EuroWire July 2017

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Technischer artikel
Juli 2017 48
Die Rheologie und die mechanischen
Eigenschaften beider Referenzcompounds
wurden im Vergleich zu den in
diesem Artikel beschriebenen MV
TPV-Compounds analysiert, um unser
Potential aufzuzeigen TPV-Compounds
reproduzierbar und kontrolliert
herzustellen.
2.2 DDK-Analyse
Um das in den Compounds nach dem
Härtungsverfahren verbleibende,
unreagierte Peroxid zu bestimmen, wurde
die DDK durchgeführt. Die Spektren
wurden in einem Perkin-Elmer DSC 6000
in einer inerten Stickstoff-Atmosphäre
von 0°C bis 230°C gemessen, mit einer
Aufheizgeschwindigkeit von 20°C/min,
nachdem die Proben erwärmt und auf
0°C mit einer 10°C/min Geschwindigkeit
abgekühlt wurden. Dieser Ablauf
wurde drei Mal wiederholt. Da jedoch
das Ziel dieser Studie darin lag, das
Verhältnis zwischen anfänglichem und
restlichem Peroxid (nach der Aushärtung
oder dynamische Vulkanisation) zu
quantifizieren, wird nachfolgend lediglich
das erste Heizzyklus präsentiert und
diskutiert.
Zunächst wurde das ungehärtete
MV IS79 analysiert - das 100% des
unreagierten Peroxid enthält - und als
Referenz verwendet. Entsprechend
der in der Abb. 3 dargestellten DDK,
entsprach die aus der Peroxidzersetzung
bewertete Reaktionsenthalpie (ΔH) -8,97
J/g. In derselben Abbildung wird das
DDK-Diagramm des gehärteten MV IS79
(10 Minuten bei 180°C) dargestellt. Ein
ΔH-Wert von -1,16 J/g wurde erfasst,
was einer Restmenge von zirka 13% des
unreagierten Peroxid entspricht.
Dies zeigt, dass MV IS79 fast völlig
vulkanisiert war. Gleichfalls wurde die
Menge an unreagiertem Peroxid der MV
TPV-Compounds errechnet, in Anbetracht,
dass MV TP79 A, B und MV TP79 C jeweils
mit 75% und 70% ungehärteten MV IS79
formuliert wurden.
Aus den gesammelten und in der Abb. 4
dargestellten Daten ausgehend, ergab
sich, dass das in MV TP79 A erfasste
Restperoxid zirka 4% (ΔH = -0,27 J/g)
und MV TP79 B zirka 5% (ΔH = -0,33
J/g) entsprach. Für MV TP79 C lag das
errechnete Restperoxid um 11% (ΔH =
-0,68 J/g). Diese Ergebnisse bestätigen
zweifelsfrei die fast vollständige
Zersetzung des anfänglichen Peroxids
während der dynamischen Vulkanisation.
2.3 Rheologie
Rheologische Studien sind von
wesentlicher Bedeutung, um das
Extrusionsverhalten der Compounds
vorauszusehen. Demzufolge haben
wir die Rheologie bei scheinbaren
Schergeschwindigkeiten von 200s-1
bis 1s-1 in einem Kapillarrheometer
vom Typ Göttfert Rheograph 2002
untersucht. Das L/D des Kapillars lag
bei 30 und die Messungen fanden bei
180°C statt. Die Temperatur wurde
ausgewählt, um die vollständige Fusion
des PP zu ermöglichen. In der Regel sind
standardmäßige Compounds wie MV IS79
bei 125°C vor dem Aushärtungsschritt
gekennzeichnet, dennoch ist das PP bei
dieser Temperatur nicht geschmolzen,
was irreführende Ergebnisse ergibt.
