Gummi & Silikone

Bei der Herstellung von Gummiprodukten existieren mehrere Herstellungsverfahren. Einige der verbreitetsten Produktionsverfahren für Kautschuk sind das Extrudieren, das Eintauchen in Latex, das Formen und das Kalandrieren. Angepasst an die vielfältigen Prozessverfahren bieten wir Ihnen ein breites Spektrum an Temperiersystemen, welches den unterschiedlichsten Anforderungen von Temperaturbereichen, Volumenströmen und Einbindung in die Anlagen gerecht wird.

Voraussetzungen für die Produktion von Bauteilen aus Elastomerwerkstoffen sind die Zuverlässigkeit der Rohstoffqualität, exakte Gewichtsanteile der Rohstoffe, ein kontrollierter Mischprozess sowie optimierte Formgebungsverfahren. In diesem komplexen Umfeld lösen wir Ihnen die Temperaturregelungsthematik als Stand-alone-Lösung oder voll integriert in Ihre Anlage.

Elastomere sind aus Makromolekülen aufgebaute Polymere, die durch Querverbindungen dreidimensional weitmaschig vernetzt sind. Diese Vernetzung der einzelnen Polymerketten (Vulkanisation) führt zu den gummielastischen Eigenschaften dieser Werkstoffe. Im allgemeinen Sprachgebrauch bezeichnet man Elastomere daher auch als Gummi. Elastomere sind bis zu ihrer Zersetzungstemperatur vulkanisierte Polymerwerkstoffe, die bei niedrigen Temperaturen glasartig hart sind und selbst bei hohen Temperaturen nicht viskos fliessen, sondern sich insbesondere bei Raumtemperaturen bis zur Zersetzungstemperatur gummielastisch verhalten. Bei Raumtemperatur lassen Elastomere unter Einwirkung kleiner Kräfte hohe und vorübergehend reversible Deformationen zu. Nach der Entlastung nehmen die Makromoleküle praktisch wieder ihre Ausgangsposition ein.

Die folgenden Beschreibungen erklären kurz die Materialien, welchen mit Hilfe unserer Temperiergeräte optimal verarbeitet werden können.

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Elastomermischung / Compound
Natur- und Synthesekautschuke sind keine Werkstoffe im allgemein üblichen Sinn, sondern nur Grundstoffe, denen vor der Vulkanisation eine Vielzahl von Mischungsbestandteilen zugesetzt werden müssen. Neben dem Grundmaterial Kautschuk enthalten alle Elastomere zahlreiche Zusätze wie Füllstoffe, Weichmacher, Verarbeitungshilfsmittel, Alterungsschutzmittel, Vulkanisiermittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Aktivatoren, Vulkanisationsverzögerer, Pigmente usw. Im Durchschnitt besteht eine Elastomermischung aus 10 bis 20 Komponenten. Die Gesamtheit aller dieser Komponenten bezeichnet man als Elastomermischung oder Elastomer-Compound. Der verwendete Kautschuk bestimmt die Grundeigenschaften des Vulkanisates, vor allem die Alterungsbeständigkeit und Kälteflexibilität sowie das Verhalten gegenüber den verschiedenen Medien wie Ölen, Treibstoffen, Wasser und Lösungsmitteln. Das Niveau der mechanischen Eigenschaften wie Elastizität und Festigkeit hängt ebenfalls von der Polymerbasis, aber auch von der Füllung mit sogenannten verstärkenden Russen oder hellen Füllstoffen ab. Mit Hilfe von Zusatzstoffen lassen sich bestimmte Eigenschaften variieren (wie etwa die Härte) und verbessern (z. B. Kälteflexibilität, Stosselastizität, Druckverformungsrest, Hitze- und Quellbeständigkeit). Die Zusammensetzung der Elastomere ist sehr komplex und wird auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt.

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Geschäumte Elastomere
Geschäumte Elastomere entstehen dadurch, dass der nicht vulkanisierten Kautschukmischung ein Treibmittel zugesetzt wird, dass während der Vulkanisation Gas abspaltet, wodurch Poren gebildet werden und die Mischung aufgetrieben wird. Die so entstehenden Erzeugnisse sind: Filter, Polsterungen, Dichtungen, Matratzen und technische Artikel.

