung ist bei höheren Schergeschwindigkeiten leicht und bei niedrigen deutlicher gegenüber der Vergleichsmischung erhöht. Auch dies spiegelt erwartungsgemäß den Einfluß vorvernetzten Materials wider. Oberflächenbeurteilung Da es sich bei der Vergleichsmischung um ein Compound mit definiert glänzender Oberflä-che handelt und auch die Farbtönung und Helligkeit gemäß dem CIE-Lab-Farbsystem einge-stellt ist, ist es von höchster Wichtigkeit für die Akzeptanz beim Kunden, ob und wie das Einmischen von Gummiregenerat Farbe und Glanzgrad der Oberfläche verändert. Selbstver-ständlich darf die sichtbare Oberfläche von Dichtungsteilen („Class A Surface“) keine Un-ebenheiten, makroskopische Rauhigkeiten, Löcher oder sonstige Fehler aufweisen.


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An den extrudierten Streifen wird deshalb zunächst die Rauhigkeit beurteilt. Alle Mischungen mit Regeneratanteil sind von extrem hoher Oberflächenrauhigkeit (Stippen) betroffen. Die Zahl der Unebenheiten an der Profiloberfläche ist so hoch, daß man geneigt ist, von „Struk-tur“ zu sprechen. Der Einsatz von Gummifeinstmehl beeinflußt die Farbtönung nicht. Die Helligkeit der Ober-fläche steigt hingegen mit wachsendem Regeneratanteil deutlich an, was sich mit dem Be-fund für den Glanzgrad deckt, der mit der Helligkeit engverknüpft ist.

13

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0 5 10 15 20


Hel

ligke

it L

*

-2.5

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-1.5

-1

-0.5

0

0.5

Far

ben

a*,

b*

Helligkeit L*Farbwert a*Farbwert b*

Änderung von Farben a* (rot/grün) , b* (blau/gelb) und Helligkeit L*

0

10

20

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70

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


Ref

lexi

on [%

]

Reflexion bei 60°Reflexion bei 85°

Reflexionsabnahme mit steigendem Feinstmehlanteil


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Der Glanzgrad der Mischungen nimmt aufgrund der Rauhigkeit mit steigendem Regeneratan-teil stark ab. Die extreme makroskopische Rauhigkeit (im Gegensatz zur compound- oder werkzeugge-steuerten Mikrorauhigkeit zur Einstellung von Glanzgraden) entsteht, wenn beim Extrusions-vorgang die vollelastischen Regeneratpartikel nach Verlassen des Werkzeuges im Rahmen der Spritzquellung aus der noch unvernetzten plastischen Matrix reexpandieren. Beurteilung Während die mechanisch-physikalischen Daten und die Vulkanisationscharakteristika im un-tersuchten Bereich so gut wie keine Änderung erfahren, werden Optik und Verarbeitbarkeit von Profilmischungen bereits von geringsten Anteilen Regenerat extrem negativ beeinträch-tigt. Die Mooney-Viskosität als Kriterium für die Verarbeitbarkeit von Mischungen, deren Fließver-halten in der Profilextrusion höchste Bedeutung zukommt, steigt bereits bei ca. 4-5 % Rege-nerat sprunghaft an. Die vollvernetzten Partikel sind nicht mehr in der Lage, mit Ruß oder Rohpolymer engere physikalische Bindungen („bound rubber„ etc.) einzugehen und wirken als inaktiver Füllstoff, der aufgrund seiner Elastizität der Fließfähigkeit der Mischung Wider-stand entgegen setzt. Ist diese Eigenschaft noch ausrechenbar und tolerierbar, sofern mit sortenreinem Material konstanter Korngröße und Elastizität gearbeitet wird, so kann die Optik der Artikel nicht ak-zeptiert werden: Bereits beim geringsten Anteil von Regenerat kommt es zum Auftreten von Stippen an der Extrudatoberfläche. Im Rahmen der Spritzquellung werden die vollelastischen Partikel aus der noch plastischen Matrix an die Oberfläche gedrückt und bilden dort Fehler-stellen. Auch Teilchen, die die Oberfläche nicht erreichen, machen sich durch Unebenheiten bemerkbar, so daß der Gesamteindruck der einer porösen oder stark mit nicht dispergierten Füllstoffpartikeln kontaminierten Mischung nahe kommt. Im Bereich der Profilfertigung für den Kfz-Dichtungsbereich liegt jedoch eine sehr hohe Sen-sibilität des Kunden gegenüber Oberflächenfehlern der Artikel vor. Ein einzelner Oberflächenfehler, sei es durch Fremdkörper, sei es durch Porositäten, führt zum sofortigen Ausschuß eines Teiles.


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Die im Hause Metzeler Automotive Profile Systems gefertigten Artikel sind in überwiegender Zahl Anwendungen im primären Sichtbereich („Class A“), bei denen der Einsatz von Regene-rat deshalb grundsätzlich ausgeschlossen werden muß. Für den sekundären Sichtbereich („Class B“), z.B. Türdichtungen, und bei nicht permanent sichtbaren Teilen (Motorraumdich-tungen etc. ) gelten jedoch die gleichen Qualitätsansprüche der Kunden sowie des Unter-nehmens selbst, so daß der Einsatz von Gummiregenerat in der Profilextrusion vorläufig nicht in Betracht zu ziehen ist.

Festzuhalten bleibt, daß Anteile bis zu 5 % Regenerat mit Korngrößen <100 µm das mecha-nische Eigenschaftsprofil der untersuchten EPDM-Mischungen nicht beeinträchtigen und auch im Prozeß keine wesentlichen Nachteile oder Änderungen mit sich bringen, was auch den Erfahrungen der Partnerunternehmen in dem Verbundvorhaben entspricht. Gerade für Formartikel tut sich damit ein weites Feld für Anwendungen auf. Die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Regenerat muß jedoch in jedem Fall sorgfältig geprüft werden; gerade auf dem Sektor der niedrigpreisigen Kautschuke wie EPDM kann der Vermahlungsaufwand ver-bunden mit den Logistikkosten das Verfahren schnell unwirtschaftlich machen. Auf dem Pro-filsektor findet sich aus Gründen der Optik – zumindest was Fahrzeugdichtungssysteme angeht – gegenwärtig noch keine vertretbare Anwendung. Material 17 und 18, EPDM-Schlauchware Die Feinstmehle können in den jeweiligen Originalmischungen mit bis zu 8%, unter Beibehal-tung des mechanisch-physikalischen Datenniveaus, wieder eingesetzt werden. (Anlage) Es werden aus schwefelvernetzenden, mit Feinstmehlanteil versehene Produktionsmischun-gen hergestellt. Dabei wird das Standardmischverfahren ohne Änderung übernommen. Die Vulkanisationskurven zeigen im Vernetzungsplateau einen leichten, jedoch tolerierbaren Ab-fall auf. Die Extrusion der Krümmer verlaufen ohne Probleme und sie erfüllen die geforderten Spezifikationen. Gegenüber den bisherigen glatten Kühlerschläuchen zeigen die mit Zusatz von Feinstmehl hergestellten eine deutliche Oberflächenrauhigkeit. (Anlage) Die geprüften Werkstoffkennwerte liegen alle innerhalb der Daimler-Chrysler-Spezifikationen. Die Langzeittests werden mit 300.000 Lastwechseln unter 2,4 bar Druck sind ohne Bean-standung absolviert.


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Bei der Vorstellung der Musterkühlerschläuche werden diese im Nicht-Sichtbaren-Bereich (Motorraum) von Daimler-Chrysler und Opel als akzeptabel angesehen. Die Rauhigkeit wird nicht als grundsätzlicher Funktionsmangel angesehen. Die Versuche mit peroxidischvernetztem Feinstmehl werden nur bis zum Labormischungs-maßstab durchgeführt, da nicht ausreichend Feinstmehl zu Verfügung steht. Der Grund hier-für sind Probleme bei der Zerkleinerung. Erst zum Ende der Projektlaufzeit konnten die Probleme behoben werden. Die Labormischungen zeigen ähnlich gute Ergebnisse wie die mit schwefelvernetzten Feinstmehl. Produktionsversuche zur Herstellung von peroxidischvernetzten Kühler-schläuchen sind mittlerweile eingeleitet. Wir gehen davon aus, daß diese ähnlich erfolgreich wie mit schwefelvernetzten verlaufen. (Anlage) In Labormischungen werden die Feinstmehle über kreuz (d.h. Schwefel in peroxidischvernet-zende Mischungen und umgekehrt) erfolgreich erprobt. Auch hier wird das mechanisch-physikalische Datenniveau gehalten. (Anlage) Wenn dieses Ergebnis sich auch in Produktionsmischungen und den daraus hergestellten Kühlerschläuchen bestätigt, wird sich die Sammlung und Bereitstellung für die Zerkleinerung außerordentlich vereinfachen. Fehlfabrikate durch Verwechselung der Beschnitte wären grundsätzlich ausgeschlossen. Die Versuche mit sehr hohen Feinstmehlanteilen (> 10%) werden nicht weiter verfolgt, da der außerordentlich große Anstieg der Mischungsviskosität (~25%) die Verarbeitung in der Ex-trusion nicht zulässt. Für die Weiterverfolgung des Einsatzes von > 10% Feinstmehl ist eine grundsätzliche Umentwicklung und Neuzulassung durch die Kfz-Industrie notwendig. Voraussichtlicher Nutzen Der zukünftige Nutzen wird darin liegen, daß nach offizieller Bemusterung und Akzeptanz bei den Kfz-Abnehmern Kühlerschlauchbeschnitte in Form von Feinstmehl mit Anteilen von 5-10% in der Produktion wieder in Originalmischungen eingesetzt werden können. Die Ergebnisse werden sich voraussichtlich auch für Teilbereiche der Industrieschlauchferti-gung sowie für großvolumige Bauprofile, bei denen die Oberflächenrauhigkeit kein Mangel darstellt, nutzen lassen.


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Insgesamt lassen die Ergebnisse erwarten, daß beim Recycling der Kühlerschlauchbeschnit-te diese, bezogen auf den Gummianteil, zu 100% wiederverwertet werden können, da das anfallende Überkorn in den vorher genannten Recyclingprodukten eingesetzt wird. Die Wiederverwertung des Faseranteils (hochwertiges Kevlar) wird in Zusammenarbeit mit dem FKuR weiterverfolgt. Material 19 und 20, EPDM variable Härten und 60 ShA Insgesamt stehen von diesen Materialien sechs unterschiedliche Feinstmehle für Versuche zur Verfügung. An diesen Materialien wird der Einfluß der Zerkleinerungstemperatur auf die Kornform und somit auf das Verhalten in der Mischung untersucht. Die Laborversuche zei-gen, das bei den verschiedenen Feinstmehlen nur vernachlässigbar geringe Unterschiede bei den physikalischen Werten sowie dem rheologischen Verhalten erkennbar sind. Siehe hierzu auch die Versuchsergebnisse in der Anlage. Fenster- und Türdichtungsprofile

Die Materialien werden zu 10 Gew.-% in die Mischung für Fenster- und Türdichtungsprofi-le eingesetzt. Die Mischungsherstellung und Dispergierung verläuft problemlos. Ebenso bewegen sich Vernetzungsniveau und –geschwindigkeit, Rückprallelastizität, Druckverformungsrest und Geruch innerhalb der Toleranzen. Positiv fällt die erhöhte Heißluftalterung auf. Nachteilig sind die erhöhte Plastizität und eine nicht akzeptable Optik. Auch wenn bei dieser Anwendung die physikalischen Werte gut sind und das rheologische Verhalten akzeptabel, wird es aufgrund der mangelhaften Optik keine Anwendung für Fenster- und Türdichtungsprofile geben.

Automobil-Dichtungssysteme (IM)

Die Materialien werden zu 10 Gew.-% in die Mischung für Automobil-Dichtungssysteme eingesetzt. Ebenso wie bei den Versuchen für die Fenster- und Türdichtungssystemeverläuft die Mi-schungsherstellung und Dispergierung problemlos. Vernetzungsniveau und –geschwindigkeit, Weiterreißwiderstand, Reißfestigkeit und –dehnung, Rückprallelastizität,


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Heißluft- und künstliche Alterung sowie die Optik bewegen sich innerhalb der Toleranzen. Der Geruch und die notwendige Anpassung der Produktionsparameter sind akzeptabel, jedoch ist der Druckverformngsrest bei 100°C nicht innerhalb der Spezifikationen und es stellt sich eine erhöhte Plastizität ein.

