Struktur-Eigenschaftsbeziehungen schwefelvernetzter Elastomere

Abstract

Um die Eigenschaften eines Elastomers schon in der Zusammenstellung der Materialien oder beim Produktionsprozess steuern zu können, ist eine genaue Kenntnis der Einflussfaktoren notwendig. Die Kautschukbranche ist sehr traditionsreich, weshalb viele Erkenntnisse aus der Erfahrung resultieren. Systematische Untersuchungen der Zusammenhänge zwischen Formulierung, Struktur und Eigenschaften gibt es daher wenig. Zusätzlich kommt erschwerend hinzu, dass die Einflüsse auf die Eigenschaften nicht immer klar voneinander getrennt werden können. Die vorliegende Arbeit fokussiert sich auf den Einfluss des Schwefel- und Beschleunigergehalts auf die Vernetzungsdichte und die Schwefelbrückenlänge sowie den Einfluss der Elastomerstruktur (Vernetzungsdichte und Schwefelbrückenlänge) auf die mechanischen Eigenschaften. Hierfür werden zunächst Vorversuche zum Herstellungsprozess durchgeführt, die eine Reproduzierbarkeit der Materialeigenschaften garantieren sollen. Da insbesondere eine unzureichende Dispergierung des Materials durch die Bildung von Agglomeraten zu einem frühzeitigen Versagen bei mechanischen Prüfungen führen kann, werden die Mischbedingungen bei der Materialherstellung optimiert. Weiterhin wird der Vulkanisationszustand genau definiert, um eine Über- oder Untervernetzung zu vermeiden. Im Kern der Arbeit wird systematisch das Vernetzungssystem, das heißt Schwefel- und Beschleunigeranteil der Rezeptur geändert, um gezielte Elastomerstrukturen mit unterschiedlicher Vernetzungsdichte und unterschiedlicher Schwefelbrückenlänge herzustellen. Durch eine umfassende Charakterisierung der so hergestellten Elastomere werden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen entwickelt. Da die Rezepturänderung nur ein Stellparameter für eine Eigenschaftsvariation von vielen ist, wird abschließend ein Ausblick über den Einfluss der Herstellungsbedingungen (Vernetzungstemperatur und -zeit) gegeben, welche ebenfalls einen Einfluss auf die Struktur und damit die Eigenschaften haben.