Elastomermischungen und -werkstoffe

Die Auswahl einer Verbindung erfolgt in 2 Phasen: 

1. Bestimmung des richtigen Polymers

Dies geschieht anhand der folgenden Kriterien: 

a. Wie hoch ist die erforderliche chemische Beständigkeit?

Welchen Medien ist das Material ausgesetzt? Denken Sie an alle Medien. Wenn Sie beispielsweise Melkmaschinen herstellen, muss das Material nicht nur der Milch standhalten, sondern auch dem Reinigungsmittel, das zur Reinigung der Maschine verwendet wird.

b. Wie hoch ist die erforderliche Temperaturbeständigkeit? 

Sehen Sie nach den Mindest- und Höchsttemperaturen. Auch hier gilt: Denken Sie über die Temperatur der Medien hinaus. Berücksichtigen Sie auch die Umgebungstemperatur und die Temperatur von z. B. Reinigungsmitteln. Die Reinigung mit Dampf hat andere Auswirkungen als die Reinigung mit heißem Wasser.

c. Anwendung und Nutzung

In der Anwendung können auch Materialien bevorzugt oder ausgeschlossen werden.

In der nachstehenden Tabelle sind die am häufigsten verwendeten Polymere mit ihrem Härtebereich (Shore A), ihrem Temperaturbereich und ihren Einsatzmöglichkeiten aufgeführt.

2. Werkstoffauswahl

Nach der Auswahl des Polymers folgt die Auswahl des Werkstoffs. Mit jedem Polymer können viele verschiedene Werkstoffe hergestellt werden. Es gibt eigentlich unendlich viele Arten. Für die Auswahl des richtigen Werkstoffs sehen wir uns das noch einmal an:

a. Temperaturbereich Ein Standard-NBR reicht beispielsweise bis zu -30 ºC, aber es gibt auch NBRs mit einem Temperaturbereich von -40 ºC.

b. Chemische Beständigkeit

c. Anwendung

Darüber hinaus werden die folgenden Kriterien berücksichtigt:

d. Härte Je nach Anwendung und Konstruktion.

e. Produkttyp Nicht jeder Werkstoff ist für die Herstellung einer bestimmten Art von Dichtung oder Dämpfer geeignet.

f. Zertifizierung

• Nach Industrie, zum Beispiel Lebensmittel (EC1935-2004, FDA), Pharma (USP), Trinkwasser (KIWA).
• Nach Anwendung, z. B. Hochdruckgas mit schnellem Druckabfall (RGD, AED).

Polymer oder Werkstoff, worin liegt der Unterschied? 

Polymer 

Polymere bilden den Hauptbestandteil eines Werkstoffs. Diese sind unter Abkürzungen wie NBR, EPDM, FKM, VMQ bekannt. Die Abkürzungen beziehen sich auf die chemische Zusammensetzung des Polymers: 

• NBR = AcryloNitril Butadien Rubber 
• EPDM = Ethylen Propylen Dieen Monomer  

In der Regel werden für Polymere so weit wie möglich die ISO-Abkürzungen verwendet. Es gibt jedoch auch andere Normen, sodass einige Polymere unter mehreren Namen bekannt sind. Ein Beispiel ist FPM und FKM, das gleiche Polymer, aber zwei gängige Abkürzungen. Andere  Polymere sind unter ihrem Markennamen bekannt. Beispielsweise Viton^®, Kalrez^®, Perbunan^® oder als Namen im allgemeinen Sprachgebrauch wie Nitril oder Silikon.  

Werkstoff 

Ein Elastomerwerkstoff ist eine Mischung aus 5 bis 15 verschiedenen Bestandteilen. Diese Inhaltsstoffe sind eine Kombination aus: 

• einem oder mehreren Polymeren
• Verarbeitungshilfen
• Weichmachern
• Vulkanisiermitteln
• verschiedenen Füllstoffen 

Ein Werkstoff hat eine Werkstoffnummer, wie 36624, 51414, 559270. Ein Werkstoff an sich ist nicht aussagekräftig, da es sich dabei nur um eine Mischung von Bestandteilen handelt, die erst nach der Vulkanisation ein elastisches Endprodukt ergibt.  Dieses Endprodukt wird in der Regel als eine Kombination aus Produkt, Polymer und Werkstoff bezeichnet. Zum Beispiel ein O-Ring NBR 36624.  

Material 

Nicht zuletzt spricht man auch oft von „Material“. Dafür gibt es jedoch keine feste Definition. Material kann sich sowohl auf ein Polymer als auch auf einen Werkstoff beziehen.

Gummi, Elastomer, Vulkanisation 

Einige Begriffe, die manchmal austauschbar verwendet werden: 

• Gummi – Ursprünglich zur Bezeichnung von Naturkautschuk verwendet. Heutzutage bezieht sich Gummi im Allgemeinen auf Polymere oder Werkstoffe. 
• Vulkanisation – der chemische Prozess, der einer Gummimischung (unelastische Mischung) elastische Eigenschaften verleiht. Nach der Vulkanisation, die unter Druck und hoher Temperatur stattfindet, ist das Material elastisch und kehrt nach der Dehnung in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Dies macht Gummimaterialien im Vergleich zu anderen Materialien einzigartig. 
• Elastomer – Von einem Elastomer kann man sprechen, wenn das Material/der Werkstoff vulkanisiert ist. Elastomer bezieht sich auf ein elastisches, gummiartiges Material, das nach Dehnung in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. 

Abschließend sei noch auf einige charakteristische Eigenschaften von Elastomeren hingewiesen, die Sie berücksichtigen sollten:

• Praktisch inkompressibel
  Elastomere verhalten sich wie eine Flüssigkeit.  Dies muss berücksichtigt werden, damit die Verformung des Gummiteils frei erfolgen kann. Die Rille, in die ein O-Ring eingebaut wird, ist daher immer großzügig bemessen. Ein zu kleiner Abstand führt zu Schäden an der Dichtung und verringert die Wirksamkeit der Anwendung.
• Quellung
  Gummi quillt bei bestimmten Temperaturen und in Kontakt mit bestimmten Medien auf. Das muss kein Problem sein, ist aber für den Entwurf wichtig. Auch hier ist es wichtig, dass genügend Platz zum Quellen des Elastomers vorhanden ist.
• Das Design ist anders als bei Metallen und Kunststoffen
  Aufgrund des flexiblen Materials besteht im Vergleich zu Kunststoffspritzgussprodukten eine größere Gestaltungsfreiheit. Beim Strangpressen ist die Flexibilität jedoch begrenzt.   
• Große Toleranzen
  Insbesondere im Vergleich zu Metallen und Kunststoffen. Die Elastomertoleranzen liegen in der Regel bei Zehntelmillimetern und nicht bei Hundertstelmillimetern, mit einigen Ausnahmen. Es ist wichtig, dies beim Entwurf der Rille zu berücksichtigen. 
• Druckfestigkeit hängt vom Einbau ab
  Ein Elastomerprodukt allein hat keine maximale Druckbeständigkeit. Das Produkt hat in Kombination mit dem Einbau eine maximale Druckfestigkeit.
• Kompromisse
  Je nach den Anforderungen ist es oft notwendig, einen Kompromiss zwischen bestimmten Eigenschaften zu finden.