Ob es um die Herkunft von Naturkautschuk oder die Vielfalt synthetischer Kautschuke geht: Hier erfahren Sie, wie Produkte "aus Gummi" hergestellt werden und lernen die vielseitigen Anwendungen von Elastomer-Erzeugnissen kennen.
Es gibt ihn seit dem Jahr 1888, den luftgefüllten Reifen. Zunächst auf dem Dreirad des Sohnes von John Boyd Dunlop, seines Zeichens Tierarzt in Belfast, aber nur wenige Jahre später ermöglichten industriell hergestellte Reifen mit Luftfüllung die stürmische Entwicklung der automobilen Fortbewegung bis hin zur heutigen Massenmotorisierung. Seitdem hat man den für das Verkehrswesen geradezu entscheidenden Luftreifen in vielen kleinen, aber stetigen Schritten verbessert. Nur selten kam es zu Aufsehen erregenden Entwicklungssprüngen. Als eine dieser wenigen „Sensationen“ kann man die Erfindung des Gürtelreifens bewerten.
Naturkautschuke, wie sie zur Herstellung von Reifengummi verwendet werden, haben eine gelbe bis bräunliche Farbe, Synthesekautschuk ist meist weiß. Doch unsere Reifen sind schwarz. Warum? Hat man sie vielleicht eingefärbt, damit man den Straßenschmutz daran nicht so sieht? Oder ist das nur ein modischer Gag?
Sieht aus wie Gummi, ist elastisch wie Gummi, fühlt sich an wie Gummi, ist aber kein Gummi: was dann? An der Schnittstelle zwischen Gummi (Elastomere) und Kunststoffen (Thermoplaste) vereinen Thermoplastische Elastomere die Vorteile, Elastizität und thermische Verformbarkeit, der beiden namensgebenden Werkstoffe und eröffnen völlig neue Anwendungsfelder.
Jeder Werkstoff hat seinen spezifischen Charakter. Das findet im populären Wortschatz seinen Ausdruck: hart wie Stein, zäh wie Leder, spröde wie Glas, dehnbar wie Gummi, weich wie Seide. Die grobe Charakterisierung im Sprachgebrauch greift nur ein, wenn auch typisches, Eigenschaftsmerkmal heraus. Gummi kann mehr. Es gibt kaum einen anderen Werkstoff, der eine solche Vielfalt an Eigenschaften haben kann wie Gummi oder allgemeiner ausgedrückt: wie Elastomere.
Kautschuk, Gummi, Kunststoff, Plastik, Plaste, Polymere, Elastomere, Latex, Thermoplastische Elastomere … alles klar? Was ist was und welcher Werkstoff steht für welche Eigenschaften? Dieser wdk-report gibt eine Orientierung im Irrgarten der Begrifflichkeiten.
Die Liste der positiven Werkstoffeigenschaften ist lang. Das prädestiniert Silikonkautschuk für Anwendungen, bei denen andere Kautschuke passen müssen oder nicht so lange durchhalten. Ein Beispiel von vielen: Trotz der extremen Bedingungen in 10.000 m Flughöhe, wie Kälte, UV-Strahlung und Luftdruckunterschiede, die Flugzeugkabine ist und bleibt zuverlässig dicht. Silikonkautschuk leistet hier den entscheidenden Beitrag.
EPDM-Planen sind weltweit das bevorzugte Material für die Abdichtung von Fischzuchtteichen, Stau- und Absetzbecken bis hin zu biologischen Kläranlagen. Sie sind fisch- und pflanzentoxikologisch unbedenklich, wurzelfest, dauerelastisch von - 40 °C bis + 100 °C, verrottungsfest sowie beständig gegen Humussäuren, UV-Licht, Ozon und eine Vielzahl von Chemikalien. Seine hervorragende Beständigkeit gegen Säuren und Laugen macht EPDM auch geeignet für Absetzbecken in Chemiebetrieben und industriellen Kläranlagen.
An einer Maschine soll eine Druckkraft wirksam werden. Der Greifer eines Baggers soll geschlossen werden, eine Blechpresse kräftig zugedrückt, eine Lastenplattform angehoben. Die Druckkraft wird von einer Pumpe erzeugt, die aber nicht „vor Ort“ sitzt, sondern mehr oder weniger weit entfernt. Wie überträgt man nun den Druck zur eigentlichen Wirkungsstelle?
