WO2024120586A1 - Method for introducing thin elements with improved electrical conductivity into an extrudate - Google Patents

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WO2024120586A1
WO2024120586A1 PCT/DE2023/200230 DE2023200230W WO2024120586A1 WO 2024120586 A1 WO2024120586 A1 WO 2024120586A1 DE 2023200230 W DE2023200230 W DE 2023200230W WO 2024120586 A1 WO2024120586 A1 WO 2024120586A1
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template
strand
injection
extrusion
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Christian Kunze
Sven Kastens
Peter Wichmann
Oliver Schramm
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Continental Reifen Deutschland Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a process for producing a strand-shaped vulcanizable rubber product, a process based thereon for producing a vulcanized rubber product and a vulcanized rubber product produced by this process.
  • treads A key component of modern pneumatic vehicle tires, which in many cases is largely responsible for the performance characteristics of these products, is the tread.
  • treads usually consist of several different components, in particular different rubber materials, which can be obtained from vulcanizable rubber mixtures by vulcanization.
  • Corresponding treads are regularly produced by so-called coextrusion of various vulcanizable rubber mixtures and their structure can usually be conveniently described by their cross-section, which, apart from any influences of the tread pattern, usually runs evenly through the entire tread strip.
  • treads In cross-sectional view, most treads, especially in the car and truck sector, include one or more rubber materials that are intended to come into contact with the road surface during later use and whose properties are optimized for this purpose.
  • This layer which acts as a kind of top layer, is made from a vulcanizable rubber mixture, sometimes referred to as a "cap mixture”, which often contains large amounts of non-electrically conductive fillers, such as precipitated silicon dioxide.
  • a base (often referred to as a "base") beneath the rubber material intended for contact with the road. In the majority of cases, this base serves primarily to create sufficient adhesion between the top layer intended for contact with the road and the other parts of the pneumatic vehicle tire, so that a high bond strength can be ensured between the tread and the other components of the pneumatic vehicle tire.
  • a tread must, for technical and/or regulatory reasons, have a certain electrical conductivity as a whole, which can prevent undesirable static charging. In many cases, however, the rubber material of the cover layer does not have sufficient electrical conductivity to ensure this.
  • the electrical conductivity of the entire tread is usually achieved by the base mixture of the underlying base, which has an increased electrical conductivity, in particular as a result of a high carbon black content.
  • a strand of material from the base is guided to the top of the tread, which thereby creates an electrically conductive connection between the surface of the tread and the base.
  • the electrically conductive base mixture is usually formed to the surface of the tread by a pre-template in the extruder.
  • the corresponding structure is also referred to as a "carbon center beam" (CCB).
  • CB carbon center beam
  • a CCB from the vulcanizable rubber mixture of the underlying base is often seen as disadvantageous from a manufacturing point of view, for example in terms of the number of extruder units required, the often complex flow guidance in the extruder head and the material requirements.
  • the "base” mixture is usually not intended for contact with the road, so that the resulting partial coverage of the tread surface with “base” mixture is sometimes also seen as disadvantageous in terms of driving characteristics.
  • some treads do not have a suitable "base” mixture with which a CCB could be realized, so that the electrical connection between the underside of the tread and the surface has to be formed with an additional extruder.
  • electrically conductive rubber mixtures or suitable precursors of such a conductive rubber mixture can be used as injection compositions as electrically conductive materials for the coating, in particular solutions or dispersions in evaporable solvents, so that coating from an advantageously flowable solution is possible.
  • the inventors have recognized that in principle those designs are preferred in which a very thin conductive web is formed using this method, i.e. when - depending on the viscosity of the conductive rubber mixture used - a thickness of less than 20 pm is set, for example. This not only minimizes the influence of the web on the driving properties, but also enables reliable joining of the tread parts separated before coating, which, in the opinion of the inventors, cannot always be sufficiently guaranteed with significantly thicker webs. At the same time, the inventors have recognized that corresponding thicknesses are sufficient to dissipate static electricity.
  • Injection compositions are sometimes also reinforced by the fact that the layers obtained with them have different mechanical properties, in particular a different stiffness, after vulcanization, than the surrounding rubber materials, which can lead to additional stresses in the material and, as a result, additional material defects.
  • the method to be specified should require less mechanical effort and/or have a lower material requirement compared to the prior art.
  • the method to be specified can be carried out as time- and cost-efficiently as possible and, in particular, should be operable at increased extrusion speeds.
  • the vulcanizable or vulcanized rubber products that can be produced using the method to be specified should have an advantageous bond strength in the region of the web, wherein the occurrence of defects and solvent inclusions should desirably be avoided.
  • the phr (parts per hundred parts of rubber by weight) specification used in the context of the present invention is the quantity specification for mixture recipes commonly used in the rubber industry, by which the mass fractions of the components in the rubber mixture are specified in relation to the mass of the high molecular weight rubbers (weight average molar mass Mw according to GPC greater than 60,000 g/mol) present in the rubber mixture, whereby the combined mass fraction of the high molecular weight rubbers in the rubber mixture corresponds to 100 phr.
  • the weight average molar mass is determined by means of gel permeation chromatography in accordance with DIN 55672-1 : 2016-03 (GPC with Tetrahydrofuran as eluent, polystyrene standard;
  • the invention relates to a process for producing a strand-shaped vulcanizable rubber product, comprising a
  • Modification layer with an average layer thickness of 30 pm or less using an extrusion template, comprising: a) a template body, b) a stencil body penetrating the template body along an extrusion direction E and delimited by surrounding wall surfaces
  • Template recess and c) an elongated injector element extending between the wall surfaces through the template recess, with an injection gap, comprising the method steps: i) extruding a material strand made of at least one vulcanizable rubber mixture with an extruder through the extrusion template along the extrusion direction E, wherein a material gap is created in the material strand by the injector element, ii) injecting an injection composition from the injection gap into the material gap to contact the material strand with the injection composition on the walls of the material gap, to obtain a modified material strand, and iii) closing the material gap in the modified material strand by joining the walls of the material gap contacted with the injection composition in a joining region spaced apart from the injector element along the extrusion direction E, wherein the injection composition has a dynamic viscosity q measured according to DIN 53211:1987-06 of 50 Pa*s or less at 20 °C, and wherein the injection composition comprises: x) one or more diene rubber
  • the method according to the invention is used to produce strand-shaped vulcanizable rubber products, preferably tread components.
  • the method according to the invention is not limited to treads, but is suitable for adding an electrically conductive modification layer to all thick-walled extrudates with a certain thickness, for example more than 2 mm, through which electrostatic charge can be reliably dissipated.
  • An example of a method according to the invention is accordingly one in which the strand-shaped vulcanizable rubber product has an average thickness of 2 mm or more perpendicular to the extrusion direction E.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the strand-shaped vulcanizable rubber product is a tread blank or a partial layer of a tread blank.
  • the method according to the invention introduces a particularly thin CCB, which is referred to as a modification layer in the context of the present invention.
  • This predetermined maximum thickness According to the inventors' knowledge, the modification layer leads to the fact that in the case of an integrated formation of the modification layer in the extrusion system, as specified by the above process steps i) to iii), particularly high demands must be placed on the injection composition in order to achieve the tasks described above.
  • particularly thin modification layers are preferred in principle, which is advantageously made possible by the injection composition used in the process according to the invention. Accordingly, a process according to the invention is preferred, wherein the modification layer has an average layer thickness of 20 pm or less, preferably 15 pm or less, particularly preferably 10 pm or less, particularly preferably 5 pm or less.
  • extrusion template to be used according to the invention is suitable for use in the extrusion of rubber products.
  • Extrusion templates are well known to those skilled in the art in the rubber processing industry. Extrusion templates are often divided by those skilled in the art into so-called pre- and end templates, which express the position in the extrusion system at which they are used. Pre-templates usually initially guide the rubber strands used into closer spatial proximity, for which they usually comprise several recesses, each of which serves to guide a rubber strand. In contrast, end templates usually have only one recess through which the individual rubber strands of the pre-template are guided. For the extrusion template used according to the invention, the design as end templates is particularly expedient.
  • the extrusion templates according to the invention can be In many cases, the thin modification layers to be produced cannot be transferred sensibly from the preliminary to the final template, since when they are introduced into the preliminary template, there is a risk that the fine structure produced will be deformed in the final template and/or that the corresponding modification layers in the individual material strands of the preliminary template will not fit together exactly, so that the path in the final material strand is interrupted.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the extrusion template is a final template.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the extrusion template comprises exactly one template recess.
  • the extrusion template according to the invention initially comprises a template body.
  • This term refers to the workpiece in which the various template recesses of the extrusion template are arranged.
  • An example of a method according to the invention is one in which the template body is made of metal, preferably steel.
  • the template recesses in the template body serve to guide the extruded material through the extrusion template.
  • the direction in which the material to be extruded is guided through the extrusion template is referred to as the extrusion direction E.
  • the shape of the template recess correlates with the desired cross-sectional shape of the extruded material strand.
  • trapezoidal cross sections have proven to be particularly suitable for the extrusion of treads. Accordingly, a method according to the invention is preferred, wherein the template recess has a polygonal cross section in the plane perpendicular to the extrusion direction E, preferably has a square cross-section, particularly preferably a trapezoidal cross-section.
  • a recess penetrating the stencil body is inevitably delimited by surrounding wall surfaces.
  • a circular stencil recess would, for example, be delimited by just one surrounding wall surface, whereas a square stencil recess comprises four distinguishable individual wall surfaces as a surrounding wall.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the stencil recess is delimited by four or more, preferably exactly four, wall surfaces.
  • the extrusion template to be used according to the invention corresponds in principle to the extrusion templates known from the prior art.
  • the extrusion template to be used according to the invention now also comprises an injector element with an injection gap, which extends between the wall surfaces of the template recess so that it runs through the template recess.
  • the injector element has two main tasks in the method according to the invention.
  • the injector element running through the template recess serves, on the one hand, to split the material strand extruded through the template recess by blocking part of the template recess. This creates a material gap in the extrusion direction behind the injector element, which acts as a flow obstacle.
  • the injector element now serves to inject an injection composition into the material gap through an injection gap pointing in the direction of this material gap. This allows the extruded material strand to be The walls exposed by the gaps are contacted with the injection composition.
  • the injector element is designed to be able to inject an injection composition through the injection gap or wherein the injection gap is arranged such that it points in the direction of the material gap.
  • the injector element is connected to a supply of injection compositions, for example via lines.
  • a method according to the invention is relevant for most cases, wherein the injector element is or can be connected in a fluid-conducting manner to a fluid supply device, wherein the fluid supply device preferably comprises a pump device and a reservoir for storing the injection composition.
  • the injector element in the case of template recesses with a polygonal cross-section, it is particularly preferred that the injector element extends between opposite parts of the wall.
  • a method according to the invention is therefore preferred, wherein the injector element extends from a wall surface of the template recess to an opposite wall surface.
  • the template recess is divided into two parts by the injector element, whereby, in view of the properties of the strand-shaped rubber products that can be produced thereby, it is, in the opinion of the inventors, particularly advantageous to position the injector element as centrally as possible so that the modification layer introduced by the injector element in the strand-shaped rubber product also runs as centrally as possible.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the injector element is positioned in the template recess such that the template recess, when viewed from above along the extrusion direction E, is divided by the injector element into two partial areas whose areas differ by 50% or less, preferably by 30% or less, particularly preferably by 10% or less, particularly preferably by 5% or less.
  • the desired splitting of the extruded material strand can in principle be achieved with any form of obstacle that divides the template recess into two or more areas, so that, for example, injector elements with a round cross-section are also suitable, which then have a cylindrical shape.
  • injector elements with a round cross-section are also suitable, which then have a cylindrical shape.
  • An example of a method according to the invention is accordingly one in which the injector element is at least partially cylindrical, preferably over the entire length of the part of the injector element that runs in the template recess.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the injector element tapers on the side facing away from the injection gap against the extrusion direction E, preferably tapers in a drop shape.
  • the injector element at an angle in the extrusion template with respect to the direction of extrusion, so that the extruded strand of material contacts the injector element earlier in one section and later in another section with respect to the direction of extrusion. Even if such a design is conceivable, the inventors believe that this is not associated with any advantages. which would justify the additional design effort. Rather, in the opinion of the inventors, particularly good results can be achieved when the injector element is positioned essentially orthogonally to the extrusion direction, so that the extruded material strand is split by the injector element essentially orthogonally to the extrusion direction E.
  • a method according to the invention is therefore preferred, wherein the longitudinal axis of the injector element encloses an angle with the extrusion direction E in the range of 70° to 110°, preferably an angle in the range of 80° to 100°, particularly preferably in the range of 85° to 95°, very particularly preferably of essentially 90°.
  • the injection gap is in principle not necessary to make the injection gap over the entire length of the injector element, since depending on the volume flow of the injection composition, it is possible for the injection composition emerging through a shorter injection gap to fill the material gap sufficiently to contact the extruded material strand over the entire height on the walls, which is particularly preferred.
  • the inventors consider it particularly advantageous if the injection gap also extends essentially over the entire length on which the coating is to take place, since this enables a significantly more controlled and precise application of the injection composition into the material gap and onto its walls, which is particularly advantageous for the particularly thin CCBs sought according to the invention.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the injection gap extends over the entire length of the part of the injector element running in the template recess.
  • a Method according to the invention wherein the injection of the injection composition in method step iii) is carried out such that the walls of the material gap are contacted substantially completely, in particular over the entire height of the material gap, with the injection composition.
  • an extrusion template to be used according to the invention which comprises exactly one injector element, is correspondingly suitable for producing strand-shaped rubber products which comprise exactly one modification layer as a CCB.
  • the inventors propose that the extrusion templates to be used according to the invention can also be designed in such a way that they can be used to form several thin CCBs in the extruded material.
  • a method according to the invention is preferred, whereby the extrusion template comprises two or more, preferably three or more, preferably identical, injector elements.
  • the person skilled in the art will understand that in the method according to the invention, after the material strand has been separated and the walls of the material gap have subsequently been brought into contact with the injection composition, the previously separated parts of the material strand will be brought together again and joined together, thereby closing the material gap, as defined in method step iii).
  • This joining takes place in a joining area.
  • Such a joining area can be provided, for example, by a separate, downstream template structure.
  • the length of the template recess in the extrusion direction E is chosen to be so large that the joining of the material gap is still within the extrusion template if the extruded material extends further along the walls of the template recess behind the injection element in the extrusion direction.
  • Such a joining region of the template recess can also comprise a section which has an at least slightly reduced overall cross-section than the template recess at the level of the injector element, so that the two split parts of the material strand are pressed together by a corresponding taper.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the extrusion template comprises a joining region spaced apart from the injector element along the extrusion direction E, wherein the extrusion template is designed to close the material gap created in the material strand in the joining region by joining the walls of the material gap contacted with the vulcanizable injection composition.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the joining region is formed by a joining section of the template recess in which the template recess tapers along the extrusion direction E. Additionally or alternatively, a method according to the invention is preferred, wherein the joining region extends along the extrusion direction E over 50% or more, preferably over 70% or more, of the length of the template recess.
  • the method according to the invention can be used for essentially all typical vulcanizable rubber mixtures, in particular those which are used in the treads of vehicle tires, so that In this regard, reference can be made in particular to the prior art known to the person skilled in the art.
  • vulcanizable rubber mixture comprises one or more diene rubbers, and/or wherein the vulcanizable rubber mixture comprises one or more non-electrically conductive fillers, preferably precipitated silicon dioxide, and/or wherein the vulcanizable rubber mixture comprises one or more additives selected from the group consisting of plasticizers, anti-aging agents and coupling agents.
  • the joint extrusion of treads with cap/base construction is a process according to the invention, wherein the vulcanizable rubber mixtures have a different chemical composition.
  • Vulcanizable rubber mixtures with a low carbon black content particularly benefit from the introduction of the modification layer, which ensures electrical conductivity after vulcanization. Accordingly, a method according to the invention is preferred, wherein at least one of the vulcanizable rubber mixtures comprises less than 10 phr, preferably less than 5 phr, particularly preferably less than 3 phr, in particular less than 0.1 phr, of carbon black.