Stufe III Einsatz der Kolloidmahltechnik in der Feinstzerkleinerung von Gummiab-fällen

Gegenüber der Zerkleinerung mittels Kaltversprödung wird bei der Kolloidvermahlung keine „Kälteenergie“ eingesetzt, um das Material zu verspröden. Lediglich die entstehende Pro-zeßwärme wird über die Aufgabesuspension (vorzugsweise Wasser) abgeleitet. Bei diesem Naßmahlprozeß erfolgt die Zerkleinerung durch hohe Scherspannungen im ver-stellbaren Spalt zwischen Rotor und Stator. Im Gegensatz zu den meisten Zerkleinerungs-maschinen ist die Zerkleinerungszone stufenförmig aufgebaut. Rotor und Stator sind verzahnt ausgeführt, und die Kanäle zwischen den einzelnen Zahn-flanken variieren in radialer Richtung und in der Tiefe. Dadurch erfolgt in jeder Stufe eine Umlenkung der Strömung und damit eine Zwangsförderung über den Spalt hinweg, wodurch es zur Scherung der zu zerkleinernden Teile kommt. Die Verweilzeit dieser Teile kann durch unterschiedliche Anordnung der Zahnflanken von Rotor und Stator beinflußt werden.


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Aufbau der Kolloidmahlanlage


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Stufe III-1 Grundsatzuntersuchungen zur Eignung der Zerkleinerung von Gummiab-fällen und Auswertung sowie gegebenenfalls daraus abzuleitende kon-struktive Änderungen

Mit folgenden drei Materialien werden orientierende Naßzerkleinerungsversuche durchge-führt:

Material 4 FVMQ/OOR

Material 5 FKM/WSI

Material 18 EPDM 60 ShA

Die Materialien werden im Vorfeld beim FKuR vorzerkleinert. Die Korngröße ist < 6mm.

Der Feinstmehlanteil < 0,1 mm liegt nach der Kolloidzerkleinerung deutlich unter den Werten, die bei der Kaltvermahlung erreicht werden. Die nachfolgende Abbildung zeigt die Feinstmehlanteile. Zudem treten folgende Probleme bei der Naßzerkleinerung auf:

- Verschleißspuren an den Schneidkanten der Rotor- und Statorringe, durch metallische Verunreinigungen im Aufgabegut

- Schaumbildung, durch chemische Bestandteile des Aufgabeguts

- Feinstmehlverluste bei Naßsiebung, durch zu groben Siebeinsatz (Maschenweite w = 0,032 mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

[Gew.-%]

FKM / WSI FVMQ / OOR EPDM 60 Shore A

Naßzerkleinerung

Kaltvermahlung

In den nachfolgenden Versuchsreihen wird die Schaumbildung durch Schauminhibitoren un-terdrückt. Der Feinstkornanteil wird durch Modifizierung der Mahlwrkzeuggeometrieen nicht erhöht.


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Als weiteres Material wird das Material 7 HNBR-RFT in den Korngrößen <4mm (233kg) und <6mm (264kg) auf der Kolloidmühle zerkleinert. Der Feinstkornanteil < 100 µm liegt auch bei diesen Materialien unter 5 Gew.-%.

Stufe III-2 Entwicklung verfahrenstechnischer Prozeßketten

Stufe III-3 Entwicklung eines Trocknungsprozesses insbesondere unter sicherheits-technischen und ökologischen Gesichtspunkten

Aufgrund der schlechten Zerkleinerungsergebnisse mit der Kolloidmahltechnologie in der Stufe III-1 werden in diesen stufen keine weiteren Arbeiten durchgeführt und die Arbeiten in den Stufen II und IV intensiviert.

Stufe III-4 Vergleich der Mischungseigenschaften von Feinstmehlen aus der Kryo-genvermahlung mit denen aus der Devulkanisattechnologie (Regenerate)

Material 7 HNBR RFT Regeneratherstellung Die Herstellung von Regenerat Relaston (Spreerelast) ausgehend von 0-400µm „Grobmahl-gut“ verläuft nahezu quantitativ. Die Konsistenz des Materials ist als krümelig zu bezeichnen. Die Fraktion 0-400µm wird ausgesucht, da diese in 80% Ausbeute aus der Cryogen-Vermahlung erhalten wird. Mischungsherstellung Hergestellt werden Labormischungen mit 5, 15 und 30% Regeneratanteil. Die erhaltenen rheologischen und mechanischen Daten dieser Mischungen werden direkt mit den Mahlgut-mischungen verglichen. Zusammenfassend lässt sich sagen, daß bei Zugabe von Regenerat

Relaston ein vergleichsweise geringerer Viskositätsanstieg aber auch eine signifikante Zug-festigkeitsabnahme zu beobachten ist, diese wirkt sich allerdings erst bei einer Zugabe von über 15% Regenerat funktionstechnisch relevant aus. Die Daten sind der nachfolgenden Ta-belle zu entnehmen.


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Vergleich HNBR RFT Mischungen mit/ohne Mahlgut, Devulkanisat bzw. Revulcon Devulka-

nisat Relaston

Basierend auf den Ergebnissen der Prüfungen wird eine Regeneratcharge der Mischung

HNBR RFT mit 15% Regenerat Relaston im Großkneter Werner&Pfleiderer GK 45 E herge-stellt. Eine Veränderung von Maschinenparametern ist nicht notwendig, das Regenerat wird direkt nach dem Kautschuk zugeführt. Beim anschließenden Aufwalzen wird eine etwas schlechtere Fellbildung bemerkt, das Material verhält sich „struppiger“. Die Rheometerkurve zeigt keine Auffälligkeiten gegenüber der Originalmischung. Produktionsversuch Die Herstellung der Metallgummiverbundteile aus der Mischung HNBR RFT mit 15% Devul-kanisat läuft problemlos ohne Veränderungen von Maschinenparametern aus der laufenden Serie. Die Maßhaltigkeit (Schrumpf) der Produkte ist unverändert. Lediglich eine erhöhte O-berflächenmattigkeit wird festgestellt. Die Bindungsprüfung wird direkt in der Produktion mit Hilfe der Zangenprüfung durchgeführt, hierbei wird ein gutes Bindungsbild erhalten. Die Devulkanisatmischung wird auch unter La-borbedingungen mit der Originalmischung verglichen. Hierbei werden mit Bindemittel verse-hene Teststreifen (ST 37 Stahl) im CM Verfahren mit den beiden Mischungen verpresst. Nach anschließender Temperung und Konditionierung der Proben werden diese gemäß ASTM D 429 Methode B auf ihr Bindeverhalten in einer Zugprüfmachine getestet. Zum Ver-gleich werden Materialproben auch Medienlagerungen bei hohen Temperaturen unterworfen (Motorenöl 168 Stunden bei 160 °C).

HNBR RFT Mahlgutversuche Devulkanisatversuche

Mahlgutanteil ShA Zugfestigkeit/N/mmBruchdehnung/%Minimum/dNm Maximum/dNmt90/min DVR 24h/150 °C0% Feinstmehl 70 23,4 295 1,01 26,93 3,95 305% Feinstmehl 72 23,3 290 1,25 27,26 3,945% Revulcon R 73 22,4 254 1,38 27,41 3,99 315% Devulkanisat 72 22,1 317 0,93 22,3 3 3115% Feinstmehl 72 22,8 277 1,76 27,59 3,9215% Revulcon R 72 22,3 261 1,38 27,28 3,96 3215% Devulkanisat 72 18,9 305 1,21 23 3,1 3020%Feinstmehl 71 23,1 38525% Feinstmehl 71 23,3 38530% Feinstmehl 72 23,3 284 2,72 26,05 3,930% Revulcon R 72 19,5 234 3,14 27,28 3,93 3130% Devulkanisat 73 16,3 276 1,56 22,6 3,28 2815% Devulk+2OO 76 20,6 202 1,87 34,9 3,67 23


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Ergebnis der Bindeuntersuchungen: Alle Proben zeigen ein optimales Rißbild, d.h. 100% Riß im Gummi. Auch die Reißfestigkeiten aller Proben liegen auf einheitlichem Niveau. Fazit die-ser Untersuchungen ist, daß durch den Einsatz der devulkanisathaltigen Mischung keine sig-nifikanten Änderungen – auch unter Medienlagerungseinfluß – beobachtet werden. Die für den Einsatzfall dieses Produktes wichtigste Größe ist das Alterungsverhalten der auf das Metallgummiverbundteil aufgetragenen Elastomerschicht unter Medieneinf luß. Das Ma-terial muß zur Erfüllung seiner Funktion über Jahre hinaus seine geräuschdämpfenden Ei-genschaften beibehalten. Die Grundvoraussetzung hierfür ist eine möglichst geringe Verhärtung. Als Maß für die Verhärtung selber kann die direkte IRHD-Härtegradmessung dienen. Diese erlaubt Rückschlüsse auf das Dämpfungsverhalten der Elastomerschicht. An fertig produzierten Artikeln werden deshalb Alterungsprüfungen vorgenommen. Hierbei wer-den drei Alterungsarten untersucht: 1. Heißluftlagerung bei 150 °C, 180 °C, 210 °C Meßpunkte: 50, 100, 500 Stunden 2. Öllagerung in Motoröl 150 °C, 180 °C, 210 °C Meßpunkte: 50, 100, 500 Stunden 3. Ölbenetzungslagerung 150 °C, 180 °C, 210 °C Meßpunkte: 50, 100, 500 Stunden Die Ölbenetzungslagerung stellt interessanterweise die höchsten Anforderungen an das Ma-terial, sie stellt aber eine gute Simulation für den Praxisfall dar, da das Bauteil im Normalbe-trieb nur teilweise mit Öl benetzt ist, dafür sich aber dauernd im heißen Öldampfbereich befindet. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß im Falle der Heißluftlagerung sowie der Öllagerung keine Unterschiede im Alterungsverhalten der beiden Materialien festgestellt werden. Im Fal-le der Ölbenetzungslagerung hingegen zeigt die Devulkanisatmischung ein geringfügig schlechteres Alterungsverhalten. Fazit dieser Laboralterungsprüfungen ist ein evtl. vorherzusagendes schlechteres Alterungs-verhalten der Devulkanisatvariante. Sichere Vorhersagen zum Alterungsverhalten können erst durch Versuchsläufe auf dem Prüfstand der FDS KG Bereich Formteile sowie auf dem Motorenprüfstand des Kunden erbringen. Parallel zu den Untersuchungen am Fertigartikel werden neue Varianten zum Regenerieren des Materials getestet. Hierbei werden der Fa. Faru GmbH, Dresden, Reststoffe aus der Arti-kelfertigung zur Verfügung gestellt. Die aus dem Revulcon (Regenerat) hergestellten Ver-


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suchsmischungen sowie die aus vulkanisierten Platten erhaltenen mechanischen Werte wer-

den mit der Originalmischung sowie den Spreerelast Relaston Mischungen verglichen. Ergebnisdiskussion: Bei Betrachtung der 15% Recyclatvarianten fällt folgendes auf: Härte: Gegenüber der Originalmischung zeigen sämtliche Varianten eine Härteerhöhung von zwei Shore-Härtegraden. Zugfestigkeit: Die Zugfestigkeit wird durch Einsatz der Mahlgut- und der Revulcon --Variante

nicht signifikant beeinflußt. Die Verwendung des Spreerelast Relaston hingegen führt zu einer (noch tolerierbaren) Zugfestigkeitsabnahme, die durch höhere Zuschlagsmengen aber deutlich ansteigt. Bruchdehnung: Erwartungsgemäß zeigt die Devulkanisatvariante eine erhöhte Bruchdeh-nung, ansonsten führt der Recyclatzuschlag zu einer (akzeptablen) Bruchdehnungsabnah-me. Rheometerminimum: Recyclatzuschlag jeglicher Art führt zu einer Viskositätserhöhung. In Fertigungsversuchen wird gezeigt, daß diese im Spritzfertigungsbereich aber keine Probleme bereitet. Rheometermaximum: Das Rheometermaximum, das ein Maßstab für die Vernetzungsdichte der Mischungen darstellt, weist nur im Fall des Devulkanisateinsatzes eine Abnahme aus. Druckverformungsrest: Keine signifikanten Unterschiede bei allen Varianten erkennbar. Oberflächengestalt/Strukturierung: Die im CM Verfahren erhaltenen Prüfplatten weisen nur

im Falle der Revulcon -Mischung eine deutliche Strukturierung auf. Fazit: Mahlgut erweist sich als die beste Variante, ist aber aus mahltechnischen Gründen

nicht wirtschaftlich herstellbar. Das Devulkanisatmaterial der Fa. Spreerelast Relaston zeigt bei sehr gutem Verarbeitungsverhalten einen noch akzeptablen Einbruch des mechanischen Werteniveaus. Sämtliche Prüfungen inkl. Lagerung und Alterung zeigen spezifikationskon-formes Verhalten.


