Fertigungsverfahren

Vulkanisation

Unter Zuführung von Wärme geht die Kautschukmischung vom plastischen

in den elastischen Zustand über - aus Kautschuk wird Gummi. Diesen Ver-

netzungsvorgang bezeichnet man als Vulkanisation.

Die wichtigsten Parameter bei der Vulkanisation sind die Temperatur und

die Zeit. Beide müssen so aufeinander abgestimmt werden, dass der zu

fertigende Artikel optimal vernetzen kann. Um einen angestrebten Vulkani-

sationsgrad (erkenntlich an den physikalischen Prüfwerten) zu erreichen,

ist bei gegebener Vulkanisationstemperatur eine bestimmte Heizzeit erfor-

derlich. Eine Faustregel besagt, dass im Bereich von 140°C – 170°C eine

Temperaturerhöhung von 10°C die Halbierung der Heizzeit bewirkt.

Aus wirtschaftlichen Gründen ist man natürlich an möglichst kurzen Vulkani-

sationszeiten interessiert und strebt daher nach „schneller heizenden“

Mischungsqualitäten und hohen Vulkanisationstemperaturen, die aber nicht

beliebig gesteuert werden können. Ausschlaggebend sind:

- Art und Dimension des zu vulkanisierenden Artikels:

Dickwandige Produkte müssen bei relativ niedriger

Temperatur lange geheizt werden, um eine gleich-

mäßige Durchvulkanisation zu erreichen.

- Fließfähigkeit und Vulkanisationsgeschwindigkeit der Mischung:

Je „schneller“ eine Mischung eingestellt ist, desto

größer kann allerdings auch die Gefahr der vor-

zeitigen Anvulkanisation sein.

- Art der Vulkanisation:

Bei einer Formvulkanisation ist die Wärmeüber-

tragung günstiger als bei einer Kesselvulkanisation,

z.B. in Heißluft.

- Maximale Vulkanisationstemperatur der zur Verfügung

stehenden Verarbeitungsanlage.

- Entformen:

Bei höheren Temperaturen wird das Entformen schwieriger.

Häufig erreicht man das Optimum der verschiedenen Eigenschaften

vulkanisierter Artikel zu recht unterschiedlichen Heizzeiten. Die höchste

Zugfestigkeit und Bruchdehnung erreicht man bei einem niedrigeren

Vulkanisationsgrad als die maximale Elastizität und den besten Druck-

verformungsrest. Das bedeutet, dass unterschiedliche Vulkanisations-

bedingungen zu wählen sind, will man aus ein und derselben Mischung

verschiedenartige Produkte mit andersartigen Einsatzbedingungen her-

stellen.

Folgende Phasen sind für einen Vulkanisationsablauf charakteristisch:

- Plastische Fließphase: Die Mischung beginnt unter Einwirkung

des Pressdrucks in der Form zu fließen.

- Anvulkanisation: Die Mischung zeigt erste Vernetzungs-

reaktionen.

- Untervulkanisation: Der Vernetzungsgrad steigert sich, das

Optimum der Vulkanisation ist jedoch noch

nicht erreicht.

- Ausvulkanisation: Ein Großteil des Vernetzungsmittels (z.B.

Schwefel) hat sich mit dem Kautschuk

verbunden. Das Optimum der Vulkanisation

ist erreicht. Die Reaktion verlangsamt sich,

die Kurve flacht zu einem Plateau ab.

- Reversion: Nach Überschreiten des Vernetzungs-

optimums kann eine Reversion einsetzen,

d.h. die Mischung wird durch Aufbruch der

Molekülketten wieder abgebaut.

T₁₀ = zu diesem Zeitpunkt haben 10 % der Vernetzung stattgefunden

T₉₀ = die Mischung ist zu 90% vulkanisiert

T_max = Maximum der Vernetzung

Eine „ideale“ Vulkanisationskurve wird durch drei Merkmale gekennzeichnet:

1. eine verzögerte Anvulkanisation und damit eine

erhöhte Fließfähigkeit der Mischung

2. eine schnelle Ausvulkanisation bis zum Optimum,

um kurze Heizzeiten zu erreichen

3. ein breites Plateau und eine spät oder gar nicht

einsetzende Reversion

Extrudieren

Ein Verfahren, das zur Herstellung endlos geformter Gummistränge wie z.B.

Schläuche, Profile oder Kabel dient. Die Kautschukmischung, die verarbeitet

werden soll, wird in Form von Fütterstreifen oder als Granulat über einen Ein-

fülltrichter in einen temperierten Zylinder eingeführt. Hier wird das Material

durch eine sich drehende Schnecke plastiziert, erwärmt und homogenisiert.

Durch den von der Schnecke aufgebauten Druck wird die Masse aus der Öff-

nung gepresst und erhält dabei ihre Form. Die extrudierten Stränge werden

dann in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Verfahren vulkanisiert.

Druckpressen

Beim herkömmlichen Pressverfahren wird ein in Form und Gewicht vorberei-

teter Mischungsrohling in das geöffnete Werkzeug gelegt und unter hohem

Druck verpresst. Da das Material nur relativ kalt in das Werkzeug eingelegt

werden kann, muss die zur Vulkanisation erforderliche Wärmemenge über die

Werkzeugoberfläche zugeführt und solange aufrechterhalten werden, bis der

gewünschte Vulkanisationsgrad erreicht ist. Der Nachteil dieser Fertigungs-

methode ist neben den langen Zykluszeiten ein verhältnismäßig starker Aus-

trieb, was hohen Materialbedarf und erhebliche Nachbearbeitung zur Folge hat.

Lagerfähigkeit von Gummi-Mischungen

Die Lagerfähigkeit einer Gummimischung hängt von ihrer Zusammensetzung ab

und liegt normalerweise zwischen 3 und 12 Wochen. Das jeweilige Produktions-

datum ist bei Anlieferung den Begleitpapieren oder den Palettenbeschriftungen

zu entnehmen.

Ungünstige Lagerungsbedingungen können jedoch die Haltbarkeit negativ beein-

flussen. Es werden daher folgende Empfehlungen ausgesprochen:

- der Lagerplatz sollte kühl, trocken und vor direkter Lichteinwirkung (Sonnenlicht,

starkes Kunstlicht) geschützt sein

- eine Lagerung im Freien sollte unterbleiben

- die Lagerraumtemperaturen sollten nicht unter + 5°C und über + 25°C liegen,

kurzzeitige sommerliche Temperaturen bis + 35°C schaden der Gummimischung

im allgemeinen nicht, längere Lagerzeiten über + 25°C können die Haltbarkeit

aber verkürzen

- Mischungen auf Chloropren-Basis erfordern eine Raumtemperatur von mind.

15°C, da sonst ein Kristallisationseffekt eintreten kann