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Verfahren zur Behandlung hochbeschleunigter und ultrabeschleunigter,
vulkanisierbarer Elastomer-Gemische für die Ummantelung oder Isolierung elektrischer
Kabel
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Behandlung hochbeschleunigter
und ultrabeschleunigter, vulkanisierbarer Elastomer-Gemische, welche für die Ummantelung
oder Isolierung elektrischer Kabel Verwendung finden sollen. Die erfindungsgemäßen
Verfahren sind darüber hinaus in all den Fällen anwendbar, wo Elastomer-Gernische
in Fonn langen Streifen, Bänder, Schnüre od. dgl. mittels einer Strangpresse ausgepreßt
werden sollen.
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Die Erfindung hat zum Ziel, die Vorbereitung der Elastomer-Gemische
besonders zweckdienlich zu gestalten, um einerseits eine glatte Auspressung zu gewährleisten
und um andererseits für den Betrieb der Strangpresse weitgehende Unabhängigkeit
von der Herstellung der Gemische zu haben.
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Die Besonderheit der Erfindung besteht in der Aufeinanderfolge folgender
Maßnahmen: Alle Bestandteile einschließlich des Vulkanisiermittels des Gemischs
werden gemischt, um die Bestandteile innig durchzuarbeiten und um das Gemisch teilweise
abzubauen; das teilweise abgebaute Gemisch wird abgekühlt, um. die Vulkanisation
desselben für beliebig lange Zeitspannen aufzuhalten; das abgekühlte Gemisch wird
in eine Strangpresse auf-
gegeben; in der Strangpresse wird das
Gemisch bis zum vollständigen Abbau durchknetet und anschließend über das Kabel
ausgepreßt.
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Die Erfindung macht sich hiernach die Tatsache zunutze, daß das sämtliche
Bestandteile enthaltende Elastomer-Gemisch nicht vulkanisiert, solange seine Temperatur
genügend tief gehalten wird. Es wird dadurch eine Stapelung des vor bereiteten Gemischs
ermöglicht und in Verbindung damit praktisch vollkommene ITnabhängigkeit der Gemischvorbereitung
von dem Strangpressenbetrieb und umgekehrt erreicht.
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Es empfiehlt sich, die Abkühlung des Gemischs bis auf Raumtemperatur
durchzuführen. Dieser Abkühlungszustand ermöglicht die Stapelung des vorbereiteten
Gemischs für verhältnismäbig lange Zeitspannen.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Durcharbeitung
der Gemischbestandteile bis zum teilweisen Abbau vorzunehmen, so daß die Vorbereitung
des Gemischs sich zusammensetzt aus dem anfänglichen Mischen aller Bestandteile,
mit Ausnahme des Vulkanisiermittels, dem Strecken der durchmischten Bestandteile,
der Zufügung des Vulkanisiermitteis zu dem gestreckten Gemisch und der Fortsetzung
der Durchmischung zwecks sorgfältiger Verteilung des Vulkanisiermittels.
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Der restliche Abbau des Gemischs erfolgt dann später in der Strangpresse.
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Abweichend von dem letzterwähnten Verfahren kam aber erfindungsgemäß
auch so vorgegangen werden, daß das Durchmischen so lange fortgesetzt wird, bis
ein Abbau erreicht ist, der für glatte und gleichmäßige Auspressung des Gemischs
erforderlich ist. Die Durchmischungsdauer kann zwecks Erzielung eines solchen Abbaugrades
etwa 10 Minuten betragen.
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Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von speziellen Verfahren, und zwar in Verbindung mit der Zeichm1ng
; in der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Teils einer Einrichtung
für die Durchführung einer Verfahrensart entsprechend der Erfindung, Fig. 2 eine
schematische Ansicht eines anderen Teils der Einrichtung, Fig. 3 eine vergrößerte
Teilansicht des in Fig. 1 gezeigten Einrichtungsteils, Fig. 4 eine vergrößerte waagerechte
Schnittdarstellung eines Teils der Einrichtung gemäß Fig. 2, Fig. 5 eine vergrößerte
horizontale Schnittdarstellung der Einrichtung nach Fig. 2, wobei eine andere Speiseschnecke
Verwendung findet, Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Einrichtung für die Ausführung
einer anderen Verfahrensart iiach der Erfindung.
