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Gummipresse - Silikonpresse


    Wir produzieren die Gummipresse, die Ihren Geschäfts- und Produktionsprozess beschleunigt. Mit dem Touchpanel haben Sie jeden Parameter von der Formtemperatur bis zur Zykluszeit und Wartezeiten unter Kontrolle. Indem wir die Parameter für jede Form aufzeichnen, stellen wir sicher, dass Sie immer Produkte in der gleichen Zeit und auf dem gleichen Niveau produzieren. Mit empfindlichen Sensoren und SPS halten wir die Formtemperatur ständig unter Kontrolle. Wir sorgen für sehr hohe Energieeinsparungen, indem wir unnötigen Pumpenbetrieb verhindern.
 


    Als auf Hochtechnologie spezialisiertes Unternehmen produzieren wir Hochleistungs-Gummipressen, die Ihre Gummi- und Silikonproduktion beschleunigen und Ihre Stückkosten senken. Mit unserer Wärmeregelungstechnologie können Sie die Heizung auf Wunsch vom Tisch oder direkt von der Form aus nutzen. Mit PID und Direktregelung können Sie die Heizleistung ganz nach Ihrem Ermessen steuern. Mit Mehrpunkt-Temperaturmessung überwacht die SPS die Wärmeverteilung und Widerstandsleistung mit kontinuierlichen Vergleichen. Sie warnt den Bediener bei Widerstandsfehlern und SSR-Relaisfehlern.
 
   Mit der automatischen Startfunktion kann die Maschine durch Programmierung der gewünschten Tage und Stunden automatisch gestartet werden. Sie können 1000 Muster mit ihren Namen und allen Parametern speichern. Dank unserer leistungsstarken Hydraulikeinheit erleben Sie bei längerer Arbeit keinen Leistungsverlust.

 
   Mit dem Schichtverfolgungssystem werden die Produktionsmengen jeder Schicht automatisch von der Maschine erfasst und können monatlich überwacht werden. Dank des vom Bediener nicht zurücksetzbaren Schichtverfolgungssystems können Sie Ihre Produktion deutlich effektiver verfolgen.

 
   Mit unserer Automatisierungs- und Produktionserfahrung bieten wir Spitzentechnologie und kurze Zykluszeiten in unseren Gummipressen. Dank des damit verbundenen geringen Energieverbrauchs und der hohen Produktionsgeschwindigkeit bieten wir einen Kostenvorteil. Sie können die Leistung und Produktionsgeschwindigkeit problemlos über das Betriebssystem Ihrer Maschine überwachen. Auf Wunsch bieten wir auch einen Integrationsservice an, der den gesamten Produktionsprozess und die angeforderten Daten sofort in Ihre ERP-Software überträgt.







Vulkanisationspresse

MODELL RP403 RP406 RP410 RP610 RP615 RP620 RP915 RP920 RP925
Aufspannfläche 400 X 400 600 X 500 900 X 600
Presskraft (250 Bar) 40 Tonnen 80 Tonnen 125 Tonnen 125 Tonnen 200 Tonnen 250 Tonnen 200 Tonnen 250 Tonnen 300 Tonnen
Presskraft (200 Bar) 30 Tonnen 60 Tonnen 100 Tonnen 100 Tonnen 150 Tonnen 200 Tonnen 150 Tonnen 200 Tonnen 250 Tonnen
Motor leistung (kW) 3 5,5 7,5 7,5 11 15 11 15 18,5
Tisch heizleistung (kW) 15 15 15 25 25 25 35 35 35
Anzahl der Zylinder 1 1 1 1 2 2 2 2 3
Zylinder- durchmesser 150 200 250 250 230 250 230 250 230
Bewegungs Entfernung 200 mm 250 mm 300 mm
Maximale Höhe 250 mm. 300 mm. 350 mm.
Minimum Höhe 50 mm. 50 mm. 50 mm.
Tisch bewegung Mit hydraulischem Kolben.
Geschwindigkeit 10 mm/sn.
Auto Start Sie können die Maschine so programmieren, dass sie automatisch arbeitet und die Form erwärmt, indem Sie die gewünschten Tage und Stunden einstellen.
Smart Resistance-Technologie Dank der Mehrpunkt-Temperaturregelung erkennt es automatisch Widerstandsfehler und SSR-Relaisfehler.
Temperaturre- gelung Die Wärmeregelung ist mit PID- und Direktregelungsoptionen ausgestattet.
Sicherheits- barriere Verfügbar.
Steuereinheit Alle Funktionen und Messungen werden von der PLC gesteuert.
Erinnerung Es können 1000 Formen mit allen Parametern gespeichert werden.
Bedienfeld 7" Touchpanel
Hydraulik- kölkühlung Temperaturgeregelte, separate Pumpe verhindert einen Anstieg der Öltemperatur.
Belüftung Schädliche Gase und überschüssige Wärme werden durch temperaturgesteuerte automatische Ventilatoren vom Bediener weggeführt.
Erwärmung aus der Form Falls gewünscht, kann die Heizzeit verkürzt und Energie gespart werden, indem der Form ein Widerstand hinzugefügt wird.
Automatische Schmierung Die Säulen und der Schiebetisch der Maschine werden automatisch geschmiert, sodass keine tägliche Wartung erforderlich ist.
Mittel- und Seitenschaber Es gibt hydraulische Mittel- und Seitenschieber. Sie können die Produkte einfach aus der Form entfernen, indem Sie die Mittelplatte der Form separat bewegen.
Schichtver- folgung Protokolliert die Produktionsmenge von drei Monatsschichten und speichert sie im nicht löschbaren Speicher.
Online- Verbindung Es überträgt Daten sofort auf den Servercomputer und kann ferngesteuert werden.
Verfolgung des Energieverbrauchs Es verfolgt den Energieverbrauch von drei Monatsschichten. Sie können leicht den Energieverbrauch pro Produkt und den Energieverbrauch der Maschine sehen.






Vulkanisations presse
Broschüre





Vulkanisation Presse





Hydraulischer Schiebetisch

hydraulische Schiebetisch Presse

    Mit unseren hydraulischen Schiebetischpressen werden die Teigaufgabe- und Produktentnahmevorgänge einfacher und die Produktionszeit verkürzt.

 

Auto Start

Automatischer Betrieb der Vulkanisierpresse

    Durch die Einstellung der Tage und Stunden im Voraus können Sie sicherstellen, dass die Presse vorgeheizt und produktionsbereit ist.

 

Hydraulische Kühleinheit

Hydraulische Kühleinheit

    Mit der hydraulischen Kühleinheit unserer Pressen kommt es nicht zu Leistungsverlusten durch Erwärmung.

 

Belüftung

Gummi pressen belüftung

    Mit den Lüftern unserer Pressen werden schädliche Gase und überschüssige Wärme vom Bediener abgeführt.

 

Automatische Schmierung

Automatische Schmiereinheit

    Unsere Pressen sind mit einer automatischen Schmierung ausgestattet, um den Verschleiß an Säulen und Schiebetisch zu verhindern. Sie können jahrelang ohne Wartung betrieben werden.

 

Mittlerer und seitlicher Extraktion Mechanismus

Gummipresse mit Extraktor

    Mit den Mittel- und Seitenschiebern unserer Pressen können Sie die Mittelplatte Ihrer Form separat bewegen, entweder von der Mitte oder von der Seite. Sie können Ihre Produkte automatisch aus der Form entnehmen, indem Sie eine Auswerferplatte auf Ihrer Form platzieren.

