Technisches Gummihandbuch: Typen, Eigenschaften und Auswahl

Die Angabe des falschen Gummis für eine Anwendung ist einer der häufigsten und teuersten Fehler bei der mechanischen Konstruktion. Das richtige Material ist genauso wichtig wie die richtigen Abmessungen.

Die acht technischen Kautschuke, die am häufigsten für mechanische Anwendungen und Befestigungsanwendungen verwendet werden, sind NBR, TPE, TPR, Silikon, Fluorsilikon, Viton (FKM), EPDM und Neopren (CR). Jeder bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Temperaturbereich, chemischer Beständigkeit, mechanischer Festigkeit und Kosten. Beispielsweise bietet Silikon den breitesten Temperaturbereich (-60 °C bis +230 °C), Viton bietet die breiteste Chemikalienbeständigkeit, Neopren ist die einzige Sorte mit inhärenter Flammbeständigkeit und TPE und TPR sind die einzigen vollständig recycelbaren Optionen.

Viele andere Faktoren zeichnen sie aus und können dazu führen, dass sie für Ihre Anwendung besser geeignet sind. In diesem Handbuch wird jede der verschiedenen Typen im Detail beschrieben, die einzigartigen Eigenschaften der einzelnen Typen erklärt und Hinweise zur Auswahl der richtigen Wahl für Ihre Baugruppe gegeben.

Inhalt:

• Was ist Gummi?

• Wie viele Arten von Gummi gibt es?

• Technischer Kautschuk: Eigenschaften und Anwendungen

• Wählen Sie den richtigen Gummityp für Ihre Anwendung

• Chemische Kompatibilität von technischen Kautschuken

• Welche Gummisorte ist die richtige für meine Anwendung?

• Die wichtigsten Imbissbuden

• Häufig gestellte Fragen

Was ist Gummi?

Gummi ist ein elastisches Material, das für seine Fähigkeit geschätzt wird, nach einer Verformung in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Es ist ein Begriff, der verwendet wird, um eine Vielzahl verschiedener Polymere zu beschreiben, die in einer enormen Anzahl verschiedener Produkte enthalten sind. Alles, von Handschuhen über Schuhe, Verschlüsse bis hin zu O-Ringen und vielem mehr, kann aus verschiedenen Gummisorten hergestellt werden.

Die wichtigsten Eigenschaften von Gummi sind seine Elastizität, seine Fähigkeit, gegen Elektrizität zu isolieren, und seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Faktoren wie Abrieb und Abnutzung. Im Großen und Ganzen gibt es zwei verschiedene Kategorien von Gummi: Naturkautschuk und synthetisches Gummi.

• Naturkautschuk: Aus natürlichen Quellen gewonnen. Traditionell wurde dabei auf die Stämme von Gummibäumen geklopft, um deren Saft zu extrahieren, der dann zu Gummi koaguliert werden konnte. Um in strapazierfähigen Anwendungen eingesetzt zu werden, muss Naturkautschuk in der Regel einer Vulkanisation unterzogen werden. Dabei werden Polymerketten mithilfe von Schwefel oder Peroxiden vernetzt, um Festigkeit, Elastizität und Haltbarkeit drastisch zu erhöhen. Dies trägt auch zu einer längeren Lebensdauer bei, da Naturkautschuk sonst innerhalb weniger Wochen verrotten kann.

• Synthetischer Kautschuk: Hergestellt aus Petrochemikalien, ähnlich wie viele Arten von Kunststoff. Es wird durch chemische Polymerisation hergestellt und ist in seiner Vielseitigkeit, thermischen Stabilität, Haltbarkeit und Elastizität hervorragend. Im Gegensatz zu Naturkautschuk müssen synthetische Kautschuke in vielen Fällen nicht vulkanisiert werden, um sie haltbar genug für strapazierfähige Anwendungen zu machen.

Wie viele Arten von Gummi gibt es?

In Branchenklassifizierungen werden über 40 Gummitypen anerkannt, obwohl viele von ihnen im technischen Kontext nicht häufig verwendet werden. Aus Gründen der Nützlichkeit und Kürze konzentriert sich dieser Leitfaden auf die Gummisorten, die am häufigsten in technischen Lösungen und der Produktpalette von Accu vorkommen. Diese sind:

• Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR),

• Thermoplastisches Elastomer (TPE),

• Thermoplastischer Gummi (TPR),

• Silikon,

• Fluorsilikon,

• Viton,

• EPDM und

• Neopren.

Ein kurzer technischer Hinweis: Die angegebenen Eigenschaftswerte sind typische Bereiche für gängige Typen. Die tatsächliche Leistung hängt von der spezifischen Rezeptur, Verstärkung und Verarbeitung ab. Konsultieren Sie stets die Datenblätter der Lieferanten für sortenspezifische Daten.

Technischer Gummi: Eigenschaften und Anwendungen

Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR)

• Härtebereich: 40—90 Shore A.

• Zugfestigkeit: 10—30 MPa.

• Bruchdehnung: 100— 600%.

• Dauergebrauchstemperatur: -40 °C bis +120 °C.

• Kompressionssatz: Niedrig bis Mittel.

• Chemikalienbeständigkeit: Hervorragende Beständigkeit gegen Mineralöle, Kraftstoffe, Kohlenwasserstoffe und Fette; mäßige Beständigkeit gegenüber verdünnten Säuren; schlechte Beständigkeit gegen stark oxidierende Säuren, Ketone und chlorierte Lösungsmittel.

• UV/Ozonbeständigkeit: Schlecht.

• Flammwidrigkeit: Schlecht.

