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Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen Gegenstand der Erfindung
ist ein Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen, bei dem das Vorkneten
des Kautschuks wegfallen, der für das Mischen erforderliche Kraftaufwand stark herabgesetzt,
die Mischdauer erheblich abgekürzt und das Mischen bei erheblich niedrigerer Temperatur
durchgeführt werden kann, so daß die Überhitzungsgefahr vermieden oder auf ein Mindestmaß
herabgesetzt ist. Auch die bei lang andauerndem Mischen auftretende Verschlechterung
des Kautschuks wird so vermieden oder auf ein sehr geringes Maß herabgesetzt.
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Gemäß der Erfindung wird die Kautschukmischung unter Verwendung eines
Gemischs aus einem bei der Verarbeitung und Vulkanisation nicht flüchtigen Kautschuklösungsmittel
mit geringen Mengen eines Aktivators, wie sulfonierte Petroleumöle oder höhere Alkohole,
hergestellt. Auf diese Weise gelingt es, den noch unelastischen Kautschuk rasch
in den plastischen Zustand überzuführen. Diese Wirkung beruht anscheinend darauf,
daß der Kautschuk dispergiert oder daß er und seine nicht kautschukartigen Bestandteile
so beeinflußt werden, daß ein Auswalzen kaum noch oder überhaupt nicht mehr nötig
ist.
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Es ist bereits bekannt, Kautschuk durch Zusatz von Lösungsmitteln
zu erweichen und dadurch die mechanische Verarbeitung zu erleichtern, insbesondere
in Gegenwart von Vulkanisationsbeschleunigern. Man hat sich dabei hauptsächlich
leicht flüchtiger Kohlenwasserstoffe bedient, die sich während oder nach der Verarbeitung
verflüchtigen und dabei ungesunde und feuergefährliche Dämpfe abgeben. Man hat auch
nicht flüchtige schwere Kohlenwassierstoffe, Anthracen oder Teere vorgeschlagen,
die bekanntlich Kautschuk zwar zu erweichen, aber nicht in erheblichem Maße zu lösen
vermögen. Bei ihrer Verwendung tritt der Nachteil auf, daß die Verschleißfestigkeit
des vulkanisierten Kautschuks vermindert und die Biegsamkeit und Dehnbarkeit verschlechtert
wird. Bei der Durchführung des neuen Verfahrens werden hauptsächlich Lösungsmittel
benutzt, die sich von den bekannten Lösungsmitteln dadurch unterscheiden, daß "sie
bei der Arbeitstemperatur nicht flüchtig sind und die sich von den bekannten Schwerölen
durch ihr erheblich größeres Lösungsvermögen unterscheiden. Mit Hilfe dieser Lösungsmittel
stellt man eine thermoplastisch machende Zubereitung her, indem man Lösungsaktivatoren
darin auflöst. Die so hergestellten- thermoplastisch machenden Zubereitungen setzt
man dem noch unverarbeiteten oder unelastischen Kautschuk zu.
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Als nicht flüchtige Lösungsmittel eignen sich besonders Kohlenwasserstoffe,
wie Petrolöl vom Flammpunkt 14g°. SeineVerwendung erfordert zudem keine besonderen
Vorkehrungen,
um eine Verdampfung und Feuersgefahr auf" dem Transport,
beim Umgießen oder Lagern und beim Gebrauch zu verhüten.
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Als weitere Lösungsmittel können gewisse Steinkohlenteeröle verwendet
werden, die sowohl Kautschuk als auch den Lösungsaktivator lösen und einen geeigneten
Siedepunkt aufweisen, z. B. neutrale Öle, die etwas höher sieden als Solventnaphtha.
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Als Lösungsmittel für Kautschuk sind hier solche Flüssigkeiten oder
Quellmittel bezeichnet worden, die mit Kautschuk kolloidale Lösungen zu bilden imstande
sind.
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Die obenerwähnten Lösungsaktivatoren, die in den eigentlichen Lösungsmitteln
aufgelöst werden, sind Stoffe, die die auflösende Wirkung des kohlenwasserstoffartigen
Lösungsmittels auf den Kautschuk beschleunigen oder den thermoplastisch machenden
Einfluß des Lösungsmittels steigern. Zu den vorteilhaftesten Aktivatoren
dieser Art gehören Sulfonsäuren oder sulfonierte Verbindungen, die in dem Lösungsmittel
löslich sind, aüßerdem aber auch noch höhere Alkohole, und zwar insbesondere die
nicht hydrophilen Alkohole, die vier oder mehr Kohlenstoffatome im Molekül enthalten.
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Besonders wertvolle Aktivatoren sind die öllöslichen sulfonierten
Kohlenwasserstoffe, die durch Behandlung bestimmter Schmieröle mit 66gradiger oder
rauchender Schwefelsäure erhalten werden und in der Hauptsache Sulfonsäuren enthalten,
gewöhnlich neben kleineren Mengen unveränderten Öls oder Kohlenwasserstoffs und
sehr kleinen Mengen freier Schwefelsäure. Sulfonierte Produkte dieser Art sind im
Handel unter dem Namen Kontakt bekannt, andere, wie sulfoniertes Petrolöl, werden
unter dem Namen Sulpho-A für andere Zwecke, insbesondere als Kontaktmittel für dieSpaltungvonFetteninfreieFettsäuren
und Glycerin, in den Handel gebracht. Derartige sulfonierte Produkte sind in leichten
l<ohlen@vassergtöffölen wirklich oder kollo. idal löslich. Im technischen und
haudelsüblichen Zustand können sie auch noch wechselnde Mengen Wasser enthalten,
und wenn der Wassergehalt wegen seiner Höhe die Auflösung dieser Produkte oder ihre
Verwendung ungünstig beeinflussen sollte, so kann man ihn zunächst herabsetzen oder
beseitigen. Andere sulfonierte Verbindungen, die als Lösungsaktivator verwendet
werden können, sind sulfoniertes Spermacetiöl und sulfoniertes Rizinusöl.