 

Schichtverfolgung

Überwachung der Produktionsschichten von Gummipressen

    Die Maschine speichert die Produktion der letzten 3 Monate Schichten in ihrem unveränderlichen Speicher.

 

Mold Parameter Speicher

Gummipresse Formgedächtnis

    Sie können 1000 Formen mit Namen und allen Parametern speichern. Beim Formenwechsel können Sie alle Parameter durch einfaches Auswählen der Form einstellen.

 

Mehrsprachiges Control Panel

Mehrsprachige Benutzeroberfläche von Rubber Press

    Unsere Maschinen verfügen über alle gewünschten Sprachoptionen, je nach Kundenwunsch. Die gewünschte Sprache kann je nach Bedienerpräferenz ausgewählt und verwendet werden.

 

Server Verbindung

Gummipresse Serververbindung Fernzugriff

    Optional können unsere Maschinen an Ihr Firmennetzwerk angeschlossen werden. Der Server-Computer kann zur Übertragung von Produktionsmengen, Maschinenstatus und Wartezeiten genutzt werden. Auf Wunsch kann er mit anderen Maschinen kommunizieren und Befehle senden, empfangen, Daten empfangen und exportieren.

 







PRESSMASCHINE AUSWAHL


Presskraft Bestimmung

     Die Hauptfaktoren, die die Presskraft bestimmen, sind:

      1-Formgröße

      2-Form-Arbeitssystem

      3-Produktdicke

      4-Produkthärte

      Die Formgröße ist der wichtigste Faktor zur Bestimmung der erforderlichen Presskraft. Die Oberfläche der Form bestimmt die erforderliche Kraft. Bei Pressformen sind durchschnittlich 15–20 kg Kraft pro cm2 erforderlich. In Transferformen erhöht sich der Widerstand, wenn der Teig durch dünne Löcher läuft und eine Kraft von 30–40 kg pro cm2 erforderlich ist.

Kompressions Gummiform

Kompressions Gummiform

Transfer-Gummiform

Transfer-Gummiform

      Wenn Sie beispielsweise eine Form mit den Maßen 30 cm x 30 cm haben, beträgt Ihre Oberfläche 900 cm2.

      Wenn es sich um eine Kompressionsform handelt, benötigen Sie 900 x 15 = 13.500 kg = 13,5 Tonnen Kraft.

      Wenn es sich um eine Transferform handelt, benötigen Sie 900 x 30 = 27.000 kg = 27 Tonnen Leistung.

      Für eine lange Lebensdauer der Pressen ist ein Betrieb mit einem Druck von 150 bar sinnvoller. Daher ist die Presskraft, die diese von uns berechneten Kräfte bei 150 bar Druck bereitstellt, für Sie geeignet.

      Maschinenhersteller geben die Leistung ihrer Maschinen in der Regel bei 250 bar Druck an. Dabei ist Vorsicht geboten. Beispielsweise erzeugt eine Presse, die bei 250 Bar Druck 60 Tonnen Leistung erzeugt, bei 150 Bar Druck 36 Tonnen Leistung.

      Mit abnehmender Dicke des Produkts steigt die erforderliche Kraft, da das Fließen und Bewegen des Produkts auf dünnen Wänden schwieriger wird. In diesem Fall muss eine Presse gewählt werden, die etwa 15 % stärker ist als die berechnete Leistung.

      Mit zunehmender Härte des Produkts steigt die Streckgrenze und es ist eine höhere Presskraft erforderlich. In diesem Fall muss eine Presse gewählt werden, die etwa 10 % stärker ist als die berechnete Leistung.

 

BESTIMMUNG DES DURCHMESSER DES HYDRAULIKZYLINDERS

      Der erste Wert, den Sie kennen müssen, um die Leistung einer Presse zu ermitteln, ist der Zylinderdurchmesser. Die Kraft der Presse ist das Produkt aus der Querschnittsfläche des Zylinders und dem Druck. Drücken Sie Power = π.r2.p

      PRESSKRAFT (kg) = (Zylinderradius (cm))2 X 3,14 X Druck (bar)

      Wenn in der Presse mehr als ein Zylinder vorhanden ist, ist es notwendig, die Leistungen aller Zylinder zu berechnen und zu addieren.

      Bei genauerer Betrachtung fällt auf, dass viele Pressen weit unter der angegebenen Leistung liegen.

BESTIMMUNG DER MOTORLEISTUNG DES HYDRAULIKAGGREGATS

      Zur Berechnung der erforderlichen Motorleistung gibt es zwei Hauptfaktoren. Einer davon ist die Größe des Hydraulikzylinders und der andere ist die Pressgeschwindigkeit. Mit der unten stehenden Formel können Sie die benötigte Motorleistung ganz einfach berechnen.

      P = ( p x V x n) / 540.000

      P: Motorleistung (kW)

      p : Pumpendruck (bar)

      V: Pumpenfördervolumen (cm3 / Zyklus)

      n: Drehzahl des verwendeten Elektromotors (U/min)

      Hier lässt sich das Innenvolumen des Zylinders berechnen und wie lange es je nach Fördermenge dauert, die Pumpe zu füllen. Dieser Wert gibt Ihnen die Schließgeschwindigkeit der Presse an. Wie Sie der Formel entnehmen können, ist die benötigte Motorleistung direkt proportional zur Geschwindigkeit der Presse.

      Um beispielsweise die Geschwindigkeit einer Presse zu verdoppeln, muss nicht nur die Pumpe, sondern auch der Motor verdoppelt werden. Oder auch das Gegenteil ist möglich. Wenn die Presse langsamer wird, verringert sich der Bedarf an Motorleistung. Die Motorleistung der Hydraulikeinheit ist ein sehr wichtiger Faktor bei der Auswahl der Maschine, da sie direkt proportional zur Geschwindigkeit der Presse ist. Bei einer solchen Betrachtung wird deutlich, dass viele Pressen nicht einmal eine Schicht mit maximaler Leistung arbeiten können.







GUMMI UND VULKANISIERUNG


VULKANISATION

     Vulkanisation, der chemische Prozess, durch den die physikalischen Eigenschaften von Natur- oder Synthesekautschuk verbessert werden; Der fertige Gummi weist eine höhere Zugfestigkeit sowie Quell- und Abriebfestigkeit auf und ist über einen größeren Temperaturbereich elastisch. In ihrer einfachsten Form wird die Vulkanisation durch Erhitzen von Gummi mit Schwefel erreicht.

      Das Verfahren wurde 1839 vom amerikanischen Erfinder Charles Goodyear entdeckt, der auch die wichtige Funktion bestimmter Zusatzstoffe in diesem Prozess erkannte. Ein solches Material, ein sogenannter Beschleuniger, sorgt dafür, dass die Vulkanisation schneller oder bei niedrigeren Temperaturen abläuft. Die Reaktionen zwischen Gummi und Schwefel sind noch nicht vollständig verstanden, aber im Produkt löst oder verteilt sich der Schwefel nicht einfach im Gummi; Sie sind oft chemisch in Form von Querverbindungen oder Brücken zwischen langkettigen Molekülen verbunden.

