Elastomere und Gummi sind beides hochelastische Materialien, die sich unter äußeren Kräften stark verformen können und nach Wegfall der Kraft wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Sie unterscheiden sich jedoch erheblich in Bezug auf Struktur, Leistung und Anwendungen. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Analyse aus mehreren Perspektiven, einschließlich Definitionen, Typen, Eigenschaften und Anwendungsbereichen.
Definition und grundlegende Konzepte
- Elastomere: Elastomere sind eine Gruppe von Polymeren, die eine hohe Elastizität aufweisen, d. h. sie können sich unter äußerer Krafteinwirkung erheblich dehnen und nach Wegfall der Kraft wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Sie haben lange, flexible Molekülketten, die es ihnen ermöglichen, sich leicht zu dehnen und zu entspannen. Zu den Elastomeren zählen unter anderem Naturkautschuk, Synthesekautschuk und thermoplastische Elastomere (TPE).
- Gummi: Gummi ist eine Art Elastomer und bezieht sich im Allgemeinen entweder auf Naturkautschuk (NR) oder synthetischen Kautschuk. Das charakteristische Merkmal von Gummi ist seine Fähigkeit, sich bei Einwirkung äußerer Kräfte reversibel zu verformen und nach Wegfall der Kraft wieder in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Die Grundlage von Gummi ist seine Molekülkettenstruktur, die normalerweise durch Vulkanisation (Vernetzung) verstärkt wird.
Molekulare Struktur und Elastizität
- Elastomere: Elastomere haben im Allgemeinen lange, flexible Molekülketten. Sie können sich bei Krafteinwirkung erheblich dehnen und verformen, und sobald die Kraft entfernt wird, kehren sie in ihre ursprüngliche Form zurück. Thermoplastische Elastomere (TPE) haben außerdem den zusätzlichen Vorteil, dass sie wiederverarbeitbar sind – sie können mehrfach erhitzt und neu geformt werden. TPE hat normalerweise eine Zugfestigkeit von 10–40 MPa und kann bis zu 500–700 dehnbar sein.
- Gummi: Naturkautschuk hat eine cis-Struktur, die ihm eine beträchtliche Dehnbarkeit verleiht. Beim Vulkanisieren bilden die Kautschukmoleküle ein stabiles, vernetztes Netzwerk, das ihm eine überragende Elastizität verleiht. Die Zugfestigkeit von Naturkautschuk bei 25 °C liegt zwischen 20 und 30 MPa, bei einer Dehnung von über 500%.
Typen und Anwendungen
Elastomere: Es gibt verschiedene Arten von Elastomeren, darunter:
- Thermoplastische Elastomere (TPE): TPE vereint die Eigenschaften von Kunststoff und Gummi und bietet hervorragende Flexibilität und Verarbeitbarkeit. Es wird häufig in der Automobil-, Elektronik- und Medizintechnik verwendet. Die Härte von TPE reicht von 10 Shore A bis 70 Shore D und verfügt über eine hervorragende UV-Beständigkeit, Hoch- und Tieftemperaturtoleranz und Chemikalienbeständigkeit.
- Duroplastische Elastomere: Diese Elastomere werden während der Aushärtung typischerweise vernetzt, was sie äußerst langlebig und widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen macht. Sie werden häufig in hochbelastbaren Anwendungen wie Industriemaschinen und in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
- Polyurethan-Elastomere (PU): Polyurethan-Elastomere sind für ihre außergewöhnliche Abriebfestigkeit, Reißfestigkeit und Ölbeständigkeit bekannt. Sie werden häufig in Anwendungen wie Förderbändern, Schuhsohlen und Produkten mit hoher Haltbarkeit eingesetzt.
Gummi: Zu den wichtigsten Gummiarten zählen:
- Naturkautschuk (NR): Naturkautschuk wird aus dem Latex des Gummibaums gewonnen und weist eine hervorragende Elastizität und Abriebfestigkeit auf. Er wird häufig bei der Reifenherstellung, für Industriedichtungen und Schwingungsdämpfer verwendet.
- Synthetischer Kautschuk: Dazu gehören Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Neopren (CR), Nitrilkautschuk (NBR) und andere, die oft kostengünstiger als Naturkautschuk sind und so hergestellt werden können, dass sie bestimmte Eigenschaften aufweisen. Synthetischer Kautschuk wird häufig in Reifen, Dichtungen, Schläuchen und verschiedenen industriellen Anwendungen verwendet.
