Dank Elastomeren haben die Wissenschaft und das Ingenieurwesen große Fortschritte gemacht. Elastomere werden in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, von Reifen bis hin zu Dichtungen für Industriemaschinen. Sie haben bemerkenswerte Eigenschaften wie Flexibilität, Haltbarkeit und Vielseitigkeit. Egal, ob Sie sich für Polymere begeistern, Werkstoffingenieur oder Produktdesigner sind, dieser Artikel vermittelt Ihnen fundiertes Wissen über Elastomere, ihr besonderes Verhalten, ihre Anwendungen und Eigenschaften. Die Informationen in diesem Artikel geben Ihnen einen besseren Einblick in die Funktionsweise von Elastomeren, ihre Unterschiede zu anderen Materialien und ihre Innovationskraft in vielen Branchen. Dieser Artikel untersucht gründlich eine der wichtigsten Formen moderner Materialien.
Was sind gummiartige Materialien und Elastomere?
Elastomere, auch als gummiartige Materialien bekannt, sind eine Klasse von Polymeren, die eine bemerkenswerte Elastizität aufweisen. Bei der Anwendung können diese Materialien eine große Ausdehnung erfahren, aber sobald die Kraft entfernt wird, neigen sie dazu, in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Diese erstaunliche Eigenschaft resultiert aus dem langen und kettenförmigen Aufbau ihrer Molekülstruktur, der ein einfaches Entwirren und Aufrollen ermöglicht, was bei vielen gummiartigen Substanzen zu beobachten ist. Die beliebteste Verwendung dieser Materialien sind Verbindungen, die ein gewisses Maß an Flexibilität, Festigkeit und Elastizität aufweisen müssen, wie Dichtungen, Dichtungsringe und Reifen. Ihre Vielseitigkeit in der Leistung macht sie unter anderem in der Automobil-, Gesundheits- und Bauindustrie unverzichtbar, wo unterschiedliche Arten von Materialien benötigt werden.
Die Grundlagen elastomerer Polymere verstehen
Elastomere Polymere sind Verbundstoffe, die sich bei Krafteinwirkung enorm ausdehnen lassen, aber bei Wegnahme der Kraft wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Ihre Eigenschaften lassen sich auf ihre besondere Molekülstruktur zurückführen, die lange, gewundene Polymerketten aufweist, die die Steifigkeit verringern. Naturkautschuk, Silikonkautschuk und Polyurethan sind einige der am häufigsten verwendeten Elastomerpolymere und sie sind in verschiedenen Anwendungen häufig austauschbar. Aufgrund ihrer Verschleißfestigkeit, Elastizität und Dicke werden diese Materialien häufig in Dichtungen, Schläuchen, Reifen und medizinischen Geräten verwendet. Diese Polymere machen sie in verschiedenen Branchen unverzichtbar.
Naturkautschuk vs. synthetische Elastomere
Auffallend unterschiedlich sind Naturkautschuk und synthetische Elastomere, die unterschiedliche Elastomere mit unterschiedlichen Eigenschaften zu sein scheinen. Naturkautschuk, der aus dem Milchsaft des Gummibaums (Hevea brasiliensis) gewonnen wird, ist für seine hohe Elastizität, erhebliche Zugfestigkeit und hervorragende Abrieb- und Ermüdungsbeständigkeit bekannt. Aufgrund seiner dynamischen Eigenschaften wird er häufig für Autoreifen, Förderbänder und vibrationshemmende Teile verwendet. Wie bereits erwähnt, hat Naturkautschuk den großen Vorteil, dass er sehr elastisch ist und daher auch bei hoher Belastung einsatzfähig ist.
Synthetische Elastomere hingegen sind chemische Verbindungen und umfassen unter anderem Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Nitrilkautschuk (NBR) und Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM). Diese Elastomere wurden für spezielle Anwendungen entwickelt, bei denen Öle, Hitze und Chemikalien erforderlich sind. Beispielsweise wird SBR häufig aufgrund seiner Abriebfestigkeit und seiner Fähigkeit, rauen Bedingungen standzuhalten, verwendet. NBR weist eine gute Leistung in öligen Umgebungen auf und eignet sich für den Einsatz an Kraftstoffschläuchen und Dichtungen. Darüber hinaus wird EPDM aufgrund seiner Witterungs- und UV-beständigen Eigenschaften hauptsächlich für Dacheindeckungen und Autodichtungen verwendet.
Bei synthetischen Elastomeren wurde ein höheres Konstruktionsvolumen, eine höhere Reproduzierbarkeit und Einheitlichkeit festgestellt, was es auch ermöglicht, die charakteristischen Merkmale des Produkts zum Zeitpunkt der Herstellung anzupassen. Die weltweite Produktion von synthetischem Kautschuk belief sich im Jahr 15.3 auf etwa 2022 Millionen Tonnen Umsatz, was einen erheblichen Anstieg im Vergleich zu den verzeichneten 13.9 Millionen Tonnen Naturkautschuk darstellt und auf eine erhöhte Nachfrage nach synthetischen Alternativen im Automobil- und Industriesektor hindeutet.
Synthetische Elastomere können Vorteile wie eine höhere thermische und chemische Stabilität aufweisen, während die biologische Abbaubarkeit bei Naturkautschuken höher eingeschätzt wird. Beide Kautschuke werden auf der Grundlage von Anwendung, Umweltbedingungen und zu erfüllenden Zielen ausgewählt. Mit den jüngsten Fortschritten im Bereich der Materialwissenschaft wurden sowohl natürliche als auch synthetische Elastomere optimiert, was ihre Bedeutung in zahlreichen Branchen untermauert.
Wichtige Eigenschaften gummiartiger Materialien
Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften natürlicher und synthetischer Elastomere sind ziemlich erstaunlich. Deshalb halten die meisten Menschen gummiartige Materialien, auch Elastomere genannt, für recht einfallsreich. Einige der wichtigsten Eigenschaften gummiartiger Materialien sind unten aufgeführt:
Elastizität und Flexibilität
Einfach ausgedrückt lässt sich ein Elastomer merklich verformen und nimmt seine ursprüngliche Form wieder an, wenn die Kraft entfernt wird. Die enorme Dehnungsrate von 500 %, die einige Materialien erreichen können, stützt die Behauptung, dass Elastomere eine einzigartige Polymerstruktur haben.
Zugfestigkeit und Haltbarkeit
Die Zusammensetzung von Gummi bestimmt seine Zugfestigkeit, die normalerweise in Megapascal angegeben wird. Bei Naturkautschuk liegt diese Grenze oft zwischen 15 und 25 Megapascal. Synthetische Elastomere wie Nitril- oder Silikonkautschuk können dagegen für ein breiteres Spektrum mechanischer Anforderungen manipuliert werden.