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Das Revulcon -Material der Fa. Faru weist Vorteile im Herstellungsverfahren als auch im mechanischen Werteniveau auf. Die angelieferte grobkörnige Qualität führt allerdings zu nicht akzeptablen Oberflächen. Material 4 bis 7 sowie 9 und 10 Fertigprodukte werden aus folgenden Recyclatmischungen hergestellt: FVMQ-OOR Produktionstest HNBR RFT Produktionstest FKM WSI Muster FKM 65/75OR Produktionstest FKM RFT Produktionstest Schrumpf/maßliche Änderungen der Werkzeuge Eine maßliche Änderung der Serienwerkzeuge erweist sich bei Einsatz von recyclathaltigen Mischungen als nicht notwendig, das heißt das sämtliche Materialien den gleichen Schrumpf zeigen wie die Originalmischungen. Aufgrund der Tatsache, daß fast ausschließlich Mahlgut aus vulkanisierter Originalmischung verwendet wird, ist eine Schrumpfänderung auch nicht zu befürchten. Bei der Verwendung von größeren Anteilen gemischten Mahlgutes könnte dieser Punkt aber Bedeutung erlangen. Entformverhalten Im Entformverhalten wird bei den in der Produktion hergestellten Teilen kein signifikanter Un-terschied festgestellt. Während der Produktionsversuche von ca. 1-8 Stunden werden jeweils keine auffälligen Werkzeugverschmutzungen beobachtet. Endgültige Aussagen zur Werk-zeugverschmutzung werden allerdings erst nach längeren Produktionsversuchen von min-destens drei Schichten vorgenommen. Eine Veränderung der Heißeinreißfestigkeit ist weitestgehend auszuschließen. Im Falle der FKM WSI Mahlgutmischung wird Abreißen des Federhaltepunktes beobachtet, diese Mischungen erweisen sich aber allgemein als untauglich zur Verabeitung im IM Verfah-ren. Oberfläche der Elastomerprodukte Im Falle der HNBR Regeneratmischung wird eine leichte Oberflächenmattigkeit der im IM-Verfahren hergestellten Artikel beobachtet. An Prüfplatten, die im CM Verfahren hergestellt werden, ist dieser Effekt nicht auszumachen. Alle anderen Artikel zeigen eine unveränderte Optik.


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Spezifikationserfüllung Die nach Vorauswahl der rheologischen und mechanischen Daten angefertigten Produkti-onsmischungen und die daraus hergestellten Teile erfüllen nach unseren Untersuchungen die Spezifikationen der Kunden. Die realisierten Mahlgutanteile bewegen sich zwischen 3 und 15%, in einem Ausnahmefall 30%.

Stufe IV Einsatzfähigkeit des Gummimehls

Stufe IV-1 Untersuchung des Einsatzes des Gummifeinstmehls und des -überkorns in ausgewählten Anwendungsbereichen, z. B. hochwertige Dichtungsele-mente im Baubereich, Sicherheitselemente im Straßenbau

Material12 bis 15, Moosgummimischungen Aufgrund der Strukturierung der Versuchspläne und ihrer Durchführung sind die meisten An-wendungen für Feinstmehl aus Moosgummiprofilen im Prinzip schon im Zusammenhang mit den in Stufe II beschriebenen Ergebnissen geschildert worden. Deswegen erübrigt sich an dieser Stelle eine erneute Diskussion dieses Themas. Es darf aber nicht außer Acht gelassen werden, dass trotz der guten Ausbeuten Feinstmehl, die bei der Vermahlung der untersuchten Moosgummiabfälle erzielt wurden, immerhin noch 20-30 % Restmaterial mit einer Korngröße oberhalb 0,1 mm verbleibt, das sogenannte Über-korn. Dieser Überkornanteil scheint, wie verschiedene der geschilderten Tests demonstriert haben, zwar bedingt noch für den Einsatz in primäre Anwendungen geeignet zu sein, doch ist dies – die Rückführung in den ursprünglichen Produktkreislauf nämlich - nicht generell gesichert. Man kann deshalb davon ausgehen, dass für solche Überkornanteile weitere Anwendungs-gebiete gefunden werden müssen, damit eine möglichst vollständige Verwertung sicherzu-stellen ist. Zudem spielen auch Überlegungen zur Wirtschaftlichkeit hinein. Die Entwicklung von hochwertigen Sekundäranwendungen ist mithin von erheblichem Interesse. Bei unseren Studien ist eine für unseren Produktbereich gangbare Einsatzmöglichkeit übrig geblieben, die nach der derzeitigen Marktsituation jedoch keinen wichtigen Bedarf darstellt. Andere Überlegungen führten zu Anwendungsgebieten, die wir nicht abdecken, so dass auch das erforderliche Basis-Knowhow fehlt. Darüber hinaus würden unseres Erachtens diese


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Anwendungen erfordern, gezielt bestimmte Kornformen herstellen zu können. Untersuchun-gen hierzu hätten den Projektrahmen aber bei weitem gesprengt und wären deswegen in einem eigenen Projekt wesentlich besser aufgehoben. Die für uns gangbare Verwertung des Überkornanteils sei nur kurz verbal geschildert, da die Prüfungen insgesamt positiv verliefen, eine eingehende Auslotung wegen der geringen Be-darfsmengen jedoch nicht erfolgte. Im vorliegenden Fall geht es um Dicht- und einfache Dämpfungselemente, für die sich weder reine Weichgummirundprofile noch Moosgummirundprofile eignen. Die Weichgummiteile sind auch bei niedriger Härteeinstellung noch zu schwer verformbar, während die entsprechende Ausführung in Moosgummi u.U. zu wenig Rückstellkraft mitbringt oder in ihrer Dichtigkeit an der Außenhaut die gestellte Anforderung nicht erfüllt. Aus diesem Grund werden in solchen Fällen „ausgeschäumte“ Weichgummischläuche eingesetzt. Über die Wandstärke des Schlauchs, die Härte des Weichgummimaterials und die Dichte des Moosgummis kann man die gewünschten Rückstellkräfte sehr variabel einstellen. Bei einem solchen Artikel sind natürlich die Überkornanteile aus der Feinstvermahlung relativ problemlos im Moosgummi (der Seele) einsetzbar, da zum einen die mechanischen Eigen-schaften nicht zu sehr beeinflusst werden und zum anderen keine negativen Änderungen des Oberflächenaspekts der Weichgummiaußenhaut eintreten können. Dieser Artikel wurde in verschiedenen Durchmessern mit unterschiedlichen Wandstärken des Schlauchs getestet. Die Fertigung führte nur zu geringfügigen Schwierigkeiten und zu den gewünschten Ergeb-nisse. Auf diesem Weg lässt sich also durchaus der Überkornanteil einer sinnvollen Sekundäran-wendung zuführen. Material 19 und 20, EPDM variable Härten und 60 ShA Diese Materialien werden zu 10 Gew.-% in die Mischung für Fassaden-Dichtungsbahnen und Flachdach-Dichtungssystemen eingesetzt. Die Mischungsherstellung und Dispergierung verläuft problemlos. Vernetzungsniveau und –geschwindigkeit, Reißfestigkeit und Reißdehnung, Weiterreißwiderstand sowie Heißluft- und künstliche Alterung bewegen sich iinnerhalb der Toleranzen.


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Wichtige Aspekte, wie Optik und Verklebbarkeit sind gegeben.Nachteilig sind der Geruch, die erhöhte Plastizität sowie die notwendige Anpassung der Extrusionsparameter. Nachdem die physikalischen Werte als gut und das rheologische Verhalten als akzeptabel bezeichnet wird, werden nun Langzeittest über das Projektende hinaus weitergeführt. Gelingt es ein Feinstmehl für unter € 1,28 pro kg herzustellen, ist die Umsetzung in die Se-rienproduktion von Fassaden-Dichtungsbahnen und Flachdach-Dichtungssystemen möglich. Material 19 und 20, EPDM Schlauchware Das bei der Herstellung der Feinstmehle aus EPDM-Schlauchware anfallende Überkorn kann erfolgreich in Recyclingprodukten wie Bautenschutz-/Gabelstaplermatten und Schienenfüll-körpern eingesetzt werden. Nachfolgend einige Beispiele: Weitere untersuchte Anwendungen Als weitere Anwendungen werden der Einsatz als Farbmittel für transparente Bodenbe-schichtungen sowie als Füllstoff für ein Dichtungssystem untersucht. Farbmittel für transparente Bodenbeschichtungen Grundsätzlich eignen sich die Gummipartikel im Überkornbereich von 100 bis 500 µm als Farbmittel für transparente Bodenbeschichtungen. Nachteilig für diese Anwendung sind die wenigen farbigen Reststoffe. Füllstoff für Dichtungsystem Das Fraunhofer Institut UMSICHT hat ein Dichtungssystem entwickelt, daß aus einem quell-baren Material in einem wasserdurchlässigen Schlauch besteht. Dieser Schlauch wird neben den herkömmlichen Dichtungssystemen als zusätzliche Dichtung in Mauerdurchbrüchen ein-gesetzt. Sobald die herkömmliche Dichtung versagt, dringt Wasser ein und die quellbare Dichtung verschließt den Mauerdurchbruch. Als Füllstoff wird Gummimahlgut zwischen 100 und 400 µm eingesetzt. Dieser Füllstoff trägt nicht zu der Funktion des Systems bei. Der Füllstoff wird eingesetzt, um das wesentlich teurere quellbare Material einzusparen und die Konfektionierung des Systems zu erleichtern (geringere Staubentwicklung).


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Stufe IV-2 Eigenschaftsverbesserung von TPE durch Compoundieren mit Gummifeinstmehl

Der Einsatz von Gummifeinstmehl zur Eigenschaftsverbesserung oder zum grundsätzlichen Aufbau von thermoplastischen Elastomeren (TPE) aus der Klasse der TPV (Thermoplasti-sche Vulkanisate; Verschnitte von teil- oder vollvernetzten Elastomeren mit Thermoplasten) scheint eine prinzipiell vorteilhafte Anwendung für EPDM-Recyclate zu sein. Innerhalb der TPV besitzen EPDM/PP-Blends die bei weitem größte Bedeutung. Es liegt daher nahe, feins-tes EPDM-Vulkanisatmehl als Mischungspartner für Polypropylen zu verwenden, um mit vo-lumenstarken TPV-Anwendungen ( z.B. Extrusionen) Entsorgungskosten für Vulkanisatabfälle sowie Materialkosten an Rohkautschuk, Füllstoffen und Vernetzungssys-tem für TPV einzusparen. Zudem ließe sich gleichsam über die Auswahl des Recyclats der Vernetzungsgrad steuern. Neben letzterem ist jedoch die Phasenverteilung entscheidend für die Eigenschaften des Ma-terials. Das Idealbild ist die optimal gleichmäßige und feine Dispersion des Kautschuks in der PP-Matrix, da nur bei geringster Teilchengröße und damit hoher Oberfläche gummielastische Eigenschaften an die Thermoplastmatrix vermittelt werden können. Für übliche TPV-Werkstoffe bewegen sich die Dimensionen dieser Mikrodispersion in der

Größenordnung von wenigen µm; die Domänengröße bei SEBS-TPE liegt sogar noch darun-ter. Werden nun vollvernetzte Vulkanisatpartikel in eine Thermoplastmatrix eingebracht, so sind der Phasenverteilung und damit der Performance des Compounds durch die Teilchen-

größe des Recyclats (im vorliegenden Fall ca. 100 µm) klare Grenzen gesetzt. Es mußte folglich untersucht werden, ob einfache Mischungen aus EPDM-Recyclat und Polypropylen hinreichend gute Eigenschaften aufweisen, oder ob sich Gummifeinstmehl dieser Dimension besser als aktiver Füllstoff für die dynamische Vulkanisation von TPV zur Streckung oder Verbesserung spezifischer Eigenschaften eignet. Verfolgt werden 3 Konzepte :

• TPV ausschließlich aus Recyclat und Polypropylen • Recyclat als Füllstoff unter Anpassung der Grundrezeptur • Recyclat als Füllstoff ohne Rezepturanpassungen

Mischungsherstellung – Labor, Produktion Ausgewählt wird ein Härtebereich von 80 Shore A, der den Anforderungen an in unserem Hause eingesetzten kommerziellen TPE-Materialien entspricht. Verwendet wird Gummi-


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feinstmehl aus schwefelvernetzem EPDM-Vulkanisat der Härte 65 Shore A mit einem Poly-meranteil von 30 %. Als Thermoplast dient Polypropylen Novolen 2600 M (Targor GmbH). Die zu untersuchenden TPV-Compounds werden auf einem Laborinnenmischer (Meßkneter) der Fa. Haake (Kammervolumen 0,5 l; Banbury-Rotoren) gemischt. Das noch vollplastische TPV (210 °C) wird mittels einer temperierten Laborwalze zu Walzenfellen gezogen. Das er-kaltete Material wird entweder granuliert und zu 6 cm x 10 cm x 0,3 cm großen Platten ge-spritzt, oder die Walzenfelle werden mittels Bandmesser vorbearbeitet, um verschiedene Prüfkörper (Zugstäbe etc.) für die einzelnen Prüfungen direkt aus dem Fell zu stanzen. Ver-gleiche ergeben, daß die an Spritzgußkörpern gemessenen physikalischen Eigenschaften im wesentlichen denen der Walzenfelle entsprechen. Eine Ausnahme bildet die Shore-Härte, die am Prüfkörper in der Regel ca. 3-4 Punkte höher ausfällt. Die Walzrichtung übt ansonsten offenbar keinen entscheidenden Einfluß aus; das Material ist als homogen zu betrachten. Gemessen werden Härte, Dichte, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Rückprallelastizität, Moduli bei 100 % und 300 % Dehnung, Weiterreißwiderstand sowie Druckverformungsreste nach DIN- und VW-Normen. Die erhaltenen Werte werden jeweils zum Vergleich den entspre-chenden, in unserem Hause gemessenen Daten eines kommerziellen TPV-Compounds ähn-licher Härte gegenübergestellt.

