The aim of this study is focused on the experimental investigation of dynamic wear behavior of carbon black filled rubber compounds comprising pristine styrene butadiene rubber (SBR) together with incorporated SBR ground rubber (rubber powder). We also analyzed and described quantitatively the service conditions of some dynamically loaded rubber products, which are liable to wear (e.g. conveyor belts, tires). Beside the well-known standard test method to characterize wear resistance at steady-state conditions, we used an own developed testing equipment based on gravimetric determination of mass loss of rubber test specimen to investigate the influence of rubber powder content on dynamic wear depending on varying impact energy levels. Incorporation of SBR rubber powder in SBR rubber compounds increases wear. With increasing rubber powder content the wear at steady-state conditions progressively increases. However, the level of wear at dynamic loading conditions increases only once, but stays constant subsequently even with contents of incorporated rubber powder.

Techn. Universiẗat, Habil.-Schr., 2004--Chemnitz.

The aim of this study is focused on the experimental investigation of dynamic wear behavior of carbon black filled rubber compounds comprising pristine styrene butadiene rubber (SBR) together with incorporated SBR ground rubber (rubber powder). We also analyzed and described quantitatively the service conditions of some dynamically loaded rubber products, which are liable to wear (e.g. conveyor belts, tires). Beside the well-known standard test method to characterize wear resistance at steady-state conditions, we used an own developed testing equipment based on gravimetric determination of mass loss of rubber test specimen to investigate the influence of rubber powder content on dynamic wear depending on varying impact energy levels. Incorporation of SBR rubber powder in SBR rubber compounds increases wear. With increasing rubber powder content the wear at steady-state conditions progressively increases. However, the level of wear at dynamic loading conditions increases only once, but stays constant subsequently even with contents of incorporated rubber powder.

The aim of this study is concentrated on the experimental investigation of wear resistance of rubber powder modified rubber blends. Styrene-Butadiene-Rubber (SBR) blends applied for conveying belt top covers have been modified by ground rubber (rubber powder) based on SBR. We theoretically described the rubber wear mechanism due to loading conditions occurring at conveyor belts in the field, to simulate wear behavior of top cover rubber materials. An own developed testing equipment based on gravimetric determination of mass loss of rubber test specimen was used investigating dynamic wear with respect to fracture properties of top cover materials. Furthermore we investigated fatigue crack growth (FCG) data over a broad range of tearing energy by Tear Analyzer to characterize crack propagation behavior of rubber powder modified rubber blends. Thus, we demonstrate the influence of rubber powder on resistance against occurrence of fracture as well as dynamic wear as a function of the rubber powder content in rubber blends applied for conveying belt top covers.

The aim of this study is concentrated on the experimental investigation of wear resistance of rubber powder modified rubber blends. Styrene-Butadiene-Rubber (SBR) blends applied for conveying belt top covers have been modified by ground rubber (rubber powder) based on SBR. We theoretically described the rubber wear mechanism due to loading conditions occurring at conveyor belts in the field, to simulate wear behavior of top cover rubber materials. An own developed testing equipment based on gravimetric determination of mass loss of rubber test specimen was used investigating dynamic wear with respect to fracture properties of top cover materials. Furthermore we investigated fatigue crack growth (FCG) data over a broad range of tearing energy by Tear Analyzer to characterize crack propagation behavior of rubber powder modified rubber blends. Thus, we demonstrate the influence of rubber powder on resistance against occurrence of fracture as well as dynamic wear as a function of the rubber powder content in rubber blends applied for conveying belt top covers.