Temperaturbeständigkeit
Elastomere weisen ein breites Spektrum an thermischen Eigenschaften auf. Während beispielsweise Naturkautschuk bei Raumtemperatur hervorragend funktioniert und bis zu 80 Grad Celsius funktioniert, können synthetische Stoffe wie Silikon sogar bei über 230 Grad Celsius optimal funktionieren und behalten sogar bei Minustemperaturen ihre Flexibilität.
Chemikalien- und Ölbeständigkeit
Sowohl NBR- als auch FKM-Copolymere sind widerstandsfähig gegen Verschleiß durch Fett, Öl und verschiedene Chemikalien und werden daher in Dichtungen und Dichtungsringen für industrielle Zwecke eingesetzt. Naturkautschuk hingegen ist zwar flexibel, jedoch gegenüber derartigen Angriffen anfällig.
Abrieb- und Verschleißfestigkeit
Es gibt Unterschiede in der Verschleißfestigkeit von Materialien mit gummiartigen Eigenschaften. Naturkautschuk beispielsweise zeichnet sich durch eine hohe Elastizität aus, die ihm eine angemessene Verschleißfestigkeit verleiht, sodass er für Hochleistungsreifen für Fahrzeuge und Förderbänder verwendet werden kann, im Gegensatz zu Polyurethan-Elastomeren, die in abriebempfindlichen Umgebungen eine bessere Leistung erbringen.
Elektrische Isolierung und Durchschlagsfestigkeit
Viele Silikon- und EPDM-Elastomere werden als Isolatoren eingesetzt, da sie eine hohe dielektrische Festigkeit aufweisen und durch elektrischen Strom nicht so leicht zerstört werden. Diese Eigenschaften erleichtern den Einsatz im Elektro- und Elektronikbereich.
Umweltstabilität
Naturkautschuk ist relativ gut biologisch abbaubar, wohingegen die meisten synthetischen Elastomere ozon-, UV- und witterungsbeständiger sind, wie etwa EPDM-Kautschuk, der den Auswirkungen der Witterung standhält.
Diese Eigenschaften und Merkmale verdeutlichen, warum Materialien mit gummiartigen Eigenschaften Einsatz in verschiedenen Branchen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Gesundheits- und Verbraucherbranche. Diese Materialien sind von Natur aus neuartig, und die Bemühungen, Technologie und Herstellungsverfahren voranzubringen, werden fortgesetzt.
Wie unterscheiden sich gummiartige Materialien von anderen Polymeren?
Vergleich von Elastomeren mit Thermoplasten und Duroplasten
Jeder Polymer, einschließlich Elastomer, Thermoplaste und Duroplast, weist unterschiedliche Eigenschaften, Anwendungen und Strukturen auf. Nehmen wir beispielsweise Naturkautschuk; seine Molekularstruktur ist lose korreliert, was ihm eine „gummiartige“ Eigenschaft verleiht. Ein Material, das gedehnt werden kann und dann in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehren kann, wird als elastisch bezeichnet, und Natursilikonkautschuke fallen tendenziell in diese Kategorie, da Silikonkautschuke eine hohe Elastizität aufweisen.
Thermoplaste sind anders. Polyethylen, Polystyrol und PVC sind allesamt Beispiele für nicht vernetzte Polymere. Ihre Molekülketten sind nicht miteinander verflochten, was wiederum ermöglicht, dass sie immer wieder erhitzt und neu geformt werden können, ohne Schaden zu nehmen. Diese Eigenschaften machen Thermoplaste ideal für Extrusionen und Spritzguss. Darüber hinaus werden sie für Produkte benötigt, die autoklavierbar sein müssen, wie etwa Autoteile, Konsumgüter und Lebensmittelverpackungen.
Epoxidharze, Harze und Phenol-Duroplaste können ebenfalls verwendet werden, werden jedoch nicht in mehr als einem Zyklus verwendet, da Duroplaste im Gegensatz zu Thermoplasten nur einmal umgeformt werden können, und zwar durch Aushärten. Dadurch erhalten sie nachweislich eine effektive Netzwerkstruktur, die sie widerstandsfähig gegen thermische Belastungen macht und ihnen somit eine lange Haltbarkeit verleiht. Weitere Anwendungsbeispiele sind elektrische Isolierung sowie Luft- und Raumfahrt- und Baukomponenten, die eine hohe strukturelle Festigkeit erfordern.
Aus den Zahlen geht hervor, dass Elastomere wie Naturkautschuk eine Zugfestigkeit im Bereich von 15 bis 25 MPa aufweisen, wie einige Studien zeigen, während thermoplastische Materialien wie Polypropylen Werte von bis zu 40 MPa erreichen können. Es ist jedoch fair zu erwähnen, dass Duroplaste deutlich höhere Werte aufweisen und mit der richtigen Formulierung über 50 MPa erreichen können. Dennoch haben Elastomere einen Vorteil, da sie in puncto Flexibilität überlegen sind, da sie über 500 % gedehnt werden können, bevor sie reißen. Im Gegensatz dazu haben andere Materialien wie Duroplaste Mühe, die 50-%-Marke zu überschreiten.
Unter Berücksichtigung der gegebenen Eigenschaften ist die Auswahl eines geeigneten Polymers für die Anwendungsanforderungen hinsichtlich mechanischer, thermischer und chemischer Eigenschaften von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise eignen sich Elastomere gut für Dichtungen und Dichtungsringe, während Thermoplaste sich gut für leichte (Komponenten) eignen. Duroplaste hingegen eignen sich gut für Bereiche, in denen Wärme- und Temperaturbeständigkeit erforderlich ist.
Einzigartige mechanische Eigenschaften gummiartiger Materialien
Elastomere oder gummiartige Materialien werden aufgrund ihrer einzigartigen Kombination mechanischer Eigenschaften als separate Materialgruppe klassifiziert. Sie verfügen über eine erstaunliche Elastizität, die es ihnen ermöglicht, sich mit einer Kombination aus Verbindungsdichte um bis zu 700 % zu verformen. Es ist ersichtlich, dass sie eine enorme Dehnungsfähigkeit haben, die für Anwendungen mit einem hohen Maß an Flexibilität und Belastbarkeit hilfreich ist.
Elastomere weisen im Vergleich zu Thermoplasten und Duroplasten geringere Elastizitätsmodulwerte auf, die üblicherweise im Bereich von 0.01 bis etwa 10 MPa liegen. Dadurch verlieren sie viel an Steifigkeit, was ihnen ermöglicht, Energie aus Elastomeren aufzunehmen und abzuleiten, hochwertige Stoßdämpfungs- und Schwingungsisolationsanwendungen zu bieten und die Dichtefunktionen zu belasten. Darüber hinaus besitzen Elastomere eine nichtlineare Elastizität und Spannung, was ihnen aufgrund von Hysterese und Energieverlust während dynamischer Belastung ein breites Anwendungsspektrum in einer dynamischen Umgebung verleiht.