Schläuche gehören zu unserem Alltag, sind unsere selbstverständlichen Helfer in der Dusche, in Wasch- und Spülmaschinen, im Garten, an der Tankstelle oder in unter-schiedlichen Einsatzfällen im Automobil. Sie sind biegsam und sorgen dafür, dass das Transportgut ohne Verlust dahin gelangt, wo wir es benötigen.
Statt mehr Motorleistung (= mehr PS) durch mehr Hubraum, kann mit mehr Luft, genauer Sauerstoff, der Verbrennungsprozess verbessert und dem Motor mehr Leistung entlockt werden. Inzwischen stehen nicht zusätzliche PS im Vordergrund, die notwendige Leistung wird mit kleineren Motoren erzeugt. Der Turbolader sorgt für die „Beatmung“ des Motors und Hochleistungsschläuche transportieren die ca. 200°C heiße Ladeluft in den Motorblock. Dabei ist die enorme Hitze noch nicht alles, was ein Ladeluftschlauch aushalten muss.
Umweltschutz, das ist eine der großen Aufgaben der Gegenwart. Ein Teilbereich davon ist die Entlastung der Luft von Schwefel, der in allen fossilen Brennstoffen enthalten ist, also in der Kohle, im Erdöl und im Erdgas. Ihn vor der Verbrennung herauszuholen, das ist nur beim Erdöl und beim Erdgas möglich. Denn flüssige wie auch gasförmige Stoffe lassen sich filtern, feste Stoffe aber nicht, selbst wenn man sie noch so fein zermahlt.
Die Waschmaschine wäscht, im Auto arbeiten Motor, Lichtmaschine, Wasserpumpe zusammen, Kurbel- und Nockenwelle laufen synchron, Landmaschinen fahren die Ernte ein, immer muss Bewegungskraft sicher übertragen werden. Die Lösung ist der Keilriemen oder besser Antriebsriemen, so vielfältig wie die technischen Anforderungen.
Weißgeräte oder Weiße Ware ist ein Begriff aus der Elektrotechnik. Gemeint sind damit alle Gerätschaften, die in der Regel weiß aussehen, wie z.B. Waschmaschinen, Kühlschränke oder Geschirrspüler. Auch hier leistet die Kautschukindustrie ihren Beitrag. Denn ohne Gummi könnten diese Geräte nicht einwandfrei funktionieren.
Kein Zweifel - der druckluftgefüllte Reifen ist ein markantes Kennzeichen von Auto, Motorrad und auch Fahrrad. Auf ihm ruht, im wahrsten Sinne des Wortes, der Straßenverkehr. So kommt es, dass man beim Stichwort „Reifen“ wie selbstverständlich an „Luftreifen“ denkt und nicht an Vollgummireifen.
Starr, stabil, unbeweglich und unverrückbar fest - das ist das Bild, das man sich gewöhnlich von einer Brücke macht. Die Römer haben sie einst auch so gebaut: Bogenbrücken und Aquädukte, bei denen Stein auf Stein geschichtet war - fugenlos und ohne jegliches Spiel. Die Brücken der Neuzeit sind das nicht. Eine moderne Brücke muss nachgiebig sein; sie braucht Luft und Bewegungsspiel.
Röntgenstrahlen sind gefährlich. Blei, vor allem Bleiverbindungen sind giftig. Das sind Tatsachen, die aber nichts daran ändern, dass die Erfindung von Konrad Röntgen ebenso segensreich für die Menschheit ist wie die Verwendung von Blei zum Strahlenschutz für Patienten, Ärzte und technisches Personal.
Förderbänder, in der Fachsprache „Fördergurte“, sind etwas Geniales. Sind sie doch Weg und Behälter zugleich. Fördergurte erfüllen weltweit wichtige Funktionen, z.B. in Steinkohlebergwerken unter und über Tage, in Steinbrüchen, Sand- und Kieswerken, auf Flughäfen, bei der Paketverladung, selbst an der Kasse des Supermarkts. Dabei spielt der Werkstoff Gummi eine große Rolle.
Zahnriemen haben eine lange Historie und einen sehr hohen Stellenwert in der Industrie. Zahnriemen gibt es in den verschiedensten Formen und Typen. Darüber hinaus hat die Kautschukindustrie in den vergangenen Jahren Großes geleistet und auf dem Materialsektor so deutliche Verbesserungen erzielt, dass wir heute von Hochleistungsantrieben sprechen können.
