Wussten Sie, dass die weltweite Produktion von synthetischem Gummi im Jahr 2014 erstmals die von natürlichem Gummi übertroffen hat? Diese beeindruckende Entwicklung unterstreicht die wachsende Bedeutung von Polymere Materialien wie Elastomeren in unserem Alltag. Als eine Untergruppe der Kunststoffe zeichnen sich Elastomere durch ihre einzigartigen elastischen Eigenschaften aus, die sie zu vielseitigen und unentbehrlichen Werkstoffen machen.
Elastomere basieren auf langen Kohlenstoffketten und können durch Druck oder Zug verformt werden, wobei die Verformung nur über die Dauer der Belastung anhält. Der Name „Elastomer“ stammt von den griechischen Wörtern „elastos“ (dehnbar) und „meros“ (Teil) ab und beschreibt perfekt die Fähigkeit dieser Materialien, große Deformationen zu ertragen, ohne ihre Formstabilität zu verlieren.
Wichtige Erkenntnisse
- Elastomere sind eine spezielle Gruppe von Polymeren mit herausragenden elastischen Eigenschaften.
- Sie können große Deformationen ohne bleibende Verformung ertragen und zeichnen sich durch vielfältige Einsatzmöglichkeiten aus.
- Die weltweite Produktion von synthetischem Gummi hat 2014 erstmals die von natürlichem Gummi übertroffen.
- Elastomere finden in zahlreichen Industrien Anwendung, von der Automobilindustrie bis hin zur Medizintechnik.
- Moderne Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung neuer, innovativer Elastomer-Typen.
Was sind Elastomere? Definition und Grundlagen
Elastomere sind organische, hochpolymere Moleküle, die sich durch ihre einzigartigen Eigenschaften auszeichnen. Sie bestehen aus langen Kohlenstoffketten, an denen verschiedene Seitengruppen hängen können. Diese spezielle Struktur verleiht Elastomeren ihre Elastizität und Formbarkeit. 
Ursprung und Bedeutung des Begriffs
Der Begriff „Elastomer“ leitet sich vom griechischen Wort „elásticos“ für „dehnbar“ ab. Er beschreibt die Fähigkeit dieser Materialien, große Verformungen reversibel aufzunehmen und wieder in ihre Ausgangsform zurückzukehren. Dieser Eigenschaft verdanken Elastomere ihre vielseitige Anwendung in Eigenschaften und Anwendungen und Industrielle Anwendungen.
Chemische Klassifizierung
Elastomere gehören zur Gruppe der Polymere und sind eng mit Thermoplasten und Duroplasten verwandt. Sie unterscheiden sich jedoch durch ihre spezielle Molekülstruktur und die daraus resultierenden Eigenschaften. Während Thermoplasten durch Temperaturerhöhung formbar werden, bleiben Elastomere auch bei hohen Temperaturen elastisch und verformbar.
Position in der Kunststoffgruppe
Innerhalb der Kunststoffgruppe nehmen Elastomere eine besondere Stellung ein. Sie kombinieren die Vorteile von Festigkeit und Elastizität und finden daher in vielen Bereichen Verwendung, in denen hohe mechanische Belastungen auftreten.
Molekulare Struktur von Elastomeren
Die molekulare Struktur von Elastomeren ist entscheidend für ihre charakteristischen Eigenschaften wie Gummielastizität und Verformbarkeit. Elastomere bestehen aus langen Kohlenstoffketten, die durch kovalente Bindungen miteinander verknüpft sind. Diese Polymerketten sind weitmaschig vernetzt, was zu ihrer typischen Elastizität führt.
Im Ausgangszustand liegen die Polymerketten als ungeordnetes Knäuel vor. Dieses Prinzip der Entropie-Elastizität ist verantwortlich für die Fähigkeit der Elastomere, sich unter Belastung zu verformen und anschließend in ihre Ausgangsform zurückzukehren. Je mehr Quervernetzungen die Kohlenstoffketten aufweisen, desto höher ist die Härte und Steifheit des Elastomers.
