Vulkanisation – vom Kautschuk zum Gummi
Das Verfahren, das Kautschuk zu Gummi macht
Vulkanisation ist ein chemisches Verfahren, bei dem Kautschukmoleküle durch Vernetzer wie Schwefel oder Peroxide dauerhaft miteinander verbunden werden. Das Ergebnis ist ein dreidimensional vernetztes Elastomer (Gummi) mit definierten mechanischen Eigenschaften wie Elastizität, Formstabilität und Medienbeständigkeit.
Haben Sie Fragen zu diesem Werkstoff? Kontakt aufnehmen
Geschichte der Vulkanisation
Die Vulkanisation wurde 1839 von Charles Goodyear zufällig entdeckt, als eine Mischung aus Naturkautschuk und Schwefel auf einer heißen Herdplatte landete. Goodyear erkannte das Potenzial dieser Reaktion und ließ das Verfahren 1844 in den USA patentieren. Den Namen erhielt das Verfahren von Thomas Hancock, der es nach Vulcanus, dem römischen Gott des Feuers, benannte. Vor der Entwicklung der Vulkanisation war Rohkautschuk für technische Anwendungen ungeeignet: Er war klebrig, plastisch verformbar und zeigte bei Temperaturwechseln extreme Eigenschaftenänderungen.
Vernetzungsarten
Schwefelvulkanisation
Die Schwefelvulkanisation ist das am häufigsten eingesetzte Verfahren. Sie ist ausschließlich für Dienelastomere geeignet — also Kautschuke mit C=C-Doppelbindungen wie NR, SBR, NBR, EPDM, CR und IIR. Schwefel bildet dabei -S-S-Brücken zwischen den Molekülketten (mono-, di- oder polysulfidisch). Typisch sind 1,8–2,5 Gew.-% Schwefel. Das Vernetzungssystem enthält stets Beschleuniger (z. B. CBS, MBTS, TMTD) sowie Aktivatoren (ZnO + Stearinsäure). Die Vulkanisationstemperatur liegt üblicherweise zwischen 120 und 160 °C.
Peroxidische Vernetzung
Die peroxidische Vernetzung wird für Elastomere eingesetzt, die keine oder nur wenige Doppelbindungen aufweisen, wie FKM, Silikonkautschuk (VMQ), EPDM oder HNBR. Dabei entstehen direkte C-C-Bindungen zwischen den Polymerketten. Diese sind thermisch stabiler als die C-S-C-Brücken der Schwefelvulkanisation, was zu besserer Wärmebeständigkeit und geringerem Druckverformungsrest bei hohen Temperaturen führt. Im Gegenzug sind Reißfestigkeit und Weiterreißwiderstand typischerweise etwa 15 % niedriger als bei schwefelvulkanisierten Compounds.
Strahlenvernetzung
Bei der Strahlenvernetzung werden Elektronen- oder Gammastrahlen eingesetzt, um kovalente Bindungen zu erzeugen. Da das Verfahren ohne Wärmezufuhr bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann, eignet es sich besonders für dünne Schichten und temperaturempfindliche Materialien. Typische Einsatzgebiete sind Kabel- und Drahtummantelungen, Schrumpfschläuche sowie Folienanwendungen.
Verarbeitungsverfahren
Kompressionsvulkanisation
Die Kompressionsvulkanisation (Pressenvulkanisation) ist das älteste Formgebungsverfahren. Ein vorgeformter Kautschukrohling wird in eine beheizte Form eingelegt und unter hydraulischem Druck bei 160–180 °C vulkanisiert. Das Verfahren eignet sich für kleine bis mittlere Stückzahlen, dickwandige Querschnitte sowie für Gummi-Metall-Verbindungen.
Transferformen
Das Transferformen ist ein Zwischenverfahren: Eine abgemessene Kautschukmenge wird durch Angusskanäle (Sprues) in geschlossene Kavitäten gepresst. Das Verfahren bietet im Vergleich zur Kompressionsvulkanisation eine bessere Maßhaltigkeit und eignet sich für Teile mit komplexerer Geometrie.
