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Elastomerwerkstoffe

Die Elastomere sind eine Werkstofffamilie, die sich vor allem durch ihre gute Elastizität auszeichnet, d.h. ihre Fähigkeit, nach einer außergewöhnlichen Beanspruchung wieder zu ihrer ursprünglichen Form zurückzukehren. Aus diesem Grund gelten sie als der beste Werkstoff für Dichtungen.

ACM

ACM-Elastomere weisen eine hervorragende Wärmebeständigkeit auf und können typischerweise bei Temperaturen von 150°C (bis zu 175°C für begrenzte Zeiträume) eingesetzt werden. Sie sind hochbeständig gegenüber Sauerstoff, Ozon und industriellen Ölen. Sie sind in der Regel nicht sehr wasserbeständig. Druckverformungsrest und Flexibilität bei niedrigen Temperaturen hängen vom Basispolymer und vom Gemisch ab. ACM-Elastomere werden hauptsächlich dort eingesetzt, wo eine kombinierte Beständigkeit gegenüber Wärme und Öl benötigt wird.

AEM

AEM-Gummiwerkstoffe bieten eine ungewöhnliche Kombination physikalischer Eigenschaften: hohe Wärmebeständigkeit (bis zu 160° C), hervorragende Ozon- und Witterungsbeständigkeit, moderate Beständigkeit gegenüber Mineralölen, Flexibilität bei niedrigen Temperaturen bis -30° C, gute Beständigkeit gegenüber warmem Wasser und hohe Zugfestigkeit. AEM-Elastomere haben den Vorteil der Flexibilität bei niedrigen Temperaturen.

EPDM

EPDM-Elastomere weisen eine ausreichende Zugfestigkeit und hervorragende Beständigkeit gegenüber Verwitterung und Ozon sowie chemischen Angriffen auf. Des Weiteren sind sie ausgezeichnete Isolatoren gegen elektrischen Strom. Mit Peroxid vulkanisierte Elastomere zeigen hervorragende Eigenschaften bei Wärmealterung und Beständigkeit gegenüber Druckverformungsrest, was durch Vulkanisierung mit Schwefel noch gesteigert wird. Sie sind beständig gegenüber einer Reihe von Medien, so unter anderem gegen warmes Wasser und Dampf bis 288° C (unter Luftabschluss), gelten jedoch als inkompatibel mit mineralischen und synthetischen Schmiermitteln und fossilen Brennstoffen.

  VORTEILE NACHTEILE
Peroxid
  • Wesentlich bessere Wärmebeständigkeit als mit Schwefel vulkanisierte Elastomere.
  • Bessere Beständigkeit gegenüber Druckverformungsrest.
  • Mit Peroxid vulkanisierte Werkstoffe eignen sich für gewöhnlich dort besser, wo eine beständige Dichtkraft wichtig ist. Beispiele sind O-Ringe und Dichtungen.
  • Mit Peroxid vulkanisierte Teile gelten bei Lebensmittel- und pharmazeutische Anwendungen als sauberer.
  • Schlechtere Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Reißfestigkeit als mit Schwefel vulkanisierte Elastomere.
  • Diese Eigenschaften sind für Dichtelemente wie O-Ringe normalerweise nicht vorrangig relevant.
Schwefel
  • Bessere Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Reißfestigkeit als mit Peroxid vulkanisierte Elastomere.
  • Schlechtere Beständigkeit gegenüber Druckverformungsrest.
  • Geringere Wärmebeständigkeit.

FKM (auch als FPM bekannt)

FKM-Dichtungswerkstoffe umfassen Copolymer-, Terpolymer- und Tetrapolymer-Klassen sowie mit Bisphenol und Peroxid vulkanisierte Systeme.

FKM-Elastomere sind hochfluorierte Polymere mit wenigen Mischungsbestandteilen. Sie weisen eine sehr niedrige Gasdurchlässigkeit auf und sind bei sehr hohen Temperaturen stabil (sie können im Betrieb einer Temperatur von 250° C unbegrenzt standhalten). Im Vergleich dazu würden herkömmliche Elastomere bei dieser Temperatur an der Luft innerhalb von 24 Stunden brüchig werden. FKMs sind im Allgemeinen außergewöhnlich beständig gegenüber Sauerstoff, Ozon, Verwitterung, Flammen und oxidativen Chemikalien und weisen eine hervorragende Quellbeständigkeit in einer Vielzahl von Medien auf. Sie sind jedoch nicht vereinbar mit polaren Lösungsmitteln (z. B. M.E.K.) sowie einigen organischen Säuren (z. B. Ameisensäure), bestimmten Hydraulikflüssigkeiten auf Methanol- und Esterbasis (z. B. Skydrol), Ammoniak und einigen Aminen. Sie eignen sich für den Einsatz in Umgebungen mit hochenergetischer Strahlung bis ungefähr 106 rad. Für die Verwendung in Anwendungen mit warmem Wasser und Dampf sind möglicherweise spezielle FKM-Klassen erforderlich.

