Kautschuktechnologie

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1 Kautschuktechnologie Fritz Röthemeyer, Franz Sommer Werkstoffe - Verarbeitung - Produkte ISBN Leseprobe Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel

2 4 Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen Fritz Röthemeyer 4.1 Einführung 349 Kautschukmischungen sind Vielstoffgemische aus Polymeren, Füllstoffen, Weichmachern und verschiedenen Chemikalien zur Erzielung spezifischer Eigenschaften für die Verarbeitung und das Gummiprodukt. Die Herstellung dieser Vielstoffgemische mit optimalen Eigenschaften ist der erste und wichtigste Schritt in den Arbeitsprozessen eines kautschukverarbeitenden Betriebes. Entsprechend der Bedeutung bemühen sich u.a. drei Fakultäten um diesen Verfahrensschritt: der Betriebsingenieur, dessen Hauptaugenmerk auf die Erfüllung des Liefersolls durch optimale Ausnutzung seiner Mischkapazität gerichtet ist, der Maschinenbauer, der die Mechanik der Mischmaschinen und die zur Verfügung stehenden Medien im Auge hat. Für ihn sind die Mischungen eine black box, der Chemiker konzentriert sich auf die Material- und Produkteigenschaften sowie auf das Rezept, mit dem er diese gewünschten Eigenschaften erzielen will. Für ihn ist die Maschine eine black box. Wir wollen keiner dieser Fakultäten den Vorzug geben, sondern statt dessen eine Synthese durch eine vierte Instanz versuchen, den Verfahrensingenieur, der die Materialeigenschaften und deren Veränderungen während der Verarbeitungsprozesse und die Maschinen mit ihren nicht unerheblichen Einflussgrößen zu kombinieren versucht. Es ist anzunehmen, dass die Bedeutung dieser interdisziplinär arbeitenden Verfahrensingenieure in der Gummiindustrie zunehmen wird. Ein Grund für diese Annahme ist die zunehmende Automatisierung der Produktionsprozesse, die eine detaillierte Kenntnis der physikalisch-chemischen Vorgänge und der Ursachen-Wirkungskette erfordert. Unter dem 4-M-Blickwinkel: Material-Maschine-Methode-Mensch soll der Mischprozess im folgenden behandelt werden: 4.1 Einführung Unter Mischen versteht man das Verteilen und ggf. das Zerteilen mindestens einer Komponente in einer anderen, wobei sich die Komponenten in ihren Eigenschaften wie chemische Zusammensetzung, Aggregatzustand, Viskosität, Partikelgröße u.a. unterscheiden [4.1]. Sind die zu vermischenden Komponenten ineinander lösliche Flüssigkeiten oder Feststoff/Feststoffsysteme so liegt einfaches oder distributives Mischen vor, Abb. 4.1 A. Durch Einleiten von Kräften, die eine Bewegung der Komponenten gegeneinander verursachen, tritt im Verlauf der Zeit eine Vermischung ein. Es handelt sich um einen statistisch zu bewertenden Prozess, bei dem die einzelnen Partikel ihre Größe nicht verändern.

3 350 4 Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen [Literatur S. 422] Abbildung 4.1 Grundarten des Mischens A Distributives Mischen; a nicht, d perfekt gemischter Zustand (nach [1]) B Laminares Mischen (nach [4.1]) C Dispersives Mischen