Darüber hinaus weisen Materialien wie Gummi starke mechanische Eigenschaften in einem weiten Temperaturbereich auf. Vulkanisierter Gummi kann beispielsweise je nach Zusammensetzung Temperaturen von minus 120 bis über XNUMX Grad Celsius standhalten und bleibt dabei zäh und flexibel. Diese Eigenschaft ist für Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie von größter Bedeutung.
Elastomere haben die außergewöhnliche Fähigkeit, nach starker Verformung ihre ursprüngliche Form wiederzuerlangen. Diese Eigenschaft wird als Elastizität oder Elastizitätsrate bezeichnet. Bei reflexivem Naturkautschuk kann die Elastizitätsrate bis zu 70 % erreichen, was darauf hindeutet, dass der Kautschuk nach einer kurzen Kompression schnell wieder seine ursprüngliche Form annehmen kann. Diese Eigenschaft ist bei Elementen wie Dichtungen, Ringen, Dichtungsringen und Reifen sehr empfehlenswert, da die mechanische Belastung des Bauteils immer erhalten bleibt.
Bei der Änderung der Rezeptur und beim Erreichen der Konstruktionsparameter werden immer Elastomere zum Einsatz kommen, da sie zu den nützlichsten Rohstoffen im technischen Bereich zählen.
Vernetzung und ihr Einfluss auf die Elastizität
Durch die Vernetzung wird die Flexibilität von Elastomeren erheblich verändert, indem zwischen den dichten Polymerketten ein Netz chemischer Bindungen aufgebaut wird. Diese Bindungen schränken die Freiheit der Ketten ein, wodurch die Masse so konstruiert werden kann, dass sie sich unter Belastung verformen kann, aber nach dem Nachlassen der Belastung ihre Form wiedererlangt. Die Konzentration der Vernetzungen bestimmt den Grad der Elastizität – eine höhere Dichte bedeutet mehr Festigkeit, jedoch auf Kosten der Flexibilität, während eine geringere Dichte mehr Elastizität, jedoch keine höhere Festigkeit bedeutet. Diese Entscheidung ist entscheidend, da die Anwendung von Elastomeren in Automobil- oder Industriekomponenten, die bestimmte Leistungsmerkmale erfordern, ein solches Gleichgewicht erfordert.
Was sind die häufigsten Arten von gummiartigen Materialien?
Silikonkautschuk und seine Anwendungen
Silikonkautschuk weist eine hervorragende Haltbarkeit, Flexibilität und thermische Stabilität auf, was seine weit verbreitete Verwendung in verschiedenen Branchen erklärt. Seine Verwendungsmöglichkeiten decken ein breites Spektrum ab, darunter Dichtungen, Dichtungsringe und Schläuche in der Automobil- und Luftfahrtindustrie sowie medizinisches Silikon, das in Prothesen und Implantaten verwendet wird. Darüber hinaus wird Silikon aufgrund seiner ungiftigen Eigenschaften und seiner hervorragenden Witterungsbeständigkeit häufig zur Herstellung von Küchenutensilien, Abdichtungen, Elektronik und anderen Konsumgütern verwendet.
EPDM-Kautschuk: Eigenschaften und Verwendung
EPDM-Kautschuk, auch Ethylen-Propylen-Dien-Monomer genannt, ist eine Art synthetischer Kautschuk, der sich durch seine hervorragende Wetter-, UV- und Temperaturbeständigkeit auszeichnet. Aufgrund seiner Elastizität und Flexibilität eignet er sich für Dachbahnen, Dichtungen und Automobilkomponenten wie Schläuche und Dichtungsstreifen. EPDM-Kautschuk ist außerdem wasser- und dampfbeständig und enthält eine Vielzahl von Chemikalien, was seine Verwendung in der Industrie und im Bausektor begünstigt. Darüber hinaus ist er thermoplastisch, wodurch er umweltbeständig ist und seine Eigenschaften auch unter rauen Bedingungen über einen längeren Zeitraum behält.
Thermoplastische Elastomere (TPEs) erklärt.
Ein thermoplastisches Elastomer (TPE) kann als thermoplastisches und elastomeres Material beschrieben werden, das die Eigenschaften sowohl von vulkanisiertem Gummi als auch von Thermoplasten aufweist. Dieses TPE kann durch Schmelzen und Spritzgießen geformt werden und kann durch Heißschmelzverarbeitung, Extrusion oder 3D-Druck in die gewünschte Endform gebracht werden.
TPE zeichnet sich durch seine Mischung aus Styrolpolymeren oder Thermoplasten mit harter Textur und weichen, elastomeren Bereichen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften aus. Mit unterschiedlichen Formulierungen können TPEs Elastomere mit verbesserter Zugfestigkeit, hoher Schlagfestigkeit und besserer Elastizität sein. Diese Materialien sind äußerst vielseitig, da sie in Branchen wie der Automobilindustrie, der Medizin und vielen anderen eingesetzt werden können. In der Automobilindustrie können TPE-Elastomere eingesetzt werden, um Kabel um Fahrzeugisolierungen herum zu verlegen und flexible Dichtungssysteme zu ermöglichen.
Den neuen Erkenntnissen zufolge steigt die Nachfrage nach TPE stetig an. Die Entwicklung neuer Materialtechnologien und die zunehmende Vorliebe der Verbraucher für nachhaltige Lösungen dürften die globale Wachstumsrate des TPE-Marktes (geschätzte CAGR) in den nächsten Jahren auf etwa 6 bis 7 % steigern. TPE erfüllen jedoch auch in der Medizin einen wichtigen Zweck, beispielsweise für Schläuche, Dichtungen oder sogar kurzzeitig tragbare Geräte, bei denen Biokompatibilität und Stabilisierung erforderlich sind.
Es gibt mehrere Arten von TPEs: Styrolblockcopolymere (SBCs), thermoplastische Polyolefine (TPOs), thermoplastische Vulkanisate (TPVs) und Copolyester-Elastomere (COPEs), um nur einige zu nennen. Sie haben auch viele Anwendungsgebiete, da jedes über Eigenschaften verfügt, die es für eine bestimmte Funktion geeignet machen. Beispielsweise eignen sich TPVs, eine Kombination aus vulkanisiertem Gummi und Thermoplasten, am besten für Umgebungen, die über einen längeren Zeitraum hinweg konstante Flexibilität und Dynamik erfordern. SCBs hingegen sind vergleichsweise weicher und leichter zu verarbeiten, weshalb sie häufig in Konsumgütern verwendet werden.
