DE112022004194T5

DE112022004194T5 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs mit Elastomer und Füllstoff

Info

Publication number: DE112022004194T5
Application number: DE112022004194.3T
Authority: DE
Inventors: Martin C. Green; Carlos Andres Echavarria Yepes
Original assignee: Beyond Lotus LLC
Current assignee: Beyond Lotus LLC
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2022-09-02
Publication date: 2024-07-25
Also published as: NL2032946A; FR3126641A1; NL2032946B1; WO2023034575A1; TW202319207A; CN117940260A; US20240425652A1; JP2024534893A

Abstract

Offenbart sind Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs aus zumindest einem festen Elastomer und einem feuchten Füllstoff. In einem oder mehreren Mischschritten weist das Verfahren das Mischen zumindest des festen Elastomers und des feuchten Füllstoffs zur Bildung eines Gemischs und das Entfernen zumindest eines Teils der Flüssigkeit aus dem Gemisch durch Verdampfen auf. Ein oder mehrere Rotoren des Mischers sind mechanisch mit einem Mischermotor gekoppelt, und zumindest ein Teil des Mischens in Schritt (b) wird unter Leistungssteuerung durchgeführt, wobei die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren durch eine Steuerung gesteuert wird, die (i) eine Differenz zwischen einer gemessenen Mischermotorleistung und einem Leistungssollwert berechnet und (ii) die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren anpasst, wenn die gemessene Mischermotorleistung von dem Leistungssollwert abweicht.

Description

Gebiet der Erfindung
Offenbart sind Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen durch Mischen von zumindest festem Elastomer und feuchtem Füllstoff, bei denen ein Teil des Mischens unter Leistungssteuerung erfolgt. Ebenfalls offenbart sind Verbundwerkstoffe, die nach den vorliegenden Verfahren hergestellt werden, und entsprechende Vulkanisate, die aus diesen Verbundwerkstoffen gewonnen werden.
Hintergrund
In der Kautschukindustrie besteht immer der Wunsch, Methoden zur Dispersion von Füllstoffen in Elastomeren zu entwickeln, und es ist besonders wünschenswert, Methoden zu entwickeln, die in Bezug auf Qualität, Zeit, Aufwand und/oder Kosten der Füllstoffdispersion effizient sind.
Zahlreiche Produkte von kommerzieller Bedeutung bestehen aus Elastomerzusammensetzungen, in denen ein verstärkender Füllstoff in verschiedenen synthetischen Elastomeren, Naturkautschuk oder Elastomermischungen dispergiert ist. Ruß und Kieselerde werden beispielsweise häufig zur Verstärkung von Naturkautschuk und anderen Elastomeren verwendet. Üblicherweise wird ein Masterbatch hergestellt, d. h. eine Vormischung aus verstärkendem Füllstoff, Elastomer und verschiedenen optionalen Zusatzstoffen, wie z. B. Extenderöl. Solche Masterbatches werden dann mit Verarbeitungs- und Aushärtungsadditiven gemischt und ergeben nach der Aushärtung zahlreiche Produkte von kommerzieller Bedeutung.
Eine gute Dispersion des verstärkenden Füllstoffs in Kautschukmischungen ist ein anerkannter Faktor für die Erzielung mechanischer Festigkeit und gleichmäßiger Leistung von Elastomerverbundstoffen und Kautschukmischungen. Es wurden beträchtliche Anstrengungen zur Entwicklung von Methoden zur Verbesserung der Dispersionsqualität unternommen, und es wurden verschiedene Lösungen für diese Herausforderung angeboten. So kann beispielsweise ein intensiveres Mischen die Dispersion des verstärkenden Füllstoffs verbessern, aber das Elastomer, in das der Füllstoff dispergiert wird, verschlechtern. Dies ist besonders problematisch bei Naturkautschuk, der sehr anfällig für mechanische/thermische Zersetzung ist, insbesondere unter trockenen Mischbedingungen.
Dementsprechend besteht die Notwendigkeit, Verfahren zu entwickeln, mit denen Füllstoffe in feste Elastomere eingearbeitet werden können, um eine akzeptable oder verbesserte Qualität der Elastomerverbunddispersion und Funktionalität von Elastomerverbund-Masterbatches zu erreichen, was sich in akzeptablen oder verbesserten Eigenschaften der entsprechenden vulkanisierten Kautschukmischungen und Kautschukartikel umsetzen lässt.
Zusammenfassung
Ein Aspekt sieht ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs vor, das Folgendes aufweist:

(a) Beschicken eines einen oder mehreren Rotoren aufweisenden Mischers mit zumindest einem festen Elastomer und einem feuchten Füllstoff, der einen Füllstoff und eine Flüssigkeit aufweist, die in einer Menge von zumindest 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs, vorliegt;
(b) Mischen in einem oder mehreren Mischschritten von zumindest dem festen Elastomer und dem feuchten Füllstoff, um eine Mischung zu bilden, und Entfernen von zumindest einem Teil der Flüssigkeit aus der Mischung durch Verdampfen, und in zumindest einem der Mischschritte Durchführen des Mischens, wobei zumindest eines von dem Folgenden gilt:
1. (i) der Mischer über zumindest eine Temperaturregelung verfügt, die auf eine Temperatur, Tz, von 65°C oder höher eingestellt ist, und
2. (ii) der eine oder die mehreren Rotoren während zumindest 50 % der Mischzeit mit einer Spitzengeschwindigkeit von zumindest 0,6 m/s arbeiten; und
(c) Austragen des den in dem Elastomer dispergierten Füllstoff aufweisenden Verbundwerkstoffs aus dem Mischer mit einer Beladung von zumindest 20 phr, wobei der Verbundwerkstoff einen Flüssigkeitsgehalt von nicht mehr als 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, aufweist,

Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, das Folgendes aufweist:

(a) Beschicken eines einen oder mehreren Rotoren aufweisenden ersten Mischers mit zumindest einem festen Elastomer und einem feuchten Füllstoff, der einen Füllstoff und eine Flüssigkeit aufweist, die in einer Menge von zumindest 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs, vorliegt;
(b) Mischen in einem oder mehreren Mischschritten von zumindest dem festen Elastomer und dem feuchten Füllstoff, um eine Mischung zu bilden, und Entfernen von zumindest einem Teil der Flüssigkeit aus der Mischung durch Verdampfen, und in zumindest einem der Mischschritte Durchführen des Mischens, wobei zumindest eines von dem Folgenden gilt:
1. (i) der Mischer über zumindest eine Temperaturregelung verfügt, die auf eine Temperatur, Tz, von 65°C oder höher eingestellt ist, und
2. (ii) der eine oder die mehreren Rotoren während zumindest 50 % der Mischzeit mit einer Spitzengeschwindigkeit von zumindest 0,6 m/s arbeiten,
wobei der eine oder die mehreren Rotoren mechanisch mit einem Mischermotor gekoppelt sind und zumindest ein Teil des Mischens in Schritt (b) unter Leistungssteuerung durchgeführt wird, bei der die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren durch eine Steuerung gesteuert wird, die (i) eine Differenz zwischen einer gemessenen Mischermotorleistung und einem Leistungssollwert berechnet und (ii) die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren anpasst, wenn die gemessene Mischermotorleistung von dem Leistungssollwert abweicht;
(c) Austragen der den im Elastomer dispergierten Füllstoff aufweisenden Mischung mit einer Beladung von zumindest 20 phr aus dem ersten Mischer, wobei die Mischung einen Flüssigkeitsgehalt aufweist, der auf eine Menge reduziert ist, die geringer ist als der Flüssigkeitsgehalt zu Beginn von Schritt (b); und
(d) Mischen der Mischung aus (c) in einem zweiten Mischer, um den Verbundwerkstoff zu erhalten.

(a) Beschicken eines einen oder mehreren Rotoren aufweisenden ersten Mischers mit zumindest einem festen Elastomer und einem feuchten Füllstoff, der einen Füllstoff und eine Flüssigkeit aufweist, die in einer Menge von zumindest 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs, vorliegt;
(b) Mischen in einem oder mehreren Mischschritten von zumindest dem festen Elastomer und dem feuchten Füllstoff, um eine Mischung zu bilden, und Entfernen von zumindest einem Teil der Flüssigkeit aus der Mischung durch Verdampfen, und in zumindest einem der Mischschritte Durchführen des Mischens, wobei zumindest eines von dem Folgenden gilt:
1. (i) der Mischer über zumindest eine Temperaturregelung verfügt, die auf eine Temperatur, Tz, von 65°C oder höher eingestellt ist, und
2. (ii) der eine oder die mehreren Rotoren während zumindest 50 % der Mischzeit mit einer Spitzengeschwindigkeit von zumindest 0,6 m/s arbeiten,
(c) Austragen der den im Elastomer dispergierten Füllstoff aufweisenden Mischung mit einer Beladung von zumindest 20 phr aus dem ersten Mischer, wobei die Mischung einen Flüssigkeitsgehalt aufweist, der auf eine Menge reduziert ist, die geringer ist als der Flüssigkeitsgehalt zu Beginn von Schritt (b); und
(d) Mischen der Mischung aus (c) in einem zweiten Mischer, um den Verbundwerkstoff zu erhalten,

Im Hinblick auf jeden Aspekt oder jedes Verfahren oder Ausführungsbeispiel, die hier offenbart sind, kann das Verfahren gegebenenfalls ferner eine oder mehrere der folgenden Ausführungsformen aufweisen: zumindest ein Teil des Mischens in Schritt (b) wird unter PID-Leistungssteuerung durchgeführt; der Leistungssollwert, ausgedrückt als spezifische Leistung, liegt im Bereich von 1 bis 10 kW/kg; für (i) berechnet die Steuerung kontinuierlich die Differenz zwischen der gemessenen Mischermotorleistung und dem Leistungssollwert; die Steuerung berechnet die Differenz zwischen der gemessenen Mischermotorleistung und dem Leistungssollwert in festgelegten Zeitintervallen im Bereich von 0,05 s bis 5 s, z. B. von 0,05 s bis 1 s; für (ii) passt die Steuerung kontinuierlich die Drehzahl des einen oder der mehreren Rotoren an, wenn die gemessene Mischermotorleistung von dem Leistungssollwert abweicht; für (ii) passt die Steuerung kontinuierlich die Drehzahl des einen oder der mehreren Rotoren an, wenn die gemessene Mischermotorleistung von dem Leistungssollwert abweicht; die Steuerung berechnet automatisch die Differenz zwischen einer gemessenen Mischermotorleistung und einem Leistungssollwert und passt die Drehzahl des einen oder der mehreren Rotoren an, wenn die gemessene Mischermotorleistung von dem Leistungssollwert abweicht.
Im Hinblick auf jeden Aspekt oder jedes Verfahren oder Ausführungsbeispiel, die hier offenbart sind, kann das Verfahren gegebenenfalls auch eines oder mehrere der folgenden Ausführungsbeispiele aufweisen: der Mischer wird mit dem festen Elastomer beschickt und das Mischen wird nach der Beschickung des Mischers mit dem feuchten Füllstoff unter Leistungssteuerung durchgeführt; das Verfahren weist das Beschicken des Mischers mit zumindest zwei Teilen des feuchten Füllstoffs auf und das Mischen wird nach der Beschickung des Mischers mit einem ersten Teil des feuchten Füllstoffs unter Leistungssteuerung durchgeführt; das Mischen wird nach der Beschickung des Mischers mit jedem Teil des feuchten Füllstoffs unter Leistungssteuerung durchgeführt; der erste Teil der zumindest zwei Teile des feuchten Füllstoffs beträgt zumindest 50 Gew.-% der Gesamtmenge des feuchten Füllstoffs, mit dem der Mischer beschickt wird; das feste Elastomer wird vor dem Beschicken des Mischers mit zumindest einem Teil des feuchten Füllstoffs geknetet; das feste Elastomer wird vor dem Beschicken des Mischers mit zumindest einem Teil des feuchten Füllstoffs nicht geknetet.
Im Hinblick auf jeden Aspekt oder jedes Verfahren oder Ausführungsbeispiel, die hier offenbart sind, kann das Verfahren gegebenenfalls auch eines oder mehrere der folgenden Ausführungsbeispiele aufweisen: der feuchte Füllstoff weist eine Flüssigkeit in einer Menge von zumindest 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs, z.B. im Bereich von 40 bis 65 Gew.-%, auf; der Füllstoff weist zumindest ein Material auf, das aus kohlenstoffhaltigen Materialien, Ruß, Siliziumdioxid, Nanocellulose, Lignin, Tonen, Nanotonen, Metalloxiden, Metallcarbonaten, Pyrolysekohlenstoff, Graphenen, Graphenoxiden, reduziertem Graphenoxid, Kohlenstoff-Nanoröhren, einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren, mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren und Kombinationen davon ausgewählt ist, sowie beschichtete und behandelte Materialien davon; der Füllstoff ist ausgewählt aus Reishülsenkieselsäure, Lignin, Nanocellulose, hydrothermalem Kohlenstoff und technischen Polysacchariden und Kombinationen davon sowie beschichteten und behandelten Materialien davon; der Füllstoff ist ausgewählt aus Kohlenstoff-Nanostrukturen; der Füllstoff ist ausgewählt aus Ruß, Siliziumdioxid, siliziumbehandeltem Ruß und Mischungen davon; der Füllstoff ist ausgewählt aus Ruß und siliziumbehandeltem Ruß und Mischungen davon; zumindest 50 % des Füllstoffs sind ausgewählt aus Ruß und siliziumbehandeltem Ruß und Mischungen davon; das feste Elastomer ist ausgewählt aus Naturkautschuk, funktionalisiertem Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, funktionalisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk, funktionalisiertem Polybutadien-Kautschuk, Polyisopren-Kautschuk, Polyisopren-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Elastomere auf Isobutylen-Basis, PolychloroprenKautschuk, Nitril-Kautschuk, hydrierter Nitril-Kautschuk, Polysulfid-Kautschuk, Polyacrylat-Elastomere, Fluor-Elastomere, Perfluor-Elastomere, Silikon-Elastomere und Mischungen davon.
Im Hinblick auf jeden Aspekt oder jedes Verfahren oder Ausführungsbeispiel, die hier offenbart sind, kann das Verfahren gegebenenfalls auch eines oder mehrere der folgenden Ausführungsbeispiele aufweisen: der eine oder die mehreren Rotoren sind ausgewählt aus Zwei-Flügel-Rotoren, Vier-Flügel-Rotoren, Sechs-Flügel-Rotoren, Acht-Flügel-Rotoren und einem oder mehreren Schrauben-Rotoren; der eine oder die mehreren Rotoren sind ausgewählt aus Vier-Flügel-Rotoren, Sechs-Flügel-Rotoren und Acht-Flügel-Rotoren; der eine oder die mehreren Rotoren sind ausgewählt aus ineinandergreifenden Rotoren; die Mischzeit, definiert als die Zeit des Aufladens in (a) bis zur Zeit des Austragens in (c), liegt im Bereich von 1 Min. bis 9 Min., z.B. von 3 Min. bis 6 Min.
Im Hinblick auf jeden Aspekt oder jedes Verfahren oder Ausführungsbeispiel, die hier offenbart sind, kann das Verfahren gegebenenfalls auch eines oder mehrere der folgenden Ausführungsbeispiele aufweisen: das Mischen wird in zwei oder mehr Mischschritten durchgeführt; der Mischer in (a) ist ein erster Mischer und das Verfahren weist ferner das Mischen zumindest eines Teils des Verbundwerkstoffs aus (c) in einem zweiten Mischer auf; der Mischer in (a) ist ein erster Mischer und das Verfahren weist ferner auf: (d) Mischen zumindest eines Teils des Verbundwerkstoffs aus (c) in einem zweiten Mischer, wobei der zweite Mischer unter zumindest einer der folgenden Bedingungen betrieben wird: (i) ein Stößeldruck von 5 psi oder weniger; (ii) ein auf zumindest 75 % seines höchsten Niveaus angehobener Stößel; (iii) ein im Schwebezustand betriebener Stößel; (iv) ein Stößel, der so positioniert ist, dass er die Mischung nicht wesentlich berührt; (v) der Mischer ist stößellos; und (vi) ein Füllfaktor der Mischung liegt im Bereich von 25 % bis 70 %; und (e) Austragen des Verbundwerkstoffs mit einem Flüssigkeitsgehalt von weniger als 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, aus dem zweiten Mischer; der erste und der zweite Mischer sind derselbe; der erste und der zweite Mischer sind unterschiedliche Mischer; der erste und der zweite Mischer sind zusammen ein Tandemmischer; der zweite Mischer ist stößellos; für das Mischen in (d) wird der zweite Mischer unter zumindest einer der folgenden Bedingungen (i) bis (vi) für zumindest 50 % der Mischzeit betrieben.
Im Hinblick auf jeden Aspekt oder jedes Verfahren oder Ausführungsbeispiel, die hier offenbart sind, kann das Verfahren gegebenenfalls auch eines oder mehrere der folgenden Ausführungsbeispiele aufweisen: der Mischer in (a) ist ein erster Mischer und das Verfahren weist ferner das Mischen zumindest eines Teils des Verbundwerkstoffs aus (c) in einem zweiten Mischer auf, wobei der zweite Mischer einen oder mehrere Rotoren aufweist, die mechanisch mit einem Mischermotor gekoppelt sind, und zumindest ein Teil des Mischens wird in dem zweiten Mischer unter Leistungssteuerung durchgeführt, in dem die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren durch eine Steuerung gesteuert wird, die (i) eine Differenz zwischen einer gemessenen Mischermotorleistung und einem Leistungssollwert berechnet und (ii) die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren anpasst, wenn die gemessene Mischermotorleistung von dem Leistungssollwert abweicht; zumindest ein Teil des Mischens wird unter Leistungssteuerung in dem zweiten Mischer durchgeführt, wobei der Stößel auf zumindest 75 % seines höchsten Niveaus angehoben wird; das Mischen unter Leistungssteuerung in dem zweiten Mischer wird nach der Zugabe von zumindest einem Zusatzstoff durchgeführt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung(en)

1 zeigt Mischkurven für die vergleichende Mischung der ersten Stufe; und
2 zeigt die Mischkurven für die erste Mischstufe von Beispiel 1.