4 4.1 Einführung 351 Die Güte des distributiven Mischvorgangs wird an der gleichmäßigen Verteilung der zu vermischenden Komponenten bewertet. Ihre Konzentration in beliebigen Proben des Mischgutes soll möglichst überall gleich sein. Im Beispiel A der Abb. 4.1, das links (a) 600 schwarze Partikel in 5000 weißen Partikeln in völlig ungemischten und rechts (d) in gut gemischtem Zustand zeigt, lässt sich die Mischgüte durch Auszählen der schwarzen Partikel in ausgewählten Proben des Mischguts quantitativ ermitteln. Ein quantitatives Maß für die Mischgüte könnten dann Mittelwert x und Standardabweichung s der Konzentration c der schwarzen Partikel in den verschiedenen Proben sein: Anzahl schwarze Partikel c = [ ] (4.1) Anzahl Gesamtartikel Für das gesamte Mischgut ist c = 600 / 5000 = 0,12. Werden nun 20 möglichst gleichmäßig verteilte Proben von 100 mm² Größe entnommen und ausgezählt, so sieht das Ergebnis etwa wie folgt aus: Anzahl schwarze Partikel c i = [ ] (4.2) 100 Σci c = [ ] (4.3) 20 ( c 0,12) Σ i s = [ ] 20 1 (4.4) Größe Mischung a b c d c 0,110 0,104 0,115 0,119 s 0,308 0,112 0,061 0,033 Die Messwerte c, s können zu gewählten oder vorgegebenen Toleranzgrenzen ins Verhältnis gesetzt werden, um Mischmaschinen und/oder -prozesse bewerten zu können. Sind die Mischungskomponenten viskoselastische Flüssigkeiten und/oder zumindest deformierbare Substanzen, so ist die entsprechende Mischaufgabe laminares Mischen. Die Komponenten werden im Strömungsfeld deformiert. Dicke und Abstand der Schichten voneinander werden geringer, die Oberfläche jedoch größer, Abb. 4.1 B. Ein Maß für die Mischgüte ist die Ausziehdicke, die mit zunehmender Deformation optisch nicht mehr sichtbar gemacht werden kann. In Abb. 4.1 B ist nach 1000 Umdrehungen des Zylinders die schwarze fließfähige Mischungskomponente in den beiden ersten Bildzeilen unter Oberflächenvergrößerung so stark deformiert und die einzelnen Schichten so nah zusammengebracht worden, dass sie in der Mischung nicht mehr identifiziert werden kann. Wegen der laminaren Strömungsform sind die einzelnen Komponenten jedoch nicht miteinander vermischt wie bei einem distributiven Mischvorgang. Sie haben durch die Deformation nur ihre gemeinsamen Oberflächen stark vergrößert und ihre Abstände drastisch verringert. Man kann der Abb. 4.1 B ebenfalls entnehmen, dass der laminare Mischeffet von der Anfangskonfiguration der Mischungskomponenten abhängt, ein Umstand, der beim Einmischen von Chemikalien in eine Grundmischung besondere Bedeutung hat.

