Kautschuke mit geringer Durchlässigkeit und hoher Dynamik

Gummi im Maßanzug

Anzeige
Wie sieht die Zukunft von Kautschuk aus? Bei der Herstellung sind keine Quantensprünge zu erwarten. Neue Spezialpolymere werden kaum wirtschaftlich verfügbar sein. Zu erwarten ist aber, dass gezielte Modifikationen den Elastomerprodukten neue Anwendungen erschließen.

Kautschuk hat eine große Zukunft vor sich. Schon heute spielt er in der Automobilbranche eine wichtige Rolle und kommt in sehr vielen hochwertigen Industrieprodukten zum Einsatz: Der Transrapid beispielsweise wird mit Luftfedern aus Gummi gedämpft, die Komfort und Sicherheit schaffen. Gleiches gilt für die Gigabox, ein nahezu wartungsfreies Lager- und Federungskonzept für Güterwaggons. Hier trägt Kautschuk dazu bei, dass Güter auf dem Schienenweg sicher und geräuscharm transportiert werden. Und wie viele Informationen würden eigentlich unsere Zeitungen enthalten, wenn sie nicht mit Hilfe von kautschukhaltigen Drucktüchern, sondern noch nach Großvätersitte im Bleisatz gedruckt würden?

Weltweit steigt die Nachfrage nach Kautschuk. Sie wird durch die Wachstumsmärkte in Indien und China auch weiter steigen. Vor allem in der Automobilindustrie spielt Kautschuk eine bedeutende Rolle. Vom Jahresverbrauch der deutschen Industrie (630 000 t) beansprucht die Automobilindustrie den Löwenanteil von 57 % des Gesamtumsatzes.
Hightech-Produkt Kautschuk
Trotz eines eher unspektakulären Erscheinungsbildes handelt es sich bei den Kautschukanwendungen oft um Hightech-Produkte. Ein Beispiel dafür ist der Klimaschlauch, wie er in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Diese Schläuche werden dynamisch hoch belastet und müssen möglichst dicht gegenüber den transportierten Medien sein, also eine sehr geringe Permeation aufweisen. Das Produkt veranschaulicht gut, welche Entwicklungskonflikte in der Materialtechnologie zu lösen sind: Materialien mit sehr geringer Permeation sind im Allgemeinen hart und spröde wie etwa Metalle oder duromere Werkstoffe. Diese erfüllen aber die geforderten dynamischen Anforderungen nicht – was hart ist, ist eben oft auch spröde.
Hier liegt die Herausforderung für die Zukunft. Die Werkstoffe müssen wie maßgeschneidert zu den jeweiligen Anwendungen passen. Nur so kann der ursprüngliche Entwicklungskonflikt aufgeweicht und Produkte hergestellt werden, die Dynamik und Durchlässigkeitsrate ausreichend berücksichtigen. Am ehesten sind dazu Unternehmen in der Lage, die das Werkstoff-Know-how besitzen und kontinuierlich in Forschung und Entwicklung investieren.
Contitech Fluid Technology hat beispielsweise ein Polyamid entwickelt, das als Innenschicht die Durchlässigkeit der Schläuche deutlich absenkt und gegenüber konventionellem Polyamid eine deutlich gesteigerte dynamische Tüchtigkeit und damit die 4fache Lebensdauer aufweist.
Neue Methoden der Materialanalyse
Für den Materialtechnologen stellt sich dabei immer die Frage, mit welchen Mechanismen das Entwicklungsziel – geringe Durchlässigkeit bei hoher Dynamik – erzielt werden kann. Dazu sind jedoch aufwändige Prüfmethoden erforderlich, die den neusten Stand der analytischen Prüfmethodik widerspiegeln müssen. Aus diesem Grunde beschäftigt sich die Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Contitech auch intensiv mit der Analyse und Charakterisierung der eigenen Materialien.
Dies geschieht in Zusammenarbeit mit den Hochschulen. Gemeinsam mit dem Institut für Anorganische Chemie der Universität Hannover wurde beispielsweise die „Atomic-Force“-Mikroskopie zur Charakterisierung von Kautschukmaterialien weiterentwickelt. Diese und andere Untersuchungsmethoden ermöglichen neues Werkstoffverständnis. So werden neue Materialmodelle entwickelt und können in der Praxis effektiver überprüft werden. Die Atomic-Force-Technik ist dabei sehr wertvoll, um das komplexe System Gummi verstehen zu können.
Maßgeschneiderte Werkstoffe
Der ganze Compounding-Prozess kann mit Hilfe moderner Analyseverfahren mit einer chemischen Modellvorstellung untermauert und seine Eigenschaften besser gesteuert werden. Es lassen sich beispielsweise die Oberflächen von Füllstoffpartikeln mit einzelnen Molekülen gezielt so modifizieren, dass ein Werkstoff mit ganz anderen Eigenschaften entsteht.