Die oben genannten Materialien zeichnen sich nicht nur durch ihre Leistungsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit aus, sondern sind auch sehr nachhaltig, sodass sie den sich ständig ändernden Anforderungen moderner Industrien gerecht werden können.
Wie werden gummiartige Materialien in verschiedenen Branchen eingesetzt?
Automobilanwendungen von Elastomeren
Elastomere sind im Automobilbereich unverzichtbare Materialien und ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten gehen auch mit einer hohen Wiederholgenauigkeit einher. Aufgrund ihrer hervorragenden Elastizität, Wetterbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften werden Elastomere in einer Reihe von Automobilteilen verwendet, darunter, aber nicht beschränkt auf, Dichtungen, Schläuche und Schwingungsisolatoren.
Ein gutes Beispiel hierfür wäre asymmetrischer Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM), der typischerweise für Dichtungen und ähnliche Anwendungen verwendet wird und eine gute Dichtleistung zwischen verschiedenen Druck- und Temperaturgrenzen bieten soll. Thermoplastische Elastomere (TPEs) werden auch in Soft-Touch-Armaturenbrettern, Antirutschmatten und vielen anderen Innenraumelementen verwendet, um dem Auto ein ansprechenderes Interieur zu verleihen. Silikonelastomere können auch in Turbomotoren für Turboladerschläuche oder Dichtungen verwendet werden, allerdings nur, wenn eine sehr hohe Hitzebeständigkeit erforderlich ist.
Statistiken zur weltweiten Verwendung von Elastomeren deuten auf einen Aufschwung in der Automobilindustrie hin. Die globale Elastomerindustrie erwirtschaftete im Jahr 70 mehr als 2021 Milliarden US-Dollar, wobei der Automobilsektor aufgrund des Anstiegs der Herstellung von Elektrofahrzeugen einen großen Anteil hatte. Darüber hinaus würde die Verwendung fortschrittlicher Verbundwerkstoffe als leichte Elastomermaterialien das Gewicht von Fahrzeugen reduzieren, ein wesentlicher Parameter zur Verbesserung der Energieeffizienz des Fahrzeugs und zur Reduzierung der Emissionen.
Die Verwendung von Elastomeren wurde durch die Verbesserung der Elastomerformulierungen weiter gefördert. So wurde beispielsweise die Entwicklung von Elastomeren mit hoher Dehnung und niedrigem Druckverformungsrest für die Anwendung von Jenkins-Gleitlagern in Aufhängungssystemen und Motorlagern vorangetrieben. Solche Fortschritte führen zu mehr Fahrkomfort und Geräuschdämpfung bei gleichzeitig längerer Lebensdauer und zeigen damit, wie wichtig Elastomere im Automobilbau sind.
Gummiartige Materialien in Dichtungen und Dichtungsringen
In der Automobil-, Aerosol- und Medizintechnikbranche werden Elastomere für Dichtungen und Dichtungsringe verwendet. Diese Materialien sind für ihre Leistung von entscheidender Bedeutung. Denn das betreffende Material bleibt biegsam, behält ein gewisses Maß an Elastizität und behält seine Abdichtungsfähigkeit auch unter extremen Bedingungen. Nitrilkautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM), Silikonkautschuk und Fluorkohlenwasserstoff (Viton®) werden aufgrund ihrer Beständigkeit gegen Öle, Chemikalien und Temperaturschwankungen häufig verwendet.
Im Vergleich dazu wird NBR aufgrund seiner hervorragenden Abrieb- und Ölbeständigkeit häufig für Öl- und Kraftstoffdichtungen verwendet. EPDM hingegen wird häufig in Bereichen eingesetzt, die Alterung, UV- und Ozonbelastung ausgesetzt sind. Aufgrund seiner Hoch- und Tieftemperaturstabilität scheint Silikonkautschuk das bevorzugte Material für Dichtungsanwendungen mit niedrigen und hohen Temperaturen zu sein. Insbesondere Fluorkohlenwasserstoffelastomere weisen eine außergewöhnliche Chemikalien- und Kraftstoffbeständigkeit auf und werden häufig in Dichtungen für Motoren und andere Geräte verwendet, die aggressiven Chemikalien und Substanzen auf Erdölbasis ausgesetzt sind.
Neuere Materialien erfordern eine höhere Bauteildehnung, Druckverformung und Zugfestigkeit. So wurde beispielsweise beobachtet, dass EPDM-Formulierungen bei hohen Dampf- und Wassertemperaturen von bis zu 150 Grad Celsius lange halten, und Silikondichtungen funktionieren gut in einem Temperaturbereich zwischen -50 und 250 Grad Celsius. Solche Materialien erfüllen auch verschiedene gesetzliche Anforderungen wie REACH und RoHS, die in einem industriellen Umfeld erforderlich sind.
Auch in der Elastomerindustrie gab es Fortschritte infolge der Fortschritte in der Elastomerherstellung sowie in LIM- und automatisierten Extrusionsprozessen, die die Herstellung komplexer Dichtungen und Dichtungen mit hochpräzisen Schnitten ermöglicht haben. Außerdem hat die Nanotechnologie Hybridelastomere hervorgebracht, die Zug- und Wärmestabilitätsfüllstoffe wie Ruß enthalten, die die Lebensdauer verlängern und gleichzeitig den Verschleiß des Dichtungsbandes nur minimal erhöhen. Alle in den vorhergehenden Absätzen erwähnten jüngsten Entwicklungen zeigen, dass die Dichtungskraft und die Dichtungsmaterialien für die moderne technische Umgebung geeignet sind.
3D-Druck mit Elastomermaterialien
Die Herstellung tragbarer Geräte, Dichtungen und Dämpfungselemente, z. B. aus elastomeren 3D-Druckmaterialien, ist Branchen wie der Automobil-, Gesundheits- und Konsumgüterindustrie zu verdanken. Möglich wurde dies durch verbesserte Materialformulierungen und kompatible 3D-Drucktechnologien. Diese Technologien ermöglichen schnelles Prototyping und die Erstellung komplexer Strukturen wie kundenspezifischer Dichtungen und bieten gleichzeitig den Vorteil, dass sie durch speziell zugeschnittene Anwendungen die Leistung steigern.
Welche Vorteile bietet die Verwendung gummiähnlicher Materialien?
Vorteile für Elastizität und Flexibilität
Bei meiner Erfahrung mit gummiartigen Materialien habe ich festgestellt, dass ihre elastischen Eigenschaften und ihre Flexibilität von großem Nutzen sind. Solche Materialien können ohne die Gefahr dauerhafter Schäden über ein beträchtliches Maß hinaus gedehnt und gebogen werden, was sie für dynamische Zwecke gut geeignet macht. Sie weisen außerdem eine gute Dämpfung und Stabilität auf und gewährleisten so eine zuverlässige Leistung unter schwierigen Bedingungen.