„Die Zunahme der Dichte an Quervernetzungen führt zu einer Erhöhung der Härte und Steifheit des Elastomers sowie einer Verringerung der maximalen Bruchdehnung.“
Diese molekulare Struktur ermöglicht es Elastomeren, bei einer bestimmten Umgebungstemperatur elastische Verhaltensweisen zu zeigen, die mit zunehmender Erwärmung weiter zunehmen. Dadurch werden sie zu einem wertvollen Material in der Technische Eigenschaften und Elastomer-Verarbeitung.
Elastomere: Eigenschaften und Anwendungen
Elastomere sind in der modernen Technik unverzichtbar. Sie zeichnen sich durch eine besonders hohe Gummielastizität und Verformbarkeit aus, die ihre vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten ermöglichen. Ihre Eigenschaften wie Temperaturabhängigkeit und chemische Beständigkeit machen Elastomere zu einem wertvollen Werkstoff in zahlreichen Industriezweigen.
Gummielastizität und Verformbarkeit
Die Gummielastizität von Elastomeren erlaubt es ihnen, große Verformungen reversibel aufzunehmen. Sie können mechanische Energie absorbieren, Toleranzen überbrücken und Bewegungen zwischen Bauteilen ermöglichen. Diese Eigenschaften machen Elastomere zu einem idealen Werkstoff für technische Anwendungen wie Dichtungen oder schwingungstechnische Komponenten.
Temperaturabhängigkeit
Die Elastizität von Elastomeren nimmt mit steigender Temperatur zu. Bei niedrigen Temperaturen verlieren sie ihre Elastizität und werden hart. Je nach Temperatur können Elastomere also in unterschiedlichen Zustandsformen vorliegen – von hartelastisch bis hin zur thermischen Zersetzung.
Chemische Beständigkeit
Elastomere wie EPDM, NBR oder FPM zeichnen sich durch eine hohe chemische Beständigkeit aus. Sie sind resistent gegen Mineralöle, Fette, Säuren, Laugen und andere Chemikalien. Diese Eigenschaften machen sie zu idealen Werkstoffen für anspruchsvolle Einsatzbereiche in der Gummi und Kunststoffe-Industrie und im Technische Eigenschaften-Bereich.
„Elastomere sind in der Lage, große Verformungen reversibel aufzunehmen und sind damit unverzichtbar für viele technische Anwendungen.“
Thermisches Verhalten und Zustandsformen
Elastomere durchlaufen verschiedene Zustandsformen in Abhängigkeit von der Temperatur. Unterhalb der Glasübergangstemperatur befinden sie sich im hartelastischen Zustand, der durch eine hohe Steifigkeit und geringe Verformbarkeit gekennzeichnet ist. Oberhalb der Glasübergangstemperatur wechseln Elastomere in den thermoelastischen Zustand, in dem sie weich und biegsam werden. Bei sehr hohen Temperaturen können Elastomere eine thermische Zersetzung erfahren.
Die Glasübergangstemperatur ist für jeden Elastomer-Typ spezifisch und liegt in der Regel unter der eigentlichen Einsatztemperatur. Dadurch wird sichergestellt, dass die technischen Eigenschaften des Elastomers, wie beispielsweise die hohe Verformbarkeit, im Anwendungsbereich erhalten bleiben.
„Thermoplasten, auch als Plastomere bezeichnet, sind eine spezielle Art von Polymeren, die sich reversibel mit Wärmezufuhr aufschmelzen lassen und somit wiederholt plastisch verformt werden können.“
Im Gegensatz zu Thermoplasten unterscheiden sich Elastomere und Duroplaste in ihrer chemischen Struktur und ihrem Verhalten bei Wärmeeinwirkung. Amorphe Thermoplasten haben Molekülketten, die bei Wärmezufuhr in Schwingung geraten und so eine Verformung ermöglichen.
Herstellungsverfahren und Verarbeitung
Elastomere werden durch drei Hauptverfahren hergestellt: Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation. Bei der Polymerisation werden Monomere mit Doppelbindungen miteinander verknüpft, während bei der Polyaddition Monomere mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen reagieren. Die Polykondensation verbindet Monomere unter Abspaltung eines Nebenprodukts wie Wasser.
Diese verschiedenen Herstellungsverfahren ermöglichen es, Elastomere mit spezifischen Eigenschaften für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen zu produzieren. Beispielsweise bietet Flüssigsilikon (LSR) konstante Temperaturen bis zu 316 °C und kurzzeitige Temperaturspitzen bis zu 371 °C. Santoprene 111-45 TPV zeichnet sich durch eine hohe Ermüdungsfestigkeit aus, während Versaflex OM 1040X-1 hervorragende ästhetische Eigenschaften hat.