Blends aus Gummifeinstmehl und Polypropylen Untersucht werden 6 Mischungen (A – F) mit ansteigendem Verhältnis von Recyclat zu Po-lypropylen.

A1 B1 C1 D1 E1 F1 100 110 120 130 140 150 Gummifeinstmehl [phr] 30 33 36 39 42 45 davon Anteil vernetztes 40 40 40 40 40 40 PP [phr] 0,75 0,83 0,90 1,00 1,05 1,13 EPDM / PP 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 Recyclat / PP 71 73 75 76 78 79 Gew.% Regenerat

Die Rezepturen A-C und F erbringen zufriedenstellende Ergebnisse. Die TPVs sind gut walzbar und optisch homogen. Bei den Rezepturen D und E (schattiert) tritt hingegen Entmi-schung ein. Infolge Phasenseparierung erhält man körnige, vollständig versprödete Materia-lien.


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Ab einem EPDM/PP Verhältnis von ca. 1:1 ist zu erwarten, daß die Thermoplastmatrix mit dispergiertem EPDM in eine Kautschukmatrix mit verteiltem PP übergeht, was mit unvernetz-tem Kautschuk möglich ist, mit Vulkanisat jedoch nicht. Mischung F zeigt jedoch, daß - ver-mutlich abhängig von Optima des Mischungsverhältnisses und der Mischtechnik - auch mit Verhältnissen > 1 noch die Ausbildung einer PP-Matrix möglich scheint.

Eigenschaften A1 B1 C1 F1 TPVkomm.

Härte [Shore A] 89 86 83 83 82 Dichte[g/cm3] 1,07 1,09 1,10 1,08 0,96 Zugfestigkeit [MPa] 5,9 5,5 4,8 4,8 7,3 Bruchdehnung [%] 143 134 110 159 566 Modulus 100 [MPa] 5,5 5,2 4,6 4,2 3,5 Weiterreißwid. 2 mm [N/mm] 9,1 8,8 7,6 6,7 14,8 DVR 22 h / 70 °C [%] DIN 60 61 56 55 68 DVR 22 h / 100 °C [%] DIN 68 62 65 66 81 DVR 22 h / 70 °C 22 s [%] VW 85 80 84 80 85 DVR 22 h / 70 °C 20 h [%] VW 63 58 60 55 75

Die Zugfestigkeit wird hauptsächlich von der Matrix, anteilig jedoch auch vom dispergierten Vulkanisat bestimmt. Je größer die Kontaktoberfläche (je feiner also die Dispersion), desto wirksamer ist dieser Anteil. Im Experiment fällt die Bruchdehnung mit steigendem Gummi-feinstmehlanteil. Dasselbe gilt für die Weiterreißfestigkeit und den Modulus. Die Werte sind verglichen mit dynamisch vernetztem Material gering (so sollte z. B. die Zugfestigkeit in die-sem Härtebereich 7-8 MPa, besser jedoch 8-9 MPa betragen). Auch die Weitergabe elastischer Eigenschaften wird vom Dispersionsgrad bestimmt, was sich in der ebenfalls niedrigen Bruchdehnung bemerkbar macht. Dagegen sind die Werte für den Druckverformungsrest sehr befriedigend (hoher Vernetzungsgrad des Vulkanisats). An diese erste Versuchsreihe schliessen sich detailliertere Untersuchungen zum mechani-schen Verhalten und dem Einsatzpotential solcher Materialien im Dichtungsbereich an. Dazu werden das Rückstellverhalten, die Zugspannungsrelaxation bei zwei Temperaturen und das Hystereseverhalten untersucht. Weiterhin gemessen werden Härte, Dichte, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Rückprallelastizität, Moduli bei 100 % und 300 % Dehnung, Weiterreißwider-stand sowie Druckverformungsreste.


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Zur Vorauswahl eines Materials wurden 11 Mischungen mit ansteigendem Verhältnis von Regenerat zu Polypropylen erstellt. A2 B2 C2 D2 E2 F2 G2 H2 I2 J2 K2

80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Gummifeinstmehl [phr] 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 Anteil EPDM vulk. [phr] 40 PP [phr] 67 69 71 73 75 76 78 79 80 81 82 Gew.% Regenerat

Man erhält mit diesen Verschnittverhältnissen und der festgelegten Korngrößenverteilung Materialien, die zwischen schlagzähmodifizierten Polypropylenen und thermoplastischen E-lastomeren einzuordnen sind. Der Einmischbarkeit des Feinstmehls sind aufgrund der fixen und für TPVs relativ hohen Partikelgröße Grenzen gesetzt. In bestimmten Mengenverhältnis-sen kann sich offenbar keine Thermoplastmatrix ausbilden. Die TPVs A2 – E2 sind gut walz-bar und optisch homogen. Die Materialien F2 – I2 (schattiert) sind bereits porös und weisen beginnende Versprödung auf. Wohl infolge Phasenseparierung erhält man bei J2 und K2 (dunkel schattiert) körnige, vollständig versprödete Materialien.

Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Weiterreißwiderstand sinken mit steigendem Regeneratan-teil, da sie fortlaufend weniger von der PP-Matrix bestimmt werden. Für Material C2 (100 phr d.h. 71 Gew.% Feinstmehl, 40 phr PP = A1) wird jedoch ein Zwischenoptimum für die

0

2

4

6

8

10

12

14

A B C D E F G H I

Zug

fest

igke

it [M

Pa]

, Wei

terr

eiß

wid

erst

and

[N/m

m]

0

20

40

60

80

100

120

Bru

chde

hnun

g [%

]

Zugfestigkeit

Weiterreißwiderstand

Bruchdehnung


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mechanischen Basiseigenschaften gefunden. Die Härte des Spritzguß-Prüfkörpers liegt al-lerdings bei 93 Shore A (Walzenfell 89 Shore A) In Ermangelung kommerzieller TPVs ähnlicher Härte soll die Performance des Materials mit einem handelsüblichen TPE vom SEBS-Typ verglichen werden : Eigenschaften Material C SEBS Multiflex G90 Härte [Shore A] 93 93 Dichte[g/cm3] 1,14 1,11 Zugfestigkeit [MPa] 6,8 12,1 Bruchdehnung [%] 137 679 Modulus 100 [MPa] 6,7 5,2 Weiterreißwiderstand [N/mm] 10,3 30,4 DVR 22 h / 70 °C [%] DIN 55 72 DVR 22 h / 100 °C [%] DIN 64 88 DVR 22 h / 70 °C 22 s [%] VW 81 81 DVR 22 h / 70 °C 20 h [%] VW 67 67 Die Festigkeitswerte sind im Vergleich zwar schlechter und zeigen die Grenzen des Materials auf (Die Oberflächensumme des Regenerats reicht nicht aus, um unter Spannung Elastizität an die Matrix zu vermitteln). Bei den Druckverformungsresten jedoch tritt die Gummielastizi-tät des eingebrachten vernetzten Materials in Erscheinung. Die DVRs nach VW- (Abkühlen unter Kompression) sind identisch, diejenigen nach DIN klar überlegen. Zug-Dehnungscharakteristik

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Strain [%]

Str

ess

[MP

a]

RT

-40 °C

100 °C


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Die Bruchdehnung bei RT steigt für das homogenisierte Material (Spritzguß) gegenüber dem Walzenfell deutlich an. Allgemein kann keine auffällige Charakteristik festgestellt werden. Das Material verhält sich (auf seinem Festigkeitsniveau) wie übliche TPVs. Zug-Dehnungs-Relaxation bei unterschiedlichen Vordehnungen In der Versuchsanordnung werden Prüfkörper zu 5, 15, 25 und 35 % gedehnt. Nach 30 min Relaxationszeit wird die verbleibende Kraft zum Kraftmaximum bei Erreichen der Vordeh-nung ins Verhältnis gesetzt. Die Methode ist für den Karosseriedichtungsbereich sehr aussa-gekräftig und ein Gradmesser für die Wirksamkeit der elastischen Komponente eines TPV. Die Prüfung wird bei RT und 100 °C durchgeführt.

Material C SEBS Multiflex G90

RT 100 °C RT 100 °C

5 % Elongation % of FMax 50 50 52 51




Die Materialien sind annähernd vergleichbar. Dennoch limitiert die Partikelgröße auch hier die Performance. Handelsübliche TPVs um 80 Shore A können Werte bis zu 70 % erreichen. Recovery Der zeitliche Verlauf des Rückstellvermögens („Snappiness“, zu deutsch „Schnappigkeit“) ist gleichfalls ein wichtiger Gradmesser der Elastizität. Zu diesem Zweck werden Streifen zu 15 % verformt und 10 min gehalten, entlastet sowie erneut verformt und gehalten. Die Entlas-tung erfolgt schlagartig mit Hilfe eines Federmechanismus. Die Rückstellung wird mit Hilfe einer Laservorrichtung zeitlich verfolgt. Zur Beurteilung dienen die Prozentsätze an Recovery (100 % - % Restverformung) nach 5 Sekunden und 10 Minuten sowie die für 75 % Rückstel-lung benötigte Zeit.


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Set Recovery Material C SEBS Multiflex G90

After 5 seconds % 63 65

After 10 minutes % 88 86

Time for 75 % sec 56 55

Auch bei dieser Prüfung konnten vergleichbare Werte erzielt werden. Zug-Dehnungs-Hysteresis Das Rückstellverhalten von Elastomeren bei zyklischer Belastung, wie es für Dichtlippen etc. von großer Bedeutung ist, wurde mit Hilfe einer Hysteresis-Messung geprüft. Dazu wird ein Prüfkörper bis 25 % der Ursprungslänge gedehnt und 30 min gehalten. Während dieser Zeit relaxiert das Material; d.h. die Rückstellkraft verringert sich, hauptsächlich durch entropische Entspannung, aber auch durch irreversible Vorgänge im thermoplastischen Anteil. Wird nun die Dehnung bis zum Nulldurchgang der Kraft zurückgenommen, stellt sich eine Restdeh-nung ein, da dem Material nicht genügend Zeit verbleibt, sich zu reorganisieren. Dieser Vor-gang wird 2 x wiederholt, wobei jeweils der Absolutwert der ersten Dehnung (25 %) beibehalten wird. Der erste Zyklus (ausgeblendet) erbringt dabei hohe Restdehnungen bei allen gefüllten Elastomeren (Mullins-Effekt), während die Restdehnung nach Entlastung ab dem zweiten Zyklus charakteristisch für das jeweilige Material ist. Die Restdehnung liegt für das Regenerat-Material mit ca. 16 % höher als für das SEBS mit 11 %. Dafür ist der Modul im Bereich bis 25 % Dehnung für beide Zyklen deutlich höher. Inte-ressant ist, daß Material C2 nach der 2. Dehnung noch 2/3 des Ursprungsmoduls aufweist, während das SEBS gut die Hälfte der Rückstellkraft einbüßt. Dies steht im Widerspruch zu den Restdehnungen und bedeutet wohl, daß ein großer Teil der zwar kleineren Restdehnung des SEBS auf irreversible Verformung zurückgeht, während sich das TPV zwar langsamer reorganisiert, aber aufgrund seines hohen Anteils vollvernetzter Partikel wieder mehr Rück-stellkraft aufbauen kann. Materialbeurteilung Das ausgewählte Material C2 erweist sich als effektiv brauchbares Compound des Härtebe-reichs 90 Shore A. Zwar liegen Zugfestigkeit und Bruchdehnung auf relativ niedrigem Niveau;


