Einflüsse der Silanisierung auf die rheologischen und physikalischen Eigenschaften hell gefüllter technischer Elastomermischungen

Abstract

Die vorliegende Arbeit setzt sich mit den Einflüssen der Silanisierung auf die Eigenschaften einer ausgewählten kieselsäuregefüllten Elastomermischung auseinander. Zur Untersuchung werden die rheologischen und physikalischen Eigenschaften herangezogen. Zunächst gibt die vorliegende Diplomarbeit dazu einen Überblick über die theoretischen Grundlagen der Verstärkung von Elastomermischungen durch aktive Füllstoffe und den Prozess der Silanisierung. Im anschließenden praktischen Teil dieser Forschungsarbeit werden die Einflüsse von ausgewählten Prozessparametern auf die Silanisierung mit dem Silan TESPT diskutiert. Eine Beurteilung dieser erfolgt anhand von rheologischen, mechanischen und dynamisch-mechanischen Prüfmethoden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Silanisierung im Zuge der Herstellung der untersuchten kieselsäuregefüllten Kautschukmischung die Eigenschaften deutlich verbessert. Weiters wurde untersucht, inwiefern sich die Eigenschaften der betrachteten Elastomermischung durch den Einsatz von Silanen mit anderer chemischer Struktur variieren lassen. Dazu wurde TESPT durch andere in der Industrie häufig eingesetzte Silane ersetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass lediglich durch Variation des eingesetzten Silans ein massiver Einfluss auf die mechanischen und dynamischen Eigenschaften, vor allem aber auf das Vulkanisationsverhalten genommen werden kann. Ein abschließender Vergleich der Eigenschaften von mit in-situ und ex-situ silanisierter Kieselsäure gefüllten Compounds zeigt die jeweiligen Vor- und Nachteile auf. Für den Fall, dass die in-situ Silanisierung bei optimalen Bedingungen durchgeführt wird, konnte gezeigt werden, dass verbesserte mechanische und dynamische Eigenschaften erzielt werden. Grundlegend konnte durch die vorliegende Arbeit festgestellt werden, dass die entstehende Wärme bei dynamischer Beanspruchung durch Silanisierung deutlich reduziert wird.

This study examines the influences of silanization on the properties of a selected silica-filled elastomer compound. To investigate this, rheological and physical properties are utilized. Initially, this thesis provides an overview of the theoretical principles of reinforcing elastomer compounds with active fillers and the process of silanization. In the subsequent practical part of this research, the effects of selected process parameters on silanization with the silane TESPT are discussed. An assessment of this is conducted using rheological, mechanical, and dynamic mechanical testing methods. The results demonstrate that silanization during the mixing of the examined silica-filled rubber compound significantly improves its properties. Furthermore, the study examines how the properties of the considered elastomer compound can be varied by using silanes with different chemical structures. For this purpose, TESPT was replaced with other silanes commonly used in the industry. The results indicate that a substantial influence on the mechanical and dynamic properties, but especially on the vulcanization behavior, can be achieved solely by varying the silane used. A final comparison of the properties of compounds filled with in-situ or ex-situ silanized silica illustrates their respective advantages and disadvantages. In cases where in-situ silanization is performed under optimal conditions, it has been demonstrated that improved mechanical and dynamic properties are achieved. In conclusion, this study fundamentally establishes that the heat generated during dynamic stress is significantly reduced through silanization.