Jeder, der jemals Nitrilhandschuhe getragen oder einen Kraftstofffilter in einem Auto gewechselt hat, hat mit NBR gearbeitet. Nitril-Butadien-Kautschuk, allgemein als Nitrilkautschuk, NBR oder unter der Handelsbezeichnung Buna-N bezeichnet, ist eines der am häufigsten spezifizierten synthetischen Elastomere in der Technik. Es wurde erstmals in den 1930er Jahren als Lösung für Anwendungen zur Kraftstoffbehandlung entwickelt und ist fast ein Jahrhundert später immer noch weit verbreitet. Der Ruf von NBR basiert auf einer Sache: Öl- und Kraftstoffbeständigkeit zu einem vernünftigen Preis. Es widersteht Mineralölen, Kraftstoffen, Kohlenwasserstoffen, Fetten und verdünnten Säuren so zuverlässig, dass es zur Standardspezifikation für O-Ringe, Dichtungen und Hydraulikkomponenten in der Automobil- und Industriebranche geworden ist.

NBR-Kautschuk bietet eine geringe Beständigkeit gegenüber stark oxidierenden Säuren, Ketonen und chlorierten Lösungsmitteln und sollte nicht angegeben werden, wo ein Kontakt mit diesen Substanzen wahrscheinlich ist.

Die Beständigkeit von NBR gegenüber Ölen und seine Flexibilität bei niedrigen Temperaturen hängen beide vom Acrylnitrilgehalt (ACN) ab:

• Hoher ACN-Gehalt (über 45%): maximale Öl- und Kraftstoffbeständigkeit, reduzierte Flexibilität bei niedrigen Temperaturen

• Mittlerer ACN-Wert (33— 45%): Die am häufigsten spezifizierte Sorte, die eine ausgewogene Kombination aus Ölbeständigkeit und Flexibilität bietet

• Niedriger ACN-Wert (unter 33%): erhöhte Flexibilität bei niedrigen Temperaturen, geringere Ölbeständigkeit

NBR weist erhebliche Einschränkungen für Außenanwendungen auf. Es bietet eine schlechte Beständigkeit gegen UV-Strahlung und Ozon, die beide im Laufe der Zeit zu Oberflächenrissen und zum Abbau führen. Es ist ein Fehler, der immer wieder auftritt: Das Verhalten von NBR in Innenräumen entspricht nicht dem Verhalten im Freien. Wenn Sie nach einem Gummi suchen, das für den Einsatz im Freien geeignet ist, sind EPDM oder Neopren die geeigneteren Alternativen.

Bei Accu wird NBR-Gummi in O-Ringen verwendet.

Thermoplastisches Elastomer (TPE)

• Härtebereich: 10—95 Shore A (stark gradabhängig)

• Zugfestigkeit: 5—35 MPa.

• Bruchdehnung: 100— 800%.

• Dauerbetriebstemperatur: -50 °C bis +125 °C.

• Druckverformung: Mittel (höher als bei duroplastischen Gummis)

• Chemikalienbeständigkeit: Gute Beständigkeit gegen Wasser, verdünnte Säuren und Laugen; mäßige Beständigkeit gegen Öle; schlechte Beständigkeit gegen aromatische Kohlenwasserstoffe und starke Lösungsmittel. Die Resistenz variiert je nach Subtyp erheblich.

• UV/Ozonbeständigkeit: Gut bis ausgezeichnet (Typen auf SEBS-Basis sind besonders stark).

• Flammbeständigkeit: Schlecht bis mäßig (flammhemmende Typen erhältlich).

Thermoplastisches Elastomer (TPE) ist eine Form von Gummi, die die Formbarkeit und Wiederverwertbarkeit von Kunststoff mit der Flexibilität und Funktion von Gummi kombiniert. Wahrscheinlich haben Sie es für Soft-Touch-Griffe an Werkzeugen und Utensilien wie Zahnbürsten verwendet, da es sich direkt auf starre Untergründe aufspritzen lässt und leicht pigmentiert werden kann. Es fühlt sich an wie Gummi, verhält sich aber wie Kunststoff, was seine Hauptattraktion für technische Zwecke ist.

Im Gegensatz zu duroplastischen Kautschuken, die während der Vulkanisation permanent vernetzt werden und nicht wiederverarbeitet werden können (ähnlich dem Unterschied zwischen duroplastischen und duroplastischen Kunststoffen), kann TPE geschmolzen und neu geformt werden, wodurch es vollständig recycelbar ist und erheblich schneller hergestellt werden kann, ohne dass eine Aushärtungsphase erforderlich ist.

TPE-Gummi ist kein einzelnes Material, sondern eine Familie von Untertypen, darunter Styrol-Blockcopolymere (SBS, SEBS), thermoplastische Polyurethane (TPU) und thermoplastische Polyolefine (TPO), die jeweils unterschiedliche mechanische und chemische Eigenschaften aufweisen. Die Chemikalienbeständigkeit ist daher sortenabhängig. Die meisten TPEs bieten eine gute Beständigkeit gegenüber Wasser, verdünnten Säuren und Laugen, aber die Leistung bei Kontakt mit den aromatischen Kohlenwasserstoffen in Kraftstoffen oder starken Lösungsmitteln variiert erheblich und sollte anhand von Datenblättern für spezifische Typen überprüft werden.

Einige Typen von TPE sind biokompatibel und eignen sich, sofern die Einhaltung von ISO 10993 bestätigt ist, für den Einsatz in medizinischen Anwendungen wie Spritzenverschlüssen, Schläuchen und Kathetern.

Accu verwendet TPE in unserem Sortiment an Moss Pull Tab Plugs.

Thermoplastischer Gummi (TPR)

• Härtebereich: 50—100 Shore A (normalerweise härter als TPE).

• Zugfestigkeit: 10—30 MPa.

• Bruchdehnung: 100— 500%.

• Dauergebrauchstemperatur: -20 °C bis +120 °C.

• Kompressionssatz: Niedrig bis mittel.

• Chemikalienbeständigkeit: Gute Beständigkeit gegen Wasser, verdünnte Säuren und Laugen; mäßige Beständigkeit gegen Öle und Fette; schlechte Beständigkeit gegen aromatische Kohlenwasserstoffe und starke Lösungsmittel.

• UV/Ozonbeständigkeit: Gut.

• Flammwidrigkeit: Schlecht bis mäßig.