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bezüglich Rückstellverhalten und bleibender Verformung ist das Material jedoch als gut zu beurteilen. Wie oben erwähnt, befinden sich die bis hier untersuchten Materialien jedoch im Shorehärte-bereich schlagzähmodifizierter Polypropylene mit verbesserten elastischen Eigenschaften. Die Härte wird dabei ausschließlich von der Matrix bestimmt. Sollen weichere Grades erzielt werden, so muß a) mehr Feinstmehl eingearbeitet werden und b) die Mischgüte erhöht wer-den, um zu einer optimalen Phasenmorphologie zu gelangen. Die Ausbildung einer kontinu-ierlichen PP-Matrix ist mit steigendem Anteil Gummifeinstmehl jedoch deutlich erschwert. Bei einem Verhältnis von 170 – 180 Teilen Regenerat zu 40 Teilen PP sind keine walzbaren Compounds mehr herstellbar. Die geringste Härte eines optimal gemischten Materials ist 93 Shore A. Die Erhöhung des Regeneratanteils zum Erreichen geringerer Härten mit Hilfe der Misch-technik ist deshalb Voraussetzung für die folgenden Untersuchungen. Verwendet wurde Gummifeinstmehl aus peroxidvernetzem EPDM-Vulkanisat der Härte 70 Shore A mit einem Kautschukanteil von 30 %. Dabei liegen Regenerate unterschiedlicher Kaltvermahlungstem-peraturen vor, die Einfluß auf Partikelbeschaffenheit und –größe haben und auf das Eigen-schaftsprofil der TPV-Materialien durchschlagen sollen. Als Thermoplast dient Polypropylen Novolen 2600 M (Targor GmbH). Durch erhöhten Scherungseintrag (Rotordrehzahl) in Kombination mit portionierter Zugabe des Regenerats und Absenkung des Kammerfüllgrades werden homogene, walzbare Mi-schungen mit erhöhtem Regeneratanteil erzielt. A3 B3 C3

180 200 220 Gummifeinstmehl (Regenerat) [phr]

54 60 66 davon Anteil vernetztes EPDM [phr]

40 40 40 Polypropylen Novolen 2600 M [phr]

1,35 1,5 1,65 EPDM / PP

4,5 5,0 5,5 Regenerat /PP

82 83 85 Gew. % Regenerat


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Eigenschaften

A3 (82%) - 80 °C

B3 (83 %) - 80 °C

C3 (85 %) - 80 °C

A3 ( 82 %) - 120 °C

B3 (83 %) - 120 °C

C3 (85 %) - 120 °C

TPV komm.

Härte [Shore A] 87 84 82 88 86 84 82

Dichte [g/cm3] 1,13 1,12 1,11 1,13 1,12 1,11 0,97

Zugfestigkeit [MPa] 5,2 4,4 2,9 5,0 2,6 4,6 8,0

Bruchdehnung [%] 106 93 50 97 36 101 550

Weiterreißwiderstand (2mm) [N/mm]

4,0 4,0 3,5 4,4 1,6 3,4 15

DVR 22 h / 70 °C [%] DIN 49 49 51 48 54 46 45

DVR 22 h / 100 °C [%] DIN 56 56 59 56 63 54 50

Es wird kein Einfluß der Kaltvermahlungstemperatur auf die mechanischen Eigenschaften der Mischungen gefunden. Wie erwartet sinkt mit steigendem Regeneratanteil die Com-poundhärte. Es können Werte bis hinab zu 82 Shore A erzielt werden, die den Vergleich mit handelsüblichem TPV erlauben. Die geringen Werte für Zugfestigkeit, Weiterreißwiderstand und Bruchdehnung zeigen allerdings die Schwächen des Konzeptes auf: Die Vermittlung elastischer Eigenschaften hängt im Wesentlichen von der Phasengrenzflä-che ab, die im Falle vorvernetzten Materials durch höhere Dispersion nicht zu vergrößern ist. Das Material verliert die ursprüngliche Festigkeit der Matrix, es gelingt jedoch nur im be-grenztem Maße, Eigenschaften des Regenerats an das Compound zu vermitteln. Eine Ausnahme stellen die ausgesprochen positiven Werte für den Druckverformungsrest dar. Diese wichtige Größe wird vollständig vom eingearbeiteten Gummifeinstmehl bestimmt und erreicht zum Teil das Niveau des Vergleichsmaterials. TPE aus Polyolefin PP Novolen 2600 M und Weichmacher Enerpar 3909 In einer weiteren Versuchsreihe wird der Versuch unternommen, durch Zugabe von Weich-macher (Mittelviskoses Paraffinöl Enerpar 3909 (BP); 5-30 phr) Härteanpassungen vorzu-nehmen. Dabei soll am Eigenschaftsniveau erkennbar werden, ob es möglich ist, noch Weichmacher in die vernetzten Regeneratpartikel einzubringen oder ob ausschließlich die Polypropylenphase betroffen ist.


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Eigenschaften

5 phr WM

10 phr WM

15 phr WM

20 phr WM

25 phr WM

30 phr WM Härte [Shore A] 83 82 80 80 78 75

Dichte[g/cm3] 1,10 1,10 1,10 1,08 1,08 1,07

Zugfestigkeit [MPa] 4,0 4,0 3,0 3,0 2,4 2,2

Bruchdehnung [%] 72 86 60 61 51 45

Weiterreißwid. 2 mm [N/mm] 3,7 3,0 2,8 1,9 1,7 1,3

DVR 22 h / 70 °C [%] DIN 48 48 46 45 43 42

DVR 22 h / 100 °C [%] DIN 59 59 58 59 54 54

Die Performance verschlechtert sich mit steigendem Weichmacheranteil. Es ist offensichtlich nicht möglich, noch Weichmacher in die vernetzte EPDM-Phase bzw. Dispersion einzubrin-gen. Einer Weichmacherzugabe von 5 phr entspricht einer Härteabnahme von 1-2 Shore A. Das ohnehin schon niedrige Niveau der Zugbelastungseigenschaften sinkt weiter. Der Druckverformungsrest bleibt unbeeinflußt. Die Einstellung der Shorehärte über Weichma-cherzugabe ist damit offensichtlich nicht praktikabel. Einsatz von Konzepten zur Erhöhung der Phasenverträglichkeit Die Technik der Einarbeitung von Gummimehl unterschiedlichster Herkunft und Korngröße in diverse Matrices oder auch seine physikalische/chemische Regenerierung zum Ziele der stofflichen Wiederverwertung ist Inhalt vieler Publikationen (u.a. I. Fuhrmann, J. Karger-Kocsis; Kautschuk, Gummi, Kunststoffe 52. Jahrgang; Nr. 12/99; eine gute Übersicht bietet die Patentanmeldung DE 199 23 758). Auch die Problematik der Compoundierung von TPE-ähnlichen Werkstoffen aus Fein- bzw. Feinstmehl wurde mehrfach behandelt; es existieren diverse Patentanmeldungen. Im Rahmen des Teilprojektes wurde das Prinzip der Phasenkopplung durch Radikaldonor-/akzeptorsysteme aufgegriffen. Das Patent DE 29515721 U1 beschreibt den Einsatz von pe-roxidischen Vernetzeragentien, um Phasenkopplung zwischen Matrix und Regenerat zu er-reichen und damit Morphologie und Eigenschaften zu verbessern. In DE 19607281 A1 wird eine Stabilisierung des Phasengefüges durch den Einsatz von Donor-Akzeptorsystemen be-schrieben. Dr. Michael (TU Chemnitz) beschreibt in seinen Anmeldungen, besonders in DE 19923758 A1ein System, das in Versuchen angewendet wurde : Das System sieht folgende Komponenten vor :


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Polypropylen-Polyethylencopolymerisat zur Ermöglichung der Vernetzung (Phasenkopplung) von Matrix und Regenerat. Radikalbildende Agentien (Phasenkopplung; Pfropfung) Vorquellen des Gummifeinstmehles in fl. Radikaldonor (Oberflächenvergrößerung) Hohe Scherdeformationen (dynamische Stabilisierung) Radikalakzeptoren (S, S-Spender, Chinone) Regenerierende Substanzen (MBT, Pentachlorthiophenol) Mit Ausnahme der Vorquellung, die vor dem Hintergrund der bereits sehr hohen Oberfläche des Feinstmehls als nicht unbedingt notwendig erschien und auch technische Schwierigkei-ten aufwarf (hohe Absorption von Flüssigkeiten durch das voluminöse Feinstmehl), wurde das Konzept wie folgt umgesetzt:

Verwendet wird schwefelvernetztes EPDM-Feinstmehl (Korngröße < 100 µm) einer 70 ShA Mischung. Als Matrixmaterial kommt wieder PP Novolen 2600 M zum Einsatz, das ein Copo-lymerisat ist. Die Forderung nach hohen Scherdeformationen wird durch die Wahl der Dreh-zahl bzw. die Knetergeometrie erfüllt; es sind dies Deformationen, die ausreichen, um beispielsweise bei dynamischer Vulkanisation eines TPV sehr gute Dispersionsgrade zu er-zielen. Die TPV-Compounds werden dazu auf einem Laborinnenmischer (Meßkneter) der Fa. Haake (Kammervolumen 0,5 l; Banbury-Rotoren; 160 °C) gemischt. Das noch vollplastische TPV (210 °C) wird mittels einer temperierten Laborwalze zu Walzenfellen gezogen. Das erkaltete Material wird granuliert und zu 6 cm x 10 cm x 0,3 cm großen Platten gespritzt. Das Regenerat wird portionsweise zum vorgelegten PP gegeben. Mischung A4 ist die Refe-renz; bei B4 kommt Peroxid als Vernetzungsagens zum Einsatz; bei C4 schließlich wird MBT als Regenerierungsmittel zu Beginn der Reaktion und Schwefel als Radikalakzeptor zum Ab-fangen von Radikalen am Ende des Mischvorganges zugegeben : Regenerat/PP/MBT 5 min Peroxid 2 min Schwefel 2 min


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A4 B4 C4

Regenerat 220 220 220

Novolen 2600 M 40 40 40

MBT - - 0,5

2,5-Dimethyl-2,5-di- (t-butylperoxy)hexan

- 0,5 0,5

Schwefel - - 0,2

A4 B4 C4

Härte [Shore A] 88 88 88

Zugfestigkeit [MPa] 5,3 6,0 5,0

Elongation [%] 124 141 111

Weiterreißwiderstand [N/mm] 9,8 10,8 6,5

DVR DIN 22h/70 °C 51 53 50

DVR DIN 22h/100 °C 61 62 59

DVR VW 22h/70 °C n. 20 s 73 77 76

DVR VW 22h/70 °C n. 22 h 58 60 57

Die mechanischen Basiswerte weisen kaum Unterschiede auf. Näher untersucht wurde das Rückstellvermögen und die Zugrelaxation, die Aufschluß über Änderungen an den Phasen-grenzflächen geben sollten, da Zugeigenschaften und Elastizität dort vermittelt werden. Zugspannungsrelaxation [%]

30 min. A4 B4 C4

5 % Dehnung RT 58 55 58

15 % Dehnung RT 54 55 58

25 % Dehnung RT 53 53 58

35 % Dehnung RT 53 52 55

5 % Dehnung 100 °C 55 58 62 15 % Dehnung 100 °C 61 61 66

25 % Dehnung 100 °C 60 61 66

35 % Dehnung 100 °C 60 62 66


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In der Tat kommt es für die Mischung C4 zu einem klaren Anstieg der Relaxationswerte.

Kurzzeit-Recovery

A4 B4 C4

nach 5 s [%] 60 67 62

nach 10 min [%] 82 89 89

Zeit für 75 % [s] 110 30 30

Auch die Schnappigkeitswerte erfahren durch die Vorgehensweise eine Verbesserung. Es liegen also Hinweise vor, die auf geringfügige Zusatzvernetzung über die Phasengrenze hin-weg schließen lassen. Recyclat als Füllstoff unter Anpassung der Grundrezeptur Für dieses Konzept werden drei dynamisch vernetzte TPV-Mischungen unter Zusatz von Gummifeinstmehl erstellt. Die Anteile an Füllstoffen und Kautschuk, die über das Recyclat eingebracht werden, werden aus der Grundrezeptur herausgerechnet. [phr] A5 B5 C5 Kautschuk 49 41 31 Ruß 9 - - Heller Füllstoff 14 9 5 Weichmacher 35 29 23 Gummifeinstmehl 40 70 100 Polypropylen 40 40 40 Vernetzer etc. 7 5 3 Gew. % Regenerat 21 36 50

Dieses Konzept soll die Vorteile der dynamischen Vernetzung mit der Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Recyclat vereinen. Das Ergebnis wäre TPV-Material, das durch eine Thermo-plastmatrix mit unterschiedlich fein dispergierten und unterschiedlich stark vernetzten EPDM-Anteilen charakterisiert ist. Die Entnahme von Füllstoff, Kautschuk und Vernetzer für den eingebrachten Vulkanisatanteil sollte die Härte und das Eigenschaftsprofil des Materials kon-stant halten sowie Kosten reduzieren.


