Ein Elastomer wird umgangssprachlich häufig als Gummi bezeichnet, ungeachtet seines genauen chemischen Aufbaus. Diese sprachliche Ungenauigkeit resultiert vermutlich daraus, dass allen Elastomeren einige markante Eigenschaften gemein sind:

• Gute Formbarkeit: Ein Elastomer lässt sich bei der Herstellung dauerhaft in nahezu jede gewünschte Form bringen.
• Hohe Elastizität: Elastomere können unter Krafteinwirkung verformt werden.
• Gute Formstabilität: Lässt die einwirkende Kraft nach, nimmt das Elastomer seine ursprüngliche Form wieder an.
• Thermoplastizität: Elastomere lassen sich warm verarbeiten und in die gewünschte Form bringen.
• Thermische Beständigkeit: Elastomere sind innerhalb einer großen Temperaturspanne einsetzbar.
• Chemische Verschiedenheit und Variabilität: Elastomere lassen sich aus einer Vielzahl chemischer Komponenten synthetisieren. Deren Zusammensetzung entscheidet über die physikalischen Eigenschaften des späteren Produkts.
  
  

Seine speziellen mechanischen Eigenschaften machen Elastomer einzigartig

Elastomere lassen sich unter mechanischer Krafteinwirkung reversibel, das heißt umkehrbar, verformen. Werkstücke aus elastomeren Kunststoffen lassen sich dehnen oder quetschen. Nach Beendigung der Zug- oder Druckbelastung kehren sie wieder in ihre ursprüngliche Form zurück. Für diese Verformung ist lediglich mechanische Einwirkung erforderlich. Der Einsatz thermischer Energie ist nicht notwendig.

Diese besondere Eigenschaft basiert auf der weitmaschigen Verknüpfung der Polymerketten innerhalb des Kunststoffes, die das Verschieben und Bewegen der Ketten innerhalb bestimmter Grenzen erlauben. Ist diese Grenze überschritten worden, entsteht ein Effekt, den man gedanklich mit einem ausgeleierten Gummiband in Verbindung bringen kann. Auch Dicht- und Unterlegscheiben können unter Dauerbelastung verschleißen und schließlich brechen.

Elastomere zeichnen sich durch hohe thermische Beständigkeit aus

Elastomere sind über einen großen Temperaturbereich hinweg formstabil und behalten ihre physikalischen Eigenschaften bei. Durch besondere Anpassungen in ihrem chemischen Aufbau gelingt es, spezielle Elastomere für die Tieftemperaturnutzung herzustellen. Ebenso ist es möglich, Elastomere speziell für den Gebrauch in heißen Regionen oder Produktionsbereichen mit großer Abwärme herzustellen. Oberhalb der maximalen Betriebstemperatur können sich Elastomere chemisch zersetzen. Unterhalb der minimalen Einsatztemperatur verspröden sie und verlieren ihre elastischen Eigenschaften.

Über welche physikalischen Eigenschaften verfügen Elastomere?

Hervorstechendste Eigenschaft der Elastomere ist ihre Fähigkeit, Zug- und Druckspannungen aufnehmen zu können. Zwei Faktoren können die Elastizität eines solchen Kunststoffs beeinflussen:

• Kälte lässt Elastomere glashart gefrieren.
• Hitze bringt klassische Elastomere nicht zum Schmelzen, sondern führt zu ihrer chemischen Zersetzung.

Zu den Elastomeren zählt längst nicht nur herkömmliches Gummi aus Naturkautschuk. Mittlerweile existieren eine ganze Reihe weiterer Kunststoffe, die neben der Elastizität noch zusätzliche industriell nutzbare Eigenschaften aufweisen:

• Elastomere aus Naturkautschuk
• Elastomere aus Synthesekautschuk
• Thermoplastische Elastomere
• Flüssigkristalline Elastomere (Liquid Crystalline Elastomers, LCEs) Elastomere aus Naturkautschuk

Elastomere aus Naturkautschuk zeichnen sich vor allem durch hohe mechanische Festigkeit und Elastizität aus. Außerdem ist ihre hohe Beständigkeit gegen Abrieb hervorzuheben.

Bis heute ist Naturkautschuk ein preiswerter Werkstoff, der jedoch wenig beständig gegenüber UV-Strahlung und Ozoneinwirkung ist. Die daraus resultierenden Beschränkungen in der Anwendung führten zur Entwicklung weiterer Elastomere.