Gegenstand der Arbeit ist die Erarbeitung und Umsetzung eines reaktiven Aufbereitungsverfahrens im Doppelschneckenextruder zur kontinuierlichen Herstellung von gummimehlbasierten Elastomerlegierungen mit Polypropylenmatrix. Es wird eine Übersicht über den technischen Stand der Polymeraufbereitung in Doppelschneckenmaschinen sowie den Einsatz von Gummimehlen als funktionellem Füllstoff in Thermoplastmatrices gegeben, wobei neben verfahrenstechnischen Aspekten besonders auf die Möglichkeiten der Phasenkompatibilisierung in gummimehlhaltigen Polyolefincompounds zur Herstellung Thermoplastischer Elastomere eingegangen wird. Den Ausgangspunkt für die Verfahrensentwicklung bildet ein reaktiver Schmelzemischprozess in einem Innenmischer, auf dessen Basis die Auswahl der Rezepturkomponenten erfolgte. Gestützt auf eine Modellrezeptur erfolgte in diskontinuierlichen Voruntersuchungen im Labormesskneter eine Anpassung des Werkstoffsystems sowie die experimentelle Verifizierung möglicher Verfahrenskonzepte für die kontinuierliche reaktive Aufbereitung im Doppelschneckenextruder. Für die ausgewählten Verfahrenskonzepte wurden konkrete Extruderaufbauten konzipiert, deren stoff- und prozessgrößenabhängiges Betriebsverhalten auf Basis eines analytischen Prozessmodells abgeschätzt wurde. Nach vergleichenden experimentellen Untersuchungen der kontinuierlichen Verfahrensaufbauten, die auch Verweilzeitmessungen und Rezepturanpassungen einschlossen, wurde eine praxistaugliche Extruderkonfiguration ausgewählt und der Einfluss der technologischen Prozessgrößen auf die Werkstoffeigenschaften der Elastomerlegierungen untersucht. Mit optimierten Prozessparametern erfolgte die kontinuierliche reaktive Aufbereitung von Elastomerlegierungen mit variablen Gummimehlgehalten, deren Werkstoffverhalten umfassend charakterisiert wird / The present thesis deals with the development and implementation of a reactive compounding procedure in a co-rotating twin-screw extruder for the continuous preparation of ground rubber based Elastomeric Alloys with a polypropylene matrix. An overview about the state of the art of polymer compounding in twin-screw devices as well as of the utilisation of rubber powders as functional fillers in thermoplastic matrices is given. Beside process related aspects especially the methods of phase compatibilisation in ground rubber containing polyolefinic compounds for the preparation of Thermoplastic Elastomers are addressed. A reactive melt-mixing procedure in an internal mixer served as the base for the development of the continuous process as well as for the materials and formulations used. Preliminary experiments with a model formulation were carried out in a laboratory batch kneader to adapt the material system onto the requirements of the continuous process as well as to verify and select promising process concepts for the continuous reactive compounding in the twin-screw extruder. The selected concepts were transformed into extruder configurations followed by a simulation of their operating characteristics based on an analytical process model. The performance of the extruder configurations was verified by experiments that included also residence time investigations and further adaption of the formulation. The most suitable extruder setup was chosen for the investigation of the influence of the technological process parameters on the material properties of the Elastomeric Alloy model formulation. Using optimised technological parameters a familiy of Elastomeric Alloys with variable rubber powder content was prepared by continuous reactive compounding in the twin-screw extruder and followed by a comprehensive characterisation of their material performance and properties.

