Elastomermischungen und -werkstoffe

Die Auswahl einer Verbindung erfolgt in 2 Phasen: 

1. Bestimmung des richtigen Polymers

Zunächst erfolgt die Polymerauswahl auf Basis der Grundanforderungen in der Anwendung. Dabei wird die Beschaffenheit des Mediums betrachtet, mit dem das Elastomer im Kontakt ist, wie beispielsweise ob in ölige (NBR), wässrige (EPDM), chemisch aggressive (FKM) oder hochreine Anwendungen (VMQ).

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? 

Beachten Sie dabei sowohl die Mindest- als auch Höchsttemperaturen sowohl im Betriebsprozess, als auch zur Instandhaltung. Dazu gehört die Umgebungstemperatur, wie beispielsweise in gekühlten Räumen genauso wie jene der Reinigungsmedien. Die Reinigung mit Dampf hat andere Auswirkungen als die Reinigung mit heissem Wasser.

c. Anwendung und Nutzung

Je nach Anwendungsumgebung und Nutzung, sind die Dichtungen im Kontakt mit wässrigen, öligen oder abrasiven Medien, müssen einem bestimmten Druck also Zugfestigkeit oder gegen UV-Einwirkung beständig sein. Die Kombination der jeweiligen Ansprüche sollten bei der Entscheidung für den passenden Polymer berücksichtigt 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 Compounds. Mit jedem Polymer können viele verschiedene Mischungen hergestellt werden. Für die Auswahl des passenden Compounds müssen folgende Kriterien beachtet werden:

a. Temperaturbereich Ein Standard-NBR reicht beispielsweise bis zu -30 ºC, aber es gibt auch NBRs mit einem Temperaturbereich von -40 ºC. 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. Chemische Beständigkeit Beachten Sie dabei sowohl die Mindest- als auch Höchsttemperaturen sowohl im Betriebsprozess, als auch zur Instandhaltung.Dazu gehört die Umgebungstemperatur, wie beispielsweise in gekühlten Räumen genauso wie jene der Reinigungsmedien. Die Reinigung mit Dampf hat andere Auswirkungen als die Reinigung mit heissem Wasser.

c. Anwendung Darüber hinaus werden die folgenden Kriterien berücksichtigt: Je nach Anwendungsumgebung und Nutzung, sind die Dichtungen im Kontakt mit wässrigen, öligen oder abrasiven Medien, müssen einem bestimmten Druck also Zugfestigkeit oder gegen UV-Einwirkung beständig sein.  Die Kombination der jeweiligen Ansprüche sollten bei der Entscheidung für den passenden Polymer berücksichtigt werden. 

d. Härte Welcher Zugfestigkeit muss die Dichtung standhalten? Die Härte bestimnt sich zum einen über die Komponente in die sie eingebaut wird und die Funktion, die sie im Betrieb erfüllen müssen. Dabei ist auch entscheidend, ob es sich um eine dynamische oder statische Dichtung handelt.   

e. Zertifizierung Bestimmte Compounds werden je nach Einsatzgebiet in der Industrie entsprechend zur Zertifizierung eingereicht. Mit unseren Standard-Compounds decken wir die wichtigsten europäischen und internationalen Zulassungen wie z.B. in der Lebensmittel- , Prozess-, Chemie und Pharmaindustrie ab. Die jeweiligen Zertifizierungen finden sich im Produkt-Datenblatt. Haben Sie eine besondere Anforderung oder kennen nicht den passenden Compound für Ihre Anwendung. Wir beraten Sie.

• 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^®, blueline, Clipperlon oder als Namen im allgemeinen Sprachgebrauch wie Nitril oder Silikon.  Ein Polymer ist der Haupt-Werkstoff in einer Elastomer-Mischung.

Mischung

Das Polymer ist der Haupt-Werkstoff in einer Mischung aus 5 bis 15 verschiedenen Bestandteilen. Diese Inhaltsstoffe sind eine Kombination aus: 

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

Bestimmten Mischungen werden von Maagtechnic sogenannte Compound-Nummern vergeben, wie NBR 36624, FKM 51414 oder EPDM 55985. 

Diese Compounds-Nummern definieren die genaue Zusammensetzung und somit spezifische Eigenschaften (Farbe, Temperaturbeständigkeit, Härte) dieser Mischung, sowie - je nach Anforderung - auch die jeweiligen Zertifizierungen. 

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. 
• 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.