Elastomere aus Synthesekautschuk

Die Elastomere aus Synthesekautschuk sind aus chemischer Sicht sehr heterogen. Sie bestehen aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Monomeren, die in einer chemischen Reaktion – der Polymerisation – miteinander verknüpft werden. Die genaue Zusammensetzung dieser Monomere beeinflusst die physikalischen und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften des fertigen Produkts. Zu den wichtigsten Synthesekautschuken zählen:

• EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) weist gute Alterungs- und Säurebeständigkeit auf, ist aber unbeständig gegen Mineralöle.
• SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk) besitzt gute Abriebbeständigkeit und elektrische Isolierfähigkeit.
• IIR (Butyl-Kautschuk)zeichnet sich durch gute elektrische Isolierfähigkeit und geringe Gasdurchlässigkeit aus.
• IR (Isopren-Kautschuk) weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf.
• NBR (Nitril-Butadien-Kautschuk) wird aufgrund seiner Beständigkeit gegen Mineralöle in der Hydraulik und Pneumatik eingesetzt.
  
  

Thermoplastische Elastomere

Thermoplastische Elastomere (TPE) vereinen die Vorzüge klassischer Elastomere mit denen thermoplastischer Kunststoffe. Thermoplastische Elastomere verhalten sich im Rahmen ihrer Einsatztemperatur (meist im Bereich der Raumtemperatur) wie klassische Elastomere. Setzt man sie jedoch der Erwärmung aus, beginnen sie sich dauerhaft zu verformen. In diesem Verhalten ähneln sie thermoplastischen Kunststoffen. Aufgrund dieser Eigenschaft lassen sich TPE verschweißen, um beispielsweise dichte Verbindungen herzustellen.

Flüssigkristalline Elastomere (Liquid Crystalline Elastomers, LCEs)

Flüssigkristalline Elastomere (LCE) vereinen die hohe Verformbarkeit der Elastomere mit der Zugfestigkeit und den elektromechanischen Eigenschaften der Flüssigkristalle. So lässt sich die Form dieser Kunststoffe durch Anlegen einer elektrischen Spannung verändern. Einsatzbereiche für LCEs sind unter anderem:

• neuartige Antriebssysteme
• weiche Kontaktlinsen
• aktive Oberflächen

Synthesekautschuke unterscheiden sich hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften zum Teil erheblich voneinander. Zu den häufig verwendeten Synthesekautschuken zählen:

• Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR)
• Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke (EPDM)
  
  

Als flexibler Kunststoff lässt sich NBR zweckgerichtet anpassen

Acrylnitril-Butadien-Kautschuk wird aus den Monomeren Acrylnitril und 1,3-Butadien hergestellt. Über das Mischungsverhältnis werden die physikalischen Eigenschaften des Elastomers bestimmt. NBR zeichnet sich unter anderem durch folgende Eigenschaften aus:

• gute Tieftemperaturbeständigkeit
• großer thermischer Anwendungsbereich
• gute Beständigkeit gegen Kraftstoffe und Mineralöle
  
  

EPDM zeichnet sich durch hohe mechanische und thermische Resistenz aus

EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) ist ein Terpolymer aus Ethylen, Propylen und einem beliebigen Dien. Dieser flexible chemische Aufbau erlaubt großen Variantenreichtum. Demzufolge läßt sich EPDM vielfältig anwenden. So findet man EPDM unter anderem in folgenden Bereichen:

• Profile für den Automobilbau
• Förderbänder
• Schläuche
• Teichfolien

EPDM verfügt über gute Ozon- und UV-Beständigkeit. Hinzu kommt hohe thermische Beständigkeit. Die chemische Festigkeit gegenüber polaren Lösungsmitteln ist sehr hoch, unpolare Lösungsmittel wie Kraftstoffe und Öle hingegen greifen EPDM an.

Thermoplastische Kunststoffe lassen sich ebenfalls verformen, jedoch wird dafür thermische Energie benötigt. Als Feder- und Pufferelemente sind Thermoplasten daher nicht geeignet. Zum besseren Vergleich werden zwei wichtige thermoplastische Kunststoffe kurz vorgestellt:

PMMA wird häufig in Außenbereichen eingesetzt

Polymethylmethacrylat (PMMA) ist ein thermoplastischer Kunststoff, der auch als Acrylglas bekannt ist. PMMA wird durch radikalische oder anionische Polymerisation gewonnen und anschließend in glasklare Platten gegossen.