Detaillierte Beschreibung
Die PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2020/247663 A1 , deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist, beschreibt ein Mischverfahren mit festem Elastomer und einem feuchten Füllstoff, der einen Füllstoff und eine Flüssigkeit aufweist. Bei der Anwendung in einem Chargenprozess erhöht die Anwesenheit der Flüssigkeit (z. B. Wasser) die Verweilzeit im Vergleich zu trockenen Mischprozessen, was eine Verbesserung der Füllstoffdispersion ohne wesentliche Verschlechterung des Elastomers ermöglichen kann. Unter bestimmten Bedingungen, z. B. beim Scale-up, muss eine erhebliche Menge an Flüssigkeit entfernt werden, wodurch sich die Chargenzeiten verlängern. Die Chargenzeiten können bis zu 2-5 Mal länger sein als bei herkömmlichen Trockenmischverfahren.
Die Chargenzeiten können verkürzt werden, indem die Rotationsgeschwindigkeit der Mischerrotoren maximiert wird, wodurch die Eingangsleistung maximiert wird. Da die in den Mischer eingebrachte Leistung proportional zur erzeugten Wärmemenge ist, erhöht sich mit zunehmender Leistung die Wasserverdampfungsrate. Das Ausmaß, in dem die Rotationsgeschwindigkeit erhöht werden kann, wird jedoch durch einen oder mehrere der folgenden Faktoren begrenzt:

- Drehzahlfähigkeit der Mischerrotoren, und/oder
- übermäßige Leistungsspitzen nach der Zugabe von Zusatzstoffen (wenn die Drehzahl nach der Zugabe eines Zusatzstoffes zu hoch ist, kann die resultierende Leistungsspitze die Leistungsfähigkeit des Mischers übersteigen), und/oder
- übermäßige Dampfproduktion (wenn die Drehzahl zu hoch ist, kann der Mischer zu viel Dampf für das Belüftungssystem des Mischers produzieren, was ein Sicherheitsproblem darstellen kann, wenn der Mischerstößel anschließend angehoben wird, um weitere Zusatzstoffe hinzuzufügen).

Offenbart werden hier Verfahren zur Verringerung der Mischzeiten durch Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit der Rotoren (Rotordrehzahl) mittels Mischerleistungssteuerung für zumindest einen Teil des Mischens einer Mischung, die aus zumindest einem feuchten Füllstoff und einem festen Elastomer besteht. Die Mischzeiten können einstufig oder in der ersten Stufe chargenweise sein. Dementsprechend ist ein hierin offenbarter Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, das Folgendes aufweist:

(a) Beschicken eines Mischers mit einem oder mehreren Rotoren mit zumindest einem festen Elastomer und einem feuchten Füllstoff, der einen Füllstoff und eine Flüssigkeit aufweist, die in einer Menge von zumindest 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs, vorliegen;
(b) Mischen in einem oder mehreren Mischschritten zumindest des festen Elastomers und des feuchten Füllstoffs, um eine Mischung zu bilden, und Entfernen zumindest eines Teils der Flüssigkeit aus der Mischung durch Verdampfen, und in zumindest einem der Mischschritte Durchführen des Mischens, wobei zumindest eines von dem Folgenden gilt:
1. (i) der Mischer verfügt über zumindest eine Temperaturregelung, die auf eine Temperatur Tz von 65°C oder höher eingestellt ist, und
2. (ii) der eine oder die mehreren Rotoren arbeiten während zumindest 50 % der Mischzeit mit einer Spitzengeschwindigkeit von zumindest 0,6 m/s; und
(c) Austragen des Verbundwerkstoffs aus dem Mischer, der den in dem Elastomer dispergierten Füllstoff in einer Beladung von zumindest 20 phr aufweist, wobei der Verbundwerkstoff einen Flüssigkeitsgehalt von nicht mehr als 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, aufweist,

