Formpressen von Gummi: Vulkanisation und Prozessparameter
Das Formpressen von Gummi ist eine der wichtigsten Fertigungstechnologien für die Herstellung von vulkanisierten Elastomerbauteilen.
Die Vulkanisation ist der zentrale Schritt des Prozesses: Dabei wird der Gummi in einen vernetzten, elastischen, widerstandsfähigen und langlebigen Werkstoff umgewandelt, der sich für zahlreiche industrielle Anwendungen eignet, auch für besonders anspruchsvolle.
Bauteile aus vulkanisiertem Gummi werden in vielen Industriezweigen eingesetzt, darunter Fertigungsindustrie, Möbel, Hydraulik und Bootsbau.
So funktioniert das Formpressen
Die Herstellung technischer Gummiartikel im Formpressverfahren ist ein thermochemischer Prozess in aufeinanderfolgenden Schritten, die für die endgültigen Eigenschaften des Bauteils entscheidend sind.
Der Prozess wird auf einer Formpresse durchgeführt.
1. Vorbereitung des Werkstoffs
Die Auswahl der Mischung ist ein strategischer Schritt und richtet sich nach den Einsatzbedingungen des Bauteils, etwa Temperatur, Kontakt mit Chemikalien, mechanische Belastung sowie Anforderungen an Lebensdauer, Härte und Wandstärke. Verwendet werden sowohl natürliche als auch synthetische Elastomere wie Naturkautschuk (NR), Nitrilkautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und Silikon, die durch Compoundierung gezielt formuliert werden. Dabei wird das Elastomer mit chemischen Zusätzen kombiniert, die die endgültigen Eigenschaften des Werkstoffs bestimmen, darunter Vulkanisationsmittel, Beschleuniger, Aktivatoren und verstärkende Füllstoffe. Die so entstandene Mischung heißt Compound. Anschließend wird die Mischung zugeschnitten und in vorab festgelegten Mengen dosiert, abhängig vom Volumen der Kavität und von den Merkmalen des Bauteils.
2. Einlegen in das Werkzeug
Die Gummimischung wird in das Werkzeug eingelegt. Beim Schließen wird der Werkstoff zusammengepresst und verformt sich, bis die Kavität vollständig gefüllt ist und er die Geometrie des Bauteils annimmt.
Beim Umspritzen von Metalleinlegern werden diese vor dem Schließen im Werkzeug positioniert.
3. Vulkanisation
Sobald die Kavität gefüllt ist, reagiert die Mischung bei der Vulkanisationstemperatur, die die chemische Reaktion auslöst. Die Vulkanisationszeit kann zwischen 10 und 90 Minuten liegen, bei einer Temperatur zwischen 140 °C und 170 °C.
4. Entformen
Nach dem Heizzyklus wird das Gummiteil abgekühlt. Das ist wichtig, um die Molekularstruktur zu stabilisieren und thermische Verformungen nach dem Entformen zu vermeiden.
Die Rolle der Vulkanisation: die Bedeutung der Vernetzung
Die Vulkanisation ist ein thermochemischer Prozess, der die Molekularstruktur des Gummis durch das Zusammenwirken von Wärme, Schwefel und weiteren spezifischen Zusätzen dauerhaft verändert.
Bei der Vernetzung bilden sich Schwefelbrücken zwischen den Polymerketten des Gummis. Sie schränken das Abgleiten der Ketten gegeneinander ein und erzeugen eine stabile dreidimensionale Struktur.
So verwandeln die Schwefelbrücken den Rohkautschuk in ein vernetztes Elastomer mit höherer Leistungsfähigkeit, das in zahlreichen industriellen Bereichen eingesetzt werden kann.
Das Vulkanisationssystem
Möglich wird diese vernetzte Struktur durch das Vulkanisationssystem, also die Gesamtheit der chemischen Komponenten, die die Vulkanisationsreaktion steuern und ermöglichen.
Das am häufigsten verwendete Vulkanisationsmittel ist Schwefel, da er stabile und elastische Vernetzungsbindungen besonders wirksam bildet.
In besonderen Anwendungen, etwa bei Silikon, können auch Peroxide eingesetzt werden. Sie lösen einen anderen Vernetzungsmechanismus aus, der bei höheren Temperaturen wirkt.