Sie werden TPR nicht auf Ihrer Zahnbürste finden, aber Sie werden es in den Sohlen Ihrer Turnschuhe finden. Thermoplastisches Gummi (TPR) ist eng mit TPE verwandt und wird oft als härtere, steifere Unterkategorie innerhalb der breiteren thermoplastischen Elastomerfamilie angesehen, obwohl die Begriffe in der Industrie manchmal synonym verwendet werden.

Wie TPE kann es geschmolzen, reformiert und recycelt werden, sodass bei der Herstellung keine Vulkanisierungsphase erforderlich ist. Dadurch hat es die gleichen Vorteile bei der Verarbeitungseffizienz gegenüber duroplastischen Kautschuken wie TPE.

Der Hauptunterschied zwischen TPR und TPE liegt in der mechanischen Leistung. TPR-Kautschuk ist in der Regel härter und widerstandsfähiger gegen Abrieb, Reißen und Biegen, weshalb es sich besser für Anwendungen eignet, bei denen die Haltbarkeit unter anhaltender mechanischer Beanspruchung im Vordergrund steht. Während TPE Wert auf Weichheit und Flexibilität bei niedrigen Temperaturen legt, ist TPR so gebaut, dass es Schläge aushält.

Einige Kompromisse gehen mit dem höheren Maß an Haltbarkeit einher. TPR ist bei kälteren Temperaturen nicht so widerstandsfähig wie TPE-Gummi, wodurch TPR aushärtet und an Flexibilität verliert. TPR erzeugt bei der Verbrennung einen dichteren Rauch als TPE, was in geschlossenen Umgebungen von Vorteil sein kann.

Bei Accu wird TPR in unseren Gummischeiben verwendet.

Silikon

• Härtebereich: 10—80 Shore A.

• Zugfestigkeit: 4—12 MPa

• Bruchdehnung: 100— 800%.

• Dauergebrauchstemperatur: -60 °C bis +230 °C (bis zu +260 °C für hitzestabilisierte Typen).

• Kompressionssatz: Niedrig bis Mittel.

• Chemikalienbeständigkeit: Gute Beständigkeit gegen Wasser, verdünnte Säuren und Oxidationsmittel; schlechte Beständigkeit gegenüber konzentrierten Säuren, Laugen, aromatischen Kohlenwasserstoffen und Kraftstoffen.

• UV/Ozonbeständigkeit: Hervorragend.

• Flammbeständigkeit: Schlecht (Standardtypen); Gut bis ausgezeichnet (flammhemmende Typen).

• Durchschlagsfestigkeit: 15—25 kV/mm.

Silicone ist der Temperaturspezialist in der Welt der technischen Kautschuke. Nichts anderes auf dieser Liste entspricht seinem Arbeitsbereich, und nichts anderes bleibt flexibel — von einem Kühlraum mit -60 °C bis hin zu einem Ofen mit +230 °C, ohne dass das Tempo unterbrochen wird. Diesen Ruf erlangte das Gerät während des Zweiten Weltkriegs, als die Nachfrage nach einem Material, das die elektrischen Systeme von Flugzeugen in großer Höhe isolieren könnte, wo die Temperaturen sinken und Gummi spröde werden, das Silikon aus dem Labor in die Serienproduktion drängte. Achtzig Jahre später erfüllt es im Wesentlichen immer noch die gleiche Arbeit, nur in einer breiteren Palette von Branchen.

Silikonkautschuk ist in einer Reihe von Spezialqualitäten erhältlich, die jeweils so formuliert sind, dass sie bestimmte Eigenschaften verbessern:

• Reiß- und abriebfeste Typen: für eine verbesserte mechanische Haltbarkeit.

• Flammhemmende Typen: für Anwendungen, bei denen die Einhaltung der Brandschutznormen erforderlich ist.

• Typen für Vulkanisierung bei Raumtemperatur (RTV): für den Formenbau und die Versiegelung vor Ort.

• Hitzestabilisierte Typen: für Dauerbetrieb bis +260 °C

• Typen, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen: entspricht FDA 21 CFR und der EU-Verordnung 10/2011 für den direkten Kontakt mit Lebensmitteln und Getränken.

Silikon bietet außerdem eine Durchschlagsfestigkeit von typischerweise 15-25 kV/mm und eignet sich daher gut für elektrische Isolationsanwendungen wie Kabelummantelungen, Steckerdichtungen und Hochspannungskomponenten. Im medizinischen Bereich ist Silikon seit Jahrzehnten das dominierende Implantat- und Schlauchmaterial, dank seiner angeborenen Biokompatibilität und der Tatsache, dass es sowohl sterilisierbar als auch bei längerem Kontakt im Körper stabil ist.

Silikon weist erwähnenswerte Einschränkungen auf. Seine Zugfestigkeit ist niedriger als bei den meisten duroplastischen Kautschuken, typischerweise 4-12 Megapascal (MPa). Standardtypen bieten eine schlechte Abriebfestigkeit, sofern nicht ausdrücklich anders formuliert. Aufgrund seines von Natur aus hohen Reibungskoeffizienten eignet es sich nicht für Lageroberflächen, rotierende Bauteile oder andere Baugruppen, bei denen Elemente frei gegeneinander gleiten müssen. Dies kann jedoch bei einigen Anwendungen durch PTFE-Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen gemildert werden. Chemisch gesehen ist Silikon bei längerem Kontakt mit konzentrierten Säuren, Laugen und aromatischen Kohlenwasserstoffen schlecht. Wenn für Ihr Projekt ein Material erforderlich ist, das bei Kontakt mit diesen Substanzen eine gute Leistung erbringt, sind Viton oder Fluorsilikon die sinnvollere Wahl.

Accu verwendet Silikonkautschuk in unseren Silikonbändern, Zylinderkopfdeckelkappen, flanschlosen Abdeckstopfen, metrischen Zylinderkopf-Dichtungsschrauben und unseren metrischen Sechskant-Dichtmuttern mit Wellenschliff.

Fluorsilikon

• Härtebereich: 40—80 Shore A.

• Zugfestigkeit: 7—10 MPa.

• Bruchdehnung: 100— 400%.

• Dauerbetriebstemperatur: -65 °C bis +175 °C.

