DE1088253B

DE1088253B - Verfahren zum Bestimmen des Vulkanisationszustandes von Vulkanisationsmischungen vonnatuerlichem und synthetischem Kautschuk durch Messung von mechanischen Eigenschaften und Vorrichtung zur Ausuebung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1088253B
Application number: DEF22663A
Authority: DE
Inventors: Dr Konrad Ellegast; Wilhelm Heidemann; Richard Juffa; Dr Julius Peter
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1957-03-26
Filing date: 1957-03-26
Publication date: 1960-09-01
Also published as: GB892053A

Description

Verfahren zum Bestimmen des Vulkanis ationszustandes von Vulkanisationsmischungen von natürlichem und synthetischem Kautschuk durch Messung von mechanischen Eigenschaften und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens Es ist bekannt, daß man Kautschuk durch eine Quervernetzung der Kautschukmoleküle (»Vulkanisation«) in einen hochelastischen Zustand überführen kann. Das Zumischen des Vernetzersystems sowie die anschließende Verformung erfolgen zumeist bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen (meist nicht über 80 bis 1000 C), die Quervernetzung (Vulkanisation) hingegen erfolgt zumeist bei höheren Temperaturen (120 bis 1600 C und mehr).
Bei der Vulkanisation geht der Kautschuk dann allmählich vom plastischen in den elastischen Zustand über. Hierbei werden folgende Stadien durchlaufen: 1. Die Erwärmung der Mischung führt zu einer thermoplastischen Erweichung (Erweichungs- oder Fließperiode) .
2. Das Einsetzen der Vulkanisation (Anvulkanisation) .
3. Kontinuierlicher Fortgang der Vulkanisation bis zum Erreichen der optimalen Vulkanisation. Dieses Optimum wird eine gewisse Zeit beibehalten (Vulkanisationsplateau).
4. Die weitere -VulkaWsation bringt bei Naturkautschuk eine dezútli-che Verschlechterung der Eigenschaften (Reversion), bei den meisten Synthesekautschuktypen keine wesentliche Steigerung der Eigenschaften mehr. Dieser Zustand wird als übervulkanisation bezeichnet.
Das Ziel des technischen Vulkanisationsvorganges ist das Erreichen der optimalen Eigenschaften. Dies bedeutet, daß die Vulkanisation nach Erreichen des Vulkanisationsoptimums abgebrochen werden sollte.
Die genaue Festlegung der zum Erreichen der optimalen Vulkanisation bei einer bestimmten Temperatur notwendigen Zeitspanne ist daher von erheblichem technischem Interesse.
Weiterhin ist es von Interesse zu wissen, wann die Fließperiode beendet ist und die Anvulkanisation beginnt, da die Verformung bis zum Beginn der Anvulkanisation beendet sein muß, weil durch die Anvulkanisation die plastische Verformbarkeit verringert wird.
Die z. Z. gebräuchlichen Methoden zum Bestimmen der optimalen Vulkanisationszeit gehen sämtlich so vor, daß zunächst verschiedene Prüfkörper verschieden lange auf die Vulkanisationstemperatur erhitzt werden (Stufenheizung) und dann nachträglich an diesen vulkanisierten Prüfkörpern mittels der bekannten technologischen Methoden (Zerreiß festigkeit, Dehnung, Modulus, Härte, Elastizität, Widerstand gegen Weiterreißen, Gleichgewichtsquellung usw.) der Vulkanisaxasznst bestimmt wird. Dieses Verfahren benötigt einen erheblichen Aufwand an Zeit und Material, da es in zwei Stufen (Heizungen und Prüfung) verläuft.
Diese Nachteile werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen des Vulkanisationszustandes von Vulkanisationsmischungen von natürlichem und synthetischem Kautschuk durch Messung von mechanischen Eigenschaften dadurch vermieden, daß der Verlauf der Vulkanisation an ein und derselben Probe kontinuierlich oder periodisch bestimmt wird durch eine kontinuierliche oder periodische Kraftmessung bei Zug-, Druck-, Schub- oder Torsions-Wechselverformung oder durch eine kontinuierliche oder periodische Wegmessung bei Zug-, Druck-, Schub- oder Torsions-Wechselbelastung oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen.
Zum Ermitteln der mechanischen Wechselbelastung bzw. Wechselverformung der Probe können die an sich bekannten einschlägigen Prüfvorrichtungen verwendet werden.
An Hand der Abbildungen ist eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es zeigt Abb. 1 eine an sich bekannte Vorrichtung zum Messen des Schubmoduls und Abb. 2 eine Ausbildungsform der Probenhalterung.
Zwei Probeplättchen 1 aus der zu untersuchenden Vulkanisationsmischung sind zwischen zwei gabelförmig angeordneten Schenkeln 6, die vorzugsweise in ihrem Abstand verstellbar sind, und einer mittleren Platte 7, die an ihrem einen Ende an einem Dynamometer 4 befestigt ist, eingespannt. Der gemeinsame Steg der beiden Schenkel ist mittels einer Stange 2 an einer an sich bekannten Pulsiereinrichtung 9 befestigt, an der sich ein Wegmesser 5 befindet. Die Pulsiereinrichtung 9 wird mittels eines Antriebes 3 über einen Verstellexzenter 2 betrieben. Gegebenenfalls kann die Pulsiereinrichtung 9 so ausgebildet werden, daß auf die Prüfkörper Torsionsbeanspruchungen ausgeübt werden.
Die Vulkanisationsprobe kann auf beliebige Art, z. B. elektrisch oder mit Heißluft oder Heißdampf, erhitzt und so den Bedingungen der Praxis unterworden werden. Die mit dieser Versuchsanordnung erhaltenen Resultate stimmen ausgezeichnet mit den nach den bekannten Verfahren gewonnenen überein.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Vulkanisations- und Anvulkanisationsgeschwindigkeit bei verschiedenen Temperaturen bestimmt werden.
Die Frequenzen der Wechselbelastung liegen zweckmäßigerweise in der Größenanordnung von 10 Hz.
Wenn es sich darum handelt, besonders gut das plastische Verhalten zu studieren, verwendet man vorteilhafterweise wesentlich niedrigere Frequenzen.