Beschleuniger sind Stoffe, die die Vulkanisationsreaktion beschleunigen und so Prozesszeiten und Energieverbrauch verringern.
Aktivatoren wie Zinkoxid und andere Metalloxide fördern die Bildung der Vernetzungsbindungen und verbessern Festigkeit und Stabilität des Werkstoffs.
| Bestandteile des Vulkanisationssystems | Funktion |
|---|---|
| Vulkanisationsmittel (Schwefel, Peroxide) | Bildung der Vernetzungsbindungen |
| Beschleuniger | Kürzere Vulkanisationszeiten |
| Aktivator | Höhere Effizienz der Reaktion |
Schließlich sind verstärkende Füllstoffe Zusätze der Mischung, die nicht direkt an der Vulkanisationsreaktion beteiligt sind, aber die mechanischen Eigenschaften und die Leistungsfähigkeit des fertigen Werkstoffs verbessern.
Das richtige Gleichgewicht dieser Bestandteile ist entscheidend, um Bauteile zu erhalten, die den geforderten Spezifikationen entsprechen.
Warum die Kontrolle der Vulkanisationsparameter wichtig ist
Die Kontrolle der Vulkanisationsparameter wie Temperatur, Druck und Prozesszeit ist entscheidend.
Eine unzureichende Vulkanisation (Untervulkanisation) führt zu einer unvollständigen Vernetzung des Gummis: Der Werkstoff wird zu weich, mechanische Festigkeit, Elastizität und Maßhaltigkeit nehmen ab.
Eine übermäßige Vulkanisation (Übervulkanisation) kann ihn dagegen steifer und spröder machen und seine Lebensdauer beeinträchtigen.
Die möglichen Folgen im Einsatz sind Undichtigkeiten, beschleunigter Verschleiß, bleibende Verformungen oder vorzeitiges Versagen, mit direkten Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit des Bauteils und die Betriebskontinuität der Anlagen.
Werkstoffe für das Formpressen
Die Auswahl der Elastomermischung beeinflusst unmittelbar die endgültigen Eigenschaften des vulkanisierten Bauteils.
Bei der Werkstoffwahl geht es nicht nur um die Gummisorte, sondern um das gesamte Rezepturkonzept: Die Leistung hängt vom richtigen Gleichgewicht zwischen Elastomer, Vulkanisationssystem und funktionellen Zusätzen ab.
Der geeignetste Werkstoff wird nach den Einsatzbedingungen und den geforderten Eigenschaften ausgewählt. Anwendungen mit hohen Temperaturen können zum Beispiel Silikonmischungen erfordern, während bei Kontakt mit Ölen und Schmierstoffen oft Elastomere mit höherer chemischer Beständigkeit wie NBR bevorzugt werden.
| Elastomer | Haupteigenschaften | Beispiele für industrielle Anwendungen |
|---|---|---|
| NR | Hohe Elastizität, Rückprallelastizität und Aufnahme von Stößen und Schwingungen | Silentblöcke, Dämpfer, Schwingungsdämpfer, Puffer, Endanschläge und Kabeldurchführungen |
| NBR | Beständigkeit gegen Öle, Fette, Kohlenwasserstoffe und Verschleiß | Technische Dichtungen, O-Ringe, Hydraulikdichtungen und Bauteile für Umgebungen mit Ölen und Schmierstoffen |
| EPDM | Beständigkeit gegen Witterung (Wasser, Feuchtigkeit, UV-Strahlung, Ozon) | Bauteile für den Außeneinsatz, etwa Endstücke für Schlauchboote, Kabeldurchführungen und Dichtungen für die Anlagentechnik |
| Silikon | Thermische Stabilität und gute chemische Beständigkeit | Bauteile für hohe Temperaturen, etwa technische Dichtungen und gummierte Räder |
Das Formpressen ermöglicht damit eine breite Palette von technischen Gummibauteilen für unterschiedliche industrielle Anwendungen, darunter Dichtungen und weitere Elemente für Dichtsysteme sowie Gummi-Metall-Bauteile zur Schwingungsisolierung.
Diese Produkte werden in vielen Industriezweigen eingesetzt und sorgen je nach Einsatzbedingungen für hermetische Dichtheit, Schwingungsdämpfung und Betriebssicherheit von Maschinen und Anlagen.