Die Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs umfassen den Schritt des Beschickens oder Einbringens zumindest eines festen Elastomers und eines feuchten Füllstoffs in einen Mischer. Durch das Kombinieren des festen Elastomers mit dem feuchten Füllstoff wird während des/der Mischschritte(s) eine Mischung gebildet. Das Verfahren umfasst ferner in einem oder mehreren Mischschritten (z. B. einem Mischschritt) die Durchführung des Mischens, wobei zumindest ein Teil der Flüssigkeit durch Verdampfung oder einen Verdampfungsprozess, der während des Mischens auftritt, entfernt wird. Die Flüssigkeit des feuchten Füllstoffs kann durch Verdampfung entfernt werden (und zumindest ein Teil davon kann unter den beanspruchten Mischbedingungen entfernt werden) und kann eine flüchtige Flüssigkeit sein, z. B. flüchtig bei Temperaturen der Massenmischung. Eine flüchtige Flüssigkeit kann beispielsweise von Ölen (z. B. Extenderölen, Prozessölen) unterschieden werden, die zumindest während eines Teils des Mischvorgangs vorhanden sein können, da solche Öle dazu bestimmt sind, in dem ausgetragenen Verbundwerkstoff vorhanden zu sein und daher während eines wesentlichen Teils der Mischzeit nicht verdampfen.
Bei dem vorliegenden feuchten Füllstoff kann dem Füllstoff Flüssigkeit oder zusätzliche Flüssigkeit zugesetzt werden, die auf einem wesentlichen Teil oder im Wesentlichen auf allen Oberflächen des Füllstoffs vorhanden ist, die Innenflächen oder Poren umfassen können, die für die Flüssigkeit zugänglich sind. Somit ist ausreichend Flüssigkeit vorhanden, um einen wesentlichen Teil oder im Wesentlichen alle Oberflächen des Füllstoffs vor dem Mischen mit dem festen Elastomer zu benetzen. Während des Mischens kann zumindest ein Teil der Flüssigkeit auch durch Verdunstung entfernt werden, während der feuchte Füllstoff im festen Elastomer dispergiert wird, und die Oberflächen des Füllstoffs können dann für die Wechselwirkung mit dem festen Elastomer zur Verfügung stehen.
Die Flüssigkeit, die zur Befeuchtung des Füllstoffs verwendet wird, kann eine wässrige Flüssigkeit sein oder diese umfassen, wie z. B., aber nicht beschränkt auf, Wasser. Die Flüssigkeit kann zumindest eine weitere Komponente umfassen, wie z. B. eine Base oder Basen, eine Säure oder Säuren, ein Salz oder Salze, ein Lösungsmittel oder mehrere Lösungsmittel, ein Tensid oder Tenside und/oder ein Verarbeitungshilfsmittel und/oder beliebige Kombinationen davon. Die Flüssigkeit kann ein Lösungsmittel sein oder umfassen, das mit dem verwendeten Elastomer nicht mischbar ist (z. B. Alkohole wie Ethanol). Alternativ besteht die Flüssigkeit aus etwa 80 Gew.-% bis 100 Gew.-% Wasser oder 90 Gew.-% bis 99 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht der Flüssigkeit.
Die Beschickung mit dem festen Elastomer und/oder dem feuchten Füllstoff kann in einem Schritt oder einer Zugabe oder in mehreren Schritten oder Zugaben erfolgen. Das Beschicken des festen Elastomers und das Beschicken des feuchten Füllstoffs können auf einmal oder nacheinander (in einzelnen oder mehreren Teilen) und in beliebiger Reihenfolge erfolgen. Optional wird der feuchte Füllstoff dem Mischer in zwei oder mehr Teilen zugeführt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der feuchte Füllstoff in den Mischer gegeben wird, nachdem zumindest ein Teil oder im Wesentlichen das gesamte (z. B. zumindest 90 %) feste Elastomer in den Mischer gegeben wurde. Die Beschickung kann beispielsweise die Beschickung des Mischers mit im Wesentlichen dem gesamten oder einem Teil des festen Elastomers aufweisen, gefolgt von der Beschickung des Mischers mit zwei oder mehr Teilen des feuchten Füllstoffs. Der erste Teil des feuchten Füllstoffs macht wahlweise zumindest 50 Gew.-% der Gesamtmenge des in den Mischer eingefüllten feuchten Füllstoffs aus, z. B. zumindest 60 Gew.-%, zumindest 70 Gew.-%, zumindest 75 Gew.-%, zumindest 80 Gew.-% oder zumindest 90 Gew.-%. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der erste Teil des feuchten Füllstoffs 50-95 Gew.-% (z. B. 60-95 Gew.-%, 70-95 Gew.-%, 80-95 Gew.-%, 90-95 Gew.-% oder 90-99 Gew.-%) der Gesamtmenge des in den Mischer eingebrachten feuchten Füllstoffs ausmacht. Die Beschickung mit festem Elastomer oder feuchtem Füllstoff kann auf jede beliebige Weise erfolgen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Transportieren, Dosieren, Kippen und/oder Zuführen, wie es in der Technik bekannt ist.
Das Mischen kann in einem oder mehreren Mischschritten erfolgen. Das Mischen beginnt, wenn zumindest das feste Elastomer und der feuchte Füllstoff in den Mischer eingefüllt werden und einem Motor, der einen oder mehrere Rotoren des Mischers antreibt, Energie zugeführt wird. Der eine oder die mehreren Mischschritte können nach Abschluss des Beschickungsschritts erfolgen oder sich mit dem Beschickungsschritt für eine beliebige Zeitspanne überschneiden. Beispielsweise kann ein Teil eines oder mehrerer fester Elastomere und/oder feuchter Füllstoffe vor oder nach Beginn des Mischvorgangs in den Mischer gegeben werden. Der Mischer kann dann mit einer oder mehreren zusätzlichen Teilen des feuchten Füllstoffs und/oder des festen Elastomers befüllt werden. Beim Chargenmischen wird der Beschickungsschritt vor dem Mischschritt abgeschlossen.
Beim Mischen von feuchtem(n) Füllstoff(en) mit festem(n) Elastomer(en) können bestimmte Mischbedingungen angewendet werden. So kann der Mischer beispielsweise mit einer Temperaturregelung ausgestattet sein, um die Temperatur zumindest einer Oberfläche des Mischers zu steuern. Optional können die Mischertemperaturen sowohl während des Beschickungsvorgangs als auch während zumindest eines der Mischvorgänge kontrolliert werden. Bei der Temperaturregelungseinrichtung kann es sich um eine Temperaturregelungsvorrichtung am und/oder im Mischer oder um eine anderweitig mit dem Mischer verknüpfte (z. B. mit dem Mischer verbundene) Vorrichtung handeln, die zumindest eine Oberfläche und/oder einen oder mehrere Teile des Mischers erwärmt oder abkühlt. Das Mittel zur Temperaturregelung kann, ist aber nicht darauf beschränkt, die Strömung oder Zirkulation einer Wärmeübertragungsflüssigkeit durch Kanäle in einem oder mehreren Teilen des Mischers sein. Die Wärmeträgerflüssigkeit kann z. B. Wasser oder Wärmeträgeröl sein. Die Wärmeträgerflüssigkeit kann z. B. durch die Rotoren, die Mischkammerwände, den Stößel und die Falltür fließen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Wärmeträgerflüssigkeit in einer Ummantelung (z. B. einer Ummantelung mit Strömungsmitteln) oder in Spulen um einen oder mehrere Teile des Mischers fließen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die Temperaturregelung (z. B. die Wärmezufuhr) durch in den Mischer eingebettete elektrische Elemente erfolgt. Das System zur Temperaturregelung kann ferner Mittel zur Messung entweder der Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit oder der Temperatur eines oder mehrerer Teile des Mischers umfassen. Die Temperaturmessungen können Systemen zugeführt werden, die zur Steuerung der Erwärmung und Kühlung der Wärmeträgerflüssigkeit dienen. Beispielsweise kann die gewünschte Temperatur zumindest einer Oberfläche des Mischers durch die Einstellung der Temperatur der Wärmeträgerflüssigkeit in Kanälen geregelt werden, die an ein oder mehrere Teile des Mischers, z. B. Wände, Türen, Rotoren usw., angrenzen.
Die Temperatur der zumindest einen Temperaturregelungseinrichtung kann z. B. durch eine oder mehrere Temperaturregelungseinheiten („TCU“) eingestellt und gehalten werden. Diese Solltemperatur oder TCU-Temperatur wird hier auch als „T_z“ bezeichnet. Im Falle von Temperaturregelungseinrichtungen, die Wärmeträgerflüssigkeiten enthalten, ist T_z eine Angabe der Temperatur der Flüssigkeit selbst.
Optional kann die Temperaturregelungseinrichtung auf eine Temperatur Tz von zumindest 65°C eingestellt werden, z. B., zumindest 70°C, zumindest 80°C, zumindest 90°C, oder im Bereich von 65°C bis 140°C, oder von 65°C bis 130°C, von 65°C bis 120°C, von 65°C bis 110°C, von 65°C bis 100°C, von 65°C bis 95°C, von 70°C bis 140°C, von 70°C bis 130°C, von 70°C bis 120°C, von 70°C bis 110°C, von 70°C bis 100°C, von 80°C bis 140°C, von 80°C bis 130°C, von 80°C bis 120°C, von 80°C bis 110°C, von 80°C bis 100°C oder andere Temperaturen innerhalb, über oder unter diesen Bereichen.
Weitere Merkmale von Temperaturregelungseinrichtungen und T_z sind in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2020/247663 A1 beschrieben, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Optional weist das Verfahren in zumindest einem der Mischschritte auf, dass das Mischen so durchgeführt wird, dass ein oder mehrere Rotoren mit einer Spitzengeschwindigkeit von zumindest 0,5 m/s für zumindest 50 % der Mischzeit oder einer Spitzengeschwindigkeit von zumindest 0,6 m/s für zumindest 50 % der Mischzeit arbeiten. Die dem Mischermotor zugeführte Leistung ist zumindest teilweise von der Drehzahl des zumindest einen Rotors und des Rotortyps abhängig. Die Spitzengeschwindigkeit, die den Rotordurchmesser und die Rotordrehzahl berücksichtigt, kann gemäß der folgenden Formel berechnet werden: $\begin{matrix} Spitzengeschwindigkeit, m/s = π \times (Rotordurchmesser, m) \times (Drehgeschwingidkeit, U/min) / \\ 60. \end{matrix}$
Da die Spitzengeschwindigkeiten im Verlauf des Mischvorgangs variieren können, wird die Spitzengeschwindigkeit von zumindest 0,5 m/s oder zumindest 0,6 m/s optional während zumindest 50 % der Mischzeit, z. B. zumindest 60 %, zumindest 70 %, zumindest 75 %, zumindest 80 %, zumindest 85 %, zumindest 90 %, zumindest 95 % oder im Wesentlichen während der gesamten Mischzeit erreicht. Die Spitzengeschwindigkeit kann zumindest 0,6 m/s, zumindest 0,7 m/s, zumindest 0,8 m/s, zumindest 0,9 m/s, zumindest 1,0 m/s, zumindest 1,1 m/s, zumindest 1,2 m/s, zumindest 1,5 m/s oder zumindest 2 m/s für zumindest 50 % der Mischzeit oder andere oben aufgeführte Teile der Mischzeit betragen. Die Spitzengeschwindigkeiten können so gewählt werden, dass die Mischzeit minimiert wird, oder sie können von 0,6 m/s bis 10 m/s, von 0,6 m/s bis 8 m/s, von 0,6 bis 6 m/s, von 0,6 m/s bis 4 m/s, von 0,6 m/s bis 3 m/s, von 0,6 m/s bis 2 m/s, von 0,7 m/s bis 4 m/s, von 0. 7 m/s bis 3 m/s, von 0,7 m/s bis 2 m/s, von 0,7 m/s bis 10 m/s, von 0,7 m/s bis 8 m/s, von 0,7 bis 6 m/s, von 1 m/s bis 10 m/s, von 1 m/s bis 8 m/s, von 1 m/s bis 6 m/s, von 1 m/s bis 4 m/s, von 1 m/s bis 3 m/s oder von 1 m/s bis 2 m/s, (z.B., für zumindest 50 % der Mischzeit oder anderer hier beschriebener Mischzeiten). Alternativ oder zusätzlich können die Spitzengeschwindigkeiten so gewählt werden, dass der Durchsatz maximiert wird. Bei den Überlegungen zu Zeit/Durchsatz kann berücksichtigt werden, dass mit abnehmender Mischzeit der Flüssigkeitsgehalt im ausgetragenen Verbundwerkstoff ansteigen kann. In bestimmten Situationen kann es vorteilhaft sein, das Mischen mit einer hohen Spitzengeschwindigkeit durchzuführen, um einen höheren Durchsatz zu erzielen, der mit dem gewünschten Flüssigkeitsgehalt des ausgetragenen Verbundwerkstoffs in Einklang steht (z. B. können zu hohe Spitzengeschwindigkeiten zu kürzeren Verweil- oder Mischzeiten führen, die möglicherweise keine ausreichende Dispersion des Füllstoffs oder keine ausreichende Entfernung der Flüssigkeit aus dem Verbundwerkstoff ermöglichen).
Zusätzliche Merkmale zur Steuerung der Spitzengeschwindigkeit sind in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2020/247663 A1 beschrieben, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Beim Mischen ist es üblich, dass die Drehzahl (U/min) auf einen festen Wert eingestellt wird. Während die Drehzahlen jedoch fest sind, kann die von einem Mischer verwendete Leistung variabel sein. So können beispielsweise Leistungsspitzen während der Zugabe eines oder mehrerer Bestandteile, z. B. bestimmter zusätzlicher Füllstoffe und bestimmter Elastomere, auftreten. Bei anderen Beispielen kann eine Leistungsverringerung bei der Zugabe von anderen Bestandteilen, z. B. von Additiven wie Antidegradantien, auftreten. Ein Aspekt stellt ein Verfahren zum Mischen dar, das die Probleme der variablen Leistung angeht.
Der Mischer kann ein Chargenmischer sein, z. B. ein Innenmischer mit einer eingeschlossenen Mischkammer. Beispiele für Innenmischer umfassen tangentiale und ineinandergreifende Mischer. Das Fassungsvermögen der Mischkammer kann zumindest 1 L, zumindest 10 L, zumindest 20 L, zumindest 30 L, zumindest 50 L, zumindest 100 L oder zumindest 1000 L betragen, z. B. 1 L bis 1500 L, 10 L bis 1500 L, 20 L bis 1500 L, 30 L bis 1500 L, 10 L bis 1000 L, 20 L bis 1000 L, 30 L bis 1000 L, 10 L bis 100 L, 20 L bis 100 L oder 30 L bis 100 L. Das Mischen wird mit zumindest einem Rotor durchgeführt, der sich in der Kammer befindet und mechanisch mit einem Motor gekoppelt ist. Bei dem zumindest einen Rotor oder dem einen oder den mehreren Rotoren kann es sich beispielsweise um Schraubenrotoren, ineinandergreifende Rotoren, Tangentialrotoren, Knetrotoren und Rotoren für Extruder handeln. Im Allgemeinen werden im Mischer ein oder mehrere Rotoren verwendet, zum Beispiel kann der Mischer einen Rotor (z. B. einen Rotor vom Typ Schraube), zwei, vier, sechs, acht oder mehr Rotoren enthalten. Die Rotoren können in einer bestimmten Mischerkonfiguration parallel und/oder nacheinander angeordnet sein. Optional kann der zumindest eine Rotor aus zwei-, vier-, sechs- oder achtflügeligen Rotoren oder anderen bekannten Rotoren (z. B. ineinandergreifenden Rotoren) ausgewählt werden. Als weitere Option kann der zumindest eine Rotor aus vier-, sechs- oder achtflügeligen Rotoren ausgewählt werden.
Ein Aspekt sieht eine Steuerung vor, die dazu konfiguriert ist, die Rotationsgeschwindigkeit des/der Rotors/Rotoren zu steuern. Bei der Steuerung kann es sich um eine Software handeln, die in ein industrielles Steuerungssystem integriert ist (z. B. eine speicherprogrammierbare Steuerung, SPS), oder um eine eigenständige Steuerung. Optional ist die Steuerung eine Proportional-Integral-Derivativ-Steuerung (PID), die eine Proportional-Integral-Derivativ-Steuerung der Drehgeschwindigkeit des/der Rotors/Rotoren des Mischers vornimmt. Optional kann das Mischen auch proportional und integral ohne Ableitung (oder mit Ableitung Null) erfolgen.
Die Steuerung (i) berechnet eine Differenz zwischen einer gemessenen Mischermotorleistung und einem Leistungssollwert und (ii) passt die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren an, wenn die gemessene Mischermotorleistung vom Leistungssollwert abweicht. Die Steuerung (mit einem Regelkreis) ist dazu konfiguriert, ein Signal an ein System weiterzugeben, das den Motor antreibt (Motorantriebssystem, das einen oder mehrere Motoren antreibt), wobei das Signal die Drehzahl des/der Rotors/Rotoren vorgibt. Der Motor ist mechanisch mit einem oder mehreren Rotoren verbunden, wobei der Motor elektrisch oder hydraulisch angetrieben werden kann. Der Motor kann mit einem Getriebe gekoppelt sein, das mit dem/den Rotor(en) verbunden ist. Sensoren können sich an der Stromversorgung des Motors befinden (um die verbrauchte elektrische Leistung zu messen) oder können an der Welle positioniert oder anderweitig befestigt oder gekoppelt werden, um die Drehgeschwindigkeit und die Kraft zu messen, mit der die vom Motor erzeugte Leistung berechnet werden kann. Andere in der Technik bekannte mechanische Kupplungen können ebenfalls verwendet werden.
Die Leistungssteuerung (z. B. PID-Leistungssteuerung) oder der Leistungsregelkreis kann eine Messung der Leistung des Mischermotors aufweisen, um eine gemessene Motorleistung zu erhalten, z. B. empfängt die Steuerung ein Leistungsaufnahmesignal vom Motor, wobei das Leistungsaufnahmesignal repräsentativ für einen vom Motor erzeugten Leistungspegel ist. Ein Leistungssollwert für den Motor wird vordefiniert (angestrebt) und dient dazu, die Leistung auf einen bestimmten Wert zu beschränken. Optional kann der Leistungssollwert (ausgedrückt als spezifische Leistung) im Bereich von 1 bis 10 kW/kg liegen, z. B., von 1 bis 9 kW/kg, von 1 bis 8,5 kW/kg, von 1 bis 8 kW/kg, von 1 bis 7 kW/kg, von 1 bis 6 kW/kg, von 1 bis 5 kW/kg, von 1 bis 4 kW/kg, von 2 bis 10 kW/kg, von 2 bis 9 kW/kg, von 2 bis 8,5 kW/kg, von 2 bis 8 kW/kg, von 2 bis 7 kW/kg, von 3 bis 10 kW/kg, von 3 bis 9 kW/kg, von 3 bis 8,5 kW/kg, von 3 bis 8 kW/kg, von 3 bis 7 kW/kg, von 4 bis 10 kW/kg, z.B., von 4 bis 9 kW/kg, von 4 bis 8,5 kW/kg, von 4 bis 8 kW/kg, von 4 bis 7 kW/kg, von 5 bis 10 kW/kg, von 5 bis 9 kW/kg, von 5 bis 8,5 kW/kg, von 5 bis 8 kW/kg, von 5 bis 7 kW/kg, oder von 4,3 bis 8,5 kW/kg. Optional kann der Leistungssollwert, ausgedrückt als spezifische Leistung für eine erste Mischstufe oder ein einstufiges Mischen, im Bereich von 1 bis 10 kW/kg und in anderen dazwischen liegenden Bereichen liegen, wie hier offenbart ist. Eine weitere Möglichkeit ist, dass der Leistungssollwert, ausgedrückt als spezifische Leistung für eine erste Mischstufe oder ein einstufiges Mischen, im Bereich von 4 bis 10 kW/kg und anderen dazwischen liegenden Bereichen liegt, wie hier offenbart ist. Die Steuerung (z. B. ein PID-Regler) kann dazu konfiguriert werden, die Differenz zwischen der gemessenen Motorleistung und dem Leistungssollwert zu berechnen, z. B. durch Bestimmung eines Eingangssignals auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Leistungsverbrauchssignal und dem Leistungssollwert. Diese Differenz wird verwendet, um die Drehzahl (U/min) des oder der Rotoren zu berechnen und anzupassen (oder eine Korrektur der Drehzahl vorzunehmen), wenn die gemessene Leistung des Mischermotors vom Leistungssollwert abweicht.
In der Regel berechnet die Steuerung kontinuierlich die Differenz zwischen der gemessenen Motorleistung und dem Leistungssollwert. Mit „kontinuierlich“ ist gemeint, dass die Berechnungen in festgelegten Zeitintervallen wiederholt durchgeführt werden. Die eingestellten Zeitintervalle können in der Größenordnung von Sekunden oder Sekundenbruchteilen liegen (z. B. alle 5 s, alle 4 s, alle 3 s, alle 2 s, alle 1 s, alle 0,5 s, 0,2 s, alle 0,1 s, 0,05 s oder andere, in der Technik bekannte Intervalle), z. B, im Bereich von 0,05 s bis 5 s, von 0,05 s bis 4 s, von 0,05 s bis 3 s, von 0,05 s bis 2 s, von 0,05 s bis 1 s, von 0,05 s bis 0,75 s, von 0,05 s bis 0,5 s, von 0,05 s bis 0,4 s, von 0,05 s bis 0,3 s, von 0,05 s bis 0,2 s, oder von 0,05 s bis 0,1 s. So wird die Differenz zwischen der gemessenen Motorleistung und einem Leistungssollwert kontinuierlich berechnet und die Steuerung passt die Drehzahl an, wenn die gemessene Leistung vom Leistungssollwert abweicht. In vielen Fällen weicht die gemessene Leistung fast immer vom Leistungssollwert ab und die Steuerung passt die Drehzahl kontinuierlich an. Optional können die Prozesse der Steuerung automatisiert werden; die Steuerung misst automatisch die Motorleistung, berechnet die Differenz zwischen der gemessenen Motorleistung und dem Leistungssollwert und passt die Drehzahl (U/min) des/der Rotors/Rotoren an und regelt sie dadurch.
Mischen mit Leistungssteuerung (z. B. PID-Leistungssteuerung) kann die Mischzeiten (Chargenzeiten) verkürzen, da die Steuerung die Differenz zwischen der gemessenen Leistung und dem Leistungssollwert berechnet und (falls erforderlich) die Drehzahl innerhalb einer vordefinierten Leistungsgrenze, d. h. des Leistungssollwerts, anpasst. Bei der Kautschukmischung ist es beispielsweise normal, dass nach der Zugabe von Füllstoff eine große Leistungsspitze auftritt, wenn dieser in das Elastomer eingearbeitet wird. In dieser Situation drosselt die Steuerung (z. B. die PID-Leistungssteuerung) die Drehzahl, um einen übermäßigen Leistungsverbrauch zu vermeiden. Wird der Leistungssollwert überschritten, stellt die Steuerung diese Differenz fest und passt (in diesem Fall reduziert) die Drehzahl des/der Rotors/Rotoren an. Mit fortschreitender Einbringung des Füllers sinkt der Leistungsverbrauch im Allgemeinen (das Signal für die Leistungsaufnahme des Motors nimmt ab). Fällt die Leistung unter den Leistungssollwert, passt die Steuerung die Drehzahl (automatisch) an (in diesem Fall erhöht sie sie), um den Leistungssollwert zu erreichen. Durch die Beseitigung der hohen und niedrigen Extremwerte des Stromverbrauchs (Stromverbrauchssignal) und die Erhöhung der Drehzahlen, wo dies möglich ist, kann die Chargenzeit minimiert werden, während gleichzeitig die mit einem übermäßigen Stromverbrauch verbundenen Sicherheitsrisiken vermieden werden.
Optional können zumindest 10 % des Mischens (Mischzeit oder Chargenzeit) in (b) leistungsgeregelt erfolgen, z. B. zumindest 20 %, zumindest 25 %, zumindest 30 %, zumindest 35 %, zumindest 40 %, zumindest 50 % des Mischens, z. B. von 25 % bis 100 %, von 25 % bis 75 % oder von 25 % bis 50 % des Mischens. Ein oder mehrere Teile des Mischvorgangs können leistungsgeregelt durchgeführt werden; wenn mehr als ein Teil des Mischvorgangs leistungsgeregelt durchgeführt wird, können die Leistungssollwerte für jeden dieser Teile gleich oder unterschiedlich sein. Beispielsweise kann das Mischen nach jeder Zugabe eines Bestandteils (Charge) zum Mischen (z. B. eine oder mehrere Teile des feuchten Füllstoffs und/oder eine oder mehrere Teile des Elastomers und/oder eine oder mehrere Teile zumindest eines Zusatzstoffs, wie hier beschrieben) leistungsgesteuert durchgeführt werden.
Die Beschickung mit dem festen Elastomer und dem feuchten Füllstoff kann gleichzeitig oder nacheinander und in beliebiger Reihenfolge erfolgen. Eine oder mehrere Teile des festen Elastomers und des feuchten Füllstoffs können dem Mischer zugeführt werden. Zum Beispiel wird (a) zuerst das gesamte feste Elastomer und dann der gesamte feuchte Füllstoff zugegeben, (b) zuerst der gesamte feuchte Füllstoff und dann das gesamte feste Elastomer, (c) zuerst das gesamte feste Elastomer und dann ein Teil des feuchten Füllstoffs, gefolgt von der Zugabe einer oder mehrerer verbleibender Teile des feuchten Füllstoffs, (d) zuerst ein Teil des festen Elastomers und dann ein Teil des feuchten Füllstoffs, wobei die verbleibenden Teile des festen Elastomers und des feuchten Füllstoffs in beliebiger Reihenfolge, gleichzeitig oder nacheinander zugegeben werden, (e) zuerst ein Teil des feuchten Füllstoffs und dann ein Teil des festen Elastomers zugegeben wird, wobei die verbleibende(n) Teil(e) des festen Elastomers und des feuchten Füllstoffs in beliebiger Reihenfolge, gleichzeitig oder nacheinander, zugegeben wird (werden), oder (f) zur gleichen Zeit oder ungefähr zur gleichen Zeit ein Teil des festen Elastomers und ein Teil des feuchten Füllstoffs als getrennte Chargen in den Mischer gegeben werden, wobei die verbleibende(n) Teile des festen Elastomers und des feuchten Füllstoffs in beliebiger Reihenfolge, gleichzeitig oder nacheinander, zugegeben werden. Die Schritte (a) bis (f) können auch das Einfüllen zumindest eines Zusatzstoffes in den Mischer umfassen. Das Mischen kann unter Leistungssteuerung in jedem Szenario durchgeführt werden, in dem zumindest ein Teil des feuchten Füllstoffs und zumindest ein Teil des festen Elastomers in den Mischer eingefüllt wurden.
Optional kann das feste Elastomer in den Mischer eingefüllt werden, bevor zumindest ein Teil des feuchten Füllstoffs eingefüllt wird, wobei das feste Elastomer geknetet wird, bis es eine bestimmte Temperatur erreicht, z.B. eine Temperatur von etwa 90°C oder 100°C oder höher, bevor der feuchte Füllstoff in den Mischer gefüllt wird. Diese Temperatur kann von 90°C bis 180°C, von 100°C bis 180°C, von 110°C bis 170°C, von 120°C bis 160°C oder von 130°C bis 160°C betragen. Das Elastomer kann mit demselben Mischer oder einem anderen Mischer geknetet werden, z. B. mit einem Innenmischer wie einem Banbury- oder Brabender-Mischer, einem Extruder, einem Walzwerk, einem kontinuierlichen Compounder oder einer anderen Kautschukmischanlage. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das dem Mischer zugeführte feste Elastomer nicht geknetet wird, bevor der Mischer mit zumindest einem Teil des feuchten Füllstoffs beschickt wird.
Optional kann das Mischen nach der Beschickung des Mischers mit feuchtem Füllstoff oder nach jeder Beschickung mit feuchtem Füllstoff, wenn mehrere Teile des feuchten Füllstoffs verwendet werden, unter Steuerung erfolgen. Als konkretes Beispiel kann der Mischer zunächst mit zumindest einem Teil des festen Elastomers und anschließend mit einem oder mehreren Teilen des feuchten Füllstoffs beschickt werden. Das Mischen kann dann nach der Zugabe oder Beschickung mit feuchtem Füllstoff unter Leistungssteuerung erfolgen. Zusätzliche Teile des festen Elastomers können dem Mischer zugeführt werden, nachdem zumindest ein Teil des feuchten Füllstoffs in den Mischer eingebracht wurde.
Ein weiteres Beispiel ist, dass zumindest ein Teil des feuchten Füllstoffs zunächst in den Mischer gegeben wird, gefolgt von der Zugabe zumindest eines Elastomers. Optional kann das Mischen im Wesentlichen unter Leistungssteuerung erfolgen, wenn zumindest ein Teil des feuchten Füllstoffs zunächst in den Mischer gegeben wird. Der feuchte Füllstoff kann vor der Beschickung des Mischers vorbereitet oder in situ im Mischer vorbereitet werden, z. B. durch Beschickung des Mischers mit trockenem Füllstoff und der Flüssigkeit. Eine oder mehrere Teile (z. B. zumindest zwei Teile) des feuchten Füllstoffs können in den Mischer eingefüllt werden, und das Mischen kann nach dem Einfüllen eines oder aller Teile des feuchten Füllstoffs in den Mischer unter Leistungssteuerung erfolgen. Optional wird das Mischen unter Steuerung durchgeführt, nachdem jeder Teil des feuchten Füllstoffs in den Mischer gefüllt wurde. Optional beträgt der erste Teil des feuchten Füllstoffs, der dem Mischer zugeführt wird, zumindest 50 Gew.-% der Gesamtmenge des feuchten Füllstoffs, der dem Mischer zugeführt wird, oder andere hierin offenbarte Mengen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der Mischer zumindest mit dem festen Elastomer beschickt wird und das Mischen unter Leistungssteuerung erfolgt, nachdem dem Mischer zumindest ein Zusatzstoff, z. B. zumindest ein Abbaustoppmittel, zugeführt wurde. Die Steuerung der Leistung kann entweder unmittelbar nach der Beschickung des Mischers mit dem feuchten Füllstoff (oder einem Teil des feuchten Füllstoffs) beginnen oder nachdem die Mischung eine Zeit lang gemischt wurde, sicherstellen, dass der Druck im Mischer so niedrig ist, dass der Stößel (weitgehend) abgesenkt werden kann.
Die Verwendung einer Leistungssteuerung (z. B. PID-Leistungssteuerung) beim Mischen kann einen zusätzlichen Schutz vor übermäßigem/unzureichendem Stromverbrauch bieten. So können z. B. Grenzwerte für die Ausgangsleistung der Steuerung festgelegt werden, z. B. maximale und/oder minimale Drehzahlen, indem die maximalen und minimalen Ausgangsgrenzwerte (U/min) des Regelkreises vorgegeben werden. Die maximale Grenze kann auf die maximale Drehzahl des Mischers oder auf einen niedrigeren Wert eingestellt werden. Der Leistungssollwert kann unter Berücksichtigung einer beliebigen Anzahl von Faktoren gewählt werden. Der Sollwert kann beispielsweise so gewählt werden, dass ein übermäßiger Stromverbrauch vermieden wird, der durch die Zugabe von Zutaten und/oder die Dampferzeugung zu jedem Zeitpunkt des Mischvorgangs entstehen kann. Der Sollwert kann auch so gewählt werden, dass die Drehzahlfähigkeit des/der Rotors/Rotoren maximiert wird, z. B. wenn keine Leistungsspitzen zu erwarten sind.
Höhere Drehzahlen können beispielsweise angewendet werden, um die Verdampfungsrate von Flüssigkeit, die aus dem feuchten Füllstoff in den Mischer gelangt ist, zu erhöhen.
Die Verwendung solch höherer Drehzahlen kann beim Mischen mit feuchtem Füllstoff eine Besonderheit darstellen, da es notwendig sein kann, Wasser schnell zu verdampfen und/oder anderweitig aus dem System zu entfernen. Dies steht im Gegensatz zu typischen Trockenmischverfahren, bei denen die Chargenzeiten geringer sind und die Herausforderung darin besteht, die Chargenzeit zu erhöhen, um die Dispersion des Füllstoffs im Elastomer zu verbessern, ohne das Elastomer wesentlich zu verschlechtern.
In jedem hier offenbarten Aspekt kann die Steuerung über einen Regelkreis verfügen, der für den Antrieb des Motors konfiguriert ist. Ein anfängliches Steuersignal wird an den Regelkreis weitergeleitet, wodurch der Motor veranlasst wird, den/die Rotor(en) zu drehen. Ein Leistungsverbrauchssignal wird vom Motor empfangen, wobei das Leistungsverbrauchssignal repräsentativ für einen vom Motor erzeugten Leistungspegel ist. Das Verfahren kann ferner die Bestimmung eines Eingangssignals auf der Grundlage einer Differenz zwischen der gemessenen Motorleistung (Leistungsverbrauchssignal) und dem Leistungssollwert für den Motor aufweisen. Das Eingangssignal wird dann an den Regelkreis weitergeleitet. Die Steuerung (über den Regelkreis) kann dadurch die Drehung des/der Rotors/Rotoren modifizieren oder einstellen.
Es ist nicht ungewöhnlich, dass das Eingangssignal (basierend auf einer Differenz zwischen der gemessenen Motorleistung und dem Leistungssollwert) für den Leistungsregelkreis (z. B. PID-Leistungsregelkreis) aufgrund von Schwankungen im Prozess und/oder anderen zufälligen Schwankungen variabel ist, was es in bestimmten Fällen schwierig machen kann, eine stabile Regelung (z. B. der Leistung) zu erreichen. Optional kann eine Signalverarbeitung auf das Eingangssignal angewendet werden, um die Schwankungen zu reduzieren. Eine Klasse der Signalverarbeitung umfasst einen Filter. Der Filter kann vor der Weiterleitung des Eingangssignals angewendet werden, um die Differenz zwischen der gemessenen Motorleistung und dem Leistungssollwert zu berechnen. Filter sind in der Technik wohlbekannt; ein Beispiel für einen solchen Filter ist ein Kalman-Filter. Das Eingangssignal weist ein Signal-Rausch-Verhältnis auf. Mit dem Filter kann die Steuerung dazu konfiguriert werden, das Eingangssignal zu filtern, um ein gefiltertes Eingangssignal zu erzeugen, das im Vergleich zum Eingangssignal ein erhöhtes Signal-Rausch-Verhältnis aufweist. Gleichzeitig kann die Steuerung (über den Leistungsregelkreis) dazu konfiguriert werden, ein Steuersignal auf der Grundlage des gefilterten Eingangssignals zu erzeugen.
In den vorliegenden Verfahren kann jeder beliebige handelsübliche Kombinierer mit einem oder mehreren Rotoren, Temperaturregelungseinrichtungen und anderen Komponenten sowie damit verbundenen Mischverfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen verwendet werden, wie z. B. die in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2020/247663 A1 offenbarten Verfahren, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Unter „einem oder mehreren Mischschritten“ ist zu verstehen, dass es sich bei den hier offenbarten Schritten um einen ersten Mischschritt handeln kann, dem weitere Mischschritte vor dem Austragen folgen. Alternativ kann es sich bei einem oder mehreren Mischschritten um einen einzigen Mischschritt handeln, z.B. eine erste Mischstufe oder einen einstufigen Mischschritt oder -prozess, bei dem das Mischen unter einer oder mehreren der folgenden Bedingungen erfolgt: zumindest eine der Mischertemperaturen wird durch eine temperaturgesteuerte Einrichtung mit einem oder mehreren Rotoren gesteuert, die mit einer Spitzengeschwindigkeit von zumindest 0,6 m/s für zumindest 50 % der Mischzeit arbeiten, und/oder die zumindest eine Temperaturregelungseinrichtung ist auf eine Temperatur, T_z, von 65°C oder höher eingestellt. In bestimmten Fällen kann der Verbundwerkstoff in einer einzigen Stufe oder einem einzigen Mischschritt mit einem Flüssigkeitsgehalt von höchstens 10 Gew.-% ausgetragen werden. Bei diesen Ausführungsbeispielen können zwei oder mehr Mischschritte oder Mischstufen durchgeführt werden, solange einer der Mischschritte unter einer oder mehreren der angegebenen T_z- oder Spitzengeschwindigkeitsbedingungen durchgeführt wird.
Wie angegeben, wird während des einen oder der mehreren Mischschritte in jedem der hier offenbarten Verfahren zumindest ein Teil der in der Mischung vorhandenen Flüssigkeit und/oder des eingebrachten feuchten Füllstoffs zumindest teilweise durch Verdampfung entfernt. Optional kann in dem einen oder den mehreren Mischschritten oder -stufen ein Teil der Flüssigkeit aus der Mischung durch Auspressen, Verdichten, Abtropfenlassen und/oder Auswringen oder eine Kombination davon entfernt werden.
Alternativ kann ein Teil der Flüssigkeit aus dem Mischer abgelassen werden, nachdem oder während der Verbundwerkstoff ausgetragen wird.
Optional wird der Verbundwerkstoff in einem einstufigen Verfahren (mit einem Mischschritt) hergestellt. Eine weitere Option ist die Herstellung des Verbundwerkstoffs in zwei (oder mehr) Mischschritten, was als mehrschrittiges oder mehrstufiges Mischen mit einem ersten Mischschritt oder einer ersten Mischstufe und zumindest einem zweiten Mischschritt oder einer zweiten Mischstufe angesehen werden kann. Einer oder mehrere der mehrstufigen Mischprozesse können chargenweise, kontinuierlich, halbkontinuierlich und Kombinationen davon sein, solange die Stufe, die das Mischen des feuchten Füllstoffs mit festem Elastomer aufweist (z. B. die erste Stufe), ein chargenweiser Mischprozess ist, bei dem die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren, wie hier offenbart, zumindest für einen Teil des Mischvorgangs automatisch von der Steuerung gesteuert wird. In bestimmten Fällen kann die Effizienz durch zwei Mischstufen verbessert werden: In einer ersten Stufe erfolgt der primäre Misch- und Füllstoffdispergierungsprozess; in einer zweiten Mischstufe wird der Verbundwerkstoff unter Bedingungen weiter getrocknet, die eine wesentliche Überhitzung vermeiden.
Beim mehrstufigen Mischen weist ein erster Schritt das Mischen des feuchten Füllstoffs mit festem Elastomer auf (z. B. die erste Stufe). Das Verfahren umfasst dann das Mischen oder weiteres Mischen der Mischung in zumindest einem zweiten Mischschritt oder einer zweiten Mischstufe unter Verwendung desselben Mischers (d. h. des ersten Mischers) und/oder unter Verwendung eines oder mehrerer zweiter Mischer, die sich von dem ersten Mischer unterscheiden. Eine Kombination von Mischern und Prozessen kann in jedem der hier offenbarten Verfahren eingesetzt werden, und die Mischer können nacheinander, im Tandem und/oder integriert mit anderen Verarbeitungsgeräten verwendet werden. Der erste Mischer kann beispielsweise ein Tangentialmischer oder ein Mischer mit Maschen sein, und der zweite Mischer kann ein Tangentialmischer, ein Mischer mit Maschen, ein Extruder, ein Kneter oder ein Walzwerk sein. Beispielsweise kann der erste Mischer ein erster Tangentialmischer sein und der zweite Mischer ein zweiter (anderer) Tangentialmischer. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der erste und der zweite Mischer derselbe sind, wobei der Verbundwerkstoff aus einem Mischer (erster Mischer) entnommen wird und dann zumindest ein Teil des Verbundwerkstoffs in denselben Mischer (zweiter Mischer) gegeben wird. Zwei oder mehr Mischschritte (Stufen) können mit zwei oder mehr Mischern durchgeführt werden. Alternativ können der erste und der zweite Mischer zusammen ein Tandemmischer sein. In einem Tandemmischer wird die zweite Mischstufe (zweiter Mischschritt) in der Regel mit einem Mischer ohne Stößel durchgeführt. Das mehrstufige Mischen gemäß den vorliegenden Verfahren (zwei oder mehr Mischstufen) wird durchgeführt, um die Flüssigkeit zu verdampfen und den Füllstoff zu dispergieren.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, das Folgendes aufweist:

Die Steuerung der Mischzeiten im ersten Mischer (oder in der ersten Mischstufe) kann eine Dispersion des Füllstoffs in das Elastomer bis zu einem gewissen Grad ermöglichen, gefolgt von einem Mischen in einem zweiten Mischer (oder in der zweiten Mischstufe) unter Bedingungen, die einen wesentlichen oder jeglichen Abbau des festen Elastomers, wie Naturkautschuk oder eine Mischung, die Naturkautschuk aufweist, minimieren würden. Dementsprechend wird der eine oder die mehreren Schritte des Mischens im ersten Mischer von der Verdampfung zumindest eines Teils der Flüssigkeit begleitet, so dass die Mischung, die aus dem ersten Mischer ausgetragen wird, einen Flüssigkeitsgehalt aufweist, der auf eine Menge reduziert ist, die geringer ist als der Flüssigkeitsgehalt zu Beginn von Schritt (b), z. B. die im feuchten Füllstoff vorhandene Flüssigkeit. Der Flüssigkeitsgehalt kann um 50 Gew.-%, 60 Gew.-%, 70 Gew.-% oder mehr reduziert werden. Die Menge des im ausgetragenen Mischer verbleibenden Flüssigkeitsgehalts kann vom Füllstofftyp, vom Elastomertyp, von der Füllstoffmenge usw. abhängen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann es erwünscht sein, dass eine bestimmte Menge an Feuchtigkeit in der Mischung verbleibt, um bei der Mischung im zweiten Mischer ein Nassmischverfahren und dessen Vorteile zu nutzen. Alternativ kann es bei anderen Füllstoff- und/oder Elastomertypen wünschenswert sein, den Großteil der Flüssigkeit während des einen oder mehrerer Mischschritte im ersten Mischer zu entfernen. So kann die ausgetragene Mischung einen Flüssigkeitsgehalt (der teilweise vom Flüssigkeitsgehalt des feuchten Füllstoffs abhängt) im Bereich von z. B. 0,5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mischung, aufweisen, oder andere Mengen, wie in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2020/247663 A1 offenbart, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Das Mischen mit dem zweiten Mischer kann so erfolgen, dass der zweite Mischer oder das zweite Mischen unter zumindest einer der folgenden Bedingungen betrieben wird: (i) ein Stößeldruck von 5 psi oder weniger; (ii) ein Stößel, der auf zumindest 75 % des höchsten Niveaus des Stößels angehoben ist (wie zumindest 85 %, zumindest 90 %, zumindest 95 % oder zumindest 99 % oder 100 % des höchsten Niveaus des Stößels); (iii) ein Stößel, der im Schwebemodus betrieben wird; (iv) ein Stößel, der so positioniert ist, dass er die Mischung nicht wesentlich berührt; (v) ein Mischer ohne Stößel; und (vi) ein Füllfaktor der Mischung (zumindest festes Elastomer und feuchter Füllstoff) im Bereich von 25 % bis 70 %. Optional kann der zweite Mischer mit einem Füllfaktor der Mischung, bezogen auf das Trockengewicht, von 25 % bis 70 %, von 25 % bis 60 %, von 25 % bis 50 % oder von 30 % bis 50 % betrieben werden. Optional kann das Mischen mit dem zweiten Mischer unter diesen Bedingungen für 0 % bis 100 % der Mischzeit durchgeführt werden, z. B. von 10 % bis 100 %, von 20 % bis 100 %, von 30 % bis 100 %, von 40 % bis 100 %, von 50 % bis 100 %, von 60 % bis 100 %, von 70 % bis 100 %, von 80 % bis 100 % oder von 90 % bis 100 % der Mischzeit.
Das Mischen im zweiten Mischer kann ohne Leistungssteuerung durchgeführt werden. Alternativ dazu wird zumindest ein Teil des Mischvorgangs unter Leistungssteuerung durchgeführt. Beispielsweise ist der zweite Mischer ein Chargenmischer mit einem oder mehreren Rotoren, die mechanisch mit einem Mischermotor gekoppelt sind, und zumindest ein Teil des Mischens im zweiten Mischer wird leistungsgeregelt durchgeführt, wobei die Drehzahl des einen oder der mehreren Rotoren durch eine Steuerung geregelt wird, die (i) eine Differenz zwischen einer gemessenen Mischermotorleistung und einem Leistungssollwert berechnet und (ii) die Drehzahl des einen oder der mehreren Rotoren anpasst, wenn die gemessene Mischermotorleistung vom Leistungssollwert abweicht.
Optional kann der Leistungssollwert (ausgedrückt als spezifische Leistung) für das Mischen der zweiten Stufe im Bereich von 1 bis 10 kW/kg liegen, z. B., von 1 bis 9 kW/kg, von 1 bis 8,5 kW/kg, von 1 bis 8 kW/kg, von 1 bis 7 kW/kg, von 1 bis 6 kW/kg, von 1 bis 5 kW/kg, von 1 bis 4 kW/kg, von 1,5 bis 10 kW/kg, von 1,5 bis 9 kW/kg, von 1,5 bis 8,5 kW/kg, von 1,5 bis 8 kW/kg, von 1,5 bis 7 kW/kg, von 1,5 bis 6 kW/kg, von 1,5 bis 5 kW/kg, von 1,5 bis 4 kW/kg, von 2 bis 10 kW/kg, von 2 bis 9 kW/kg, von 2 bis 8,5 kW/kg, von 2 bis 8 kW/kg, von 2 bis 7 kW/kg, von 2 bis 6 kW/kg, von 2 bis 5 kW/kg, von 2 bis 4 kW/kg oder andere hierin offenbarte Bereiche, z. B., derselbe Bereich wie für die erste Mischstufe. Optional kann der Leistungssollwert, ausgedrückt als spezifische Leistung für eine erste Mischstufe oder ein einstufiges Mischen, im Bereich von 1 bis 10 kW/kg und in anderen dazwischen liegenden Bereichen liegen, wie hier offenbart. Eine weitere Option ist, dass der Leistungssollwert, ausgedrückt als spezifische Leistung für eine erste Mischstufe oder ein einstufiges Mischen, im Bereich von 4 bis 10 kW/kg und in anderen dazwischen liegenden Bereichen liegt, wie hier offenbart.
Optional wird zumindest ein Teil des leistungsgeregelten Mischens im zweiten Mischer durchgeführt, wobei der Stößel auf zumindest 75 % seines höchsten Niveaus angehoben wird. Optional kann zumindest ein Teil des Mischens unter Leistungssteuerung im zweiten Mischer mit einem Mischer ohne Stößel durchgeführt werden. Eine weitere Möglichkeit ist, dass das Mischen im zweiten Mischer unter Leistungssteuerung mit abgesenktem Stößel erfolgt. Das Verfahren umfasst dann das Austragen des Verbundwerkstoffs aus dem zuletzt verwendeten Mischer, wobei der Verbundwerkstoff einen Flüssigkeitsgehalt von nicht mehr als 10 Gew.-% (oder nicht mehr als 5 %, nicht mehr als 3 %, nicht mehr als 2 % oder nicht mehr als 1 Gew.-% oder andere hier offenbarte Mengen), bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, aufweist. Typischerweise wird eine zweite Mischstufe durchgeführt, um den Verbundwerkstoff weiter zu trocknen. In jedem der hier offenbarten mehrstufigen Verfahren kann der endgültig ausgetragene Verbundwerkstoff (z. B. der nach dem zweiten oder dritten oder weiteren Mischschritten ausgetragene Verbundwerkstoff) einen Flüssigkeitsgehalt von nicht mehr als 5 % aufweisen. Ohne an irgendeine Theorie gebunden sein zu wollen, kann die Verwendung einer PID-Leistungssteuerung in der zweiten Stufe eine bessere Steuerung der Trocknungsrate während der letzten Trocknungsstufen ermöglichen. Mit einer solchen Steuerung kann z. B. das Masterbatch getrocknet werden, ohne dass der Zieltemperaturbereich der Sonde überschritten wird, d. h., es wird verhindert, dass der Verbundwerkstoff zu schnell trocknet.
Eine weitere Möglichkeit ist, dass ein mehrstufiges Mischen eine erste Mischstufe aufweist, die nicht leistungsgesteuert durchgeführt wird, gefolgt von zumindest einer nachfolgenden Mischstufe (z. B. einer zweiten Mischstufe), bei der zumindest ein Teil des Mischens leistungsgesteuert durchgeführt wird. Dementsprechend stellt ein weiterer Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs bereit, das Folgendes aufweist:

Weitere Merkmale des Mischens, ob einstufig oder mehrstufig, sind in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2020/247663 A1 beschrieben, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
In allen hier offenbarten Verfahren erfolgt der Austragungsschritt aus dem Mischer und führt zu einem Verbundwerkstoff, der den im Naturkautschuk dispergierten Füllstoff in einer Gesamtmenge von zumindest 20 phr, z.B. von 20 bis 250 phr, oder anderen hier offenbarten Mengen aufweist. Im Wesentlichen wird der gesamte in den Mischer eingebrachte Füllstoff in den ausgetragenen Verbundwerkstoff eingearbeitet (der Ausbeuteverlust des Füllstoffs beträgt nicht mehr als 10%, nicht mehr als 5%, nicht mehr als 3%, nicht mehr als 2% oder nicht mehr als 1%).
Die Mischzeit kann vom Zeitpunkt der Beschickung (z. B. dem Zeitpunkt der Beschickung der ersten Komponente oder dem Beginn der Beschickung) bis zum Zeitpunkt der Austragung des Verbundwerkstoffs, d. h. der Gesamtmischzeit oder der Chargenzeit, bestimmt werden. Bei Chargen-Innenmischern kann die Mischzeit als alternativer Parameter aus der Stößel-Ausfahrzeit bestimmt werden, d. h. aus der Zeit, in der der Mischer mit dem Stößel in seiner untersten Position, z. B. in der vollständig sitzenden Position, oder mit einer Stößelauslenkung betrieben wird (wie in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2020/247663 A1 beschrieben, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird). Die derzeit offenbarten Verfahren (z. B. für ein einstufiges Mischen oder eine erste Mischstufe) können zu einer Verringerung der Mischzeiten führen, sei es die Gesamtmischzeit oder die Stößelabschaltzeit, im Vergleich zu einem Mischprozess ohne Leistungssteuerung, z. B. um zumindest 5 % oder zumindest 10 % der Gesamtmischzeit ohne Leistungssteuerung. Die Mischzeit kann weniger als 10 Min., weniger als 9 Min., weniger als 8 Min., weniger als 7 Min., weniger als 6 Min. oder von 1 Min. bis 10 Min. betragen, z.B. von 1 Min. bis 9 Min., von 1 Min. bis 8 Min., von 3 Min. bis 10 Min., von 3 Min. bis 9 Min., von 3 Min. bis 8 Min., von 3 Min. bis 7 Min., von 3 Min. bis 6 Min., von 5 Min. bis 10 Min., von 5 Min. bis 9 Min., von 5 Min. bis 8 Min., oder von 5 Min. bis 7 Min.. Die Stößelabschaltzeiten können geringer sein als die Gesamtmischzeit und können weniger als 9 Min., weniger als 8 Min., weniger als 7 Min., weniger als 6 Min., oder von 1 Min. bis 9 Min., von 1 Min. bis 8 Min., von 3 Min. bis 9 Min., von 3 Min. bis 8 Min., von 3 Min. bis 7 Min., von 3 Min. bis 6 Min., von 3 Min. bis 5 Min., von 5 Min. bis 9 Min., von 5 Min. bis 8 Min. oder von 5 Min. bis 7 Min. betragen.
Die Verfahren umfassen ferner das Austragen des gebildeten Verbundwerkstoffs aus dem Mischer. Der ausgetragene Verbundwerkstoff kann einen Flüssigkeitsgehalt von nicht mehr als 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, aufweisen, wie in der folgenden Gleichung dargestellt: $\begin{array}{l} Fl \ddot{u} ssigkeitsgehalt des Verbundwerkstoffs % = 100 * [Masse der Fl \ddot{u} ssigkeit] / [Masse der \\ Fl \ddot{u} ssigkeit + Masse der trockenen Verbundwerkstoffs] \end{array}$
In jedem der hier offenbarten Verfahren kann der ausgetragene Verbundwerkstoff einen Flüssigkeitsgehalt von nicht mehr als 10 Gew.-%, wie z.B. nicht mehr als 9 %, nicht mehr als 8 %, nicht mehr als 7 %, nicht mehr als 6 %, nicht mehr als 5 %, nicht mehr als 3 %, nicht mehr als 2 % oder nicht mehr als 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, aufweisen. Diese Menge kann zwischen 0,1 und 10 %, 0,5 und 9 %, 0,5 und 7 %, 0,5 und 5 %, 0,5 und 3 %, 0,5 und 2 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, der am Ende des Prozesses aus dem Mischer ausgetragen wird, liegen. Alternativ kann bei Verwendung von zwei oder mehr Mischstufen der ausgetragene Flüssigkeitsgehalt aus der ersten Mischstufe (in der zumindest festes Elastomer und feuchter Füllstoff in den Mischer gegeben werden) mehr als 10 Gew.-% (z.B. weniger als 20 Gew.-%) betragen, und eine zweite oder nachfolgende Stufe führt zu einer weiteren Trocknung, so dass der Verbundwerkstoff, wie hier offenbart, einen Flüssigkeitsgehalt von nicht mehr als 10 Gew.-% oder weniger aufweist. In jedem der hier offenbarten Verfahren kann der Flüssigkeitsgehalt (z. B. „Feuchtigkeitsgehalt“) der gemessene Gewichtsprozentanteil der im Verbundwerkstoff vorhandenen Flüssigkeit sein, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs.
In jedem der hier offenbarten Verfahren kann der Flüssigkeitsgehalt im Verbundwerkstoff als Gewichtsprozent der im Verbundwerkstoff vorhandenen Flüssigkeit, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, gemessen werden. Für die Messung des Flüssigkeitsgehalts (z. B. Wasser) in Kautschukmaterialien sind eine Reihe von Geräten bekannt, wie z. B. ein coulometrisches Karl-Fischer-Titrationssystem oder eine Feuchtigkeitswaage, z. B. von Mettler (Toledo International, Inc., Columbus, OH).
Die Menge an Füllstoff, die in die Mischung eingebracht wird, kann (auf Trockengewichtsbasis) auf zumindest 20 phr, zumindest 30 phr, zumindest 40 phr ausgerichtet sein oder im Bereich von 20 phr bis 250 phr, von 20 phr bis 200 phr, von 20 phr bis 180 phr, von 20 phr bis 150 phr, von 20 phr bis 100 phr, von 20 phr bis 90 phr, von 20 phr bis 80 phr, 30 phr bis 200 phr, von 30 phr bis 180 phr, von 30 phr bis 150 phr, von 30 phr bis 100 phr, von 30 phr bis 80 phr, von 30 phr bis 70 phr, 40 phr bis 200 phr, von 40 phr bis 180 phr, von 40 phr bis 150 phr, von 40 phr bis 100 phr, von 40 phr bis 80 phr, von 35 phr bis 65 phr oder von 30 phr bis 55 phr oder andere Mengen innerhalb oder außerhalb eines oder mehrerer dieser Bereiche. Die obigen Mengenangaben können auch für den im Elastomer dispergierten Füllstoff gelten (Füllstoffbeschickung). Es können auch andere Füllstofftypen, Mischungen, Kombinationen usw. verwendet werden, wie sie in der PCT-Veröffentlichungs-Nr. WO 2020/247663 A1 offenbart sind, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Der feuchte Füllstoff, der in einem der hier offenbarten Verfahren verwendet wird, kann ein festes Material sein, z. B. ein festes Schüttgut in Form eines Pulvers, einer Paste, eines Pellets, eines Teigs oder einer Aufschlämmung, z. B. ein festes Schüttgut in Form eines Pulvers, einer Paste, eines Pellets oder eines Teigs. Der feuchte Füllstoff kann einen Flüssigkeitsgehalt von zumindest 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs, aufweisen, z.B, zumindest 20 Gew.-%, zumindest 25 Gew.-%, zumindest 30 Gew.-%, zumindest 40 Gew.-%, zumindest 50 Gew.-% oder von 20 bis 99 %, von 20 bis 95 %, von 20 bis 90 %, von 20 bis 80 %, von 20 bis 70 %, von 20 bis 60 %, von 30 bis 99 %, von 30 bis 95 %, von 30 bis 90 %, von 30 bis 80 %, von 30 bis 70 %, von 30 bis 60 %, von 40 % bis 99 %, von 40 % bis 95 %, von 40 % bis 90 %, von 40 % bis 80 %, von 40 % bis 70 %, von 40 % bis 60 %, von 45 % bis 99 %, von 45 % bis 95 %, von 45 % bis 90 %, von 45 % bis 80 %, von 45 % bis 70 %, von 45 % bis 60 %, von 50 % bis 99 %, von 50 % bis 95 %, von 50 % bis 90 %, von 50 % bis 80 %, von 50 % bis 70 % oder von 50 % bis 60 %, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs. Andere Flüssigkeitsmengen sind in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2020/247663 A1 offenbart, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Der Füllstoff kann jeder herkömmliche Füllstoff sein, der bei Elastomeren verwendet wird, wie z. B. Verstärkungsfüllstoffe. Der Füllstoff kann partikelförmig, faserig oder plättchenartig sein. Ein partikelförmiger Füllstoff besteht beispielsweise aus einzelnen Körpern. Solche Füllstoffe haben oft ein Seitenverhältnis (z. B. Länge zu Durchmesser) von 3:1 oder weniger, 2:1 oder weniger oder 1,5:1 oder weniger. Faserförmige Füllstoffe können ein Seitenverhältnis von z. B. 2:1 oder mehr, 3:1 oder mehr, 4:1 oder mehr oder höher haben. Typischerweise haben Füllstoffe, die zur Verstärkung von Elastomeren verwendet werden, mikroskopische (z. B. Hunderte von Mikrometern oder weniger) oder nanoskalige (z. B. weniger als 1 Mikrometer) Abmessungen. Im Falle von Ruß beziehen sich die einzelnen Körper aus partikelförmigem Ruß auf die aus Primärpartikeln gebildeten Aggregate oder Agglomerate und nicht auf die Primärpartikel selbst. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann der Füllstoff eine plättchenartige Struktur aufweisen, wie z. B. Graphene und reduzierte Graphenoxide.
Der Füllstoff weist zumindest ein Material auf, das ausgewählt ist aus kohlenstoffhaltigen Materialien, Ruß, Kieselsäure, Nanocellulose, Lignin, Tonen, Nanotonen, Metalloxiden, Metallcarbonaten, Pyrolysekohlenstoff, Graphenen, Graphenoxiden, reduzierten Graphenoxiden, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Kombinationen davon sowie beschichteten und behandelten Materialien davon; der Füllstoff weist zumindest ein Material auf, das aus Ruß, Siliziumdioxid und beschichteten und behandelten Materialien davon (z. g., Ruß und/oder Siliziumdioxid und/oder mit Silizium behandelter Ruß); zumindest 50 Gew.-% des Füllstoffs sind ausgewählt aus Ruß und beschichteten und behandelten Materialien davon; zumindest 90 Gew.-% des Füllstoffs sind ausgewählt aus Ruß und beschichteten und behandelten Materialien davon.
Der Ruß, der in einem der hier offenbarten Verfahren verwendet wird, kann eine beliebige Sorte von Verstärkungsrußen und Halbverstärkungsrußen sein. Beispiele für Verstärkungsruße nach ASTM sind N110, N121, N134, N220, N231, N234, N299, N326, N330, N339, N347, N351, N358 und N375. Beispiele für halbverstärkende Sorten nach ASTM sind N539, N550, N650, N660, N683, N762, N765, N774, N787, N990-Ruße und/oder N990-Thermoruße.
Der Ruß kann eine beliebige statistische Dickenoberfläche (STSA) von 20 m²/g bis 250 m²/g oder mehr aufweisen. STSA (statistical thickness surface area) wird nach dem ASTM-Testverfahren D-5816 (gemessen durch Stickstoffadsorption) bestimmt. Der Ruß kann eine Druckölabsorptionszahl (COAN; compressed oil absorption number) von etwa 30 mL/100g bis etwa 150 mL/100g aufweisen. Die Druckölabsorptionszahl (COAN) wird gemäß ASTM D3493 bestimmt. Optional kann der Ruß eine STSA von 60 m²/g bis 150 m²/g mit einer COAN von 70 mL/100g bis 115 mL/100g aufweisen.
Wie bereits erwähnt, kann der Ruß ein Kautschuk-Ruß sein, insbesondere ein verstärkender Ruß oder ein halbverstärkender Ruß. Ruß, der unter den Marken Regal^®, Black Pearls^®, Spheron^®, Sterling^®, Propel^®, Endure^® und Vulcan^® von der Cabot Corporation, unter den Marken Raven^®, Statex^®, Furnex^® und Neotex^® sowie unter den CD- und HV-Linien von Birla Carbon (früher von Columbian Chemicals) verkauft wird, und die Marken Corax^®, Durax^®, Ecorax^® und Purex^® sowie die CK-Linie von Orion Engineered Carbons (ehemals Evonik und Degussa Industries) sowie andere Füllstoffe, die für den Einsatz in Kautschuk- oder Reifenanwendungen geeignet sind, können ebenfalls für den Einsatz in verschiedenen Anwendungen genutzt werden. Geeignete chemisch funktionalisierte Ruße umfassen die in der WO 96/18688 und US2013/0165560 offenbarten Rußarten, deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme aufgenommen werden. Es können auch Mischungen aus diesen Rußen verwendet werden. Ruß mit Oberflächen und Strukturen, die über die ASTM-Sorten und typischen Werte hinausgehen, die für das Mischen mit Kautschuk ausgewählt wurden, wie beispielsweise die in der US-Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2018/0282523, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist, beschrieben sind, können in dem feuchten Füllstoff und in dem Verbundwerkstoff verwendet werden, der nach einem der hier offenbarten Verfahren hergestellt wird.
Der Ruß kann ein Ofenruß, ein Gasruß, ein thermischer Ruß, ein Acetylenruß oder ein Lampenruß, ein Plasmaruß, ein rückgewonnener Ruß (z. B. gemäß ASTM D8178-19) oder ein Kohlenstoffprodukt sein, das siliziumhaltige Arten und/oder metallhaltige Arten und dergleichen enthält. Der Ruß kann ein mehrphasiges Aggregat sein, das zumindest eine Kohlenstoffphase und zumindest eine Phase mit einer metallhaltigen Art oder eine Phase mit einer siliziumhaltigen Art aufweist, d. h. ein siliziumbehandelter Ruß. In siliziumbehandeltem Ruß ist eine siliziumhaltige Art, wie z. B. ein Siliziumoxid oder -carbid, in zumindest einem Teil des Rußaggregats als fester Bestandteil des Rußes verteilt. Mit Silizium behandelte Rußpartikel sind keine Rußaggregate, die beschichtet oder anderweitig modifiziert wurden, sondern stellen eigentlich zweiphasige Aggregatpartikel dar. Eine Phase ist Kohlenstoff, der noch als graphitischer Kristallit und/oder amorpher Kohlenstoff vorhanden ist, während die zweite Phase aus Kieselsäure und möglicherweise anderen siliziumhaltigen Spezies besteht.) Somit ist die Phase der siliziumhaltigen Arten des siliziumbehandelten Rußes ein fester Bestandteil des Aggregats, der zumindest über einen Teil des Aggregats verteilt ist. Mit Silizium behandelte EcoblackTM-Ruße sind von der Cabot Corporation erhältlich. Die Herstellung und die Eigenschaften dieser mit Silizium behandelten Ruße werden in U.S. Pat. Nr. 6,028,137 beschrieben, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Was den Füllstoff anbelangt, so können bei diesen Ausführungsbeispielen wahlweise zumindest Kieselsäure (z. B. zumindest 50 Gew.-% Kieselsäure), eine oder mehrere Arten von Kieselsäure oder eine beliebige Kombination von Kieselsäure(n) verwendet werden. Die Kieselsäure kann gefällte Kieselsäure, pyrogene Kieselsäure, Kieselgel und/oder kolloidale Kieselsäure umfassen oder sein. Die Kieselsäure kann unbehandelte Kieselsäure und/oder chemisch behandelte Kieselsäure umfassen. Die Kieselsäure kann zur Verstärkung von Verbundwerkstoffen aus Elastomeren geeignet sein und durch eine Brunaur-Emmett-Teller-Oberfläche (BET, bestimmt durch Mehrpunkt-BET-Stickstoffadsorption, ASTM D1993) von etwa 20 m²/g bis etwa 450 m²/g; etwa 30 m²/g bis etwa 450 m²/g; etwa 30 m²/g bis etwa 400 m²/g; oder etwa 60 m²/g bis etwa 250 m²/g, von etwa 60 m²/g bis etwa 250 m²/g, von etwa 80 m²/g bis etwa 200 m²/g gekennzeichnet sein. Die Kieselsäure kann einen STSA-Wert von etwa 80 m2/g bis 250 m2/g, beispielsweise von etwa 80 m2/g bis 200 m2/g oder von 90 m2/g bis 200 m2/g, von 80 m2/g bis 175 m2/g oder von 80 m2/g bis 150 m2/g aufweisen. Hochdisperse gefällte Kieselsäure kann in den vorliegenden Verfahren als Füllstoff verwendet werden. Unter hochdispergierbarer gefällter Kieselsäure („HDS“) ist jede Kieselsäure zu verstehen, die eine wesentliche Fähigkeit zur Desagglomeration und Dispersion in einer elastomeren Matrix aufweist. Solche Dispersionsbestimmungen können in bekannter Weise durch Elektronen- oder Lichtmikroskopie an Dünnschnitten des Verbundwerkstoffs vorgenommen werden. Beispiele für handelsübliche HDS-Qualitäten umfassen Perkasil^® GT 3000GRAN Kieselsäure von WR Grace & Co, Ultrasil^® 7000 Kieselsäure von Evonik Industries, Zeosil^® 1165 MP, 1115 MP, Premium und 1200 MP Kieselsäure von Solvay S.A., Hi-Sil^® EZ 160G Kieselsäure von PPG Industries, Inc. und Zeopol^® 8741 oder 8745 Kieselsäure von Evonik Industries. Herkömmliche nicht-HDS-gefällte Kieselsäuren können ebenfalls verwendet werden. Beispiele für handelsübliche gefällte Kieselsäuren umfassen Perkasil^® KS 408 Kieselsäure von WR Grace & Co, Zeosil^® 175GR Kieselsäure von Solvay S.A., Ultrasil^® VN3 Kieselsäure von Evonik Industries und Hi-Sil^® 243 Kieselsäure von PPG Industries, Inc. Gefällte Kieselsäure mit oberflächengebundenen Silan-Haftvermittlern kann ebenfalls verwendet werden. Beispiele für handelsübliche chemisch behandelte gefällte Kieselsäuren umfassen Agilon^®400, 454 oder 458 von PPG Industries, Inc. und Coupsil-Kieselsäuren von Evonik Industries, z. B. Coupsil^® 6109 Kieselsäure.
Andere geeignete Füllstoffe umfassen Kohlenstoff-Nanostrukturen (CNS, Singular CNS), eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT), die in einer Polymerstruktur vernetzt sind, indem sie z. B. dendrimerisch verzweigt, ineinander verflochten, verschränkt sind und/oder gemeinsame Geschäftsanteile miteinander haben. CNS-Füllstoffe sind in U.S. Pat. Nr. 9,447,259 und der PCT-Veröffentlichungs-Nr. WO 2021/247153 beschrieben, deren Offenbarungen durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden. Andere geeignete Füllstoffe umfassen biologisch hergestellte oder biobasierte Materialien (aus biologischen Quellen), recycelte Materialien oder andere Füllstoffe, die als erneuerbar oder nachhaltig gelten, einschließlich hydrothermalem Kohlenstoff (HTC, wobei der Füllstoff Lignin aufweist, das durch hydrothermale Karbonisierung behandelt wurde, wie in U.S. Pat. Nrn. 10,035,957 und 10,428,218 beschrieben, deren Offenlegungen durch Bezugnahme hierin enthalten sind), Reishülsenkieselsäure, Kohlenstoff aus der Methanpyrolyse, technisch hergestellte Polysaccharidpartikel, Stärke, Kieselerde, Krümelgummi und funktionalisierter Krümelgummi. Beispiele für künstlich hergestellte Polysaccharide umfassen diejenigen, die in U.S. Pat. Veröffentlichungs-Nrn. 2020/0181370 und 2020/0190270 beschrieben sind, deren Offenlegungen hier durch Bezugnahme aufgenommen werden. Die Polysaccharide können zum Beispiel ausgewählt werden aus: Poly-alpha-1,3-Glucan; Poly-alpha-1,3-1,6-Glucan; einem wasserunlöslichen alpha-(1,3-Glucan)-Polymer mit 90 % oder mehr α-1,3-glycosidischen Bindungen, weniger als 1 Gew.-% alpha-1,3,6-glycosidischen Verzweigungspunkten und einem zahlenmittleren Polymerisationsgrad im Bereich von 55 bis 10.000; Dextran; eine Zusammensetzung, die eine Poly-alpha-1,3-Glucan-Esterverbindung aufweist; und wasserunlösliche Cellulose mit einem gewichtsmittleren Polymerisationsgrad (DPw) von etwa 10 bis etwa 1000 und einer Cellulose-II-Kristallstruktur. Optional kann der zumindest eine Füllstoff aus Reishülsenkieselsäure, Lignin, Nanocellulose, hydrothermalem Kohlenstoff und technisch hergestellten Polysacchariden ausgewählt werden.
Geeignete Füllstoffe sind auch in der PCT-Veröffentlichungs-Nr. WO 2020/247663 A1 offenbart, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Das verwendete und mit dem feuchten Füllstoff vermischte feste Elastomer kann als trockenes oder im Wesentlichen trockenes Elastomer betrachtet werden. Das feste Elastomer kann einen Flüssigkeitsgehalt (z. B., Lösungsmittel- oder Wassergehalt) von 5 Gew.-% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht des festen Elastomers, wie 4 Gew.-% oder weniger, 3 Gew.-% oder weniger, 2 Gew.-% oder weniger, 1 Gew.-% oder weniger oder von 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-%, 1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, 0,5 Gew.-% bis 4 Gew.-% und dergleichen. Das feste Elastomer (z. B. das feste Ausgangselastomer) kann vollständig aus Elastomer bestehen (mit einem Gehalt an Ausgangsflüssigkeit, z. B. Wasser, von 5 Gew.-% oder weniger) oder ein Elastomer sein, das auch einen oder mehrere Füllstoffe und/oder andere Komponenten umfasst.
Für die vorliegenden Verfahren kann jedes feste Elastomer verwendet werden. Exemplarische Elastomere umfassen Naturkautschuk (NR), funktionalisierten Naturkautschuk, synthetische Elastomere wie Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR, z. B., Lösungs-SBR (SSBR), Emulsions-SBR (ESBR) oder ölverstreckter SSBR (OESSB+R)), funktionalisierter Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk (BR), funktionalisierter Polybutadien-Kautschuk, Polyisopren-Kautschuk (IR), Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDM), Elastomere auf Isobutylenbasis (z. B., Butylkautschuk), halogenierter Butylkautschuk, Polychloroprenkautschuk (CR), Nitrilkautschuk (NBR), hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR), Fluorelastomere, Perfluorelastomere und Silikonkautschuk, z. B. Naturkautschuk und Mischungen davon, z. B. Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk und Mischungen davon, z. B. eine Mischung aus einem ersten und einem zweiten festen Elastomer. Andere synthetische Polymere, die in den vorliegenden Verfahren verwendet werden können (entweder allein oder in Form von Mischungen), umfassen hydriertes SBR und thermoplastische Blockcopolymere (z. B. solche, die recycelbar sind). Synthetische Polymere umfassen Copolymere von Ethylen, Propylen, Styrol, Butadien und Isopren. Andere synthetische Elastomere umfassen solche, die mit Hilfe der Metallocenchemie synthetisiert werden, wobei das Metall aus Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Tm, Yb, Lu, Co, Ni und Ti ausgewählt wird. Es können auch Polymere aus biobasierten Monomeren verwendet werden, wie Monomere, die modernen Kohlenstoff gemäß ASTM D6866 enthalten, z. B. Polymere aus biobasierten Styrolmonomeren, offenbart in U.S. Pat. Nr. 9,868,853, deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin enthalten ist, oder Polymere aus biobasierten Monomeren wie Butadien, Isopren, Ethylen, Propylen, Farnesen und deren Comonomeren. Wenn zwei oder mehr Elastomere verwendet werden, können die zwei oder mehr Elastomere gleichzeitig als Mischung in den Mischer gegeben werden (als eine Charge oder zwei oder mehr Chargen), oder die Elastomere können separat in beliebiger Reihenfolge und Menge zugegeben werden. Das feste Elastomer kann beispielsweise Naturkautschuk aufweisen, der mit einem oder mehreren der hier offenbarten Elastomere gemischt ist, z. B. Butadien-Kautschuk und/oder Styrol-Butadien-Kautschuk, oder SBR, das mit BR gemischt ist, usw. Beispielsweise kann das zusätzliche feste Elastomer dem Mischer separat zugegeben werden, und der Naturkautschuk kann dem Mischer separat zugegeben werden.
Das feste Elastomer kann Naturkautschuk sein oder diesen umfassen. Handelt es sich bei dem festen Elastomer um eine Mischung, so kann sie zumindest 50 Gew.-% oder zumindest 70 Gew.-% oder zumindest 90 Gew.-% Naturkautschuk umfassen. Die Mischung kann ferner synthetische Elastomere aufweisen, wie einen oder mehrere Styrol-Butadien-Kautschuke, funktionalisierte Styrol-Butadien-Kautschuke und Polybutadien-Kautschuke und/oder andere hier offenbarte Elastomere.
Additive können auch in den Mischungsschritten (z. B. beim einstufigen Mischen oder in der zweiten oder dritten Stufe eines mehrstufigen Mischens) eingearbeitet werden und können Antidegradantien und eine oder mehrere Kautschukchemikalien umfassen, um die Dispersion des Füllstoffs im Elastomer zu ermöglichen. Die hier definierten Kautschukchemikalien umfassen eines oder mehrere der folgenden Elemente: Verarbeitungshilfsmittel (zur Erleichterung des Mischens und Verarbeitens von Kautschuk, z. B. verschiedene Öle und Weichmacher, Wachs), Aktivatoren (zur Aktivierung des Vulkanisierungsprozesses, z. B. Zinkoxid und Fettsäuren), Beschleuniger (zur Beschleunigung des Vulkanisierungsprozesses, z. B. Sulfenamide und Thiazole), Vulkanisiermittel (oder Vulkanisationsmittel zur Vernetzung von Kautschuk, z. B. Schwefel, Peroxide) und andere Kautschukadditive wie z. B. z. B. Sulphenamide und Thiazole), Vulkanisationsmittel (oder Vulkanisationsmittel zur Vernetzung von Kautschuk, z. B. Schwefel, Peroxide) und andere Kautschukadditive, wie z. B. Verzögerer, Co-Agenten, Peptisatoren, Haftvermittler (z. B, Verwendung von Kobaltsalzen zur Förderung der Haftung von Stahlseilen an Elastomeren auf Kautschukbasis (z. B. wie in U.S. Pat. Nr. 5,221,559 und U.S. Pat. Veröffentlichungs-Nr. 2020/0361242, deren Offenlegungen durch Bezugnahme hierin enthalten sind), Harze (z. B. Klebrigmacher, Traktionsharze), Flammschutzmittel, Farbstoffe, Treibmittel und Additive zur Verringerung der Wärmeentwicklung (HBU). Optional können die Kautschukchemikalien auch Verarbeitungshilfen und Aktivatoren aufweisen. Eine weitere Option ist, dass die eine oder mehrere andere Kautschukchemikalien aus Zinkoxid, Fettsäuren, Zinksalzen von Fettsäuren, Wachs, Beschleunigern, Harzen und Verarbeitungsöl ausgewählt werden.
Optional wird zumindest ein Teil des Mischens unter Mischerleistungssteuerung im zweiten Mischer nach der Zugabe zumindest eines Additivs (eines oder mehrerer Additive), wie eines der hier offenbarten Additive, z. B. zumindest eines Abbaustoppers und/oder Verarbeitungshilfsmittels (z. B. verschiedene Öle und Weichmacher, Wachs) und/oder Aktivatoren (z. B. Zinkoxid und/oder Fettsäuren) und/oder Beschleunigern und/oder Harzen und/oder Verarbeitungsöl, durchgeführt.
Die offenbarten Verfahren können zum Mischen einer Vielzahl von feuchten Füllstoffen, festen Elastomeren und gegebenenfalls zusätzlichen trockenen Füllstoffen und anderen Additiven verwendet werden, wie in der PCT-Veröffentlichungs-Nr. WO 2020/247663 A1 beschrieben, deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
In jedem hier offenbarten Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs kann das Verfahren nach der Bildung des Verbundwerkstoffs außerdem einen oder mehrere der folgenden Schritte umfassen:

- einen oder mehrere Halteschritte;
- einen oder mehrere Trocknungsschritte, um den Verbundwerkstoff weiter zu trocknen und einen getrockneten Verbundwerkstoff zu erhalten;
- einen oder mehrere Extrudierschritte;
- einen oder mehrere Kalandrierschritte;
- einen oder mehrere Mahlschritte, um einen gemahlenen Verbundwerkstoff zu erhalten;
- einen oder mehrere Granulierschritte;
- einen oder mehrere Schneideschritte;
- einen oder mehrere Ballenpressenschritte, um ein gepresstes Produkt oder eine Mischung zu erhalten;
- die gepresste Mischung oder das Produkt kann aufgebrochen werden, um eine granulierte Mischung zu erhalten; und/oder
- einen oder mehrere Misch- oder Compoundierschritte; und/oder
- einen oder mehrere Arbeitsschritte zum Verarbeiten.

Ein weiteres Beispiel ist die folgende Abfolge von Schritten, die nach der Bildung des Verbundwerkstoffs beliebig oft (mit denselben oder anderen Einstellungen) wiederholt werden können:

- einen oder mehrere Halteschritte zur Entwicklung weiterer Elastizität
- einen oder mehrere Kühlschritte
- weiteres Trocknen des Verbundwerkstoffs, um einen weiteren getrockneten Verbundwerkstoff zu erhalten;
- Mischen oder Compoundieren des Verbundwerkstoffs, um eine compoundierte Mischung zu erhalten;
- Mahlen der zusammengesetzten Mischung, um eine gemahlene Mischung zu erhalten (z.B. Walzmahlen);
- Granulieren der gemahlenen Mischung;
- optionales Pressen der Mischung nach dem Granulieren, um eine gepresste Mischung zu erhalten;
- optionales Aufbrechen der gepressten Mischung und Mischen.

Zusätzlich oder alternativ kann der Verbundwerkstoff mit einem oder mehreren hier offenbarten Additiven, z. B. Antidegradantien, Zinkoxid, Fettsäuren, Zinksalzen von Fettsäuren, Wachs, Beschleunigern, Harzen, Verarbeitungsöl und/oder Härtungsmitteln, zusammengesetzt und zu einem Vulkanisat vulkanisiert werden. Solche vulkanisierten Verbindungen können eine oder mehrere verbesserte Eigenschaften aufweisen, wie eine oder mehrere verbesserte Gummieigenschaften, wie z. B. eine verbesserte Hysterese, Verschleißfestigkeit und/oder Rollwiderstand, z. B. in Reifen, oder eine verbesserte mechanische Festigkeit und/oder Zugfestigkeit oder ein verbessertes tan delta und/oder ein verbessertes Zugspannungsverhältnis und dergleichen.
Ein oder mehrere Gegenstände können Materialien aufweisen, die aus den hier offenbarten Verbundwerkstoffen oder Vulkanisaten hergestellt sind. Der Verbundwerkstoff kann zur Herstellung eines elastomeren oder kautschukhaltigen Produkts verwendet werden. Optional kann der Verbundwerkstoff in verschiedenen Teilen eines Reifens verwendet oder für die Verwendung hergestellt werden, z. B. zur Bildung eines Vulkanisats, das in verschiedene Teile eines Reifens eingearbeitet wird, z. B. in Reifenlaufflächen (wie Straßen- oder Geländereifenlaufflächen), einschließlich Cap und Base, Underread, Innerliner, Reifenseitenwände, Reifenseitenwandeinlagen, Wire-Skim für Reifen und Polstergummi für runderneuerte Reifen, sowohl in Luftreifen als auch in nichtpneumatischen oder Vollreifen. Alternativ oder zusätzlich kann der Verbundwerkstoff (und anschließend das Vulkanisat) für Schläuche, Dichtungen, Dichtungsstreifen, Scheibenwischer, Kraftfahrzeugteile, Auskleidungen, Polster, Gehäuse, Rad- und Schienenelemente, Seitenwandeinlagen für Reifen, Drahtsohlen für Reifen und Gummipuffer für runderneuerte Reifen verwendet werden, und zwar sowohl für Luftreifen als auch für nicht-pneumatische oder Vollreifen. Alternativ oder zusätzlich kann der Verbundwerkstoff (und anschließend das Vulkanisat) für Schläuche, Dichtungen, Dichtungsringe, schwingungsdämpfende Artikel, Raupenketten, Raupenkissen für raupengetriebene Geräte wie Bulldozer usw. verwendet werden, Motorlager, Erdbebenstabilisatoren, Bergbauausrüstungen wie Siebe, Auskleidungen von Bergbauausrüstungen, Förderbänder, Rutschenauskleidungen, Schlammpumpenauskleidungen, Schlammpumpenteile wie Laufräder, Ventilsitze, Ventilkörper, Kolbennaben, Kolbenstangen, Plunger, Laufräder für verschiedene Anwendungen wie Mischschlämme und Schlammpumpenlaufräder, Auskleidungen von Schleifmühlen, Zyklone und Hydrozyklone, Kompensatoren, Schiffsausrüstungen wie Auskleidungen für Pumpen (z. B., Pumpen (z. B. Baggerpumpen und Außenbordmotorpumpen), Schläuche (z. B. Baggerschläuche und Außenbordmotorschläuche) und andere Schiffsausrüstungen, Wellendichtungen für die Schifffahrt, die Ölindustrie, die Luft- und Raumfahrt und andere Anwendungen, Propellerwellen, Auskleidungen für Rohrleitungen zum Transportieren von z. B. Ölsand und/oder Teersand und andere Anwendungen, bei denen Abriebfestigkeit und/oder verbesserte dynamische Eigenschaften gewünscht sind. Ferner kann der Verbundwerkstoff über den vulkanisierten Elastomerverbundstoff in Walzen, Nocken, Wellen, Rohren, Buchsen für Fahrzeuge oder anderen Anwendungen verwendet werden, bei denen Abriebfestigkeit und/oder verbesserte dynamische Eigenschaften erwünscht sind.
Dementsprechend umfassen die Artikel Laufflächen von Fahrzeugreifen, einschließlich Ober- und Unterbau, Seitenwände, Unterlaufflächen, Innerliner, Drahtabdeckungselemente, Reifenkarkassen, Motorlager, Buchsen, Förderbänder, Antivibrationsvorrichtungen, Wetterschutzstreifen, Scheibenwischer, Fahrzeugkomponenten, Dichtungen, Dichtungsringe, Schläuche, Auskleidungen, Polster, Gehäuse und Rad- oder Kettenelemente. Der Artikel kann zum Beispiel eine Mehrkomponenten-Lauffläche sein, wie sie in U.S. Pat. Nrn. 9,713,541 , 9,713,542 , 9,718,313 und 10,308,073 offenbart sind, deren Offenbarungen hier durch Bezugnahme aufgenommen werden.
Beispiele
Der Wassergehalt des ausgetragenen Verbundwerkstoffs wurde mit einer Feuchtewaage (Modell: HE53, Hersteller: Mettler Toledo NA, Ohio) gemessen. Der Verbundwerkstoff wurde in kleine Stücke geschnitten (Größe: Länge, Breite, Höhe < 5 mm) und 2 bis 2,5 g des Materials wurden auf eine Einweg-Aluminiumscheibe/Platte gelegt, die sich im Inneren der Wasserwaage befand. Der Gewichtsverlust wurde 30 Minuten lang bei 125°C aufgezeichnet. Am Ende der 30 Minuten wurde der Feuchtigkeitsgehalt des Verbundwerkstoffs wie folgt aufgezeichnet: $F e u c h t i g k e i t s g e h a l t d e s V e r b u n d w e r k t s t o f f s = (\frac{A n f a n g s g e w i c h t - E n d g e w i c h t}{A n f a n g s g e w i}) * 100.$
Geringe Mengen an organischen flüchtigen Bestandteilen (< 0,1 Gew.-%) können in die Prüfwerte für die Feuchtigkeit einbezogen werden.
Die folgenden Tests wurden durchgeführt, um Leistungsdaten für jedes der Vulkanisate zu erhalten:

- - Die Zugspannung bei 100 % Dehnung (M100) und die Zugspannung bei 300 % Dehnung (M300) wurden nach ASTM D412 (Verfahren A, Die C) bei 23 °C, 50 % relativer Luftfeuchtigkeit und einer Traversengeschwindigkeit von 500 mm/min ermittelt. Zur Messung der Zugdehnung wurden Dehnungsmessgeräte verwendet. Das Verhältnis von M300/M100 wird als Zugspannungsverhältnis (oder Modulverhältnis) bezeichnet. Die Bruchdehnung und die Zugfestigkeit wurden ebenfalls gemäß ASTM D412 bestimmt.
- Max tan δ wurde mit einem ARES-G2 Rheometer (Hersteller: TA Instruments) unter Verwendung einer parallelen Plattengeometrie mit 8 mm Durchmesser im Torsionsmodus gemessen. Die Vulkanisatprobe hatte einen Durchmesser von 8 mm und eine Dicke von etwa 2 mm. Das Rheometer wurde bei einer konstanten Temperatur von 60°C und einer konstanten Frequenz von 10 Hz betrieben. Es wurden Dehnungs-Sweeps von 0,1-68% Dehnungsamplitude durchgeführt. Die Messungen erfolgten an zehn Punkten pro Dekade, und es wurde der maximal gemessene tan δ („Max tan δ“) angegeben, der, sofern nicht anders angegeben, auch als „tan δ“ bezeichnet wird. G'(10%) (MPa) ist der dynamische Speichermodul G' bei 10% Dehnung. Die Payne-Differenz der Verbindung wurde aus der Differenz des dynamischen Speichermoduls G' bei 0,1 % Dehnung zu G' bei 50 % Dehnung berechnet, d. h. G'(0,1 %) - G'(50 %).
- Die Mooney-Werte wurden mit dem Montech VMV3000-Gerät (MonTech USA LLC, Columbia City, IN) gemessen, das auf das Mooney-Profil ML(1+4)@100C eingestellt war (großer Rotor, 1 Minute Vorwärmung, 4 Minuten Test).
- Die Shore-A-Härte wurde an vulkanisierten Gummiproben mit einer Dicke von 6 mm oder mehr bei 23°C gemäß ASTM D2240 (1997) gemessen.

Beispiel 1
Beispiel 1 beschreibt die Herstellung von Verbundwerkstoffen und Vulkanisaten, die eine 80/20-Mischung aus Naturkautschuk (RSS3) und Butadienkautschuk aufweisen, mit feuchtem Ruß als Füllstoff, um eine Beladung von 51 phr zu erreichen, wobei das Mischen mit einer PID-Leistungssteuerung für einen Teil des Mischens durchgeführt wurde.
Beispiele 2 und 3
Die Beispiele 2 und 3 beschreiben die Herstellung von Verbundwerkstoffen und Vulkanisaten, die eine 80/20-Mischung aus Naturkautschuk (RSS3) und Butadienkautschuk wie in Beispiel 1 aufweisen (mit PID-Leistungssteuerung für einen Teil des Mischens), mit zusätzlichen Prozessmodifikationen zur weiteren Verkürzung der Chargenzeit.
Vergleichsbeispiel
Für das Vergleichsbeispiel wurde das Mischen mit der gleichen Formulierung wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch ohne PID-Leistungssteuerung in der ersten Mischstufe.
Für die Beispiele 1-3 und das Vergleichsbeispiel wurde der Ruß durch Mahlen von Propel^® X25-Ruß (Cabot Corporation) und erneutes Befeuchten in einer Stiftgranulierung hergestellt, was zu einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 56 % führte. Als Naturkautschuk wurde der Standard-Naturkautschuk RSS3 (Sri Trang Group, Thailand) verwendet. Technische Beschreibungen dieser Naturkautschuke sind allgemein verfügbar, z. B. im Blue Book des Rubber World Magazine, herausgegeben von Lippincott and Peto, Inc. (Akron, Ohio, USA). Bei dem verwendeten Butadienkautschuk handelte es sich um Buna^® CB 22 Butadienkautschuk („CB22“).
Alle Verbundwerkstoffe wurden in einem zweistufigen Mischverfahren hergestellt. Für die Beispiele 1 und 2 und das Vergleichsbeispiel wurde die erste Stufe mit einem BB-16-Tangentialmischer („BB-16“; Kobelco Kobe Steel Group) durchgeführt, der mit zwei tangentialen 4-Flügel-Rotoren (Typ 4WN) ausgestattet war und ein Fassungsvermögen von 16,2 I hatte. Die erste Mischstufe von Beispiel 3 und alle Mischungen der zweiten Stufe wurden mit einem BB-16-Mischer durchgeführt, der mit zwei tangentialen 6-Flügel-Rotoren (Typ 6WI) ausgestattet war und ein Fassungsvermögen von 14,4I hatte.
Bei den Beispielen 1-3 wurde die erste Mischstufe mit PID-Leistungssteuerung nach jeder Zugabe des Füllstoffs durchgeführt. Die Proportionalkonstante betrug 200 %, die Integralkonstante war 5 s, und es wurde keine Ableitungsregelung verwendet. Der Leistungssollwert betrug 75 kW (6,4 kW/kg, Trockenmasse) und die maximale Leistung des PID-Regelkreises wurde auf 100 U/min eingestellt. Das vom Leistungs-PID-Regelkreis verwendete Leistungseingangssignal wurde mit Hilfe eines Kalman-Filters mit einer K2-Konstante von 0,005 gefiltert (siehe Anhang 1). Die Steuerung führte diese Berechnungen etwa alle 0,2 s durch. Es wurde auch eine erste Mischstufe ohne PID-Leistungssteuerung durchgeführt (Vergleichsbeispiel), bei der die Rotordrehzahl nach jeder Füllstoffzugabe und nach Zugabe des Abbaustoppers (N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin „6PPD“) auf 80 U/min festgelegt wurde. In den Beispielen 1, 2 und dem Vergleichsbeispiel wurde 6PPD während der ersten Mischstufe zugegeben. Nach der Zugabe von 6PPD wurde das Mischen in Beispiel 1 und Beispiel 2 mit einer PID-Leistungssteuerung vor der Fertigstellung bei 100 U/min durchgeführt. In Beispiel 3 wurde 6PPD während der zweiten Mischstufe zugegeben.