Der zentrale chemische Baustein von Elastomeren ist organischen Ursprungs: Kohlenstoff. Wie alle organischen Materialien unterliegen auch Elastomerprodukte einem natürlichen Alterungsprozess. UV-Strahlen, Ozon, hohe Temperaturen setzen dem Material zu. Wie lange ein Produkt „durchhält“ wird mit der Schnellalterung ermittelt.
Spätestens bei 1,6 mm Restprofiltiefe ist Schluss. Die abgefahrenen Autoreifen müssen durch neue ersetzt werden. Der Reifenhändler zieht neue Reifen auf und nimmt die alten zurück. Doch wohin damit? Zur Deponie? In Deutschland darf kein einziger Altreifen auf die Müllkippe. Jährlich werden rund 580.000 Tonnen ausgediente Reifen verwertet.
Gummi und die Entwicklungskompetenz der Kautschukindustrie sorgen dafür, dass das geniale System „Förderband“ störungsfrei und wirtschaftlich funktioniert. Angefangen an der Supermarktkasse über industrielle Förderanlagen wie z.B. in Kiesgruben, Zementwerken, am Flughafen oder im Lebensmittelbereich, bleibt Gummi ein unverzichtbarer Werkstoff.
Elastomere bestechen durch eine große Bandbreite an Eigenschaften, die sie für die Verwendung in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen unter extremen Einsatzbedingungen prädestinieren. Diese Eigenschaften müssen am einzelnen Produkt auch geprüft werden können. So unterschiedlich wie die Materialeigenschaften sind auch die Prüf- und Messmethoden.
Oftmals ist die einfache Vorstellung von der Umwandlung eines Rohstoffs in ein Fertigteil auch die richtige. Man gibt das Rohmaterial an der einen Seite in eine Maschine hinein und an der anderen Seite kommt das geformte Teil heraus. Ganz anders bei Elastomeren, einer Gruppe von Werkstoffen, die aus Mischungen von Kautschuk mit bis zu 20 weiteren Rohstoffen bestehen.
Ein gewisses verwandtschaftliches Verhältnis ist auf den ersten Blick gegeben. Polyurethan-Weichschaum ist ein elastisches Material, dass sich unter Druck verformt und bei Entlastung wieder seine ursprüngliche Form annimmt. Die Elastizität des PU-Schaums beruht in erster Linie auf der wabenartigen Struktur des Materials.
Synthesekautschuk ist ein Erzeugnis der organischen Chemie, der „Kohlenstoffchemie“. Die populärsten und effizientesten Kohlenstofflieferanten sind Erdöl und Erdgas. Wie aber verlaufen die chemischen Prozesse und die Verfahrensschritte vom Rohöl zum verarbeitungsfertigen Kautschukballen? Am Beispiel von Styrol-Butadien-Kautschuk wird der Herstellungsablauf erklärt.
Der schon zu Beginn unserer Zeitrechnung von den Mayas genutzte Kautschuk hat in der industriellen Neuzeit eine erstaunliche Karriere gemacht. Die Geschichte des Kautschuks ist über weite Strecken die Geschichte des Naturkautschuks, dessen Wurzeln in Süd- und Mittelamerika liegen. Erst mit der Kultivierung von Hevea brasiliensis auf den Plantagen Südostasiens konnte die im 19. Jahrhundert steigende Kautschuknachfrage ausreichend bedient werden.
Auch nach über 100 Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeit auf dem Gebiet des synthetischen Kautschuks ist Naturkautschuk aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften nach wie vor unverzichtbarer Rohstoff zur Herstellung von Elastomer-Erzeugnissen, sprich Gummi. Hier sind die wichtigen Fakten zur Herkunft, Aufbereitung zu unterschiedlichen Typen und zu Produktionsmengen zusammengefasst.
Damit aus dem plastischen Material Kautschuk ein elastischer Werkstoff, das Elastomer, wird, braucht es einen Stoff, der die Polymerketten zu einer Matrix verbindet. Experimentell und eher durch Zufall hat Charles Goodyear 1839 entdeckt, dass Schwefel der entscheidende Stoff ist. Heute sind die chemischen Reaktionen und physikalischen Bedingungen, die die Vernetzung, die Vulkanisation, in Gang setzen, bestens bekannt.