Druckverformungsrestfestigkeit und Haltbarkeit.
Materialien aus Gummi weisen einen relativ hohen Druckverformungsrest auf, d. h. die Tendenz des Materials, eine kontinuierliche Druckspannung zu erzeugen. Diese Eigenschaft garantiert, dass Platten, Dichtungen und ähnliche Komponenten aus diesen Materialien im Laufe der Zeit und bei Verformung im Vergleich zu anderen Materialien ihre Form und Funktionalität nicht verlieren. Silikonkautschuk beispielsweise kann unter Standardtestbedingungen Druckverformungsrestwerte im Bereich von 15 bis 20 % aufweisen und bietet somit eine lange Lebensdauer bei Dichtungsanwendungen, selbst wenn sie rauen Temperaturbedingungen ausgesetzt sind.
Diese Materialien sind außerdem speziell für den Einsatz unter extremen Bedingungen konzipiert. Ein bekanntes Material ist EPDM-Kautschuk, der Witterungseinflüssen, UV-Strahlung und Ozon standhält und lange Zeit im Freien verwendet werden kann. Die meisten Studien haben auch gezeigt, dass EPDM-Materialien ihre elastischen und strukturellen Eigenschaften über 25 Jahre lang bei normaler Umweltbelastung beibehalten können. Diese erstaunliche Leistung macht gummiartige Materialien zum Rückgrat von Projekten, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern. Zu diesen Branchen gehören die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Schifffahrts- und Baubranche. Ihre Kosteneffizienz bei Hochleistungsanwendungen ist auf ihre hervorragende mechanische Festigkeit und Belastbarkeit zurückzuführen.
Soft-Touch und ergonomische Eigenschaften
Benutzerkomfort und Produktfunktion sind zweifellos in vielen Branchen von entscheidender Bedeutung. Aspekte wie Soft-Touch und ergonomische Eigenschaften sind jedoch von größter Bedeutung, um diese Funktionalität zu erreichen. Silikon und thermoplastische Elastomere (TPEs) sind derzeit gefragt, da sie die Bedürfnisse aller am besten erfüllen können. Untersuchungen zeigen, dass diese Materialien häufig eine Shore-Härte von 20A bis 80A aufweisen. Dies ist ein sehr breiter Abrollbereich, der sich ideal für Artikel eignet, die sowohl ausreichend flexibel als auch ausreichend stützend sein sollen. Rutschfeste und taktile Eigenschaften machen sie für Nähprodukte wie Werkzeuggriffe, medizinische Instrumente und Mobiltelefone nützlich.
Ergonomisch sind beispielsweise alle Soft-Touch-Werkzeuge, und sie führen auch zu einer Produktivitätssteigerung von bis zu 30 %, beispielsweise durch eine geringere Ermüdung der Hand bei wiederholten Arbeitsschritten, die ihren Einsatz auslösen. Dies ist möglich, indem Druckpunkte gemildert und die Kraft über die Kontaktfläche gleichmäßig verteilt wird. Noch beeindruckender ist, dass die Elastomere nicht nachgeben, egal ob es extrem kalt oder heiß ist, beispielsweise zwischen -40 und 200 Grad Celsius. Der Betriebstemperaturbereich hängt ganz von der verwendeten Formulierung ab. All diese Eigenschaften tragen nicht nur zur Verbesserung der Benutzerzufriedenheit bei, sondern tragen auch zu einer Verlängerung der Produktlebensdauer und -haltbarkeit bei, die sich an Endbenutzer im Besonderen und kommerzielle Märkte im Allgemeinen richtet.
Wie wählen Sie das richtige gummiartige Material für Ihr Projekt aus?
Bewertung von Materialeigenschaften für spezifische Anwendungen
Bei der Verwendung von Elastomermaterialien für bestimmte Anwendungen müssen bestimmte Materialeigenschaften priorisiert und hinsichtlich ihrer Betriebsbedingungen und Eignung für die Anwendung aufgelistet werden. Nachfolgend finden Sie eine Liste der Eigenschaften und der dafür erforderlichen Merkmale:
Härte (Shore A/D)
Diese Eigenschaft gibt Aufschluss über die Fähigkeit des Materials, Kräften und Verformungen standzuhalten und somit die Verschleißanfälligkeit von Gummi zu bestimmen.
Elastomere liegen typischerweise zwischen A Shore 20–90 und D Shore 30–70.
Zugfestigkeit (MPa oder psi)
Die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es zu einem Bruch kommt, wird auch als Zugfestigkeit bezeichnet.
Die Spezifikationen für gummiähnliche Materialien liegen zwischen 5 MPA und 25 MPA bzw. 725 psi und 3625 psi.
Bruchdehnung (%)
Die Fähigkeit eines Materials, sich zu verformen und dabei seine strukturelle Form beizubehalten, ermöglicht eine Erhöhung des Bruchprozentsatzes.
Je nach Formulierung liegt der Anteil bei den meisten Elastomeren zwischen 100 und 700 Prozent.
Druckverformungsrest (%)
Die Fähigkeit des Materials, seine ursprüngliche Dicke wiederherzustellen, selbst wenn es über einen langen Zeitraum einer Druckkraft ausgesetzt ist, wird durch den Druckverformungsrest in Prozent bestimmt.
5 bis 30 Prozent ist ein typischerweise niedriger Druckverformungsrest-Prozentsatz, den ideale Materialien aufweisen.
Die Reißfestigkeit (N/mm oder lb/in) ist eine Schlüsseleigenschaft zur Beurteilung der Haltbarkeit von gummiartigen Materialien.
Gibt an, wie gut das Material der Ausbreitung von Schnitten und Rissen widerstehen kann.
Die Weiterreißfestigkeit der Standardmischungen liegt zwischen 10 N/mm und 50 N/mm. Über 50 N/mm sind selten.
Thermische Stabilität
Er wird als der Temperaturbereich bestimmt, in dem das Elastomer ohne Leistungseinbußen beansprucht werden kann.
Bei Hochleistungselastomeren liegen die typischen Extremwerte zwischen -40 Grad Celsius, was -40 Fahrenheit entspricht, und einem oberen Bereich von 200 Grad Celsius oder 392 Fahrenheit.
Chemische Resistenz
Testet den Stoff auf seine Beständigkeit gegen Öle, Kraftstoffe, Lösungsmittel und andere Chemikalien.
Wählen Sie Materialien, die gegenüber den in Ihrer Anwendung vorhandenen Chemikalien beständig sind.
Alterungsbeständigkeit
Testen Sie die Polymere unter ungünstigen Bedingungen wie UV-Licht, Feuchtigkeit, Ozon usw., um die Leistungsbeständigkeit im Laufe der Zeit zu bestimmen.