Vorteile von Bauteilen aus vulkanisiertem Gummi in industriellen Anwendungen
Die Leistung in industriellen Anwendungen ergibt sich aus dem Gleichgewicht von Compound-Rezeptur, Vernetzung und Kontrolle des Pressprozesses.
Zuverlässigkeit und gleichbleibende Leistung
Die höhere Elastizität und Rückprallelastizität des vulkanisierten Gummis ermöglicht die Aufnahme von Verformungen, Stößen und Schwingungen und sorgt für ein stabiles Verhalten auch bei dynamischen Lasten und wiederholten Belastungen.
Dank dieser gleichbleibenden Leistung behalten die Bauteile ihre Funktionseigenschaften über lange Zeit und es kommt weniger zu Verschleiß, Abrieb, Verlust mechanischer Leistungsfähigkeit und Ausfällen im Betrieb. Das Ergebnis ist eine höhere Betriebssicherheit der Systeme und Anwendungen, in denen diese Bauteile verbaut sind, mit weniger Störungen, Fehlfunktionen und Maschinenstillständen durch Alterung.
Thermische Stabilität und chemische Beständigkeit
Vulkanisierter Gummi behält seine Funktionseigenschaften auch unter harten Betriebsbedingungen wie Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit sowie bei längerem Kontakt mit aggressiven Chemikalien wie Ölen, Lösungsmitteln und Kohlenwasserstoffen.
Die vernetzte Struktur trägt dazu bei, die Maßhaltigkeit des Teils zu erhalten und Verformungen, Quellung und Veränderungen der mechanischen Eigenschaften zu begrenzen.
So verlängert sich die Lebensdauer der Bauteile deutlich, und gleichzeitig sinkt der Wartungsaufwand.
Beständigkeit gegen Alterung und Witterung
Langfristig kann der Werkstoff durch die Einwirkung von Witterungseinflüssen wie Sauerstoff, Ozon und ultravioletter Strahlung altern.
Diese Faktoren können Oxidation und fortschreitende Zersetzung der Polymerstruktur auslösen, mit Versteifung des Werkstoffs, Elastizitätsverlust und Rissbildung an der Oberfläche.
Die vernetzte Struktur des Gummis verlangsamt diese Vorgänge und verbessert die Lebensdauer des Bauteils sowie die langfristige Stabilität seiner Eigenschaften.
Diese Eigenschaft ist entscheidend für Anwendungen im Freien oder im Dauerbetrieb.
Nachhaltigkeit und Rückgewinnung von Werkstoffen
Die vernetzte Struktur von vulkanisiertem Gummi erlaubt zwar kein erneutes Aufschmelzen und Verarbeiten wie bei Thermoplasten, es gibt jedoch Technologien, mit denen Produktionsabfälle und Bauteile am Ende ihrer Lebensdauer zurückgewonnen und verwertet werden können.
So entstehen weniger Abfälle und die Kreislaufwirtschaft in der Produktion wird gefördert.
Die folgende Tabelle zeigt, wie sich die Vulkanisation auf die Werkstoffeigenschaften und auf die Leistung des Bauteils auswirkt.
| Eigenschaft | Wirkung der Vulkanisation | Industrielle Auswirkung |
|---|---|---|
| Elastizität und Rückstellung nach Verformung | Verringert die bleibende Verformung | Gleichbleibende Leistung unter zyklischen Lasten und wiederholten Verformungen |
| Mechanische Festigkeit | Erhöht die Belastbarkeit und Verschleißfestigkeit | Längere Einsatzdauer und stabile Leistung über die Zeit |
| Thermische Stabilität | Erhält die Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen | Eignung für Umgebungen mit hohen Temperaturen (zum Beispiel Motoren oder Industrieanlagen) |
| Chemische Beständigkeit | Verringert den Angriff durch Öle, Lösungsmittel und andere aggressive Stoffe | Eignung für chemisch aggressive Umgebungen |
| Beständigkeit gegen Alterung und Witterung | Verlangsamt die Zersetzung durch Sauerstoff, Ozon und UV-Strahlung | Weniger Alterung im Betrieb und längere Lebensdauer |
Auswirkung auf OEE und TCO
In der Industrie wirken sich die Vorteile von Elastomerbauteilen auch auf die Gesamteffizienz der Maschinen und Anlagen aus, in denen sie eingesetzt werden, sowie auf deren Kosten über den gesamten Lebenszyklus.