  • a method according to the invention is preferred, wherein at least one, preferably all, of the vulcanizable rubber mixtures comprise at least one, preferably all, diene rubbers of the injection composition, wherein the mass fraction in phr of the diene rubber(s) preferably differs between the vulcanizable rubber mixture and the injection composition by 20% or less, preferably by 10% or less, particularly preferably by 5% or less.
  • a method according to the invention is particularly preferred, wherein at least one, preferably all of the vulcanizable rubber mixtures comprise at least one polyisoprene, preferably in a combined mass fraction of 5 phr or more, wherein preferred mass fractions arise from the following disclosures regarding the injection composition.
  • a process according to the invention is also preferred, wherein at least one, preferably all of the vulcanizable rubber mixtures, comprises one or more paraffinic plasticizer oils, preferably paraffinic mineral oils of the injection composition, as plasticizer, preferably in a combined mass fraction of 50% or less, particularly preferably of 30% or less.
  • a specific injection composition comprising: x) one or more diene rubbers, wherein the injection composition comprises polyisoprene in a combined mass fraction of 5 phr or more, y) one or more electrically conductive fillers, in particular carbon black, in a combined mass fraction of 30 phr or more, and z) one or more paraffinic processing oils in a combined mass fraction of 500 phr or more.
  • the components of the injection composition defined above are each used as “one or more”.
  • the term “one or more” refers, in accordance with industry practice, to the chemical nature of the respective compounds and not to their amount.
  • the vulcanizable rubber compound may comprise exclusively polyisoprene as a diene rubber, which would mean that the vulcanizable rubber compound comprises a plurality of the respective molecules.
  • the injection composition to be used according to the invention can be produced by methods known to those skilled in the art, as described, for example, in EP 3 385 090 A1.
  • the solid components of the injection composition for example carbon black and rubber, are dissolved or dispersed in the liquid components, i.e. in particular the paraffinic plasticizer oils, by stirring and/or shaking and/or rattling, which can also be done, for example, using pre-solutions or pre-dispersions.
  • the injection composition to be used according to the invention can be produced in a particularly simple and efficient manner in a sealable mixing container with mixing movement, which is moved, for example, in the plane with a power in the range of 300 to 1000 W per kilogram of injection composition over a period of time in the range of 1 to 15 minutes, preferably in the range of 1 to 10 minutes.
  • the injection composition will usually be a dispersion. It is therefore in the In most cases, it is a process according to the invention, wherein the injection composition is a dispersion.
  • a dispersion is a heterogeneous mixture of liquid and solid substances (disperse phase) which are finely distributed in a continuous substance (dispersion medium), in particular the paraffinic plasticizer oil.
  • the viscosity of the injection composition must not be chosen to be too high, with particularly good results being achieved with low viscosities.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the injection composition has a dynamic viscosity q of 30 Pa*s or less, preferably 20 Pa*s or less, particularly preferably 15 Pa*s or less, at 20 °C.
  • the viscosity is influenced in particular by the content of paraffinic plasticizer oils.
  • the injection compositions known from the prior art rely on the use of a volatile solvent as a carrier liquid. This allows the components of the rubber composition contained in the injection composition, which are dispersed in the solvent, to be applied to the walls of the material gap, where they remain as a coating after the solvent has evaporated.
  • the inventors of the present invention have found that it is advisable to avoid the use of volatile solvents as much as possible, both for process engineering and health reasons, as well as with a view to the quality of the thin modification layers obtained.
  • the carrier liquid of the injection composition can be replaced by a high-boiling component, namely at least one paraffinic Plasticizer oil, and in particular a paraffinic mineral oil, must be formed.
  • Paraffinic plasticizer oils have a mass fraction of paraffinic, ie saturated and correspondingly aliphatic, hydrocarbons of more than 60%, preferably more than 80%, particularly preferably more than 90%. Paraffinic plasticizer oils are considered harmless to health in most cases.
  • the corresponding injection composition is (at least not primarily) converted into a coating by evaporating the solvent, but the paraffinic plasticizer oil can be absorbed in large parts into the underlying vulcanizable rubber mixture, so that a coating, i.e. the modification layer, remains, which, as a result of contact with the injection composition, is obtained as a surface layer which in particular has an increased carbon black content and consequently has advantageous electrical conductivity.
  • This specific choice of carrier liquid which is geared towards a particularly high chemical compatibility of the injection composition with the rubber mixture, advantageously makes it possible to obtain particularly thin modification layers of high quality, whereby the use of paraffinic plasticizer oils as a carrier liquid also promotes the joining of the divided parts of the extruded material strand due to the locally or superficially increased plasticizer concentration.
  • the infiltration of the paraffinic plasticizer oil results in a surface gradient of the plasticizer concentration in the vulcanized rubber mixture, which contributes to a particularly uniform progression of the mechanical properties of the vulcanizate in the area of the vulcanized modification layer.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the Injection composition comprising one or more paraffinic plasticizer oils in a combined mass fraction of 550 phr or more, preferably 650 phr or more. Particularly preferred is a process according to the invention, wherein the injection composition comprises one or more paraffinic plasticizer oils in a combined mass fraction in the range of 500 to 800 phr, preferably in the range of 550 to 750 phr.
  • the one or more paraffinic plasticizer oils are selected from the group consisting of plasticizer oils having a boiling point of 150 °C or more, preferably 160 °C or more.
  • the one or more paraffinic plasticizer oils are selected from the group consisting of paraffinic mineral oils, in particular paraffinic plasticizer oils.
  • the viscosity can advantageously also be adjusted by the additional use of liquid diene compounds, which can be linked during vulcanization and thereby contribute to an advantageous crosslinking of the modification layer.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the injection composition comprises at least one liquid diene polymer, preferably in a combined mass fraction in the range from 40 to 90 phr, preferably in the range from 55 to 80 phr, wherein the liquid diene polymer preferably has a weight-average molar mass Mw, measured by GPC, in the range from 15,000 to 50,000 g/mol.
  • a method according to the invention is particularly preferred, wherein the injection composition comprises at least one liquid polybutadiene as liquid diene polymer, preferably in a combined mass fraction in the range from 40 to 90 phr, preferably in the range from 55 to 80 phr, wherein the liquid diene polymer preferably has a weight-average molar mass Mw, measured by GPC, in the range from 15,000 to 50,000 g/mol. Mass fraction in the range from 1 to 25 phr, preferably in the range from 10 to 20 phr. Additionally or alternatively, a process according to the invention is particularly preferred, wherein the injection composition comprises at least one liquid polyisoprene as liquid diene polymer.
  • the injection composition comprises polyisoprene as one of the diene rubbers.
  • the polyisoprene can be natural and/or synthetic polyisoprene, with both cis-1,4-polyisoprene and 3,4-polyisoprene being possible.
  • the use of cis-1,4-polyisoprenes with a cis 1,4 content of > 90% by weight is preferred.
  • such a polyisoprene can be obtained by stereospecific polymerization in solution with Ziegler-Natta catalysts or using finely divided lithium alkyls.
  • natural rubber is such a cis-1,4 polyisoprene; the cis-1,4 content in natural rubber is greater than 99% by weight.
  • the injection composition comprises polyisoprene in a combined mass fraction in the range from 5 to 50 phr, particularly preferably in the range from 10 to 25 phr, wherein the polyisoprene preferably has a weight-average molecular weight Mw, measured by GPC, in the range from 200,000 to 1,000,000 g/mol, particularly preferably in the range from 300,000 to 600,000 g/mol.
  • the electrically conductive fillers can in principle be metallic or carbon-based materials, which can also be used in a mixture.
  • the preferred carbon-based materials include, for example, carbon blacks, graphenes, carbon nanofibers or carbon nanotubes.
  • a method according to the invention is preferred in which one or more electrically conductive fillers are selected from the group consisting of carbon blacks, for example those of the N339 type.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the injection composition comprises the one or more electrically conductive fillers in a combined mass fraction in the range of 60 to 90 phr, and/or wherein the injection composition comprises the one or more electrically conductive fillers in a combined mass fraction of 40 phr or more, preferably 50 phr or more.
  • the injection composition comprises at least two carbon blacks, wherein the first carbon black has a BET surface area in the range of 800 to 1200 m 2 /g and a DBP number in the range of 350 to 450 cm 3 /100 g and the second carbon black has a BET surface area in the range of 70 to 90 m 2 /g and a DBP number in the range of 90 to 130 cm 3 /100 g.
  • the injection composition is a vulcanizable injection composition.
  • the injection composition comprises a sulfur-based vulcanization system, preferably comprising at least one vulcanization accelerator, particularly preferably in a combined mass fraction of 2.5 phr or more, preferably 5 phr or more.
  • Such a sulfur-based vulcanization system is, for example, a system of sulfur or sulfur donor, vulcanization accelerator and zinc oxide and optionally vulcanization retarder, these components being known to the person skilled in the art on the basis of his specialist knowledge. so that reference can be made to the state of the art at this point.
  • the invention further relates to a method for producing a vulcanized rubber product, comprising the method steps of the method according to the invention for producing a strand-shaped vulcanizable rubber product, as well as the step: iv) vulcanizing the strand-shaped vulcanizable rubber product or a rubber blank comprising the strand-shaped vulcanizable rubber product with vulcanization of the vulcanizable rubber mixtures to obtain a vulcanized rubber product.
  • the strand-shaped vulcanizable rubber product is vulcanized, for example, according to the process customary in the tire industry, for example by sulfur-based crosslinking, for example at a temperature in the range of 130 to 200 °C, preferably in the range of 150 to 180 °C.
  • the invention also relates to a vulcanized rubber product, produced or producible using the method according to the invention for producing a vulcanized rubber product.
  • a vulcanized rubber product according to the invention is particularly preferred, wherein the vulcanized rubber product is a vehicle tire, preferably a pneumatic vehicle tire.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an extrusion template suitable for the method according to the invention in a first preferred embodiment
  • Fig. 2 is an enlarged view of the area around the injector element of the extrusion template according to Fig. 1;
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view through an extrusion template suitable for the method according to the invention in a second preferred embodiment
  • Fig. 4 is a schematic cross-sectional view of a vulcanizable rubber product that can be produced by the process according to the invention.
  • Fig. 1 shows an extrusion template 10 suitable for the method according to the invention, in a preferred embodiment.
  • the extrusion direction E is shown in Fig. 1.
  • the extrusion template 10 comprises a template body 12 and, in this template body 12, a template recess 16 enclosed by wall surfaces 14. Between the wall surfaces 14, an injector element 18 extends through the template recess 16 and comprises an injection gap 20.
  • the extrusion template 10 is designed as a pre-template and has a template body 12 made of steel in which there is a template recess 16 with a trapezoidal cross-section.
  • the injector element 18 extends through the template recess 16 between the wall surfaces 14 and is arranged exactly centrally in the example shown.
  • a hole is indicated through which the Injector element 18 can be connected to a reservoir for the injection composition via fluid lines (not shown).
  • the cylindrical injector element 18 is essentially orthogonal to the wall surfaces 14, with the injection gap 20 extending essentially over the entire height of the template recess 16.
  • Fig. 2 shows an enlarged section of the extrusion template 10 according to Fig. 1 , wherein in particular the details in the area of the injector element 18 are shown enlarged.
  • Fig. 3 shows a schematic cross-sectional view of an alternative extrusion template 10 suitable for the method according to the invention.
  • the length of the template recess 16 in the extrusion direction E was chosen to be so large that the material gap behind the injector element can be joined within the extrusion template (10) when the extruded material extends further along the walls 14 of the template recess 16 in the extrusion direction E behind the injection element 18.
  • Fig. 3 shows the fluid line inside the injection element 18, which can be supplied with injection composition via a supply hole in the lower part of the template body 12.
  • Fig. 4 now shows a highly simplified schematic cross-sectional representation of a strand-shaped vulcanizable rubber product 24, which can be obtained in the process according to the invention and in which the central modification layer 26 is indicated, which in the example shown has a substantially constant width of about 8 pm.
  • a strand-shaped vulcanizable rubber product 24 can be vulcanized into a vulcanized rubber product in which the then vulcanized modification layer 26 ensures sufficient electrical conductivity.
  • the schematically illustrated vulcanizable rubber product 24 is a tread blank with a so-called "cap” and "base” construction.
  • the strand-shaped vulcanizable rubber product 24 of Fig. 1 can be produced, for example, with the extrusion template 10 of Fig. 1, wherein a material strand made of the vulcanizable rubber mixtures of the "cap" and the "base” is extruded through the extrusion template 10 with an extruder.
  • the injector element 18 creates a material gap into which an injection composition is injected through the injection gap 20 in order to contact the walls of the material gap with the injection composition over the entire height.
  • the material gap thus formed is closed in the extrusion direction behind the injector element 18 in the joining area 22 in order to obtain the strand-shaped vulcanizable rubber product 24 at the exit of the final template.
  • a particularly preferred dispersion according to Table 1 can be used as the injection composition, the viscosity of which at 20 °C is 10 Pa*s.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a strand-shaped vulcanisable rubber product (24) comprising a modification layer (26) with an average layer thickness of 30 µm or less, using an extrusion template (10), comprising the method steps of: i) extruding a material strand of at least one vulcanisable rubber mixture with an extruder, wherein a material gap is created in the material strand by the injector element (18); ii) injecting an injection composition into the material gap for contacting the material strand with the injection composition at the walls of the material gap, to obtain a modified material strand; and iii) closing the material gap in the modified material strand by joining the walls of the material gap contacted with the injection composition in a joining region (22), the injection composition having a dynamic viscosity ƞ of 50 Pa*s or less at 20°C, and the injection composition comprising: x) one or more diene rubbers, the injection composition comprising polyisoprene in a combined mass fraction of 5 phr or more, y) one or more electrically conductive fillers in a combined mass fraction of 30 phr or more, and z) one or more paraffinic plasticiser oils in a combined mass fraction of 500 phr or more.

Description

Verfahren zur Einbringung dünner Elemente mit verbesserter elektrischer Leitfähigkeit in ein ExtrudatProcess for introducing thin elements with improved electrical conductivity into an extrudate
Beschreibung Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen vulkanisierbaren Kautschukproduktes, ein darauf aufbauendes Verfahren zur Herstellung eines vulkanisierten Kautschukproduktes sowie ein mit diesem Verfahren hergestelltes vulkanisiertes Kautschukprodukt. The invention relates to a process for producing a strand-shaped vulcanizable rubber product, a process based thereon for producing a vulcanized rubber product and a vulcanized rubber product produced by this process.
Eine wesentliche Komponente moderner Fahrzeugluftreifen, die in vielen Fällen maßgeblich für die Leistungscharakteristika dieser Produkte verantwortlich ist, ist der Laufstreifen. Heutzutage bestehen Laufstreifen dabei zumeist aus mehreren verschiedenen Komponenten, insbesondere verschiedenen Gummiwerkstoffen, welche durch Vulkanisation aus vulkanisierbaren Kautschukmischungen erhalten werden können. Entsprechende Laufstreifen werden regelmäßig durch sogenannte Coextrusion verschiedener vulkanisierbarer Kautschukmischungen hergestellt und können hinsichtlich ihres Aufbaus zumeist zweckmäßig über ihren Querschnitt beschrieben werden, der sich, abgesehen von etwaigen Einflüssen der Profilierung, zumeist gleichmäßig durch den gesamten Laufstreifenstrang zieht. A key component of modern pneumatic vehicle tires, which in many cases is largely responsible for the performance characteristics of these products, is the tread. Nowadays, treads usually consist of several different components, in particular different rubber materials, which can be obtained from vulcanizable rubber mixtures by vulcanization. Corresponding treads are regularly produced by so-called coextrusion of various vulcanizable rubber mixtures and their structure can usually be conveniently described by their cross-section, which, apart from any influences of the tread pattern, usually runs evenly through the entire tread strip.