Leistungsvergleich
Elastomere:
- Zugfestigkeit: Die Zugfestigkeit von Elastomeren variiert je nach Typ. TPE hat typischerweise eine Zugfestigkeit im Bereich von 10–40 MPa und eine Dehnung von 500%–700%.
- Temperaturbeständigkeit: Thermoplastische Elastomere (TPE) können üblicherweise in einem Temperaturbereich von -50°C bis +150°C eingesetzt werden. Duroplastische Elastomere bieten eine noch höhere Temperaturbeständigkeit und halten Temperaturen bis zu +200°C stand.
- Alterungsbeständigkeit: TPEs sind für ihre starke UV-Beständigkeit, Ozonbeständigkeit und Oxidationsstabilität bekannt, was bedeutet, dass sie ihre physikalischen Eigenschaften über lange Zeiträume beibehalten.
Gummi:
- Zugfestigkeit: Natural rubber typically has a tensile strength of 20-30 MPa, with elongation of over 500%. Synthetic rubbers' tensile strengths vary by type but generally range from 10-35 MPa.
- Temperaturbeständigkeit: Naturkautschuk verträgt Temperaturen von -50 °C bis +90 °C, während Synthesekautschuk auch bei höheren Temperaturen einsetzbar ist. Einige Hochleistungskautschuke halten sogar bis zu +200 °C stand.
- Alterungsbeständigkeit: Naturkautschuk neigt stärker zur Alterung, wenn er UV-Licht, Ozon und Hitze ausgesetzt wird, während synthetischer Kautschuk in der Regel eine bessere Alterungsbeständigkeit bietet.
Vulkanisationsprozess
Elastomere:
- Thermoplastische Elastomere (TPE): TPEs müssen nicht vulkanisiert werden, da sie beim Erhitzen weich werden und sich umformen lassen. Dadurch sind sie hervorragend verarbeitbar und können effizienter produziert werden.
- Duroplastische Elastomere: Diese Materialien müssen vulkanisiert werden, um ein vernetztes Netzwerk zu bilden, das ihre Hitzebeständigkeit, Härte und Festigkeit verbessert.
Gummi:
- Naturkautschuk und Synthesekautschuk: Gummimaterialien müssen im Allgemeinen vulkanisiert werden, um Elastizität, Festigkeit und Alterungsbeständigkeit zu verbessern. Nach der Vulkanisierung kann Gummi größeren äußeren Kräften standhalten und behält dabei seine Elastizität über die Zeit.
Anwendungen
Elastomeranwendungen:
- Aufgrund ihrer Flexibilität, Verarbeitbarkeit und Umweltbeständigkeit werden TPEs häufig in Autoinnenteilen, Gehäusen elektronischer Geräte, medizinischen Geräten, Sportausrüstung und Haushaltsgeräten verwendet.
- Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit werden Polyurethan-Elastomere in Reifen, Förderbändern, Schuhsohlen, Schwingungsdämpfern und Teilen industrieller Maschinen eingesetzt.
Gummianwendungen:
- Naturkautschuk wird häufig in Reifen, Gummibändern, Dichtungen und Schwingungsdämpfern verwendet.
- Synthetischer Kautschuk findet sich in Autoreifen, Schläuchen, Elektrokabeln und industriellen Anwendungen, bei denen bestimmte Leistungsmerkmale erforderlich sind.
Trotz ihrer Ähnlichkeiten unterscheiden sich Elastomere und Gummi erheblich in Bezug auf Materialzusammensetzung, Leistungseigenschaften und Anwendungsbereiche. Gummi bezieht sich im Allgemeinen auf Natur- oder Synthesekautschuk, der in traditionellen Industrien ein Grundmaterial ist. Elastomere hingegen umfassen eine breitere Palette von Materialien, darunter thermoplastische Elastomere (TPE) und Polyurethan-Elastomere, die eine verbesserte Verarbeitbarkeit, Alterungsbeständigkeit und ein breites Spektrum moderner Anwendungen bieten. Diese Materialien eignen sich für ein breiteres Spektrum von Branchen, darunter Automobil, Elektronik, Medizin und Fertigung, in denen sich die Leistungsanforderungen ständig weiterentwickeln.