• Druckverformung: Niedrig bis mittel (besser als Standardsilikon).

• Chemikalienbeständigkeit: Hervorragende Beständigkeit gegen aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, Mineralöle, Kraftstoffe und Benzine; schlechte Beständigkeit gegen Ketone, bestimmte Hydraulikflüssigkeiten und starke Laugen.

• UV/Ozonbeständigkeit: Hervorragend.

• Flammwidrigkeit: Schlecht bis mäßig.

Fluorsilikonkautschuk, manchmal auch unter den Abkürzungen FVMQ oder FSR bekannt, ist ein synthetisches Elastomer, das Silikonkautschuk ähnelt, jedoch einige bemerkenswerte Unterschiede aufweist. Sein Name rührt von der Tatsache her, dass Fluorsilikonkautschuk im Gegensatz zu normalem Silikonkautschuk Trifluorpropylgruppen enthält.

Diese kleine Strukturänderung wirkt sich übermäßig stark auf die Leistung aus. Fluorsilikon hat einen niedrigeren Betriebstemperaturbereich als Standardsilikon, eine bessere Reißfestigkeit und einen niedrigeren Druckverformungsrest. Der entscheidende Unterschied liegt jedoch in seiner chemischen Beständigkeit gegenüber Kraftstoffen, Mineralölen, aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, die bei Standardsilikon vollständig fehlen.

Fluorsilikon hat einige der Einschränkungen von Standardsilikon gemeinsam. Es funktioniert schlecht bei Kontakt mit Ketonen, bestimmten Hydraulikflüssigkeiten und starken Laugen. Fluorsilikon sollte auf keinen Fall für Anwendungen spezifiziert werden, bei denen diese Substanzen zum Einsatz kommen. Die Kosten spielen ebenfalls eine wichtige Rolle und sind das Erste, was Sie über die Spezifizierung von Fluorsilikon wissen sollten. Bauteile, die daraus hergestellt werden, sind in der Regel um ein Vielfaches so teuer wie ihre Silikonäquivalente, was die Komplexität des Herstellungsprozesses und den speziellen Markt widerspiegelt, den es bedient. Es ist kein Material, nach dem man beiläufig greift, aber dort, wo sein spezifisches Eigenschaftsprofil gefragt ist, gibt es nur sehr wenige Ersatzstoffe.

Seine Hauptanwendungsbereiche liegen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie, wo es für Dichtungen, O-Ringe und Dichtungen in Umgebungen verwendet wird, in denen der Kraftstoff dauerhaft oder zeitweise Petrochemikalien ausgesetzt ist. Es gehört zu einer kleinen Anzahl von Elastomeren, die bei direktem Kontakt mit Luft- und Automobilkraftstoffen über einen weiten Temperaturbereich zuverlässig eine Abdichtung aufrechterhalten können.

Accu liefert unter anderem Fluorsilikon in unserem Sortiment an metrischen Sechskant-Dichtmuttern, metrischen Sechskant-Dichtungsschrauben, Senkkopf-Dichtungsschrauben mit metrischem Innensechskant und metrischen Sechskant-Dichtmuttern mit Flansch.

Viton

• Härtebereich: 60—90 Shore A.

• Zugfestigkeit: 7—20 MPa

• Bruchdehnung: 100— 300%.

• Dauergebrauchstemperatur: -20 °C bis +200 °C (Spezialtypen bis +300 °C).

• Druckverformungsrest: Niedrig (besonders starke Retention bei erhöhten Temperaturen).

• Chemikalienbeständigkeit: Hervorragende Beständigkeit gegen Mineralöle, Kraftstoffe, aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe und viele Säuren; schlechte Beständigkeit gegenüber Ketonen, Aminen, Estern und Ethern mit niedrigem Molekulargewicht sowie bestimmten Brems- und Hydraulikflüssigkeiten.

• UV/Ozonbeständigkeit: Hervorragend.

• Flammbeständigkeit: Schlecht (erzeugt bei der Verbrennung Fluorwasserstoff, was in brandgefährdeten Umgebungen eine erhebliche Gefahr darstellt).

Viton verdient seinen Preis. Es ist die Spezifikation der Kautschukingenieure, wenn Ausfälle teuer sind, die Umgebung feindlich ist und Kompromisse keine Option sind. Nirgendwo sonst auf dieser Liste spiegelt sich dieser Handel jedoch so direkt in den Kosten pro Einheit wider. Das Material selbst hat mehrere Namen, und es lohnt sich, sie zu entwirren, bevor wir weiter gehen: FKM ist die Bezeichnung nach der amerikanischen Norm ASTM D1418, FPM ist das identische Material unter der europäischen ISO 1629- und DIN-Nomenklatur und Viton ist der Handelsname von Chemours (ursprünglich von DuPont) für ihre FKM-Reihe. Es gibt keinen wesentlichen Unterschied zwischen FKM und FPM, es handelt sich um dasselbe Fluorelastomer, das von zwei verschiedenen Normungsgremien beschrieben wird, und „Viton“ ist in der Branche zu einer Abkürzung für diese Klasse geworden, genauso wie „Neopren“ für Polychloropren steht. Wenn Ihr Lieferant FPM angibt und in Ihrer Zeichnung FKM angegeben ist, haben Sie es mit demselben Gummi zu tun.

Das Chemikalienbeständigkeitsprofil von FKM ist eines der umfassendsten aller technischen Kautschuke. Es bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen Mineralöle, Kraftstoffe, aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe und viele Säuren. Bei Kontakt mit Ketonen, Aminen, niedermolekularen Estern und Ethern sowie bestimmten Brems- und Hydraulikflüssigkeiten schneidet es jedoch schlecht ab.

Bei niedrigen Temperaturen beginnen Standard-FKM-Typen unter -20 °C auszuhärten und verlieren an Flexibilität, was bei Anwendungen in kalten Umgebungen eine erhebliche Einschränkung darstellt. FKM-Typen für niedrige Temperaturen wie Viton GLT und GFLT sind erhältlich, die die Leistung auf etwa -40 °C erhöhen. Dabei handelt es sich jedoch um Spezialformulierungen, die vom Lieferanten bestätigt werden sollten.