GUMMI

      Kautschuk, elastische Substanz, die aus den Exsudaten bestimmter tropischer Pflanzen (Naturkautschuk) oder aus Erdöl und Erdgas (synthetischer Kautschuk) gewonnen wird. Aufgrund seiner Elastizität, Haltbarkeit und Härte ist Gummi der Hauptbestandteil von Reifen, die in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen und Fahrrädern verwendet werden. Mehr als die Hälfte des produzierten Gummis wird für Autoreifen verwendet. Der Rest wird für mechanische Teile wie Baugruppen, Dichtungen, Riemen und Schläuche sowie für Konsumgüter wie Schuhe, Kleidung, Möbel und Spielzeug verwendet.

      Die primären chemischen Bestandteile von Gummi sind Elastomere oder „elastische Polymere“, also große kettenartige Moleküle. Diese können sehr weit gedehnt werden und nehmen trotzdem wieder ihre ursprüngliche Form an. Das erste gängige Elastomer war Polyisopren, aus dem Naturkautschuk hergestellt wird. Naturkautschuk wird in lebenden Organismen gebildet und besteht aus Feststoffen, die in einer milchigen Flüssigkeit namens Latex suspendiert sind. Er zirkuliert in der inneren Rinde vieler tropischer und subtropischer Bäume und Sträucher, vorwiegend jedoch in der Hevea brasiliensis, einem hohen Nadelbaum brasilianischen Ursprungs. Naturkautschuk wurde erstmals 1735 von Charles-Marie de La Condamine und François Fresneau nach einer Expedition nach Südamerika wissenschaftlich beschrieben. Der englische Chemiker Joseph Priestley gab ihm 1770 den Namen Rubber, als er entdeckte, dass man damit Bleistiftstriche ausradieren konnte. Der größte kommerzielle Erfolg kam mit der Erfindung des Vulkanisationsverfahrens durch Charles Goodyear im Jahr 1839.

      Naturkautschuk nimmt auch heute noch eine wichtige Stellung auf dem Markt ein. Seine Hitzebeständigkeit macht es wertvoll für Reifen, die bei Rennwagen, Lastwagen, Bussen und Flugzeugen zum Einsatz kommen. Allerdings macht es weniger als die Hälfte des kommerziell produzierten Kautschuks aus. Die übrigen waren teilweise bereits im 19. Jahrhundert bekannt, wurden jedoch erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, während der Herrschaft von II., bekannt. Synthetisch hergestellter Kautschuk durch chemische Prozesse, die nach dem Zweiten Weltkrieg nicht kommerziell umgesetzt wurden. Zu den wichtigsten Synthesekautschuken zählen Butadienkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Neopren, Polysulfidkautschuke (Thiole), Butylkautschuk und Silikone. Synthetische Kautschuke können ebenso wie Naturkautschuke durch Vulkanisation widerstandsfähiger gemacht und durch die Verstärkung mit anderen Materialien für bestimmte Zwecke verbessert und modifiziert werden.

Naturkautschuk Produktion

Gummibaum

      Kommerziell wird Naturkautschuk fast ausschließlich aus dem Hevea brasiliensis gewonnen, einem in Südamerika heimischen Baum, der in freier Wildbahn bis zu einer Höhe von 34 Metern (120 Fuß) wächst. Auf Plantagen wächst der Baum jedoch nur auf etwa 24 Meter (80 Fuß), da der für das Wachstum erforderliche Kohlenstoff auch ein wichtiger Bestandteil von Kautschuk ist. Da nur Kohlendioxid aus der Atmosphäre die Pflanze mit Kohlenstoff versorgen kann, muss das Element während der aktiven Produktion des Baumes zwischen den beiden Bedarfsbereichen aufgeteilt werden. Darüber hinaus ist die Kohlendioxidaufnahme geringer als bei einem wilden Baum, da die Blätter auf die Baumkrone beschränkt sind (um das Anzapfen zu erleichtern). Auch andere Bäume, Sträucher und krautige Pflanzen produzieren Kautschuk, aber da keiner von ihnen hinsichtlich der Produktivität mit Hevea brasiliensis mithalten kann, haben die Botaniker der Industrie ihre Bemühungen ausschließlich auf diese Art konzentriert.

Gummibaum

Latex, der von Bäumen auf einer Kautschukplantage in der Nähe von Kuala Lumpur, Malaysia, gesammelt wurde.

      Beim Hevea-Anbau werden die natürlichen Konturen des Landes berücksichtigt und die Bäume vor dem Wind geschützt. In der Nähe von Gummibäumen gepflanzte Deckfrüchte halten das Regenwasser auf abschüssigem Gelände zurück und tragen zur Düngung des Bodens bei, indem sie atmosphärischen Stickstoff binden. Darüber hinaus kommen auch Standardtechniken des Gartenbaus zum Einsatz, wie etwa die Aufzucht resistenter Wurzelstöcke in Baumschulen und das Aufpfropfen auf diese, die Bestäubung von Hand und die vegetative Vermehrung (Klonen), um eine genetisch einheitliche Ernte zu erzeugen.

      Hevea wächst nur in einem genau abgegrenzten Gebiet der Tropen und Subtropen, in dem es nie Frost gibt. Wesentliche Voraussetzung sind starke jährliche Niederschläge von etwa 2.500 mm (100 Zoll), wobei ein feuchter Frühling im Vordergrund steht. Aufgrund dieser Anforderungen sind die Anbauflächen begrenzt. Südostasien ist für den Kautschukanbau besonders gut geeignet. Dies gilt auch für Teile Südasiens und Westafrikas. Der Hevea-Anbau in seinem ursprünglichen Verbreitungsgebiet Brasilien wurde Anfang des 20. Jahrhunderts durch Krankheiten fast vollständig ausgerottet.

Gummibaum

Latex wird aus dem Kautschukbaum gewonnen.

      Wenn die Rinde des Hevea-Baums teilweise eingeschnitten (angeschossen) wird, sickert eine milchige Flüssigkeit aus der Wunde und trocknet zu einem gummiartigen Film. Die biologische Funktion dieses Latex ist noch unklar: Möglicherweise unterstützt er die Wundheilung, indem er die innere Hülle schützt, oder er erfüllt andere biochemische Funktionen. Latex besteht aus einer wässrigen Suspension kleiner Partikel mit einem Durchmesser von etwa 0,5 Mikrometern aus cis-Polyisopren, einem linearen gummiartigen Polymer mit hohem Molekulargewicht. Der Gummianteil der Suspension beträgt ca. 30 %.

      Kautschukbäume werden etwa alle zwei Tage angezapft, wobei jedes Mal eine Tasse Latex mit etwa 50 Gramm (1,7 Unzen) festem Kautschuk gewonnen wird. Die Standardmethode zum Schlagen besteht darin, den Baum mit einem Messer auf halber Höhe des Stammes einzuritzen. Der Schnitt wird dabei in einem Winkel von 30° von links nach rechts ausgeführt, beginnend an der höchsten für den Schlagdorn geeigneten Stelle. Jeder nachfolgende Schnitt wird direkt unter seinem Vorgänger ausgeführt. Normalerweise lässt man die Bäume nach dem starken Klopfen eine Zeit lang ruhen. Die Produktion beginnt, wenn der Baum 5 oder 6 Jahre alt ist; Bei richtiger Pflege kann die Lebensdauer des Baumes auf über 20 Jahre verlängert werden. Bei einer Baumdichte von 375 pro Hektar (150 pro Acre) können pro Hektar und Jahr etwa 2.500 kg Kautschuk produziert werden (d. h. etwa eine Tonne pro Acre und Jahr).