Wählen Sie Elastomere mit Alterungszusätzen, da diese eine längere Lebensdauer haben.
Abriebfestigkeit
Bestimmt, inwieweit ein Material Verschleiß durch Reibungskräfte widerstehen kann.
Wenn Sie in einer Umgebung mit hoher Beanspruchung arbeiten, können Sie davon ausgehen, dass der Installateur Materialien verwendet, deren Abriebfestigkeit über dem Durchschnitt liegt.
Signaldichte
Alles in allem wirkt sich die Dichte eines Materials in g/cm3 entsprechend auf das Gesamtgewicht eines Produkts aus.
Gummiartige Materialien haben typischerweise Dichtewerte zwischen 0.9 g/cm3 und etwa 1.5 g/cm3.
Alle diese Eigenschaften müssen berücksichtigt werden, da sie bestimmen, welche Materialien für die jeweilige Anwendung am besten geeignet sind, wie das beste Verhältnis zwischen Leistung und Kosten sowie Haltbarkeit aussieht. Einige Eigenschaften, wie etwa ungewöhnliche Zusammensetzungen, müssen möglicherweise durch andere Mittel als Datenblätter oder Labortests bestätigt werden.
Berücksichtigung von Umweltfaktoren und chemischer Beständigkeit
Um die Nachhaltigkeit und Wirksamkeit eines Artikels sicherzustellen, sollten die in verschiedenen Anwendungen verwendeten Materialien gründlich auf ihre Umweltauswirkungen und ihre Beständigkeit gegen eine Reihe flüchtiger Chemikalien untersucht werden. Zu den Umweltauswirkungen zählen UV-Strahlung, extrem hohe oder niedrige Temperaturen und Feuchtigkeit, von denen bekannt ist, dass sie Materialien mit der Zeit beschädigen. Chemische Beständigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit des Materials, nach Kontakt mit bestimmten Chemikalien wie Säuren, Basen oder sogar Lösungsmitteln nicht zu zerfallen.
Solche Probleme können durch Simulation der entsprechenden Betriebsbedingungen und Prüfung der Materialien gelöst werden. Silikonelastomere beispielsweise sind sehr UV-beständig und temperaturbeständig und können daher in vielen Außenanwendungen eingesetzt werden. In anderen Fällen sind Materialien wie Naturkautschuk gegenüber bestimmten Chemikalien oder direkter Sonneneinstrahlung nur wenig beständig und zersetzen sich daher schnell. Industrielle Prüfnormen wie ASTM D471 für die chemische Permeation oder Diagramme zur Materialverträglichkeit können vielfach dazu beitragen, fundierte Entscheidungen zu treffen.
Abwägung von Kosten und Leistung bei der Materialauswahl
Die Auswahl des geeigneten Materials innerhalb eines bestimmten Budgets und mit dem besten Verhältnis zwischen Leistung und Betriebsbedarf erfordert die Bewertung der langfristigen und kurzfristigen Anforderungen, was erhebliche Kosten verursacht. In einem solchen Szenario sind Wartungskosten, Funktionalität und Materialhaltbarkeit wichtige Kriterien für die Materialauswahl. Eine geringere Austauschhäufigkeit, weniger Betriebsausfallzeiten und ein besseres Verhältnis zwischen Leistung und Kosten sind alles Möglichkeiten einer effizienten Materialauswahl. Kostensenkungstechniken wie die Entwicklung von Kosten-Nutzen-Analysen und die Verwendung von technischen Standards oder Herstellerdaten tragen dazu bei, dass logistische Entscheidungen getroffen werden, ohne das Verhältnis zwischen Leistung und Kosten zu beeinträchtigen.
Was sind die neuesten Innovationen im Bereich gummiähnlicher Materialien?
Fortschritte in der Materialwissenschaft für Elastomere
Viele Entwicklungen im Elastomerbereich steigerten die Leistung und erweiterten den Anwendungsbereich in vielen Branchen. Thermoplastische Elastomere (TPEs) sind eine solche Innovation, die sowohl Eigenschaften von Thermoplasten als auch von Elastomeren besitzen. Sie haben ein viel höheres Recyclingpotenzial und sind weniger umweltschädlich als andere Materialien, da sie thermoplastisch im Spritzgussverfahren oder durch Extrusion verarbeitet werden können.
Darüber hinaus veränderte die Einführung graphengefüllter Elastomerprodukte die Welt der Materialien. Die Kombination aus unvergleichlicher Festigkeit, Wärmeleitung und chemischer Stabilität von Graphen erhöht die Verschleiß- und Wärmebeständigkeit von Elastomeren und macht sie für den Einsatz unter rauen Bedingungen wie in der Luft- und Raumfahrt und bei Hochleistungsreifen geeignet. Graphenverbundstoffe beispielsweise weisen im Vergleich zu herkömmlichen Elastomeren eine um 200-300 % höhere Zugfestigkeit auf.
Interessante Tendenzen gehen auch mit der Entstehung biobasierter Elastomere einher, da Forscher beginnen, sich mit umweltfreundlichen Alternativen aus nachwachsenden Rohstoffen zu befassen. Die Fähigkeit, biobasierte Elastomere, die Naturkautschuk oder pflanzliche Materialien enthalten, biologisch abbaubar zu machen, macht sie für die Automobil- und Medizinbranche geeignet und führt zu einem geringeren CO2-Fußabdruck.
Die neuen Anwendungen von Elastomeren erfüllen die Anforderungen der modernen Industrie an Effizienz, Nachhaltigkeit und hohe Leistungsfähigkeit durch Fortschritte in der additiven Fertigung von Schmierstoffen, insbesondere durch den 3D-Druck von Elastomerkomponenten. Sie bieten umfassende neue Designmöglichkeiten. 3D-Druckverfahren für Flüssigsilikonkautschuk (LSR) heben sich von anderen Verfahren ab, da sie komplexe Geometrien, die Herstellung von Hochleistungskomponenten für medizinische Geräte, kundenspezifische Dichtungen oder tragbare Technologien ermöglichen. Diese Trends verschieben die Grenzen der Klebstoffindustrie erheblich.
Innovative und reaktionsfreudige gummiartige Materialien
Materialien, die früher als unzuverlässig galten, werden nun für den Einsatz in der Medizin weiterentwickelt. Diese neue Technologie wird durch die Verwendung gummiartiger Partikel unterstützt, die auf Licht, Elektrizität, Wärme oder Magnetfelder reagieren. Solche Materialien spielen im Gesundheitswesen und in der Luftfahrt eine wichtige Rolle, da sie sehr vielseitig sind.
