Bei Elastomeren wie sie zum Beispiel für Dichtungen verwendet werden, ist häufig die Rede von einem sogenannten Compound. Denn weder bei Natur- noch bei Synthesekautschuken handelt es sich um Werkstoffe im eigentlichen Sinn. Es sind vielmehr Grundstoffe. Diesen müssen vor der Vulkanisation zahlreiche Mischungsbestandteile zugesetzt werden, um die jeweils erforderlichen Materialeigenschaften zu erzielen. Kautschuk ist das Grundmaterial, neben dem alle Elastomere eine Vielzahl an Zusatzstoffen enthalten. Zu diesen gehören unter anderem Weichmacher, Ruße, Vulkanisiermittel, Alterungsschutzmittel, Aktivatoren, Hilfsmittel zur Verarbeitung sowie Vulkanisationsbeschleuniger oder -verzögerer und Pigmente. Eine Elastomermischung besteht daher im Durchschnitt regelmäßig aus 10 bis 20 unterschiedlichen Komponenten. In ihrer Gesamtheit werden diese als Elastomer-Compound oder Elastomer-Mischung bezeichnet.

Grundeigenschaften eines Elastomers bestimmen

Der eingesetzte Kautschuk ist verantwortlich für die Grundeigenschaften des späteren Vulkanisats. Hierzu gehören vor allem das Verhalten gegenüber unterschiedlichen Medien wie etwa Wasser, Ölen und Treibstoffen sowie die Alterungsbeständigkeit und die Kälteflexibilität. Mechanische Eigenschaften wie zum Beispiel die Festigkeit und die Elastizität hängen auch eng mit der Polymerbasis zusammen. Sie werden jedoch zusätzlich durch Füllstoffe wie verstärkende Ruße oder helle Füllstoffe beeinflusst. Durch den Einsatz bestimmter Zusatzstoffe können bestimmte Eigenschaften variiert werden. Hierzu gehören zum Beispiel die Härte und die Elastizität gegenüber Stößen, aber auch die Quell- und Hitzebeständigkeit, die Kälteflexibilität und der Druckverformungsrest. Daher ist die Zusammenstellung von Elastomeren meist komplex und genau auf den einzelnen Anwendungsfall abgestimmt.

Tabelle mit Ölbeständigkeit und Arbeitstemperatur verschiedener Elastomere

Rohstoffe für Elastomercompounds

Eine Elastomermischung besteht, abhängig vom Anwendungsfall, unter anderem aus folgenden Rohstoffen:

• das Kautschukpolymer
• Füllstoffe, hierzu zählen:
  • Ruße (zur Verstärkung)
  • Kieselsäure (zur Verstärkung)
  • Weichmacher
• Chemikalien, hierzu zählen:
  • Hilfsmittel zur Verarbeitung
  • Alterungsschutzmittel
  • Chemikalien zur Vernetzung
  • Flammschutzmittel
  • Aktivatoren
  • Beschleuniger oder Verzögerer für die Vulkanisation
  • Farbstoffe / Pigmente

Füllstoffe in Compounds

Man unterteilt Füllstoffe in aktive und inaktive Füllstoffe. Zu den aktiven Füllstoffen gehören standardisierte Ruße und Kieselsäure, die der Verstärkung dienen. Die Kautschukmoleküle binden sich an die Oberfläche der Füllstoffe (Bound Rubber). Dadurch verbessern sich die mechanischen Eigenschaften der Elastomere, zu denen der Einreißwiderstand, die Festigkeit und die Abriebbeständigkeit gehören. Inaktive Füllstoffe wie zum Beispiel Kaoline und Kreide kommen vorwiegend als kostengünstige Streckmittel zum Einsatz. Mit ihnen geht keine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften einher.

Durch Ruße, Kreiden und Kieselsäuren wird die strukturviskose Fließeigenschaft des Kautschuks stark beeinflusst. Daher müssen die Füllstoffe während des Mischens zerteilt und homogen in das Compound eingebunden werden.

Innenmischer zur Mischung und Herstellung eines Elastomer-Compounds

Weichmacher in Compounds

Weichmacher sind die flüssige Komponente innerhalb einer Elastomermischung. Sie dienen vorwiegend der Verbesserung von Materialeigenschaften. Unter anderem beeinflussen sie die Viskosität und die Härte, welche eine Vulkanisationseigenschaft darstellt. Außerdem macht der Einsatz von Weichmachern das Compound günstiger. Kostengünstige Weichmacher sind zum Beispiel Mineralöle und eine Reihe weiterer synthetischer Produkte. Weichmacher sind regelmäßig mittel- oder niedrigviskose Pasten bzw. Flüssigkeiten. Sie werden während des Mischens in der Kautschukmatrix verteilt.

Chemikalien in Compounds

Durch vielfältige Chemikalien lassen sich die Endeigenschaften von Vulkanisaten beeinflussen. Unter anderem werden häufig Vernetzungschemikalien, Haftmittel und Alterungsschutzmittel sowie Verarbeitungshilfsmittel und Mastikationsmittel verarbeitet. Chemikalien werden in Pulverform, als Granulate oder Chips sowie als Pasten oder Flüssigkeiten dem Compound beigemischt. Hierbei muss bei bestimmten temperaturempfindlichen Chemikalien eine hohe Verwiege- und Dosiergenauigkeit eingehalten werden und die Einarbeitung bei genau festgelegten Temperaturen erfolgen. Dies gilt insbesondere für Vernetzungschemikalien.

Vernetzungssysteme

Die Auswahl des passenden Vernetzungssystems ist muss in Abstimmung zum chemischen Aufbau des Kautschukpolymers erfolgen. Im Folgenden sind die bedeutendsten Vernetzungsreagenzien aufgeführt, zusammen mit Beispielen für geeignete Elastomere:

• Schwefel (NR, BR, SBR, NBR, EPDM)
• Peroxide (NBR, EPDM, Q, CM, FPM)
• Metalloxide (CIIR, BIIR)
• Diamine (FPM, CSM)
• Phenole (IIR, CIIR, FPM, ACM)