Wegen der hohen Prüftemperatur wurde
MV IS79 ohne Peroxid untersucht, um
die Zersetzung von Peroxid während der
Analyse zu verhindern. Wie zuvor erwähnt,
wurden die Referenzcompounds MV Ref
AB und C in dieser Studie eingeschlossen,
um die Änderung des rheologischen
Verhaltens als Folge der dynamischen
Vulkanisation zu betonen. Die Diagramme
der scheinbaren Scherbeanspruchung
in Abhängigkeit der scheinbaren
Schergeschwindigkeit sind in der Abb. 5
dargestellt.
Die Reaktion von MV IS79 ist typisch
für EPDM/PE-basierte Compounds: die
Scherbeanspruchung nimmt schnell in
einer fast linearen Weise ab, indem die
Schergeschwindigkeit sinkt. Geringe
Abweichungen von einer perfekten
Linearität können festgestellt werden und
werden in der Regel EPDM-Kautschuk
zugeschrieben.
MV Ref AB und C weisen dasselbe Modell
auf, mit der Scherbeanspruchung auf
niedrigere Werte übertragen. Diese
Wirkung wird durch die thermoplastische
Phase verursacht, die eine niedrigere
Viskosität bei dieser Temperatur zeigt.
Dementsprechend, nimmt durch
die Erhöhung des Gehalts an PP, die
Scherbeanspruchung ab. Wegen der
unterschiedlichen Beschaffenheit der MV
TPV-Compounds, ist deren rheologisches
Verhalten sehr unterschiedlich[6,7] .
Im Wesentlichen ergibt sich eine derartige
unterschiedliche Beschaffenheit durch die
elastische Reaktion der elastomerischen
vernetzten Partikeln, was bei niedrigen
Scherbeanspruchungen vorherrschend
ist. Bei hohen Scherbeanspruchungen
unterliegt im Gegensatz das Verhalten der
TPV-Compounds der thermoplastischen
Phase. Infolgedessen weisen die drei MV
TPV-Compounds ein ähnliches Verhalten
wie das der Referenzcompounds bei
hohen Schergeschwindigkeiten auf.
Bei niedrigen Schergeschwindigkeiten
sind die Kurven ansonsten deutlich
abweichend.
Fokussiert man sich nur auf die MV
TPV-Compounds, wie bereits für die MFI
im Abschnitt 2.1 erwähnt, durch das
sorgfältige Abwägen der Components
und einer richtigen Auswahl des PP, wird
es ermöglicht, das rheologische Verhalten
der TPV MV-Compounds „abzustimmen“,
indem die thermomechanischen
Eigenschaften erhalten bleiben oder sogar
verbessert werden.
In dieser Hinsicht, zeigt MV TP79 C
niedrigere Beanspruchungen d. h.
Viskosität auf, bis zu sehr niedrigen
Schergeschwindigkeiten gemeinsam
mit den besten thermomechanischen
Eigenschaften unter den erforschten TPV
MV-Compounds.
▲ ▲ Abb. 4: DDK-Analyse von MV TP79 A (oben), MV TP
79 B (Mitte) und MV TP79 C (unten)
▲ ▲ Abb. 5: Scheinbare Scherbeanspruchung abhängig
von der scheinbaren Schergeschwindigkeit, bei
180ºC der MV-Isoliermischungen gemessen.
Punktierte Linien: Referenzmischungen
MV
TP79 A
MV
TP79 B
MV
TP79 C
Wärmedruckprüfung1 [%] n.a.2 27 3
Längsschrumpfung1 [%] 14 11 2
▼ ▼ Tabelle 3 : Prüfungen des Wärmedrucks und der Längsschrumpfung bei 130ºC der MV TPV-Compounds
▼ ▼ Abb. 6: Spannungs-Dehnungs-Diagramme
der MV-Isoliermischungen. Punktierte Linien:
Referenzmischungen
TS [N/mm
2 ]
EB [%]
Temperatur [ºC]
Hitze file Endo oben
Scheinbare Scherspannung [Pa]
Scheinbare Scherrate [S-1]
1CEI 20-86; 2Nicht anwendbar