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Die Ergebnisse sind nicht zufriedenstellend. Es kommt mit steigendem Recyclatanteil trotz Korrekturen zu einem unerwartet starken Rückgang der Härte, die mit deutlich geringeren Zugfestigkeitswerten einhergeht, aber auch zum Ansteigen der Druckverformungsreste. Die Bruchdehnung wird zunehmend vom Recyclat bzw. von dessen Dispersion bestimmt und fällt ebenfalls stark ab. Die Werte der Zugfestigkeit sinken so stark ab, daß man annehmen muß, daß das Thermo-plastmaterial oxidativem Abbau unterliegt. Diese Vermutung wird durch extreme Geruchsentwicklung nach Vernetzerzugabe gestützt, die auch beim Spritzguß (~ 240 °C) auftrat. Offenbar wirkt sich der Feinheitsgrad des Recyc-lats mit seiner erhöhten Oberfläche negativ aus. Während die Literatur die problemlose Ver-wendung schwefelvernetzten Recyclats (allerdings höherer Partikelgröße) beschreibt, reagiert hier offenbar das Vernetzersystem mit den Schwefelbrücken der Regeneratoberflä-che. Es kommt entweder zur Bildung reaktiver Spezies, die zum Abbau der Matrix führen, oder aber zur Modifikation der Regeneratoberfläche. Die resultierende Polaritätsänderung könnte die Verträglichkeit stark herabsetzen und zur Phasenseparation führen. Letztere ist wohl die naheliegendste Erklärung für den starken Abfall der Festigkeit. Recyclat als Füllstoff ohne Rezepturanpassungen Ein ebenfalls vielversprechendes Konzept ist eine einfache Verwendung des Regenerats als Füllstoff bei dynamischer Vernetzung von TPE. Die Vorteile dieser Compoundierungsmetho-de (Eigenschaftssteuerung über das Vernetzersystem, die Füllstoffe und den unvernetzten Kautschuk) verbinden sich so mit der Möglichkeit, einen TPV-Werkstoff kostengünstig zu strecken, ohne Performance zu verlieren. Das Regenerat stellt in diesem Fall einen sehr speziellen, hochangepassten und damit gut geeigneten Füllstoff dar, der mit der Matrix ver-träglich wäre und das Eigenschaftsprofil voraussichtlich positiv beeinflußt. [phr] A6 B6 C6 D6 Kautschuk 60 60 60 60 Ruß 20 20 20 20 Heller Füllstoff 20 20 20 20 Weichmacher 45 45 45 45 Gummifeinstmehl - 5 10 15 Polypropylen 40 40 40 40 Vernetzer etc. 7 7 7 7


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Gew. % Regenerat - 2,5 5,0 7,2 Ausgeführt werden zunächst 3 Varianten mit relativ niedrigem Füllstoffanteil, die in der fol-genden Tabelle unverstrecktem Vergleichsmaterial (A) gegenübergestellt sind : Eigenschaften A6 B6 C6 D6

Härte [Shore A] 75 78 79 81

Dichte[g/cm3] 1,01 1,01 1.02 1,04

Zugfestigkeit [MPa] 4,9 6,9 6,6 7,5

Bruchdehnung [%] 192 331 309 349

Modulus 100 [MPa] 3,4 3,8 3,9 4,1

Weiterreißwid. 2 mm [N/mm] 7,8 7,8 8,2 9,6

DVR 22 h / 70 °C [%] DIN 42 43 44 41

DVR 22 h / 100 °C [%] DIN 49 45 49 50

DVR 22 h / 70 °C 5 s [%] VW 81 73 78 81

DVR 22 h / 70 °C 1 h [%] VW 66 59 62 67

Die Zugfestigkeit und der Modulus werden verbessert; auch kommt es zu einer Steigerung der Bruchdehnung und des Weiterreißwiderstands. Die Druckverformungsreste werden gehalten, was ebenfalls positiv anzumerken ist. Eventuell liegt in einer vollständig ausgebil-deten TPV-Phasenstruktur ein anderer Wirkmechanismus für zusätzlich eingebettetes Rege-nerat vor. Beurteilung der Konzepte Das Konzept der TPV-Herstellung ausschließlich aus Regenerat und Polypropylen ist nicht nur eine naheliegende Anwendung für vulkanisierte Partikel der Größenordnung des Gummi-feinstmehles, sondern auch aufgrund der erzielten Ergebnisse, seiner Einfachheit und seiner Wirtschaftlichkeit als brauchbar zu bezeichnen. Zwar kann das Eigenschaftsprofil eines solchen TPV-Materials noch nicht mit dem dyna-misch vernetzter oder unvernetzter TPEs (=TPO) verglichen werden, doch liegen damit elas-tische Werkstoffe vor, die ideale Beispiele für produktionsintegrierten Umweltschutz abgeben. Unternehmen könnten ohne Kenntnisse der dynamischen Vulkanisation und mit hohem Einsatz von Regenerat (80-90 Gew.%) Blends vom schlagzähmodifizierten Polypro-pylen bis hin zum TPV mit niedrigem Eigenschaftsniveau für einfache Spritzgußanwendun-gen fertigen.


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Die Methode, PP mit Gummifeinstmehl zu compoundieren muß in mischtechnischer Hinsicht sicher noch verfeinert werden, stellt jedoch - die Wirtschaftlichkeit der Vermahlung vorausge-setzt - einen praktikablen Weg zu Materialien dar, die für Formteile mit geringer dynamischer Beanspruchung in vielen Branchen Anwendung finden könnten und zudem recyclingfähig sind. Das Konzept ist für Unternehmen der Kautschukbranche geeignet, bei denen hohe und sor-tenreine Produktionsabfälle (z.B. Extrusionsanläufe oder Spritzgußgrate) vorliegen. Dies ist in Kautschuk verarbeitenden Betrieben in der Regel der Fall. Allerdings ist zur Umsetzung des Konzeptes der Aufbau entsprechender Anlagen (Mischextruder oder Granulierungsanla-gen für diskontinuierliches Mischen) sowie eine gewisse Entwicklungsleistung nötig, die nur wenigen Unternehmen als strategisch notwendig oder sinnvoll erscheint. In der Regel werden Anwender die Deckung ihres Eigenbedarfes an Spritzgußmaterial an-streben. Die Anwendungen müssen im Automobilzuliefersektor jedoch hohe Anforderungen an mechanische Performance, Bewitterungsstabilität und Oberflächengüte erfüllen. Die Er-fahrung wird zeigen, welchen dieser Anforderungen die beschriebenen Regenerat-Werkstoffen entsprechen bzw. angepasst werden können. Die negativen Erfahrungen der Versuche mit angepassten Rezepturen (Regenerat + dynami-sche Vernetzung) lassen dieses Konzept ungeignet erscheinen. Die Vorteile der dynami-schen Vernetzung gehen mit steigendem Regenerat- und sinkendem Neurohstoffanteil schnell verloren. Abgesehen von Abbaureaktionen bzw. Unverträglichkeiten und Verlust an Vernetzer, bei denen sich der Schwefelgehalt des Regenerats in Kombination mit den niedri-geren Vernetzermengen negativ bemerkbar macht, kommen die Vorteile der Methode nur zur Geltung, wenn der überwiegende Teil des eingebrachten Kautschuks dynamisch venetzt wird. In anderen Worten : Es ist schlecht möglich, Materialeigenschaften über Aktivatoren und Vernetzer zu steuern, wenn der Anteil des neuvernetzten und feindispergierten EPDM gegenüber dem Regenerat zu gering wird. Positiv können die Versuche zum Einsatz von Regenerat als reiner Füllstoff bewertet werden. Das Eigenschaftsprofil konnte verbessert werden. Die Wirtschaftlichkeit und die Anwen-dungsbreite des Prozesses, relativ geringe Anteile (bis max. 10%) kaltgemahlenes Regene-rat in die dynamische Vernetzung von EPDM/PP einzuspeisen, muß jedoch in Frage gestellt werden. Unternehmen, die TPV mittels dynamischer Vulkanisation fertigen, werden nicht auf


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Gummifeinstmehl als Rohstoff zurückgreifen wollen. Allein die logistischen Aufwendungen um Liefersicherheit, Sortenreinheit und vollkommene Gleichmäßigkeit des Feinstmehls zu gewährleisten, wären immens. Weiterhin sind die großen Anbieter von TPV in der Lage, mit sehr niedrigen Rohstoffpreisen zu kalkulieren. EPDM-Feinstmehl in der untersuchten Grö-ßenordnung kann mit diesen Preisen nicht konkurrieren. Zudem sind diese Hersteller auf einen möglichst breiten Abnehmerkreis für ihr Material angewiesen. Es ist jedoch sicher, daß Material mit Regeneratanteil für viele Anwendungen aus diversen Gründen nicht in Frage kommt. Insgesamt besteht wenig Anreiz für kommerzielle TPV-Compounder, ein solches Konzept zu verfolgen; Anwender, die TPV für eigene Anwendungen fertigen möchten, würden wohl auf das erstbeschriebene Konzept zurückgreifen.

Zusammenfassung

Nach der intensiven Entwicklungsarbeit in diesem Verbundvorhaben können nun umfassen-de Aussagen zu der Machbarkeit der Einarbeitung von Feinstmahlgut in Originalmischungen getroffen werden. Herstellung Feinstmahlgut < 100µm Die Ausbeuten liegen hier zwischen wenigen Gewichtsprozenten bis zu über 80 Gewichts-prozent. Selbst bei gleichen Elastomertypen werden bei gleichen Versuchsparametern unter-schiedliche Feinstmehlanteile erzielt. Dies ist in der Regel auf die sehr unterschiedlichen Mischungen zurück zu führen. Dies setzt voraus, daß vor der Umsetzung in die Produktion immer Versuchsmahlungen der betreffenden Materialien vorzunehmen sind. Organisation der Sammlung Die Sammlung von sortenreinen Produktionsabfällen bedarf einer genau angepassten Logis-tik, einer Schulung und Bewußtseinsschärfung der betreffenden Produktionsmitarbeiter sowie einer unbedingten Überwachung, damit eine optimale Qualität langfristig auch bei Teilen mit Recyclatanteil gewährleistet ist. Dies ist für den Einsatz in Hochleistungselastomeren ein ab-solutes Muß und entspricht den allgemeingültigen Forderungen nach ISO 9001-9004 respek-tive QS 9000/VDA 6.1. Mischungsentwicklung


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Die Mischungsentwicklung von recyclathaltigen Mischungen bedarf neben der Einarbeitung von Feinstmahlgutanteilen nur kleine gezielte rezeptive Änderungen. In den meisten Fällen ist eine Dosierung von Fließhilfen hilfreich, da ansonsten Probleme in der Verarbeitung der Mischung zu erwarten sind. Die Vernetzungskinetiken werden durch Mahlgutzugabe wenn überhaupt nur unwesentlich beeinflußt. Die mechanischen Eigenschaften der Recyclatmi-schungen werden durch Zugabe von bis zu 15 Gew.-% (bei einigen Ausnahmen auch bis zu 30 Gew.-%) Anteilen Mahlgut nicht signifikant verändert. Mischungsherstellung Die Herstellung von Mischungen in Kleinaggregaten erweist sich auch bei hohen Mahlgutdo-sierungen als unproblematisch. In Produktionskneteranlagen führen mahlguthaltige Mischun-gen zu etwas erhöhtem Aufwand an den Mischerlinien, da die Mischungen im Regelfall „trockener“ oder einfach hochviskoser waren. Die normalen Mischzeitvorgaben können ein-gehalten werden, sind aber mit höherem manuellen Aufwand an den Walzwerken verbunden. Prinzipiell sind alle gängigen Mischverfahren einsetzbar und führen zu vergleichbaren Er-gebnissen, sofern die üblichen Mischregeln eingehalten werden. Verarbeitbarkeit der Mischungen Bei der Weiterverarbeitung der Feinstmehl enthaltenden Mischungen in der kontinuierlichen Extrusion/Vulkanisation ist bei höheren Mehlgehalten Rücksicht auf die hervorgerufene Vis-kositätserhöhung zu nehmen. Bis zu einem Gehalt von 10 % Mehl kann die Verarbeitung im Grunde unter den üblichen Standardbedingungen erfolgen. Bei höheren Gehalten empfiehlt sich die Anpassung der Verfahrensparameter und unter Umständen die Modifikation der ein-gesetzten Extrusionswerkzeuge. Eine Rezeptanpassung erscheint weniger wünschenswert. Die Auswirkungen des Mahlguteinsatzes auf die Oberflächenqualität des Extrusionsartikels sind selbst bei geringen Mengen eher negativ, obgleich für unser Produktspektrum noch in gewissen Grenzen tolerabel. Eine graduelle Verbesserung erscheint durch Modifikation der Werkzeuggeometrie durchaus möglich, sofern das Verhältnis Querschnitt zu Korngröße passt. Insbesondere wäre fortführend zu untersuchen, ob sich durch eine deutliche Redukti-on der mittleren Korngröße (z.B. < 30 µm) zusätzliche Optimierungsmöglichkeiten zeigen. Daneben ließ sich nachweisen, dass scharfkantig ausgeführte Profilquerschnitte keineswegs eine wesentlich schlechtere Kantenqualität provozieren. Auch in diesem Punkt besteht je-doch zusätzlicher Untersuchungsbedarf.