5 352 4 Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen [Literatur S. 422] In vielen Fällen ist es bei einer Mischaufgabe erforderlich, Feststoffpartikel aufzubrechen und während des Mischprozesses bis in seine kleinsten Einheiten zu zerteilen. Diese Aufgabe liegt z.b. beim Einmischen verstärkender Füllstoffe in eine Kautschukmatrix vor, Abb. 4.1.C. Es handelt sich hierbei um dispersives Mischen. Wie noch gezeigt werden wird, treten diese drei Grundarten des Mischens auch bei der Herstellung von Kautschukmischungen in den einzelnen Mischphasen auf. Neben dem beim distributiven Mischen beschriebenen direkten Messen der Mischgüte können bei der Beurteilung des laminaren und dispersiven Mischens auch indirekte Methoden angewendet werden. Man wählt hierzu diejenigen Zielgrößen aus, die durch den Mischprozess beeinflusst werden sollen und misst deren absolute Höhe und Gleichmäßigkeit (Mittelwert und Standardabweichung) und setzt sie zu vorgegebenen Toleranzgrenzen ins Verhältnis. Solche indirekten Messgrößen können sein: für unvulkanisierte Kautschukmischungen Viskosität und Elastizität (Spritzquellung) Konfektionsklebrigkeit Anvulkanisationsverhalten für Vulkanisate Festigkeit, Dehnung, Spannungswerte Druck- und Zugverformungsrest Abrieb dynamischer Modul und Verlustwinkel Welches sind nun die wesentlichen Mischungsbestandteile und welches sind ihre Eigenschaften unter dem Blickwinkel der zu erfüllenden Mischaufgabe? 4.2 Wesentliche Mischungsbestandteile Die Hauptkomponenten einer Kautschukmischung und deren wichtigste mischtechnologischen Eigenschaften sind in Tabelle 4.1 dargestellt. Das Molekulargewicht der Kautschukpolymere steht in unmittelbarem Zusammenhang mit der Viskosität. Wie später noch gezeigt werden wird, beeinflusst die Viskosität der Polymeren und deren Temperaturabhängigkeit entscheidend den Vorgang der Füllstoffinkorporation und -dispersion und damit die Eigenschaften der fertigen Kautschukmischung. Dabei ist eine enge Molekulargewichtsverteilung (Lösungspolymere) problematischer als eine weite (Emulsionspolymere). Die Kristallisationsneigung verschiedener Polymerer (z.b. NR, CR) hat ebenfalls entscheidenden Einfluss auf das Mischverhalten. Kristallisation muss vor dem Mischen durch kontrollierte Lagertemperaturen > 20 C vermieden werden. Beim Mischen spielt die Verträglichkeit der Polymeren und auch der Weichmacher eine wesentliche Rolle. Man unterscheidet zwischen polaren und unpolaren Stoffen. Die Unterschiede sind in der symmetrischen oder unsymmetrischen Anordnung der Bindungselektronen im Molekül begründet. Sowohl polare als auch unpolare Stoffe sind jeweils in-

6 4.2 Wesentliche Mischungsbestandteile 353 Tabelle 4.1 Komponenten einer Kautschukmischung und mischtechnologische Eigenschaften Rohstoff Polymere Füllstoffe Weichmacher Chemikalien Mischtechnologische Eigenschaften Molekulargewicht und dessen Verteilung Kristallisationsneigung Polarität Viskosität und deren Temperaturabhängigkeit Elastizität Verstärkungswirkung Wassergehalt Teilchengröße Struktur Chemische Zusammensetzung Polarität Viskosität Siede- und Stockpunkt Lieferform Dosierfähigkeit Verträglichkeit Schmelzpunkt nerhalb ihrer Gruppe gut mischbar, z.b. Naturkautschuk und Polybutadien. Beim Mischen von polaren mit unpolaren Polymeren wie beispielsweise Naturkautschuk mit Nitrilkautschuk sind besondere Vorkehrungen zu treffen, auf die später noch eingegangen wird. Die Elastizität der Polymeren beruht auf der Eigenschaft der Makromoleküle, nach einer Verformung durch äußere Kräfte wieder mehr oder weniger in ihre ursprüngliche ungeordnete Lage zurückzukehren. Diese je nach Polymertyp unterschiedlich stark ausgeprägte Eigenschaft beeinflusst den Mischprozess zur Herstellung von Kautschukmischungen in allen seinen Stufen. Eine besondere mischtechnologische Eigenschaft der ebenfalls bereits eingehend behandelten Füllstoffe soll noch einmal herausgestellt werden. Es ist dies die Eigenschaft, Aggregate und Agglomerate zu bilden, die beim Mischen mit Polymeren einen wesentlichen Einfluss auf die verstärkende Wirkung haben. Eine Prinzipdarstellung der unterschiedlichen Partikelformen ist in Abb. 4.2 gegeben. Schon bei der Rußherstellung fügen sich die Rußpartikel zu dreidimensionalen, weintraubenähnlichen Gebilden zusammen [4.2, 4.3]. Ein Aggregat kann bis zu 1000 Partikel enthalten. Sie werden durch starke chemische Bindungskräfte zusammengehalten, die überwiegend auch den großen Zug-, Druck- und Scherspannungen während des Mischprozesses widerstehen. Sie bilden damit die kleinsten die Verstärkungswirkung bestimmenden Partikeleinheiten. Diese Struktur wird sehr stark vom Herstellprozess beeinflusst: während Thermalruße kaum Struktur zeigen, ist diese bei Ofenrußen sehr stark ausgeprägt und in weiten Grenzen durch die Prozessführung beeinflussbar. Die Aggregate schließen sich ihrerseits unter der Wirkung von van-der-waals-kräften zu weitaus größeren Agglomeraten zusammen, Abb Zur Verbesserung der Rieselfähig-