Wie alles begann: Am 12. September 1909 wurde unter der Nummer 250.690 das erste Patent zur Herstellung von künstlichem Kautschuk erteilt. Seit dem hat sich die Welt des Synthesekautschuks rasant entwickelt und Forschung und Entwicklung stoßen immer wieder in neue Anwendungsbereiche vor. Ohne Synthesekautschuk, der gut 60% Anteil am Weltkautschukverbrauch hat, wären Elastomer-Erzeugnisse weder in der benötigten Menge, noch in der gewünschten Qualität herzustellen.
Vom ersten Kontakt der Conquistadores mit dem merkwürdigen Material in Mittelamerika bis zu den neuen Entwicklungslinien Thermoplastischer Elastomere, im Zeitraffer wird die Geschichte des Kautschuks, bahnbrechender Erfindungen und die Entwicklung der Produkte aus Kautschuk skizziert.
Einen größeren Kontrast als zwischen Gummi und Metall kann man sich bei den technischen Werkstoffen kaum vorstellen. Dennoch können Gummi und Metall miteinander kombiniert werden. Zwei Eigenschaften des Gummis bestimmten die Entwicklung der Werkstoffkombination: seine Fähigkeit, mechanische Schwingungen zu dämpfen und akustische Schwingungen zu absorbieren.
Zu Unrecht "nur" ein Scheibenwischergummi. Denn dieses unscheinbare Gummiblatt erbringt eine enorme Leistung. Es muss der stark ausgeprägten Krümmung der Windschutzscheibe exakt folgen, muss unter erheblichem Anpressdruck über 500.000 Wischzyklen ohne merkbaren Verschleiß durchhalten und dabei 800 bis 900 km zurücklegen.
Ein Schlauchboot jagt in wilder Fahrt durch Stromschnellen flussabwärts, ein Metzger arbeitet in einem Schlachthaus mit vorgebundener Arbeitsschürze, eine Offset-Druckmaschine wirft in flinkem Rhythmus die fertig gedruckten Bogen aus, in einer Traglufthalle wird, trotz Eiseskälte und Schneefall draußen, bei wohltemperiertem Innenklima Tennis gespielt. Vier höchst verschiedene Vorgänge, die doch eines gemeinsam haben: die Anwendung von gummierten Stoffen, also von Textilien, die mit Gummi beschichtet sind.
Australien – Erzgewinnung im Tagebau. Riesige Erdbewegungsmaschinen und Lastentransporter sind im Einsatz, darunter rollende Giganten mit einem Eigengewicht von 250 t und einer Ladekapazität von 400 t. Ein Bruttogewicht von 650 t – kaum vorstellbar. Ein einziger EM-Reifen der hier vorliegenden Größe (EM ist das Kürzel für „Erdbewegungsmaschine“) kostet die Summe von bis zu € 25.000, das Doppelte eines Kleinwagens. Einen solchen Wert wirft man nicht einfach auf die nächste Müllkippe. Der Reifen muss repariert werden. Aber wie?
Gummi für pharmazeutische Zwecke, das ist zu einem Spezialgebiet in der Kautschukverarbeitung geworden, mit besonderem Know-how, außerordentlich strengen Qualitätsmaßstäben und scharfen Kontrollen von Rohstoffen und Fertigerzeugnissen. Ob Injektionslösung, Impfstoff, Narkosemittel oder Blutkonserve, hier gilt das Gebot der äußersten Reinheit.
Ein Film, der in New York spielt, eine Szene in der U-Bahn. Was ist das Auffälligste? Es ist der entsetzliche Lärm, den dieses überalterte Verkehrsmittel entwickelt und das Schaukeln der Waggons. Lärm und unkontrollierte Bewegungsunruhe, beides sind arge Belästigungen für den Menschen. Sie sind auch ein Zeichen für mangelhafte Technik und vergeudete Energie. Lautloses und schüttelfreies dahin gleiten ist das Ideal eines jeden Verkehrsmittels.
Heutzutage ist es eine Selbstverständlichkeit für den Autofahrer, den Innenraum seines Wagens zu beheizen. Ganz einfach per Knopfdruck oder Schalter kann man den Warmluftstrom in verschiedene Richtungen dirigieren. Noch vor gar nicht langer Zeit wurde die Innenraumheizung nur als teures Zubehör angeboten.