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Die Verabeitung der Recyclatmischungen in der Formgebung erweist sich bei moderaten Feinstmehlzugaben als unproblematisch. Mischungen mit höherer Grundviskosität könnten aber einen höheren Einrichtungs- und Überwachungsaufwand erfordern. Spezifikationen der Kunden Die Spezifikationen der Kunden hinsichtlich der Produktperfomance sind bei dynamisch nicht beanspruchten Teilen bei kleinen bis moderaten Feinstmahlgutzugaben generell erfüllbar. Die Akzeptanz der Einführung einer recyclathaltigen Mischung bedarf aber nach bisheriger Erfahrung intensiver Überzeugungsarbeit . Aufbereitungs- und Logistikkosten Die Vermahlungsausbeuten der einzelnen Materialien sowie die allgemeinen Kosten für Vermahlung, Transport, Detektion etc. sind bei der Mischungsentwicklung recyclathaltiger Mischungen wichtige Parameter.


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7 Fortschritt auf dem Gebiet des Vorhabens bei anderen Stellen

Zerkleinerung von Gummi unter Ozoneinsatz Eine russische Forschungsfirma hat ein neues Verfahren zur Gummizerkleinerung entwickelt. Anstatt mit Hilfe von Schneidmühlen das Material zu zerkleinern, wird es unter Einsatz von Ozon zerkleinert. Bei diesem Verfahren werden die Molekülketten in einer ozonangereicher-ten Atmosphäre durch Dehnen und Strecken aufgebrochen. Das Ergebnis ist ein Gummi-mahlgut mit rauher Oberfläche. Das Gummimahlgut soll sich durch sehr gute Wiedervernetzungseigenschaften auszeichen und die Prozeßkosten sollen 40 % unter denen der mechanischen Zerkleinerung liegen. Desweiteren sei die Produktqualität höher, da Fa-sern und Stahlgewebe nicht zerkleinert werden und sauber freigelegt werden. Zerkleine-rungsergebnis: 50 % < 1 mm bei einem Durchsatz von 1,5 t/h (Zerkleinerung von Gurtbandförderern). Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Kälteerzeugung für kryogene Feinmahlprozesse von zäh-elastischen oder temperaturempfindlichen Stoffen bei tiefen Temperaturen Das Fraunhofer Institut UMSICHT, Oberhausen, hat ein Verfahrenskonzept zur Tieftempera-turzerkleinerung entwickelt, das weitgehend auf Flüssigstickstoff zur Kaltversprödung des Aufgabematerials verzichten kann. Das Konzept basiert auf einer mehrstufigen Ammoniak-kältemaschine. Als besondere Anlagenspezifikationen werden der indirekte Feststoffkühler, die zweistufige Kältekaskade und Kühlung sowie Rückführung der Mahlluft erwähnt. Der Aufbau der Anlage mit einem Materialdurchsatz von 200 kg/h ist abgeschlossen. Verfahren zur werkstofflichen Wiederverwertung von Altgummi unter Einsatz von Mikroorga-nismen Die Gesellschaft für Gummi- und Kunststoffmodifizierung b. R., Berlin, arbeitet mit einem Verfahren, bei dem schwefeloxidierende Mikroorganismen an der Oberfläche des zerkleiner-ten Altgummis eine Devulkanisation durch biochemische Spaltung der Polysulfidbrücken er-folgt. Die an den Partikeloberflächen freien Polymerketten sollen eine für die Vulkanisation günstige chemische Struktur bilden. Die so oberflächenmodifizierten Altgummigranulate und -mehle seien wieder vulkanisierbar und in Verbindung mit Neuware zur Herstellung von hochwertigen, dynamisch belastbaren Gummiprodukten geeignet. Die Qualitätsverbesserung im Vergleich zu Gummimischungen mit unbehandeltem Altgummigranulat bzw. -mehl sei er-heblich. Dieses sei in der Einbindung in der Gummimatrix begründet: Die nicht behandelten Altgummimehle liegen lediglich als passive Füllstoffe in der Matrix vor, wohingegen die be-


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handelten Gummimehle durch chemische Vernetzung aktiv die Werkstoffeigenschaften beeinflußen. Das Material, das durch dieses Verfahren devulkanisiert werden soll, muß

schwefelvernetzt sein und als Mahlgut < 500 µm vorliegen. Das Gummimehl wird suspendiert und in einem Bioreaktor bei gemäßigten Temperaturen (30 °C) unter Luftzufuhr mikrobiell behandelt. Zur Versorgung der Mikroorganismen werden Nährsalze zugegeben. Nach der biologischen Stufe wird die Suspension durch Sedimentation und Filtration getrennt. Das ab-getrennte Gummimehl wird schonend getrocknet und konfektioniert. Die Zumischrate zur Neuware soll bei bis zu 40 Gew.-% liegen, im Vergleich zu 100 Gew.-% Neuware sollen sich die mechanischen Werkstoffeigenschaften nur minimal verschlechtern. K.U.R.S. AG (1999) Ein Geschäftsbereich der von der Investmentgesellschaft Wabag über einen Fond gegründe-ten K.U.R.S. AG wird die Gummi-Rohstoffrückgewinnung. Das FKuR soll als Berater die Entwicklung von Recyclinganlagen der K.U.R.S. AG zukünftig begleiten. Da es sich um einen innovativen „Risikofond“ handelt, ist man auch stark daran interessiert, in neue Verfahren und Produkte zu investieren, so daß eine schnelle Umsetzung der in dem Projekt gewonne-nen Erkenntnisse möglich wäre. Quest Quantum Technology Die Quantum Group ist auf dem Sektor des Reifenrecyclings tätig. Die Firma setzt Gummi-mahlgut in verschiedenen Bereichen, wie z. B. als Füllstoff in Sportböden oder als Modifika-tor für Straßenasphalt ein. Die Quantum Group ist bemüht, in Korrespondenz mit diversen Ministerien, einen generellen Erlaß für den Einsatz von Flüsterasphalt auf deutschen Straßen zu erwirken.


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8 Veröffentlichungen

Vortrag Dr. Osen, Freudenberg DS KG: Jahrestagung Elastomerverarbeitung der VDI Ge-sellschaft Kunststofftechnik, August 2001; auszugsweise abgedruckt in: Wirtschaftlich automatisieren beim Spritzgießen und Extrudieren, VDI-Gesellschaft, Kunst-stofftechnik, Düsseldorf, VDI-Verlag, 2001; ISBN 3-18-234233-9. Der Vortrag wurde mit den Projektpartnern und -trägern abgestimmt Vortrag A. Jerz, FKuR – Forschung und Engineering GmbH: Kostensenkungspotentiale nut-zen: Der Einsatz von Qualitätsrecyclaten in technischen Elastomeren, 10. Kunststoff und Re-cycling Kolloquium, September 2001,abgedruckt im Tagungsband Vortrag A. Jerz, FKuR – Forschung und Engineering GmbH: Kostensenkungspotentiale nut-zen: Der Einsatz von Qualitätsrecyclaten in technischen Elastomeren, VKRT-Themennachmittag „Recycling“ in Arnheim, Februar 2002, abgedruckt im Tagungsband Vortrag R. Sartorius, FKuR – Forschung und Engineering GmbH: Kostensenkungspotentiale nutzen: Der Einsatz von Qualitätsrecyclaten in technischen Elastomeren, 78. Zusammen-kunft der DKG Bezirksgruppe Süd- und Südwestdeutschland, April 2002 Messestand der FKuR – Forschung und Engineering GmbH

1998 Kunststoffmesse K 1998 in Düsseldorf

1998 7. Kunststoff und Recycling Kolloquium in Krefeld

1999 Powtech 99 in Nürnberg


2000 Deutsche Kautschuk Tagung DKT in Nürnberg (Kopien der Charts im Anhang)



2001 Kunststoffmesse K 2001 in Düsseldorf


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9 Literaturverzeichnis

[1] N.N. Konzept eines Altgummi-Verwertungs- und Entsorgungssystems, WDK, Frankfurt 1991

[2] Breuer, H. Wirtschaftliche Feinstvermahlung von Gummireststoffen. Prof.Dr. Ing. FKuR, Willich 1995

[3] Delau, R. Entwicklung und Untersuchung von Compounds aus feinstvermahlenen Gummiabfällen, FKuR, Willich 1995

[4] Capelle, G. Neuere Erkenntnisse bei der stofflichen Verwertung von Altreifen, Altgummi u. Gummiabfällen

[5] Walter, G. Aktivitäten zur Altfahrzeugwiederverwertung und – Entsorgung GAK6 / 1991

[6] N.N. Firmenschrift Flocking Ltd.-Deutschland

[7] Schnetger, J. Lexikon der Kautschuk - Techik Huthing Buch Verlag Heidelberg 1991

[8] Schmidt, U. Wiederverwertung von Altgummi – Status u. Tendenzen in Reinke, D. der Gummiindustrie, KGK 8/92Gummiindustrie. KGK 8/92

[9] N.N. US-Patent-Nr. 5.238.194, „Method of producing fine elastomere particles“. 1993

[10] Menges, G. Werkstoffkunde, 3. Auflage, Hanser Verlag, München 1990

Prof.Dr.

[11] Uder, H.-P. Altgummi-Verwertung, KGK 12/95

[12] Vasut, S. et al. Umweltschutzgegenstände aus festen Polymerabfällen für Lärmschutz u. Schwingungsdämpfung, KGK 5/97

[13] Klüppel, M. et al. Wiederverwertung von Altgummi in technischen Elastomerartikeln KGK 5/97

[14] Coomarasamy, A. Performance of scrap tire rubber modified asphalt paving mixes, Hesp, S.A.M. Rubber World, May 1998

[15] Michael, H. et al. Blends from Recycled Rubber and Thermoplsatics, KGK 7/8/99


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[16] Balint, S. Production of Rubber Powder Substituted for Coal Processing. Chemical Industry 1999/5

[17] Verbrüggen, M.A.L. Mechanismus Involved in the Recycling of NR and EPDM et al. Rubber Chemistry and Technology, 72/1999

[18] N. N. Bericht „Starke Zerkleinerer“, Kunststoff Magazin 6/98, Verlag Hoppenstedt GmbH, Darmstadt 1998

[19] Schulz pers. telefonische Auskunft, Bigat GmbH, Willich 1998

[20] Bertling, J. Auskunft, Fraunhofer Institut Umwelt-, Sicherheits-, Energietechnik UMSICHT, 1999

[21] Gesellschaft für Gummi- Internet http://www.bagumer.de und Kunststoffmodi- UmweltMagazin Ausgabe Juli/August 1999 fizierung b. R.