7 354 4 Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen [Literatur S. 422] Abbildung 4.2 Partikelformen von Ruß 100 µm keit bei allen Transport-, Dosier- und Wiegevorgängen werden die Ruße beim Hersteller noch geperlt, was einem Zusammenschluss der Agglomerate zu noch größeren Perlen mit glatter Oberfläche gleichkommt. Diese Rußperlen und Agglomerate werden zu Beginn des Mischprozesses aufgebrochen und mit Polymer durchdrungen. Die Mischaufgabe besteht nun darin, diese Ruß-Polymer-Agglomerate in ihre kleinsten Einheiten, die Aggregate, durch dispersives Mischen zu zerteilen und durch distributives Mischen zu verteilen. Die hier aufgezeigte Rußstruktur wird üblicherweise durch Bestimmung des Leervolumens zwischen den Aggregaten mit Hilfe des DBP-Absorption in cm³/100 g (ASTM D 2414), die Teilchengröße durch die Stickstoff-Absorption in m²/g (BET-Oberfläche, DIN 66132) gemessen. Die Einordnung typischer Ruße nach diesen beiden Kriterien ist eingehend behandelt worden. Weichmacher (Tabelle 4.1) dienen der Verbesserung der Verarbeitungs- und Vulkanisateigenschaften sowie der Mischungsverbilligung. In erster Linie erniedrigen sie die Mischungsviskosität und erleichtern damit alle von Fließprozessen abhängigen Vorgänge beim Mischen, z.b. die Füllstoffinkorporation. Sie halten damit auch die Temperaturentwicklung in Grenzen. Auf der anderen Seite werden die übertragbaren Schub- und Zugspannungen erniedrigt und damit die Füllstoffdispersion verschlechtert. Für den Mischprozess ist ihre Verträglichkeit mit dem Polymeren wichtig, wobei ganz allgemein gilt, dass polare Weichmacher mit polaren Kautschuken und unpolare Weichmacher mit unpolaren Kautschuken verträglich sind [4.5]. Die Einteilung der Weichmacher geschieht durch die Viskositäts-Dichte-Konstante (VDK), die folgende Größenordnungen annimmt: VDK Eigenschaft 0,8 unpolar/paraffinisch 1,0 polar/aromatisch

8 4.2 Wesentliche Mischungsbestandteile 355 Der Kautschuk beeinflusst zwar die Grundeigenschaften des Vulkanisats, doch lassen sich diese durch eine Vielzahl von Chemikalien, wie Mastikationsmittel, Vulkanisationschemikalien, Alterungsschutzmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Treibmittel, Harze zur Verbesserung der Haftung u.a., erheblich modifizieren. In Anbetracht hoher Automatisierungsgrade beim Dosieren und Beschicken von Mischaggregaten und auf Grund der Forderung nach staubfreier Fertigung sind die Anforderungen des Mischbetriebs an die Lieferanten der Chemikalien hoch. Diese Zusatzstoffe werden als Pulver, Granulat, polymergebundene Granulate, Schuppen oder Ölpasten geliefert und nach folgenden Kriterien mischtechnisch beurteilt: Staubtest, Verbackungstest (definierter Druck, Beurteilung der Verklumpungen), Abriebbeständigkeit (Fallversuch und Siebanalyse), Einmischtest am Laborwalzwerk. Die im Rezept angegebenen Lüftungen, deren Zahl auf ein Minimum zu beschränken ist, dienen dazu, Mischungskomponenten in den Schacht einzugeben, Materialreste vom Stempel in die Mischkammer einzubringen und Mischungspakete komplett umzulagern, was unter Einwirkung des Stempeldrucks erschwert ist. Aufgrund der einzuhaltenden Temperaturen sind Fertigmischzyklen in der Regel kürzer als Grundmischzyklen. Nach Maßgabe der Wissenschaft oder der Kunst des Compoundierens werden nun die Komponenten einer Kautschukmischung zur Erzielung bestimmter, in einem Lastenheft zusammengestellter Produkteigenschaften in einem Rezept nach Art und Menge aufgelistet. Den beispielhaften Aufbau eines Rezeptes für den Gebrauch im Mischbetrieb zeigt Tabelle 4.2. Tabelle 4.2 Rezeptur und Mischvorschrift für eine LKW Laufflächenmischung Mischungskomponenten Rezeptur Kautschukprozente % Mischungsprozente % Naturkautschuk (RSS 3) ,432 Ruß N ,212 Weichmacher (Mineralöl) 3 1,813 Alterungsschutz IPPD 1 0,604 Alterungsschutz TMQ 1 0,604 Lichtschutzwachs 1,5 0,906 Stearinsäure 3 1,813 Zinkoxid 3 1,813 Beschleuniger MBS 1,5 0,906 Schwefel 1,5 0,906 Endwerte 165,5 100

