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Kunststoff-Wissen - Elastomere |
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Elastomere (Sing. das Elastomer, auch Elaste) sind formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe, deren Glasübergangspunkt sich unterhalb der Einsatz- temperatur befindet. Die Kunststoffe können sich bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen, finden aber danach wieder in ihre ursprüngliche, unverformte Gestalt zurück. Elastomere finden Verwendung als Material für Reifen, Gummibänder, Dichtungsringe usw. Die bekanntesten Elastomere sind die Vulkanisate von Naturkautschuk und Silikonkautschuk.
Ursache der Elastizität Ursache der Elastizität ist überwiegend die Fähigkeit der geknäulten Polymer- ketten, auf eine Zugbelastung mit einer Streckung bzw. Entflechtung der Ketten zu reagieren. Nach Abfall der Zugbelastung relaxieren die Ketten wieder in ihren statistisch bevorzugten knäuelartigen Zustand zurück. Dieses Phänomen äußert sich durch ein Strecken unter Zugspannung und das anschließende Zusammenziehen nach Abfall der Spannung. Um ein Aneinandervorbeigleiten der Ketten unter der Zugbelastung zu vermeiden, werden die Ketten bei Gummi durch Schwefelbrücken untereinander verbunden. Beim Zusatz von viel Schwefel bei der Vulkanisation entsteht somit Hartgummi, bei der Zugabe von wenig Schwefel Weichgummi. Eigenschaften Konventionelle Elastomere sind nicht schmelzbar. Die sogenannten thermoplastischen Elastomere sind in bestimmten Temperaturbereichen aber thermo- plastisch, wie etwa der Ersatz für Naturkorken in den Weinflaschen. Das besondere an Elastomeren ist, dass ihre Elastizität (anders als bei Metall- federn) nicht auf Anziehungskräften zwischen sich ändernden Atomabständen beruht, sondern ein statisch-dynamisches Gleichgewicht zwischen Ordnung und Entropie darstellt. Das Elastomer speichert daher keinerlei Spannenergie in sich selbst, sondern strahlt die beim Dehnen (und anderen Verformungen) zugeführte Energie als Wärme aus und erhöht stattdessen seine innere Ordnung. Wie ein Muskel benötigt es deshalb für erneutes Zusammenziehen Zufuhr von Energie, welche das Elastomer durch Brownsche Molekularbewegung der Umgebungswärme entnimmt. Bei großer Kälte verlieren Elastomere ihre Kraft und können glashart gefrieren. Ein maßvolles Erhöhen der Temperatur erhöht erheblich die Spannkraft des Elastomers, da es ihm Energie zuführt, wodurch es Arbeit verrichten kann. Dieses Phänomen ist unter dem Namen Gough-Joule-Effekt bekannt. (Zu hohe Temperatur bewirkt jedoch Zersetzung.) Die Auslenkung ist dabei deutlich stärker als etwa die Wärmeausdehnung von Festkörpern und ähnelt eher dem mechanischen Verhalten von Gasen in einem Zylinder mit beweglichem Kolben. Man kann aus einem flexiblen Rad mit Speichen aus Gummibändern sogar eine simple Wärmekraftmaschine bauen; wird das Rad einseitig erwärmt, so verformt sich dessen Felge einseitig durch Zusammenziehen des Elastomers, wodurch sich das Rad durch Schwerpunktverlagerung in Rotation versetzt, da sich auf der kühleren Seite die Bänder wieder entspannen. Sonderformen • Thermoplastische Elastomere • Flüssigkristalline Elastomere • Magnetorheologische Elastomere Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Elastomer |
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