[22] N. N. Firmenprospekt der Quantum Group sowie persönliches Gespräch mit Herr McCarthy, Quantum Group


10 Anlage Anlage 1 Abbildungen zu Stufe I:

Agglomerate des Materials 4, FVMQ OOR, aus der Kaltmahlanlage Agglomerate der Materialien 8 und 11, ACM OOR, aus der Kaltmahlanlage

Anlage 2 Materialien 17 und 18 EPDM, Schlauchware

Versuchsergebnisse Stufe I-2 und II Anlage 3 Materialien 19 und 20 EPDM, variable Härten und 60 ShA

Zusammenfassung der Prüfdaten zu den Stufen I-2, II und IV-1 Anlage 4 Materialien 17 und 18 EPDM, Schlauchware

Produkte Überkornanwendungen Stuf IV-1 Anlage 5 Zusammenfassung Studienarbeit Phoenix

Entwicklung eines Verwertungs- und Entsorgungskonzeptes Benn, Olaf, 1999

Anlage 6 Veröffentlichungen

Vortrag Dr. Osen 2001 Vortrag Jerz/Sartorius Messestand DKT 2000


Anlage 1

Abbildungen zu Stufe I: Agglomerate des Materials 4, FVMQ OOR, aus der Kaltmahlanlage Agglomerate der Materialien 8 und 11, ACM OOR, aus der Kaltmahlanlage


Material 4, FVMQ OOR Agglomerate des Materials aus der Kaltmahlanlage



Material 8 und 11, ACM OOR

Agglomerate des Materials aus der Kaltmahlanlage


Anlage 2 Materialien 17 und 18 EPDM, Schlauchware Versuchsergebnisse Stufe I-2 und II













Tabelle: 5 Mischung MD 25-120, schwefelvernetzt

Prüfungen Einheit # 1 # 2 #3 #4 #5 FM schwefelvernetzt [ pphr] - 5 10 15 20 Shore Härte A [ Shore

A] 65 65 65 65 65

Reißfestigkeit [N/mm² ] 14,8 13,9 13,8 13,7 13,6 Reißdehnung [%] 425 403 397 419 409 Weiterreißwert A längs

[N/mm²] 6,7 6,6 6,8 8,5 7,7

DVR 25% 2h/30 min. 22h 125°C

[%] 49 50 47 47 49

MS 4 / 100°C [%] 39 41 42 44 45

Bem.: FM = Feinstmehl Prüfkörperheizzeit: 20 min Prüfkörpertemperatur: 180 °C


Tabelle: 6 Mischung 3301/001 S-vernetzt

3301/001 Einheit # 377

p # 3 LV

#3 PV

#5 LV

#5

9.1.a.1.1 PV

Anteile Feinstmehl phr [ pphr] - 10 10 20 20

Shore Härte A [ Shore A] 65 65 65 65 64 Reißfestigkeit [N/mm² ] 13,6 13,8 14,7 13,6 15,2 Reißdehnung [%] 407 397 439 409 438 Weiterreißwert A längs

[N/mm²] 6,6 6,8 7,4 7,7 7,2

DVR 25% 2h/30 min. 22h 125°C

[%] 51 47 51 49 51

MS 4 / 100°C [%] 43 42 44 45 46 ZVR / DBL [%] 35 - 38 - 38

Bem.: FM = Feinstmehl Prüfkörperheizzeit: 20 min Prüfkörpertemperatur: 180 °C


Tabelle: 7 Mischung 3301/550 peroxidvernetzt

3301/550 Einheit A B C

Feinstmehl [ pphr ] - 10 20 MS4/100°C [ - ] 53-61 55-57 56-58 Härte [Shore A] 67,68 66-68 67-69 Reißfestigkeit [N/mm²] 11-12 11,4-11,8 11,4-12,0 Reißdehnung [%] 350-400 360-390 355-385 Spannungswert 100 % (24 h,180°C)

[%] 3,4-3,8 3,3-3,7 3,2-3,6

DVR [%] 42-45 42-44 43-45 Bem.: Prüfkörperheizzeit: 20 min Prüfkörpertemperatur: 180 °C Die Werte wurden auf Basis von jeweils 10 Prüfmischungen ermittelt A = Original; letzter Produktionsstand


Tabelle: 8 Mischung 3301/001, schwefelvernetzt mit peroxidvernetztem FM


FM peroxidvernetz [ pphr ] - 10 20 MS4/100°C [ - ] 47-48 47-49 48-51 Härte [Shore A] 64-67 63-65 62-64 Reißfestigkeit [N/mm²] 14-16 13,5-15,5 13,3-15,3 Reißdehnung [%] 390-430 390-420 380-410 Weiterreißfestigkeit

[N/mm²] 6-8 7-8 8-9

ZVR (24 h, 180°C [%] 32-34 34-36 35-37 Bem.: FM = Feinstmehl Prüfkörperheizzeit: 20 min Prüfkörpertemperatur: 180 °C Die Werte wurden auf Basis von jeweils 10 Prüfmischungen ermittelt A = Original; letzter Produktionsstand


Tabelle: 9 Mischung 3301/550 peroxidvernetzt mit schwefelvernetztem FM


FM schwefelvernetzt [ pphr ] - 10 20 MS4/100°C [ - ] 54-62 55-58 57-60 Härte [Shore A] 67-69 66-69 65-68 Reißfestigkeit [N/mm²] 10,8-12,3 11,3-12,5 10,9-12,1 Reißdehnung [%] 340-380 330-370 320-360 Spannungswert 100 % [%] 3,5-3,9 3,2-3,6 3,2-3,4 DVR (24 h, 180°C [%] 42-46 43-47 44-48 Bem.: FM = Feinstmehl Prüfkörperheizzeit: 20 min Prüfkörpertemperatur: 180 °C Die Werte wurden auf Basis von jeweils 10 Prüfmischungen ermittelt A = Original; letzter Produktionsstand


Anlage 3 Materialien 19 und 20 EPDM, variable Härten und 60 ShA Zusammenfassung der Prüfdaten zu den Stufen I-2, II und IV-1

Werkstoffliches Recycling von TSE-Gummireststoffen imFeinstkornbereich, TV 7: Entwicklung und Einsatzmöglichkeiten vonEPDM-Feinstmehlen aus dem Bereich Fenster- und Türdichtungen in

der Bauindustrie

Laufzeit : 01.07.1998 bis 31.05.2001Förderkennzeichen : 01-RV 9709Projektträger : DLR (Deutsche Zentrum für Luft- und

Raumfahrt e.V.) für das BMBF(Bundesministerium für Bildung und Forschung)

Projektkoordinator : FKuR (Forschungsinstitut Kunststoff und Recycling GmbH)Projektleiter : Paul KientzProjektassistent : Werner Berens

Labor - Entwicklung

Labor-Entwicklung, SaarGummi GmbH November 2001

Abschlussbericht

• Projektführung• Festlegung der verantwortlichen Personen

• Inform ationen• Darstellung des Projektzieles für die jeweiligen Bereiche

• Kostentransparenz• Einrichtung einer separaten Kostenstelle

• Literaturrecherche• Absicherung des heutigen W issenstandes

Organisation


Abschlussbericht

• Produktauswahl• Festlegung der Produkte bzw. der M ischungsqualitäten

• Schulung• Aufklärung der Abteilungsleitung, der Fertigungsingenieure undder W erker

• Abfallström e• Erfassung und Darstellung der verschiedenen „ Abfälle “

• Versand• EPDM -Profile, peroxidisch vernetzt, Härtebereich von 40 - 95Shore A inklusive M oosgum m i

• Laboruntersuchung (Zugabe von 10 Gew.-% )

• Betriebsversuche (Zugabe von 10 Gew.-% )

Projektablauf


Abschlussbericht

• Ausbeute an Feinstm ehl ca. 45 %

• Ausbeute ist tem peraturunabhängig

• Ausbeute ist reststoffunabhängig

EPDM-Feinstmehl Korngröße EPDM-Reststoff Zerkleinerungstemperatur

[µ](schwarz , peroxidisch vernetzte

Profile, Salzbadvulkanisation) [°C]

1 < 100 variable Härte* -802 < 100 variable Härte* -1003 < 100 variable Härte* -1204 < 100 60 Shore A -805 < 100 60 Shore A -1006 < 100 60 Shore A -120

Feinstm ehl

* 40 - 95 Shore A Kom paktm aterial m it M oosgum m i und Glasfaserfaden


Abschlussbericht

• Fassaden - Dichtungsbahnen

• Fenster - Türdichtungsprofile

• Autom obil - Dichtungssystem e (IM )

• Flachdach - Dichtungssystem e

Produktauswahl


AbschlussberichtFassaden - Dichtungsbahnen


Abschlussbericht

+ M ischungsherstellung und Dispergierung

+ Vernetzungsniveau und - geschwindigkeit

+ Reißfestigkeit und Reißdehnung

+ W eiterreißwiderstand

+ Heißluftalterung

+ Künstliche Alterung

+ Optik

+ Verklebbarkeit

± Geruch und Aussehen

– erhöhte Plastizität

– Veränderung der Extrusionsparam eter

Fassaden - Dichtungsbahnen


Abschlussbericht

E P D M S -vulkanisiertM ooney - M essung 121°C

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

R eferenz 60 S hore AE P D M

F einstm ehl 100µ-80°C

60 S hore AE P D M


60 S hore AE P D M


variable H ärtenE P D M






Visko

sitä

t

[MU]



Abschlussbericht

E P D M S -vulkanisiertM ooney-M essung 121°C

0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8

2 0



60 S hore AE P D M


60 S hore AE P D M








t5 S

corchze

it

[min.]



Abschlussbericht

E P D M S -vu lkan isiertZu g festig keitD IN 53504

0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8



60 S hore AE P D M


60 S hore AE P D M








[MPa]

A usgangsw ert

A lterung 7d 100°C



Abschlussbericht

EPDM S-vukalinisertReißdehnung

DIN 53504

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Referenz 60 Shore AEPDM

Feinstmehl 100µ-80°C

60 Shore AEPDM


60 Shore AEPDM


variable HärtenEPDM






[%] Ausgangswert

Alterung 7d 100°C



Abschlussbericht

E P D M S -vulkanisiertW eiterreißw iderstand

D IN 53507-A

0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8

R e fe re n z 6 0 S h o re A E P D M

F e in s tm e h l 1 0 0 µ -

8 0 °C

6 0 S h o re A E P D M


1 0 0 °C

6 0 S h o re A E P D M


1 2 0 °C

va ria b le H ä rte n

E P D M F e in s tm e h l

1 0 0 µ -8 0 °C



1 0 0 µ -1 0 0 °C



1 0 0 µ -1 2 0 °C

[N/m

m]



Abschlussbericht

E P D M S -vulkanisiertW eiterreißw iderstand

A S TM D 624 C

4 0

4 1

4 2

4 3

4 4

4 5

4 6

4 7

4 8

4 9

5 0



60 S hore AE P D M


60 S hore AE P D M








[N/m

m]



AbschlussberichtFenster- und Türdichtungsprofile


Abschlussbericht




+ Rückprallelastizität

+ Druckverform ungsrest

+ erhöhte Heißluftalterung

+ Geruch


– Optik nicht akzeptabel

Fenster- und Türdichtungsprofile


Abschlussbericht

EPDM Peroxid-vulkanisiertZugfestigkeit

DIN 53504

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Referenz 60 Shore A EPDM Feinstmehl100µ -80°C

60 Shore A EPDM Feinstmehl100µ -100°C


[MP

a] AusgangswertAlterung 7d 100°CAlterung 7d 140°C



Abschlussbericht

EPDM Peroxid-vulkanisiertReißdehnung

DIN 53504

0

50

100

150

200

250

300

350

Referenz 60 Shore A EPDM Feinstmehl100µ -80°C



[%]

AusgangswertAlterung 7d 100°CAlterung 7d 140°C



Abschlussbericht

E P D M P eroxid-vulkanisiertD ruckverform ungsrest

D IN 53517

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

R efe re n z 6 0 S h o re A E P D M F e in s tm e h l

1 0 0 µ -8 0 °C

6 0 S h o re A E P D M F e in s tm e h l

1 0 0 µ -1 0 0 °C

6 0 S h o re A E P D M F e in s tm e h l

1 0 0 µ -1 2 0 °C

[%]

2 2 h 100°C

22h -25°C

72h R T



AbschlussberichtAutom obil - Dichtungsystem e (IM )


Abschlussbericht





+ Rückprallelastizität

+ Heißluftalterung

+ künstliche Alterung

+ Optik

± Geruch

± Veränderung der Produktionsparam eter

– Druckverform ungsrest bei 100°C


Autom obil - Dichtungsystem e (IM )


AbschlussberichtFlachdach - Dichtungsystem e


Abschlussbericht



+ Reißfestigkeiten und Reißdehnung


+ Heißluftalterung

+ Künstliche Alterung

+ Optik

+ Verklebbarkeit

± Geruch und Aussehen


– Veränderung der Extrusionsparam eter

Flachdach - Dichtungsystem e


Abschlussbericht


• physikalische W erte gut

• rheologisches Verhalten akzeptabel

• unter 2,50 DM /kg Feinstm ehl ist die W irtschaftlichkeit gegeben

• Um setzung in der Serie m öglich

• Langzeittests werden über das Projektende hinaus weitergeführt

Bewertung und Ausblick


Abschlussbericht

Fenster - Türdichtungsprofil



• m angelnde Optik erlaubt keine Anwendung



Abschlussbericht

Autom obil - Dichtungssystem e (IM )



• Geruchsproblem atik

• Akzeptanzproblem intern und extern



Abschlussbericht

Flachdach - Dichtungssystem e



• unter 2,50 DM /kg Feinstm ehl ist die W irtschaftlichkeit gegeben

• Um setzung in der Serie m öglich

• Langzeittests werden über das Projektende hinaus weitergeführt



Anlage 4 Materialien 17 und 18 EPDM, Schlauchware Produkte Überkornanwendungen Stuf IV-1



Anlage 5 Zusammenfassung Studienarbeit Phoenix Entwicklung eines Verwertungs- und Entsorgungskonzeptes Benn, Olaf, 1999





Anlage 6 Veröffentlichungen Vortrag Dr. Osen 2001 Vortrag Jerz/Sartorius Messestand DKT 2000

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Werkstoffliches Recycling von TSE-Gummireststoffen im ......Werkstoffliches Recycling von TSE-Gummireststoffen im Feinstkornbereich Seite 4 von 133 1 Aufgabenstellung Gesamtziel des