Gegenstand der Arbeit ist die Erarbeitung und Umsetzung eines reaktiven Aufbereitungsverfahrens im Doppelschneckenextruder zur kontinuierlichen Herstellung von gummimehlbasierten Elastomerlegierungen mit Polypropylenmatrix. Es wird eine Übersicht über den technischen Stand der Polymeraufbereitung in Doppelschneckenmaschinen sowie den Einsatz von Gummimehlen als funktionellem Füllstoff in Thermoplastmatrices gegeben, wobei neben verfahrenstechnischen Aspekten besonders auf die Möglichkeiten der Phasenkompatibilisierung in gummimehlhaltigen Polyolefincompounds zur Herstellung Thermoplastischer Elastomere eingegangen wird. Den Ausgangspunkt für die Verfahrensentwicklung bildet ein reaktiver Schmelzemischprozess in einem Innenmischer, auf dessen Basis die Auswahl der Rezepturkomponenten erfolgte. Gestützt auf eine Modellrezeptur erfolgte in diskontinuierlichen Voruntersuchungen im Labormesskneter eine Anpassung des Werkstoffsystems sowie die experimentelle Verifizierung möglicher Verfahrenskonzepte für die kontinuierliche reaktive Aufbereitung im Doppelschneckenextruder. Für die ausgewählten Verfahrenskonzepte wurden konkrete Extruderaufbauten konzipiert, deren stoff- und prozessgrößenabhängiges Betriebsverhalten auf Basis eines analytischen Prozessmodells abgeschätzt wurde. Nach vergleichenden experimentellen Untersuchungen der kontinuierlichen Verfahrensaufbauten, die auch Verweilzeitmessungen und Rezepturanpassungen einschlossen, wurde eine praxistaugliche Extruderkonfiguration ausgewählt und der Einfluss der technologischen Prozessgrößen auf die Werkstoffeigenschaften der Elastomerlegierungen untersucht. Mit optimierten Prozessparametern erfolgte die kontinuierliche reaktive Aufbereitung von Elastomerlegierungen mit variablen Gummimehlgehalten, deren Werkstoffverhalten umfassend charakterisiert wird / The present thesis deals with the development and implementation of a reactive compounding procedure in a co-rotating twin-screw extruder for the continuous preparation of ground rubber based Elastomeric Alloys with a polypropylene matrix. An overview about the state of the art of polymer compounding in twin-screw devices as well as of the utilisation of rubber powders as functional fillers in thermoplastic matrices is given. Beside process related aspects especially the methods of phase compatibilisation in ground rubber containing polyolefinic compounds for the preparation of Thermoplastic Elastomers are addressed. A reactive melt-mixing procedure in an internal mixer served as the base for the development of the continuous process as well as for the materials and formulations used. Preliminary experiments with a model formulation were carried out in a laboratory batch kneader to adapt the material system onto the requirements of the continuous process as well as to verify and select promising process concepts for the continuous reactive compounding in the twin-screw extruder. The selected concepts were transformed into extruder configurations followed by a simulation of their operating characteristics based on an analytical process model. The performance of the extruder configurations was verified by experiments that included also residence time investigations and further adaption of the formulation. The most suitable extruder setup was chosen for the investigation of the influence of the technological process parameters on the material properties of the Elastomeric Alloy model formulation. Using optimised technological parameters a familiy of Elastomeric Alloys with variable rubber powder content was prepared by continuous reactive compounding in the twin-screw extruder and followed by a comprehensive characterisation of their material performance and properties.

Bei der Wiederverwertung von Alt- und Abfallgummi stehen Industrie und Forschung im Gegensatz zu den rein thermoplastischen Kunststoffen wie Polypropylen und Polyäthylen immer noch am Anfang. Große Mengen der roh- und werkstofflich wertvollen (Technischen und Sonstigen Elastomerartikel, sogen. TSE-Gummiab- fälle (ca. 400 T Jahrestonnen) werden gegenwärtig noch in Zementöfen und E-Werken verbrannt (thermisch entsorgt). Die werkstoffliche Aufbereitung, d.h. das Mahlen zu Gummigranulat bzw. -mehl ermöglicht es, inbesondere verstärkungsmittelfreies Gummimehl sehr kleiner Partikelgrößen (<0,4 mm) in einem speziellen reaktiven Mischverfahren mit Kunststoffen zu Kompositwerkstoffen (Blends und Elastomerlegierungen) zu verarbeiten. In den Elastomerlegierungen ist das Gummimehl chemisch und physikalisch mit der Kunststoffmarix gekoppelt. Deshalb kommen diese Kompositwerkstoffe in ihren Eigenschaften den der TPE (Thermoplastische Elastomere) sehr nahe. Das Projekt untersucht Einflüsse verschiedener Mahl- prozesse auf die Qualität des Gummimehls und versucht das Mischverhältnis der Ausgangskomponenten und den Mischprozeß zu optimieren. Als Qualitätskriterien für diese experimentellen und theoretischen Arbeiten gelten verschiedene mechanisch-physikalische Eigenschaften von Formteilen, die nach unterschiedlichen Verarbeitungs- methoden (Extrudieren, Formpressen, Spritzgießen) aus den Kompositwerkstoffen hergestellt wurden. Die Arbeitsgruppe um Dr. Michael von der TU Chemnitz prüft die Eignung der Gummimehle, die nach dem noch weitgehend unbekannten und von dem polnischen Projekt- partner entwickelten Mahlverfahren, der sogen. SSSP- Methode (Solid-State Shear Pulverisation) hergestellt wurden, betreffs ihres Einsatzes als Hauptrezepturkomponente in Elastomerlegierungen und speziellen Blends. Im SSSP-Zerkleinerungsprozeß werden die Gummiwerkstoffe höchsten Scherkräften ausgesetzt. Die dadurch ent- stehenden inneren Spannungen führen zur Zerkleinerung des Gummis in feinste Partikel (0,1 …0,3mm) jedoch mit sehr großen Oberflächen. Sowohl die TU Chemnitz als auch die ATL Bydgoszcz sind in der TPE-Forschung, ein Markt mit wachsender Nachfrage, seit Jahren sehr erfolgreich. Ziel des Projektes ist es, zusammen mit dem Fraunhofer Institut UMSICHT Oberhausen, der Greiner RUBBERTEC GmbH Nürtingen und weiteren Firmen der Gummiindustrie Kompetenzen zusammenzuführen und somit neue Erkenntnisse auf dem Gebiet des Kunststoff- und Gummirecyclings zu gewinnen, die kurzfristig in die Praxis umgesetzt werden können. Das Projekt wird als Auftakt gemeinsamer Forschungs- kooperationen verstanden und wird im Rahmen einer gemeinsamen Ausschreibung des Auswärtigen Amtes und des BMBF zum Deutsch-Polnischen Jahr 2005/2006 mit Mitteln des BMBF gefördert.