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In Fig. I und 2 der Zeichnung ist eine Einrichtung für die Behandlung
eines hochbeschleunigten, vulkanisierbaren Gemischs gezeigt, welches als wesentliche
vulkanisierbare Bestandteile Naturkautschuk oder ein synthetisches, vulkanisierbares,
kautschukähnliches Material enthalten kann, wie z. 13. Bwa-S (ein Mischpolymerisat
aus Butadien und Styrol), Buna-N (ein Mischpolymerisat aus Butadien und Acrylsäurenitril),
Butylkautschuk (ein Mischpolymerisat aus Isobutylen und Isopren), oder ein organisches
Polysulfidmaterial von der Art, wie es im Handel unter der Bezeichnung Thickol erhältlich
ist.
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Ein typisches Buna-S-Geinisch, welches sich für die Ummantelung von
I. eitem sehr gut eignet, hat die folgende Zusammensetzung:
| Bestandteile Gewichtsteile |
| Bunda-S.............................. 44,08 |
| Ruß .............................. ..............................
13,23 |
| Schwefelpulver .............................. 1,76 |
| Tetramethylthiurammonosulfid ..............................
0,15 |
| Aluminiumhydrat .............................. 11,02 |
| Plastikatoren, Weichmacher, |
| Oxydationsverzögerer usw. 29,76 |
| I00,00 |
Alle Bestandteile eines solchen Gemischs, mit Ausnahme entweder des Vulkanisiermittels
(Schwefel) oder des Vulkanisationsbeschleunigers (Tetramethylthiurammonosulfid)
werden in einen Banburyr Mischer 10 aufgegeben und in demselben sorgfältig miteinander
gemischt. Die dahei stattfindende Bearbeitung ist solcher Art, daß ein wesentlieher
Teil des Abbaues, der für hochwertige Auspressung notwendig ist, verwirklicht wird.
Das Gemisch wird dann in eine Strainerpresse t überführt, welche das Gemisch streckt,
in Fasern auspreßt und die Fasern zerschneidet. Das chemisch wird dann einem Walzwerk
12 zugeführt, und der Schwefel oder der Beschleuniger wird dem Gemisch zugegeben,
um die Zusammensetzung zu vervollständigen. Das Walzwerk 12 bearbeitet das Gomisch,
um es teilweise abzubauen und den Schwefel oder den Beschleuniger dem Gemisch einzuverleiben.
Das Gemisch wird in ausreichendem Maße geknetet, um einen Teil des restlichen Abbaues
zu schaffen, der für die Herstellung hochwertiger Auspreßprodukte erforderlich ist.
Die Dauer der Durchknetung ist genügend kurz bemessen, um das Auftreten einer Vulkanisation
des Gemischs zu verhindern. Die Temperatur des Gemischs wird während des Misch-,
Streck- und Walzvorgangs unter 127 C gehalten, wobei das Gemisch für etwa 10 Minuten
in dem Banbury-Mischer verbleibt und anschließend etwa 10 Minuten lang geknetet
wird.
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Das Gemisch wird dem Walzwerk in der Form eines Streifens 14 entnommen,
der natürlich heiß ist und sofort in einen Kühler 16 gelangt, welcher den Streifen
54 auf Raumtemperatur abkühlt, so daß der Fortgang der Vulkanisation für beliebig
lange Zeit aufgehalten wird. Wie Fig. 3 zeigt, besitzt der Kühler 1 6 eine Eingangsführung
18, welche den Streifen zu einem endlosen Seil 20 führt. Das Seil bewegt sich um
angetriebene, mit Rillen versehene Rollen 22 und 24 in einer etwa schraubenförmigen
Bahn, und mit Rillen versehene Kanäle 26 führen das Seil und den Streifen, der an
dem
Seil festsitzt, von der Eingangsführung zu einer Ausgangsführung
28, durch welche der Streifen den Kühler verläßt. Mittels Sprühdüsen 30 wird kaltes
Wasser auf die Teile des Streifens in dem Oherteil des Kühlers aufgespritzt, während
die unteren Teile des Streifens in einen Behälter 32 mit kaltem Wasser eintauchen.