Beim Elastomer-Verarbeitung kommen verschiedene Techniken wie Spritzguss, Extrusion oder Pressen zum Einsatz. Dabei werden die Elastomere in ihre endgültige Form gebracht und für die jeweiligen industriellen Anwendungen vorbereitet.
„Elastomere sind synthetischer Gummi und werden nicht nur durch Polymerisation, sondern auch durch Polyaddition und Polykondensation hergestellt.“
Industrielle Anwendungsbereiche
Elastomere finden vielfältige Anwendungen in verschiedenen industriellen Bereichen, in denen elastisches und gummielastisches Verhalten erforderlich ist. Einer der Haupteinsatzbereiche ist die Automotive-Industrie, wo Elastomere vor allem für die Herstellung von Reifen verwendet werden, oftmals auf Basis von Naturkautschuk.
Darüber hinaus kommen Elastomere in der Bauindustrie zum Einsatz, beispielsweise als Dichtungen, Abdichtungen und Beschichtungen. Weitere typische industrielle Anwendungen von Elastomeren sind Gummibänder, Schutzhandschuhe, Yogamatten und Schuhsohlen.
„Elastomere sind aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften wie Gummielastizität, Temperaturbeständigkeit und chemische Beständigkeit in einer Vielzahl von Industriebranchen unverzichtbar geworden.“
Die Fähigkeit von Elastomeren, sich stark zu dehnen und anschließend in ihre Ursprungsform zurückzukehren, macht sie zu einem vielseitig einsetzbaren Werkstoff. Egal ob in der Automobilindustrie, im Bauwesen oder in anderen Bereichen – Elastomere erfüllen wichtige Funktionen und tragen zum Erfolg zahlreicher Produkte bei.
Thermoplastische Elastomere (TPE)
Thermoplastische Elastomere (TPE) sind eine einzigartige Materialklasse, die Eigenschaften von Elastomeren und Thermoplasten vereint. Sie bieten die gummielastische Verformbarkeit von Elastomeren bei gleichzeitiger thermoplastischer Verarbeitbarkeit. TPEs finden in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung, da sie eine hohe Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Anforderungen ermöglichen.
Besondere Eigenschaften
TPEs zeichnen sich durch ihre hervorragende Chemikalien-, Lösemittel- und Witterungsbeständigkeit aus. Darüber hinaus bieten sie eine exzellente Einfärbbarkeit im Vergleich zu duroplastischem Kautschuk. Jedoch sind nicht-polare amorphe TPEs wie Styrol-Kunststoffe gegenüber einer Reihe von Lösungsmitteln eingeschränkt beständig.
Verarbeitungsmöglichkeiten
Die thermoplastischen Eigenschaften von TPEs ermöglichen eine effiziente und energiesparende Verarbeitung mit kurzen Zykluszeiten. Sie können in Standardverfahren der Kunststoffverarbeitung wie Extrudieren, Spritzgießen und Blasformen eingesetzt werden. Darüber hinaus bieten TPEs die Möglichkeit zur Mehr-Komponenten-Verarbeitung, was den Montageaufwand reduziert. Aufgrund ihrer Recyclingfähigkeit stellen TPEs eine nachhaltige Option in verschiedenen Branchen dar.
TPEs finden in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung, wie im Automobilsektor für Bedienelemente und Dichtungen, im Industriebereich für Werkzeuggriffe und Kabeldurchführungen, im Konsumbereich für Sportgeräte und Hygieneartikel sowie in der Medizintechnik für Tropfkammern und medizinische Schläuche. Ihre Vielseitigkeit und technischen Eigenschaften machen sie zu einem unverzichtbaren Material in zahlreichen Branchen.
Elastomere in der Automobilindustrie
In der Automobilindustrie spielen Elastomere eine entscheidende Rolle, insbesondere bei der Herstellung von Reifen. Naturkautschuk dient oft als Basis und wird durch Vulkanisation chemisch vernetzt, um die erforderlichen elastischen Eigenschaften zu erhalten.