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Von den höheren Alkoholen, die sich als wertvoll erwiesen haben, sei
in erster Linie der Hexylalkohol erwähnt, doch können auch andere Alkohole in ähnlicher
Weise verwendet werden, so z. B. n-Butylalkohol, Amylalkohol oder Cyclohexanol.
Diese höheren Alkohole sind im allgemeinen nicht hydrophil, sie sind öllöslich und
haben auch einen genügend hohen Siedepunkt.
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Werden die höheren Alkohole allein dem Kautschuklösungsmittel zugesetzt,
so begünstigen sie in sehr deutlicher Weise die Absorption des Lösungsmittels durch
den Kautschuk und das damit verbundene O_uellen des letzteren. Werden sulfonierte
Kohlenwasserstoffe allein dem Kautschuklösungsmittel zugesetzt, so ergibt sich eine
sehr deutliche Steigerung der Fließbarkeit des Kautschuks. Werden aber sowohl höhere
Alkohole als auch sulfonierte Kohlenwasserstoffe dem Kautschuklösungsm,ittel zugesetzt,
so ergibt such eine verstärkte Wirkung.
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Die Beschleunigung, die das Plastischwerden des Kautschuks durch die
Wirkung der neuen plastisch machenden Zubereitung erfährt, scheint auf einer kombinierten
Wirkung des Kautschuklösungsmittels und des Lösungsaktivators zu beruhen, derzufolge
das Lösungsmittel rasch in den Kautschuk vordringt, während der Lösungsaktivator
wahrscheinlich auf die nicht kautschukartigen Bestandteile einwirkt. Das Ergebnis
scheint eine Umkehrung der Kautschukkoagulation zu sein im Sinne einer Dispergierung
des Kautschuks.
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Ein Beispiel möge die Herstellung der neuen thermoplastisch machendenZubereitung
erläutern Beispiel i 4,53 kg sulfoniertes Petrolöl (Sulpho-A) werden in einem Holzfaß
bei Raumtemperatur mit 161 Petrolöl vom Flammpunkt r4.9° (sog. Mineral Seal Oil
oder 3oo° Burning 0i1) vermischt und a Tage lang stehengelassen, worauf i,i4kg sek.
Hexylalkohol des Handels zugesetzt und die Mischung weitere 14 Stunden lang sich
selbst überlassen wird. Nach dieser Zeit scheidet sich am Boden des Fasses eine
kleine Menge einer dünnen, hauptsächlich aus Wasser bestehenden Flüssigkeit ab,
die abgezogen wird.
15 1 des verbleibenden Gemisches werden nun mit zoo 1
mineralischem Robbentran vermischt. Die so erhaltene Zubereitung enthält etwa 1,6
olo des sulfonierten Petroleumproduktes, etwa 0,4 % Hexylalkohol und etwa 98,o °1Q
des Kohlenwasserstofföls. Die nach diesem Beispiel erhaltene Zubereitung enthält
ungefähr die günstigste Menge .des Lösungsaktivators, soweit es sich um das Plastischmachen
von Smoked Sheets oder Pale Crepe handelt. Weitere Mengen des Lösungsaktivators
steigern die Wirkung anscheinend nur wenig. Umgekehrt hat eine Verminderung dieser
Menge an Lösungsaktivator, wie sie durch Neutralisation möglich ist, eine verminderte
Plastizität
des Kautschukansatzes zur Folge, und aus diesem Grunde ist es manches Mal von Vorteil,
die Menge des Lösungsaktivätors etwas zu erhöhen, beispielsweise nach folgendem
Rezept:
| Petrolöl . , 96 °/o, |
| Sulfoniertes Petrolöl (Sulpho-A) z °/o, |
| sek. Hexylalkohol des Handels |
| oder n-Butylalkohol . . . . . . . . . a |
Das Mengenverhältnis, in dein diese Zubereitungen dem Kautschuk zugesetzt werden,
hängt von den Umständen ab. In der Regel genügen für- Smoked Sheets und Pale Crepe
4 bis 8
% des Kautschukgewichts, doch können auch größere Zusätze von Vorteil
sein, insbesondere bei der Verarbeitung regenerierten Kautschuks oder von Kautschukgemischen,
die vermöge bestimmter Bestandteile den Lösungsaktivator neutralisieren oder seine
Wirkung herabsetzen.