Das kalte Wasser kühlt den Streifen auf eine Temperatur von etwa 2 1 bei welcher
der Streifen wochenlang aufgehoben werden kann. one daß eine Einwirkung statt findet
obwohl der Streifen ein Verfestigungsmittel enthält. Der aufgehaspelte Streifen
4 wird im Bedarfsfalle einer Strangpresse 40 zugeführt, welche einen gckiihltcn
Auspreßzylinder 41 (Fig. 2 und 4) mit einer glattwandigen ungelochten Bohrung 42
und eine gekühlte Schnecke 44, die aus Gängen 45 und einer Schneckenwurzel 46 besteht,
enthält.
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Die Schneckenwurzel 46 hat einen mit Bezug auf Fig. 4 v on dem rechtsseitigen
Teil der Schnecke, d. h. voll deren Aufgabeteil, zum linksseitigen Ende, d.h. dem
Austrittsende, allmählich zunehmenden Druchmesser, Das Gemisch wird in die Strangpresse
40 eingeführt, welche das kalte Bunagemisch genügend bearbeitet, um den restlichen
Abbau zu erzielen, der für glatte, gleichförmige Auspressung erforderlich ist, und
um die Plastizität des Gemischs allmählich auf einen Punkt zu bringen, der ausreichend
hoch ist für die Streckung und hochwendige, glatte, gleichförmige Auspressung. Die
Strangpresse bewirkt auch eine allmähliche Steigerung der Gemischtemperatur auf
eine Auspreßtemperattir von etwa 1 27 C; diese Temperatur wird gerade erreicht,
wenn das Gemisch durch ein Strecksieb 49 in das Kopfstück 50 der Strangpresse wandert;
die gekühlte Strangpresse hält die Temperatur des Gemischs während der Bearbeitung
unterhalle der gefährlichen Grenze. Bei dieser Bear-Beitung wird die Preßbarketi
des Bunagemischs erhöht, so daß es in eine glattflächige Umhüllung von aller die
ganze Länge gleichförmigem Durchmesser umgeformt werden kann.
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Ein beispielweises Naturkautschukgemisch, welches nach dem vorstehend
beschriebenen Verfahren verarbeitet werden kann, hat die folgende Zusammensetzung;
| Bestandteile G te'vjchtsteile |
| Rohkautschuk .............................. 27,00 |
| In Wasser gemahlener Weißfarbstoff 33,75 |
| Zinkoxyd .............................. 1,35 |
| Lithophone................. 33, 74 |
| Schwefelpulver..................... I, ..............................
.............................. 00 |
| Tetramethylthiuramdisulfid o, g6 |
| Plastikatoren, Weichmacher, |
| Oxydationsverzögere usw.............................. 2,20 |
| 100,00 |
Ein Elastomer-(emisch, welches nach dem oben beschriebenen Verfahren behandelt werden
kann, ist beispielsweise ein Neoprengemisch von folgender Zusammensetzu
| Bestandteile Gewichtsteile |
| Neopren. .............................. ..............................
46,58 |
| Piperidinpentamethylendithiocarbamat o,I6 |
| Kalzinierte Magnesia .............................. 2,I2 |
| Ruß .............................. I9,86 |
| Ton . .............................. ..............................