      Nach dem Auffangen des aus dem Wasserhahn entnommenen Latex wird der Kautschuk durch Koagulation mit Ameisensäure aus der Emulsion gewonnen, wodurch Krümel entstehen, die an Milchquark erinnern. Die Krümel werden gewaschen, zwischen Walzen getrocknet und zu Blöcken mit den Abmessungen 67 x 33 x 18 cm (26 x 13 x 7,5 Zoll) und einem Gewicht von 33,3 kg (73 Pfund) gepresst. Die Blöcke werden dann in Polyethylenfolien eingewickelt und für den Transport in Ein-Tonnen-Kisten verpackt.

Latex

Aus Latex geronnene Naturkautschukplatten werden durch Walzen geführt, Krabi, Thailand.

      Die andere Herstellungsart ist Räucherblech, bei dem das geronnene Blech in dünne Blätter gepresst, gewaschen und anschließend über einem rauchigen Holzfeuer getrocknet wird. Der Rauch enthält natürliche Fungizide, die vor Schimmelbildung schützen und ihm seine charakteristische Bernsteinfarbe verleihen. Die getrockneten Blätter werden für den Transport in 110 kg (250 Pfund) schwere Ballen verpackt.

      Etwa 10 Prozent des gesamten Naturkautschuks werden als Latex verschifft, auf einen Kautschukgehalt von etwa 60 Prozent konzentriert und zur Herstellung getauchter Produkte wie Operationshandschuhen, Kondomen und Spielzeug verwendet.

Entwicklung der Naturkautschukindustrie

      Wenn der Latex auf natürliche Weise verdunstet, kann die entstehende Gummiplatte getrocknet und zu verwendbaren Gegenständen wie Flaschen, Schuhen und Bällen gepresst werden. Die Ureinwohner Südamerikas stellten schon früh solche Gegenstände her: Gummibälle wurden beispielsweise in einem zeremoniellen Spiel der Azteken (Ollama genannt) verwendet, lange bevor Christoph Kolumbus Südamerika und die Karibik entdeckte. Während Kolumbus‘ zweiter Reise in die Neue Welt in den Jahren 1493 bis 1496 soll er Eingeborene im heutigen Haiti gesehen haben, die ein Spiel mit Bällen spielten, die aus Baumharz hergestellt waren. Im Jahr 1615 beschrieb ein Spanier, wie die Indianer Milch aus Schnitten verschiedener Bäume sammelten und sie auf ihre Umhänge schmierten. Außerdem stellten sie einfache Schuhe und Flaschen her, indem sie diese in Lehmformen legten und trocknen ließen.

      Die ersten ernsthaften Berichte über die Kautschukproduktion und das primitive Produktionssystem der amerikanischen Ureinwohner stammen aus dem 18. Jahrhundert von Charles-Marie de La Condamine, einem Mitglied einer französischen Expedition, die 1735 nach Südamerika entsandt wurde. La Condamine identifizierte „Caoutchouc“ (die französische Schreibweise des indigenen Begriffs „Weeping Wood“) als den konzentrierten Saft des Hevea-Baums und schickte 1736 Kautschukproben nach Europa. Zunächst war das neue Material lediglich eine wissenschaftliche Kuriosität. Einige Jahre später stellte der britische Wissenschaftler Joseph Priestley fest, dass es sich zum Entfernen von Bleistiftstrichen aus Papier eignete, und so entstand der populäre Begriff „Rubber“. Nach und nach entwickelten sich weitere Anwendungen, insbesondere zur Imprägnierung von Schuhen und Kleidung.

      Wesentliche Fortschritte auf dem Weg zu einer echten Kautschukindustrie wurden im frühen 19. Jahrhundert durch unabhängige Experimente des schottischen Chemikers Charles Macintosh und des englischen Erfinders Thomas Hancock erzielt. Macintoshs Beitrag bestand in der Wiederentdeckung von Kohlenteer-Naphtha als billiges und wirksames Lösungsmittel im Jahr 1823. Er brachte eine Lösung aus Gummi und Naphtha zwischen zwei Textilien auf und vermied so die klebrigen Oberflächen, die bei älteren, mit Gummi behandelten Kleidungsstücken aus einfach gewebter Ware üblich waren. Die Produktion dieser doppelt gewebten wasserdichten Umhänge, die fortan als „Mackintosh“ bekannt waren, begann bald darauf.

      Von noch größerer Bedeutung ist die Arbeit von Hancock, Macintoshs Kollegen und Partner. Zunächst versuchte er, Gummi in Terpentin aufzulösen, doch seine handbeschichteten Stoffe waren hinsichtlich Oberflächenstruktur und Geruch unbefriedigend. Später wandte er sich der Herstellung elastischer Garne zu. Aus importierten Pellets wurden Gummistreifen geschnitten und in grober Form auf Kleidung und Schuhe aufgebracht. Im Jahr 1820 erfand Hancock im Bemühen, Schnittgut zu verwerten, eine Kaumaschine. Diese winzige Maschine bestand aus einem hohlen Holzzylinder, der mit Zähnen versehen war und von einem handbetriebenen spitzen Zylinder gedreht wurde. Sie übertraf Hancocks kühnste Erwartungen, indem sie zunächst eine Ladung von zwei Unzen Gummi aufnehmen konnte. Anstatt den Gummi auseinanderzureißen, erzeugte es genügend Reibung, um die Gummistücke zu einer zusammenhängenden Masse zu verschweißen, die in der nachfolgenden Fertigung verwendet werden konnte.

      Durch die Bemühungen von Macintosh und Hancock wurde das anfängliche Problem der Rohmaterialverarbeitung gelöst, der umfassenden Nutzung von Naturkautschuk stand jedoch ein grundlegendes Hindernis im Wege: Er wurde bei Hitze weich und bei Kälte hart (was insbesondere in Nordamerika problematisch war, wo das Klima extremer war als in England). Außerdem war es klebrig, stank und war verderblich. Diese grundlegenden Schwächen wurden mit der Erfindung der Vulkanisation durch Charles Goodyear im Jahr 1839 beseitigt. Durch die Entwicklung einer Mischung aus Gummi, Bleiweiß und Schwefel sowie eines Wärmebehandlungs- (oder Aushärtungsverfahrens) schuf Goodyear ein Produkt von beeindruckender Haltbarkeit – zunächst als feuerfester Gummi bezeichnet, später als vulkanisierter Gummi.

      Durch die Vulkanisation konnte die Substanz in Maschinen- und Fahrradreifen und später auch in Autos verwendet werden, was die moderne Gummiindustrie erst möglich machte. Obwohl Goodyears ursprüngliche Techniken durch spätere Entdeckungen verbessert wurden, blieb der Vulkanisationsprozess im Wesentlichen derselbe wie zu seiner Zeit.