Bei der Wiederverwertung von Alt- und Abfallgummi stehen Industrie und Forschung im Gegensatz zu den rein thermoplastischen Kunststoffen wie Polypropylen und Polyäthylen immer noch am Anfang. Große Mengen der roh- und werkstofflich wertvollen (Technischen und Sonstigen Elastomerartikel, sogen. TSE-Gummiab- fälle (ca. 400 T Jahrestonnen) werden gegenwärtig noch in Zementöfen und E-Werken verbrannt (thermisch entsorgt). Die werkstoffliche Aufbereitung, d.h. das Mahlen zu Gummigranulat bzw. -mehl ermöglicht es, inbesondere verstärkungsmittelfreies Gummimehl sehr kleiner Partikelgrößen (<0,4 mm) in einem speziellen reaktiven Mischverfahren mit Kunststoffen zu Kompositwerkstoffen (Blends und Elastomerlegierungen) zu verarbeiten. In den Elastomerlegierungen ist das Gummimehl chemisch und physikalisch mit der Kunststoffmarix gekoppelt. Deshalb kommen diese Kompositwerkstoffe in ihren Eigenschaften den der TPE (Thermoplastische Elastomere) sehr nahe. Das Projekt untersucht Einflüsse verschiedener Mahl- prozesse auf die Qualität des Gummimehls und versucht das Mischverhältnis der Ausgangskomponenten und den Mischprozeß zu optimieren. Als Qualitätskriterien für diese experimentellen und theoretischen Arbeiten gelten verschiedene mechanisch-physikalische Eigenschaften von Formteilen, die nach unterschiedlichen Verarbeitungs- methoden (Extrudieren, Formpressen, Spritzgießen) aus den Kompositwerkstoffen hergestellt wurden. Die Arbeitsgruppe um Dr. Michael von der TU Chemnitz prüft die Eignung der Gummimehle, die nach dem noch weitgehend unbekannten und von dem polnischen Projekt- partner entwickelten Mahlverfahren, der sogen. SSSP- Methode (Solid-State Shear Pulverisation) hergestellt wurden, betreffs ihres Einsatzes als Hauptrezepturkomponente in Elastomerlegierungen und speziellen Blends. Im SSSP-Zerkleinerungsprozeß werden die Gummiwerkstoffe höchsten Scherkräften ausgesetzt. Die dadurch ent- stehenden inneren Spannungen führen zur Zerkleinerung des Gummis in feinste Partikel (0,1 …0,3mm) jedoch mit sehr großen Oberflächen. Sowohl die TU Chemnitz als auch die ATL Bydgoszcz sind in der TPE-Forschung, ein Markt mit wachsender Nachfrage, seit Jahren sehr erfolgreich. Ziel des Projektes ist es, zusammen mit dem Fraunhofer Institut UMSICHT Oberhausen, der Greiner RUBBERTEC GmbH Nürtingen und weiteren Firmen der Gummiindustrie Kompetenzen zusammenzuführen und somit neue Erkenntnisse auf dem Gebiet des Kunststoff- und Gummirecyclings zu gewinnen, die kurzfristig in die Praxis umgesetzt werden können. Das Projekt wird als Auftakt gemeinsamer Forschungs- kooperationen verstanden und wird im Rahmen einer gemeinsamen Ausschreibung des Auswärtigen Amtes und des BMBF zum Deutsch-Polnischen Jahr 2005/2006 mit Mitteln des BMBF gefördert.