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Die Benutzung der Zubereitung geschieht am besten in der Weise, daß
man sie dem noch nicht mastizierten Kautschuk vor dem Mischen oder zu Beginn desselben
zusetzt. Wird das Mischen und die Herstellung des Ansatzes mit Hilfe offener Walzwerke
oder Mischwalzen bewerkstelligt, so kann man den Kautschuk mit der flüssigen Zubereitung
bespritzen, entweder bevor man ihn dem Walzwerk zuführt oder unmittelbar danach,
jedenfalls vor dem Zusatz von Farbstoffen und Zusatzpulvern. Wird die Herstellung
in einem Mischer vorgenommen, beispielsweise in einem Banburymischer, so kann man
die flüssige Zubereitung dem Kautschuk zusetzen, sobald er in den Mischer gebracht
ist. Auch kann man einen Teil der Zubereitung dem Kautschuk zu Beginn des Mischvorganges
zusetzen, den Rest aber erst zugleich mit dem Zusatz der Pulver oder sogar noch
später. Schließlich kann man die Flüssigkeit nur einem Teil des Kautschuks zusetzen,
um eine Vormischung herzustellen, beispielsweise indem man durch Ouellenlassen von
Kautschuk in der Flüssigkeit ein Gemisch aus z Teilen Kautschuk und i Teil der Zubereitung
herstellt, worauf man die Vormischung mit dem übrigen Kautschuk auf dem Walzwerk
oder in dem Mischer vermengt. Es ist aber auch möglich, die Gesamtmenge der flüssigen
Zubereitung dem Kautschuk oder einem Teil desselben vorweg zuzusetzen und erst nach
erfolgter Absorption zum Walzvorgang überzugehen.
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Bei der Herstellung verschiedener Kautschukansätze ist es gegenwärtig
üblich, den Kautschuk zunächst 30 Minuten lang und selbst noch länger zu
mastizieren und erst dann zur Herstellung des Ansatzes zu schreiten. Nach dem vorliegenden
Verfahren kann °man das Geschmeidigmachen und auch die Herstellung des Ansatzes
innerhalb: weniger Minuten durchführen.
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So wurde z. B. bei der Herstellung von Kautschukdichtungsstoffen eine
Mastizierungsdauer von 30 Minuten für erforderlich gehalten, worauf man denKautschuk
in einem Banburymischer etwa 6 Minuten lang aufwärmte, danach die pulverigen Zusatzstoffe
beimengte und weitere 7 Minuten lang mischte. Die erhaltene Mischung wurde nun 48
Stunden lang der Reifung überlassen und erst darin auf die Strangpresse gebracht.
Bei der Arbeitsweise nach der Erfindung wurde der Kautschuk nach einem
30 Sekunden dauernden Zerkleinern in einem Banburymischer mit der flüssigem
Zubereitung versetzt; das Mastizieren war in 4 Minuten beendet. Es wurden dann die
pulverigen Zusatzstoffe zu= gesetzt, und nach eüyem weiteren, 5 Minuten dauernden
Mischen war die Mischung fertig für die Strangpresse; sie erforderte keine Reifung
und lieferte sogar verbesserte Vulkanisationsergebnisse.
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In einem anderen Fall, wo vorher zum Geschmeidigmachen des Kautschuks
und zur Beimischung der Zusatzstoffe mehr als i Stunde gebraucht wurde, konnten
beide Vorgänge gemäß dem vorliegenden Verfahren innerhalb von 8 Minuten zu Ende
geführt werden, wobei noch verbesserteEndergebnisse erzielt wurden. Weiber wurde
es im. einem bestimmten Fall bei der Herstellung von Kautschukmischungen für Gummischuhoberteile
für notwendig . erachtet, den Kautschuk zunächst a Stunden lang zu mastizieren,
dann im Banburymischer etwa 4 Minuten lang aufzuwärmen, dann die Zusatzstoffe zuzufügen
und schließlich weitere z1/2 Minuten lang zu mischen. Das gleiche Ergebnis
wurde nach dem Verfahren gemäß der Erfindung innerhalb von 7 Minuten erzielt. Nach
einem etwa 30 Sekunden dauernden Vorzerkleinern des Rohkautschuks wurde die
Zubereitung in einer Menge von 7 % des Kautschukgewichts zugefügt, nach 4
Minuten langem Mischen wurden die Zusatzpulver zugesetzt, und. die Herstellung der
Mischung wurde durch ein weiteres, z Minuten langes Mischen beendet.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man sowohl
mit ihrer Hilfe das Geschmeidigmachen des Kautschuks und auch das Vermischen zwecks
Herstellung des Ansatzes in einer Mischmaschine, beispielsweise in einem Banburymischer,
vornehmen kann, wo innerhalb von wenigen Minuten der Kautschuk plastisch gemacht,
mit den Zusatzstoffen vermengt und für die Formung fertiggestellt werden kann. Ein
Vormastizieren ist überflüssig, der Kraftverbrauch beim Verarbeiten und Mischen
wird erheblich herabgesetzt,
auch wird die Mischzeit verkürzt unddas
Mischen bei einer tieferen Durchschnittstemperatur durchgeführt. Man kann selbst
Schwefel und wirksame Vulkanisationsbeschleuniger in dem Banburymischer mit einmischen
ohne nennenswerte Gefahr des Verbrennens. Auch die Notwendigkeit, die Waren vor
dem Vulkanisieren altern oder reifen zu lassen, fällt weg oder wird auf ein Mindestmaß
herabgesetzt. Man kann. jetzt einen Banburymischer zur Erzielung der Wirkungen benutzen,
für die bisher ein Mischwalzwerk für das Geschmeidigmachen des Kautschuks vor der
Herstellung der Mischung im Banburymischer benötigt wurde.