      Mit dem Aufkommen des Fahrrads und etwas später des Automobils sowie der Erfindung des Vollgummireifens und später des Luftreifens stieg die Nachfrage nach Gummi rapide an. Um 1900 wurden jährlich mehr als 40.000 Tonnen verwendet, etwa die Hälfte davon aus Brasilien und die andere Hälfte aus Zentralafrika, wo Kautschuk hauptsächlich aus Landolphia-Reben gewonnen wurde. Doch Kautschuk als wichtiges Industriematerial wurde in größeren Mengen benötigt, als man aus den wilden und weit verbreiteten Bäumen der brasilianischen Wälder oder aus den afrikanischen Weinreben gewinnen konnte, die nur etwa ein Kilogramm pro Hektar lieferten und zur Kautschukgewinnung zerstört wurden. Mit dem Ziel, Kautschukbäume auch anderswo anzubauen, wurden 1876 mit Unterstützung des British India Office Samen des Baums Hevea brasiliensis aus dem oberen Orinoco-Becken von Brasilien nach England gebracht. Setzlinge wurden in Kew Gardens gezüchtet und nach Ceylon (Sri Lanka) und Singapur verschifft. Diese Bäume waren der Ursprung der Kautschukplantagenindustrie in Asien, die heute über 90 Prozent des weltweiten Bedarfs produziert. Die Entwicklung dieser Branche ist größtenteils auf die Arbeit von Henry N. Ridley zurückzuführen, der von 1888 bis 1912 Direktor des Botanischen Gartens von Singapur war. Ridley führte Gartenbau- und Zapfmethoden ein, die noch heute angewendet werden. Die weltweite Gesamtproduktion von Naturkautschuk lag Anfang der 1970er Jahre bei 3 Millionen Tonnen pro Jahr, überstieg Anfang der 1980er Jahre 4 Millionen Tonnen pro Jahr und erreichte 2008 10 Millionen Tonnen pro Jahr. Die wichtigsten Kautschuk produzierenden Länder sind Thailand, Indonesien und Malaysia. Es folgen die asiatischen Produzenten China, Indien, Philippinen, Vietnam und Sri Lanka sowie die westafrikanischen Länder Nigeria, Elfenbeinküste, Kamerun und Liberia.

      In den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts etablierten sich in Europa und Nordamerika Automobile, und nach dem Zweiten Weltkrieg steckte die Automobilindustrie noch in den Kinderschuhen. Bis zum Zweiten Weltkrieg waren die Vereinigten Staaten für ihre Reifen und andere Komponenten vollständig auf Naturkautschuk angewiesen. Nach dem Kriegseintritt Japans im Jahr 1941 wurde die Versorgung Asiens durch die Alliierten – mit Ausnahme Sri Lankas – unterbrochen. Als Reaktion darauf versuchten die Vereinigten Staaten und die Sowjetunion, alternative Quellen für Naturkautschuk anzubauen, beispielsweise den Guayule-Strauch und den Russischen Löwenzahn. Diese Versuche waren nicht sehr erfolgreich, es wurden jedoch wesentlich bessere Ergebnisse erzielt als mit synthetischem Kautschuk. Insbesondere in den USA entwickelte sich die Synthesekautschukindustrie praktisch über Nacht, und die Produktion erreichte 800.000 Tonnen pro Jahr. Als nach dem Krieg Naturkautschuk wieder verfügbar war, erlebte die US-amerikanische Industrie für synthetischen Kautschuk einen starken Niedergang. Doch Anfang der 1950er Jahre waren bessere und sauberere synthetische Kautschuke erhältlich. Der Export dieser Materialien förderte die Entwicklung der synthetischen Kautschukindustrie in Europa. Zu Beginn der 1960er Jahre wurde die Produktion von Naturkautschuk durch die Produktion synthetischer Elastomere überholt.

 

HERSTELLUNG VON SYNTHETISCHEM KAUTSCHUK

Polymerisations methoden

      Synthetische Elastomere werden im industriellen Maßstab durch Lösungs- oder Emulsionspolymerisationsverfahren hergestellt. In Lösung hergestellte Polymere weisen im Allgemeinen mehr lineare Moleküle auf (d. h., es gibt weniger Verzweigungen der Seitenketten von der Hauptpolymerkette), außerdem haben sie eine engere Molekulargewichtsverteilung (d. h., eine größere Länge) und fließen leichter. Darüber hinaus kann bei einer Polymerisation in Lösung die Anordnung der Monomereinheiten im Polymermolekül präziser gesteuert werden. Das Monomer oder die Monomere werden in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel, üblicherweise Hexan oder Cyclohexan, gelöst und unter Verwendung eines organometallischen Katalysators wie Butyllithium polymerisiert.

      Bei der Emulsionspolymerisation wird das Monomer (oder die Monomere) in Wasser mit einer geeigneten Seife (z. B. Natriumstearat) als Tensid emulgiert und ein wasserlöslicher Radikalkatalysator (z. B. Kaliumpersulfat, Peroxide, ein Redoxsystem) wird hinzugefügt, um die Polymerisation zu starten. Nachdem die Polymerisation das gewünschte Niveau erreicht hat, wird die Reaktion durch Zugabe eines Radikalinhibitors gestoppt. Etwa 10 % des durch Emulsionstechniken hergestellten synthetischen Elastomers werden als Latex verkauft. Der Rest wird mit angesäuerter Salzlake koaguliert, gewaschen, getrocknet und in Ballen zu je 35 kg (77 Pfund) gepresst.

      Wenn die Emulsionspolymerisation von SBR „heiß“ (d. h. bei 50 °C oder 120 °F) durchgeführt wird, sind die Polymermoleküle stärker verzweigt. Wenn die Polymerisation „kalt“ durchgeführt wird (d. h. bei 5 °C oder 40 °F), sind sie linearer und haben im Allgemeinen ein höheres Molekulargewicht; Diese Eigenschaften verbessern den Rollwiderstand und die Verschleißfestigkeit der Reifen. In einigen Fällen wird die Polymerisation fortgesetzt, um Produkte mit einem so hohen Molekulargewicht zu erhalten, dass sie normalerweise nur schwer löslich wären. In diesen Fällen werden vor der Koagulation etwa 30 % Schweröl hinzugefügt, um „ölexpandierte“ Elastomere mit überlegener Verschleißfestigkeit zu erhalten.

Der Aufstieg des synthetischen Kautschuks

      Die Ursprünge der Elastomere, die die Grundlage des synthetischen Kautschuks bilden, gehen auf die erste Hälfte des 19. Jahrhunderts zurück, als man versuchte, die Zusammensetzung und Struktur des Naturkautschuks aufzuklären, wobei das ultimative Ziel darin bestand, das Material zu reproduzieren. Im Jahr 1838 gründete der deutsche F.C. Himly erhielt aus der Substanz ein flüchtiges Destillat, und im Jahr 1860 trennte der Engländer C. Greville Williams Kautschuk durch Destillation in drei Bestandteile: Öl, Teer und „Spiritus“. Dieses letzte Stück war der flüchtigere Teil und die Hauptkomponente, die Williams Isopren nannte. Mithilfe von Chlorwasserstoffgas und langwieriger Destillation verwandelte der Franzose Georges Bouchardat im Jahr 1875 Isopren in eine gummiartige Substanz, und im Jahr 1882 stellte ein anderer Engländer, W. A. ​​Tilden, Isopren durch destruktive Destillation von Terpentin her. Tilden hat Isopren auch die Strukturformel CH2=C(CH3)―CH=CH2 zugewiesen.

