Bewertung der stofflichen Homogenität von Kautschukmischungen durch Einsatz der Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

Klie, Benjamin; Haberstroh, Edmund; Hopmann, Christian

doi:HT019103291

Bewertung der stofflichen Homogenität von Kautschukmischungen durch Einsatz der Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) = Evaluation of mixing quality by analyzing the substantial homogeneity of rubber compounds using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

Klie, Benjamin

2016

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Benjamin Klie

ImpressumAachen 2016

Umfang1 Online-Ressource (219 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2016

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Haberstroh, Edmund (Thesis advisor) ; Hopmann, Christian (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-06-16

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-069632
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/668713/files/668713.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/668713/files/668713.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Mischungsqualität (frei) ; Kautschukmischung (frei) ; Innenmischer (frei) ; LIBS (frei) ; Füllstoffdispersion (frei) ; Verteilungsgüte (frei) ; mixing quality (frei) ; rubber compound (frei) ; internal mixer (frei) ; filler dispersion (frei) ; Laser Induced Breakdown Spectroscopy (frei) ; distributive mixing efficiency (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Ein bedeutender Wirtschaftszweig in der kautschukverarbeitenden Industrie beschäftigt sich mit der Verbesserung der Mischprozesse der Silica/Silan-Technologie und der diskontinuierlichen batchweisen Herstellung entsprechender Kautschukmischungen im Kautschuk-Innenmischer-Mischprozess. Sowohl für die Hersteller technischer Gummiwaren als auch für die Produzenten von Reifen ist ein effektiver Mischprozess (sowohl dispersiv als auch distributiv) notwendig, um die gewünschten Materialeigenschaften des jeweiligen Endproduktes erreichen zu können. Die Einarbeitung und Dispersion des aktiven Füllstoffs Kieselsäure wird dabei durch den großen Polaritätsunterschied zwischen unpolarem Kautschuk und der hochpolaren Kieselsäure erschwert. Dieser Effekt beeinflusst darüber hinaus die Verteilungsgüte anderer Mischungs-bestandteile und damit die zu erreichende Mischungshomogenität. Während die zur Analyse der Makrodispersion der Füllstoffpartikel angewandte Methode der Auflichtmikroskopie mit Bildverarbeitung in der Industrie erprobt und weitgehend ausgereift ist, so ist die Analyse der distributiven Mischeffizienz hinsichtlich der homogenen Verteilung von Mischungsbestandteilen über dem Batchvolumen anhand eines speziellen Markers durch Einsatz der LIBS in der kautschukverarbeitenden Industrie bisher weitgehend unbekannt. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit haben gezeigt, dass die Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) unter Atmosphärenbedingungen (ohne Vakuum) eine geeignete Methode ist, die Verteilungsgüte von Mischungsbestandteilen innerhalb einer Charge Kautschukmischung zu untersuchen. Sowohl für rußfreie als auch rußgefüllte Mischungen ist die Methode anwendbar und ermöglicht durch die sehr kurze Messdauer (hier: ca. 40 s für die Untersuchung einer ungefähr briefmarkengroßen Prüfkörper-oberfläche) eine statistisch repräsentative Aussage über die distributive Mischungsgüte eines Markers (hier: Zink).

A key sector of the rubber processing industry deals with improving mixing processes in silica/silane technology and with the discontinuous batch production of the corresponding rubber compounds in the rubber internal mixer compounding process. To achieve the desired material properties in the respective end product, both producers of technical rubber products and tire makers are in need of a mixing process that is effective (in terms of both dispersion and distributive mixing efficiency). Major differences in polarity between nonpolar rubber and highly polar silica impede the incorporation and dispersion of silica, the active filler. This effect also influences the quality of distributive mixing of other compound ingredients and thus the compound homogeneity that is to be attained.Whereas the reflected-light microscopy method, with image processing, has been tested and fully developed for industrial grade use in analyzing filler particle macrodispersion, employment of Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) remains relatively unknown in rubber processing as a means of analyzing distributive mixing efficiency via determination of the homogeneous distribution of a specific marker across a batch volume.The results of this research activity have shown that under atmospheric conditions (with no vacuum), LIBS is a suitable method for analyzing the distributive mixing quality of components within a rubber compound batch. The method can be applied both in compounds free of carbon black fillers and in those containing carbon black fillers. Thanks to its very short measurement time (here: approx. 40 s for analysis of a roughly postage-stamp-sized specimen surface), it yields a statistically representative statement as to the distributive quality of a marker (like zinc) in the used compound.

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