Gummimaterialien, die zu Self-Memory-Elastomeren oder SMEs geformt werden, können ihre Strukturen aufgrund von Temperaturänderungen ausdehnen. Diese Strukturen können als Stents oder Katheter verwendet werden, da sie zur Umstrukturierung nur einen geringen Kraftaufwand erfordern und leicht kontrolliert werden können. Neben einer hohen Rückgewinnungsrate von über 95 % können sie wiederverwendet werden.
Elektrisch leitfähige Polymerelastomere heben sich von den anderen ab. Sie sind großartige Alternativen zu anderen Produkten, da sie Teile von Touchscreens, Sensoren und sogar Kleidung ersetzen können. Durch die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren oder Graphen, die in elastischen Materialien enthalten sind, können sich diese Elastomere um bis zu 500 Prozent dehnen und bleiben dabei bei 10³ S/m leitfähig, wodurch die Haltbarkeit und Effizienz der Elektronik erheblich gesteigert wird.
Elastomere, die sowohl magneto- als auch elektroreaktiv sind, sind vielseitig einsetzbar und können ihre mechanischen Eigenschaften ändern, wenn sie einem magnetischen oder elektrischen Feld ausgesetzt werden. Magnetorheologische Elastomere (MREs) beispielsweise können als Schwingungsdämpfer in der Automobilindustrie und in der Industrie eingesetzt werden, indem sie mithilfe eines Magnetfelds ihren dynamischen Modul um bis zu 60 % ändern.
Darüber hinaus haben Entwicklungen im Bereich der hydrogelstabilisierten Elastomere neue Maßstäbe im Bereich der Biotechnik und Softrobotik gesetzt. Diese Materialien sind speziell formuliert und weisen eine verbesserte Feuchtigkeitsspeicherung, höhere mechanische Festigkeit im Nass- und Trockenzustand sowie eine erhöhte Biokompatibilität auf. Neu entwickelte Hydrogel-Elastomer-Hybride haben die Fähigkeit, nach Verformung durch hohe Zugbelastung eine Formrückgewinnung von bis zu 80 % zu erreichen. Diese Eigenschaft wird durch ihre Verwendung in synthetischen Muskelsystemen und weichen Greifern hervorragend ergänzt, da diese die Verwendung fester und dennoch flexibler Materialien erfordern.
Im Allgemeinen bereichern und revolutionieren neue und reaktionsfähige gummiartige Materialien die verschiedenen technologischen Dynamiken durch ihre Benutzerfreundlichkeit und erfüllen die Anforderungen bestimmter Bereiche der Technik und des Designs, während gleichzeitig die Berücksichtigung der ökologischen Nachhaltigkeit gewährleistet wird.
Nachhaltige und umweltfreundliche Elastomer-Optionen
Nachhaltige und grüne Elastomere streben ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Umweltfreundlichkeit an. Biobasierte Elastomere sind eine neue Technologie in diesem Bereich, die sich auf die Verwendung nachhaltiger Materialien wie Naturkautschuk und Pflanzenöl konzentriert. Solche Materialien verringern die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Quellen und weisen in der Regel ähnliche mechanische Eigenschaften wie andere Materialien auf. Darüber hinaus macht die Forschung an Elastomer-Recyclingtechnologien Abfallmaterialien wiederverwendbar, was die Materialverschwendung reduziert und sicherstellt, dass Materialien auf umweltverträgliche Weise recycelt werden. Thermoplastische Elastomere (TPEs) sind eine weitere praktikable und umweltfreundliche Option, da sie im Gegensatz zu herkömmlichen duroplastischen Elastomeren wiederholt erneuert und umgeformt werden können. Alle diese Methoden entsprechen im Wesentlichen dem globalen Ziel, Emissionen, Ressourcenverschwendung und Materialproduktion linear zu reduzieren.
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
F: Was sind Elastomere und worin unterscheiden sie sich von anderen Materialien?
A: Elastomere sind Materialien, die sich wie Gummi verhalten und die Eigenschaft haben, sich unter Belastung zu verformen und nach Wegfall der Belastung wieder in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Was Elastomere von anderen Stoffen unterscheidet, ist ihre enorme Elastizität, Flexibilität und Haltbarkeit. Darüber hinaus bestehen Elastomere aus langen Polymerketten, die die Verformung und Rückbildung unterstützen und dadurch eine gummiartige Elastizität und die Eigenschaften weicher Materialien aufweisen.
F: Welche verschiedenen Arten von Elastomeren gibt es?
A: Bis heute gibt es einige gut dokumentierte Elastomertypen. Ganz oben auf der Liste stehen Naturkautschuke, auch Latex genannt, gefolgt von synthetischen Kautschuken der Ethylen-Propylen-Kautschuk-Klasse, Silikonkautschuken, Polyurethanen und thermoplastischen Elastomeren. Jeder Elastomertyp besitzt unterschiedliche Eigenschaften. Daher können sie in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Dazu gehören Autoteile, medizinische Geräte und eine breite Palette von Konsumgütern.
F: Welche Auswirkungen hat die elastische Dehnung auf die Leistung von Elastomeren?
A: Eine der wichtigsten Eigenschaften von Elastomeren ist, dass sie reichlich vorhanden sind und gedehnt werden können, ohne zu brechen; diese Eigenschaft wird als Dehnung bezeichnet. Ein weiterer wichtiger Messwert für jedes Elastomer ist die Bruchdehnung, die Aufschluss über die Flexibilität und Haltbarkeit des analysierten Polymers gibt. Der allgemeine Trend geht dahin, dass Polymere mit hohen Dehnungsverhältnissen einer größeren Verformung standhalten können, bevor sie versagen, was sie ideal für Anwendungen macht, die extreme Flexibilität oder wiederholtes Dehnen erfordern.
F: Was ist Viskoelastizität und welche Bedeutung hat sie bei Elastomeren?
A: Verschiedene Elastomere weisen Viskoelastizität auf, die ihre Eigenschaften zu einer Eigenschaft kombiniert. Das bedeutet, dass Elastomere im Laufe der Zeit Dehnung zeigen, wenn sie geschnitten oder beansprucht werden, da es sich um viskoelastische Materialien handelt. Die Reaktion von Elastomeren als viskoelastische Materialien verändert viele ihrer Materialparameter, wie z. B. ihren Modul und ihre Viskosität, was wiederum ihre Leistung unter verschiedenen Belastungsbedingungen beeinflusst.
F: Besprechen Sie, wie sich Elastomere verhalten, wenn sie verschiedenen Stressfaktoren ausgesetzt werden.