Ein wichtiger Sicherheitsaspekt: FKM produziert beim Verbrennen Fluorwasserstoff als Zersetzungsprodukt. Dies ist ein hochgiftiges Gas und stellt eine ernste Gefahr in allen Anwendungen dar, bei denen das Brandrisiko bei der Planung eine Rolle spielt. Diese Informationen werden später in der Vergleichstabelle erneut erwähnt, und das aus gutem Grund. Es handelt sich um eine ernste Gefahr, die berücksichtigt werden muss, bevor Viton für eine Anwendung spezifiziert wird.

Viton wird in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie häufig für Dichtungen und Dichtungen in Kraftstoffleitungen und Hochtemperatur-Hydrauliksystemen sowie in Öl- und Gasanwendungen sowie in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie eingesetzt, wo es aufgrund seiner Beständigkeit gegenüber aggressiven Chemikalien und der Einhaltung der hygienischen Anforderungen eine zuverlässige Langzeitspezifikation darstellt.

Accu verwendet Viton unter anderem in seinen Sortimenten an metrischen Sechskant-Dichtmuttern mit Wellenschliff, metrischen Innensechskant-Dichtungsschrauben und metrischen Flachkopf-Dichtungsschrauben mit Schlitz.

EPDM

• Härtebereich: 40—90 Shore A.

• Zugfestigkeit: 7—20 MPa.

• Bruchdehnung: 100— 600%.

• Dauergebrauchstemperatur: -50 °C bis +150 °C (einige Typen bis +180 °C).

• Kompressionssatz: Niedrig bis Mittel.

• Chemikalienbeständigkeit: Hervorragende Beständigkeit gegen Wasser, Dampf, Laugen, verdünnte Säuren, Ozon und UV-Strahlung; schlechte Beständigkeit gegen Öle, Kraftstoffe und aromatische Kohlenwasserstoffe auf Erdölbasis.

• UV/Ozonbeständigkeit: Hervorragend.

• Flammwidrigkeit: Schlecht (flammhemmende Typen erhältlich).

Wenn Sie sich jemals ein Flachdach für gewerbliche Zwecke angesehen haben und eine glatte, schwarze Gummimembran gesehen haben, haben Sie sich EPDM angesehen. Ethylen-Propylen-Dien-Monomer ist das Gummi für den Außenbereich. Es lebt auf Dächern, in Fensterdichtungen, unter Motorhauben, in der Nähe von Teichfolien und überall dort, wo ein Material jahrzehntelang unbedenklich der Witterung trotzen muss. EPDM macht das alles unglamourös, zuverlässig und zu einem Preis, der die meisten Alternativen extravagant aussehen lässt.

EPDM-Kautschuk ist ein synthetisches Kautschuk-Terpolymer, das aus Ethylen, Propylen und einem Dienmonomer, typischerweise Ethylidennorbornen (ENB), synthetisiert wird. EPDM weist eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen UV-Strahlung, Ozon und Witterungseinflüsse auf. Diese Eigenschaften machen es zu einer idealen Wahl für Außenanwendungen, da es ein hohes Maß an Wasserdichtigkeit und Alkalibeständigkeit aufweist. EPDM ist auch in Dichtungen und Abdichtungen in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen zu finden. Es ist billig, es ist zuverlässig und vor allem ist es zuverlässig.

Darüber hinaus hat EPDM im Vergleich zu vielen anderen synthetischen Kautschuken eine relativ niedrige Eigenenergie (die Menge an Energie, die benötigt wird, um es vom Rohmaterial zum Endprodukt zu transportieren). Dies macht es jedoch nicht zu einer ökologisch vernünftigen Wahl, da das Recycling, insbesondere in Membranform, kostspielig und schwierig ist.

EPDM ist nicht ohne Nachteile. Ohne umfangreiche Oberflächenvorbereitung und -behandlung haftet es nicht leicht auf Metall, was bei Baugruppen, die feste Verbindungen erfordern, zu Problemen führen kann. Es kann auch zum Schrumpfen neigen, insbesondere wenn es in Membranform verwendet wird. Überprüfen Sie es daher regelmäßig auf Anzeichen dafür, wenn Sie es verwenden.

EPDM weist auch nicht den gleichen Grad an Chemikalien- und Ölbeständigkeit auf wie andere Gummiformen. Der Kontakt mit Kraftstoffen, aromatischen Kohlenwasserstoffen und Ölen auf Erdölbasis kann es zersetzen oder beschädigen. Daher sind NBR oder FKM geeignetere Alternativen, wenn Sie in öl- oder kraftstoffverarbeitenden Umgebungen arbeiten.

Accu verwendet EPDM in seinem Sortiment an Dichtscheiben, Pozi-Holzschrauben mit erhöhter Senkkopfdichtung, P-Clips und selbstschneidenden Sechskantschrauben.

Neopren

• Härtebereich: 30—90 Shore A.

• Zugfestigkeit: 10—25 MPa

• Bruchdehnung: 200— 500%.

• Dauergebrauchstemperatur: -40 °C bis +120 °C (Spezialtypen bis +150 °C).

• Kompressionssatz: Niedrig bis Mittel.

• Chemikalienbeständigkeit: Mäßige Beständigkeit gegen Öle, Fette, verdünnte Säuren und Laugen. Gute Ozon-, UV- und Witterungsbeständigkeit, aber schlechte Beständigkeit gegen stark oxidierende Säuren, aromatische Kohlenwasserstoffe und Ketone.

• UV/Ozonbeständigkeit: Gut bis ausgezeichnet.

• Flammfestigkeit: Gut. Neopren ist aufgrund seines Chlorgehalts von Natur aus flammwidrig und erlischt von selbst, wenn die Zündquelle entfernt wird.

