Elastomere – Was sind Elastomere?

Definition und Abgrenzung

Elastomere bilden neben Thermoplasten und Duroplasten eine der drei Hauptgruppen der Kunststoffe. Ihre charakteristische Gummielastizität beruht auf weitmaschig vernetzten, verknäulten Polymerketten. Unter mechanischer Belastung werden diese Ketten gestreckt; nach Entlastung kehren sie durch thermische Molekularbewegung in ihren energetisch günstigeren Knäuelzustand zurück. Dieses Verhalten wird als Entropieelastizität bezeichnet.

Im Unterschied zu Thermoplasten sind Elastomere chemisch vernetzt und daher nicht schmelzbar oder thermoplastisch umformbar. Im Unterschied zu Duroplasten ist die Vernetzung jedoch so weitmaschig, dass große elastische Verformungen möglich bleiben.

Glasübergangstemperatur

Die Glasübergangstemperatur (Tg) ist die Temperatur, unterhalb derer ein Elastomer vom gummielastischen in einen spröden, glasartigen Zustand übergeht. Elastomere werden ausschließlich oberhalb ihrer Tg eingesetzt, da sie nur dort die gewünschte Elastizität zeigen.

Die Tg hängt stark vom Kautschuktyp und seiner chemischen Struktur ab:

• Naturkautschuk (NR): Tg ca. −70 °C
• NBR mit hohem ACN-Gehalt: Tg ca. −20 °C

Je höher die Tg, desto früher wird das Material bei Kälte hart und spröde. Für Tieftemperaturanwendungen werden daher Elastomere mit besonders niedriger Tg gewählt.

Häufige Elastomertypen

NR (Naturkautschuk)

• Einsatzbereich: ca. −50 bis +80 °C
• Eigenschaften: sehr hohe Zugfestigkeit und Dehnbarkeit, gute Elastizität, guter Rückstelleffekt
• Typische Anwendungen: Schwingungsdämpfer, Förderbänder, Reifenkomponenten

NBR (Nitrilkautschuk)

• Einsatzbereich: ca. −30 bis +100 °C
• Eigenschaften: sehr gute Öl- und Kraftstoffbeständigkeit, gute Abriebfestigkeit, anpassbare Tieftemperaturflexibilität über ACN-Gehalt
• Typische Anwendungen: Hydraulik- und Pneumatikdichtungen, O-Ringe, Schläuche für Öle und Kraftstoffe

EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk)

• Einsatzbereich: ca. −50 bis +130 °C
• Eigenschaften: ausgezeichnete Witterungs-, UV- und Ozonbeständigkeit, gute Heißwasser- und Dampfbeständigkeit, nicht mineralölbeständig
• Typische Anwendungen: Außenprofile, Dachabdichtungen, Fenster- und Fassadendichtungen, Kühlwasserschläuche

FKM (Fluorkautschuk)

• Einsatzbereich: ca. −20 bis +200 °C (spezielle Typen darüber hinaus)
• Eigenschaften: sehr hohe Chemikalien-, Öl- und Kraftstoffbeständigkeit, hervorragende Wärmebeständigkeit, geringe Gasdurchlässigkeit
• Typische Anwendungen: Hochleistungsdichtungen in Motoren, Getrieben, chemischer Industrie, Luft- und Raumfahrt

CR (Chloropren-Kautschuk)

• Einsatzbereich: ca. −40 bis +120 °C
• Eigenschaften: gute Witterungs- und Ozonbeständigkeit, flammhemmend, gute mechanische Eigenschaften
• Typische Anwendungen: Schläuche, Kabelummantelungen, Förderbänder, Flamm- und Witterungsschutzteile

VMQ (Silikonkautschuk)

• Einsatzbereich: ca. −60 bis +200 °C (spezielle Typen bis ca. 250 °C)
• Eigenschaften: sehr breiter Temperatureinsatzbereich, sehr gute Kälteflexibilität, gute Wärmealterungsbeständigkeit, physiologisch unbedenklich, lebensmittel- und medizintechnisch einsetzbar
• Typische Anwendungen: Dichtungen in Lebensmittel- und Medizintechnik, Silikonschläuche, Backformen, Dichtprofile bei hohen Temperaturen

SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk)

• Einsatzbereich: ca. −40 bis +70 °C
• Eigenschaften: guter Abriebwiderstand, gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, begrenzte Alterungs- und Ozonbeständigkeit
• Typische Anwendungen: Reifenlaufflächen, Förderbänder, technische Gummiwaren mit moderaten Anforderungen

Vernetzung und Vulkanisation

Die chemische Vernetzung der Polymerketten erfolgt überwiegend durch Vulkanisation. Dabei werden dem Rohkautschuk Vernetzungschemikalien (z. B. Schwefel oder Peroxide), Beschleuniger, Aktivatoren und Füllstoffe zugesetzt und das Gemisch unter Wärme und Druck vernetzt.

• Schwefelvulkanisation: bildet Schwefelbrücken zwischen ungesättigten Kettensegmenten (z. B. NR, SBR, NBR). Die Art und Dichte der Schwefelbrücken beeinflusst Härte, Elastizität und Alterungsbeständigkeit.
• Peroxidische Vernetzung: erzeugt C–C-Brücken, wird u. a. bei EPDM, FKM und Silikonen eingesetzt und führt zu guter Wärme- und Medienbeständigkeit.

Erst durch die Vulkanisation erhält der Rohkautschuk seine endgültigen elastischen Eigenschaften und wird zum gebrauchsfertigen Elastomer.

Industrielle Anwendungen

Elastomere sind aufgrund ihrer Kombination aus Elastizität, Dichtwirkung und Medienbeständigkeit in vielen Branchen unverzichtbar:

• Dichtungstechnik: O-Ringe, Flachdichtungen, Wellendichtringe, Profile, Membranen
• Schwingungstechnik: Gummi-Metall-Elemente, Motorlager, Maschinenpuffer, Schwingungsisolatoren
• Fahrzeugtechnik: Reifen, Schläuche, Fahrwerksbuchsen, Tür- und Fensterdichtungen, Manschetten
• Bauwesen: Fenster- und Fassadendichtungen, Dehnfugenprofile, Dachabdichtungen, Lager im Brückenbau
• Medizintechnik und Lebensmittelindustrie: Silikonschläuche, Dichtungen in sterilen Systemen, Membranen, Implantate aus Silikon

Relevante Normen