17,23 |
| Zinkoxyd (Einwirkungsmittel) . . . . . . . 4,64 |
| Plastikatoren, Weichmacher, |
| Oxydationsverzögere, Wachse usw. 9,4I |
| 100,00 |
Nachdem die Bestandteile gemischt worden sind, wird das sich ergebende Gemisch,
in welches das Verfestigungsmittel Zn 0 sorgfältig eingemischt ist, aus dem Mischer
in eine streifenbildende Strang presse (nicht dargestellt) übergeführt, die unter
dem Mischer 10 an der Stelle der Strainerpresse 11 und des Walzwerks 12 nach Fig.
i aufgestellt ist. Die streifenbildende Strangpresse wird gekühlt, um eine Überhitzung
des Gemischs zu vermeiden, und formt das Gemisch zwecks erleichterter Handhabung
in den Streifen 14 um. Die beschriebene Mischung und Auspressung können als ein
einziger Vorgang angesehen werden, soweit es sich um den Abbau des Gemischs handelt;
der Mischer 10 bewirkt rund die Hälfte des Abbaues, der für hochwertige endgültige
Auspressung des Gemischs erforderlich ist.
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Der Mischer bearbeitet das Gemisch nur in einem Ausmaß, welches notwendig
ist, um alle Bestand'-teile gleichförmig in dem Gemisch zu verteilen; ein eintretender
Abbau ist zwar erwünscht ; es handelt sich dabei aber lediglich um eine Begleiterscheinung
des Mischvorgangs. Der Streifen aus Elastomer-Gemisch wird dann mittels des Kühlers
16 in der oben beschriebenen Weise gekühlt, anschließend in Blöcken 34 gestapelt
und nach Bedarf und bei Raumtemperatur in die Strangpresse 40 aufgegeben, deren
Einzelheiten in Fig. 5 verartschaulicht sind.
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Die Strangpresse nach Fig. 5 enthält eine längliche, mittels Wasser
gekühlte Auspreßschnecke 38 mit konischer Wurzel und einem konisch zulaufenden,
mittels Wasser gekühlten und mit Rundrippen versehenen Verlängerungsteil 39. Die
Schnecke 38 und die Verlängerung 39 bewirken eine sorgfältige Bearbeitung des Streifens
14, wenn derselbe in kaltem Zustand eingeführt wird; dabei wird das Neopren abgebaut
und so erwärmt, daß es sich in einem für glatte, gleichförmige Auspressung optimalen
Zustand befindet und durch das Strecksieb 49 der. Strangpresse hindurchgedrückt
werden kann, ohne das Sieb zu verstopfen, vorzeitig zu vulkanisieren oder zu verkoken.
Etwa die Hälfte des gesamten Abbaues des Gemischs, welche bei dem Mischvorgang nicht
durchgeführt wurde, wird durch die Schnecke und das Verlängerungsstück bewerkstelligt.
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Fig. 6 veranschaulicht eine Einrichtung für die Behandlung einer
hochbeschleunigten, vulkanisierbaren Mischung, welche als wesentlichen vulkani-
sierbaren
Bestandteil Naturkautschuk, ein synthetisches, vulkanisierbares, kautschukähnilches
Material, wie z. B. Buna-S (ein Mischpolymerisat aus Butadien und Styrol), Buna-N
(ein Mischpolymerisat aus Butadien und Acrylsäurenitril), Butylkautschuk (ein Mischpolymerisat
aus Isobutylen und Isopren), oder ein organisches Polysulfidmaterial von der Art,
wie es im Handel unter der Bezeichnung Thicol erhältlich ist, enthält.
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Ein typisches Buna-S-Gemisch, welches sich als geeignet für die Herstellung
einer Ummantelung voll I. eitern erwiesen hat, hat folgende Zusammensetzung:
| Bestandteile Gewichtsteile |
| Bana-S .............................. 44,08 |
| Ruß ................................. 13,23 |
| Abbaumittel .............................. 0,88 |
| Zinkoxyd .............................. 2,20 |
| Schwefeipulver .............................. 1,76 |
| Tetramethylthiurammonosulfid ..............................
