Extrusion 1-2026

Extrusion 1/2026 38 häufigsten eingesetzte Füllstoff ist Ruß. Durch die Einlage- rung von Rußpartikeln werden die mechanischen Eigen- schaften wie Steifigkeit und Abriebfestigkeit durch die Ausbildung eines stabilen Füllstoff-Polymer-Netzwerks deutlich verbessert [Dan86]. Neben diesem erwünschten Netzwerk bildet sich jedoch ebenfalls ein Füllstoff-Füllstoff- Netzwerk, das unter Krafteinwirkung zerstört und nach einer gewissen Zeit wieder aufgebaut werden kann. Dieses reversible Verhalten wird als Payne-Effekt bezeichnet [Cas16]. Da Ruß mit Kautschuken eine gute Verträglichkeit zeigt und stabile Netzwerke ausbildet, ist der Payne-Effekt in rußgefüllten Mischungen besonders ausgeprägt. Dies führt unter Umständen zu einem höheren Rollwiderstand und einer reduzierten Nasshaftung [RS13, HLK+20]. Laufstreifenmischungen werden seit einigen Jahren statt mit Ruß mit Silica als Hauptfüllstoff versehen. Die Kiesel- säure wird dabei in situ – das heißt während des Misch- prozesses – durch Zugabe von Silanen oberfächen- modifiziert. Hierdurch wird eine Verbesserung von Nass- haftung und Rollwiderstand bei gleichzeitig hoher Abrieb- festigkeit und Steifigkeit erzielt. Silica neigt aufgrund seiner polaren Oberfläche zunächst zur Ausbildung starker Füll- stoff-Füllstoff-Wechselwirkungen, was die Dispersion im Kautschuk erschwert. Durch die Silanisierung können diese Netzwerke jedoch reduziert und stabile Füllstoff-Polymer- Verknüpfungen erzeugt werden. Das resultierende System weist im vernetzten Zustand kovalente Bindungen zwi- schen Kieselsäure und Polymer auf, was zu niedrigerem Rollwiderstand und verbesserter Nasshaftung führt [HM16, KMN17, Lim12, Wol94, RS13]. Es ist jedoch zu beachten, dass der Zusatz von Füllstoffen nicht nur positive Auswirkungen auf die Gebrauchseigen- schaften hat, sondern auch die Verarbeitbarkeit negativ be- einflussen kann. Hoch gefüllte rußgefüllte Mischungen als auch Silica-Silan-Systeme weisen eine sehr hohe Viskosität auf, wodurch die Verarbeitung im Extrusionsprozess deut- lich anspruchsvoller wird [HLK+20, Lim12]. So sind zum Beispiel Druckverluste an Werkzeugen sehr hoch; auch das homogene Plastifisieren in tiefgeschnittenen Schnecken größerer Extruder erweist sich als schwierig und in Rand- bereichen des Austritts von Extrusionswerkzeugen kann es zu Stagnationen des Materialaustritts kommen. Neben diesen rezepturbedingten Einflüssen wirkt sich auch der Mischprozess selbst stark auf die Dispersion und Distribution der Füllstoffe, aus, was wiederum erhebliche Konsequenzen für die rheologischen Eigenschaften der Reifenmischungen hat [Lim12]. Obwohl bereits bekannt ist, dass die rheologischen Ei- genschaften der Reifenmischungen die Ausprägung des Extrudatschwellens, das Auftreten von Oberflächenfehlern und den Verzug infolge inhomogener Fließgeschwindig- keitsverteilung bei der Herstellung von Reifenstreifen maß- geblich beeinflussen können [HLK+20], existiert bislang keine verlässliche Methode, um Verarbeitungsprobleme bei der Extrusion im Vorfeld vorherzusagen. Mithilfe einer Garvey-Düse lässt sich zwar die Extrudierbarkeit von un- vulkanisierten Reifenmischungen bewerten, indem das durch die charakteristische Geometrie des Werkzeugs ex- trudierte Profil visuell auf Defekte wie Risse, Rauigkeiten oder Formabweichungen untersucht wird [BRS18]. Diese Vorgehensweise liefert jedoch lediglich eine qualitative Be- wertung, ohne die Möglichkeit, die Ergebnisse auf quanti- tative Kenngrößen zu übertragen oder einen direkten Bezug zu den rheologischen Fließeigenschaften der Rei- fenmischungen herzustellen [BRS18]. In einem neuen Forschungsvorhaben soll daher unter- sucht werden, wie sich für hochgefüllte Reifenmischungen ein belastbarer Zusammenhang zwischen den rheologi- schen Eigenschaften und charakteristischen Extrusions- phänomenen wie Extrudatschwellung und Oberflächen- defekten herstellen lässt. Dabei werden neben dem Füll- stoffgehalt insbesondere die Einflüsse des Mischprozesses berücksichtigt. Mit den generierten Erkenntnissen wird es möglich sein zu bewerten, inwieweit sich die Extrudierbar- keit bereits aus rheologischen Parametern ableiten und vorhersagen lässt, um die Produktivität und Produktquali- tät zu erhöhen und die Ausschussquote in der Produktion zu verringern. Material und methodisches Vorgehen zur Bewertung der Extrudierbarkeit Zunächst werden die zu untersuchenden Reifenmi- schungen hergestellt. Da das Molekulargewicht und die Molekulargewichtsverteilung die rheologischen Eigen- schaften maßgeblich beeinflussen [KMN17], wird die Zu- sammensetzung der entsprechend unterschiedlichen Reifenmischungen gezielt variiert. Zudem wird noch zur gezielten Veränderung der Füllstoffdispersion der Misch- prozess entsprechend angepasst. Die so hergestellten Rei- fenmischungen werden anschließend sowohl rheologisch charakterisiert als auch in Extrusionsversuchen unter- sucht. Die rheologischen Messungen werden mithilfe des Rub- ber Process Analyzers (RPA) sowie eines Hochdruck-Kapil- larrheometers (HKR) durchgeführt. Während die RPA- Messungen insbesondere Aufschluss über das Relaxati- onsverhalten und die viskoelastische Eigenschaften der Mi- schungen geben, ermöglichen die HKR-Messungen nicht nur die Erfassung der Scherviskosität, sondern auch die Quantifizierung des Schwellenverhaltens. Die Viskosität und das Relaxationsvermögen bestimmen das Druckni- veau im Extruder sowie die Ausprägung des Extrudat- schwellens. Die präzise Erfassung der Extrudatoberflächen am Kapillarrheometer ist dabei eine notwendige Voraus- setzung für die Bewertung der Extrudierbarkeit. Im nächsten Schritt wird ein Extrusionswerkzeug ent- wickelt, das die Untersuchung des prozessnahen Fließver- haltens erlaubt. Die Geometrie dieses Werkzeugs wird auf Grundlage der zuvor ermittelten rheologischen Kenngrö- ßen unter Zuhilfenahme der Strömungssimulationssoft- ware ausgelegt. Ziel ist es, eine Werkzeuggeometrie zu schaffen, die einerseits eine sensitive Erfassung von Insta- bilitäten wie Extrudatschwellung und Oberflächendefek- ten ermöglicht, anderseits aber eine quantitative Vergleichbarkeit mit den Simulationsergebnissen sicher- stellt. Eine Prinzipskizze des Extrusionswerkzeugs ist im Bild dargestellt. Dieses Extrusionswerkzeug weist sowohl Innen- als auch Extrusion und Kautschuktechnologie – Aus der Forschung