KAUTSCHUK AUS DER INDUSTRIE Diese zusaitzliche Sicherheitsreserve macht technisch den sogar auf Molekulebene auseinandersetzen.Beim vul einen ganz erheblichen Unterschied:Blow-Out-Preventer nrmtcGponiniericd 1schtze verschli en in NBR- sto zu tun,der einer eingehenden Ur Uber 60%de n HNBR-Produkti nder spektro G Zahnriem (z.B.Simmerrin miteinander vernetzt-sowohl mecha ch.also zum gen)und el dur ung der motore n sowie der im nger werdende Ba sation und durch feste Bindungen der Ka zur Oberflache der Fulk f den erst Jahren auch dic die Riss Abb.8 Im No durchschn KOHLE KALK hint lassen. ert wir di Der Markt Im Jahr 2008 lag der Kaut sddu schuk-Weltbedarf bei rund 22.3 dass sich sein durch Um das Erbe chuk-Erfinders heute weiter ufbau im 小d r der grogten Produzenten synthetischer Reifen zw.Umb der tigten)Polvmere che utschuk als wes ngige Diffusionsprozesse im Werkstoff be en.Unter den E sich v llem EPDM.Polychl Nitril andnis und zur EVN/EVM e (in ung von Kautschuken zu leisten Flastisch ist nicht aleich elastisch erstmals entwickelt bei DuPont Ende der 40er Jahre)ei clastische Werkstoffe wie acrylat-und Ethvlen-acrvlat-Kau licgen,wenn man ihn aus schuk (ACM.( rich,1949).Chl einer aus Polybutadien etliche Male auf und ab huptt Kau huk (ECo Goodrich 1965)selten da und verte er Energie zur Verfugung stehe ten je fektiv aufnchmen I sic an schlicBend wieder abgeber Werkstoffe hende Methylgruppen die Be Werkstoff auf subr her,unter Umsta so dass die Aufpralle chem.Unserer Zeit,,3940 Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA,Weinheim399Chem. Unserer Zeit, 2009, 43, 392 – 406 www.chiuz.de © 2009 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim | 399 KAUTSCHUK | AUS DER INDUSTRIE Diese zusätzliche Sicherheitsreserve macht technisch einen ganz erheblichen Unterschied: Blow-Out-Preventer zum Beispiel, Vollgummistopfen, die Arbeiter an heißen Ölquellen vor den Folgen eines plötzlichen Druckanstiegs in heißen Bohrlöchern schützen, verschlissen in NBR-Aus￾führung früher innerhalb eines Tages. HNBR-Bauteile müs￾sen lediglich alle vier bis fünf Tage ausgetauscht werden. Über 60 % der heutigen HNBR-Produktion gehen jedoch in die Automobilindustrie, wo das Material unter anderem in Zylinderkopfdeckeldichtungen, Spurstangenlagern, Zahnriemen, Radialwellendichtringen (z.B. Simmerrin￾gen) und Schwingungstilgern zum Einsatz kommt. Die wachsende Leistungsfähigkeit und zunehmende Kapse￾lung der Motoren sowie der immer enger werdende Bau￾raum durch mehr Aggregate und aerodynamischere Ka￾rosserien haben in den ver￾gangenen Jahren auch die durchschnittliche Temperatur unter der Haube stetig steigen lassen. Der Markt Im Jahr 2008 lag der Kaut￾schuk-Weltbedarf bei rund 22,3 Mio. Tonnen. Ca. 56 % davon wurden durch synthetische Kautschuke gedeckt. Der Spe￾zialchemie-Konzern LANXESS, der als Spin-off der Bayer AG das Erbe des Synthesekautschuk-Erfinders heute weiter￾führt, ist einer der größten Synthesekautschukhersteller der Welt. Mit einer breiten Produktpalette ist er zugleich welt￾weit einer der größten Produzenten synthetischer Reifen￾kautschuke. Wirtschaftliche Bedeutung haben heute vor allem Sty￾rol-, Butyl- und Polybutadienkautschuk als wesentliche Be￾standteile moderner Reifen. Unter den Elastomeren, die sich vor allem in technischen Gummiartikeln bewähren, er￾freuen sich vor allem EPDM, Polychloropren (CR), Nitril￾kautschuk (NBR), EVA/EVM und Fluorkautschuke (in der Re￾gel Co- und Terpolymere aus 1,1-Difluorethylen sowie Per￾fluorpropen und -Ethylen mit variierendem Fluorgehalt, erstmals entwickelt bei DuPont Ende der 40er Jahre) einer weiteren Verbreitung. Andere Kautschuke