Claims

PATENTANsPRÜcHE: 1. Verfahren zum Bestimmen des Vulkanisationszustandes von Vulkanisationsmischungen von natürlichem und synthetischem Kautschuk durch Messung von mechanischen Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Vulkanisation an ein und derselben Probe kontinuierlich oder periodisch bestimmt wird durch eine kontinuier- liche oder periodische Kraftmessung bei Zug-, Druck-, Schub- oder Torsions-Wechselverformung oder durch eine kontinuierliche oder periodische Wegmessung bei Zug-, Druck-, Schub- oder Torsions-Wechselbelastung oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen.
2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Vulkanisationstemperatur geheizte Probe mit einer an sich bekannten eine periodische Wechselbewegung ausführenden Antriebsvorrichtung und mit einer Meßvorrichtung verbunden ist, welche die auf die Probe ausgeiibte Kraft oder den Verformungsweg mißt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Proben plattenförmig ausgebildet sind und auf ihren parallelen Seiten an über parallel zur Plattenebene relativ zueinander bewegten Halteorganen angebracht sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Halteorgan zwischen zwei gleich ausgebildeten Probeplättchen angeordnet ist und das andere Halteorgan beide Probeplättchen umfaßt.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Halteorgan mit der Antriebsvorrichtung und das andere mit der Meßvorrichtung verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 523 064; USA.-Patentschriften Nr. 2729967, 2 754 675, 2 759 353; Paul Kluckow: »Die Praxis des Gummichemikers«, erschienen 1954 im Berliner Union Verlag, S. 252 bis 254; Prospekt »Vulcacit Thiuram« 11-11692 der Farbenfabrik Bayer, Ausgabe Mai 1932, S. 14 bis 17.