In der Querschnittsansicht umfassen die meisten Laufstreifen, insbesondere im PKW- und LKW-Bereich, einen oder mehrere Gummiwerkstoffe, die im späteren Einsatz Kontakt mit der Fahrbahn haben sollen und hinsichtlich ihrer Eigenschaften für diesen Zweck optimiert werden. Diese quasi als Decklage fungierende Schicht wird dabei aus einer vulkanisierbaren Kautschukmischung hergestellt, die zuweilen auch als „Cap-Mischung“ bezeichnet wird, die häufig große Anteile von nicht elektrisch leitenden Füllstoffen, wie beispielsweise gefälltem Siliciumdioxid umfasst. Unterhalb des für den Fahrbahnkontakt vorgesehenen Gummiwerkstoffs befindet sich regelmäßig eine Grundlage (häufig auch als sogenannte „Base“ bezeichnet). Diese Grundlage dient in der überwiegenden Zahl der Fälle vor allem dafür, eine hinreichende Klebrigkeit zwischen der für den Fahrbahnkontakt vorgesehenen Decklage und den übrigen Teilen des Fahrzeugluftreifens herzustellen, sodass eine hohe Verbundfestigkeit zwischen dem Laufstreifen und den übrigen Bestandteilen des Fahrzeugluftreifens sichergestellt werden kann. In cross-sectional view, most treads, especially in the car and truck sector, include one or more rubber materials that are intended to come into contact with the road surface during later use and whose properties are optimized for this purpose. This layer, which acts as a kind of top layer, is made from a vulcanizable rubber mixture, sometimes referred to as a "cap mixture", which often contains large amounts of non-electrically conductive fillers, such as precipitated silicon dioxide. There is usually a base (often referred to as a "base") beneath the rubber material intended for contact with the road. In the majority of cases, this base serves primarily to create sufficient adhesion between the top layer intended for contact with the road and the other parts of the pneumatic vehicle tire, so that a high bond strength can be ensured between the tread and the other components of the pneumatic vehicle tire.
Dem Fachmann ist bewusst, dass ein Laufstreifen für die überwiegende Zahl von Anwendungen aus technischen und/oder regulatorischen Gründen in seiner Gesamtheit eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweisen muss, die eine unerwünschte statische Aufladung verhindern kann. In vielen Fällen verfügt jedoch der Gummiwerkstoff der Decklage nicht über eine hinreichende elektrische Leitfähigkeit, um dies zu gewährleisten. The person skilled in the art is aware that for the majority of applications, a tread must, for technical and/or regulatory reasons, have a certain electrical conductivity as a whole, which can prevent undesirable static charging. In many cases, however, the rubber material of the cover layer does not have sufficient electrical conductivity to ensure this.
Daher wird die elektrische Leitfähigkeit des gesamten Laufstreifens im Stand der Technik zumeist durch die Base-Mischung der darunter liegenden Grundlage realisiert, die eine gesteigerte elektrische Leitfähigkeit aufweist, insbesondere in Folge eines hohen Rußgehaltes. Hierzu wird beispielsweise ein Materialstrang aus der Grundlage bis zur Oberseite des Laufstreifens geführt, welcher dadurch eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Oberfläche des Laufstreifens und der Grundlage herstellt. Dabei wird die elektrisch leitfähige Base-Mischung zumeist durch eine Vorschablone im Extruder bis an die Oberfläche des Laufstreifens geformt. Die entsprechende Struktur wird dabei auch als „Carbon Center Beam“ (CCB) bezeichnet. Informationen zum technologischen Hintergrund sind beispielsweise in der DE 4445758 B4, der DE 69717958 T2, der EP 1792720 A2, der NL 2006420 C2 und der US 2018170123 A1 offenbart. Die Ausbildung eines CCB aus der vulkanisierbaren Kautschukmischung der unterliegenden Grundlage wird aus fertigungstechnischer Hinsicht jedoch in vielen Fällen als nachteilig empfunden, beispielsweise hinsichtlich der Anzahl der benötigten Extruderaggregate, der häufig komplexen Strömungsführung im Extruderkopf sowie hinsichtlich des Materialbedarfs. Zudem ist die „Base“-Mischung regelmäßig nicht für den Fahrbahnkontakt vorgesehen ist, so dass die dadurch resultierende Teilbelegung der Laufstreifenoberfläche mit „Base“-Mischung zuweilen auch hinsichtlich der Fahreigenschaften als nachteilig empfunden wird. Darüber hinaus verfügen manche Laufstreifen gar nicht über eine geeignete „Base“-Mischung, mit der sich ein CCB realisieren ließe, so dass die elektrische Verbindung der Unterseite des Laufstreifens mit der Oberfläche mit einem zusätzlichen Extruder geformt werden muss. Therefore, in the prior art, the electrical conductivity of the entire tread is usually achieved by the base mixture of the underlying base, which has an increased electrical conductivity, in particular as a result of a high carbon black content. For this purpose, for example, a strand of material from the base is guided to the top of the tread, which thereby creates an electrically conductive connection between the surface of the tread and the base. The electrically conductive base mixture is usually formed to the surface of the tread by a pre-template in the extruder. The corresponding structure is also referred to as a "carbon center beam" (CCB). Information on the technological background is disclosed, for example, in DE 4445758 B4, DE 69717958 T2, EP 1792720 A2, NL 2006420 C2 and US 2018170123 A1. However, the formation of a CCB from the vulcanizable rubber mixture of the underlying base is often seen as disadvantageous from a manufacturing point of view, for example in terms of the number of extruder units required, the often complex flow guidance in the extruder head and the material requirements. In addition, the "base" mixture is usually not intended for contact with the road, so that the resulting partial coverage of the tread surface with "base" mixture is sometimes also seen as disadvantageous in terms of driving characteristics. In addition, some treads do not have a suitable "base" mixture with which a CCB could be realized, so that the electrical connection between the underside of the tread and the surface has to be formed with an additional extruder.
Vor diesem Hintergrund besteht im Bereich der Technik ein Bedürfnis danach, Laufstreifenkonstruktionen bereitzustellen, die eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen und dabei jedoch einen möglichst geringen Einfluss des CCB auf die Fahreigenschaften zeigen. Against this background, there is a need in the field of technology to provide tread designs that have sufficient electrical conductivity while showing as little influence of the CCB on the driving characteristics as possible.
Hierfür wurden Vorrichtungen und Verfahren entwickelt, mit denen es möglich ist, bei der Herstellung der Laufstreifen einen besonders dünnen leitfähigen Bereich zu erzeugen, welcher sich im späteren Fahrzeugreifen in radialer Richtung durch den Laufstreifen erstreckt und welcher vorteilhafterweise ausreichend ist, um eine statische Aufladung zuverlässig zu verhindern. Diese neuen Konzepte basieren darauf, dass während der Ausformung der vulkanisierbaren Kautschukmischungen eine elektrisch leitfähige Kautschukmischung als Injektionszusammensetzung in den Laufstreifen eingebracht wird, indem diese in einer dünnen Schichtdicke auf die Seitenfläche der extrudierten Stränge aufgebracht wird. Für die Ausbildung der zu beschichtenden Seitenfläche kann der extrudierte Laufstreifen beispielsweise in seiner Längsrichtung durchgeschnitten werden, wie es in der DE 102007039100 A1 offenbart ist, oder es wird direkt nur ein Teil eines Laufstreifens extrudiert, welcher nach der entsprechenden Beschichtung mit anderen Teilen zum Laufstreifen kombiniert wird, wie es beispielsweise in der DE 102007039101 A1 offenbart ist. Weitere Offenbarungen zu diesem Ansatz finden sich beispielsweise in der EP 2520421 B1 und der EP 3253553 B1. Als elektrisch leitfähige Materialien für die Beschichtung können dabei je nach den Anforderungen der jeweils eingesetzten Technologie direkt elektrisch leitfähige Kautschukmischungen oder geeignete Vorläufer einer solchen leitfähigen Kautschukmischung als Injektionszusammensetzung eingesetzt werden, insbesondere Lösungen bzw. Dispersionen in verdampfbaren Lösungsmitteln, so dass ein Beschichten aus einer vorteilhaft fließfähigen Lösung heraus möglich ist. For this purpose, devices and methods have been developed with which it is possible to create a particularly thin conductive area during the production of the treads, which extends radially through the tread in the subsequent vehicle tire and which is advantageously sufficient to reliably prevent static charging. These new concepts are based on the fact that during the molding of the vulcanizable rubber mixtures, an electrically conductive rubber mixture is introduced into the tread as an injection composition by applying it in a thin layer to the side surface of the extruded strands. To form the side surface to be coated, the extruded tread can, for example, be cut in its longitudinal direction, as disclosed in DE 102007039100 A1. or only a part of a tread is extruded directly, which is combined with other parts to form the tread after the corresponding coating, as is disclosed, for example, in DE 102007039101 A1. Further disclosures of this approach can be found, for example, in EP 2520421 B1 and EP 3253553 B1. Depending on the requirements of the technology used in each case, electrically conductive rubber mixtures or suitable precursors of such a conductive rubber mixture can be used as injection compositions as electrically conductive materials for the coating, in particular solutions or dispersions in evaporable solvents, so that coating from an advantageously flowable solution is possible.
Die Erfinder haben erkannt, dass prinzipiell solche Ausgestaltungen bevorzugt sind, in denen mit diesem Verfahren ein sehr dünner leitfähiger Steg ausgebildet wird, d.h. wenn - abhängig von der Viskosität der eingesetzten leitfähige Kautschukmischung - beispielsweise eine Dicke von weniger als 20 pm eingestellt wird. Hierdurch wird nicht nur der Einfluss des Stegs auf die Fahreigenschaften minimiert, sondern es ist insbesondere auch ein zuverlässiges Fügen der vor dem Beschichten getrennten Laufstreifenteile möglich, was nach Einschätzung der Erfinder bei deutlich dickeren Stegen nicht immer ausreichend gewährleistet werden kann. Gleichzeitig haben die Erfinder erkannt, dass entsprechende Dicken ausreichend sind, um die statische Elektrizität abzuleiten. The inventors have recognized that in principle those designs are preferred in which a very thin conductive web is formed using this method, i.e. when - depending on the viscosity of the conductive rubber mixture used - a thickness of less than 20 pm is set, for example. This not only minimizes the influence of the web on the driving properties, but also enables reliable joining of the tread parts separated before coating, which, in the opinion of the inventors, cannot always be sufficiently guaranteed with significantly thicker webs. At the same time, the inventors have recognized that corresponding thicknesses are sufficient to dissipate static electricity.
Die zuverlässige Einbringung entsprechend dünner CCBs ist jedoch aus fertigungstechnischer Hinsicht in vielen Fällen schwierig, insbesondere bei der an sich bevorzugten Verfahrensführung unter zwischenzeitlicher Auftrennung des Materialstranges während der Extrusion. Hierfür sind nach Einschätzung der Erfinder insbesondere die im Stand der Technik bekannten Injektionszusammensetzungen verantwortlich, die für diese Aufgabe in vielen Fällen nicht hinreichend geeignet sind. In der spezifischen Verfahrensführung unter Einbringung der Injektionszusammensetzung im Extrusionssystem wird nämlich in der Extrusionsschablone temporär ein Materialspalt ausgebildet, in den die Injektionszusammensetzung injiziert wird. Bei vielen der aus dem Stand der Technik bekannten Injektionszusammensetzungen, insbesondere solchen, die ein leicht flüchtiges Lösungsmittel umfassen, kann es beim Kontakt mit der warmen, extrudierten Kautschukmischung zu einer unkontrollierten Gasentwicklungen kommen, welche nicht nur unter dem Aspekt der Gesundheits- und/oder Umweltbelastung nachteilig ist, sondern die auch zu Defekten und/oder Einschlüssen im extrudierten Strang führen können. Auch viele der aus dem Stand der Technik bekannten Injektionszusammensetzungen, die nicht auf ein leicht flüchtiges Lösungsmittel setzten, eignen sich nach Einschätzung der Erfinder nicht zufriedenstellend, in diesem Verfahren besonders dünne CCB auszubilden, weil sie beispielsweise eine ungeeignete Viskosität und/oder eine ungeeignete chemische Kompatibilität mit der vulkanisierbaren Kautschukmischung des extrudierten Materialstranges aufweisen. Zudem ergibt sich bei zahlreichen der aus dem Stand der Technik bekannten Injektionszusammensetzungen nach Einschätzung der Erfinder eine funktionale Beschränkung der Extrusionsgeschwindigkeit, da der Materialstrang langsam genug extrudiert werden muss, um beispielsweise das Verdampfen des Lösungsmittels und/oder die Ausbildung einer separaten Schicht zu erlauben. Zudem sind einige der aus dem Stand der Technik bekannten Injektionszusammensetzungen nach Einschätzung der Erfinder nicht optimal geeignet, um zwischen den temporär aufgetrennten Teilen des Materialstranges nach dem Zusammenführen wieder eine ausreichende Verbundfestigkeit zu gewährleisten, die nach der Vulkanisation in einem vulkanisierten Kautschukprodukt resultiert, die trotz des eingebrachten CCB eine mechanische Belastbarkeit gewährleistet, die auch für Hochleistungsanwendungen geeignet ist. Dieser Aspekt wird dabei bei den aus dem Stand der Technik bekanntenHowever, the reliable introduction of correspondingly thin CCBs is difficult in many cases from a manufacturing point of view, especially in the preferred process with intermediate separation of the material strand during extrusion. In the opinion of the inventors, the injection compositions known in the prior art are particularly responsible for this. In many cases, these are not sufficiently suitable for the task. In the specific process control involving introduction of the injection composition in the extrusion system, a material gap is temporarily formed in the extrusion template, into which the injection composition is injected. With many of the injection compositions known from the prior art, in particular those which comprise a highly volatile solvent, uncontrolled gas evolution can occur on contact with the warm, extruded rubber mixture, which is not only disadvantageous from the point of view of health and/or environmental pollution, but can also lead to defects and/or inclusions in the extruded strand. In the opinion of the inventors, many of the injection compositions known from the prior art which do not rely on a highly volatile solvent are also not satisfactorily suitable for forming particularly thin CCBs in this process because, for example, they have an unsuitable viscosity and/or an unsuitable chemical compatibility with the vulcanizable rubber mixture of the extruded material strand. In addition, in the opinion of the inventors, many of the injection compositions known from the prior art result in a functional limitation of the extrusion speed, since the material strand must be extruded slowly enough to allow, for example, the evaporation of the solvent and/or the formation of a separate layer. In addition, in the opinion of the inventors, some of the injection compositions known from the prior art are not optimally suited to ensure sufficient bond strength between the temporarily separated parts of the material strand after they have been brought together, which results in a vulcanized rubber product after vulcanization, which, despite the CCB introduced, ensures mechanical resilience that is also suitable for This aspect is taken into account in the state-of-the-art
Injektionszusammensetzungen zuweilen auch dadurch verstärkt, dass die damit zu erhaltenen Schichten nach der Vulkanisation andere mechanische Eigenschaften, insbesondere eine andere Steifigkeit, aufweisen, als die umliegenden Gummiwerkstoffe, wodurch zusätzliche Spannungen im Material und infolgedessen zusätzliche Materialfehler auftreten können. Injection compositions are sometimes also reinforced by the fact that the layers obtained with them have different mechanical properties, in particular a different stiffness, after vulcanization, than the surrounding rubber materials, which can lead to additional stresses in the material and, as a result, additional material defects.
Es war die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik auszuräumen oder zumindest zu vermindern. It was the primary object of the present invention to eliminate or at least reduce the disadvantages of the prior art.
Insbesondere war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen vulkanisierbaren Kautschukproduktes, insbesondere eines Laufstreifens, anzugeben, mit denen zuverlässig besonders dünne Stege aus leitfähigem Material in das strangförmige vulkanisierbare Kautschukprodukt eingebracht werden können. In particular, it was an object of the present invention to provide a method for producing a strand-shaped vulcanizable rubber product, in particular a tread, with which particularly thin webs made of conductive material can be reliably introduced into the strand-shaped vulcanizable rubber product.
Es war eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass mit dem anzugebenden Verfahren vorteilhafte vulkanisierbare beziehungsweise vulkanisierte Kautschukprodukte herstellbar sein sollten, insbesondere Laufstreifen, welche über einen sehr dünnen CCB verfügen und infolgedessen ausgezeichnete Rolleigenschaften aufweisen. It was a further object of the present invention that advantageous vulcanizable or vulcanized rubber products should be producible with the method to be specified, in particular treads which have a very thin CCB and consequently have excellent rolling properties.
Zudem war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Verfahren einen gegenüber dem Stand der Technik verringerten maschinellen Aufwand erfordern und/oder einen geringeren Materialbedarf aufweisen sollte. In addition, it was an object of the present invention that the method to be specified should require less mechanical effort and/or have a lower material requirement compared to the prior art.