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Im folgenden wird die Erfindung noch durch einige Beispiele veranschaulicht,
wobei als thermoplastisch machende Zubereitung das nach Beispiel 1 hergestellte
Produkt verwendet wurde. Beispiel 2 Zur Herstellung einer Kautschukmischung für
Kautschukdichtungsstreifen werden folgende Ausgangsstoffe (in Gewichtsteilen) verwendet:
| Kautschuk . .. . .Zoo |
| Thermoplastisch machende Zuberei- |
| tung ...................... 6 |
| Zinkoxyd..................... 1o |
| Kreide . ...................... 150 |
| Eisenoxyd . ................. 2 |
| Vaseline, weiß . . . . . . . . . . . |
| Phenyl-ß-naphthylamin .... ... z |
| Schwefel . . . . . . . : . . . . . . 3 |
| Benzothiazyldisulfid ... . .. . . . . . . . 1 |
Der rohe Kautschuk wird in der Form, in der er angeliefert wird, zunächst etwa
30 Sekunden lang in einem Banburymischer zerkleinert, worauf man die thermoplastisch
machende Zubereitung zusetzt und 4 Minuten mischt. Nun wird das Gemisch von Kreide
und Zinkoxyd zugesetzt, danach weitere 5 Minuten lang gemischt, . worauf man die
Vaseline, den Schwefel, den Beschleuniger und das Antioxydanz gleichförmig einrührt.
Der erhaltene Ansatz ist für die Formung in einer Strangpresse und für die Vulkanisation
unmittelbar geeignet. Die Vulkanisation kann offen mit Dampf vorgenommen werden
und beispielsweise bei einer Temperatur von 1q.10 1
5 Minuten lang dauern.
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Durch die Arbeitsweise gemäß der Erfindung werden die Nachteile vermieden,
- die sich bei der bisherigen Art der Herstellung von Dichtungsstreifen ergeben
und auf der Notwendigkeit eines anhaltendenMastizierens beruhen, das ungefähr
30 Minuten dauert und der Zumischung der Zusatzstoffe vorangehen muß. Auch
war es bisher erforderlich, den Ansatz vor der Behandlung auf der Strangpresse reifen
zu lassen, beispielsweise48 Stunden lang. _ Beispiel 3 Zur Herstellung einer Kautschukmischung
für Kautschukkreppsohlen werden folgende Bestandteile verwendet (in Gewichtsteilen)
| Pale Crepe , . . . . . . Zoo |
| Thermoplastisch machende Zuberei- |
| tung ..................... 8 |
| Baumwollumpen . . . . .. . .... ... . . 5 |
| Zinkoxyd .............. ....... ?- |
| Kreide ... ...... 5 |
| Tetramethylthiuramdisulfid ....... 0,1 |
| Schwefel . . . . . . . . . . . . . . . . 3 |
| Mercaptobenzothiazol.......... . |
Der angelieferte Rohkautschuk wird im Banburymischer zunächst 3o Sekunden lang zerkleinert,
dann mit der flüssigen, thermoplastisch machenden Zubereitung versetzt und 6 Minuten
lang durchgemischt. Der Kautschuk nimmt die Zubereitung rasch auf und geht sehr
schnell in den plastischen Zustand über. Man fügt nun die Kreide, das Zinkoxyd und
den Schwefel zu und mischt weiter etwa 2112 Minuten lang, worauf man den Beschleuniger
und die Lumpen zusetzt; beide können aber auch zugleich mit dem Schwefel zugesetzt
werden. Die erhaltene Mischung läßt sich auf Quetsch- und Heizwalzwerken und auf
den Kalandern gut bearbeiten und zeichnet sich durch besondere Gleichförmigkeit
aus. Er läßt sich auch vulkanisieren, beispielsweise mit trockener Hitze, die im
Laufe von 6o Minuten auf
1:25' gesteigert und 45 Minuten lang bei dieser
Temperatur galten wird.
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Bei der Herstellung einer ähnlichen Mischung mußte nach der bisherigen
Praxis i der .Kautschuk einer 1stündigen Mastizierung unterworfen werden, bevor
man die übrigen Bestandteile beimengen konnte. Beispiel q. Zur Herstellung einer
Kautschukmischung für Gummischuhol@erteile geht man von folgenden Materialien aus
(in Gewichtsteilen)
| Smoked Sheets . . . . . Zoo |
| Thermoplastisch machende Zuberei- |
| tung ..................... 7 |
| Zinkoxyd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 |
| Montanwachs .. ............. 2 |
| Mercaptobenzothiazol ........... 0,8 |
| Schwefel ...................... 2,5 |
| Paraffinöl . . . . . . . . . . . . . 2 |
| Phenyl-ß-naphthylamin .......... 1 |
| Gasruß ... ................... 1o |
| Kreide .. . ....... ........... 35 |
Man verwendet den Rohkautschuk im angelieferten Zustand, bringt ihn in den Banburymischer,
und
zwar zusammen mit etwa .4 °/o Irreide, die die Verarbeitung des Kautschuks erleichtern
und eine große Oberfläche erzeugen soll, zerkleinert dann den Kautschuk in dem Mischer
etwa
30 Sekunden lang, fügt die thermoplastisch machende Zubereitung hinzu
und mischt weiter etwa q. Minuten lang. Danach können die übrigen Zusatzpulver zugesetzt
werden, was zusammen mit dem weiteren Mischen etwa 2 Minuten dauert. Die erhaltene
Mischung läßt sich beispielsweise mit trockener Hitze vulkanisieren, die man im
Verlauf von 6o Minuten auf 1300 ansteigen läßt und 45 Minuten lang auf dieser Höhe
hält.