Neopren war der erste kommerziell erfolgreiche synthetische Kautschuk, der 1931 von DuPont auf den Markt gebracht wurde, teilweise als Reaktion auf die strategische Schwäche der Versorgung mit Naturkautschuk in den Jahren vor dem Zweiten Weltkrieg. Es war in der Tat das erste Material, das bewies, dass synthetischer Kautschuk so hergestellt werden kann, dass er genauso leistungsfähig ist wie Naturkautschuk oder sogar besser. Fast ein Jahrhundert später ist es immer noch eines der am häufigsten spezifizierten technischen Kautschuke der Welt, obwohl es selten die Aufmerksamkeit seiner spezialisierteren Verwandten auf sich zieht.

Neopren, der Handelsname für Polychloropren oder CR, ist in keinem Bereich herausragend. Es ist nicht vergleichbar mit Silikon in Bezug auf den Temperaturbereich, Viton in Bezug auf Chemikalienbeständigkeit oder EPDM in Bezug auf Witterungseinflüsse. Was es zuverlässig macht, ist die meisten Dinge kompetent auf einmal. Mäßige Beständigkeit gegen Öle, Fette, verdünnte Säuren und Laugen. Gute Ozon-, UV- und Witterungsbeständigkeit. Breiter Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +120 °C. Bruchdehnung von 200— 500% bei voller elastischer Erholung. Verwendbare elektrische Isolierung für Niederspannungsanwendungen. Keine dieser Eigenschaften steht im Vordergrund, aber die Kombination ist ungewöhnlich. Deshalb taucht Neopren an so vielen Stellen auf, an denen ein Spezialgummi übertrieben wäre.

Die einzige Eigenschaft von Neopren, die für sich genommen als signifikant und unverwechselbar bezeichnet werden kann, ist die inhärente Flammfestigkeit. Aufgrund des Chlorgehalts in seiner Polymerstruktur erlischt es von selbst, wenn eine Zündquelle entfernt wird, was bei den meisten anderen technischen Kautschuken ohne den Zusatz flammhemmender Additive nicht möglich ist. Aus diesem Grund ist CR-Kautschuk ein häufig verwendetes Material für Elektro-, Bau- und Schiffsanwendungen, bei denen der Brandschutz eine Konstruktionsanforderung ist.

Wie bei allen Gummisorten weist Neopren Nachteile auf. Bei Temperaturen unter -40 °C kann es spröde werden, es ist schwer zu recyceln und es ist weder umweltfreundlich noch nachhaltig herzustellen. Neopren hat mäßige elektrische Isolationseigenschaften und ist für Niederspannungsanwendungen geeignet. Es ist jedoch keine geeignete Spezifikation für Hochspannungsisolierungen. Silikon oder EPDM sind dafür viel besser.

Accu verwendet Neoprengummi für schwingungsdämpfende Ösenhalterungen.

Wählen Sie den richtigen Gummityp für Ihre Anwendung

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen relativen Überblick über die oben genannten Typen von technischem Gummi. Anstatt nur absolute Materialeigenschaften darzustellen, wird jedes Merkmal auf einer numerischen Skala von 1 bis 10 bewertet, wobei 1 für die niedrigste relative Leistung und 10 für die höchste Leistung innerhalb dieser spezifischen Gruppe von Gummitypen steht.

Die Bewertungen sollen Aufschluss darüber geben, wie die Güteklassen im Vergleich zueinander abschneiden, und nicht, wie technische Kautschuke im Vergleich zu anderen Materialien abschneiden, noch absolute Grenzwerte oder garantierte Leistungen definieren.

Dieses Bewertungssystem wurde verwendet, um Kompromisse und Konstruktionsaspekte auf einen Blick leichter zu erkennen. Die Werte basieren auf dem typischen, allgemein anerkannten Verhalten der einzelnen Typen im technischen Einsatz.

 

Hinweis: Die Flammfestigkeit von Viton wird mit 2 bewertet, da es zwar selbstverlöschend ist, aber bei der Verbrennung Fluorwasserstoff erzeugt. Dies stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar, weshalb die Punktzahl nicht nur für ein schlechtes Brandverhalten vergeben wird. Andererseits wird die Flammfestigkeit von Neopren mit 8 bewertet, da es von Natur aus selbstverlöschend ist, was seine herausragende Eigenschaft ist.

Chemische Kompatibilität von technischen Kautschuken

Die chemische Kompatibilität ist für viele Ingenieure der wichtigste Schritt im Prozess der Materialspezifikation. Es spielt keine Rolle, welchen Kompressionssatz oder welchen Betriebsbereich ein Material hat, wenn es schnell zerfällt, wenn es einem Kraftstoff oder Öl ausgesetzt wird, für das es bestimmt ist. Die Wahl der falschen Gummisorte für eine chemisch aggressive Umgebung ist eine der häufigsten Ursachen für vorzeitiges Versagen von Dichtungen und Dichtungen.

Aus diesem Grund haben wir die chemische Kompatibilität in einer separaten Tabelle zusammengefasst, um Ihnen bei der Materialauswahl zu helfen. Die folgende Tabelle enthält eine Kurzanleitung zur Kompatibilität der acht technischen Kautschuktypen, die in diesem Artikel behandelt werden, für vierzehn häufig vorkommende chemische Substanzen und Umgebungen.

Die Bewertungen werden als C für kompatibel, L für Eingeschränkt oder A für Vermeiden angegeben. Die Bewertung „Kompatibel“ gibt an, dass die Leistung bei normalem Eintauchen oder Kontakt im Allgemeinen zuverlässig ist. Eingeschränkt bedeutet, dass die Leistung vom Grad oder der Konzentration abhängt und vor der Spezifizierung anhand der Datenblätter des Lieferanten überprüft werden sollte. Vermeiden weist darauf hin, dass der Stoff bekanntermaßen zu erheblichem Abbau, Quellung oder Verlust mechanischer Eigenschaften führt.