Des Weiteren war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Verfahren möglichst zeit- und kosteneffizient durchführbar sein sollte und insbesondere auch mit gesteigerten Extrusionsgeschwindigkeiten betreibbar sein sollte. Furthermore, it was an object of the present invention that the method to be specified can be carried out as time- and cost-efficiently as possible and, in particular, should be operable at increased extrusion speeds.
Es war eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass die mit dem anzugebenden Verfahren herstellbaren vulkanisierbaren beziehungsweise vulkanisierten Kautschukprodukte im Bereich des Steges eine vorteilhafte Verbundfestigkeit aufweisen sollten, wobei wünschenswerterweise das Auftreten von Defekten und Lösungsmitteleinschlüssen vermieden werden können sollte. It was an additional object of the present invention that the vulcanizable or vulcanized rubber products that can be produced using the method to be specified should have an advantageous bond strength in the region of the web, wherein the occurrence of defects and solvent inclusions should desirably be avoided.
Es war eine ergänzende Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Verfahren hinsichtlich der entstehenden Gesundheits- und/oder Umweltbelastung möglichst vorteilhaft sein sollte. It was a supplementary object of the present invention that the method to be specified should be as advantageous as possible with regard to the resulting health and/or environmental impact.
Es war eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, vorteilhafte vulkanisierte Kautschukprodukte bereitzustellen, die mit den anzugebenden Verfahren herstellbar sind. It was a further object of the present invention to provide advantageous vulcanized rubber products which can be produced by the processes to be specified.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nunmehr gefunden, dass sich die vorstehend beschriebenen Aufgaben überraschenderweise lösen lassen, wenn in einer spezifischen Verfahrensführung unter Einsatz einer bestimmten Extrusionsschablone eine spezifische Injektionszusammensetzung verwendet wird, wie es in den Ansprüchen definiert ist. The inventors of the present invention have now found that the objects described above can surprisingly be achieved if a specific injection composition is used in a specific process using a specific extrusion template, as defined in the claims.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden somit durch den Gegenstand der Erfindung gelöst, wie er in den Ansprüchen definiert ist. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungen. The above-mentioned objects are thus achieved by the subject matter of the invention as defined in the claims. Preferred embodiments of the invention emerge from the subclaims and the following statements.
Solche Ausführungsformen, die nachfolgend als bevorzugt bezeichnet sind, werden in besonders bevorzugten Ausführungsformen mit Merkmalen anderer als bevorzugt bezeichneter Ausführungsformen kombiniert. Ganz besonders bevorzugt sind somit Kombinationen von zwei oder mehr der nachfolgend als besonders bevorzugt bezeichneten Ausführungsformen. Ebenfalls bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen ein in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnetes Merkmal einer Ausführungsform mit einem oder mehreren weiteren Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert wird, die in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnet werden. Merkmale bevorzugter vulkanisierter Kautschukprodukte ergeben sich aus den Merkmalen bevorzugter Verfahren. Such embodiments, which are referred to below as preferred, are combined in particularly preferred embodiments with features of other embodiments referred to as preferred. Combinations of two or more of the embodiments referred to below as particularly preferred. Also preferred are embodiments in which a feature of an embodiment referred to as preferred to any extent is combined with one or more further features of other embodiments referred to as preferred to any extent. Features of preferred vulcanized rubber products result from the features of preferred processes.
Insoweit nachfolgend für ein Element, beispielsweise einen Mischungsbestandteil der Injektionszusammensetzung, beispielsweise für den Dienkautschuk oder die elektrisch leitenden Füllstoffe sowohl spezifische Mengen bzw. Anteile dieses Elementes als auch bevorzugte Ausgestaltungen des Elementes offenbart werden, sind insbesondere auch die spezifischen Mengen bzw. Anteile der bevorzugt ausgestalteten Elemente offenbart. Zudem ist offenbart, dass bei den entsprechenden spezifischen Gesamtmengen bzw. Gesamtanteilen der Elemente zumindest ein Teil der Elemente bevorzugt ausgestaltet sein kann und insbesondere auch, dass bevorzugt ausgestaltete Elemente innerhalb der spezifischen Gesamtmengen oder Gesamtanteile wiederum in den spezifischen Mengen bzw. Anteilen vorliegen können. Insofar as both specific amounts or proportions of this element and preferred embodiments of the element are disclosed below for an element, for example a mixture component of the injection composition, for example for the diene rubber or the electrically conductive fillers, the specific amounts or proportions of the preferably configured elements are also disclosed in particular. In addition, it is disclosed that with the corresponding specific total amounts or total proportions of the elements, at least some of the elements can be preferably configured and in particular also that preferably configured elements can in turn be present in the specific amounts or proportions within the specific total amounts or total proportions.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Angabe phr (parts per hundred parts of rubber by weight) ist die in der Kautschukindustrie übliche Mengenangabe für Mischungsrezepturen, über die die Massenanteile der Komponenten in der Kautschukmischung bezogen auf die Masse der in der Kautschukmischung vorhandenen hochmolekularen (gewichtsmittlere Molmasse Mw gemäß GPC größer als 60.000 g/mol) Kautschuke angegeben werden, wobei der kombinierte Masseanteil der hochmolekularen Kautschuke in der Kautschukmischung 100 phr entspricht. Die Bestimmung der gewichtsmittleren Molmasse erfolgt mittels Gelpermeationschromatographie gemäß DIN 55672-1 : 2016-03 (GPC mit Tetrahydofuran als Elutionsmittel, Polystyrol-Standard;The phr (parts per hundred parts of rubber by weight) specification used in the context of the present invention is the quantity specification for mixture recipes commonly used in the rubber industry, by which the mass fractions of the components in the rubber mixture are specified in relation to the mass of the high molecular weight rubbers (weight average molar mass Mw according to GPC greater than 60,000 g/mol) present in the rubber mixture, whereby the combined mass fraction of the high molecular weight rubbers in the rubber mixture corresponds to 100 phr. The weight average molar mass is determined by means of gel permeation chromatography in accordance with DIN 55672-1 : 2016-03 (GPC with Tetrahydrofuran as eluent, polystyrene standard;
Größenausschlußchromatographie; engl. SEC = size exclusion chromatography). Size exclusion chromatography (SEC).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen vulkanisierbaren Kautschukproduktes, umfassend eineThe invention relates to a process for producing a strand-shaped vulcanizable rubber product, comprising a
Modifikationsschicht mit einer mittleren Schichtdicke von 30 pm oder weniger, unter Verwendung einer Extrusionsschablone, umfassend: a) einen Schablonenkörper, b) eine den Schablonenkörper entlang einer Extrusionsrichtung E durchdringende und von um laufenden Wandflächen begrenzteModification layer with an average layer thickness of 30 pm or less, using an extrusion template, comprising: a) a template body, b) a stencil body penetrating the template body along an extrusion direction E and delimited by surrounding wall surfaces
Schablonenausnehmung, und c) ein sich zwischen den Wandflächen durch die Schablonenausnehmung erstreckendes längliches Injektorelement, mit einem Injektionsspalt, umfassend die Verfahrensschritte: i) Extrudieren eines Materialstranges aus zumindest einer vulkanisierbaren Kautschukmischung mit einem Extruder durch die Extrusionsschablone entlang der Extrusionsrichtung E, wobei in dem Materialstrang durch das Injektorelement ein Materialspalt erzeugt wird, ii) Injizieren einer Injektionszusammensetzung aus dem Injektionsspalt in den Materialspalt zum Kontaktieren des Materialstranges mit der Injektionszusammensetzung an den Wandungen des Materialspalts, zum Erhalt eines modifizierten Materialstranges, und iii) Schließen des Materialspalts im modifizierten Materialstrang durch Zusammenfügen der mit der Injektionszusammensetzung kontaktierten Wandungen des Materialspalts in einem entlang der Extrusionsrichtung E vom Injektorelement beabstandeten Fügebereich, wobei die Injektionszusammensetzung bei 20 °C eine dynamische Viskosität q gemessen gemäß DIN 53211 :1987-06 von 50 Pa*s oder weniger aufweist, und wobei die Injektionszusammensetzung umfasst: x) einen oder mehrere Dienkautschuke, wobei die Injektionszusammensetzung Polyisopren in einem kombinierten Massenanteil von 5 phr oder mehr umfasst, y) einen oder mehrere elektrisch leitfähige Füllstoffe, insbesondere Ruß, in einem kombinierten Massenanteil von 30 phr oder mehr, und z) ein oder mehrere paraffinische Weichmacheröle, insbesondere paraffinische Mineralöle, in einem kombinierten Massenanteil von 500 phr oder mehr. Template recess, and c) an elongated injector element extending between the wall surfaces through the template recess, with an injection gap, comprising the method steps: i) extruding a material strand made of at least one vulcanizable rubber mixture with an extruder through the extrusion template along the extrusion direction E, wherein a material gap is created in the material strand by the injector element, ii) injecting an injection composition from the injection gap into the material gap to contact the material strand with the injection composition on the walls of the material gap, to obtain a modified material strand, and iii) closing the material gap in the modified material strand by joining the walls of the material gap contacted with the injection composition in a joining region spaced apart from the injector element along the extrusion direction E, wherein the injection composition has a dynamic viscosity q measured according to DIN 53211:1987-06 of 50 Pa*s or less at 20 °C, and wherein the injection composition comprises: x) one or more diene rubbers, wherein the injection composition comprises polyisoprene in a combined mass fraction of 5 phr or more, y) one or more electrically conductive fillers, in particular carbon black, in a combined mass fraction of 30 phr or more, and z) one or more paraffinic plasticizer oils, in particular paraffinic mineral oils, in a combined mass fraction of 500 phr or more.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung von strangförmigen vulkanisierbaren Kautschukprodukten, bevorzugt von Laufstreifenkomponenten. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch nicht auf Laufstreifen beschränkt, sondern ist dazu geeignet, grundsätzlich sämtlichen dickwandigen Extrudate mit einer gewissen Dicke, beispielsweise von mehr als 2 mm, eine elektrisch leitfähige Modifikationsschicht hinzuzufügen, durch die eine elektrostatische Aufladung zuverlässig abgeführt werden kann. Beispielhaft ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das strangförmige vulkanisierbare Kautschukprodukt senkrecht zur Extrusionsrichtung E eine mittlere Dicke von 2 mm oder mehr aufweist. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das strangförmige vulkanisierbare Kautschukprodukt ein Laufstreifenrohling oder eine Teillage eines Laufstreifenrohlings ist. The method according to the invention is used to produce strand-shaped vulcanizable rubber products, preferably tread components. However, the method according to the invention is not limited to treads, but is suitable for adding an electrically conductive modification layer to all thick-walled extrudates with a certain thickness, for example more than 2 mm, through which electrostatic charge can be reliably dissipated. An example of a method according to the invention is accordingly one in which the strand-shaped vulcanizable rubber product has an average thickness of 2 mm or more perpendicular to the extrusion direction E. A method according to the invention is preferred, wherein the strand-shaped vulcanizable rubber product is a tread blank or a partial layer of a tread blank.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein besonders dünner CCB eingebracht, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Modifikationsschicht bezeichnet wird. Diese vorgegebene Maximaldicke der Modifikationsschicht führt nach Erkenntnis der Erfinder dazu, dass im Falle einer integrierten Ausbildung der Modifikationsschicht im Extrusionssystem, wie es durch die vorstehenden Verfahrensschritte i) bis iii) vorgegeben wird, besonders hohe Anforderungen an die Injektionszusammensetzung gestellt werden müssen, um die vorstehend beschriebenen Aufgaben zu lösen. Nach Einschätzung der Erfinder sind dabei mit Blick auf die Eigenschaften der so herstellbaren Extrudate, insbesondere im Fall von Laufstreifen, prinzipiell besonders dünne Modifikationsschichten bevorzugt, was durch die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Injektionszusammensetzung in vorteilhafter Weise ermöglicht wird. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Modifikationsschicht eine mittlere Schichtdicke von 20 pm oder weniger, bevorzugt 15 pm oder weniger, besonders bevorzugt 10 pm oder weniger, insbesondere bevorzugt 5 pm oder weniger, aufweist. The method according to the invention introduces a particularly thin CCB, which is referred to as a modification layer in the context of the present invention. This predetermined maximum thickness According to the inventors' knowledge, the modification layer leads to the fact that in the case of an integrated formation of the modification layer in the extrusion system, as specified by the above process steps i) to iii), particularly high demands must be placed on the injection composition in order to achieve the tasks described above. In the inventors' opinion, with a view to the properties of the extrudates that can be produced in this way, particularly in the case of treads, particularly thin modification layers are preferred in principle, which is advantageously made possible by the injection composition used in the process according to the invention. Accordingly, a process according to the invention is preferred, wherein the modification layer has an average layer thickness of 20 pm or less, preferably 15 pm or less, particularly preferably 10 pm or less, particularly preferably 5 pm or less.
Die erfindungsgemäß einzusetzende Extrusionsschablone ist zur Verwendung bei der Extrusion von Kautschukprodukten geeignet. Extrusionsschablonen sind dem Fachmann im Bereich der kautschukverarbeitenden Industrie dabei umfassend bekannt. Extrusionsschablonen werden vom Fachmann häufig in sogenannte Vor- und Endschablonen unterteilt, wodurch ausgedrückt wird, an welcher Position des Extrusionssystems sie eingesetzt werden. Vorschablonen führen die eingesetzten Kautschukstränge regelmäßig zunächst in engere räumliche Nähe, wofür sie regelmäßig mehrere Ausnehmungen umfassen, die jeweils der Führung eines Kautschukstranges dienen. Im Gegensatz hierzu weisen Endschablonen regelmäßig lediglich eine Ausnehmung auf, durch die die einzelnen Kautschukstränge der Vorschablone geführt werden. Für die erfindungsgemäß eingesetzte Extrusionsschablone ist insbesondere die Ausführung als Endschablonen, zweckmäßig. Nach Einschätzung der Erfinder lassen sich die erfindungsgemäß herzustellenden dünnen Modifikationsschichten nämlich in vielen Fällen nicht sinnvoll aus der Vor- in die Endschablone übertragen, da sie bei Einbringung in der Vorschablone Gefahr laufen, dass die erzeugte feine Struktur in der Endschablone verformt wird und/oder die entsprechenden Modifikationsschichten in den einzelnen Materialsträngen der Vorschablone nicht genau passend zusammengefügt werden, so dass im der Leitweg im finalen Materialstrang unterbrochen ist. Für im Wesentlichen alle Ausführungsformen bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Extrusionsschablone eine Endschablone ist. Für im Wesentlichen alle Ausführungsformen bevorzugt ist in anderen Worten ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Extrusionsschablone genau eine Schablonenausnehmungen umfasst.The extrusion template to be used according to the invention is suitable for use in the extrusion of rubber products. Extrusion templates are well known to those skilled in the art in the rubber processing industry. Extrusion templates are often divided by those skilled in the art into so-called pre- and end templates, which express the position in the extrusion system at which they are used. Pre-templates usually initially guide the rubber strands used into closer spatial proximity, for which they usually comprise several recesses, each of which serves to guide a rubber strand. In contrast, end templates usually have only one recess through which the individual rubber strands of the pre-template are guided. For the extrusion template used according to the invention, the design as end templates is particularly expedient. According to the inventors, the extrusion templates according to the invention can be In many cases, the thin modification layers to be produced cannot be transferred sensibly from the preliminary to the final template, since when they are introduced into the preliminary template, there is a risk that the fine structure produced will be deformed in the final template and/or that the corresponding modification layers in the individual material strands of the preliminary template will not fit together exactly, so that the path in the final material strand is interrupted. For essentially all embodiments, a method according to the invention is preferred, wherein the extrusion template is a final template. In other words, for essentially all embodiments, a method according to the invention is preferred, wherein the extrusion template comprises exactly one template recess.
Analog zu aus dem Stand der Technik bekannten Extrusionsschablonen umfasst die erfindungsgemäße Extrusionsschablone zunächst einen Schablonenkörper. Dieser Ausdruck bezeichnet das Werkstück, in dem die verschiedenen Schablonenausnehmungen der Extrusionsschablone angeordnet sind. Beispielhaft ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Schablonenkörper aus Metall, bevorzugt aus Stahl, ausgebildet ist. Analogous to extrusion templates known from the prior art, the extrusion template according to the invention initially comprises a template body. This term refers to the workpiece in which the various template recesses of the extrusion template are arranged. An example of a method according to the invention is one in which the template body is made of metal, preferably steel.