bzw. kautschuk￾elastische Werkstoffe wie Acrylat- und Ethylen-Acrylat-Kaut￾schuk (ACM, Goodrich, 1949), Chlorsulfoniertes Polyethy￾len (CSM, 1953, DuPont) und Ethylenoxid-Epichlorhydrin￾Kautschuk (ECO, Goodrich, 1965) gelten dagegen – noch – als Exoten, die wie HNBR aus ihren vielen Einsatzgebie￾ten jedoch nicht mehr wegzudenken sind. Synthesekautschuke heute Herausforderung komplexer Werkstoffe Wer verstehen möchte, wieso moderne Synthesekautschu￾ke ihrem natürlichen „Vorbild“ überlegen sind, muss sich mit dem Werkstoff auf submikroskopischer, unter Umstän￾den sogar auf Molekülebene auseinandersetzen. Beim vul￾kanisierten, additivierten und mit Füllstoffen ausgestatte￾ten Gummi hat man es nicht nur mit einem Vielstoffsys￾tem, sondern obendrein mit einem nicht-kontinuierlich aufgebauten Werkstoff zu tun, der einer eingehenden Un￾tersuchung seiner Feinstruktur etwa durch Kristallstruk￾turanalysen oder in anderen Disziplinen etablierte, auf der Untersuchung gelöster Substanzen basierender spektro￾skopische Techniken erhebliche Grenzen setzt. Die Bestandteile des Gummis sind auf komplexeste Wei￾se miteinander vernetzt – sowohl mechanisch, also zum Beispiel durch Einschluss von Füllstoffen oder „verknäueln“ der Kettenmoleküle, als auch chemisch durch die Vulkani￾sation und durch feste Bindungen der Kautschukmoleküle zur Oberfläche der Füllstoffteilchen. Selbst auf den ersten Blick einfache Vorgänge wie die Rissausbreitung in einem Gummiteil lassen sich daher nur schwer theoretisch erfas￾sen. Weiter erschwert wird die modellhafte Beschreibung ei￾nes Gummikörpers dadurch, dass sich seine Eigenschaften unter dynamischer und sogar statischer Beanspruchung und auch durch Umwelteinflüsse erheblich verändern können. So können hochfrequente Be￾lastungen zu einem Wärmeaufbau im Werkstück führen, die das Material mit der Zeit verändern – etwa durch Umorganisation der Vernetzungsstellen wie auch durch Ab- bzw. Umbau der (ungesättigten) Polymere. Hinzu kommt, dass die Geschwindigkeit mancher Zersetzungs￾reaktionen, etwa des oxidativen Abbaus, auch durch geo￾metrieabhängige Diffusionsprozesse im Werkstoff beein￾flusst wird. Dennoch ist die Wissenschaft inzwischen in der Lage, wesentliche Beiträge zum tieferen Verständnis und zur Ei￾genschaftsverbesserung von Kautschuken zu leisten. Elastisch ist nicht gleich elastisch Eine einfache Frage mag das illustrieren: Wieso bleibt ein Ball aus vulkanisiertem Butylkautschuk auf dem Untergrund liegen, wenn man ihn aus größerer Höhe fallen lässt, wäh￾rend einer aus Polybutadien etliche Male auf und ab hüpft? Die Antwort liegt in den Mechanismen, die verschiedenen Elastomeren zur Aufnahme, Speicherung und Verteilung bzw. Abgabe mechanischer Energie zur Verfügung stehen. Das Polybutadien-Molekül kann die Aufprallenergie durch Drehungen um die Segmente seiner Polymerkette sehr ef￾fektiv aufnehmen – und sie anschließend wieder abgeben: Der Polybutadien-Ball hüpft. Beim Butylkautschuk ist die Si￾tuation anders: Hier schränken von der Hauptkette abste￾hende Methylgruppen die Beweglichkeit des Moleküls ein, so dass die Aufprallenergie nicht gespeichert werden kann; Abb. 8 Im Namen Buna ist das Ge￾heimnis hinter die￾sem Synthesekaut￾schuk verborgen: Das Monomer Bu￾tadien und der Ka￾talysator Natrium. 15213781, 2009, 6, Downloaded from https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ciuz.200600515 by Guangdong University Of Technology, Wiley Online Library on [14/03/2023]. See the Terms and Conditions (https://onlinelibrary.wiley.com/terms-and-conditions) on Wiley Online Library for rules of use; OA articles are governed by the applicable Creative Commons License