Was ist ein Elastomer?
Elastomer ist ein Oberbegriff für eine Polymerverbindung mit Elastizität. Es gibt zwei Arten: thermoplastische Elastomere und duroplastische Elastomere, die je nach Anwendung unterschiedlich eingesetzt werden.
Thermoplastische Elastomere haben die Eigenschaft, bei Erwärmung flüssig zu werden, wodurch sie sich leicht mit Spritzgussmaschinen verarbeiten lassen. Sie werden in vielen Bereichen eingesetzt, z. B. für Schreibwaren, Hygieneartikel und Automobilteile.
Duroplastische Elastomere verformen sich bei Erwärmung nicht wesentlich, so dass sie dort eingesetzt werden, wo Hitzebeständigkeit erforderlich ist. Typische Anwendungsbeispiele sind Verpackungs- und Dichtungsmaterialien.
Anwendungen von Elastomeren
Thermoplastische Elastomere werden bei Erwärmung flüssig und lassen sich daher leicht verarbeiten und formen. Spritzgießmaschinen für Kunststoffe können zur Herstellung von Teilen in einer Vielzahl von Formen verwendet werden. Sie werden vor allem für Rohre, Schläuche und Griffe verwendet.
Duroplastische Elastomere werden bei Erwärmung nicht plastisch und können daher dort eingesetzt werden, wo Hitzebeständigkeit erforderlich ist. Sie werden insbesondere in Dichtungen, Dichtungsringen und Öldichtungen verwendet.
Funktionsweise der Elastomere
Elastomer ist ein Oberbegriff für ein elastisches Polymer, der sich aus den Worten elastisch und Polymer zusammensetzt. Elastomere werden unterteilt in thermoplastische Elastomere (Thermoplastische Elastomere, abgekürzt TPE), die bei Erwärmung erweichen, und duroplastische Elastomere (Thermosetting-Elastomere, abgekürzt TSE), die bei Erwärmung aushärten.
TPEs bestehen grundsätzlich aus weichen und harten Segmenten. Ersteres ist für die Elastizität verantwortlich, letzteres für die Vernetzung. Wird dem Molekül durch Erhitzen Energie zugeführt, wird der vernetzende Teil weniger aktiv und das gesamte Molekül wird flüssig. Zu den TPE-Typen gehören Olefin- (Alken-), Urethan-, Ester-, Styrol- und Amid-TPE, die sich in ihrer Molekularstruktur und ihrer Synthesemethode unterscheiden.
Zu den TSE gehören Silikonkautschuk, Fluorkautschuk und Urethan-Kautschuk. Diese Polymere werden gemeinhin als Kautschuk bezeichnet. TSE weisen eine bessere Wärme- und Chemikalienbeständigkeit auf als TPE, sind aber in Bezug auf die Verarbeitungsfreundlichkeit den TPE unterlegen.
Weitere Informationen zu Elastomeren
Dielektrische und magnetische Elastomere
Dielektrische Elastomere gehören zu den Elastomeren, die in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen haben. Dielektrische Elastomere sind Elastomere, die, wenn sie einem elektrischen Feld ausgesetzt werden, große Dehnungen von mehreren hundert Prozent erzeugen. Das bedeutet, dass sie nach dem Maxwell’schen Gesetz als Aktoren eingesetzt werden können, die elektrische Energie in Bewegungsenergie umwandeln.
Als dielektrische Elastomere werden Materialien auf Acryl- oder Silikonbasis verwendet. Der Grund dafür ist, dass das Material eine hohe Dielektrizitätskonstante haben muss und so weich sein muss, dass es bei Belastung nicht reißt. Ein dielektrisches Elastomer ist also ein Kondensator, der aus einem Polymermaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante besteht, das zwischen zwei Elektroden eingebettet ist. Diese Eigenschaft wird für Anwendungen in der Medizin, z. B. für künstliche Muskeln und für den Einsatz in verschiedenen Robotern als hocheffiziente Aktoren in Betracht gezogen.
Auch die Erforschung und Entwicklung von magnetischen Elastomeren mit Viskoelastizität als weitere neue Vorrichtung ist aktiv. Neue Bauteile, die die Viskoelastizität von Elastomeren mit der Funktionalität magnetischer Werkstoffe kombinieren, können durch die Mischung von Neodym- oder Eisenpulver mit polymeren Werkstoffen realisiert werden. Diese Bauteile haben eine ausgezeichnete Vibrationsfestigkeit und werden daher voraussichtlich in mechanischen Aktuatoren und in Sensoren für die Sitzkontrolle in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
Darüber hinaus werden auf der Grundlage des Faraday’schen Gesetzes der elektromagnetischen Induktion Vorrichtungen erforscht und entwickelt, die kinetische Energie wie z. B. Vibrationen in elektrische Energie umwandeln, darunter die bereits erwähnten dielektrischen Elastomere. Diese finden im Rahmen von Umweltschutzinitiativen wie den jüngsten SDGs Beachtung und werden für Anwendungen in der nahen Zukunft in Betracht gezogen, wie z. B. die Stromerzeugung durch die Anbringung von Elastomeren an den Sohlen von Sportschuhen und Kleidung, um Strom für die Sensorkommunikation zu liefern.