      Bei den oben beschriebenen Bemühungen handelte es sich um Versuche, Naturkautschuk zu kopieren. Synthetischer Kautschuk entstand, als man die Suche nach chemischen Äquivalenten zu Naturkautschuk aufgab und Wert auf vergleichbare physikalische Eigenschaften legte. Als Basis für ein synthetisches Produkt fiel die Wahl auf Butadien (CH2=CH―CH=CH2), eine dem Isopren ähnliche Verbindung. Mehrere wichtige Beiträge kamen aus Russland. Im Jahr 1901 entdeckte Ivan Kondakov, dass Dimethylbutadien beim Erhitzen mit Kalium eine gummiartige Substanz erzeugt, und im Jahr 1910 entdeckte S.V. Lebedew polymerisierte Butadien, das er aus Ethylalkohol gewann. Während des Ersten Weltkriegs begann Deutschland, ermutigt durch die Blockade der Alliierten, mit der Produktion von „Methylkautschuk“ nach dem Kondakow-Verfahren. Nach heutigen Maßstäben war dies ein minderwertiger Ersatz und nach dem Krieg kehrten die deutschen Hersteller zu dem billigeren und zufriedenstellenderen Naturprodukt zurück. Die Forschung und Experimente gingen jedoch weiter und 1926 gelang es dem Deutschen G. Ebert, aus Butadien einen Natriumpolymerkautschuk herzustellen. Im Laufe des nächsten Jahrzehnts entwickelte sich aus diesem Material die Herstellung verschiedener Arten von „Buna“-Kautschuk (die Bezeichnung leitet sich von den Anfangssilben der beiden Bestandteile ab, aus denen sie hergestellt werden: Butadien und Natrium).

      In der Sowjetunion begann man 1932–33 mit der Produktion von Polybutadien nach dem Lebedew-Verfahren, wobei Kartoffeln und Kalkstein als Rohstoffe dienten. Bis 1940 verfügte die Sowjetunion über die größte Synthesekautschukindustrie der Welt und produzierte mehr als 50.000 Tonnen pro Jahr. In Deutschland wurde unterdessen 1929 von Walter Bock und Eduard Tschunkur zusammen mit der I.G. das erste synthetische Elastomer entwickelt, das Naturkautschuk ersetzen und zufriedenstellende Reifen produzieren konnte. Sie synthetisierten mithilfe eines Emulsionsverfahrens ein kautschukartiges Copolymer aus Styrol und Butadien. Entwickelt bei Farben. Die Deutschen nannten diesen Kautschuk Buna S; Die Briten nannten es SBR oder Styrol-Butadien-Kautschuk. SBR ist ein Produkt der Klasse II, da Styrol und Butadien aus Erdöl, Getreidealkohol oder Kohle hergestellt werden können. Während des Zweiten Weltkriegs war die Nachfrage groß. Es wurde in großen Mengen produziert; Bis zu 100.000 Tonnen pro Jahr in Deutschland und der Sowjetunion. In den USA wurden jährlich etwa 800.000 Tonnen SBR produziert, wo es während des Krieges den Namen GR-S (Government Rubber-Styrol) erhielt. Während des Krieges perfektionierten deutsche Chemieingenieure die Niedertemperatur- oder „Kalt“-Polymerisation von SBR und erzeugten so ein gleichmäßigeres Produkt.

      Weitere wichtige synthetische Elastomere sind II. Viele dieser Mineralien wurden in den Jahrzehnten vor dem Zweiten Weltkrieg entdeckt, aber keines davon war für die Herstellung von Reifen geeignet. Hierzu gehören Polysulfide, die 1926 von Joseph Patrick in den USA synthetisiert und nach 1930 als ölbeständige Thiocolkautschuke kommerzialisiert wurden; Polychloropren, ein hochfester, ölbeständiger Kautschuk, der 1931 von Arnold Collins entdeckt und 1932 von der DuPont Company als Duprene (später Neopren) vermarktet wurde; Nitrilkautschuk (NBR), ein ölbeständiges Copolymer aus Acrylnitril und Butadien, das 1930 von Erich Konrad und Tschunkur synthetisiert wurde und in Deutschland als Buna N bekannt ist; und 1937 die Amerikaner R.M. Thomas und W.J. Es gab Butylkautschuk (IIR), ein Copolymer aus Isopren und Isobutylen, das von Sparks bei der Standard Oil Company (New Jersey) entdeckt wurde.

      II. Nach dem Zweiten Weltkrieg führte die zunehmende Verfeinerung der synthetischen Chemie zur Entwicklung vieler neuer Polymere und Elastomere. In den Jahren 1953 und 1954 entwickelten zwei Chemiker, der Deutsche Karl Ziegler und der Italiener Giulio Natta, eine Familie organometallischer Katalysatoren, mit denen sich die Platzierung und Anordnung von Einheiten entlang der Polymerkette präzise steuern ließ, wodurch regelmäßige (stereospezifische) Strukturen erzeugt wurden. Durch die Verwendung solcher Katalysatoren wurde Isopren so polymerisiert, dass jede Einheit in der Kette in einer cis-Konfiguration an ihren Vorgänger gebunden war; Diese war nahezu identisch mit der Struktur von Naturkautschuk. Auf diese Weise entstand nahezu 100 Prozent cis-Polyisopren, also „synthetischer Naturkautschuk“. Im Jahr 1961 wurde derselbe Katalysatortyp, der Butadien als Monomer enthielt, zur Herstellung von cis-1,4-Polybutadien verwendet, einem Kautschuk, der sich als äußerst verschleißfest erwies, insbesondere bei Reifen, die harten Einsatzbedingungen ausgesetzt waren.

      Es gab noch mehrere andere Entwicklungen, die die Nachkriegsjahre kennzeichneten. Beispielsweise wurden Blockcopolymere, bei denen auf eine lange Sequenz einer chemischen Einheit eine lange Sequenz einer anderen chemischen Einheit im selben Molekül folgt, unter Verwendung vieler verschiedener Einheiten und Sequenzlängen hergestellt. Es wurden neue öl- und hitzebeständige Elastomere eingeführt, darunter Styrol-Acrylnitril-Copolymere, Polysulfide sowie chloriertes und chlorsulfoniertes Polyethylen. Über den großen Bereich der Moleküllängen, der in den meisten Polymeren vorkommt, konnte ein gewisses Maß an Kontrolle erreicht werden, so dass in vielen Fällen enge oder breite Verteilungen mit ganz unterschiedlichen Viskositätseigenschaften erzeugt werden können. Darüber hinaus wurden Polymere mit verzweigten Molekülen synthetisiert, mit vielen kleinen Zweigen entlang der Hauptkette oder mehreren langen „Armen“, die von einem zentralen Punkt ausgehen und so unterschiedliche Fließeigenschaften und eine einfachere Vernetzung ermöglichen.

      Der weltweite Verbrauch an synthetischem Kautschuk erreichte 1993 neun Millionen Tonnen. Etwa 55 % des insgesamt produzierten synthetischen Kautschuks werden für Autoreifen verwendet.