Die Schablonenausnehmungen im Schablonenkörper dienen dazu, das extrudierte Material durch die Extrusionsschablone hindurchzuführen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dabei die Richtung, in die das zu extrudierende Material durch die Extrusionsschablone geführt wird, als Extrusionsrichtung E bezeichnet. Die Form der Schablonenausnehmung korreliert mit der gewünschten Querschnittsform des extrudierten Materialstranges. Für die Extrusion von Laufstreifen haben sich insoweit insbesondere trapezförmige Querschnitte als besonders geeignet erwiesen. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Schablonenausnehmung in der senkrecht zur Extrusionsrichtung E stehenden Ebene einen vieleckigen Querschnitt, bevorzugt einen viereckigen Querschnitt, besonders bevorzugt einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. The template recesses in the template body serve to guide the extruded material through the extrusion template. In the context of the present invention, the direction in which the material to be extruded is guided through the extrusion template is referred to as the extrusion direction E. The shape of the template recess correlates with the desired cross-sectional shape of the extruded material strand. In this respect, trapezoidal cross sections have proven to be particularly suitable for the extrusion of treads. Accordingly, a method according to the invention is preferred, wherein the template recess has a polygonal cross section in the plane perpendicular to the extrusion direction E, preferably has a square cross-section, particularly preferably a trapezoidal cross-section.
Da der Schablonenkörper eine nicht vernachlässigbare Dicke aufweisen wird, ist eine den Schablonenkörper durchdringende Ausnehmung zwangsläufig von um laufenden Wandflächen begrenzt. Eine kreisförmige Schablonenausnehmung wäre insoweit beispielsweise von lediglich einer um laufenden Wandfläche begrenzt, wohingegen eine viereckige Schablonenausnehmung vier unterscheidbare Einzelwandflächen als Umwandung umfasst. Bevorzugt ist insoweit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Schablonenausnehmung von vier oder mehr, bevorzugt genau vier, Wandflächen begrenzt wird. Since the stencil body will have a non-negligible thickness, a recess penetrating the stencil body is inevitably delimited by surrounding wall surfaces. A circular stencil recess would, for example, be delimited by just one surrounding wall surface, whereas a square stencil recess comprises four distinguishable individual wall surfaces as a surrounding wall. In this respect, a method according to the invention is preferred, wherein the stencil recess is delimited by four or more, preferably exactly four, wall surfaces.
Hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Komponenten a) und b) entspricht die erfindungsgemäß einzusetzende Extrusionsschablone prinzipiell den aus dem Stand der Technik bekannten Extrusionsschablonen. Die erfindungsgemäß einzusetzende Extrusionsschablone umfasst nunmehr jedoch auch noch ein Injektorelement mit einem Injektionsspalt, welches sich zwischen den Wandflächen der Schablonenausnehmung erstreckt, sodass es durch die Schablonenausnehmung hindurch verläuft. With regard to the components a) and b) described above, the extrusion template to be used according to the invention corresponds in principle to the extrusion templates known from the prior art. However, the extrusion template to be used according to the invention now also comprises an injector element with an injection gap, which extends between the wall surfaces of the template recess so that it runs through the template recess.
Dem Injektorelement kommen im erfindungsgemäßen Verfahren vor allem zwei Aufgaben zu. Das durch die Schablonenausnehmung verlaufende Injektorelement dient zum einen dazu, den durch die Schablonenausnehmung extrudierten Materialstrang aufzuspalten, indem es einen Teil der Schablonenausnehmung versperrt. Dadurch entsteht in Extrusionsrichtung hinter dem als Strömungshindernis wirkenden Injektorelement ein Materialspalt. Das Injektorelement dient nun dazu, durch einen in Richtung dieses Materialspalts weisenden Injektionsspalt eine Injektionszusammensetzung in den Materialspalt zu injizieren. Hierdurch kann der extrudierte Materialstrang an den durch das Aufspalten freigelegten Wandungen mit der Injektionszusammensetzung kontaktiert werden. Der Fachmann versteht, dass es sich somit um ein erfindungsgemäßes Verfahren handelt, wobei das Injektorelement dazu eingerichtet ist, durch den Injektionsspalt eine Injektionszusammensetzung injizieren zu können bzw. wobei der Injektionsspalt so angeordnet ist, dass er in Richtung des Materialspalt weist. The injector element has two main tasks in the method according to the invention. The injector element running through the template recess serves, on the one hand, to split the material strand extruded through the template recess by blocking part of the template recess. This creates a material gap in the extrusion direction behind the injector element, which acts as a flow obstacle. The injector element now serves to inject an injection composition into the material gap through an injection gap pointing in the direction of this material gap. This allows the extruded material strand to be The walls exposed by the gaps are contacted with the injection composition. The person skilled in the art will understand that this is a method according to the invention, wherein the injector element is designed to be able to inject an injection composition through the injection gap or wherein the injection gap is arranged such that it points in the direction of the material gap.
Zur Umsetzung der gewünschten Injektionsfunktion ist es zweckmäßig, das Injektorelement beispielsweise über Leitungen mit einem Vorrat an Injektionszusammensetzungen zu verbinden. Für die meisten Fälle relevant ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Injektorelement fluidleitend mit einer Fluidversorgungseinrichtung verbunden oder verbindbar ist, wobei die Fluidversorgungseinrichtung bevorzugt eine Pumpvorrichtung und ein Reservoir zur Lagerung der Injektionszusammensetzung umfasst. To implement the desired injection function, it is expedient to connect the injector element to a supply of injection compositions, for example via lines. A method according to the invention is relevant for most cases, wherein the injector element is or can be connected in a fluid-conducting manner to a fluid supply device, wherein the fluid supply device preferably comprises a pump device and a reservoir for storing the injection composition.
Hinsichtlich der Anordnung des Injektorelementes ist es im Falle von Schablonenausnehmungen mit mehreckigem Querschnitt besonders bevorzugt, dass sich das Injektorelement zwischen gegenüberliegenden Teilen der Wand erstreckt. Bevorzugt ist somit ein erfindunggemäßes Verfahren, wobei sich das Injektorelement von einer Wandfläche der Schablonenausnehmung zu einer gegenüberliegenden Wandfläche erstreckt. With regard to the arrangement of the injector element, in the case of template recesses with a polygonal cross-section, it is particularly preferred that the injector element extends between opposite parts of the wall. A method according to the invention is therefore preferred, wherein the injector element extends from a wall surface of the template recess to an opposite wall surface.
Der Fachmann versteht, dass die Schablonenausnehmung durch das Injektorelement in zwei Teile getrennt wird, wobei es mit Blick auf die Eigenschaften der damit herstellbaren strangförmigen Kautschukprodukte nach Einschätzung der Erfinder besonders vorteilhaft ist, das Injektorelement insoweit möglichst mittig zu positionieren, sodass die durch das Injektorelement eingebrachte Modifikationsschicht im strangförmigen Kautschukprodukt ebenfalls möglichst mittig verläuft. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Injektorelement so in der Schablonenausnehmung positioniert ist, dass die Schablonenausnehmung bei Draufsicht entlang der Extrusionsrichtung E durch das Injektorelement in zwei Teilflächen geteilt wird, deren Fläche sich um 50 % oder weniger, bevorzugt um 30 % oder weniger, besonders bevorzugt um 10 % oder weniger, besonders bevorzugt um 5 % oder weniger, unterscheiden. The person skilled in the art will understand that the template recess is divided into two parts by the injector element, whereby, in view of the properties of the strand-shaped rubber products that can be produced thereby, it is, in the opinion of the inventors, particularly advantageous to position the injector element as centrally as possible so that the modification layer introduced by the injector element in the strand-shaped rubber product also runs as centrally as possible. A method according to the invention is preferred, wherein the injector element is positioned in the template recess such that the template recess, when viewed from above along the extrusion direction E, is divided by the injector element into two partial areas whose areas differ by 50% or less, preferably by 30% or less, particularly preferably by 10% or less, particularly preferably by 5% or less.
Die gewünschte Aufspaltung des extrudierten Materialstranges kann im Prinzip mit jeder Form des Hindernisses erreicht werden, welches die Schablonenausnehmung in zwei oder mehr Bereiche zerteilt, sodass beispielsweise auch Injektorelemente mit rundem Querschnitt geeignet sind, welche dann eine zylinderartige Form aufweisen. Nach Einschätzung der Erfinder ist es jedoch besonders vorteilhaft, wenn eine kontrollierte Aufspaltung des Materialstranges dadurch befördert wird, dass eine Keilform oder eine ähnliche Verjüngung vorgesehen wird, durch die die Auftrennung entlang der Flanken des Keils begünstigt wird, was insbesondere das Strömungsverhalten des extrudierten Materialstranges verbessert. Beispielhaft ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Injektorelement zumindest teilweise, bevorzugt über die gesamte Länge des in der Schablonenausnehmung verlaufenen Teils des Injektorelements, zylinderförmig ausgebildet ist. Bevorzugt ist jedoch ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Injektorelement sich auf der vom Injektionsspalt abgewandten Seite entgegen der Extrusionsrichtung E verjüngt, bevorzugt tropfenförmig verjüngt. The desired splitting of the extruded material strand can in principle be achieved with any form of obstacle that divides the template recess into two or more areas, so that, for example, injector elements with a round cross-section are also suitable, which then have a cylindrical shape. In the opinion of the inventors, however, it is particularly advantageous if a controlled splitting of the material strand is promoted by providing a wedge shape or a similar taper, which promotes the separation along the flanks of the wedge, which in particular improves the flow behavior of the extruded material strand. An example of a method according to the invention is accordingly one in which the injector element is at least partially cylindrical, preferably over the entire length of the part of the injector element that runs in the template recess. However, a method according to the invention is preferred, wherein the injector element tapers on the side facing away from the injection gap against the extrusion direction E, preferably tapers in a drop shape.
Zumindest in der Theorie ist es möglich, das Injektorelement bezogen auf die Extrusionsrichtung schräg in der Extrusionsschablone anzuordnen, sodass der extrudierte Materialstrang das Injektorelement bezogen auf die Extrusionsrichtung an einem Abschnitt früher und in einem anderen Abschnitt später kontaktiert. Auch wenn eine solche Ausgestaltung denkbar ist, ist dies nach Einschätzung der Erfinder nicht mit Vorteilen verbunden, die den zusätzlichen konstruktiven Aufwand rechtfertigen würden. Vielmehr lassen sich nach Einschätzung der Erfinder besonders dann gute Ergebnisse erreichen, wenn das Injektorelement im Wesentlichen orthogonal auf der Extrusionsrichtung steht, sodass der extrudierte Materialstrang durch das Injektorelement im Wesentlichen orthogonal zur Extrusionsrichtung E aufgespalten wird. Bevorzugt ist somit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Längsachse des Injektorelements mit der Extrusionsrichtung E einen Winkel im Bereich von 70° bis 110°, bevorzugt einen Winkel im Bereich von 80° bis 100°, besonders bevorzugt im Bereich von 85° bis 95°, ganz besonders bevorzugt von im Wesentlichen 90°, einschließt. At least in theory, it is possible to arrange the injector element at an angle in the extrusion template with respect to the direction of extrusion, so that the extruded strand of material contacts the injector element earlier in one section and later in another section with respect to the direction of extrusion. Even if such a design is conceivable, the inventors believe that this is not associated with any advantages. which would justify the additional design effort. Rather, in the opinion of the inventors, particularly good results can be achieved when the injector element is positioned essentially orthogonally to the extrusion direction, so that the extruded material strand is split by the injector element essentially orthogonally to the extrusion direction E. A method according to the invention is therefore preferred, wherein the longitudinal axis of the injector element encloses an angle with the extrusion direction E in the range of 70° to 110°, preferably an angle in the range of 80° to 100°, particularly preferably in the range of 85° to 95°, very particularly preferably of essentially 90°.
Je nach der späteren Anordnung der Extrusionsschablone und damit in Abhängigkeit der im Einsatz wirkenden Schwerkraft ist es prinzipiell nicht nötig, den Injektionsspalt über die gesamte Länge des Injektorelements auszuführen, da es in Abhängigkeit vom Volumenstrom der Injektionszusammensetzung möglich ist, dass die durch einen kürzeren Injektionsspalt austretende Injektionszusammensetzung den Materialspalt hinreichend ausfüllt, um den extrudierten Materialstrang über die gesamte Höhe an den Wandungen zu kontaktieren, was besonders bevorzugt ist. Angesichts dieser bevorzugten Ausführungsform erachten es die Erfinder jedoch als besonders vorteilhaft, wenn sich auch der Injektionsspalt im Wesentlichen über die gesamte Länge erstreckt, auf der die Beschichtung erfolgen soll, da hierdurch eine deutlich kontrolliertere und präzisere Applikation der Injektionszusammensetzung in den Materialspalt und an dessen Wandungen möglich wird, was insbesondere für die erfindungsgemäß angestrebten besonders dünnen CCB vorteilhaft ist. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei sich der Injektionsspalt über die gesamte Länge des in der Schablonenausnehmung verlaufenen Teils des Injektorelements erstreckt. Bevorzugt ist mit Blick auf die Verfahrensführung auch ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Injizieren der Injektionszusammensetzung in Verfahrensschritt iii) so erfolgt, dass die Wandungen des Materialspalts im Wesentlichen vollständig, insbesondere über die gesamte Höhe des Materialspalts, mit der Injektionszusammensetzung kontaktiert werden. Depending on the later arrangement of the extrusion template and thus depending on the gravity acting during use, it is in principle not necessary to make the injection gap over the entire length of the injector element, since depending on the volume flow of the injection composition, it is possible for the injection composition emerging through a shorter injection gap to fill the material gap sufficiently to contact the extruded material strand over the entire height on the walls, which is particularly preferred. In view of this preferred embodiment, however, the inventors consider it particularly advantageous if the injection gap also extends essentially over the entire length on which the coating is to take place, since this enables a significantly more controlled and precise application of the injection composition into the material gap and onto its walls, which is particularly advantageous for the particularly thin CCBs sought according to the invention. Accordingly, a method according to the invention is preferred, wherein the injection gap extends over the entire length of the part of the injector element running in the template recess. With regard to the process control, a Method according to the invention, wherein the injection of the injection composition in method step iii) is carried out such that the walls of the material gap are contacted substantially completely, in particular over the entire height of the material gap, with the injection composition.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Funktionsweise zumeist in Bezug auf das Vorliegen genau eines Injektorelementes beschrieben, wobei eine erfindungsgemäß einzusetzende Extrusionsschablone, welche genau ein Injektorelement umfasst, entsprechend zur Herstellung von strangförmigen Kautschukprodukten geeignet ist, welche genau eine Modifikationsschicht als CCB umfassen. Insoweit schlagen die Erfinder jedoch vor, dass die erfindungsgemäß einzusetzenden Extrusionsschablonen auch so ausgelegt werden können, dass mit ihnen in dem extrudierten Material mehrere dünne CCBs ausgebildet werden können. Bevorzugt ist für bestimmte Anwendungen entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Extrusionsschablone zwei oder mehr, bevorzugt drei oder mehr, bevorzugt gleichartige, Injektorelemente, umfasst. In the context of the present invention, the mode of operation is mostly described in relation to the presence of exactly one injector element, whereby an extrusion template to be used according to the invention, which comprises exactly one injector element, is correspondingly suitable for producing strand-shaped rubber products which comprise exactly one modification layer as a CCB. In this respect, however, the inventors propose that the extrusion templates to be used according to the invention can also be designed in such a way that they can be used to form several thin CCBs in the extruded material. For certain applications, a method according to the invention is preferred, whereby the extrusion template comprises two or more, preferably three or more, preferably identical, injector elements.