Tabelle 1 enthält die Bedingungen für die erste und zweite Mischstufe für die Vergleichslösung und die Proben der Beispiele 1-3. Tabelle 1

	Vergleich	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3
1. Stufe Mischverfahren	Table 2	Table 3	Table 4	Table 5
1. Stufe Rotor	4WN	4WN	4WN	6WI
1. Stufe TCU Temp. (°C)	90	90	90	90
1. Stufe Stößeldruck (MPa)	11,2	11,2	11,2	11,2
1. Stufe Füllfaktor (%)	66,0	66,0	66,0	66,0
1. Stufe Entleerungstemperatur (°C)	152,5	152,5	155	155
1. Stufe Mischzeit (Min.)	9,83	8,87	6,92	5,62
1. Stufe Stößelabschaltzeit (s)	509	451	345	287
1. Stufe Misch-Energie (kWh)	5,48	5,53	5,58	4,41
1. Stufe durchschnittl. Leistung (kW)	33,4	37,4	48,4	47,1
1. Stufe durchschnittl. Rotordrehzahl (U/min)	72,1	75,9	81,4	83,5
1. Stufe max. Temperatur der Sonde (°C)	122	119	117	124
1. Stufe Feuchtigkeit (%)	3,3	7,7	3,5	4,3

2. Stufe Rotor	6WI	6WI	6WI	6WI
2. Stufe Mischverfahren	Table 6	Table 6	Table 7	Table 8
2. Stufe TCU Temp. (°C)	65	65	90	90
2. Stufe Stößeldruck (MPa)	N/A	N/A	5,0	5,0
2. Stufe Füllfaktor (%)	35,0	35,0	35,0	35,0
2. Stufe Entleerungstemperatur (°C)	134,8	136,1	136,6	137,7
2. Stufe Mischzeit (Min.)	7,20	7,05	3,25	4,97
2. Stufe Misch-Energie (kWh)	1,82	1,82	0,87	1,01
2. Stufe max. Temperatur der Sonde (°C)	133	127	139	134
2. Stufe Feuchtigkeit (%)	0,56	0,75	1,14	0,67
1. und 2. Stufe Chargenzeit insgesamt	17,03	15,92	10,17	10,59

Tabelle 2 zeigt das Mischprotokoll der ersten Stufe für die Vergleichsprobe. Die Position des Stößels („Stößel-Pos.“) ist mit Oben oder Unten angegeben; „Schwimmstellung“ bedeutet, dass der hydraulische Druck auf den Stößel aufgehoben wurde. In der Schwimmstellung ist der Stößel aufgrund seines Eigengewichts weitgehend abgesenkt. Tabelle 2

Schritt	Sequenzschritt Dauer (s)	Tatsächliche Schrittdauer (s)	End-Temp. (°C)	Stößel - Pos.	Mischer U/Min	Beschreibung
1	20	20		Oben	50	Kautschuk dem Mischer zuführen
2	120 max	120	110	Unten	60	Kautschuk bis mindestens 120 s und 110°C kneten
3	20	20		Oben	60	1. CB-Zusatz (75%) hinzufügen.
4	120 max	72	130	Unten	80	Mischen bis mindestens 120 s und 130°C
5	20	20		Oben	60	2. CB-Zusatz (25%) hinzufügen.
6	20	20		Unten	60	Mischen bei 60 U/min für 20 s, damit das Hydrauliksystem Druck aufbauen kann
7	Variabel	193	147,5	Unten	80	Mischen bis zur Temperatur der 6PPD-Zugabe
8	20	20		Oben	60	6PPD hinzufügen
9	Variabel	104	152,5	Unten	80	Mischen bis zu einer Entleerungstemperatur von 152,5°C
10	30	30		Schwi mmt	50	Mischer austragen und Klappe nach 30 s schließen

Tabelle 3 zeigt das Mischprotokoll der ersten Stufe für die Probe aus Beispiel 1. Tabelle 3

Schritt	Sequenzschritt Dauer (s)	Tatsächliche Schrittdauer (s)	End-Temp. (°C)	Stößel - Pos.	Mischer U/Min	Beschreibung
1	20	20		Oben	50	Kautschuk dem Mischer zuführen
2	120 max	120	110	Unten	60	Kautschuk bis mindestens 120 s und 110°C kneten
3	20	20		Oben	50	1. CB-Zusatz (75%) hinzufügen.
4	20	20		Unten	50	Mischen bei niedriger Drehzahl, damit das hydraulische Stößelsystem Druck aufbauen kann
5	120 max	63	130	Unten	Leistung PID	Mischen unter PID-Leistungssteuerung bis mindestens 120 s und 130°C
6	20	20		Oben	50	2. CB-Zusatz (25%) hinzufügen.
7	20	20		Unten	50	Mischen bei 50 U/min für 20 s, damit das Hydrauliksystem Druck aufbauen kann
8	Variabel	140	147,5	Unten	Leistung PID	Mischen unter PID-Leistungssteuerung bis 6PPD Zusatztemperatur
9	20	20		Oben	50	6PPD hinzufügen
10	20	20		Unten	50	Mischen bei 50 U/min für 20 s, damit das Hydrauliksystem Druck aufbauen kann
11	20	20	152,5	Unten	Leistung PID	Mischen unter PID-Leistungssteuerung bis mindestens 20 s und Entleerungstemperatur
12	Variabel	48	152,5	Unten	100	Mischen bis zu einer Entleerungstemperatur von 152,5°C
13	30	30		Schwi mmt	50	Mischer austragen und Klappe nach 30 s schließen

Tabelle 3 zeigt die spezifischen Teile der Chargensequenz, die unter PID-Regelung ausgeführt wurden. Wie man sieht, gibt es Teile der Sequenz, die im Modus mit fester Drehzahl laufen. Dies steht im Gegensatz zu der Sequenz in Tabelle 2, die zeigt, dass jeder Teil der Sequenz im Modus mit fester Drehzahl läuft. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die Chargenzeit der ersten Mischstufe von Beispiel 1 unter PID-Steuerung im Vergleich zur Vergleichsprobe, die ohne PID-Steuerung gemischt wurde, reduziert ist.
1 und 2 zeigen Mischkurven für die erste Mischstufe des Vergleichs (1) und die erste Mischstufe von Beispiel 1 (2). 1 zeigt die Leistungskurve 12, die Rotordrehzahlkurve 14 und die Temperaturkurve 16 (y-Achsen) als Funktion der Chargenzeit (x-Achse) für die vergleichbare Mischung der ersten Stufe. Die Position des Stößels (ohne Einheit) ist in Diagramm 18 dargestellt, wobei das Maximum anzeigt, wenn der Stößel auf seiner höchsten Stufe arbeitet (z.B. „Stößel oben“) und das Minimum anzeigt, wenn der Stößel auf seiner niedrigsten Stufe arbeitet (z.B. „Stößel unten“). 2 zeigt in ähnlicher Weise für das Mischen aus Beispiel 1 die Leistungskurve 22, die Rotordrehzahlkurve 24 und die Temperaturkurve 26 (y-Achsen) als Funktion der Chargenzeit (x-Achse). Die Position des Stößels (ohne Einheit) ist in Diagramm 28 dargestellt, wobei das Maximum anzeigt, wenn der Stößel auf seinem höchsten Niveau arbeitet, und das Minimum anzeigt, wenn der Stößel auf seinem niedrigsten Niveau arbeitet. Die Zahlen am oberen Rand von 1 und 2 beziehen sich auf die Schrittnummern der Tabellen 2 bzw. 3.
Für den Vergleich der 1. Mischstufe (1) umfasst die Leistungskurve 12 eine Leistungsspitze 12a (Chargenzeit ^~ 170 s), die sich aus der ersten Rußzugabe (entsprechend Schritt 3 der Tabelle 2), dem anschließenden Absenken des Stößels und der anschließenden Erhöhung der Mischergeschwindigkeit auf 80 U/min (in Schritt 4 der Tabelle 2) ergibt. Die Leistungsspitze 12a führt zur Erzeugung einer hohen Dampfmenge aus dem Mischer. Die Leistung bei der Spitze 12a liegt jedoch nahe an der maximalen Sicherheitsgrenze für den Betrieb dieses speziellen Mischers. Eine Rotordrehzahl von mehr als 80 U/min hätte die Dampferzeugung erhöht und möglicherweise zu unsicheren Betriebsbedingungen geführt.
2 zeigt eine Leistungskurve 22, die sich aus der ersten Mischstufe ergibt, die mit Leistungssteuerung betrieben wird (Beispiel 1). Die Leistungskurve 22 hat eine Spitze 22a (Chargenzeit ^~ 200 s), die nach der ersten Füllstoffzugabe (entsprechend Schritt 3 in Tabelle 3) auftritt. Die Leistungsspitze 22a hat einen ähnlichen Wert wie die Leistungsspitze 12a der Vergleichsmischung. Eine höhere Rotordrehzahl von 100 U/min (siehe Maximum der Rotordrehzahlkurve 24) ist jedoch möglich, weil der PID-Leistungsregelkreis die Rotordrehzahl automatisch erhöht, so dass das Leistungsmaximum allmählich erreicht wird.
In der Vergleichsmischung (1) wird nach der zweiten Rußzugabe (Schritt 6 der Tabelle 2) ebenfalls eine zusätzliche Leistungsspitze 12b (Chargenzeit ^~ 300 s) in der Leistungskurve 12 beobachtet. Die Leistungsspitze 12b und der anschließende Leistungsverbrauch sind im Vergleich zur Spitze 12a nach der ersten Rußzugabe (Schritt 2) niedriger. Diese niedrigeren Werte unterscheiden sich von dem Leistungsprofil für die Mischung der ersten Stufe von Beispiel 1. Die Leistungskurve 22 (2) zeigt auch eine zweite Leistungsspitze 22b (Chargenzeit ^~ 315 s) nach der zweiten Rußzugabe (entsprechend Schritt 7 in Tabelle 3). Diese zweite Leistungsspitze 22b ist jedoch vom Wert her mit der Leistungsspitze 22a nach der ersten Rußzugabe vergleichbar. Dies ist das Ergebnis des PID-Leistungsregelkreises, der automatisch die Mischergeschwindigkeit erhöht, um den Leistungssollwert zu erreichen. Darüber hinaus wird der hohe Leistungsverbrauch nach der Leistungsspitze 22b durch die Wirkung des PID-Leistungsregelkreises aufrechterhalten. Dies führt zu einer kürzeren „Stößel unten“-Mischzeit zwischen der zweiten Rußzugabe und der nächsten Charge (6PPD-Zugabe, Schritt 9 der Tabelle 3) als beim Vergleichsbeispiel. Dieses kürzere Zeitintervall ist weitgehend dafür verantwortlich, dass die Mischung von Beispiel 1 eine kürzere Chargenzeit für die erste Stufe aufweist als die Mischung des Vergleichsbeispiels. Beispiel 1 hat auch eine kürzere Chargenzeit für die erste und zweite Stufe zusammen (siehe Tabelle 1).
Trotz der Unterschiede zwischen den Leistungskurven und den Rotordrehzahlkurven der Vergleichsmischung und des Beispiels 1 sind die jeweiligen Temperaturkurven 16 und 26 im Wesentlichen ähnlich.

Die Tabellen 4 und 5 enthalten das Protokoll der ersten Mischstufe für die Beispiele 2 bzw. 3. Tabelle 4

Schritt	Schritt Dauer (s)	Tatsächliche Schrittdauer (s)	End-Temp. (°C)	Stößel-Pos.	Mischer U/Min	Beschreibung
1	30	30		Oben	50	Zufuhr von Kautschuk, gefolgt von der Zugabe des ersten Füllstoffs in den Mischer (75 % des gesamten Füllstoffs).
2	30	30	110	Unten	60	Kneten bis mindestens 120 s und 110°C
3	Variabel	53	130	Unten	Leistung PID	Mischen unter PID-Leistungssteuerung bis 130°C
4	20	20		Oben	50	2. Füllstoff hinzufügen.
5	20	20		Unten	50	Mischen bei niedriger Drehzahl für 20 Sekunden, damit das Hydrauliksystem Druck aufbauen kann
6	Variabel	165	150	Unten	Leistung PID	Mischen unter PID-Leistungssteuerung bis zur 6PPD-Additionstemperatur.
7	20	20		Oben	50	6PPD hinzufügen
8	20	20		Unten	50	Mischen bei niedriger Drehzahl für 20 Sekunden, damit das Hydrauliksystem Druck aufbauen kann
9	20	20	150	Unten	Leistung PID	Mischen unter PID-Leistungssteuerung bis mindestens 20 s und Entleerungstemperatur.
10	Variabel	37	155	Unten	100	Mischen, bis die angestrebte Entleerungstemperatur von 155°C erreicht ist.
11	15	15		Schwim mt	50	Mischer austragen und Klappe nach 15 s schließen

Tabelle 5

Schritt	Schritt Dauer (s)	Tatsächliche Schrittdauer (s)	End-Temp. (°C)	Stößel-Pos.	Mischer U/Min	Beschreibung
1	30	30		Oben	50	Zufuhr von Kautschuk (75 % des gesamten Füllstoffs).
2	30	30	110	Unten	60	Kneten bis mindestens 120 s und 110°C
3	Variabel	56	130	Unten	Leistung PID	Mischen unter PID-Leistungssteuerung bis 130°C
4	20	20		Oben	50	2. Füllstoff hinzufügen.
5	20	20		Unten	50	Mischen bei niedriger Drehzahl für 20 Sekunden, damit das Hydrauliksystem Druck aufbauen kann
6	Variabel	180	150	Unten	Leistung PID	Mischen unter PID-Leistungssteuerung bis zu einer angestrebten Entleerungstemperatur von 155°C.
7	30	30		Schwim mt	50	Mischer austragen und Klappe nach 30 s schließen

Aus den Protokollen der Tabellen 4 und 5 geht hervor, dass die erste Mischstufe der Beispiele 2 und 3 in ähnlicher Weise wie die von Beispiel 1 (siehe Tabelle 3) ablief, mit der Ausnahme, dass die erste Rußzugabe zusammen mit dem Kautschuk in Schritt 1 zugegeben wurde. Dadurch erhöht sich der Füllfaktor in den Stufen 1 und 2, was zu einer geringeren Stößel-Mischzeit vor der zweiten Rußzugabe führt. Würde das Mischen zwischen der ersten und der zweiten Rußzugabe jedoch bei fester Drehzahl erfolgen, müsste eine niedrige Drehzahl gewählt werden, um sicherzustellen, dass die anfängliche Leistungsspitze unter dem sicheren Höchstwert liegt. Da jedoch der Großteil der Mischung zwischen der ersten und zweiten Rußzugabe unter PID-Leistungssteuerung erfolgte, wurde die Mischergeschwindigkeit automatisch optimiert: Die Mischergeschwindigkeit wurde während der anfänglichen Leistungsspitze automatisch gedrosselt und dann mit fortschreitender Rußzugabe automatisch erhöht. Diese automatische Optimierung der Mischergeschwindigkeit führte zu einer Verkürzung der Mischzeit. Die Mischzeit der ersten Stufe von Beispiel 3 wurde weiter reduziert, indem die Zugabe von 6PPD auf die zweite Mischstufe verschoben wurde.

Innerhalb von 20 Minuten nach Beendigung der ersten Mischstufe wurden alle Mischungen der zweiten Stufe im BB-16 durchgeführt, der mit zwei tangentialen 6-Flügel-Rotoren (Typ 6WI) ausgestattet ist und ein Fassungsvermögen von 14,4 I hat. Alle Mischungen der zweiten Stufe wurden mit hochgefahrenem Stößel und mit Temperatur-PID-Regelung durchgeführt, d. h. die Drehzahl des Mischerrotors wurde automatisch durch eine PID-Steuerung moduliert, um einen Temperatursollwert zu erreichen. Die PID-Parameter waren 100% proportional, 5 Sekunden integral und keine Ableitung. Der Sollwert für die Temperaturregelung betrug 135°C, und der maximale Ausgang des PID-Regelkreises für die Temperaturregelung wurde für Beispiel 1 auf 60 U/min und für die Beispiele 2 und 3 auf 70 U/min festgelegt. Die Protokolle für die zweite Mischstufe sind in Tabelle 6 (für Vergleichs- und Beispiel 1), Tabelle 7 (Beispiel 2) und Tabelle 8 (Beispiel 3) aufgeführt. Tabelle 6

Schritt	Schrittdauer (s)	Stößel - Pos.	Mischer U/min	Beschreibung
1	20	Oben	35	Verbundwerkstoff der Stufe 1 hinzufügen
2	90	Oben	35	Kneten mit fester Geschwindigkeit bei angehobenem Stößel
3	Variabel, basierend auf der Beobachtun g des Betreibers	Oben	Variabel	Kneten unter PID-Temperaturregelung mit angehobenem Stößel bei einem Sollwert von 135°C. Die Geschwindigkeit wird automatisch variiert, um die Solltemperatur für die Dauer des Schritts beizubehalten.
4	30	Oben	30	Mischer austragen und Klappe nach 30 s schließen

Tabelle 7

Schrit t	Schrittdauer (s)	Stößel - Pos.	Mischer U/min	Beschreibung
1	30	Oben	35	Verbundwerkstoff der Stufe 1 hinzufügen
2	30	Unten	35	Kneten mit fester Geschwindigkeit mit dem Stößel nach unten
3	30	Oben	35	Kneten mit fester Geschwindigkeit bei angehobenem Stößel
4	Variabel	Oben	Variabel	Kneten unter PID-Temperaturregelung mit angehobenem Stößel bei einem Sollwert von 135°C. Die Geschwindigkeit wird automatisch variiert, um die Solltemperatur für die Dauer des Schritts beizubehalten.
5	30	Oben	30	Mischer austragen und Klappe nach 30 s schließen

Tabelle 8

Schritt	Schrittdauer (s)	Stößel-Pos.	Mischer U/min	Beschreibung
1	30	Up	35	Verbundwerkstoff der Stufe 1 und 6PPD hinzufügen
2	30	Down	35	Kneten mit fester Geschwindigkeit mit dem Stößel nach unten
3	30	Up	35	Kneten mit fester Geschwindigkeit bei angehobenem Stößel
4	Variable	Up	Variable	Kneten unter PID-Temperaturregelung mit angehobenem Stößel bei einem Sollwert von 135°C. Die Geschwindigkeit wird automatisch variiert, um die Solltemperatur für die Dauer des Schritts beizubehalten.
5	30	Up	30	Die Geschwindigkeit wird automatisch variiert, um die Solltemperatur für die Dauer des Schritts beizubehalten.