9 356 4 Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen [Literatur S. 422] Mischungskomponenten Grundmischen Gewicht kg Zeit s Drehzahl U/min 1. Naturkautschuk 117, Zinkoxid 3, Stearinsäure 3, /3 Ruß 39, /3 Ruß 19, Weichmacher 3, ASM IPPD 1, ASM TMQ 1, Lichtschutzwachs 1, Endwerte 190,2 240 T max =150 C Nachzwicken Grundmischung (GM) 190,2 30 Endwerte 190,2 120 T max =150 C Fertigmischen Nachgezwickte GM 180, Schwefel 1, Beschleuniger 1,42 20 Endwerte 182, Lüften bei 85 C, T max =100 C Mischungseigenschaften / Verarbeitungsverhalten Viskosität Mooney 100 C (M L 1+4) [ME] Viskosität Viskoelastometer [6.17] (329 1/s, 100 C) [Pa s] Elastizität/Spritzquellung Viskoelastometer (329 1/s, 100 C) [ ] Anvulkanisation Mooney 130 C Pl min [ME] t 5 [min] ,

10 4.3 Mischstufen 357 Mischungseigenschaften / Vulkanisateigenschaften (Vulkanisation: 30 min, 150 C) Festigkeit [N/mm 2 ] 19 Dehnung [%] 470 Modul (300 % Dehnung) [N/mm 2 ] 10 Weiterreißfestigkeit [N/mm] 24 Stoßelastizität bei 70 C [%] 51 Abrieb nach DIN [mm 3 ] 105 Härte [Shore A] 62 Es bleibt dem Wissen des Verfahrensingenieurs überlassen, aus diesem Vielstoffgemisch mit Hilfe geeigneter Maschinen und Verfahren eine zusammenhängende, homogene, gut verarbeitbare Masse nämlich die Kautschukmischung herzustellen. Die Vereinigung der Einzelkomponenten zur Mischung kann in der Regel nicht in einem Arbeitsgang erfolgen. Dies gilt insbesondere für Mischungen für Produkte mit hohen Festigkeitswerten, die den Einsatz feinteiliger Hochstrukturruße und/oder Naturkautschuk als Polymerbasis und/oder das Verschneiden verschiedener Polymerer erforderlich machen. Das Polymere muss dann für den Füllstoff aufnahmefreundlich gemacht (mastiziert) werden. Da beim Einarbeiten und Dispergieren hochaktiver Füllstoffe leicht Temperaturen über 130 C entstehen, müssen Vernetzungschemikalien ggf. in einem gesonderten Arbeitsgang, dem Fertigmischprozess, zugegeben werden. 4.3 Mischstufen Der Mischprozess wird in diesen Fällen in mehrere Stufen zerlegt. In der Regel reichen zwei Stufen Grundmischen, Fertigmischen aus. Bei NR-haltigen Mischungen wird häufig noch ein Arbeitsgang, das Mastizieren vorgeschaltet. Hochgefüllte und damit sehr harte und/oder zähe Mischungen (insbesondere für Reifen) erfahren einen oder mehrere zusätzliche Arbeitsgänge nach dem Grundmischen, das sogenannte Nachzwicken, um die Viskosität und Elastizität ( Nerv ) für die Weiterverarbeitung zu erniedrigen. Extrem hohe Füllgrade und/oder das Verschneiden schlecht verträglicher Polymere machen häufig einen dem Grundmischen vorgeschalteten Arbeitsgang, das Vormischen erforderlich.