Zusatzstoffe

      Um bestimmte gewünschte Eigenschaften zu erreichen, werden sowohl dem Naturkautschuk als auch dem synthetischen Kautschuk eine Reihe von Inhaltsstoffen zugesetzt. Traditionell beginnen Mischungsformulierungen mit der Menge des bezeichneten Elastomers – beispielsweise Naturkautschuk (NR), Butadienkautschuk (BR) oder Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) – angegeben als 100 Gewichtsteile. Die Menge jedes anderen Bestandteils wird dann als Gewichtsteile ausgedrückt, die pro 100 Gewichtsteile Elastomer hinzugefügt werden. Wenn zwei oder mehr Elastomere verwendet werden, werden sie im Rezept als Bruchteile von 100 Teilen angegeben – zum Beispiel „NR, 60 Teile; BR, 40 Teile.“ Enthält das Elastomer bereits vom Hersteller zugesetztes Öl, wird diese Verdünnung in der Rezeptur berücksichtigt. Wenn beispielsweise SBR 1702 verwendet wird, könnte die Mischungsformel mit „SBR 1702, 137,5 Gewichtsteile“ beginnen, da diese Menge SBR 1702 37,5 Gewichtsteile Öl und 100 Gewichtsteile SBR-Elastomer enthält.

Kurpaket

      Die wichtigsten Bestandteile sind die sogenannten Cure Packs, die beim „Aushärten“ der Mischung für die Bindungsreaktionen sorgen. Sie werden normalerweise am Ende des Mischvorgangs hinzugefügt, um das Risiko einer vorzeitigen Aushärtung zu minimieren. Das Härtungspaket besteht normalerweise aus Schwefel und einem oder mehreren „Beschleunigern“ (z. B. Sulfenamiden, Thiuramen oder Thiazolen), die eine schnellere und effizientere Schwefelinterkalationsreaktion ermöglichen. Wenn das Verhältnis von Schwefel zu Beschleuniger kleiner als eins ist, wird das Rezept als „aktives Vulkanisationssystem“ (EV) bezeichnet und führt zu Produkten mit kürzeren Schwefelverbindungen. EV-Produkte weisen eine verbesserte Flexibilität, aber eine geringere Festigkeit auf.

      Zwei weitere Inhaltsstoffe, die in der Vulkanisationschemie eine wichtige Rolle spielen, sind die sogenannten „Aktivatoren“, normalerweise Zinkoxid und Stearinsäure. Diese Verbindungen kommen zusammen und reagieren mit Beschleunigern, um eine Zinksulfidverbindung zu bilden; Dies ist das primäre Mittel, um dem Dienelastomer Schwefel hinzuzufügen und Schwefelbrücken zu bilden.

      Andere, weniger häufig verwendete Kupplungsmittel sind Schwefelverbindungen, sogenannte Schwefelspender (z. B. Tetramethylthiuramdisulfid), die Monoschwefelbindungen zwischen Polymermolekülen und Peroxiden, insbesondere Dicumylperoxid, bilden. Peroxide zersetzen sich beim Erhitzen und bilden Radikale, die Wasserstoff von Gruppen in Polymermolekülen abstrahieren. Auf diese Weise verbinden sich die auf verschiedenen Molekülen gebildeten Kohlenstoffradikale und bilden Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen. Obwohl Produkte mit C―C-Bindungen widerstandsfähiger gegen Hitze und oxidative Angriffe sind, ist ihre Festigkeit geringer als bei Produkten mit Schwefelbindungen. Darüber hinaus führen Monosulfidbindungen zu schwächeren Produkten als Polysulfidbindungen. Dieses paradoxe Ergebnis (von Natur aus starke C―C-Bindungen ergeben die schwächsten Produkte, während von Natur aus schwache Polysulfidbindungen die stärksten Produkte ergeben) wird der Tatsache zugeschrieben, dass die schwachen Bindungen unter Belastung vor der Hauptkette brechen und so den Abbau des Elastomermoleküls selbst verzögern.

Füllstoffe

      Dem Gummi wurden fast alle erdenklichen Materialien zugesetzt, um es billiger und härter zu machen. Die Besonderheit liegt in den beiden partikulären Füllstoffen, die den Elastomeren zusätzlich eine bemerkenswerte Festigkeit verleihen. Das wichtigste und fast überall verwendete Material ist fein verteilter Ruß, der durch unvollständige Verbrennung von Öl oder Gas hergestellt wird. Ruß besteht aus winzigen kugelförmigen Partikeln mit einem Durchmesser von nur 10–100 Nanometern (10–100 Milliardstel Meter) und besteht aus konzentrischen Schichten aus graphitischem Kohlenstoff. Die Oberfläche der Partikel enthält auch etwas Sauerstoff und Wasserstoff. Bei der Herstellung verschmelzen Partikelketten zu ausgedehnten, offenen „Strukturen“, die jedoch noch sehr klein sind.

      Ein weiterer verstärkender Füllstoff mit Partikeln ähnlicher Form und Größe ist fein verteilte Kieselsäure (Siliziumdioxid, SiO2), die durch Verbrennen von Siliziumtetrachlorid oder durch Säurefällung aus Natriumsilikatlösung hergestellt wird.

      Sowohl Ruß als auch Kieselsäure erhöhen den Elastizitätsmodul des Gummis um das Zwei- bis Dreifache, wenn sie einer Mischung in einer Konzentration von etwa 30 Volumenprozent zugesetzt werden. Darüber hinaus verleihen sie schwachen Materialien wie SBR eine bemerkenswerte Zähigkeit, insbesondere Verschleißfestigkeit. Wenn mehr hinzugefügt wird, steigt der Modul weiter an, dann beginnt jedoch die Festigkeit abzunehmen. Nachteile der Verstärkung mit Ruß oder Kieselsäure sind eine geringere Federkraft (Elastizität) und eine Verringerung der anfänglich hohen Steifigkeit nach dem Biegen.

      Es zeigt sich, dass die zugrundeliegenden Partikel eines Füllstoffs nur dann verstärkend wirken können, wenn sie klein sind (etwa 10–50 Nanometer im Durchmesser) und das Elastomer gut an ihnen haftet. Wenn eine dieser Bedingungen nicht erfüllt ist, wird die Verstärkungsleistung reduziert. Tatsächlich ist der beobachtete Verstärkungseffekt umso größer, je kleiner die Partikelgröße (und damit je größer die Oberfläche) ist. Wie feine Partikel Elastomerverbundwerkstoffen eine hohe Festigkeit und Zähigkeit verleihen können, ist noch immer wenig erforscht. Die Verstärkung und Aushärtung hängen wahrscheinlich mit der Trennung der stark beanspruchten Elastomermoleküle von den Füllstoffpartikeln zusammen, wodurch die Spannung in den Polymerketten verringert und ein katastrophaler Bruch verzögert wird.

Konservierung Chemikalien

      Bestimmte Additive sorgen für Beständigkeit gegen Hitze, Sonnenlicht, Sauerstoff und Ozon. Amine, insbesondere Paraphenylendiamine, sind starke Oxidationsverzögerer oder Antioxidantien. Werden sie Gummimischungen in kleinen Mengen (1–2 Prozent) zugesetzt, scheinen sie Oxidationsreaktionen durch freie Radikale zu unterbrechen, die mit zunehmendem Alter des Gummis zu Molekülbrüchen und Erweichung oder verstärkter Verzahnung und Verhärtung führen. Eine andere Klasse von Antioxidantien, die gehinderten Phenole, sind weniger wirksam als Amine, neigen aber weniger dazu, helle Gummimischungen zu verfärben. Kleine Mengen bestimmter Metalle, insbesondere Kupfer, Mangan und Eisen, wirken als starke Oxidationskatalysatoren. Daher werden Maskierungsmittel verwendet, um die Wirkung dieser Elemente zu blockieren, wenn ihre Anwesenheit unvermeidbar ist.