A: Wenn man Elastomere im Hinblick auf ihr Materialverhalten betrachtet, zeigen sie unterschiedliche Eigenschaften und strukturelle Reaktionen auf unterschiedliche Belastungen, wie Druck-, Zug- oder Scherspannungen. Diese Belastungen können dazu führen, dass sich Elastomere stark verformen, ohne dass dies dauerhafte Auswirkungen hat, da ihre Energie ihren Modul (Steifigkeit), ihre Dehnungsenergiedichte und ihre Energieableitungsfähigkeit absorbiert. Darüber hinaus hängen die elastischen Eigenschaften gummiartiger Materialien stark vom Schermodul ab.
F: Welche Aspekte beeinflussen den Härtegrad von Elastomeren?
A: Die Zusammensetzung der Polymerkette, die Vernetzungsdichte und die enthaltenen Polymere wirken sich auf verschiedene Weise auf die Elastomere aus. Die Härte von Elastomeren wird am häufigsten anhand standardisierter Shore-A- und Shore-D-Skalen gemessen, die aus vielen Gründen im Hinblick auf ihre Verwendung in verschiedenen Bereichen für Elastomere wichtig sind. Die Dehnung von Elastomeren ist umgekehrt proportional zur Härte, d. h., je schwieriger es wird, die Form der Verformung zu ändern, die das Elastomer annimmt.
F: Welche Leistung erbringen Elastomere in der Prototypphase von Produkten?
A: Insbesondere ermöglicht der PolyJet-3D-Druck die Herstellung von Teilen, die je nach den Anforderungen einer bestimmten Elastomerkomponente mehr oder weniger Elastomer sind. Daher können Designer und Ingenieure ihre Designs bequem ändern und besser funktionierende Prototypen herstellen, da sie Prototypen mit Elastomeren erstellen können, die sich bei Verwendung im Design wie die endgültigen Produktionselastomere verhalten. Diese elastomerbasierten Komponenten sind häufig 3D-gedruckte Teile, die zur Rationalisierung der Produktion beitragen und beim Rapid Prototyping helfen.
F: Warum ist es wichtig, dass Elastomere chemisch beständig sind?
A: Mehrere Elastomere Anwendungen haben die Eigenschaft der Beständigkeit gegen Chemikalien. Es ist erwähnenswert, dass verschiedene Elastomere dazu neigen, unterschiedliche Grade der chemischen Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln, Ölen und vielen anderen Chemikalien zu haben. Diese Eigenschaft wirkt sich auf die allgemeine Haltbarkeit des Materials und seiner Anwendungen aus. Beispielsweise können bestimmte Lösungsmittel dazu führen, dass einige Elastomere aufquellen oder einige ihrer Eigenschaften verlieren. Im Gegensatz dazu weisen andere keine nennenswerte Zersetzung auf und sind daher vielseitig einsetzbar, da sie eine Anwendung an chemisch aggressiven Orten ermöglichen.
F: Wie erklären sich die unterschiedlichen Temperaturen von Elastomeren?
A: Die Temperatur ist ein wichtiger Faktor für das Verhalten von Elastomeren. Bei sinkenden Temperaturen versteifen sich die meisten Elastomere und verlieren relativ an Duktilität, was als Glasübergang bezeichnet wird. Bei höheren Temperaturen hingegen neigen sie dazu, weicher zu werden und in manchen Fällen so stark, dass sie zerstört werden. Bei anderen Elastomeren variiert die Betriebstemperatur, und für verschiedene Anwendungen spielt diese Eigenschaft eine wichtige Rolle bei der Auswahl von Elastomeren, insbesondere für raue Umgebungen.
F: Beschreiben Sie die realen Anwendungen von Elastomeren und nennen Sie uns einige neue Trends bei ihrer Entwicklung und Anwendung.
A: Einige der aufkommenden Trends in der Elastomerentwicklung sind die Herstellung intelligenter Elastomere, die auf äußere Reize oder Druck reagieren können, selbstheilende Elastomere, die Schäden reparieren, und biobasierte Elastomere, die erneuerbare Ressourcen nutzen. Elastomere haben auch ein größeres Potenzial in der Softrobotik, in tragbaren elektronischen Geräten und in fortschrittlicheren medizinischen Geräten. Solche Entwicklungen überschreiten in mehreren Sektoren wirklich die Grenzen neuer Möglichkeiten mit gummiartigen Materialien.
Referenzquellen
1. Große isotrope elastische Deformationen: Über ein allgemeines Modell zur Fusion von Theorie und Experiment an inkompressiblen gummiartigen Materialien
- Autor: Afshin Anssari-Benam
- Zeitschrift: Journal of Elasticity
- Veröffentlichungsjahr: 17. Januar 2023
Die wichtigsten Ergebnisse:
- Es wird ein integratives Modell entwickelt, das experimentelle Daten mit theoretischen Vorhersagen bezüglich der inkompressiblen gummiartigen Materialien verbinden kann, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf großen isotropen elastischen Deformationen liegt.
Methodik:
- Der Autor konstruierte ein Modell und testete dann dessen Gültigkeit durch experimentelle Modellierung, indem er die gummiartigen Polymere unter verschiedenen Belastungsbedingungen untersuchte (Anssari-Benam, 2023, S. 219–244).
2. Ein elastisches Schadensmodell eines gummiartigen Materials, das endliche Dehnung berücksichtigt: Theorie und Algorithmusimplementierung
- Autoren: Zhenjiang Du et al.
- Zeitschrift: Acta Mechanica Sinica
- Veröffentlichungsdatum: 1. März 2023
Die wichtigsten Ergebnisse:
- In diesem Artikel wird ein neues Modell für viskohyperelastische Schäden bei begrenzter Dehnung vorgestellt. Das Modell erfasst das zeitabhängige Verhalten gummiartiger Materialien und erklärt ihr mechanisches Verhalten unter dynamischer Belastung.
Methodik:
- Die Autoren leiteten das Modell aus den Prinzipien der Thermodynamik ab und wendeten es numerisch an, um das Verhalten von gummiartigen Materialien unter verschiedenen Dehnungsbedingungen abzuschätzen (Du et al., 2023, S. 1–8).
3. Ein pseudo-hyperelastisches Modell, das die Geschwindigkeitseffekte für isotrope gummiartige Materialien berücksichtigt
- Autoren: Afshin Anssari-Benam, M. Hossain
- Zeitschrift: Journal of the Mechanics and Physics of Solids
- Veröffentlichungsdatum: 1. Juni 2023
Die wichtigsten Ergebnisse:
- Die Analyse führt ein pseudo-hyperelastisches Modell ein, das die Rateneffekte berücksichtigt und die Abhängigkeit gummiartiger Materialien von verschiedenen Belastungsraten erklärt.
Methodik:
- Die Autoren entwickelten das Modell anhand empirischer Ergebnisse und führten Simulationen durch, um seine Anwendbarkeit auf gummiartige Materialien bei unterschiedlichen Dehnungsraten zu testen (Anssari-Benam & Hossain, 2023).