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Bei der Verarbeitung einer ähnlichen Mischung, aber ohne die thermoplastisch
machende Zubereitung, hatte es sich als notwendig erwiesen, den Kautschuk zunächst
2 Stunden lang zu mastizieren und etwa .i Minuten lang im Banburymischer aufzuwärmen,
bevor die Zusatzpulver zugemischt werden konnten. Das Mischen mußte dann weitere
2112 Minuten lang fortgesetzt werden. Beispiel s Eine Kautschukmischung für Drahtisolierzwecke
wird aus folgenden Bestandteilen, die in Gewichtsteilen angegeben sind, hergestellt:
| Kautschuk ............ . ...... Zoo |
| Thermoplastisch machende @Zulerei- |
| tung . ............... ,.......... 5 |
| Kreide .............. ............ ioo |
| Zinkoxyd ........................ ioo |
| Paraffin .......................... 3 |
| Phenyl-ß-naphthylamin ............. i |
| Schwefel .............. .......... 2,5 |
| Mercaptobenzothiazol .............. 0,75 |
Der Kautschuk wird in. Form der angelieferten Smoked Sheets dem Banburymischer zugeführt
und darin 40 Sekunden lang zerkleinert, worauf man die thermoplastisch machende
Zubereitung zusetzt, eine weitere Minute lang mischt und die übrigen Zusatzstoffe
zufügt. Das Mischen wird dann noch 9 Minuten lang fortgesetzt, wodurch eine ohne
Reifenlassen zur Verformung, insbesondere zur Verformung auf der Strangpresse geeignete
Mischung gewonnen wird. Sie kann beispielsweise dadurch vulkanisiert werden, daß
man sie in Talkpulver durch offenen, Dampf ;erhitzt, dabei die Temperatur innerhalb
von 6o Minuten auf 125° bringt und 45 Minuten lang auf dieser Temperatur hält.
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Bei der Herstellung ähnlicher Drahtisolationen war es bisher notwendig,
den Kautschuk vor dem Vermischen etwa
30 Minuten lang zu mastizieren. Außerdem
mußte man die Mischung vor der Verarbeitung auf der Strangpresse reifen lassen.
Beispiel 6 Zur f Herstellung einer Kautschulnuischung für Schuhoberteile unter Verwendung
eines Mischwalzwerkes an Stelle eines Banburymischers werden verwendet (in Gewichtsteilen)
| Kautschuk ........................ ioo |
| Thermoplastisch machende Zuberei- |
| tung .......... io |
| Gasruß ................ .......... 5 |
| Kreide .............. ............. 75 |
| Mercaptobenzothiazol .............. i |
| Schwefel ................... ...... 2,5 |
| Paraffinöl ............... ........ 2 |
| Phenyl ß-naphthylamin . . . . . . . . . . . . . i |
Der lohe, noch ungewalzte Kautschuk wird einem Schürzwalzwerk zugeführt und im Laufe
von q. bis 5 Minuten, in ein rohes Kautschukfeh verwandelt, das die Oberseite der
Walzen bedeckt. Man setzt nun, die thermoplastisch machende Zubereitung hinzu und
walzt weitere 3 bis q. Minuten lang, worauf der Kautschuk für den Zusatz der pulverigen
Zuschläge, die auch einen Teil, z. B. die Hälfte, der thermoplastisch machenden
Zubereitung enthalten können, bereit ist. Man walzt nun weitere 12 Minuten lang,
so daß insgesamt etwa 2o Minuten oder etwas weniger vergehen, bis' das Walzwerk
wieder entleert werden kann. Das erhaltene Gemisch kann vulkanisiert werden, z.
B. mit trockener Hitze, die im Laufe von 6o Minuten bis auf etwa 13o° gesteigert
und ¢5 Minnten lang auf dieser Höhe gehalten wird.
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Bei der Herstellung einer ähnlichen Mischung nach der älteren Arbeitsweise
erforderte das Mastizieren ungefähr 3o Minuten, das Mischen weitere 30 Minuten.
Die Erfindung ermöglicht, eine erheblich größere Charge auf dem Walzwerk zu verarbeiten
und die Mischzeit erheblich herabzusetzen.
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Bei der in den bisherigen Beispielen -beschriebenen Arbeitsweise kann
man den Kautschuk auch, anstatt ihn sogleich dem Mischer oder dem Walzwerk zuzuführen,
zunächst mit der thermoplastisch machenden Zubereitung versetzen, die von dem Kautschuk
aufgenommen wird. Läßt man den Kautschuk einige Stunden stehen, so dringt die Zubereitung
völlig ein, die öligkeit der Kautschukoberfläche verschwindet fast vollständig,
die Oberfläche wird griffig. Sollten Spuren von Öl zurückbleiben, so kann man die
Walzen mit etwas Kreide einstauben, so daß sie den Kautschuk besser zu ergreifen
vermögen.