Auch bei der Schlauchinnenschicht von Klimaschläuchen wird die Notwendigkeit der Nanotechnologie deutlich: Nur so kann der entscheidende Zustand gefunden werden, bei dem die Durchlässigkeitsrate gering und die Materialdynamik gut ist. Denn die Strukturen, die sich dabei im Material ausbilden, liegen im Bereich von einigen 100 nm.
Das gleiche Prinzip gilt auch für Elastomerwerkstoffe. Diese kleinen Strukturen bestimmen beispielsweise, ob ein Transportband im Bergbau wenig oder viel Energie zum Betrieb benötigt. Weitere Beispiele sind Temperaturbeständigkeit, Medienbeständigkeit sowie die Verschleißfestigkeit von elastomeren Materialien. Für diese maßgeschneiderten Werkstoffe steht eine Vielzahl von Polymeren zur Verfügung, die Contitech in Zusammenarbeit mit den Zulieferpartnern weiterentwickelt.
Bei Elastomeren kommt auch Additiven und Füllstoffen eine ganz besondere Bedeutung zu. Gerade Füllstoffe sind nicht – wie oft behauptet – in erster Linie Streckmittel, mit denen man Kautschukprodukte preisgünstig gestaltet, sondern es sind speziell hergestellte Materialien, die den elastomeren Werkstoffen erst die Zugfestigkeit und das hohe mechanische Werteniveau ermöglichen. Auch für diesen Effekt sind Nano- und mikroskalige Strukturen verantwortlich.
Ein aktuelles Beispiel: Contitech hat im Labor einen Werkstoff optimiert, der nur noch den halben DIN-Abrieb aufweist, obwohl alle anderen Eigenschaften unverändert geblieben sind. Dies ist bisher kaum beobachtet worden: Wäre der Abrieb halbiert worden, hätten sich auch die anderen Eigenschaften verändert.
Synthetikkautschuk schont Ressourcen
Ausgangsbasis für Synthetikkautschuk ist der Rohstoff Öl. Experten rechnen in den kommenden Jahren mit einer weiteren Steigerung des Ölpreises. Die weltweite Nachfrage steigt und die Nutzung der vorhandenen Ressourcen wird kostenintensiver. Auch hier kann die Nanotechnologie dazu beitragen, mit leistungsfähigeren Werkstoffen Produkte ressourcenschonender zu produzieren. Dies und die damit verbundene Gewichtsersparnis werden zu einer noch effizienteren Nutzung des verbrauchten Rohöls führen.
Wie also sieht die Zukunft des Werkstoffes Kautschuk aus? Bei der Herstellung und Synthese von Polymeren sind sicherlich keine Quantensprünge zu erwarten. Aufgrund hoher Investi- tionskosten für Polymerisationsanlagen und geringer Kapazitäten werden neue Spezialpolymere kaum wirtschaftlich verfügbar sein. Sie werden im günstigsten Fall nur die Kapazitäten bestehender Polymerisationsanlagen reduzieren. Insofern ist zu erwarten, dass neue Materialien eher durch die Veränderung bestehender Polymere entstehen. Was wir aber erleben werden, ist, dass gezielt modifizierte polymere Werkstoffe den Elastomerprodukten neue technische Anwendungen erschließen.
Folien, Kunstlederprodukte, Formhäute KEM 683
Transportbandsysteme KEM 684
Elastomer-Beschichtungen KEM 685
Schläuche und Schlauchleitungen KEM 686
Luftfedersysteme KEM 687
Antriebssysteme KEM 688
Schwingungs- und Dichtungstechnik KEM 689
Anzeige

Emerson: Pneumatik 4.0

Smartenance
Pneumatik 4.0 bei Emerson im Überblick

Video aktuell

Basierend auf dem brandneuen Standard Wireless-IO-Link zeigt Timo Mauderer, Leiter Vorentwicklung bei der Zimmer Group den intelligenten Roboterflansch, der kabelgebundene mechatronische Greifer mit wireless-IO-Link verknüpft und somit eine externe Roboterverkabelung in vielen Fällen überflüssig macht.

Aktuelle Ausgabe

Titelbild KEM Konstruktion Entwicklung Management S3
Ausgabe
S3.2019
LESEN
ARCHIV
ABO

Newsletter


Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Top-Thema Spannvorrichtungen

Spannvorrichtungen
Alles über Spannvorrichtungen und welches Einsparungspotenzial sie bieten

Top-Thema Schaltschränke


Alle Infos über den Schaltschrankbau mit seinen Komponenten, Geräten und deren Verdrahtung

Kalender


Aktuelle Termine für Konstrukteure

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de