Hinweise:

• Viton/konzentrierte Säuren, die eher als begrenzt als zu vermeiden eingestuft wurden: Viton widersteht vielen anorganischen Säuren, einschließlich Schwefel- und Salzsäure, in moderaten Konzentrationen. Dies ist eines seiner echten Unterscheidungsmerkmale. Es wird jedoch in hohen Konzentrationen von bestimmten oxidierenden Säuren angegriffen und ist daher eher begrenzt als verträglich.
• Silikon und Ketone, die eher als begrenzt als zu vermeiden eingestuft wurden: Silikon weist eine mäßige Resistenz gegenüber einigen Ketonen auf, verglichen mit den meisten anderen Kautschuken, die im Wesentlichen keine Resistenz aufweisen. Es handelt sich nicht um eine sichere Spezifikation, aber auch nicht um eine pauschale Vermeidung, daher Limitiert.
• NBR/aromatische Kohlenwasserstoffe, die eher als begrenzt als kompatibel eingestuft sind: NBR-Gehalte mittlerer und hoher ACN-Gehalt weisen eine mäßige Resistenz gegenüber aromatischen Kohlenwasserstoffen auf. Nicht genug, um als kompatibel zu bezeichnen, aber deutlich besser als EPDM oder Silikon.
• EPDM und Ketone mit begrenzter Bewertung: EPDM weist eine mäßige Resistenz gegen einige Ketone auf, was eine echte, aber oft übersehene Eigenschaft ist. Es ist einer der wenigen Bereiche, in denen EPDM NBR und Neopren übertrifft.

Welcher Gummityp ist der richtige für meine Anwendung?

Die Auswahl des richtigen technischen Gummis hängt von den vorherrschenden Anforderungen Ihrer Anwendung ab, unabhängig davon, ob es sich um chemische Belastung, Temperaturbereich, mechanische Haltbarkeit, Witterungseinflüsse im Freien oder die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften handelt.

• Für Öl-, Kraftstoff- und Kohlenwasserstoffbeständigkeit: Viton ist die Standardspezifikation, wenn ein anhaltender oder intermittierender Kontakt mit Kraftstoffen auf Erdölbasis, Mineralölen und aromatischen Kohlenwasserstoffen zu erwarten ist, insbesondere bei erhöhten Temperaturen. Wenn neben der Flexibilität bei niedrigen Temperaturen auch Kraftstoffbeständigkeit erforderlich ist, ist Fluorsilikon (FVMQ) die geeignetere Wahl. NBR ist eine kostengünstige Alternative für Anwendungen mit Mineralölen und Kraftstoffen bei moderaten Temperaturen, bei denen die Hochtemperaturleistung von Viton nicht erforderlich ist.

• Für Hochtemperaturanwendungen: Silikonkautschuk ist die Standardspezifikation für den Dauerbetrieb über 150 °C und bietet eine zuverlässige Leistung von -60 °C bis +230 °C — ein Bereich, den kein anderer herkömmlicher technischer Gummi erreicht. Wenn hohe Temperaturbeständigkeit mit Beständigkeit gegenüber Kraftstoffen oder aggressiven Chemikalien kombiniert werden muss, wird in der Regel Viton bevorzugt. Spezialtypen sind für Temperaturen bis +300 °C ausgelegt.

• Für Außenbereiche und Witterungseinflüsse: EPDM und Neopren (CR) sind die am häufigsten spezifizierten Typen, bei denen UV-Strahlung, Ozonbelastung und Witterungseinflüsse im Vordergrund stehen. EPDM wird bevorzugt, wenn auch Wasserbeständigkeit und Alkalibelastung eine Rolle spielen, insbesondere bei Dach- und Bauanwendungen. Neopren bietet ein breiteres mechanisches Profil und ist die bessere Wahl, wenn auch Flammbeständigkeit oder Ölkontakt erforderlich sind.

• Für Dichtungsanwendungen, die einen niedrigen Druckverformungsrest erfordern: Viton bietet die stärkste Beibehaltung der Druckverformung bei erhöhten Temperaturen und ist daher die bevorzugte Spezifikation für statische Dichtungen in thermisch anspruchsvollen Umgebungen. Fluorsilikon ist eine starke Alternative, wenn auch Kraftstoffbeständigkeit erforderlich ist. NBR und Neopren eignen sich für Dichtungsanwendungen bei niedrigeren Temperaturen, bei denen die Kosten eine Rolle spielen.

• Zur elektrischen Isolierung: Silikonkautschuk ist die Hauptspezifikation für Hochspannungsisolationsanwendungen mit einer Durchschlagsfestigkeit von typischerweise 15—25 kV/mm. Fluorsilikon bietet ähnliche Isolationseigenschaften und ist zusätzlich chemikalienbeständig. Neopren und EPDM bieten eine mäßige Isolierung, die nur für Niederspannungsanwendungen geeignet ist.

• Für flammhemmende Anwendungen: Neopren (CR) ist die einzige Sorte in dieser Produktreihe, die aufgrund ihres Chlorgehalts inhärente selbstverlöschende Eigenschaften besitzt. Bei allen anderen Typen sind flammhemmende Zusätze erforderlich, um eine gleichwertige Leistung zu erzielen, mit Ausnahme von Viton, das in brandgefährdeten Umgebungen vermieden werden sollte, da bei der Verbrennung Fluorwasserstoff entsteht.

• Für medizinische Anwendungen oder Anwendungen mit Lebensmittelkontakt: Silikonkautschuk ist die am häufigsten spezifizierte Sorte. Die Typen für Lebensmittelkontakt entsprechen der FDA 21 CFR und der EU-Verordnung 10/2011, während medizinische Qualitäten für Implantate und chirurgische Geräte geeignet sind. TPE ist eine Alternative für medizinische Anwendungen, bei denen die Einhaltung der Norm ISO 10993 von Klasse zu Klasse bestätigt wird.

• Für allgemeine Anwendungen ohne dominante Leistungsanforderungen: Neopren (CR) bietet das breiteste kombinierte Eigenschaftsprofil aller Typen in diesem Bereich. Es bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen mechanischer Festigkeit, Witterungsbeständigkeit, mäßiger Chemikalienbeständigkeit und inhärenter Flammbeständigkeit, ohne dass es in einem einzelnen Bereich zu übertreffen oder entscheidend zu versagen scheint. NBR ist die geeignetere Wahl für allgemeine Anwendungen, bei denen Öl- oder Kraftstoffkontakt wahrscheinlich ist.