FKM-Elastomere haben bei Mischung mit Bisphenol-vulkanisierten Systemen eine hohe Beständigkeit gegen Druckverformung. Im Allgemeinen können Sie bei Temperaturen bis -30° C eingesetzt werden, jedoch können spezielle Klassen (wie z. B. PPE EnDura® V91A) eine effektive Abdichtung bis zu -51° C bieten. Die elektrischen Isolationseigenschaften sind nicht überdurchschnittlich, wären jedoch für Ummantelungen ausreichend, wo Beständigkeit gegenüber erhöhten Temperaturen, Ozon, Chemikalien und Flammen erforderlich ist (z. B. Wellendichtungen, O-Ringe und Dichtungen, Membranen und Kabelummantelungen).

TYP FLUOR- GEHALT VORTEILE/NACHTEILE
Copolymer 65 % - 65,5 % Enthält zwei Monomere (einfache Moleküle, aus denen sich Polymere zusammensetzen).
Vielseitig einsetzbar, sehr gebräuchlich, wird am häufigsten für Dichtungen verwendet. Bester Druckverformungsrest und sehr gute Flüssigkeitsbeständigkeit (Druckverformungsrest ist für O-Ringe sehr wichtig).
Oftmals als ,A‘- und ,E‘-Klassen bezeichnet.
Dies sind normalerweise die günstigsten Verbundtypen.
Terpolymer 67 % Enthält drei Monomere.
Bessere Beständigkeit gegenüber Flüssigkeiten und Öl/Lösungsmitteln als Copolymer, jedoch auf Kosten einer geringeren Beständigkeit gegenüber Druckverformung.
Werden oftmals als ,B‘-Klassen bezeichnet.
Tetrapolymer 67 % - 69 % Enthält vier Monomere.
Zeigen im Vergleich zu anderen Arten bessere Beständigkeit gegenüber Flüssigkeiten, Säuren und Lösungsmitteln. Druckverformungsrest besser als Terpolymere.
Diese werden manchmal als ,G‘-Klassen bezeichnet.
Darüber hinaus zeigen bestimmte Tetrapolymere eine gute Flexibilität bei niedrigen Temperaturen.
Tetrapolymere sind die teuersten der drei hier aufgelisteten Verbundtypen.

FEPM (auch als TFE/P bekannt)

Das Basispolymer wird nur von Asahi Glass hergestellt und unter dem Namen „Aflas“ verkauft. FEPM-Werkstoffe haben eine ähnliche Wärmebeständigkeit wie FKM-Elastomere, jedoch einen besseren elektrischen Widerstand und eine anderes Chemikalienbeständigkeitsprofil (z. B. Sauergas, Säuren und Laugen, Ozon und Verwitterung, Dampf und Wasser, alle Hydraulik- und Bremsflüssigkeiten, Alkohole und hochenergetische Strahlung). Sie sind jedoch nicht kombinierbar mit aromatischen Kohlenwasserstoffen, chlorierten Kohlenwasserstoffen (z. B. M.E.K. und Aceton), organischen Acetaten und organischen Kühlmitteln.

FEPM zeigen eine geringe Flexibilität bei niedrigen Temperaturen, und FKM-Elastomere haben einen besseren Druckverformungsrest. Es wird empfohlen, die Funktion immer unter Betriebsbedingungen zu erproben. FEPM-Elastomere werden häufig auf Ölbohrfeldern und in der chemischen Prozesstechnik als O-Ringe und Dichtungen verwendet.

FFKM

FFKM-Elastomere sind vollständig fluorierte Polymere, die eine nahezu universelle Chemikalienbeständigkeit aufweisen. Sie sind im Grunde genommen eine Kautschukvariante von PTFE.  FFKMs haben auch noch andere Eigenschaften, die sich bei Anwendungen als wertvoll erweisen, bei denen Reinheit, Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und der Erhalt der Dichtkraft von entscheidender Bedeutung sind.

FVMQ

FVMQ-Elastomere sind modifizierte Silikongummisorten mit hervorragender Flüssigkeitsbeständigkeit, jedoch begrenzt auf ungefähr 200° C.

NBR (BUNA N)

NBR-Elastomere sind in fünf Grundklassen erhältlich, basierend auf dem Acrylnitril-Gehalt, der für anteilsmäßige physikalische und chemische Eigenschaften verantwortlich ist. NBRs weisen typischerweise folgende Eigenschaften auf (abhängig vom erhöhten ACN-Gehalt): abnehmende Flexibilität bei niedrigen Temperaturen, erhöhter Druckverformungsrest, Gasdurchlässigkeit, verbesserte Wärmealterung und Ozonbeständigkeit, verbesserte Zug- und Abriebfestigkeit, Härte und Dichte. NBRs werden eingesetzt, wenn eine gute Beständigkeit gegenüber aromatischen Kohlenwasserstoffen bei -40 bis +120° C erforderlich ist (z. B. bei Dichtungen, Schläuchen und Kabelummantelungen), typischerweise in der Öl- und Gasindustrie.