0,15 |
| aluminiumhydrat .............................. 11,02 |
| Weißfarbstoff .............................. 12,30 |
| Plastikatoren, |
| Oxydartionsverzögere usw. .............................. 14,38 |
| 100,00 |
Das Aluminiumhydrat, der Weißfarbstoff, der Ruß, das Zinkoxyd und Abbaumittel werden
in einen Banbury-Mischer 51 aufgegeben und darin für etwa 10 Minuten sorgfältig
miteinander gemischt. ilei diesem Mischvorgang wird das Gemisch bearbreitet, um
einen wesentlichen Teil des Abbaues des Buna-S-Elastomers durchzuführen; gleichzeitig
werden die anderen in den Banbury-Mischer eingeführten Bestandteile sorgfältIg in
dem Buna-S verteilt. Das Gemisch wird dann in eine Strainerpresse 52 üblicher Ausführung
aufgegeben, welche das Gemisch streckt, in Streifen auspreßt und die Streifen in
kurze Stücke zerschneidet.
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Die sich ergebende Teilmischung wird dann in einen zweiten Banbury-Mischer
53 aufgegeben und der Rest der oben aufgezählten Bestandteile, mit Ausnahme entweder
des Schwefels oder des Beschleunigers (Tetramethylthiurammonosulfid), dem (remisch
zugeführt und sorgfältig darin eingemischt.
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Der Mischer 53 wird langsam betrieben und gekühlt, um die Temperatur
des Gemischs etwas unter 127 C zu halten. Der Mischer 53 bearbeitet das Gemisch,
um es teilweise abzubauen und die Bestandteile, mit Ausnahme des weggelassenen Schwe
fels oder Beschleunigers, vollständig darin einzuarbeiten. Das Gemisch wird in dem
Mischer 53 für etwa lo Minuten bearbeitet und dann in eine Streifen bildende Strangpresse
54 überführt. Kurz (etwa l Minute) vor der Aufgabe des Gemischs von dem Banbury-Mischer
53 wird das noch fehlende Einwirkungsmittel, nämlich der Schwefel oder der Beschleuniger,
in den Banbury-Mischer 53 aufgegeben und in das Gemisch durch sorgfältige Mischung,
die etwa eine Minute dauert, eingearbeitet. Das Gemisch wird dann aus dem Mischer
53 entnommen und in die Streifen bildende Strangpresse 54 aufgegeben. Der gebildete
Streifen 55 wird sofort durch einen Kühler 16 geleitet und im wesentlichen auf Raumtemperatur
(rund 210 C) gekühlt, bei welcher er für Wochen gestapelt werden kann, ohne daß
eine Vulkanisation stattfindet.
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In den Mischern 51 und 53 kann der Abbau des Gemischs gewünschtenfalls
bis zu dem endgültigen Abbaugrad durchgeführt werden. Die Zeitspanne zwischen der
Aufgabe des Schwefels oder Beschleunigers und der Abkühlung auf Raumtempe.-ratur
ist ausreichend kurz und die Temperatur des Gemischs während dieser Zeitspanne genügend
niedrig, um eine merkbare Vulkanisation des Gemischs zu verhindern. Der Streifen
55 wird in Blöcke 56 aufgewickelt, welche für beliebig lange Zeit gestapelt werden
können, ohne daß eine Vulkanisation stattfindet. Die Blöcke werden nach Bedarf der
Strangpresse 40 zugeführt.
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Eine Naturkautschukmischung, welche nach dem eben beschriebenen Verfahren
verarbeitet werden kann, hat die folgende Zusammensetzung:
| Bestandteile Gewichtsteile |
| Rohkautschuk .............................. 27,00 |
| Weißfarbstoff .............................. 33,75 |
| Zinkoxyd .............................. ..............................