• Für kostensensitive oder wiederverwertbare Anwendungen: NBR, TPE, TPR und EPDM bieten im Vergleich zum Rest der Produktreihe eine hohe Wirtschaftlichkeit. TPE und TPR haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie vollständig recycelbar und wiederverwertbar sind. Dies ist eine sinnvolle Überlegung, wenn Nachhaltigkeit oder die Handhabung am Ende der Nutzungsdauer konstruktive Einschränkungen sind. Fluorsilikon und Viton sind die teuersten Typen und sollten nur spezifiziert werden, wenn ihre spezifischen Leistungseigenschaften wirklich erforderlich sind.

Die wichtigsten Erkenntnisse

• Bei der Auswahl von technischen Kautschuken kommt es fast immer auf das Zusammentreffen dreier Faktoren an: chemische Umgebung, Temperaturbereich und Kosten. Leistungsextreme in einer Dimension beeinträchtigen die anderen beiden.

• Öl- und Kraftstoffbeständigkeit sowie Leistung bei hohen Temperaturen sind die beiden anspruchsvollsten Anforderungen, die gleichzeitig erfüllt werden müssen. Viton (FKM) ist die einzige Sorte in dieser Produktreihe, die beides zuverlässig erfüllt, allerdings zu einem entsprechend hohen Preis.

• Das Silizium-Sauerstoff-Rückgrat verleiht Silikon ein grundlegend anderes Eigenschaftsprofil als alle anderen hier behandelten Typen, insbesondere sein Temperaturbereich von -60 °C bis +230 °C und seine Durchschlagsfestigkeit.

• TPE und TPR sind die einzigen vollständig recycelbaren Typen, die in diesem Leitfaden behandelt werden. Wo die Handhabung am Ende der Nutzungsdauer oder die Nachhaltigkeit Konstruktionseinschränkungen sind, bieten sie einen erheblichen Vorteil gegenüber duroplastischen Kautschuken, die nicht umgeschmolzen oder wiederverarbeitet werden können.

• Neopren (CR) ist die einzige Sorte, die aufgrund ihres Chlorgehalts eine inhärente Flammfestigkeit besitzt. Alle anderen Typen, mit Ausnahme von Viton, das in brandgefährdeten Umgebungen vollständig vermieden werden sollte, benötigen flammhemmende Zusätze, um die gleiche Leistung zu erzielen.

• EPDM und Silikon sind die beste Wahl, wenn es auf UV- und Ozonbeständigkeit ankommt. Daher sind sie die Standardspezifikationen für langfristige Anwendungen im Freien oder bei Witterungseinflüssen. NBR sollte nicht für den Einsatz im Freien ohne zusätzlichen Schutz spezifiziert werden.

• An den Extremen dieses Bereichs korrelieren Kosten und Leistung umgekehrt. NBR, TPE, TPR und EPDM bieten eine hohe Wirtschaftlichkeit für allgemeine Anwendungen. Fluorsilikon und Viton sind die teuersten Typen und sollten nur spezifiziert werden, wenn ihre spezifischen Leistungseigenschaften wirklich benötigt werden.

Häufig gestellte Fragen:

F: Welcher ist der chemikalienbeständigste technische Kautschuk?

A: Viton bietet das breiteste Chemikalienbeständigkeitsprofil aller allgemein spezifizierten technischen Kautschuke. Es widersteht Mineralölen, Kraftstoffen, aromatischen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen und vielen Säuren zuverlässig über einen Dauerbetriebstemperaturbereich von -20 °C bis +200 °C.

F: Welches ist das beste Gummi für den Einsatz im Freien?

A: EPDM und Neopren (CR) sind die am häufigsten spezifizierten Typen für Außenanwendungen. Das vollständig gesättigte Polymerrückgrat von EPDM macht es sehr widerstandsfähig gegen UV-Strahlung, Ozon und Witterungseinflüsse. Aufgrund seiner ausgezeichneten Wasser- und Alkalibeständigkeit eignet es sich ideal für Dach-, Bau- und Außenabdichtungsanwendungen. Neopren bietet ein breiteres mechanisches Profil und wird am besten dort eingesetzt, wo Flammfestigkeit oder mäßiger Ölkontakt ebenfalls erforderlich sind.

F: Was ist der Unterschied zwischen TPE und TPR?

A: TPE (thermoplastisches Elastomer) und TPR (thermoplastischer Gummi) sind eng verwandte Materialien. TPR wird im Allgemeinen als eine härtere, starrere Unterkategorie innerhalb der breiteren TPE-Familie angesehen. Beide können geschmolzen, reformiert und recycelt werden, sodass bei der Herstellung keine Vulkanisierungsphase erforderlich ist.

Der wichtigste praktische Unterschied ist mechanischer Natur: TPR bietet in der Regel eine höhere Abriebfestigkeit, eine höhere Zugfestigkeit und eine bessere Haltbarkeit unter anhaltender mechanischer Beanspruchung, während TPE eine hervorragende Flexibilität bei niedrigen Temperaturen bietet und eine niedrigere Einsatzschwelle von etwa -50 °C gegenüber -20 °C für TPR aufweist.

F: Welcher Gummi hat die höchste Temperaturbeständigkeit?

A: Silikonkautschuk hat den breitesten Dauergebrauchstemperaturbereich aller allgemein spezifizierten technischen Kautschuke und arbeitet zuverlässig von -60 °C bis +230 °C, wobei hitzestabilisierte Typen bis +260 °C reichen. Viton ist die bevorzugte Spezifikation, wenn hohe Temperaturbeständigkeit mit Beständigkeit gegen Kraftstoffe oder aggressive Chemikalien kombiniert werden muss, wobei Spezialtypen bis +300 °C ausgelegt sind.

Standardqualitäten der meisten anderen technischen Kautschuke, einschließlich NBR, Neopren und TPE, sind im Allgemeinen auf eine maximale Dauergebrauchstemperatur von etwa +120 °C bis +125 °C begrenzt.