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Verbund: Gummi-Metall, Gummi-Kunststoff
Gummiformteile erlauben grösstmögliche Konstruktionsfreiheiten, da aufgrund der guten Dehnungseigenschaften der Elastomermischungen auch schwierige Konturen entformt werden können. Mit Gummi lassen sich eine Vielzahl von Verbundsystemen herstellen. Verbundsysteme von Gummiformteilen und Metallteilen aber auch Gummi und Kunststoff ermöglichen erhebliche Kosteneinsparung. Entscheidend für die Qualität der Gummi-Metall-Verbundteile ist die Auswahl des geeigneten Verbundsystems. Auch unter höchsten Belastungen darf sich die Elastomerschicht nicht mehr vom Metallteil oder dem Kunststoff ablösen.

Solche Verbundteile bieten viele Vorteile:

• Reduzierung von Einzelteilen und dadurch vereinfachtes Handling von nur einem Bauteil
• Wegfall von Montagearbeit und Eliminierung von Montagefehlern
• Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit durch einen fest haftenden Verbund
• Höhere Belastbarkeit der Bauteile

Mischen/Mischung
Die Mischung findet in zwei Stufen statt. Einer Vormischung der Rohstoffe und schliesslich dem Fertigmischen durch Zugabe von Vernetzungsmitteln und Beschleunigern sowie dem Homogenisieren dieser Stoffe. Sowohl das Vormischen wie auch das Fertigmischen erfolgt in Knetern oder auf Walzwerken. Aus diesem Prozess entstehende Erzeugnisse sind nicht vulkanisierte Kautschukmischungen für die Formgebung in Form von sogenannten Fellen oder Granulat.

Formgebung
Die Formgebung kann durch verschiedene Bearbeitungsformen erfolgen:

• Pressen – Compression Molding Verfahren
• Kalandrieren
• Handkonfektion
• Spritzgiessen – Injection Molding Verfahren
• Extrudieren

Dieser Bearbeitungsschritt generiert sowohl nicht vulkanisierte Rohlinge wie auch vulkanisierte Fertigteile oder Halbzeuge. Bei beiden Varianten werden die Temperierprozesse ideal durch unsere Temperiergeräte begleitet.

Vulkanisation
Unsere Temperiergeräte unterstützen die Vulkanisation in idealer Weise. Unter Vulkanisation versteht man die chemisch-physikalische Umwandlung, bei welcher der vorwiegend plastische Kautschuk in den gummielastischen Zustand übergeht. Diesen Vorgang, der durch Verknüpfung von Makromolekülen an ihren reaktionsfähigen Stellen erfolgt, nennt man auch Vernetzung. Zur Vulkanisation benötigt man ein Vulkanisationsmittel. Das älteste und gebräuchlichste Vulkanisationsmittel (Vernetzer) ist Schwefel. Der bei diesem Verfahren entstehende Gummi hat gegenüber dem Kautschuk(-Rohstoff) dauerelastische Eigenschaften, kehrt bei mechanischer Beanspruchung jeweils wieder in seine Ursprungslage zurück, hat eine höhere Reissfestigkeit, Dehnung und Beständigkeit gegenüber Alterungs- und Witterungseinflüssen.

Die Elastizität des Gummi(-werkstoffs) ist abhängig von der Anzahl der Schwefelbrücken. Je mehr Schwefelbrücken vorhanden sind desto härter und unelastischer ist der Gummi. Die Anzahl der Schwefelbrücken ist wiederum abhängig von der zugesetzten Schwefelmenge und der Dauer der Vulkanisation. Bei Alterung des Gummis werden die Schwefelbrücken durch Sauerstoffbrücken ersetzt; der Gummi wird brüchig und porös.

Meistens wird im gleichen Arbeitsgang wie die Formgebung vulkanisiert. So kann die Vulkanisation im geheizten Werkzeug oder in einem speziellen Vulkanisationsofen durchgeführt werden.