Der Fachmann versteht, dass im erfindungsgemäßen Verfahren, nach dem Auftrennen des Materialstrangs und dem anschließenden Kontaktieren der Wandungen des Materialspalts mit der Injektionszusammensetzung ein erneutes Zusammenführen und Zusammenfügen der zuvor getrennten Teile des Materialstranges erfolgen wird, durch das der Materialspalt geschlossen wird, wie es in Verfahrensschritt iii) definiert wird. Dieses Zusammenfügen erfolgt in einem Fügebereich. Ein solcher Fügebereich kann beispielsweise durch eine separate, nachgelagerte Schablonenstruktur bereitgestellt werden. Für im Wesentlichen alle Ausführungsformen bevorzugt ist es jedoch, wenn die Länge der Schablonenausnehmung in Extrusionsrichtung E so groß gewählt wird, dass das Zusammenfügen des Materialspalts noch innerhalb der Extrusionsschablone erfolgen kann, wenn sich das extrudierte Material in Extrusionsrichtung hinter dem Injektionselement weiter an den Wandungen der Schablonenausnehmung entlang erstreckt. Ein solcher Fügebereich der Schablonenausnehmung kann dabei auch einen Abschnitt umfassen, welcher einen zumindest geringfügig verringerten Gesamtquerschnitt aufweist als die Schablonenausnehmung auf Höhe des Injektorelementes, sodass die zwei aufgespaltenen Teile des Materialstranges durch eine entsprechende Verjüngung aneinandergedrückt werden. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Extrusionsschablone einen entlang der Extrusionsrichtung E vom Injektorelement beabstandeten Fügebereich umfasst, wobei die Extrusionsschablone dazu eingerichtet ist, den in dem Materialstrang erzeugten Materialspalt im Fügebereich durch Zusammenfügen der mit der vulkanisierbaren Injektionszusammensetzung kontaktierten Wandungen des Materialspalts zu schließen. Bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Fügebereich durch einen Fügeabschnitt der Schablonenausnehmung gebildet wird, in dem sich die Schablonenausnehmung entlang der Extrusionsrichtung E verjüngt. Bevorzugt ist dabei zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Fügebereich sich entlang der Extrusionsrichtung E über 50 % oder mehr, bevorzugt über 70 % oder mehr, der Länge der Schablonenausnehmung erstreckt. The person skilled in the art will understand that in the method according to the invention, after the material strand has been separated and the walls of the material gap have subsequently been brought into contact with the injection composition, the previously separated parts of the material strand will be brought together again and joined together, thereby closing the material gap, as defined in method step iii). This joining takes place in a joining area. Such a joining area can be provided, for example, by a separate, downstream template structure. For essentially all embodiments, however, it is preferred if the length of the template recess in the extrusion direction E is chosen to be so large that the joining of the material gap is still within the extrusion template if the extruded material extends further along the walls of the template recess behind the injection element in the extrusion direction. Such a joining region of the template recess can also comprise a section which has an at least slightly reduced overall cross-section than the template recess at the level of the injector element, so that the two split parts of the material strand are pressed together by a corresponding taper. Accordingly, a method according to the invention is preferred, wherein the extrusion template comprises a joining region spaced apart from the injector element along the extrusion direction E, wherein the extrusion template is designed to close the material gap created in the material strand in the joining region by joining the walls of the material gap contacted with the vulcanizable injection composition. A method according to the invention is preferred, wherein the joining region is formed by a joining section of the template recess in which the template recess tapers along the extrusion direction E. Additionally or alternatively, a method according to the invention is preferred, wherein the joining region extends along the extrusion direction E over 50% or more, preferably over 70% or more, of the length of the template recess.
Es kann als großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens angesehen werden, dass dieses hinsichtlich der eingesetzten vulkanisierbaren Kautschukmischungen, d.h. hinsichtlich des Materials des extrudierten Stranges, prinzipiell sehr flexibel ist. Insoweit kann in vorteilhafter Weise festgestellt werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren für im Wesentlichen sämtliche typischen vulkanisierbaren Kautschukmischungen zur Anwendung kommen kann, insbesondere solche, welche in Laufstreifen von Fahrzeugreifen eingesetzt werden, sodass an dieser Stelle insbesondere auf den dem Fachmann bekannten Stand der Technik verwiesen werden kann. Beispielhaft ist insoweit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung einen oder mehrere Dienkautschuke umfasst, und/oder wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung einen oder mehrere nicht elektrisch leitfähige Füllstoffe, bevorzugt gefälltes Siliciumdioxid, umfasst, und/oder wobei die vulkanisierbare Kautschukmischung einen oder mehrere Additive umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Weichmachern, Alterungsschutzmitteln und Kupplungsagenzien. It can be seen as a great advantage of the method according to the invention that it is in principle very flexible with regard to the vulcanizable rubber mixtures used, ie with regard to the material of the extruded strand. In this respect, it can be advantageously stated that the method according to the invention can be used for essentially all typical vulcanizable rubber mixtures, in particular those which are used in the treads of vehicle tires, so that In this regard, reference can be made in particular to the prior art known to the person skilled in the art. An example in this regard is a process according to the invention, wherein the vulcanizable rubber mixture comprises one or more diene rubbers, and/or wherein the vulcanizable rubber mixture comprises one or more non-electrically conductive fillers, preferably precipitated silicon dioxide, and/or wherein the vulcanizable rubber mixture comprises one or more additives selected from the group consisting of plasticizers, anti-aging agents and coupling agents.
Bei der gemeinsamen Extrusion von Laufstreifen mit Cap/Base- Konstruktion handelt es sich beispielsweise um ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die vulkanisierbaren Kautschukmischungen eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen. The joint extrusion of treads with cap/base construction, for example, is a process according to the invention, wherein the vulcanizable rubber mixtures have a different chemical composition.
Trotz der breiten Anwendbarkeit des erfindungsgemäßes Verfahrens auf im Wesentlichen sämtliche typischen vulkanisierbaren Kautschukmischungen, werden nach Einschätzung der Erfinder mit bestimmten vulkanisierbaren Kautschukmischungen besonders vorteilhafte Verfahren erzielt. Despite the broad applicability of the process according to the invention to essentially all typical vulcanizable rubber mixtures, the inventors believe that particularly advantageous processes are achieved with certain vulcanizable rubber mixtures.
Vulkanisierbaren Kautschukmischung mit niedrigem Rußanteil profitieren besonders von der Einbringung der Modifikationsschicht, welche nach der Vulkanisation die elektrische Leitfähigkeit gewährleistet. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zumindest eine der vulkanisierbaren Kautschukmischungen weniger als 10 phr, bevorzugt weniger als 5 phr, besonders bevorzugt weniger als 3 phr, insbesondere weniger als 0,1 phr, Ruß umfasst. Vulcanizable rubber mixtures with a low carbon black content particularly benefit from the introduction of the modification layer, which ensures electrical conductivity after vulcanization. Accordingly, a method according to the invention is preferred, wherein at least one of the vulcanizable rubber mixtures comprises less than 10 phr, preferably less than 5 phr, particularly preferably less than 3 phr, in particular less than 0.1 phr, of carbon black.
Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, die eine oder die mehreren vulkanisierbaren Kautschukmischungen hinsichtlich der nicht-leitfähigen Bestandteile möglichst weitgehend auf die Injektionszusammensetzung abzustimmen. Hierdurch können in vorteilhafter Weise Modifikationsschichten erhalten werden, deren physikalisch-chemischen sowie insbesondere mechanischen Eigenschaften nach der Vulkanisation möglichst gut zu denen der umgebenden Gummiwerkstoffe passen. In addition, it is particularly advantageous to match the one or more vulcanizable rubber mixtures as closely as possible to the injection composition with regard to the non-conductive components. This advantageously enables Modification layers are obtained whose physical-chemical and, in particular, mechanical properties after vulcanization match those of the surrounding rubber materials as closely as possible.
Bevorzugt ist vor diesem Hintergrund ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zumindest eine, bevorzugt sämtliche, der vulkanisierbaren Kautschukmischungen zumindest einen, bevorzugt sämtliche Dienkautschuke der Injektionszusammensetzung umfasst, wobei sich der Massenanteil in phr des oder der Dienkautschuke bevorzugt zwischen der vulkanisierbaren Kautschukmischung und der Injektionszusammensetzung um 20 % oder weniger, bevorzugt um 10 % oder weniger, besonders bevorzugt um 5 % oder weniger, unterscheidet. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zumindest eine, bevorzugt sämtliche der vulkanisierbaren Kautschukmischungen, zumindest ein Polyisopren umfassen, bevorzugt in einem kombinierten Massenanteil von 5 phr oder mehr, wobei sich bevorzugte Massenanteile aus den nachfolgenden Offenbarungen zu der Injektionszusammensetzung ergeben. Against this background, a method according to the invention is preferred, wherein at least one, preferably all, of the vulcanizable rubber mixtures comprise at least one, preferably all, diene rubbers of the injection composition, wherein the mass fraction in phr of the diene rubber(s) preferably differs between the vulcanizable rubber mixture and the injection composition by 20% or less, preferably by 10% or less, particularly preferably by 5% or less. A method according to the invention is particularly preferred, wherein at least one, preferably all of the vulcanizable rubber mixtures comprise at least one polyisoprene, preferably in a combined mass fraction of 5 phr or more, wherein preferred mass fractions arise from the following disclosures regarding the injection composition.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zumindest eine, bevorzugt sämtliche der vulkanisierbaren Kautschukmischungen, als Weichmacher ein oder mehrere paraffinische Weichmacheröle, bevorzugt paraffinische Mineralöle der Injektionszusammensetzung umfasst, bevorzugt in einem kombinierten Massenanteil von 50 % oder weniger, besonders bevorzugt von 30 % oder weniger. Additionally or alternatively, a process according to the invention is also preferred, wherein at least one, preferably all of the vulcanizable rubber mixtures, comprises one or more paraffinic plasticizer oils, preferably paraffinic mineral oils of the injection composition, as plasticizer, preferably in a combined mass fraction of 50% or less, particularly preferably of 30% or less.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine spezifische Injektionszusammensetzung eingesetzt, umfassend: x) einen oder mehrere Dienkautschuke, wobei die Injektionszusammensetzung Polyisopren in einem kombinierten Massenanteil von 5 phr oder mehr umfasst, y) einen oder mehrere elektrisch leitfähige Füllstoffe, insbesondere Ruß, in einem kombinierten Massenanteil von 30 phr oder mehr, und z) ein oder mehrere paraffinische Weichmacheröle in einem kombinierten Massenanteil von 500 phr oder mehr. In the process according to the invention, a specific injection composition is used comprising: x) one or more diene rubbers, wherein the injection composition comprises polyisoprene in a combined mass fraction of 5 phr or more, y) one or more electrically conductive fillers, in particular carbon black, in a combined mass fraction of 30 phr or more, and z) one or more paraffinic processing oils in a combined mass fraction of 500 phr or more.
In Übereinstimmung mit dem üblichen Vorgehen werden die vorstehend definierten Bestandteile der Injektionszusammensetzung jeweils als „ein oder mehrere“ eingesetzt. Die Bezeichnung „ein oder mehrere“ bezieht sich dabei in branchenüblicher Weise auf die chemische Natur der entsprechenden Verbindungen und nicht auf deren Stoffmenge. Beispielsweise kann die vulkanisierbare Kautschukmischung als Dienkautschuk ausschließlich Polyisopren umfassen, was bedeuten würde, dass die vulkanisierbare Kautschukmischung eine Vielzahl der entsprechenden Moleküle umfasst. In accordance with standard practice, the components of the injection composition defined above are each used as "one or more". The term "one or more" refers, in accordance with industry practice, to the chemical nature of the respective compounds and not to their amount. For example, the vulcanizable rubber compound may comprise exclusively polyisoprene as a diene rubber, which would mean that the vulcanizable rubber compound comprises a plurality of the respective molecules.
Die erfindungsgemäß einzusetzende Injektionszusammensetzung kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden, wie sie beispielsweise in der EP 3 385 090 A1 beschrieben sind. Dabei werden die festen Bestandteile, der Injektionszusammensetzung, beispielsweise Ruß und Kautschuk, in den flüssigen Bestandteilen, d.h. insbesondere den paraffinischen Weichmacherölen durch Rühren und/oder Schütteln und/oder Rütteln gelöst bzw. dispergiert, was beispielsweise auch über Vorlösungen oder Vordispersionen erfolgen kann. Die erfindungsgemäß einzusetzende Injektionszusammensetzung kann in besonders einfacher und effizienter Weise in einem verschließbaren Mischbehälter unter Mischbewegung hergestellt werden kann, welcher beispielsweise in der Ebene mit einer Leistung im Bereich von 300 bis 1000 W pro Kilogramm Injektionszusammensetzung über einen Zeitraum im Bereich von 1 bis 15 min, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 min, bewegt wird. The injection composition to be used according to the invention can be produced by methods known to those skilled in the art, as described, for example, in EP 3 385 090 A1. The solid components of the injection composition, for example carbon black and rubber, are dissolved or dispersed in the liquid components, i.e. in particular the paraffinic plasticizer oils, by stirring and/or shaking and/or rattling, which can also be done, for example, using pre-solutions or pre-dispersions. The injection composition to be used according to the invention can be produced in a particularly simple and efficient manner in a sealable mixing container with mixing movement, which is moved, for example, in the plane with a power in the range of 300 to 1000 W per kilogram of injection composition over a period of time in the range of 1 to 15 minutes, preferably in the range of 1 to 10 minutes.
Der Fachmann versteht, dass es sich bei der Injektionszusammensetzung regelmäßig um eine Dispersion handeln wird. Es handelt sich somit in den meisten Fällen um ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung eine Dispersion ist. Eine Dispersion ist hierbei ein heterogenes Gemisch aus flüssigen und festen Stoffen (disperse Phase), die fein verteilt in einem kontinuierlichen Stoff (Dispersionsmedium), vorliegende insbesondere dem paraffinischen Weichmacheröl, vorliegen. The person skilled in the art will understand that the injection composition will usually be a dispersion. It is therefore in the In most cases, it is a process according to the invention, wherein the injection composition is a dispersion. A dispersion is a heterogeneous mixture of liquid and solid substances (disperse phase) which are finely distributed in a continuous substance (dispersion medium), in particular the paraffinic plasticizer oil.
Die Erfinder haben erkannt, dass für die effiziente Ausformung der gewünschten dünnen Modifikationsschichten die Viskosität der Injektionszusammensetzung nicht zu hoch gewählt werden darf, wobei mit niedrigen Viskositäten besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung bei 20 °C eine dynamische Viskosität q von 30 Pa*s oder weniger, bevorzugt von 20 Pa*s oder weniger, besonders bevorzugt von 15 Pa*s oder weniger, aufweist. Die Viskosität wird dabei insbesondere durch den Gehalt an paraffinischen Weichmacherölen beeinflusst. The inventors have recognized that for the efficient formation of the desired thin modification layers, the viscosity of the injection composition must not be chosen to be too high, with particularly good results being achieved with low viscosities. A method according to the invention is preferred, wherein the injection composition has a dynamic viscosity q of 30 Pa*s or less, preferably 20 Pa*s or less, particularly preferably 15 Pa*s or less, at 20 °C. The viscosity is influenced in particular by the content of paraffinic plasticizer oils.
Viele der aus dem Stand der Technik bekannten Injektionszusammensetzungen setzen auf den Einsatz eines leichtflüchtigen Lösungsmittels als Trägerflüssigkeit. Hierdurch können die im Lösungsmittel dispergierten Komponenten der in der Injektionszusammensetzung enthaltenen Kautschukzusammensetzung auf die Wandungen des Materialspalts aufgebracht werden, wo sie nach Verdampfen des Lösungsmittels als Beschichtung verbleiben. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch gefunden, dass es sowohl aus verfahrenstechnischen als auch gesundheitlichen Gründen, sowie mit Blick auf die Qualität der erhaltenen, dünnen Modifikationsschichten zweckmäßig ist, auf den Einsatz von leichtflüchtigen Lösungsmitteln möglichst zu verzichten. Vielmehr haben die Erfinder erkannt, dass die Trägerflüssigkeit der Injektionszusammensetzung durch eine hochsiedende Komponente, nämlich zumindest ein paraffinisches Weichmacheröl und dabei insbesondere ein paraffinisches Mineralöl gebildet werden muss. Paraffinische Weichmacheröle weisen einen Massenanteil an paraffinischen, d.h. gesättigten und entsprechend aliphatischen, Kohlenwasserstoffen von mehr als 60 %, bevorzugt mehr als 80 %, besonders bevorzugt mehr als 90 %, auf. Paraffinische Weichmacheröle gelten in den meisten Fällen als gesundheitlich unbedenklich. Many of the injection compositions known from the prior art rely on the use of a volatile solvent as a carrier liquid. This allows the components of the rubber composition contained in the injection composition, which are dispersed in the solvent, to be applied to the walls of the material gap, where they remain as a coating after the solvent has evaporated. However, the inventors of the present invention have found that it is advisable to avoid the use of volatile solvents as much as possible, both for process engineering and health reasons, as well as with a view to the quality of the thin modification layers obtained. Instead, the inventors have recognized that the carrier liquid of the injection composition can be replaced by a high-boiling component, namely at least one paraffinic Plasticizer oil, and in particular a paraffinic mineral oil, must be formed. Paraffinic plasticizer oils have a mass fraction of paraffinic, ie saturated and correspondingly aliphatic, hydrocarbons of more than 60%, preferably more than 80%, particularly preferably more than 90%. Paraffinic plasticizer oils are considered harmless to health in most cases.