11 358 4 Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen [Literatur S. 422] Das Prinzip all dieser Mischstufen wird deutlich, wenn wir uns auf die Beschreibung der Vorgänge Mastizieren, Grundmischen und Fertigmischen beschränken. Wir wollen dabei zunächst nur die wesentlichen Merkmale der einzelnen Mischstufen untersuchen, ohne auf die erforderlichen Mischmaschinen und -verfahren einzugehen. Dies geschieht in einem späteren Abschnitt Mastizieren Das Mastizieren als ein dem eigentlichen Mischen vorgeschalteter Arbeitsgang ist in der Regel nur bei nicht viskositätsstabilisiertem Naturkautschuk notwendig. Zwei Gründe sprechen dafür: Abbau der Kettenmoleküle zur Erzielung einer im Rohzustand nicht vorhandenen, ausreichend niedrigen und gleichmäßigen Viskosität für die Füllstoffinkorporation und die anschließende Weiterverarbeitung, Verschneiden verschiedener Rohkautschukpartien, die sich als Naturprodukte sowohl in ihrer Rohviskosität, als auch in ihrem Abbau- und Vernetzungsverhalten voneinander unterscheiden. Bei der Mastikation bei niedrigen Temperaturen um 70 bis 80 C (Walzwerke) werden die Kettenmoleküle unter der Wirkung hoher Scherkräfte zerrissen. Eine Rekombination der Molekülsegmente wird durch deren Reaktion mit Luftsauerstoff verhindert, ohne dessen Anwesenheit eine Mastikation gar nicht stattfinden könnte [4.6]. Dies geht deutlich aus Abb. 4.3 hervor, in dem die Abbauwirkung als Funktion der Mastizierzeit bei Anwesenheit verschiedener Medien dargestellt ist. Die Verkleinerung der mittleren Molekularmasse ist mit einer entsprechenden Viskositätserniedrigung verbunden. in Stickstoff in Luft in Sauerstoff Viskosität min Dauer der Mastikation Dauer der Mastikation t Abbildung 4.3 Mastikation von NR unter Stickstoff, Luft und Sauerstoff (nach [4.6])

12 4.3 Mischstufen 359 Mit steigender Temperatur nimmt der mechanische Abbaueffekt ab, da die Zerreißkräfte mit zunehmender Erweichung des Kautschuks abnehmen. Gleichzeitig nimmt mit steigender Temperatur der oxidative Abbaueffekt zu. Die Überlagerung beider Prozesse, die beispielweise in einem Innenmischer nacheinander durchlaufen werden, führen zu einem ausgesprochenen Maximum der Abbau-Temperaturkurve bei etwa 120 bis 130 C, Abb Abbildung 4.4 Abbaueffekt von NR bei verschiedenen Temperaturen (nach [4.5]) In diesem Temperaturbereich wird demzufolge am schonendsten gemischt, da der Kettenabbau minimal ist und die langen Molekülketten weitgehend erhalten bleiben. Man erhält aus diesen Mischungen dann Vulkanisate mit hervorragenden dynamischen Eigenschaften mit hoher Elastizität und geringer Dämpfung. Die niedrigen einzuhaltenden Temperaturen erlauben darüber hinaus das Einstufenmischverfahren, das sich deshalb für hochbelastete NR-Mischungen anbietet. Abbildung 4.5 Energieaufnahme eines Innenmischers beim Mastizieren von NR (nach [4.6])