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Beispiel 7 1 Zur Herstellung einer Kautschukmischung für Kinderwagenreifen
werden Ausgangsmaterialien
gemäß einem der beiden folgenden, voneinander
zum Teil ,abweichenden. Rezepte verwendet:
| Kautschuk ....:....... 84 40 |
| Regenerat............. 32 100 |
| Ruß ................ 20 |
| Mineralischer Kautschuk 6o |
| Thermoplastisch |
| machende Zubereitung 5 5 |
| Ton .................. 2'J0 I80 |
| Zinkoxyd ............. .=o =o |
| Schwefel.............. 4 4 |
| Benzylthiazyldisulfid ... 1,25 « 1,25 |
| Phenyl ß-naphthylamin . . i . 'l# i |
| Stearinsäure . . . . . . . . 3 _-.. :::, 3 |
Diese Ansätze werden in. ähnlicher Weise wie in den Beispielen 2 bis 6 hergestellt
und können mit offenem Dampf, beispielsweise 2o Minuten lang bei 148', vulkanisiert
werden.
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Gemäß der Erfindung kann nicht nur die Zeit zur Herstellung der Mischung
erheblich verkürzt werden, man kann auch die Mischung der Strang presse zuführen,
ohne sie in der bisher üblichen Weise, z. B. 2 Tage lang, reifen zu lassen. Die
Mischungen gemäß dein vorlieg=enden Beispiel können am Tage ihrer Herstellung auf
der Strangpresse verformt werden. Beispiel 8 Zur Herstellung von Laufflächen für
Autoreifen wurden fünf verschiedene Mischungen hergestellt, und zwar aus folgenden
Bestandteilen (in GewIchtsteilen. angegeben)
| Ansatz Nr. |
| i z und 3 - 4 5 |
| Smoked Sheets.......... ................ ioo Zoo ioo ioo |
| Gasruß................:........... ... 50 50 50 50 |
| Zinkoxyd ...........................:.... 5 5 5 5 |
| Schwefel..............................:.. 3 3 3 3 |
| Stearinsäure..................... ......... 4
4 4 4 |
| Phenyl ß-naphthylamin . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. i,5 1,5 1,5 1,5 |
| Mercaptobenzothiazyl..................... 425 i,25 i;25 4225 |
| Fichtenteer ..................... ........ 0 8 0 0 |
| Thermoplastisch machende Zubereitung . . . . , 0 O 8 4 |
Die Mischung i diente Kontrollzwecken. Die Mischungen 2 und 3 enthielten Fichtenteer
als Weichmachungsmittel. Dabei wurde Mischung 2 zunächst i o Minuten in einem Banburymischer
mastiziert und dann. 8 Minuten lang auf einem Walzwerk zu Fellen. verarbeitet, in
Übereinstimmung mit der in vielen Fabriken üblichen Arbeitsweise. Bei Mischung 3
wurde das Vormastiziezen unterlassen. Mischung 4, die an Stelle von Fichtenteer
eine ähnliche Menge der thermoplastisch machenden Zubereitung enthielt, wurde zu
Vergleichszwecken verarbeitet; ohne die Absicht, die Vorteile der Erfindung voll
in. Erscheinung treten zu lassen. Mischung 5 enthielt eine kleinere Menge der plastisch
machenden Zubereitung und wurde nur kürzere Zeit gemischt. Den Mischungen 4 und
5 wurde die Zubereitung im Banburymischer zu Beginn der Herstellung zugeführt.
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Alle Mischungen außer der letzten wurden 12 Minuten lang gemischt,
wie-dies zur Herstellung von Reifenlaufflächenmischungen - in Reifenfabriken üblich
ist. Diese Zeit war @erlieblich länger als die entsprechende Zeit für die Mischungen
gemäß der Erfindung, z. B. für Mischung 5.
| Mischung Nr. |
| i i 3 4 5 |
| Gesamte Verarbeitungszeit inm Banbury- |
| mischer in Minuten ............... 12 =2 12 12 8 |
| Höchsttemperatur . . . . . . . . . : . . . . . . . 1o8° =o=°
1a6° - ioo° 89° |
| Gesamtkraftverbrauch in Kilowatt- |
| stunden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7,4
11,97 7,61 6;63 4,42 |
| Kraftmehr- oder -minderverbrauch in |
| Prozenten des Kraftverbrauchs des |
| Ansatzes i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o -@-
61,8 +9"8 -10,4 -q.0,4 |
| Fließzahl (im Williamsplastometer).. . 661 384 562 538 572 |
| Rückprallzahl(imWilliamsplagtometer) 336 =3 234 - 130 1o8 |
| Zugspannung für 300 °/o Dehnung... 12i,6 92,5 90,4 89;6
1o6,8 |
| Zerreißspannung ................... 318 292 301 299
326 |
| Dehnung in Prozenten ........ ... 570 615 630 630 615 |
| Abnutzungsvolumverlust nach Kelly 277 398 399 323 273 |
Es wurden nun genaue Messungen vorgenommen, die sich auf die für
den Mischvorgang erforderliche Kraft und die dabei erreichte Höchsttemperatur bezogen.