Die entsprechende Injektionszusammensetzung wird (zumindest nicht vornehmlich) durch ein Verdampfen des Lösungsmittels in eine Beschichtung überführt, sondern das paraffinische Weichmacheröl kann in großen Teilen in die unterliegende vulkanisierbare Kautschukmischung einziehen, sodass eine Beschichtung, d.h. die Modifikationsschicht, verbleibt, die infolge der Kontaktierung mit der Injektionszusammensetzung eine oberflächliche Schicht erhalten wird, die insbesondere einen erhöhten Rußgehalt aufweist und infolgedessen eine vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit aufweist. Durch diese spezifische Wahl der Trägerflüssigkeit, die auf eine besonders hohe chemische Kompatibilität der Injektionszusammensetzung mit der Kautschukmischung ausgerichtet ist, lassen sich in vorteilhafter Weise besonders dünne Modifikationsschichten mit hoher Qualität erhalten, wobei die Verwendung von paraffinischen Weichmacherölen als Trägerflüssigkeit durch die lokal bzw. Oberflächlich erhöhte Weichmacherkonzentration zudem das Zusammenfügen der aufgeteilten Teile des extrudierten Materialstranges begünstigt. Zudem wird durch das Einsickern des paraffinischen Weichmacheröls ein oberflächlicher Gradient der Weichmacherkonzentration in der vulkanisierten Kautschukmischung erhalten, welcher zu einem besonders gleichmäßigeren Verlauf der mechanischen Eigenschaften des Vulkanisats im Bereich der vulkanisierten Modifikationsschicht beiträgt. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung das eine oder die mehreren paraffinischen Weichmacheröle in einem kombinierten Massenanteil von 550 phr oder mehr, bevorzugt 650 phr oder mehr, umfasst. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung das eine oder die mehreren paraffinischen Weichmacheröle in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 500 bis 800 phr, bevorzugt im Bereich von 550 bis 750 phr, umfasst. The corresponding injection composition is (at least not primarily) converted into a coating by evaporating the solvent, but the paraffinic plasticizer oil can be absorbed in large parts into the underlying vulcanizable rubber mixture, so that a coating, i.e. the modification layer, remains, which, as a result of contact with the injection composition, is obtained as a surface layer which in particular has an increased carbon black content and consequently has advantageous electrical conductivity. This specific choice of carrier liquid, which is geared towards a particularly high chemical compatibility of the injection composition with the rubber mixture, advantageously makes it possible to obtain particularly thin modification layers of high quality, whereby the use of paraffinic plasticizer oils as a carrier liquid also promotes the joining of the divided parts of the extruded material strand due to the locally or superficially increased plasticizer concentration. In addition, the infiltration of the paraffinic plasticizer oil results in a surface gradient of the plasticizer concentration in the vulcanized rubber mixture, which contributes to a particularly uniform progression of the mechanical properties of the vulcanizate in the area of the vulcanized modification layer. A method according to the invention is preferred, wherein the Injection composition comprising one or more paraffinic plasticizer oils in a combined mass fraction of 550 phr or more, preferably 650 phr or more. Particularly preferred is a process according to the invention, wherein the injection composition comprises one or more paraffinic plasticizer oils in a combined mass fraction in the range of 500 to 800 phr, preferably in the range of 550 to 750 phr.
Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das eine oder die mehreren paraffinischen Weichmacheröle ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Weichmacherölen mit einem einen Siedepunkt von 150 °C oder mehr, bevorzugt von 160 °C oder mehr. Additionally or alternatively, a process according to the invention is also preferred, wherein the one or more paraffinic plasticizer oils are selected from the group consisting of plasticizer oils having a boiling point of 150 °C or more, preferably 160 °C or more.
Ganz bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das eine oder die mehreren paraffinischen Weichmacheröle ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus paraffinischen Mineralölen, insbesondere paraffinischen Weichmacherölen. Very preferred is a process according to the invention, wherein the one or more paraffinic plasticizer oils are selected from the group consisting of paraffinic mineral oils, in particular paraffinic plasticizer oils.
Die Viskosität kann vorteilhafter Weise auch durch den zusätzlichen Einsatz von flüssigen Dienverbindungen eingestellt werden, die bei einer Vulkanisation mit verknüpft werden können und dadurch zu einer vorteilhaften Vernetzung der Modifikationsschicht beitragen. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung zumindest ein flüssiges Dienpolymer umfasst, bevorzugt in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 40 bis 90 phr, bevorzugt im Bereich von 55 bis 80 phr, wobei das flüssige Dienpolymer bevorzugt eine gewichtsmittlere Molmasse Mw, gemessen mittels GPC, im Bereich von 15000 bis 50000 g/mol aufweist. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung als flüssiges Dienpolymer zumindest ein flüssiges Polybutadien umfasst, bevorzugt in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 1 bis 25 phr, bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 phr. Besonders bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ auch ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung als flüssiges Dienpolymer zumindest ein flüssiges Polyisopren umfasst. The viscosity can advantageously also be adjusted by the additional use of liquid diene compounds, which can be linked during vulcanization and thereby contribute to an advantageous crosslinking of the modification layer. Accordingly, a method according to the invention is preferred, wherein the injection composition comprises at least one liquid diene polymer, preferably in a combined mass fraction in the range from 40 to 90 phr, preferably in the range from 55 to 80 phr, wherein the liquid diene polymer preferably has a weight-average molar mass Mw, measured by GPC, in the range from 15,000 to 50,000 g/mol. A method according to the invention is particularly preferred, wherein the injection composition comprises at least one liquid polybutadiene as liquid diene polymer, preferably in a combined mass fraction in the range from 40 to 90 phr, preferably in the range from 55 to 80 phr, wherein the liquid diene polymer preferably has a weight-average molar mass Mw, measured by GPC, in the range from 15,000 to 50,000 g/mol. Mass fraction in the range from 1 to 25 phr, preferably in the range from 10 to 20 phr. Additionally or alternatively, a process according to the invention is particularly preferred, wherein the injection composition comprises at least one liquid polyisoprene as liquid diene polymer.
Erfindungsgemäß umfasst die Injektionszusammensetzung als einen der Dienkautschuke Polyisopren. Bei dem Polyisopren kann es sich um natürliches und/oder synthetisches Polyisopren handeln, wobei sowohl cis-1 ,4-Polyisopren als auch um 3,4-Polyisopren möglich sind. Bevorzugt ist allerdings die Verwendung von cis-1 ,4-Polyisoprenen mit einem cis 1 ,4 Anteil > 90 Gew.-%. Zum einen kann solch ein Polyisopren durch stereospezifische Polymerisation in Lösung mit Ziegler-Natta- Katalysatoren oder unter Verwendung von fein verteilten Lithiumalkylen erhalten werden. Zum anderen handelt es sich bei Naturkautschuk (NR) um ein solches cis-1 ,4 Polyisopren; der cis-1 ,4-Anteil im Naturkautschuk ist größer 99 Gew.-%. Bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung Polyisopren in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 5 bis 50 phr, besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 25 phr, umfasst, wobei das Polyisopren bevorzugt eine gewichtsmittlere Molmasse Mw, gemessen mittels GPC, im Bereich von 200000 bis 1000000 g/mol, besonders bevorzugt im Bereich von 300000 bis 600000 g/mol, aufweist. According to the invention, the injection composition comprises polyisoprene as one of the diene rubbers. The polyisoprene can be natural and/or synthetic polyisoprene, with both cis-1,4-polyisoprene and 3,4-polyisoprene being possible. However, the use of cis-1,4-polyisoprenes with a cis 1,4 content of > 90% by weight is preferred. On the one hand, such a polyisoprene can be obtained by stereospecific polymerization in solution with Ziegler-Natta catalysts or using finely divided lithium alkyls. On the other hand, natural rubber (NR) is such a cis-1,4 polyisoprene; the cis-1,4 content in natural rubber is greater than 99% by weight. Preference is given to a process according to the invention, wherein the injection composition comprises polyisoprene in a combined mass fraction in the range from 5 to 50 phr, particularly preferably in the range from 10 to 25 phr, wherein the polyisoprene preferably has a weight-average molecular weight Mw, measured by GPC, in the range from 200,000 to 1,000,000 g/mol, particularly preferably in the range from 300,000 to 600,000 g/mol.
Die elektrisch leitfähigen Füllstoffe können prinzipiell metallische oder kohlenstoffbasierte Materialien sein, die auch im Gemisch eingesetzt werden können. Zu den bevorzugten kohlenstoffbasierten Materialien zählen beispielsweise Ruße, Graphene, Kohlenstoffnanofasern oder Kohlenstoffnanoröhrchen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, der eine oder die mehreren elektrisch leitfähigen Füllstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Rußen, beispielsweise solche des Typs N339. Bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung den einen oder die mehreren elektrisch leitfähigen Füllstoffe in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 60 bis 90 phr umfasst, und/oder wobei die Injektionszusammensetzung den einen oder die mehreren elektrisch leitfähigen Füllstoffe in einem kombinierten Massenanteil von 40 phr oder mehr, bevorzugt 50 phr oder mehr, umfasst. The electrically conductive fillers can in principle be metallic or carbon-based materials, which can also be used in a mixture. The preferred carbon-based materials include, for example, carbon blacks, graphenes, carbon nanofibers or carbon nanotubes. A method according to the invention is preferred in which one or more electrically conductive fillers are selected from the group consisting of carbon blacks, for example those of the N339 type. A method according to the invention is preferred, wherein the injection composition comprises the one or more electrically conductive fillers in a combined mass fraction in the range of 60 to 90 phr, and/or wherein the injection composition comprises the one or more electrically conductive fillers in a combined mass fraction of 40 phr or more, preferably 50 phr or more.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung zumindest zwei Ruße umfasst, wobei der erste Ruß eine BET-Oberfläche im Bereich von 800 bis 1200 m2/g und eine DBP-Zahl im Bereich von 350 bis 450 cm3/ 100 g aufweist und der zweite Ruß eine BET-Oberfläche im Bereich von 70 bis 90 m2/g und eine DBP-Zahl im Bereich von 90 bis 130 cm3/ 100 g aufweist. Particularly preferred is a process according to the invention, wherein the injection composition comprises at least two carbon blacks, wherein the first carbon black has a BET surface area in the range of 800 to 1200 m 2 /g and a DBP number in the range of 350 to 450 cm 3 /100 g and the second carbon black has a BET surface area in the range of 70 to 90 m 2 /g and a DBP number in the range of 90 to 130 cm 3 /100 g.
Für im Wesentlichen alle Anwendungsfälle, die eine nachgelagerte Vulkanisation des strangförmigen vulkanisierbaren Kautschukproduktes vorsehen, ist es zweckmäßig, die Injektionszusammensetzung so auszuführen, dass diese -zumindest nach Einziehen eines Teils des paraffinischen Weichmacheröls- selbst vulkanisierbar ist. Mit anderen Worten handelt es sich um ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung eine vulkanisierbare Injektionszusammensetzung ist. Bevorzugt ist hierfür ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Injektionszusammensetzung ein auf Schwefel basierendes Vulkanisationssystem umfasst, umfassend bevorzugt zumindest einen Vulkanisationsbeschleuniger, besonders bevorzugt in einem kombinierten Massenanteil von 2,5 phr oder mehr, bevorzugt 5 phr oder mehr. Bei einem solchen auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystem handelt es sich beispielsweise um ein System aus Schwefel oder Schwefelspender, Vulkanisationsbeschleuniger und Zinkoxid sowie ggf. Vulkanisationsverzögerer, wobei diese Komponenten dem Fachmann jeweils ausgehend von seinem Fachwissen bekannt sind, so dass an dieser Stelle auf den Stand der Technik verwiesen werden kann. For essentially all applications that provide for subsequent vulcanization of the strand-shaped vulcanizable rubber product, it is expedient to design the injection composition in such a way that it is itself vulcanizable - at least after part of the paraffinic plasticizer oil has been absorbed. In other words, it is a process according to the invention, wherein the injection composition is a vulcanizable injection composition. A process according to the invention is preferred for this, wherein the injection composition comprises a sulfur-based vulcanization system, preferably comprising at least one vulcanization accelerator, particularly preferably in a combined mass fraction of 2.5 phr or more, preferably 5 phr or more. Such a sulfur-based vulcanization system is, for example, a system of sulfur or sulfur donor, vulcanization accelerator and zinc oxide and optionally vulcanization retarder, these components being known to the person skilled in the art on the basis of his specialist knowledge. so that reference can be made to the state of the art at this point.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines vulkanisierten Kautschukproduktes, umfassend die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines strangförmigen vulkanisierbaren Kautschukproduktes, sowie den Schritt: iv) Vulkanisieren des strangförmigen vulkanisierbaren Kautschukprodukts oder eines Kautschukrohlings umfassend das strangförmige vulkanisierbare Kautschukprodukt unter Vulkanisation der vulkanisierbaren Kautschukmischungen zum Erhalt eines vulkanisierten Kautschukprodukts. The invention further relates to a method for producing a vulcanized rubber product, comprising the method steps of the method according to the invention for producing a strand-shaped vulcanizable rubber product, as well as the step: iv) vulcanizing the strand-shaped vulcanizable rubber product or a rubber blank comprising the strand-shaped vulcanizable rubber product with vulcanization of the vulcanizable rubber mixtures to obtain a vulcanized rubber product.
Hierbei wird das strangförmige vulkanisierbare Kautschukprodukt beispielsweise nach dem in der Reifenindustrie üblichen Verfahren vulkanisiert, beispielsweise durch eine schwefelbasierte Vernetzung, beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich von 130 bis 200 °C, bevorzugt im Bereich von 150 bis 180 °C. Here, the strand-shaped vulcanizable rubber product is vulcanized, for example, according to the process customary in the tire industry, for example by sulfur-based crosslinking, for example at a temperature in the range of 130 to 200 °C, preferably in the range of 150 to 180 °C.
Die Erfindung betrifft abschließend auch ein vulkanisiertes Kautschukprodukt, hergestellt oder herstellbar mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines vulkanisierten Kautschukproduktes. Besonders bevorzugt ist dabei ein erfindungsgemäßes vulkanisiertes Kautschukprodukt, wobei das vulkanisiertes Kautschukprodukt ein Fahrzeugreifen, bevorzugt ein Fahrzeugluftreifen ist. Finally, the invention also relates to a vulcanized rubber product, produced or producible using the method according to the invention for producing a vulcanized rubber product. A vulcanized rubber product according to the invention is particularly preferred, wherein the vulcanized rubber product is a vehicle tire, preferably a pneumatic vehicle tire.
Nachfolgend werden die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Extrusionsschablone in einer ersten bevorzugten Ausführungsform; The invention and preferred embodiments of the invention are explained and described in more detail below with reference to the accompanying figures. Fig. 1 is a schematic representation of an extrusion template suitable for the method according to the invention in a first preferred embodiment;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches um das Injektorelement der Extrusionsschablone gemäß Fig. 1 ; Fig. 2 is an enlarged view of the area around the injector element of the extrusion template according to Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Extrusionsschablone in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform; undFig. 3 is a schematic cross-sectional view through an extrusion template suitable for the method according to the invention in a second preferred embodiment; and
Fig. 4 eine schematische Querschnittsdarstellung durch ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbares vulkanisierbares Kautschukprodukt. Fig. 4 is a schematic cross-sectional view of a vulcanizable rubber product that can be produced by the process according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Extrusionsschablone 10, in einer bevorzugten Ausführungsform. In Fig. 1 ist dabei die Extrusionsrichtung E eingetragen. Fig. 1 shows an extrusion template 10 suitable for the method according to the invention, in a preferred embodiment. The extrusion direction E is shown in Fig. 1.