Elastomere finden aber auch in anderen Autoteilen wie Dichtungen und Schläuchen Anwendung. Produkte aus Flüssigsilikonkautschuk (LSR) und Festsilikonkautschuk (HCR) von Herstellern wie Momentive weisen beispielsweise ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften auf und sind witterungsbeständig mit einem niedrigen Druckverformungsrest.
„Elastomere von Momentive finden Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen in der Automotive-Industrie.“
Typische Anwendungen in der Automotive-Industrie umfassen Dichtungen, O-Ringe, Schläuche, Zündkerzenstecker, Membranen und Steckerdichtungen. Diese Spezialprodukte sind auch beständig gegenüber verschiedenen Automobilflüssigkeiten.
Mit dem Wachstum der Industrielle Anwendungen im Bereich der Elektromobilität gewinnen bestimmte Materialeigenschaften wie hohe thermische Stabilität, niedriger Druckverformungsrest und schnelles Aushärten zunehmend an Bedeutung.
Laut Branchenberichten wird der Markt für Automobilelastomere voraussichtlich mit einer CAGR von über 6,6 % zwischen 2024 und 2036 wachsen, angetrieben durch die steigende weltweite Produktion von Kraftfahrzeugen und den zunehmenden Einsatz von Leichtbaukomponenten.
Recycling und Umweltaspekte
Das Recycling von Elastomeren stellt eine besondere Herausforderung dar, da sie aufgrund ihrer molekularen Struktur nicht einfach in ihren ursprünglichen Zustand zurückgeführt werden können. Thermoplastische Elastomere (TPE) bieten hier jedoch Vorteile, da sie aufgrund ihrer thermoplastischen Eigenschaften recycelbar sind. Der Recyclingprozess umfasst das Sammeln, Sortieren, Zerkleinern, Schmelzen und anschließende Formen zu neuen Produkten.
Recycelte TPE-Materialien finden vielfältige Verwendung, zum Beispiel in der Automobilindustrie für Innen- und Außenverkleidungen, Motorabdeckungen und Kabelbäume. In der Medizintechnik werden sie für Geräte wie Katheter, Schläuche und Medikamentenverabreichungssysteme genutzt. Auch in der Verbraucher- und Bauindustrie werden TPE-Recyclate eingesetzt, etwa für Sportgeräte, Spielzeug, Bodenbeläge und Abdichtungsanwendungen.
Das Recycling von TPEs trägt dazu bei, Abfall zu reduzieren, Ressourcen zu schonen und den Bauindustrie-Fußabdruck zu verringern. Die Weiterentwicklung nachhaltiger Recyclingverfahren für konventionelle Elastomere ist ein wichtiger Forschungsbereich, um die Technische Eigenschaften von Elastomeren im Kreislauf zu halten und deren Umweltbelastung zu minimieren.
Zukunftsperspektiven und Innovationen
Die Zukunft der Elastomere liegt in der Entwicklung neuartiger Materialien mit verbesserten Eigenschaften und umweltfreundlicheren Herstellungsverfahren. Die Forschung konzentriert sich dabei auf bio-basierte Elastomer-Typen, selbstheilende Materialien und intelligente Elastomere, die auf äußere Reize reagieren können. Gleichzeitig stehen die Verbesserung der Recyclingfähigkeit und die Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks der Elastomer-Verarbeitung im Fokus.
Innovative Ansätze in der Elastomer-Forschung zielen darauf ab, die Leistungsfähigkeit, Nachhaltigkeit und Anwendungsbreite dieser vielseitigen Materialien weiter zu steigern. Neue Mischungen, Herstellungsprozesse und Funktionalisierungen sollen die Eigenschaften von Elastomeren wie Temperaturbeständigkeit, Chemikalienresistenz und Formstabilität kontinuierlich verbessern.
Gleichzeitig werden die Umweltaspekte bei der Entwicklung und Produktion von Elastomeren immer wichtiger. Durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe, die Optimierung von Recyclingverfahren und die Reduzierung von Emissionen und Abfällen soll der ökologische Fußabdruck dieser Werkstoffe deutlich verringert werden. Insgesamt zeichnet sich eine vielversprechende Zukunft für innovative Elastomer-Lösungen ab, die den Anforderungen der Industrie und Gesellschaft gerecht werden.