Eigentlich suchte der Ingenieur Walter Simmer, tätig in einer großen Ledergerberei, in den 30er-Jahren des 20. Jahrhunderts nach Verwendungsmöglichkeiten für die dort anfallenden Lederreste. Und er machte eine Erfindung von enormer Tragweite: das erste Wellenabdicht-Element, bestehend aus einem Metallring mit einem Lederstreifen darin.
John Boyd Dunlop erfand 1888 den ersten Luftreifen. Das erste damit ausgerüstete Fahrzeug war das Dreirad von Dunlops zehnjährigem Sohn Johnny, der damit zu seiner großen Begeisterung der schnellste und auch wendigste Fahrer weit und breit war. Nach heutigen Maßstäben war das eine äußerst primitive Konstruktion, die aber aus einem mit Luft gefüllten Schlauch und einem Mantel bestand und sich in der Praxis als sehr vorteilhaft erwies. Dennoch, welch eine Entwicklung liegt zwischen damals und heute!
Die Überschrift mag verwundern, vielleicht sogar unglaubhaft erscheinen und dennoch: sie stimmt. Jedenfalls stimmt sie bezüglich gewisser Arten von Festigkeit. Stahl hat zweifellos eine große Härte. Er lässt sich nur schwer ritzen, kaum biegen, stauchen oder auseinander ziehen. Gummi dagegen ist biegsam, lässt sich dehnen und ist extrem nachgiebig. Eben diese Nachgiebigkeit ist es, die dem Gummi seine Festigkeitsqualitäten gibt.
Intimer geht es kaum: Kondome. Mit dem Siegeszug der so genannten Anti-Baby-Pille schien das Schicksal der Präservative weitgehend besiegelt. Dass Kondome eine zweite, wenig beachtete Funktion haben, sie sind eine wirksame Barriere gegen Infektionen, rückte erst durch die Verbreitung des HIV-Virus in den Vordergrund. Obwohl kein teurer Artikel, sind die „Gummis“ alles andere als ein simples Produkt.
Umweltschutz betrifft Jedermann. So auch die Industrie. Es gibt kaum noch ein industrielles Produkt, das nicht auch die Aspekte des Umweltschutzes berücksichtigt. Mancher Artikel wird speziell zur Schonung der Umwelt hergestellt. Die Kautschuk verarbeitende Industrie trägt mit allerlei Produkten das ihre zum Umweltschutz bei.
Kautschukbahnen - die Flachdachabdichtung mit Zukunft, für Neubauten ebenso wie für die nachhaltige Sanierung: bitumenverträglich, wartungsfrei, umweltgerecht und alterungsbeständig. Jahrzehntelang kautschuksicher.
Gummipuffer, -matten, -griffe, -tüllen, -rahmen, -bälge, -dichtungen usw. Der Kautschukfachmann nennt solche und ähnliche Teile „Formartikel“, weil sie ihre Gestalt in einer Form erhalten, in der so ganz nebenbei auch noch die Vulkanisation stattfindet. Je nach Art des Produktes werden unterschiedliche Verfahren angewendet.
Wenn morgens die druckfrische Zeitung im Briefkasten steckt, die Zeitungsstände mit den neuen Ausgaben bestückt werden, dann hat Gummi seinen Anteil am Druck und der Konfektionierung bereits geleistet. Erst mit hochpräzisen, gummibeschichteten Walzen kommt die Nachricht aufs Papier.
Landläufig spricht man oft von „Schaumgummi“. Der Begriff wird sehr allgemein für Materialien verwendet, die porig und elastisch sind. Das sind dann nicht nur kautschukbasierte Schäume, sondern auch PU-Weichschaum (siehe „Aufgeschäumtes …“), die gar kein Gummi sind. Der Fachmann versteht hingegen unter Schaumgummi „zellige Elastomer-Erzeugnisse“. Und er unterscheidet drei Gruppen: Schwammgummi, Moosgummi und Zellgummi.
Es gibt sie kaum noch, die schwarze „Radierspur“ auf der Straße. Die Zusammensetzung der Reifen ist nicht die Ursache. ESP und ABS, Steuer- und Stabilisierungssysteme, die verhindern ein Blockieren oder Durchdrehen des Rades und eben auch Bremsspuren. Der Reifen ist hingegen im Aufbau und in seiner Zusammensetzung immer komplexer geworden, so wie die Anforderungen an ihn gewachsen sind.
Dr. Christoph Sokolowski
c.sokolowski@wdk.de
030-72616-120
