Vulkanisation

Inhaltsverzeichnis

1  ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS  4

2  EINFÜHRUNG  5

2.1  Motivation  5

2.2  Vulkanisation  5

2.3  Anwendungen  6

3  GUMMI UND ELASTOMERE  8

3.1  Allgemein  8

3.2  Historie  9

3.3  Anbaugebiete  10

3.4  Zusammensetzung der Elastomere (Gummi)  12

4  VERARBEITUNG VON ELASTOMEREN  14

4.1  Allgemein  14

4.2  Schritte der Verarbeitung  15

4.2.1  Herstellung der Gummimischung  15

4.2.2  Formgebung des Elastomerteils  18

4.2.3  Vulkanisation und Vulkanisationsverfahren  18

5  METALLTEIL - VORBEREITUNG  27

6  VULKANISATIONSVERFAHREN  27

6.1  Allgemeines  27

6.2  Pressverfahren (Compression Moulding)  28

6.3  Transferverfahren (Transfer Moulding)  29

6.4  Spritzgießverfahren (Injection Moulding)  30

7  GUMMI-METALL WERKZEUGE  32

7.1  Werkzeugaufbau  32

  Seminar Fertigungstechnik  3

7.2  Einfach - Werkzeug  32

7.3  Mehrfachwerkzeugaufbau  33

8  PRODUKTE UND EINSATZGEBIETE  34

9  ZUSAMMENFASSUNG/FAZIT/AUSBLICK  37

10  ABBILDUNGSVERZEICHNIS  39

11  LITERATURVERZEICHNIS  40

Seminar Fertigungstechnik 4

1 Abkürzungsverzeichnis

Bzw.: Beziehungsweise Ca.: Circa z.B.: zum Beispiel z.T.: zum Teil t: Tonne o.g.: ggf.: u.a.: d.h.: Vgl.: Vergleiche CM: Compression Moulding IM: TM: ICM: IM-M: TM-M: Transfer Moulding mit Kanalkanal IM-K: Injection Moulding mit Kaltkanal Wkz: Werkzeug

Seminar Fertigungstechnik 5

2 Einführung

2.1 Motivation

„Mit der Erfindung der Vulkanisation von Naturkautschuk wurde ein neuer Werkstoff geschaffen, dessen einzigartige Eigenschaften wesentlich zur Entwicklung der modernen Technik beigetragen haben“ ¹ .

Der einleitende Satz, soll auf das in dieser Seminararbeit behandelte Thema „Vulkanisation“ einstimmen. Ziel der vorliegenden Arbeit soll es sein, einen allgemeinen Überblick über den Vorgang der Vulkanisation, sowie deren Anwendungen, Informationen zu den Ausgangsstoffen und einen Überblick einiger Vulkanisationsverfahren zu geben. Wichtige Meilensteine der historischen Entwicklung des Kautschuks und Grundinformationen zu Elastomeren sollen dann das Gesamtbild abrunden. Weiterhin werden einzelne Vulkanisationsverfahren und Werkzeuge genauer beschrieben und anhand von Zeichnungen und Fotos erklärt.

2.2 Vulkanisation

Als Vulkanisation bezeichnet man ein chemisch-technisches Verfahren bei dem unter Einfluß von Druck, Temperatur und Zeit der Kautschuk widerstandsfähig gemacht wird gegen chemische und atmosphärische Einflüsse.

Die aus Schwefel oder Schwefelspendenden Stoffen (Dischwefeldichlorid (S 2 Cl 2 ), Beschleunigern (=höhere Reaktionsgeschwindigkeit), Füllstoffen und Rohkautschuk bestehende Kautschukmischung wird dazu erhitzt und vorher gut gemischt.

Es entsteht eine Vernetzung der langkettigen Kautschukmoleküle durch Schwefelbrücken.

Durch diesen Vorgang verliert der Kautschuk seine plastischen Eigenschaften.

Man spricht bei dem Verfahren der Vulkanisation auch von der der Überführung

der plastischen Eigenschaften in elastische Eigenschaften. Gegenüber dem Kautschuk (-Rohstoff) hat das hierbei entstehende Gummi dauerelastische

¹ Röthemeyer, F., Sommer, F., Kautschuk Technologie, 1.Auflage, München, Wien, 2001,

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Seminar Fertigungstechnik 6

Eigenschaften. Es kehrt bei mechanischer Beanspruchung jeweils in die Ursprungslage zurück. Weiterhin erhöht sich die Reißfestigkeit, die Dehnung und die Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüsse und Alterung. Die Anzahl der Schwefelbrücken, die abhängig von der zugesetzten Schwefelmenge und der Dauer der Vulkanisation ist, bestimmt die Elastizität des Gummiwerkstoffes. Je mehr Schwefelbrücken desto unelastischer und härter ist der Werkstoff.