Die Produkte wurden dann mit einem Willi,a.msplastometer geprüft, um ihm Weichheit
und Plastizität, ausgedrückt durch Fließzahl (flow number) und die Rückprallzahl
(recovery), zu ermitteln. Die Fließzahl drückt die Weichheit des Kautschuks durch
die Dicke aus, bis zu der eine Kugel unter einem bestimmten Druck zusammengepreßt
wird. Je kleiner die Fließzahl, desto weicher ist der Ansatz. Die Rückprallzahl
drückt die Plastizität des Kautschuks durch den Betrag aus, um den der Kautschuk
zurückspringt. Je kleiner die Rückprallzahl, desto plastischer ist die Mischung.
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Die vulkanisierten Produkte ergaben vorstehende Werte.
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Die angegebene Höchsttemperatur ist die beim mechanischen Bearbeiten
des Kautschuks erreichte. Eine Erniedrigung der Mischtemperatur vermindert die Gefahr
des Verbrennens.
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Der beim Vormastizieren der Mischung z beobachtete Kraftverbrauch
ist in den obigen Zahlen nicht mitenthalteu. Die Verminderung des Kraftverbrauchs
setzt die Kosten des Mischvorganges erheblich herab. Die Zugspannung bei 3oo % Dehnung
gibt die Kraft in Kilogramm an, die erforderlich ist, um eine Probe von i cmz Querschnitt
auf das Vierfache ihrer ursprünglichen Länge zu dehnen.
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Der Abnutzungsvolumverlust nach K e 11 y gibt die Menge des Materials
an; das von einem Probestreifen gegebener Länge in einer Abnutzungsmaschine nach
K e 1 l y in einer bestimmten Zeit abgerieben wird.
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Die Kontrollmischung i, -die weder ein Weichmachungsmittel noch <eine
thermoplastisch machende Zubereitung enthielt, ergab eine hoher Zugfestigkeit und
einen. geringen Abnutzungsverlust, doch zeigten die hohe Fließzahl und der hohe
Rückprall an, daß der Ansatz nicht plastisch genug war, um in den Formmaschinen
einer Kautschukfabrik verarbeitet zu werden. Die Höchsttemperatur beim Mischen war
ebenfalls sehr hoch. Einzelne Eigenschaften dieser Mischung sind zwar an sich erwünscht,
doch ist der Ansatz wegen seiner schwierigen Verarbeitbarkeit von geringem Wert.
Mischung 2 wurde einem Vormastizieren unterworfen, auch wurden ihr -während des
Mischvorganges 8 % Fichtenteer zugesetzt, um sie, wie dies bei der Herstellung von
Ansätzen für Reifenlaufflächen üblich ist, genügend plastisch zu machen. Das Ergebnis
besteht darin, daß die Mischtemperatur etwas herabgesetzt wird, doch war der Kraftverbrauch
hoch, obwohl er nur den im Banburytniseher erfolgten Teil des Vormastizierens, nicht
aber den auf dem Walzwerk erfolgten Teil in sich schließt. Die Mischung erwies sich
als äußerst plastisch, doch war die Zugfestigkeit auf einen geringen Wert gesunken
und der Abnutzungsverlust hoch, was beides bei Reifenansätzen sehr bedenklich ist.
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Bei Mischung 3 wurde das vor dem Mischen erfolgende Mastizieren unterlassen.
Es zeigt sich, daß die Mischtemperatur und der Kraftverbrauch annähernd dieselben
waren. wie bei Mischung i. Der hohe Rückprall zeigt, daß der Fichtenteer kein sehr
wirksames Plastizierungsmittel ist, hingegen eine, hohen Abnutzungsverlust verursacht,
der ebenso hoch ist wie bei Mischung a.
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Die Mischung q. erhielt 8 ofo der plastisch machenden Zubereitung,
die von Anfang an zugesetzt wurde. Die Mischdauer betrug ebenfalls 12 Minuten, um
Zahlen zu erhalten, die mit denen der Mischungen i bis 3 vergleichbar sind. Die
Mischtemperatur lag mit ioo° erheblich tiefer als bei den !Mischungen i bis 3 und
genügend weit unter der Temperatur, bei der eine Verbnennung auftritt. Der Kraftverbrauch
war bedeutend niedriger und betrug nur ungefähr die Hälfte des Kraftverbrauchs für
die Mischung 2, die in üblicher Weise vormastiziert worden war. Der günstige Einfiuß
der thermoplastisch machenden Zubereitung auf die Weichheit und Plastizität sind
aus der Fließzahl und dem Rückprall zu ersehen, die erheblich tiefer liegt als die
entsprechenden Zahlen für die Mischungen i und 3. Die Zahlen für die Mischung a
sind zwar noch niedriger, sie beruhen aber auf der kostspieligen Vormastizierung,
die außerdem wegen der anhaltenden mechanischen Bearbeitung des Kautschuks als nachteilig
zu betrachten ist. Der Abnutzungsverlust der Mischung 4 war erheblich niedriger
als der der Mischungen 2 und 3, die mit Fichtenteer bereitet wurden.
