Nanotäyteaineiden sekoittamisen haasteet ja ongelmat Kumi-instituutin keväseminaari

Transkriptio

1 Nanotäyteaineiden sekoittamisen haasteet ja ongelmat Kumi-instituutin keväseminaari Antti Rautanen / Nokian Renkaat

2 Rengasteollisuus yleisesti ja lyhyesti Rubber World julkaisun mukaan vuonna 2015 maailmassa tarvittiin noin 3,3 miljardia henkilöauton rengasta Rengasteollisuus on pääomavaltainen toimiala Raaka-ainekustannukset ovat suurin yksittäinen kuluerä Vaatimukset tuotteille kasvavat ja moninaistuvat Suorituskyky (ajo-ominaisuudet, jarrutusmatka, pito) Vähäinen polttoaineenkulutus Pieni polttoaineenkulutus Nastojen vaikutus teiden kulumiselle Ympäristöystävällisyys 2

3 Tuottavuus Automaatioasteen nosto Kg/h, EUR/h Jätteen minimointi Yleiset vaatimukset rengasteollisuuden sekoitustekniikalle Laatu Panosten välisen vaihtelu Valmistuserien välinen vaihtelu Raaka-aineiden vaihtelun minimointi Dispersio, silanoituminen Joustavuus Uusien raaka-aineiden käyttöönotto Uusien tuotteiden käyttöönotto ja tuotannollistaminen Nopea reagointi ja ongelmanratkaisu 3

4 Sekoituskonelinjan osat Sekoituskone 4

5 Sekoituskonelinjan osat Sekoituskone 5

6 Sekoittaminen 6

7 Sekoittaminen Aikaa ja voimaa 7

8 Nanotäyteaineiden määrittely - Nytkin käytössä olevat täyteaineet voidaan luokitella nanotäyteaineiksi - oikeilla nanofillereillä jokin dimensio alle 100nm - toiminta perustuu nykyisiä aineita selvästi suurempaan ominaispinta-alaan lujittamisvaikutus pieninäkin pitoisuuksina: Hiilinanoputket Nanosavi Sooligeelimenetelmällä valmistettu silika Noen uudet kehitysmuodot 8

9 Nanotäyteaineiden suurimmat ongelmat 1) Nanotäyteaineita ei ole rengasteollisesti saatavilla 2) Emme tarkkaan tiedä miten niitä sekoitetaan 9

10 Rengasalan nanotäyteaineet vielä laboratoriomittakaavaisia Testaus tehdään ensin tuoteominaisuuksien saamiseksi Tämän jälkeen aletaan miettimään prosessoitavuutta Kuten silikat, f-ssbr Mitä parempaa, sen pahempaa 10

11 Nanotäyteaineiden valmistus Valmistuksen tasalaatuisuus miten hallitaan tarkat prosessit teollisuusmittakaavassa? Kaupallinen saatavuus ollaanko yhden tuotantolaitoksen varassa? Kustannukset takaisinmaksuperuste 11

12 Nanotäyteaineiden käyttöönotto Nanoaineiden rajoitteet prosessoitavuudelle robustisuus Kemiallinen yhteensopivuus NR-BR-SBR sekä kemialliset reaktiot? Apuaineet? Nanoaineet voivat toimiakseen vaatia lisää kustannuksia aiheuttavia lisäaineita Dispersio mittaaminen luotettavasti ei helppoa nykyisilläkään silikalaaduilla mittausteknologiassa painotettava lopputuotteen ominaisuuksia nykyistä enemmän Aikaansaaminen tuotantosekoituskoneilla Pienen ainemäärän sekoittaminen suurempaan Leikkausvoimat Reagglomeroituminen, korkea aktiivisuus sekoituksen varastoinninkesto Scale-up: labra tuotanto todennäköisesti suurempia ongelmia kuin tällä hetkellä 12

13 Nanotäyteaineiden käyttöönotto Nanomateriaalien oikea toimitusmuoto, esidispergoidut aineet? Teknisen kumin puolella olevat ratkaisut ehkä rengasteollisuuteenkin? Polymeeriesisekoitteet / sandwich-sekoittaminen Apuaineet osa materiaalia Kuten valmiiksi silanoitu silika Vaikutukset konekantaan tandem-sekoituskoneet tai jatkuvatoiminen sekoittaminen osalle materiaaleista? Koneiden kunto - roottorivälys Prosessi todennäköisesti herkempi, koneiden vaihtoväli pienenee Lämpötilanhallinta koneen sisällä Kustannusvaikutus työlle 13

14 Yhteenveto Nanotäyteaineet eivät vielä ole laajalti käytössä syy? Tuotekehitys hieman kesken Volyymit puuttuvat Tuottavuus unohtuu helposti koko teollisuudelta Aloitetaan mielellään sekoittaminen vaikka heti 14

15 tuotannon konkreettiset toiveet 15

16 tuotannon konkreettiset toiveet 16