Elastomer

Elastomere (Singular das Elastomer, auch Elaste) sind formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe, deren Glasübergangspunkt sich unterhalb der Einsatztemperatur befindet. Die Kunststoffe können sich bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen, finden aber danach in ihre ursprüngliche, unverformte Gestalt zurück. Elastomere finden Verwendung als Material für Reifen, Gummibänder, Dichtungsringe usw. Die bekanntesten Elastomere sind die Vulkanisate von Naturkautschuk und Silikonkautschuk.

 

 

Molekulare Struktur

Bei Polymeren handelt es sich um sehr lange Kettenmoleküle. Entlang dieser Ketten sind die einzelnen Kettenelemente gegeneinander drehbar. Bei Elastomeren ist diese Drehbarkeit so stark ausgeprägt, dass sich die Moleküle zu einem sogenannten Polymerknäuel verdrillen. Dieses Bestreben ist lediglich Resultat der in völlig zufällige Richtungen erfolgenden Drehbewegung entlang der Kette. Die Anordnung der einzelnen Atome der Kette um das Zentrum des Moleküls entspricht dabei einer Gauß-Verteilung. Um ein Aneinandervorbeigleiten der Kettenmoleküle unter Zugbelastung zu vermeiden, werden die Ketten bei Gummi durch Schwefelbrücken untereinander verbunden. Beim Zusatz von viel Schwefel bei der Vulkanisation entsteht Hartgummi, bei der Zugabe von wenig Schwefel Weichgummi.

 

 

Verhalten unter Zugspannung

Ursache der Gummielastizität ist überwiegend die Fähigkeit der geknäulten Polymerketten, auf eine Zugbelastung mit einer Streckung bzw. Entflechtung der Ketten zu reagieren. Wird ein Polymer durch eine Zugspannung gedehnt, richten sich die Ketten bevorzugt in Richtung der Belastung aus. Das Elastomer wird also gedehnt.

 

Sobald die Zugspannung entfällt oder reduziert wird, beginnen die Ketten wieder mit der zufälligen Drehbewegung, in deren Verlauf sie wieder die statistisch begründete Gauß-Verteilung einnehmen. Die Ketten kehren in ihre bevorzugte knäuelartige Konformation zurück – sie relaxieren und das Elastomer zieht sich zusammen. Die Elastizität besteht also im Strecken unter Zugspannung und im Zusammenziehen nach Abfall der Spannung. Dieser Effekt ist ähnlich einem Gas, das sich, einmal komprimiert, nach der Dekompression aufgrund der zufälligen Bewegung der Gasatome wieder in den neugewonnenen Freiraum ausdehnt. Es handelt sich dabei um einen entropischen Effekt, diese Form der Elastizität wird daher auch als Entropie-Elastizität bezeichnet. Sie stellt in der Regel den größten Anteil des elastischen Effekts eines Elastomers.

 

Quelle: Wikipedia.org