49 / 88
Technischer artikel
Juli 2017
47
www.read-eurowire.com2 Bleifreie MV-TPV-
Mischungen
2.1 Vorbereitung der
MV-TPV-Mischungen
Bleifreie MV-Isoliermischung, MV IS79
und thermoplastische Vulkanisat MV-
Mischungen, MV TPVs, wurden in einem
Innenmischer
vorbereitet,
ausgestattet
mit zwei gegenläufigen Rotoren und einer
Kammer mit einem Inhalt von 8cm
3
. Die
Zusammensetzung der MV-TPV-Mischungen
wird in der
Tabelle 1
zusammengefasst.
Offenbar weisen MV TPV79 A und B dasselbe
Verhältnis zwischen der elastomerischen
und der thermoplastischen Phase auf,
trotzdem wurden unterschiedliche Coagents
in deren Ansätzen verwendet. Dies erfolgte
im Anschluss an die Studien über Coagents,
die durch das Verhindern der Zersetzung
von PP über β-Spaltung, die durch freie
Radikale verursacht wird, die Eigenschaften
der TPV-Mischungen beeinflussen
[3]
.
MV IS79 wurde durch das Mischen aller
Komponenten in dem Innenmischer
vorbereitet,
um
eine
vollständige
Durchmischung
der
Wirkstoffe
zu
erzielen. Nach dem Entladen wurde
Peroxid bei niedriger Temperatur einem
Zweiwalzenmischwerk hinzugefügt. Die
Proben für die Untersuchung wurden
durch das 10 Minuten lange Pressen der
Folie in eine Formpressmaschine bei 180°C
erzielt. Die Proben für die mechanischen
Eigenschaften wurden in Längsrichtung
gestanzt.
MV TP79-Mischungen wurden vorbereitet,
indem die bleifreie Mischung (MV-IS79)
mit
thermoplastischem
Polypropylen
(PP) gemischt wurde, entsprechend dem
in der
Tabelle 1
dargestellten Verhältnis.
Beim
Mischverfahren,
während
die
Radikalreaktion
stattfindet
und
die
Temperatur kontinuierlich ansteigt, folgt
das Drehmoment einem charakteristischen
Muster, das graphisch in der
Abb. 2
dargestellt wird
[4,5]
.
Nachdem die Wirkstoffe geladen werden,
nimmt das Drehmoment wegen der
hohen Viskosität der Komponenten bei
niedriger Temperatur zu. Mit der Erhöhung
der Temperatur fängt das Material an
aufzuweichen, das Drehmoment fällt
ab und gleichzeitig findet die Mischung
statt. Während die Radialreaktion beginnt,
erfolgt
die
zeitgleiche
Vernetzung
der Gummiphase und die β-Spaltung
der PP-Phase, mit daraus folgender
Phaseninversion
die
zur
raschen
Erhöhung des Drehmoments führt. Die
Endtemperatur, bei der die TPV nach
zirka acht Minuten Verarbeitung entladen
wurden, lag zwischen 200°C und 220°C.
Die immer noch heißen Compounds
wurden in einem Zweiwalzenmischwerk
kalandriert und eine Folie wurde erzielt;
danach wurden Platten durch das eine
Minute lange Pressen der Folie in einer
Formpressmaschine bei 180°C gewonnen.
Die Proben für die mechanischen
Eigenschaften wurden in Längsrichtung
gestanzt.
Wie in der
Tabelle 2
dargestellt, zeigen alle
Compounds vergleichbare mechanische
Eigenschaften, und zwar Zugfestigkeit
(TS), Bruchdehnung (EB) und TS bei 200%
Dehnung. Die Wahl von PP und dessen
Verhältnis scheinen die mechanischen
Eigenschaften nicht stark zu beeinflussen,
die neben der standardmäßigen MV IS79
liegen. Die Kristallisation des PP führt im
Gegensatz zu einer deutlichen Erhöhung
der Härte (HS), die 48 Shore D für MV
TP79 C ist, d. h. das Compound mit dem
höchsten Gehalt an PP. Wegen der hohen
Viskosität der MV TP79 A und B, wurde
der Schmelzfließindex (MFI) bei 190°C mit
einem Gewicht von 21,6kg gemessen.
Deren
niedriger
Durchsatz
kann
hauptsächlich
zwei
Hauptfaktoren
zugeschrieben werden: das Verhältnis
zwischen den thermoplastischen und den
elastomerischen Phasen und die Wahl
eines PP mit einem niedrigen MFI bei
Prüftemperatur.
Dennoch kann festgestellt werden, dass
durch ein sorgfältiges Abwägen des
Verhältnisses zwischen den zwei Phasen
und einer genauen Auswahl des PP, ein
MFI für MV TP79 C erzielt werden konnte,
das mit dem standardmäßigen MV IS79
vergleichbar ist. Diese Ergebnisse sind
durch rheologische Studien bestätigt, die
im Abschnitt 2.3 dargestellt werden.
Zum Vergleich und um die erfolgreiche
Erreichung
der
MV
TPV-Compounds
hervorzuheben, wurden Referenzmaterialien
ohne Peroxid hergestellt. Dabei konnte
bei diesen Compounds die dynamische
Vulkanisation nicht nach demDurchmischen
der Komponente stattfinden.
Das Referenzcompound MV Ref AB
zeigt die gleiche Zusammensetzung
von MV TP79 A und B (ohne Peroxid und
Coagents), das Referenzcompound MV
Ref C ist als MV TP79 C (ohne Peroxid)
formuliert worden.
TPV Zusammensetzung MV TP79 A
MV TP79 B
MV TP79 C
MV IS79
75%
75%
70%
PP
-1
25%
25%
20%
PP
-2
-
-
10%
1
d = 0.891 gr/cm
3
, MFI (230ºC; 2.16kg) = 8.0 gr/10min;
2
d = 0.900 gr/cm
3
, MFI (230ºC; 2.16
kg) = 10.0 gr/10 min
▲
▲
Tabelle 1
:
Formulierung von MV TPVs
MV
IS79
MV
TP79 A
MV
TP79 B
MV
TP79 C
TS
1
[N/mm
2
]
16.61
17.31
17.19
15.73
EB
1
[%]
321
360
310
341
TS @ 200% [N/
mm
2
]
14.23
13.57
14.48
13.62
HS
2
[Shore A-D]
80-/
96-45
95-46
96-48
MFI
3
[gr/10min]
27.6
4
4.4
4.2
21.3
1
ASTM D412;
2
ASTM D2240;
3
ASTM D1238 (190ºC, 21.6kg),
4
An der Mischung ohne Peroxid
gemessen
▼
▼
Tabelle 2
:
Typische physikalische Eigenschaften der MV-Isoliermischungen
▼
▼
Abb. 2
:
Abbildung der Drehmomentmuster in
Abhängigkeit der Zeit während der Produktion
von MV TPV-Compounds. Die drei wichtigsten
Schritte des Verfahrens sind angegeben
▼
▼
Abb. 3
:
DDK-Analyse von ungehärtetes (oben)
und gehärtetes (unten) MV IS79. Punktierte
Linie: graphische Abbildung der Grundlinie,
die benutzt wird um die Reaktionsenthalpie zu
berechnen
Hitze file Endo oben
Temperatur [ºC]
Zeit [Minute]
Drehmoment
Laden Mischen
Dynamischez
Vulkanisation