13 360 4 Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen [Literatur S. 422] Der oxidative Abbau kann durch Mastiziermittel (z.b. Renacit/Bayer) erheblich verstärkt werden. Die in Prozentbruchteilen zugegebenen Chemikalien verringern dabei drastisch die Mischenergie und die Mastizierzeit, Abb Der um die Hälfte herabgesetzte Energiebedarf deckt in etwa die Kosten des zugesetzten Mastiziermittels, die erhöhte Wirtschaftlichkeit wird dagegen durch den Kapazitätsgewinn erzielt. Im vorliegenden Beispiel wird die Mastizierzeit von 7 auf 4 min herabgesetzt. Der u.u. vorhandene und kontrovers diskutierte Einfluss von Mastiziermitteln auf die physikalischen, insbesondere dynamischen Eigenschaften der Vulkanisate soll hier nicht erörtert werden. Eine gesonderte Mastikationsstufe kann unter bestimmten Voraussetzungen dadurch umgangen werden, dass dieser Vorgang auf den Beginn des Grundmischens gelegt wird. Das abzubauende Polymere wird bei teilgefülltem Mischer so lange behandelt bis der gewünschte Effekt erreicht ist. Erst dann werden die übrigen Mischungsbestandteile zugegeben. Energieeintrag, Temperaturentwicklung und Abbaugrad sind jedoch wegen der Teilfüllung nicht so gut kontrollierbar wie bei einem separaten Arbeitsgang. Durch die Erwärmung und die damit herabgesetzte Viskosität wird die Füllstoffinkorporation erleichtert, die anschließende Dispersion jedoch erschwert. Durch Schwefel und vielfach auch durch aktive Füllstoffe kann der oxidative Abbau gestoppt werden Grundmischen Das Grundmischen ist die wichtigste Mischstufe, in der durch das Einarbeiten der Hauptkomponenten eine Wechselwirkung mit dem Polymeren erzeugt wird. Dies gilt insbesondere für die aktiven, verstärkenden Füllstoffe Füllstoffinkorporation Das Grundmischen ist ein dispersiver Mischvorgang. Über die Inkorporation und Dispersion der Füllstoffe in die Kautschukmatrix zur Erzielung der gewünschten Kautschuk- Füllstoff-Wechselwirkung werden unterschiedliche Modellvorstellungen diskutiert [4.2, 4.7, 4.8]. Zu Beginn des Einmischens liegen Polymer und Füllstoff lose nebeneinander. Die strukturbedingten Hohlräume des Füllstoffs (s. Abb. 4.2) sind mit Luft gefüllt, das spezifische Gewicht dieses Ausgangsmaterials ist deutlich niedriger als das der fertigen Mischung. Durch einwirkenden Druck und steigende Temperatur wird das Polymere fließfähiger und beginnt die Hohlräume des Füllstoffs auszufüllen. Diese Füllstoffinkorporation ist mit einer Zunahme der Dichte der Mischung verbunden, deren Messung somit ein Maß für das Fortschreiten des Inkorporationsprozesses ist. In Abb. 4.6 sind Inkorporationszeiten für drei SBR-Mischungen mit unterschiedlicher Mooney-Viskosität dargestellt. Man erkennt, dass die Inkorporationszeiten mit steigender Viskosität größer werden. Das durch den Füllstoff eingeschlossene Polymere ist nicht mehr verformungsfähig und bildet große Polymer-Füllstoff-Agglomerate, die zu einer Viskositätserhöhung führen. Im weiteren Verlauf des Mischens werden diese Agglomerate durch das Einwirken von Scher-, Zug- und Druckspannungen auseinandergebrochen und in zunehmendem Maße zerteilt und verteilt.