Außer der klassischen Schwefelvulkanisation erfolgt die Vernetzung von Kautschuken häufig auch mittels energiereicher Strahlung, Peroxyden und Metalloxiden Für die Vulkanisation mit Schwefel ist das Vorhandensein von Doppelbindungen erforderlich. Deshalb kommen besonders bei

Kautschuken, die keine Doppelbindungen enthalten (z.B. EPM, EVA), diese Verfahren zum Einsatz. Metalloxide setzt man bei der Vernetzung von Chloropren-Kautschuk ein.

2.3 Anwendungen

Die Verwendung von vulkanisierten Kautschuk ist im Gegensatz zu unvulkanisierten Kautschuk eher selten. Anwendungen sind die Herstellung von Schuhsohlen, Gummiklebern, Isolationen, Isoliermatten sowie die Produktion von Gummiklebern. Vulkanisierte Kautschuke (Gummi) setzt man häufiger ein.

Anwendungsbeispiele für weichere Sorten sind aufgrund der Abriebfestigkeit Förderbänder und die Laufflächen von Autoreifen. Dagegen werden härtere Gummisorten für z. B.: Rohre, Pumpengehäuse eingesetzt, die Anforderung an die Abriebfestigkeit stellen. „Die Flexibilität von Gummi wird auf vielfältige Weise ausgenutzt: z. B. bei Schläuchen, Reifen und Rollen oder bei Druckerpressen. Weiterhin eignet sich Gummi aufgrund seiner Elastizität für unterschiedliche Arten von Stoßdämpfern und für spezielle Vorrichtungen zum Vermindern von Vibrationen. Gummi ist für Gase weitgehend undurchlässig und wird deswegen z. B. für Druckluftschläuche und Dichtungen verwendet. Aufgrund seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasser und vielen flüssigen Chemikalien fertigt man aus Gummi z. B. auch technische und medizinische Schläuche sowie Auskleidungen von Tanks und Reaktionsgefäßen. Zusätzlich besitzt Gummi einen hohen elektrischen Widerstand, so dass sich weiche Gummisorten für Isolationszwecke eignen. Aus harten Gummisorten kann man Gehäuse für elektrische Geräte herstellen“ ² .

² http://de.encarta.msn.com/text_761556347___2/Kautschuk.html

Seminar Fertigungstechnik 7

Abbildung 1 : Aufschlüsselung der Herstellung von Elastomer -Erzeugnissen in Deutschland 1998 [Quelle: Gohl (2003) S.5]

Abbildung 2: Kautschuk - Verbrauch in Deutschland 1998 [Quelle: Gohl (2003) S.5]

Seminar Fertigungstechnik 8

3 Gummi und Elastomere

3.1 Allgemein

„Es gibt keine andere Substanz, deren Eigenschaften im menschlichen Geist gleichviel Neugierde, Überraschung und Verwunderung erwecken wie die des Elastischen Gummis.

Charles Goodyear “ ³ .

Hauptbestandteile von Gummi und Elastomeren in Ihrer ursprünglichen Form sind Kautschuke, Zugemischte Füll- und Verstärkerstoffe sowie Gummihilfsstoffe.

Zu den wesentlichen Eigenschaften der Elastomere zählen u.a. die Entropieelastizität (Gummielastizität).Wie einleitend beschrieben, wird ihre Formbeständigkeit durch eine weitmaschige, üblicherweise als Vulkanisation bezeichnet, erreicht.

„Wegen ihren niederen Modulwerten lassen sie sich mit geringen Kräften leicht verformen.

Und nehmen nach Entlastung weitgehend wieder ihre ursprüngliche Gestalt an.

Neuere Elastomere sind z.T. auch homogene Stoffe, jedoch immer mit dem Merkmal der Gummielastizität“ ⁴ .

„Elastomere sind eine Gruppe gummiartiger Werkstoffe, die, zu zähelastischen Federungs-Elementen vulkanisiert, hohen dynamischen Wechsel - und Verschleißbeanspruchungen ausgesetzt werden können und dabei große Verformarbeit leisten. Konstruktionswerkstoffe wie Stahl, Beton, Holz usw. werden in einem Bereich beansprucht, in dem die Spannungen und elastische Verformungen proportional verlaufen, der werkstoffspezifische

Elastizitätzmodul kennzeichnet dies Verhältnis“ ⁵ .

³ Nagdi, K., Gummi Werkstoffe, 1.Auflage, Würzburg, 1981, S.1

⁴ Gohl, W., Spies, K., Elastomere - Dicht und Konstruktionswerkstoffe, 5. Auflage,

Renningen, 2003 , S.9

⁵ Battermann, W., Köhler, R., Elastomere Federung Elastische Lagerung, 1. Auflage, Berlin,

München , 1982, S.1