I, 35 |
| Abbaumittel (Peptizer) .............................. 0,15 |
| Lithophone .............................. 33,74 |
| Schwefelpulver .............................. 1,00 |
| Tetramethylthiuramdisulfid .............................. 0,96 |
| Plastikatoren, |
| Oxydationsverzöerer usw 2,05 |
| I00,00 |
Bei dem beschriebenen Verfahren werden alle Gemischbestandteile, welche merkliche
Streckung erfordern, in den Mischer 51 eingeführt. Das dabei entstehende Teilgemisch
enthält keine Einwirkungsmittel. Infolgedessen hat die Erhitzung in der Strainerpresse
52 keine Einwirkung auf das Gemisch zur Folge. Bei der Einmischung der Beeinflussungsmittel
ist das Gemisch bereits gestreckt und hat die mit dem Strainern verbundenen hohen
Temperaturen verloren. Die hohe Beschleunigung kann daher nicht zur Auswirkung kommen.
Diese Gefahr besteht auch in der Auspreßinaschine 40 nicht, da die dabei stattfindende
Streckung unmittelbar vor der Umofrmung der Gemische in die endgültige Ummantelung
liegt, so daß die hohen Temperaturen keine vorzeitige Vulkanisation verursachen.
Da der größte Teil der Fremdkörperchen, die beim Strainern aus dem Gemisch heraustreten,
von der Strainerpresse 52 entfernt werden, so kann die Strangpresse 40 kontinuierlich
für lange Betriebsperioden in Gang gehalten werden, ohne daß das Strecksieb 49 verstopft.
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Wegen der langen Stapelfähigkeit brauchen die Gemische nicht unmittelbar
vor ihrer Auspressung hergestellt zu werden; man kann einen Überschuß an Gemisch
für die Strangpressen bereithalten, so daß der Gang der Strangpressen nicht verlang-
samt
oder unterbrochen zu werden braucht, weil es an Gemisch fehlt. Außerdem können die
Gemische kontinuierlich hergestellt werden, wenn auch Überschußmengen anfallen.
Somit sind die der Auspressung vorangehenden Acarbeitungsvorgängc weseitlich praktischer,
als es bisher der Fall war.
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Bei den beschriebenen Verfahren tritt das l'roblem, die Temperaturen
der Gemische mit Rücksicht auf die l'lastizität vor Einführung der Gemische in die
Strangpressen genügend hoch zu halten. nicht auf. Somit können die Mischungen den
Strangpressen zugeführt werden, ohne daß Vorsorge getroffen zu werden braucht, um
eine Abkühlung der Gemische zu verhindern, wie es bei den bisher angewandten Verfahren
nötig gewesen ist.
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Da die Gemische in die Strangpressen mit im w eslentlichell gleicher
Temperatur (Raumtemperatur) eitigeführt werden, besteht eine hohe Gleichförmigkeit
des Anpreßvorgangs.
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Soweit in der vorstehenden Beschreibung die Bezeichmnlg vulkanisierbar
oder eine davon abgeleitete Bezeichitung benutzt wurde, ist darunter die Erhärtung
oder Verfestigung mittels Schwefel zu verstehen. unter Einwirkungsmittel sind Vulkanisiermittel,
Vulkanisationsbeschleuniger oder beide zu verstehen. Offenbar können andere Vulkanisiermittel
nttd Vulkanisationsbeschleuniger, als sie bei spielsweise angegeben svorden sind,
mit Erfolg benutzt werden. Soweit in der Beschreibung die Bezeichtnung hochbeschleunigt
mit Bezug auf (, emis, ~he benutzt worden ist, so sollen damit Gemische bezeichnet
werden, welche im wesentlichen innerhalh etwa 60 Sekunden vulkanisieren, venn sie
in eine im allgemeinen ringartige Form mit einer Wandstarke von 0, 1 25 mm gebracht
werden und von außen der Einwirkung von Dampf bei einem Druck von etwa a 7,6kg cm2
oder damit äquivalenten Beditigungen ausgesetzt werden. unter den gleichen Bedingungen
sind Gemische ultrabeschleunigt, wetin die Vulkanisation innerhalb 30 Sekunden stattfindet.
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Die oben beschriebenen Verfahren lassen sich iii Verbindung mit beschleunigten
und nichtbeschleunigten Gemischen durchführen; ihre besondere Bedeutung liegt aber
in der Anwendung bei hoch- und ultrabeschleunigten gemischen.