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Für Mischung 5 wurde eine kleinere Menge der thermoplastisch machenden
Zubereitung verwendet, auch wurde die Mischdauer erheblieh herabgesetzt, um die
Vorteile der Erfindung deutlicher in Erscheinung treten zu lassen als bei Mischung
¢, die, um vergleichbare Zahlen zu erhalten., länger gemischt wurde, als eigentlich
erforderlich war.
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Die für die Mischung 5 angegebenen Zahlen lassen einige hervorragende
Vorzüge der Erfindung erkennen. Die Abkürzung der Verarbeitungszeit um 1/s gestattet,
die Zahl der mit der gleichen Maschine hergestellten Chargen im gleichen Ausmaß
zu erhöhen; man erhält also bei gleichen festen Unkosten, die durch die Abwertung
der Maschineneinrichtung, durch Reparaturen, Investitionen u. dgl.
verursacht
«-erden, einen um 5o % höheren. Durchsatz. 1Tan kann also die Leistungsfähigkeit
einer Walzeinrichtung, die bei Anwendung der bisherigen Arbeitsverfahren ihre Grenze
schon erreicht hatte, noch um ein Bedeutendes steigern, so daß neue Investitionen
für Vergrößerung der MaschIneneinrichtung zwecks Steigerung der Leistung üb-erflüssig
werden.
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Die Kraftersparnis ist bei Mischung 5 noch bedeutender als die Verminderung
der Mischzeit.
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Gemäß den Plastometeranzeigen weist die Mischung 5 günstige Eigenschaften
für die Verformung auf. Die Zugfestigkeit ist hoch, der Abnutzungsverlust gering.
Durch Regelung der zugesetzten Menge der plastisch: machenden Zubereitung kann man
die Weichheit und Plastizität beeinflussen, da größere Zusätze die Weichheit und
Plastizität erhöhen.
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Von den Vorteilen, die die Erfindung bietet, seien die folgenden hervorgehoben:
r. Die Arbeit in dem Walzraum wird erheblich vereinfacht. Der Rohkautschuk kann.
der Mischmaschine unmittelbar zugeführt werden; die vorangehende Mastiziei-ung fällt
weg, ebenso das Rastenlassen zwischen dem Mastizieren -und dem Mischen.
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a. Die Gefahr, daß der Ansatz während des Mischens, noch vor der Vulkanisation,
eine vorzeitige Vulkanisation durchmacht (verbrennt), wird auf ein. Mindestmaß herabgesetzt.
Die thermoplastisch machende Zubereitung wirkt wie ein inneres Schmiermittel, wobei
sie scheinbar denichtkautachukartigen: Bestandteile des Kautschuks, die Kautschukteilchen
selbst oder beide Bestandteile des Rohkautschuks beeinflußt, sei es als Dispergierungsmittel,
sei es durch Herabsetzung der Oberflächenspannung der adsorbierten Nichtkautschukteilchen.
Jedenfalls wird der Kraftverbrauch bedeutend herabgesetzt, der Zeitaufwand bis zur
Erzielung eines plastischen Kautschuks erheblich vermindert und die Wärmeentwicklung
in der Kautschukmasse erheblich beschränkt.
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3. Man ist in die Lage versetzt, sehr wirksame Vulkanisationsbeschleuniger
zu verwenden, die sonst leicht ein Verbrennen des Ansatzes verursachen.
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4.. Der Betrieb im Walzraum kann regelmäßiger gestaltet, die Mischung
gleichförmiger gemacht werden. Die v eränderliche Einwirkung der bisher üblichen
mechanischen Bearbeitung auf die Plastizität wird in weitem Ausmaß durch eine gleichförmige,
berechenbare Plastizität des Produkts ersetzt. Beim Kalandrieren können Schwierigkeiten
durch zu dicke Kautschukfelle und die sich daraus ergebenden Verluste vermieden
werden, das Kalandrieren wird gleichförmiger, die Einstellung der Kalander ändert
'sich weniger. Auch die Verluste, die durch das Auflaufen oder Dickwerden der Enden
der kalandrierten Felle verursacht werden und auf der Zusammenziehung des Materials
beruhen, werden herabgesetzt.
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5. Die Dispersion der pulverigen Zusatzstoffe im. Kautschukansatz
wird verbessert.
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6. Bei der Verarbeitung auf der Strangpresse wird eine höhere Preßgeschwindigkeit
zulässig.
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p. Bei der Herstellung von Drahtisolationen wird die konzentrische
Anordnung verbessert, die Neigung zur Entstehung von Abflachungen vermindert.
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B. Die Leistung der Mastizier- und Mischwalzwerke wird ganz erheblich
gesteigert. Weitere Vorteile, die die Erfindung bietet, äußern sich in günstigeren
Älterungseigen,-schaften, einem erhöhten Widerstand gegen Abnutzung und verbessertenthermoplastischen
Eigenschaften, wie sie durch die- Plastometerzahlen ausgedrückt werden. Die letzteren
Zahlen zeigen an, daß. die neuen Kautschukmischungen vor der Vullanisation weicher
sind und eine geringere Federkraft entwickeln, wie aus Fließzahlen und Rückprall
hervorgeht. Der Modul (Spannung geteilt durch Dehnung) des vulkanisierten Produktes
kann oft in erheblichem Maße vermindert werden, ohne eine entsprechende Verminderung
der Zugfestigkeit oder anderer erwünschterphysi,-kalischerEigenschaften befürchten
zu müssen.