• Formgebung durch Pressen
  Das Compression Molding oder Pressverfahren ist das traditionelle Verfahren zur Herstellung von Gummiformteilen. Eine dem Fertigteil entsprechende Menge der unvernetzten Kautschukmischung wird meist manuell in eine beheizte Vulkanisierform eingebracht. Die Form wird dann unter Druck in einer Presse verschlossen. Durch den Pressdruck und die Temperatur erweicht die Mischung, fliesst und füllt den Formteilhohlraum aus. Bei Temperaturen von 140-200°C erfolgt die Vulkanisation der Kautschukmischung. Das vulkanisierte (vernetzte) Formteil wird dann heiss entnommen, dies ganz ohne bleibende Deformation, da es nun nicht mehr thermoplastisch reagiert. Das Werkzeug muss so konzipiert sein, damit nach dem Abkühlen keinen Schwund des Fertigteiles zu verzeichnen ist. Das Pressverfahren erfordert im Allgemeinen gegenüber Spritzgiessverfahren deutlich längere Heizzeiten, da die Erwärmung der kalt eingelegten Kautschukmischung auf die Vernetzungstemperatur ausschliesslich von der Formwandung her erfolgt. Eine Weiterentwicklung des Pressverfahrens ist das Transferpressverfahren. Hier wird die Formmasse zusätzlich durch Friktion beim Einspritzen in die Form erwärmt. Dadurch wird die Vernetzungszeit gekürzt. Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Werkzeugkosten durch grössere Abnutzung deutlich höher sind und auch ein grösserer Abfall an vernetzten Elastomeren entsteht. Wirtschaftlich ist das Pressverfahren bei eher kleinen Stückzahlen und bei einfacheren Fertigungsteilen.
• Injection-Transfermolding-Verfahren (ITM)
  Das Injection-Transfermolding-Verfahren (ITM) ist eine Variante des Transferpressverfahrens bei der die im oberen Teil der Form befindliche Transfereinheit über das Spritzaggregat einer Spritzgiessmaschine mit der plastifizierten Kautschukmischung gefüllt wird. Durch das Transferieren von bereits plastifizierter Kautschukmischung wird eine gleichmässigere Füllung der Vulkanisationsform erreicht. Transfermolding-Kaltkanäle werden beim Transferpressverfahren oder beim Injection-Transfermolding-Verfahren (ITM) zur Herstellung von Gummiformteilen eingesetzt. Die Transfereinheit wird über ein Kühlmedium gekühlt und thermisch durch eine Isolierplatte von der beheizten Vulkanisationszone der Form abgetrennt. Als Kühlmedium wird meist Wasser verwendet. Der Übergang von der gekühlten in die beheizte Zone erfolgt über Düsenelemente. Im Gegensatz zu Düsenkaltkanälen werden bei Transfermolding-Kaltkanälen die Düsenelemente nicht einzeln, sondern nur über den gesamten Kühlblock gekühlt. Das in der Transfereinheit befindliche Elastomer-Material vulkanisiert nicht bei jedem Produktionszyklus aus und kann im Folgezyklus zur Herstellung von Formteilen eingesetzt werden. Während Düsenkaltkanäle meist bei kleinen Kaliberzahlen und grossvolumige Formteilen zum Einsatz kommen, eignen sich Transfermolding-Kaltkanäle besser für hohe Kaliberzahlen und eher kleinvolumiger Gummiformteile.
• Formgebung durch Kalandrierung
  Der Kalander arbeitet wie ein Walzwerk. Die meist parallel übereinanderliegenden Walzen sind temperierbar. Je nach der Grösse des Walzenspaltes können dann entsprechend unterschiedlich dicke Folien hergestellt werden. Die Vulkanisation erfolgt entweder diskontinuierlich im Autoklav, in der Presse oder kontinuierlich in einer Vulkanisationsmaschine.
• Formgebung durch Spritzguss
  Beim Injection-Molding- oder Spritzgiessverfahren zur Herstellung von Gummiformteilen wird die Kautschukmischung auf einer Spritzgiessmaschine zunächst in einem Schneckenaggregat vorgewärmt und plastifiziert (80-100°C) und dann über Angusskanäle in die aufgeheizte Form eingespritzt. Je nach Bauart unterscheidet man horizontale und vertikale Spritzgiessmaschinen. Der Einspritzvorgang erfolgt entweder durch direktes Verschieben der Schnecke im Zylinder oder durch Injektion über einen separaten Zylinder (Spritzkolben). Das Spritzgussverfahren ist gegenüber dem Pressverfahren das modernere und bietet durch seinen vollautomatischen Prozess vor allem Vorteile in der Effizienz. Durch die Plastifizierung im Spritzaggregat lassen sich deutlich geringere Heizzeiten erzielen. Durch den Einsatz von Düsenkaltkanälen kann die Abfallmenge auf ein Minimum reduziert werden.
• Formgebund durch Extrudieren
  Beim Extrudieren übernimmt die rotierende Schnecke die Plastifizierung der eingefüllten Kautschukmischung. Die Schnecke verdichtet und erwärmt das Material und presst es durch eine entsprechende Düse ins Freie. Nach dem Durchlaufen entsprechender Kalibriereinheiten und Vernetzungseinheiten wird das Extrudat auf die entsprechenden Längen geschnitten. Die Vernetzung kann drucklos im Salzbad, einem UHF-respektive Heissluftkanal oder in einem separaten Autoklaven erfolgen.