      Atmosphärisches Ozon reagiert leicht mit Elastomeren, die C=C-Doppelbindungen enthalten, und führt zum Aufbrechen der Moleküle auf der Oberfläche. Dies hat zur Folge, dass sich bei einer nur geringen Dehnung des Gummis (mehr als etwa 10 %) kleine, tiefe Risse bilden, die als Ozonrisse bezeichnet werden. Eine typische Ozonkonzentration im Freien von etwa 5 Teilen pro 100 Millionen führt bereits nach wenigen Wochen der Einwirkung zu millimeterlangen Rissen in ungeschütztem Gummi. Bestimmte Diamine (z. B. Alkyl-Aryl-Paraphenylendiamine) verhindern jedoch die Rissbildung, vermutlich indem sie mit den C=C-Bindungen im Gummi um eine Reaktion mit Ozon konkurrieren. Diese Ozonschutzmittel „blühen“ auf der Oberfläche auf und reagieren dort, wodurch der Gummi geschützt wird. Aus diesem Grund werden der Mischungsformulierung von Gummimischungen auf Basis ungesättigter Elastomere üblicherweise mehrere Prozent Ozonschutzmittel zugesetzt. Eine alternative Konservierungsmethode, die oft gleichzeitig verwendet wird, besteht darin, der Mischungsformulierung einige Prozent mikrokristallines Paraffinwachs hinzuzufügen. Da es mit dem Elastomer nicht kompatibel ist, steigt das Wachs an die Oberfläche und bildet eine Schutzschicht.

Weichmacher und Verarbeitungshilfsmittel

      Elastomermischungen werden Flüssigkeiten zugesetzt, um die Verbindung weicher und plastischer zu machen. Dies geschieht entweder während der Verarbeitung oder später während der Verwendung. Beispielsweise können Elastomere mit hohen Glasübergangstemperaturen (und entsprechend langsamen Molekülbewegungen) durch die Zugabe von Tieftemperaturweichmachern verbessert werden, d. h. kompatiblen Flüssigkeiten, die als innere Schmiermittel wirken. Weichmacher müssen einen niedrigen Dampfdruck und einen hohen Siedepunkt haben, um über lange Betriebszeiten in der Verbindung zu verbleiben. Beispiele hierfür sind aliphatische Ester und Phthalate. Phosphatweichmacher sorgen außerdem für eine gewisse Flammbeständigkeit. Andere Flüssigkeiten werden Gummimischungen als Verarbeitungshilfsmittel zugesetzt, um das Mischen und Extrudieren zu erleichtern. Normalerweise werden 5 % Erdöl verwendet.

Verarbeitung

      Die Kautschukverarbeitung umfasst vier grundlegende Schritte: (1) das Mastikieren, bei dem das Elastomer geschert und die Moleküle aufgebrochen werden, um ein leichteres Fließen zu ermöglichen; (2) das Mischen, das üblicherweise unmittelbar nach dem Mastikieren durchgeführt wird und bei dem Zusatzstoffe eingearbeitet werden; (3) das Formen der viskosen Masse, beispielsweise durch Extrusion oder Gießen; und (4) das Aushärten, bei dem die Polymermoleküle miteinander verbunden und die Form fixiert werden.

Kauen

      Das Kauen und Erweichen erfolgt meist in Gruppen. Der Prozess wird in großen geschlossenen Mischmaschinen oder Gummimühlen durchgeführt. Das beste Beispiel für eine geschlossene Maschine ist der Banbury-Mischer (Marke), der aus schweren, gegenläufigen Stahlpaddeln in einer sanduhrförmigen Kammer besteht und bis zu einer halben Tonne Gummi aufnehmen kann. Gummimühlen bestehen aus zwei großen, horizontal gegenüberliegenden Stahlzylindern mit einer Länge von bis zu 3 Metern (10 Fuß), die eng beieinander angeordnet sind und sich langsam in entgegengesetzte Richtungen und mit leicht unterschiedlicher Geschwindigkeit drehen. Der Gummi wird im Raum zwischen den Paddeln und der Wand des Banbury-Mischers und im Raum zwischen den beiden Walzen in der Walzenmühle geschert und erweicht.

Zum Vermischen

      Das Mischen erfolgt manchmal unmittelbar nach dem Erweichen in Maschinen, die denen zum Kauen ähneln. Wie oben beschrieben, werden reaktive Materialien, Füllstoffe, Öle und verschiedene Arten von Schutzchemikalien durch die kombinierte Wirkung von Scheren und Mischen in das Basiselastomer eingearbeitet. Ein geschlossener Mischer vom Typ Banbury kann in wenigen Minuten bis zu einer halben Tonne Mischmasse produzieren. Anschließend wird die Mischung zu Platten geformt, mit einer Trennseife beschichtet, um ein Anhaften zu verhindern, und bis zur Verwendung auf Stahlpaletten gelagert, die bis zu einer Tonne Gummi fassen können.

Bildung

      Das Formen der Mischung in die gewünschte Form erfolgt auf verschiedene Weise. Extruder werden zur Herstellung langer Endlosprodukte wie Rohren, Reifenprofilen und Drahtummantelungen verwendet. Darüber hinaus werden mit ihnen verschiedene Profile hergestellt, die anschließend auf die gewünschte Länge zugeschnitten werden können. Mehrrollenkalender werden zur Herstellung großer Bogen verwendet. Beim Transfer- und Spritzgussverfahren wird die Kautschukmischung durch Kanäle in eine Formkammer der gewünschten Form gepresst, wo sie unter Druck aushärtet. Reifen bestehen aus mehreren Komponenten: Wulstdraht, Seitenwandmischung, Innenseele, Wulstschichten, Gürtelpaket und Reifen; Diese werden zusammengeführt und zu einem kompletten Reifen zusammengebaut, bevor sie zur Vulkanisationspresse transportiert werden.

Aushärtung

      Die Aushärtung erfolgt in Druckstahlformen, die mit Dampf oder Strom auf Temperaturen erhitzt werden, bei denen die Verbindungsreaktion stattfindet. Typische Aushärtungsbedingungen sind mehrere Minuten bei 160 °C (320 °F). Da Wärme langsam in den Gummi eindringt, benötigen dickere Teile bei niedrigeren Temperaturen längere Aushärtezeiten von bis zu mehreren Stunden. Normalerweise wird ein Druck von 1 Megapascal (145 Pfund pro Quadratzoll) oder mehr angewendet, um die gewünschte Form beizubehalten und eingeschlossene Luft zum Auflösen in der Verbindung zu zwingen. Andere Methoden zum Aushärten der Gummimischung nach ihrer Formgebung sind beispielsweise das Erhitzen mit Dampf in Autoklaven, die Bestrahlung mit Mikrowellen und das Durchlaufen eines erhitzten Bades aus geschmolzenen Metallsalzen oder einer Wirbelschicht. In diesen Fällen erfolgt die Aushärtung bei einem Druck nahe dem Atmosphärendruck.





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