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Längere Lebensdauer für Heizbälge

Es ist höchste Zeit, dass Rizinusöl als bevorzugter Weichmacher für Reifenheizbälge abgelöst wird, sagt Dr. Volker Börger, der Leiter Chemie und Technologie bei Schill+Seilacher „Struktol“.

Worüber werden Sie auf der Konferenz sprechen?
Reifenheizbälge stellen eine große Investition dar und die Maximierung ihrer Nutzungsdauer kann für Reifenhersteller erhebliche finanzielle Auswirkungen haben. Dass die Heizbälge möglichst lange halten, hängt stark davon ab, ob man die Rissbildung im Gummi hinauszögern kann. Aufgrund der extremen Temperaturen und der wiederholten Biegezyklen, denen Heizbälge während ihrer Nutzung ausgesetzt sind, treten die weithin verwendeten niedermolekularen Weichmacher nach und nach aus dem Heizbalg aus. Dieser Weichmacherverlust wiederum führt zu einer höheren Steifigkeit, die physikalischen Eigenschaften werden im Lauf der Zeit beeinträchtigt und schließlich kommt es zur Rissbildung. Risse in Heizbälgen führen schnell zu katastrophalen Ausfällen und den entsprechenden Produktivitätsverlusten.

In den letzten Jahrzehnten hat sich die erwartete Nutzungsdauer eines Heizbalgs verlängert und das Problem des Weichmacheraustritts ist in den Fokus gerückt. Rizinusöl ist noch immer der beliebteste Weichmacher. Auf der Konferenz werde ich daher die neuen Alternativen von Struktol vorstellen: Struktol HT 815 und Struktol HT 820.

Welchen Hintergrund hat dieses Problem?
Rizinusöl ist ein besonders traditioneller Weichmacher und wird oft genannt, wenn es um Mischungen für Heizbälge geht. Das Material wurde zuerst in einem Patent erwähnt, das Goodyear im Jahr 1962 gewährt wurde und in dem Rizinusöl als Ersatz für Mineralölweichmacher vorgeschlagen wurde. Das Patent gab eine längere Nutzungsdauer an, weil man festgestellt hatte, dass die Inkompatibilität mit der unpolaren Butylkautschukmatrix nach Abschluss der Vulkanisierung die Herauslösung aus dem ausgehärteten Reifen vereinfachte.

Fast 60 Jahre, nachdem Goodyear das Patent beantragt hat, wird in den allermeisten modernen Heizbälgen noch immer Rizinusöl verwendet. Die Bestandteile der Rezepturen für Heizbalgmischungen haben sich allgemein kaum verändert.

In den letzten Jahren wurden aber äußere Heizbalgbeschichtungen und Lackierungen auf der Innenseite des Reifens in den Prozess der Reifenherstellung eingeführt. Diese Produkte verbessern die Herauslösung aus dem ausgehärteten Reifen weiter und verlängern dadurch die Nutzungsdauer der Heizbälge. Die Kehrseite ist aber, dass sich durch die längere Nutzungsdauer Austritt und Verdunstung des Weichmachers bemerkbar machen und zum Problem werden.

Erzählen Sie uns mehr über die neuen Weichmacher.
Im Unterschied zu Rizinusöl wurden die neuen Weichmacherprodukte HT 815 und HT 820 von Struktol speziell für Heizbälge entwickelt und enthalten daher reaktive funktionale Gruppen, die sich an der Vernetzung mit der Gummimatrix beteiligen können. Außerdem verlangsamt ihre Polymerstruktur den Austritt bei hohen Temperaturen über lange Zeiträume hinweg. Die Kombination dieser beiden strukturellen Parameter verringert die Verdunstung des Weichmachers erheblich.

In unseren Versuchen haben sowohl der vollständige Ersatz von Rizinusöl durch Struktol HT 815 als auch eine Mischung aus Struktol HT 815 und 3PHR-Rizinusöl den dampf- und hitzegealterten Mustern eine im Vergleich mit der Kontrollmischung, die den typischerweise verwendeten Weichmacher 6PHR-Rizinusöl enthielt, verringerte Wachstumsrate der Biegerissbildung verliehen. Diese Vorteile lassen sich auf die niedrigere Volatilität des Weichmachers zurückführen. Diese führt zu einer geringeren Zunahme der Steifigkeit und diese wiederum zu einer überragenden Widerstandsfähigkeit gegenüber Biegeermüdung.

Welche Herausforderungen bringt diese Technologie mit sich und wie begegnen Sie diesen?
Reifenheizbälge werden wiederholten Biegezyklen unterzogen. Das Material verlangt daher hervorragende Zugverformungsresteigenschaften, um die Leistung über die Lebensdauer des Heizbalgs hinweg zu erhalten. Da unsere Weichmacher am Vernetzungsprozess beteiligt sind, können die Härte- und Moduleigenschaften leicht beeinträchtigt werden, was die Zugverformungsrestleistung verringern kann.

Normalerweise würde der Zugverformungsrest im Verhältnis zur Biegeermüdung stehen, wie es auch mit dem DeMattia-Test gemessen wird. Dank der neuartigen chemischen Struktur der neuen Weichmacher konnten wir dieses Verhältnis aber auflösen – ein echter Durchbruch. Das Ergebnis ist ein ähnliches Zugverformungsrestverhalten, aber mit deutlich verbesserten Biegeermüdungseigenschaften im Vergleich zu Mischungen mit Rizinusöl.

Die Präsentation von Dr. Börger ist Teil des Themenbereichs Neue Werkstoffe für verbesserte Reifenleistung an Tag 2 der Konferenz. Sehen Sie sich hier das gesamte Konferenzprogramm an.

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