Die Verbundwerkstoffe wurden in zwei Stufen in einem BB-2-Tangentialmischer („BB-2“; Kobelco Kobe Steel Group) compoundiert. Der BB-2 war mit zwei tangentialen 4-Flügel-Rotoren (Typ 4WN) ausgestattet, die ein Fassungsvermögen von 1,5 I hatten. In der ersten Aufbereitungsstufe wurden die folgenden Chemikalien zugegeben: 3,0 phr Zinkoxid, 2,0 phr Sterinsäure, 0,5 phr 6PPD, 1,5 phr TMQ (1,2-Dihydro-2,2,4-trimethylchinolin) und 1,5 phr Wachsperlen. In der zweiten Compoundierstufe wurden 1,4 phr TBBS (N-tert-Butyl-2-Benzothiazol-Sulfenamid) und 1,2 phr Schwefel als Vernetzer zugegeben. Nach dem Compoundieren wurden die Mischungen auf einem Zweiwalzenwalzwerk bei 60 °C zu 2,4 mm dicken Platten verarbeitet. Die Proben wurden dann 30 Minuten lang bei 150 °C und einem Druck von 100 kg/cm2 ausgehärtet. Die resultierenden Compound-/Vulkanisateigenschaften sind in Tabelle 9 dargestellt. Tabelle 9

	Vergleich	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3

Mooney Viskosität ML(1+4) (MU)	99,1	102,0	101,4	86,1
Härte	67,2	67,8	67,8	68,4

Zugfestigkeit bei Raumtemperatur:
100% Elastizitätsmodul (MPa)	2,42	2,44	2,50	2,37
300% Elastizitätsmodul (MPa)	13,2	13,6	13,9	12,6
Zugfestigkeit (Mpa)	31,6	30,6	32,3	33,5
Bruchdehnung (%)	560	530	550	600

Dehnungs-Sweep @ 10 Hz & 60°C:
G' @10% Dehnung (MPa)	2,46	2,43	2,83	2,41
Maximaler Tan δ (60°C)	0,216	0,208	.207	0,217

Indizien:
Modul-Verhältnis	5,45	5,57	5,56	5,32
Zugfestigkeit x Bruchdehnung	17700	16200	17800	20100
Payne-Differenz (MPa)*	6,77	6,33	7,55	6,72
* Payne Differenz = G'(0.1%) - G'(50%)

Aus Tabelle 1 und Tabelle 9 ist ersichtlich, dass die Eigenschaften der Vulkanisate der Beispiele 1 bis 3 ähnlich sind wie die Eigenschaften der Mischung des Vergleichsbeispiels. Tabelle 1 zeigt, dass die erste Mischstufe mit Leistungssteuerung (Beispiele 1 und 2) die Mischzeit der ersten Stufe (und damit die Gesamtzeit für die Herstellung des Verbundwerkstoffs) reduziert. Das entsprechende Vulkanisat aus Beispiel 1 hat ähnliche Gummieigenschaften wie das Vulkanisat aus dem Verbundwerkstoff des Vergleichsbeispiels. Es zeigt sich, dass die Leistungssteuerung erfolgreich zu einer Verkürzung der Mischzeit führte, ohne die Gummieigenschaften zu beeinträchtigen.
Die Verwendung der Begriffe „ein“, „eine“ und „der/die/das“ bezieht sich sowohl auf die Einzahl als auch auf die Mehrzahl, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben oder der Kontext widerspricht eindeutig. Die Begriffe „umfassen“, „mit“, „aufweisen“ und „enthalten“ sind als offene Begriffe zu verstehen (d. h. im Sinne von „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“), sofern nicht anders angegeben. Die Erwähnung von Wertebereichen soll lediglich als kurzes Verfahren dienen, um sich auf jeden einzelnen Wert zu beziehen, der in den Bereich fällt, sofern hier nicht anders angegeben, und jeder einzelne Wert wird in die Spezifikation aufgenommen, als ob er hier einzeln aufgeführt wäre. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder der Kontext dem nicht eindeutig widerspricht. Die Verwendung von Beispielen oder beispielhaften Ausdrücken (z. B. „wie“) dient lediglich der besseren Veranschaulichung der Erfindung und stellt keine Einschränkung des Erfindungsumfangs dar, sofern nicht anders angegeben. Keine Formulierung in der Beschreibung sollte so ausgelegt werden, dass ein nicht beanspruchtes Element als wesentlich für die Ausführung der Erfindung angesehen wird.
Anhang 1: Kalman Filter Beschreibung
Variablen:

P = Prozessvariable (von der Steuerung zu filtern)
E = gefilterte Schätzung von P
(von der Steuerung für jedes Zeitinkrement von x berechnet)
R = Änderungsrate von P mit der Zeit
(von der Steuerung für jedes Zeitinkrement von x berechnet)
t = Zeit
x = von der Steuerung genutztes Zeitinkrement (für Dateneingabe, Berechnungen und Datenausgabe)
K2 = Filterkonstante, die vom Benutzer in die Steuerung eingegeben wird
K1 = Filterkonstante berechnet aus K2

Arbeitsgleichungen: $K 1 = 2 (K 2) * * 0.5 - K 2$
$Et = Et - x + Rt - x + K 1 (Pt - Et - x - Rt - x)$
$Rt = Rt - x + K 2 (Pt - Et)$
Hinweise:

Es müssen erste Schätzungen von E und R vorgenommen werden (Werte von 0 sind oft akzeptabel).
K2 wird vom Benutzer empirisch ausgewählt, um die gewünschte Filterung von P zu erreichen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2020247663 A1 [0015, 0026, 0029, 0047, 0054, 0060, 0062, 0066, 0067, 0076, 0082]
WO 96/18688 [0072]
US 20130165560 [0072]
US 6028137 [0073]
US 9447259 [0075]
WO 2021247153 [0075]
US 10035957 [0075]
US 10428218 [0075]
US 2020/0181370 [0075]
US 2020/0190270 [0075]
US 9713541 [0087]
US 9713542 [0087]
US 9718313 [0087]
US 10308073 [0087]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs vor, das Folgendes aufweist: (a) Beschicken eines einen oder mehreren Rotoren aufweisenden Mischers mit zumindest einem festen Elastomer und einem feuchten Füllstoff, der einen Füllstoff und eine Flüssigkeit aufweist, die in einer Menge von zumindest 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs, vorliegt; (b) Mischen in einem oder mehreren Mischschritten von zumindest dem festen Elastomer und dem feuchten Füllstoff, um eine Mischung zu bilden, und Entfernen von zumindest einem Teil der Flüssigkeit aus der Mischung durch Verdampfen, und in zumindest einem der Mischschritte Durchführen des Mischens, wobei zumindest eines von dem Folgenden gilt: (i) der Mischer über zumindest eine Temperaturregelung verfügt, die auf eine Temperatur, Tz, von 65°C oder höher eingestellt ist, und (ii) der eine oder die mehreren Rotoren während zumindest 50 % der Mischzeit mit einer Spitzengeschwindigkeit von zumindest 0,6 m/s arbeiten; und (c) Austragen des den in dem Elastomer dispergierten Füllstoff aufweisenden Verbundwerkstoffs aus dem Mischer mit einer Beladung von zumindest 20 phr, wobei der Verbundwerkstoff einen Flüssigkeitsgehalt von nicht mehr als 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, aufweist, wobei der eine oder die mehreren Rotoren mechanisch mit einem Mischermotor gekoppelt sind und zumindest ein Teil des Mischens in Schritt (b) unter Leistungssteuerung durchgeführt wird, bei der die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren durch eine Steuerung gesteuert wird, die (i) eine Differenz zwischen einer gemessenen Mischermotorleistung und einem Leistungssollwert berechnet und (ii) die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren anpasst, wenn die gemessene Mischermotorleistung von dem Leistungssollwert abweicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest ein Teil des Mischens in Schritt (b) unter PID-Leistungssteuerung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Leistungssollwert, ausgedrückt als spezifische Leistung, im Bereich von 1 bis 10 kW/kg liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für (i) die Steuerung kontinuierlich die Differenz zwischen der gemessenen Mischermotorleistung und dem Leistungssollwert berechnet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Steuerung die Differenz zwischen der gemessenen Mischermotorleistung und dem Leistungssollwert in festgelegten Zeitintervallen im Bereich von 0,05 s bis 5 s berechnet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Steuerung die Differenz zwischen der gemessenen Mischermotorleistung und dem Leistungssollwert in festgelegten Zeitintervallen im Bereich von 0,05 s bis 1 s berechnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei für (ii) die Steuerung die Drehzahl des einen oder der mehreren Rotoren kontinuierlich anpasst, wenn die gemessene Mischermotorleistung vom Leistungssollwert abweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Steuerung automatisch die Differenz zwischen einer gemessenen Mischermotorleistung und einem Leistungssollwert berechnet und die Drehzahl des einen oder der mehreren Rotoren anpasst, wenn die gemessene Mischermotorleistung vom Leistungssollwert abweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Mischer mit dem festen Elastomer beschickt wird und das Mischen unter Steuerung der Leistung erfolgt, nachdem der feuchte Füllstoff in den Mischer gefüllt wurde.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren die Beschickung des Mischers mit zumindest zwei Teilen des feuchten Füllstoffs aufweist und das Mischen unter Leistungssteuerung nach der Beschickung des Mischers mit einem ersten Teil des feuchten Füllstoffs durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Mischen unter Steuerung der Leistung durchgeführt wird, nachdem jeder Teil des feuchten Füllstoffs in den Mischer eingefüllt wurde.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der erste Teil der zumindest zwei Teile des feuchten Füllstoffs zumindest 50 Gew.-% der Gesamtmenge des in den Mischer eingebrachten feuchten Füllstoffs ausmacht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das feste Elastomer vor der Beschickung des Mischers mit zumindest einem Teil des feuchten Füllstoffs geknetet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das feste Elastomer nicht geknetet wird, bevor der Mischer mit zumindest einem Teil des feuchten Füllstoffs beschickt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Füllstoff zumindest ein Material aufweist, das aus kohlenstoffhaltigen Materialien, Ruß, Kieselsäure, Nanozellulose, Lignin, Tonen, Nanotonen, Metalloxiden, Metallcarbonaten, Pyrolysekohlenstoff, Graphenen, Graphenoxiden, reduziertem Graphenoxid, Kohlenstoff-Nanoröhren, einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren, mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren und Kombinationen davon sowie beschichteten und behandelten Materialien davon ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Füllstoff ausgewählt ist aus Reishülsenkieselsäure, Lignin, Nanocellulose, hydrothermalem Kohlenstoff und technisch hergestellten Polysacchariden und Kombinationen davon sowie beschichteten und behandelten Materialien davon.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, wobei der Füllstoff aus Kohlenstoff-Nanostrukturen ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Füllstoff ausgewählt ist aus Ruß, Kieselsäure, siliziumbehandeltem Ruß und Mischungen davon.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Füllstoff ausgewählt ist aus Ruß und siliziumbehandeltem Ruß und deren Mischungen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei zumindest 50 % des Füllstoffs aus Ruß und siliziumbehandeltem Ruß und deren Mischungen ausgewählt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-20, wobei das feste Elastomer ausgewählt ist aus Naturkautschuk, funktionalisiertem Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, funktionalisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk, funktionalisiertem Polybutadien-Kautschuk, Polyisopren-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Elastomeren auf Isobutylen-Basis, Polychloropren-Kautschuk, Nitril-Kautschuk, hydriertem Nitril-Kautschuk, Polysulfid-Kautschuk, Polyacrylat-Elastomeren, Fluor-Elastomeren, Perfluor-Elastomeren, Silikon-Elastomeren und Mischungen davon.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-21, wobei der eine oder die mehreren Rotoren ausgewählt sind aus Zweiflügelrotoren, Vierflügelrotoren, Sechsflügelrotoren, Achtflügelrotoren und einem oder mehreren Schraubenrotoren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-21, wobei der eine oder die mehreren Rotoren aus Vierflügelrotoren, Sechsflügelrotoren und Achtflügelrotoren ausgewählt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-21, wobei der eine oder die mehreren Rotoren aus ineinandergreifenden Rotoren ausgewählt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Mischzeit, definiert als die Zeit des Beschickens in (a) bis zur Zeit des Austragens in (c), im Bereich von 1 Minute bis 9 Minuten liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die Mischzeit, definiert als die Zeit des Beschickens in (a) bis zur Zeit des Austragens in (c), im Bereich von 3 Minuten bis 6 Minuten liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-26, wobei der feuchte Füllstoff eine Flüssigkeit in einer Menge von zumindest 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs, enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-26, wobei der feuchte Füllstoff eine Flüssigkeit in einer Menge von 40 bis 65 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs, enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei das Mischen in zwei oder mehr Mischschritten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-29, wobei der Mischer in (a) ein erster Mischer ist und das Verfahren ferner das Mischen zumindest eines Teils des Verbundwerkstoffs aus (c) in einem zweiten Mischer aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-29, wobei der Mischer in (a) ein erster Mischer ist und das Verfahren ferner aufweist: (d) Mischen zumindest eines Teils des Verbundwerkstoffs aus (c) in einem zweiten Mischer, wobei der zweite Mischer unter zumindest einer der folgenden Bedingungen betrieben wird: (i) ein Stößeldruck von höchstens 5 psi; (ii) ein Stößel, der auf zumindest 75 % seines höchsten Niveaus angehoben ist; (iii) ein Stößel, der im Schwimmzustand betrieben wird; (iv) ein Stößel, der so positioniert ist, dass er das Gemisch nicht wesentlich berührt; (v) der Mischer ohne Stößel ist; und (vi) der Füllfaktor der Mischung zwischen 25 % und 70 % liegt; und (e) Austragen des Verbundwerkstoffs aus dem zweiten Mischer, der einen Flüssigkeitsgehalt von weniger als 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, wobei der erste und der zweite Mischer identisch sind.
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, wobei der erste und der zweite Mischer unterschiedliche Mischer sind.
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, wobei der erste und der zweite Mischer zusammen einen Tandemmischer bilden.
Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, wobei der zweite Mischer ohne Stößel arbeitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31-35, wobei für das Mischen in (d) der zweite Mischer unter zumindest einer der folgenden Bedingungen (i) bis (vi) für zumindest 50 % der Mischzeit betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 36, wobei der zweite Mischer einen oder mehrere Rotoren aufweist, die mechanisch mit einem Mischermotor gekoppelt sind, und zumindest ein Teil des Mischens in dem zweiten Mischer unter Leistungssteuerung durchgeführt wird, bei der die Drehzahl des einen oder der mehreren Rotoren durch eine Steuerung gesteuert wird, die (i) eine Differenz zwischen einer gemessenen Mischermotorleistung und einem Leistungssollwert berechnet und (ii) die Drehzahl des einen oder der mehreren Rotoren anpasst, wenn die gemessene Mischermotorleistung von dem Leistungssollwert abweicht.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei zumindest ein Teil des Mischens unter Leistungssteuerung im zweiten Mischer durchgeführt wird, während der Stößel auf zumindest 75 % seines höchsten Niveaus angehoben ist.
Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, wobei das Mischen unter Leistungssteuerung im zweiten Mischer nach der Zugabe von zumindest einem Zusatzstoff erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs vor, das Folgendes aufweist: (a) Beschicken eines einen oder mehreren Rotoren aufweisenden ersten Mischers mit zumindest einem festen Elastomer und einem feuchten Füllstoff, der einen Füllstoff und eine Flüssigkeit aufweist, die in einer Menge von zumindest 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs, vorliegt; (b) Mischen in einem oder mehreren Mischschritten von zumindest dem festen Elastomer und dem feuchten Füllstoff, um eine Mischung zu bilden, und Entfernen von zumindest einem Teil der Flüssigkeit aus der Mischung durch Verdampfen, und in zumindest einem der Mischschritte Durchführen des Mischens, wobei zumindest eines von dem Folgenden gilt: (i) der Mischer über zumindest eine Temperaturregelung verfügt, die auf eine Temperatur, Tz, von 65°C oder höher eingestellt ist, und (ii) der eine oder die mehreren Rotoren während zumindest 50 % der Mischzeit mit einer Spitzengeschwindigkeit von zumindest 0,6 m/s arbeiten, wobei der eine oder die mehreren Rotoren mechanisch mit einem Mischermotor gekoppelt sind und zumindest ein Teil des Mischens in Schritt (b) unter Leistungssteuerung durchgeführt wird, bei der die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren durch eine Steuerung gesteuert wird, die (i) eine Differenz zwischen einer gemessenen Mischermotorleistung und einem Leistungssollwert berechnet und (ii) die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren anpasst, wenn die gemessene Mischermotorleistung von dem Leistungssollwert abweicht; (c) Austragen der den im Elastomer dispergierten Füllstoff aufweisenden Mischung mit einer Beladung von zumindest 20 phr aus dem ersten Mischer, wobei die Mischung einen Flüssigkeitsgehalt aufweist, der auf eine Menge reduziert ist, die geringer ist als der Flüssigkeitsgehalt zu Beginn von Schritt (b); und (d) Mischen der Mischung aus (c) in einem zweiten Mischer, um den Verbundwerkstoff zu erhalten.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs vor, das Folgendes aufweist: (a) Beschicken eines einen oder mehreren Rotoren aufweisenden ersten Mischers mit zumindest einem festen Elastomer und einem feuchten Füllstoff, der einen Füllstoff und eine Flüssigkeit aufweist, die in einer Menge von zumindest 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des feuchten Füllstoffs, vorliegt; (b) Mischen in einem oder mehreren Mischschritten von zumindest dem festen Elastomer und dem feuchten Füllstoff, um eine Mischung zu bilden, und Entfernen von zumindest einem Teil der Flüssigkeit aus der Mischung durch Verdampfen, und in zumindest einem der Mischschritte Durchführen des Mischens, wobei zumindest eines von dem Folgenden gilt: (i) der Mischer über zumindest eine Temperaturregelung verfügt, die auf eine Temperatur, Tz, von 65°C oder höher eingestellt ist, und (ii) der eine oder die mehreren Rotoren während zumindest 50 % der Mischzeit mit einer Spitzengeschwindigkeit von zumindest 0,6 m/s arbeiten, (c) Austragen der den im Elastomer dispergierten Füllstoff aufweisenden Mischung mit einer Beladung von zumindest 20 phr aus dem ersten Mischer, wobei die Mischung einen Flüssigkeitsgehalt aufweist, der auf eine Menge reduziert ist, die geringer ist als der Flüssigkeitsgehalt zu Beginn von Schritt (b); und (d) Mischen der Mischung aus (c) in einem zweiten Mischer, um den Verbundwerkstoff zu erhalten, wobei der zweite Mischer einen oder mehrere Rotoren aufweist, die mechanisch mit einem Mischermotor gekoppelt sind, und zumindest ein Teil des Mischens in Schritt (b) unter Leistungssteuerung durchgeführt wird, bei der die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren durch eine Steuerung gesteuert wird, die (i) eine Differenz zwischen einer gemessenen Mischermotorleistung und einem Leistungssollwert berechnet und (ii) die Drehgeschwindigkeit des einen oder der mehreren Rotoren anpasst, wenn die gemessene Mischermotorleistung von dem Leistungssollwert abweicht.