Hoher Nitrilgehalt:              45 % ACN-Gehalt
Mittlerer Nitrilgehalt:       30-45 % ACN-Gehalt
Niedriger Nitrilgehalt:              30 % ACN-Gehalt

Je höher der ACN-Gehalt, desto höher die Beständigkeit gegenüber aromatischen Kohlenwasserstoffen.
Je niedriger der ACN-Gehalt, desto besser ist die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen.
Das allgemein beste Gleichgewicht für die meisten Anwendungen ist ein mittlerer ACN-Gehalt.

HNBR

Die Hydrierung von NBR-Elastomeren sorgt für eine hervorragende Wärme- und Ozonbeständigkeit. Mit Peroxid vulkanisierte HNBRs haben den besten Druckverformungsrest und die beste Wärmebeständigkeit und HNBR-Elastomere mit hohem Nitrilgehalt (ACN) sind beständiger gegenüber Mineralölen. HNBRs vereinen die beste Beständigkeit gegenüber und Flexibilität bei niedrigen Temperaturen, sie sind jedoch teurer als NBRs. HNBRs sind dort nützlich, wo Beständigkeit gegenüber Ozon und Verwitterung, Alterung in heißer Luft und beim Kontakt mit industriellen Schmiermitteln, heißem Wasser und Dampf bis 150°C, Korrosionsinhibitoren auf Aminbasis und Sauergas (H2S) sowie hochenergetischer Strahlung erforderlich ist. HNBRs füllen die Lücke zwischen NBRs und FKMs in vielen Anwendungsbereichen, in denen Beständigkeit gegenüber Wärme und aggressiven Medien gleichzeitig erforderlich ist, und stellen somit möglicherweise eine kostengünstigere Alternative zu FKM-Elastomeren dar.

NR

Naturkautschuk (wird aus gezüchteten Kautschukbäumen gewonnen), weist eine hohe Zugfestigkeit, Abriebfestigkeit, Widerstandsfähigkeit, Reißfestigkeit und geringe Hysterese auf.

Das chemisch ähnliche Polyisopren hat niedrigere Festigkeitseigenschaften als die natürliche Form, jedoch bessere Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen. Beide Gummis sind anfällig gegenüber Zersetzung durch Verwitterung, und beide weisen eine schlechte Beständigkeit gegenüber Ölen und Brennstoffen auf Mineral- und Erdölbasis auf.
Der typische langfristige Betriebsbereich liegt zwischen -30° C und 70° C. 
Zu den Hauptanwendungen natürlicher Gummiwerkstoffe zählen außer Reifen auch Schwingungslager, Federn und Lager.

VMQ

Die besonderen Eigenschaften von Silikonkautschuk sind eine außerordentliche Ozon- und Koronabeständigkeit sowie Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen und Sonneneinstrahlung. Sondermischungen halten bis zu 300° C stand, Silikone können sich jedoch selbst bei niedrigeren Temperaturen unter Luftabschluss in eine Paste zurückverwandeln. Die normale, für den fortwährenden Betrieb angegebene Temperaturobergrenze liegt bei 200° C. Silikone genießen einen ausgezeichneten Ruf für ihre Flexibilität bei niedrigen Temperaturen (einige Verbindungen bis zu -90° C) und für ihre elektrische Isolierfähigkeit, die über alle Betriebstemperaturen hinweg relativ konstant bleibt. Es sind auch elektrisch leitende Verbindungen erhältlich.

Silikone haben einen niedrigen Gehalt an brennbaren Bestandteilen. Selbst bei Kontakt mit Flammen wird das Elastomer zu einer nicht leitenden Siliziumdioxidasche reduziert. Silikone weisen des Weiteren einen hervorragenden Druckverformungsrest und eine hohe physiologische Trägheit (geschmacklos, geruchlos und absolut ungiftig) auf.  Silikone sind resistent gegenüber Bakterien, Pilzen, einem breiten Spektrum an Medien, einschließlich hochenergetischer Strahlung bis 106 rad und haben hervorragende Ablöseeigenschaften (außer gegenüber Glas). Die Haupteinschränkungen sind ihre niedrige Zugfestigkeit und eine schlechte Beständigkeit gegenüber Säuren, Laugen und Dampf über 120° C. Elastomerteile aus Silikon werden für elektrische Isolierung, Dichtungen und O-Ringe (nur statische oder Anwendungen mit geringer Dynamik) sowie in der Lebensmittel- und in der pharmazeutischen Industrie verwendet.

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