Spritzgussvulkanisation
Die Spritzgussvulkanisation (Injection Moulding) ist das modernste und wirtschaftlichste Verfahren für hohe Stückzahlen. Der Kautschuk wird über eine Schnecken-Zylinder-Einheit plastifiziert und bei 170–200 °C in eine beheizte Form eingespritzt. Kurze Zykluszeiten, enge Toleranzen und die Verarbeitung komplexer Geometrien machen dieses Verfahren zur bevorzugten Methode in der Großserienfertigung.
Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften
Die Vulkanisation verändert die Werkstoffeigenschaften des Kautschuks grundlegend:
- Elastizität: gering (unvulkanisiert) → hoch (vulkanisiert)
- Zugfestigkeit: gering → deutlich erhöht
- Temperaturbeständigkeit: schlecht → stabil über einen breiten Bereich
- Chemikalienbeständigkeit: gering → verbessert
- Druckverformungsrest: hoch → reduziert
Die Vernetzungsdichte ist dabei ein kritischer Parameter: Eine zu geringe Vernetzung führt zu schlechter Festigkeit und hohem Druckverformungsrest, während eine zu hohe Vernetzungsdichte das Material spröde macht und die Reißdehnung stark reduziert.
Relevante Normen
Für die Charakterisierung und Prüfung von Vulkanisaten gelten unter anderem folgende Normen:
- ISO 6502-1: Vulkanisationscharakteristika, Bestimmung mittels Rheometer
- DIN 53529: Historische Norm zur Bestimmung von Vulkanisationseigenschaften
- ISO 2393: Herstellung von Prüfmischungen
- ISO 48-4: Prüfung der Shore-Härte an vulkanisierten Elastomeren
Benötigen Sie Unterstützung bei der Werkstoffauswahl?
Beratung anfragen →Häufig gestellte Fragen
Was ist Vulkanisation?
Vulkanisation ist ein chemisches Verfahren, bei dem Kautschukmoleküle durch Vernetzer wie Schwefel oder Peroxide dauerhaft miteinander verbunden werden. Dadurch wird der plastische Rohkautschuk zu einem elastischen, formstabilen Gummi mit definierten mechanischen Eigenschaften.
Warum wird Kautschuk vulkanisiert?
Unvulkanisierter Kautschuk ist plastisch, klebrig und verformt sich dauerhaft unter Last. Erst durch die Vulkanisation erhält er seine typischen Gummieigenschaften: Elastizität, Rückstellvermögen, Formstabilität und Beständigkeit gegen Temperatur und Medien.
Was ist der Unterschied zwischen Schwefel- und Peroxidvernetzung?
Schwefelvernetzung ist das klassische Verfahren für Dienkautschuke wie NR, SBR und NBR — es ergibt gute dynamische Eigenschaften. Peroxidvernetzung wird für EPDM, Silikon und FKM eingesetzt und liefert bessere Hitzebeständigkeit und geringere Druckverformung.
Wie beeinflusst die Vulkanisation die Shore-Härte?
Die Vernetzungsdichte bestimmt die Shore-Härte des fertigen Gummis. Mehr Vernetzer und längere Vulkanisationszeiten führen zu höherer Härte und Steifigkeit, während weniger Vernetzung weichere, flexiblere Produkte ergibt.
Was ist der Unterschied zwischen Vulkanisation und Vernetzung?
Vulkanisation ist eine spezifische Form der Vernetzung, die auf Kautschuke angewendet wird. Der Begriff Vernetzung ist allgemeiner und umfasst auch die Aushärtung von Duroplasten oder die physikalische Vernetzung von thermoplastischen Elastomeren. Bei der Vulkanisation werden gezielt kovalente Brücken zwischen Kautschukmolekülketten gebildet.
Ihre Frage ist nicht dabei?
Stellen Sie uns Ihre Frage direkt →Sie haben Fragen zu diesem Thema?
Unser Team steht Ihnen für eine individuelle Beratung zur Verfügung.
Kontakt
Lassen Sie uns ins Gespräch kommen
Haben Sie Fragen zu unseren Produkten oder benötigen eine individuelle Beratung? Wir sind für Sie da.