Die Extrusionsschablone 10 umfasst einen Schablonenkörper 12 und in diesem Schablonenkörper 12 eine durch Wandflächen 14 eingefasste Schablonenausnehmung 16. Zwischen den Wandflächen 14 erstreckt sich ein Injektorelement 18 durch die Schablonenausnehmung 16, welches einen Injektionsspalt 20 umfasst. The extrusion template 10 comprises a template body 12 and, in this template body 12, a template recess 16 enclosed by wall surfaces 14. Between the wall surfaces 14, an injector element 18 extends through the template recess 16 and comprises an injection gap 20.
In dem gezeigten Beispiel der Fig. 2 ist die Extrusionsschablone 10 als Vorschablone ausgeführt und weist einen Schablonenkörper 12 aus Stahl auf, in dem sich eine Schablonenausnehmung 16 mit einem trapezförmigen Querschnitt befindet. Das Injektorelement 18 erstreckt sich durch die Schablonenausnehmung 16 zwischen den Wandflächen 14 und ist im gezeigten Beispiel genau zentral angeordnet. In the example shown in Fig. 2, the extrusion template 10 is designed as a pre-template and has a template body 12 made of steel in which there is a template recess 16 with a trapezoidal cross-section. The injector element 18 extends through the template recess 16 between the wall surfaces 14 and is arranged exactly centrally in the example shown.
An dem außerhalb der Extrusionsschablone 10 liegenden Ende des Injektorelements 18 ist eine Bohrung angedeutet, über die das Injektorelement 18 über Fluidleitungen mit einem Reservoir für die Injektionszusammensetzung verbunden werden kann (nicht gezeigt). Das zylinderförmige Injektorelement 18 steht dabei im Wesentlichen orthogonal auf den Wandflächen 14, wobei sich der Injektionsspalt 20 im Wesentlichen über die gesamte Höhe der Schablonenausnehmung 16 erstreckt. At the end of the injector element 18 lying outside the extrusion template 10, a hole is indicated through which the Injector element 18 can be connected to a reservoir for the injection composition via fluid lines (not shown). The cylindrical injector element 18 is essentially orthogonal to the wall surfaces 14, with the injection gap 20 extending essentially over the entire height of the template recess 16.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Extrusionsschablone 10 gemäß Fig. 1 , wobei insbesondere die Details im Bereich des Injektorelements 18 vergrößert dargestellt sind. Fig. 2 shows an enlarged section of the extrusion template 10 according to Fig. 1 , wherein in particular the details in the area of the injector element 18 are shown enlarged.
Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine alternative für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Extrusionsschablone 10. In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist zu erkennen, dass die Länge der Schablonenausnehmung 16 in Extrusionsrichtung E so groß gewählt wurde, dass das Zusammenfügen des Materialspalts hinter dem Injektorelement innerhalb der Extrusionsschablone (10) erfolgen kann, wenn sich das extrudierte Material in Extrusionsrichtung E hinter dem Injektionselement 18 weiter an den Wandungen 14 der Schablonenausnehmung 16 entlang erstreckt. Zudem ist in Fig. 3 die Fluidleitung im Inneren des Injektionselements 18 zu erkennen, welche über eine Versorgungsbohrung im unteren Teil des Schablonenkörpers 12 mit Injektionszusammensetzung versorgt werden kann. Fig. 3 shows a schematic cross-sectional view of an alternative extrusion template 10 suitable for the method according to the invention. In the embodiment shown in Fig. 3, it can be seen that the length of the template recess 16 in the extrusion direction E was chosen to be so large that the material gap behind the injector element can be joined within the extrusion template (10) when the extruded material extends further along the walls 14 of the template recess 16 in the extrusion direction E behind the injection element 18. In addition, Fig. 3 shows the fluid line inside the injection element 18, which can be supplied with injection composition via a supply hole in the lower part of the template body 12.
Fig. 4 zeigt nunmehr eine stark vereinfachte schematische Querschnittsdarstellung eines strangförmigen vulkanisierbaren Kautschukproduktes 24, welches in dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden kann und in dem die zentrale Modifikationsschicht 26 angedeutet ist, die im gezeigten Beispiel eine im Wesentlichen konstante Breite von etwa 8 pm aufweist. Ein solches strangförmiges vulkanisierbares Kautschukprodukt 24 kann durch Vulkanisation in ein vulkanisiertes Kautschukprodukt überführt werden, in dem die dann vulkanisierte Modifikationsschicht 26 für eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit sorgt. Bei dem schematisch dargestellten vulkanisierbaren Kautschukprodukt 24 handelt es sich um einen Laufstreifenrohling mit einer sogenannten "Cap"- und "Base"-Konstruktion. Fig. 4 now shows a highly simplified schematic cross-sectional representation of a strand-shaped vulcanizable rubber product 24, which can be obtained in the process according to the invention and in which the central modification layer 26 is indicated, which in the example shown has a substantially constant width of about 8 pm. Such a strand-shaped vulcanizable rubber product 24 can be vulcanized into a vulcanized rubber product in which the then vulcanized modification layer 26 ensures sufficient electrical conductivity. The schematically illustrated vulcanizable rubber product 24 is a tread blank with a so-called "cap" and "base" construction.
Das strangförmige vulkanisierbare Kautschukprodukt 24 der Fig. 1 ist beispielsweise mit der Extrusionsschablone 10 der Fig.1 herstellbar, wobei ein Materialstrang aus den vulkanisierbaren Kautschukmischungen der „Cap“ und der „Base“ mit einem Extruder durch die Extrusionsschablone 10 extrudiert wird. Dabei wird in dem Materialstrang durch das Injektorelement 18 ein Materialspalt erzeugt, in den durch den Injektionsspalt 20 eine Injektionszusammensetzung injiziert wird, um die Wandungen des Materialspalts über die gesamte Höhe mit der Injektionszusammensetzung zu kontaktieren. Der so gebildete Materialspalt wird in Extrusionsrichtung hinter dem Injektorelement 18 im Fügebereich 22 geschlossen, um am Ausgang der Endschablone das strangförmige vulkanisierbare Kautschukprodukt 24 zu erhalten. The strand-shaped vulcanizable rubber product 24 of Fig. 1 can be produced, for example, with the extrusion template 10 of Fig. 1, wherein a material strand made of the vulcanizable rubber mixtures of the "cap" and the "base" is extruded through the extrusion template 10 with an extruder. In the material strand, the injector element 18 creates a material gap into which an injection composition is injected through the injection gap 20 in order to contact the walls of the material gap with the injection composition over the entire height. The material gap thus formed is closed in the extrusion direction behind the injector element 18 in the joining area 22 in order to obtain the strand-shaped vulcanizable rubber product 24 at the exit of the final template.
Hierbei kann als Injektionszusammensetzung beispielsweise eine besonders bevorzugte Dispersion gemäß Tabelle 1 eingesetzt werden, deren Viskosität bei 20 °C bei 10 Pa*s liegt. For example, a particularly preferred dispersion according to Table 1 can be used as the injection composition, the viscosity of which at 20 °C is 10 Pa*s.
Tabelle 1 - Zusammensetzung der Injektionszusammensetzung, alle Angaben in phr.
Figure imgf000033_0001
a) cis-Polyisopren, Mw = 300000 g/mol b) flüssiges Polyisopren, Mw = 28000 g/mol c) flüssiges Polybutadien, Handelsname PBT 030, Zeon d) paraffinisches Weichmacheröl, Handelsname Catenex T 121 , Shell e> Ruß N339, BET-Oberfläche gemäß ASTM D 6556: 88 m2/g, DBP-Zahl gemäß ASTM D 2414: 99 ml/ 100 g, elektrische Leitfähigkeit: mittel elektrisch leitfähiger Ruß, Handelsname Printex XE2-B, Orion Engineered Carbons, BET-Oberfläche gemäß ASTM D 6556: 1000 m2/g, DBP-Zahl gemäß ASTM D 2414: 420 ml/ 100 g, elektrische Leitfähigkeit: hoch g) Tetrabenzylthiuramdisulfid (TBzTD) h) N-Cyclohexyl-2-benzothiazolsufenamid (CBS) Bezugszeichenliste
Table 1 - Composition of the injection composition, all data in phr.
Figure imgf000033_0001
a ) cis-polyisoprene, Mw = 300000 g/mol b ) liquid polyisoprene, Mw = 28000 g/mol c ) liquid polybutadiene, trade name PBT 030, Zeon d ) paraffinic processing oil, trade name Catenex T 121, Shell e> carbon black N339, BET surface area according to ASTM D 6556: 88 m 2 /g, DBP number according to ASTM D 2414: 99 ml/ 100 g, electrical conductivity: medium electrically conductive carbon black, trade name Printex XE2-B, Orion Engineered Carbons, BET surface area according to ASTM D 6556: 1000 m 2 /g, DBP number according to ASTM D 2414: 420 ml/ 100 g, electrical conductivity: high g ) Tetrabenzylthiuram disulfide (TBzTD) h ) N-cyclohexyl-2-benzothiazolesufenamide (CBS) List of reference symbols
10 Extrusionsschablone 10 Extrusion template
12 Schablonenkörper 12 template bodies
14 Wandflächen 16 Schablonenausnehmung 14 Wall surfaces 16 Template recess
18 Injektorelement 18 Injector element
20 Injektionsspalt 20 Injection gap
22 Fügebereich 22 Joining area
24 Vulkanisierbares Kautschukprodukt 26 Modifikationsschicht 24 Vulcanizable rubber product 26 Modification layer
E Extrusionsrichtung E Extrusion direction

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen vulkanisierbaren Kautschukproduktes (24), umfassend eine Modifikationsschicht (26) mit einer mittleren Schichtdicke von 30 pm oder weniger, unter Verwendung einer Extrusionsschablone (10), umfassend: a) einen Schablonenkörper (12), b) eine den Schablonenkörper (12) entlang einer Extrusionsrichtung E durchdringende und von um laufenden Wandflächen (14) begrenzte Schablonenausnehmung (16), und c) ein sich zwischen den Wandflächen (14) durch die Schablonenausnehmung (16) erstreckendes längliches Injektorelement (18), mit einem Injektionsspalt (20), umfassend die Verfahrensschritte: i) Extrudieren eines Materialstranges aus zumindest einer vulkanisierbaren Kautschukmischung mit einem Extruder durch die Extrusionsschablone (10) entlang der Extrusionsrichtung E, wobei in dem Materialstrang durch das Injektorelement (18) ein Materialspalt erzeugt wird, ii) Injizieren einer Injektionszusammensetzung aus dem Injektionsspalt (20) in den Materialspalt zum Kontaktieren des Materialstranges mit der Injektionszusammensetzung an den Wandungen des Materialspalts, zum Erhalt eines modifizierten Materialstranges, und iii) Schließen des Materialspalts im modifizierten Materialstrang durch Zusammenfügen der mit der Injektionszusammensetzung kontaktierten Wandungen des Materialspalts in einem entlang der Extrusionsrichtung E vom Injektorelement beabstandeten Fügebereich (22), wobei die Injektionszusammensetzung bei 20 °C eine dynamische Viskosität q gemessen gemäß DIN 53211 :1987-06 von 50 Pa*s oder weniger aufweist, und wobei die Injektionszusammensetzung umfasst: x) einen oder mehrere Dienkautschuke, wobei die Injektionszusammensetzung Polyisopren in einem kombinierten Massenanteil von 5 phr oder mehr umfasst, y) einen oder mehrere elektrisch leitfähige Füllstoffe in einem kombinierten Massenanteil von 30 phr oder mehr, und z) ein oder mehrere paraffinische Weichmacheröle in einem kombinierten Massenanteil von 500 phr oder mehr. 1. A method for producing a strand-shaped vulcanizable rubber product (24) comprising a modification layer (26) with an average layer thickness of 30 pm or less, using an extrusion template (10), comprising: a) a template body (12), b) a template recess (16) penetrating the template body (12) along an extrusion direction E and delimited by surrounding wall surfaces (14), and c) an elongated injector element (18) extending between the wall surfaces (14) through the template recess (16), with an injection gap (20), comprising the method steps: i) extruding a material strand made of at least one vulcanizable rubber mixture with an extruder through the extrusion template (10) along the extrusion direction E, wherein a material gap is created in the material strand by the injector element (18), ii) injecting an injection composition made of the injection gap (20) in the material gap for contacting the material strand with the injection composition on the walls of the material gap, to obtain a modified material strand, and iii) closing the material gap in the modified material strand by joining the walls of the material gap contacted with the injection composition in a joining region (22) spaced apart from the injector element along the extrusion direction E, wherein the injection composition has a dynamic viscosity q measured according to DIN 53211:1987-06 at 20 °C of 50 Pa*s or less, and wherein the injection composition comprises: x) one or more diene rubbers, wherein the injection composition comprises polyisoprene in a combined mass fraction of 5 phr or more, y) one or more electrically conductive fillers in a combined mass fraction of 30 phr or more, and z) one or more paraffinic process oils in a combined mass fraction of 500 phr or more.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Modifikationsschicht eine mittlere Schichtdicke von 20 pm oder weniger aufweist. 2. The method according to claim 1, wherein the modification layer has an average layer thickness of 20 pm or less.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Injizieren der Injektionszusammensetzung in Verfahrensschritt iii) so erfolgt, dass die Wandungen des Materialspalts im Wesentlichen vollständig mit der Injektionszusammensetzung kontaktiert werden. 3. Method according to one of claims 1 or 2, wherein the injection of the injection composition in method step iii) is carried out such that the walls of the material gap are substantially completely contacted with the injection composition.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Injektionszusammensetzung bei 20 °C eine dynamische Viskosität q von 30 Pa*s oder weniger aufweist. 4. A process according to any one of claims 1 to 3, wherein the injection composition has a dynamic viscosity q of 30 Pa*s or less at 20 °C.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Injektionszusammensetzung Polyisopren in einem kombinierten Massenanteil im Bereich von 5 bis 50 phr umfasst. 5. A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the injection composition comprises polyisoprene in a combined mass fraction in the range of 5 to 50 phr.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Injektionszusammensetzung zumindest ein flüssiges Dienpolymer umfasst, wobei das flüssige Dienpolymer eine gewichtsmittlere Molmasse Mw, gemessen mittels GPC, im Bereich von 15000 bis 50000 g/mol aufweist. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the injection composition comprises at least one liquid diene polymer, wherein the liquid diene polymer has a weight average molecular weight Mw, measured by GPC, in the range of 15,000 to 50,000 g/mol.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das eine oder die mehreren paraffinische Weichmacheröle ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus paraffinischen Mineralölen. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the one or more paraffinic processing oils are selected from the group consisting of paraffinic mineral oils.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Extrusionsschablone (10) eine Endschablone ist. 8. Method according to one of claims 1 to 7, wherein the extrusion template (10) is a final template.
9. Verfahren zur Herstellung eines vulkanisierten Kautschukproduktes, umfassend die Verfahrensschritte des Verfahrens zur Herstellung eines strangförmigen vulkanisierbaren Kautschukproduktes (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, sowie den Schritt: vi) Vulkanisieren des strangförmigen vulkanisierbaren Kautschukprodukts (24) oder eines Kautschukrohlings umfassend das strangförmige vulkanisierbare Kautschukprodukt (24) unter Vulkanisation der vulkanisierbaren Kautschukmischungen zum Erhalt eines vulkanisierten Kautschukprodukts. 9. A method for producing a vulcanized rubber product, comprising the method steps of the method for producing a strand-shaped vulcanizable rubber product (24) according to one of claims 1 to 8, and the step: vi) vulcanizing the strand-shaped vulcanizable rubber product (24) or a rubber blank comprising the strand-shaped vulcanizable rubber product (24) with vulcanization of the vulcanizable rubber mixtures to obtain a vulcanized rubber product.
10. Vulkanisiertes Kautschukprodukt, hergestellt oder herstellbar mit dem Verfahren nach Anspruch 9. 10. Vulcanized rubber product produced or producible by the process of claim 9.
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