In folgenden Industriezweigen wird PMMA eingesetzt:

• Automobilindustrie – Blinker und Scheinwerfer
• Flugzeugbau – Scheiben und Scheinwerfer
• Optik und Lichttechnik – Linsen und Leuchtwerbung
• Medizintechnik – Brillengläser und Zahnprothesen

Erfahren Sie hier mehr über PMMA als vielseitig einsetzbaren thermoplastischen Kunststoff.

Die hohe Hitzebeständigkeit macht POM zu einem bevorzugten Kunststoff

Polyoxymethylene (POM oder auch Polyacetale) sind thermoplastische Kunststoffe, die hauptsächlich zur Formteilherstellung im Spritzgussverfahren verwendet werden. POM zeichnet sich durch große Härte und Steifigkeit aus.

Erfahren Sie hier mehr über POM und seine Verwendung.

Worin unterscheiden sich die verschiedenen Industriegummis voneinander?

Durch den unterschiedlichen chemischen Aufbau gleicht kein Elastomer dem anderen. Diese Besonderheit ermöglicht ihren Einsatz in zahlreichen Industriezweigen:

• EPDM verfügt über hohe Witterungs- und Ozonbeständigkeit.
• NBR zeichnet sich durch hohe Mineralölbeständigkeit aus und ist für Allergiker geeignet.
• Silikonkautschuke sind lebensmittelecht.
• LCE sind elektrisch leitfähig.

Elastomere bestehen, wie alle Kunststoffe, aus sogenannten Polymeren, also langkettigen Molekülen, die aus einem oder mehreren verschiedenen Monomeren zusammengesetzt sind. Die Bildung eines solchen Polymers geschieht in einer Polymerisationsreaktion. Hierzu zählen:

• Kettenpolymerisation – Hier lagert sich in jedem Reaktionsschritt stets nur ein Monomer an die Kette. Es fallen keinen Nebenprodukte an.
• Polykondensation – Bei dieser Polymerisation entsteht mindestens ein Nebenprodukt.
• Polyaddition – In einer solchen Reaktion reagieren auch niedermolekulare Addukte miteinander zum fertigen Produkt.

Es existiert kaum einen Anwendungsbereich der modernen Industrie- und Fertigungstechnik, in dem nicht mindestens ein Elastomer eine herausragende Rolle spielt. Hierzu zählen unter anderem:

• Automobilindustrie: Dichtungen, Gummilippen und Kraftstoffleitungen finden in Automobilen Verwendung. Hierzu werden vor allem Elastomere mit hoher Witterungsbeständigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber Mineralölen verwendet.
• Haushalt: In Haushalt und Büro besteht großer Bedarf an preisgünstigen Elastomeren, die beispielsweise als Gummiringe Verwendung finden.
• Bad- und Sanitärinstallation: Hier kommen Dichtungsringe aus Elastomeren zur Anwendung, die beständig gegenüber Wasser und Wasserdampf sind.
• Lebensmittelproduktion: Hier finden lebensmittelrechtlich unbedenkliche Elastomere in Form von Dichtungen und Schlauchleitungen Verwendung.
• Medizintechnik: Elastomere in diesem Bereich müssen leicht sterilisierbar und dürfen nicht allergieauslösend sein.
  
  

Häufigster Einsatzort: Elastomere im Auto- und Reifenbau

Der weitaus größte Teil der weltweiten Elastomerproduktion wird zur Herstellung von Reifen verwendet. Hier kommen vor allem Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Butadien-Kautschuk (BR) zur Anwendung, die sich durch geringen Abrieb und niedrige Kosten auszeichnen.

In welcher Form werden Elastomere in Sport und Haushalt genutzt?

Yogamatten, Schuhsohlen, Fahrradreifen – kein moderner Sport wäre ohne Elastomere möglich. Die hier genutzten Kunststoffe müssen verschleißarm sein und dürfen keine Allergien auslösen.

Elastomere in anderen Industrie- und Wirtschaftsbereichen

Zahntechnik, Medizintechnik, Formteil- und Prototypenbau – kaum ein Industriezweig kommt ohne speziell entwickelte Elastomere aus. Haupteinsatzgebiete sind dort, wo flexible Verbindungen, mechanische Entkopplungen und Abdichtungen erforderlich sind.

Sattler-scm verfügt über langjährige Erfahrungen und Expertisen in der Entwicklung und Fertigung von Elastomeren. Neben Dichtungsringen und Faltenbälgen zählen Silikonformteile, Gummipuffer und vieles mehr zu unserem Portfolio. Bei Fragen zu unseren Produkten stehen wir Ihnen gerne telefonisch und per Mail zur Verfügung.