Längere Lebensdauer, Zuverlässigkeit und geringerer Wartungsbedarf verbessern Kennzahlen wie die OEE (Overall Equipment Effectiveness, Gesamtanlageneffektivität) und die TCO (Total Cost of Ownership, Gesamtbetriebskosten).
| Eigenschaft | Nutzen für das Unternehmen | Auswirkung auf die OEE | Auswirkung auf die TCO |
|---|---|---|---|
| Elastizität und Rückprallelastizität | Längere Lebensdauer | Verfügbarkeit: längere mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) | Geringere Austauschkosten |
| Stabile Vernetzungsbindungen und mechanische Festigkeit | Weniger Maschinenstillstände | Verfügbarkeit und Leistung: weniger ungeplante Stillstände und Produktionsverlangsamungen | Geringere Stillstandskosten |
| Maßhaltigkeit und Gummi-Metall-Verbindung | Höhere Qualität und Betriebsstabilität | Qualität: weniger Ausschuss und nicht konforme Bauteile | Geringere Kosten für Ausschuss und Nacharbeit |
| Beständigkeit gegen Wärme, Chemikalien und Alterung | Höhere Betriebssicherheit | Verfügbarkeit und Leistung: kontinuierlicher Betrieb auch unter harten Bedingungen | Geringere Kosten für außerplanmäßige Wartung |
Grenzen und Hinweise für die Konstruktion
Trotz vieler Vorteile in der Anwendung hat vulkanisierter Gummi einige Eigenschaften, die bei der Konstruktion zu berücksichtigen sind.
Bei besonders niedrigen Temperaturen können manche Elastomere einen Teil ihrer Elastizität verlieren. Dadurch steigt das Risiko von Versteifung und Sprödigkeit, mit möglichen Folgen für die Leistung bei Anwendungen unter extremen Umgebungsbedingungen.
Die Wahl der geeignetsten Mischung optimiert das Verhalten des Bauteils und sichert die geforderte Leistung unter den jeweiligen Einsatzbedingungen.
Außerdem lässt die vernetzte Struktur nach abgeschlossener Vulkanisation kein erneutes Aufschmelzen oder Umformen des Werkstoffs zu, anders als bei Thermoplasten. Deshalb ist die Kontrolle der Prozessparameter entscheidend, damit das Bauteil konform ist und die geforderten Eigenschaften erreicht.
Warum Corti Srl für das Formpressen mit Vulkanisation
Ein Fertigungspartner mit fundierten Kenntnissen in Rezeptur und Verarbeitung von Elastomeren ist entscheidend, um zuverlässige, langlebige und anforderungsgerechte Bauteile zu erhalten.
Dank unserer Erfahrung und unserer genauen Kenntnis der Elastomerwerkstoffe und der Vulkanisationsprozesse kaufen Sie bei Corti Srl nicht einfach ein Bauteil: Sie arbeiten mit einem technischen Partner, der Sie in jeder Projektphase unterstützt.
Von der Festlegung der Anforderungen über die Wahl der Mischung und die Konstruktion des Werkzeugs in unserem eigenen Werkzeugbau bis zur Festlegung der Vulkanisationsparameter arbeiten wir eng mit Konstrukteuren und technischen Abteilungen zusammen, um die Gesamteffizienz der Systeme zu verbessern, Wartungskosten zu senken und Probleme bei Montage und Betrieb zu vermeiden.
Für weitere Informationen oder Unterstützung bei der Wahl der passenden Lösung für Ihre Anforderungen kontaktieren Sie uns.
FAQ
Wie funktioniert das Formpressen?
Das Formpressen ist ein Formgebungsverfahren für Elastomere, bei dem die Gummimischung in ein geschlossenes Werkzeug eingelegt und Druck und Temperatur ausgesetzt wird. Unter diesen Bedingungen fließt der Werkstoff, füllt die Kavität vollständig und nimmt die Geometrie des Bauteils an. Während des Zyklus findet die Vulkanisation statt, die den Rohkautschuk in einen elastischen, widerstandsfähigen und langlebigen Elastomerwerkstoff umwandelt.
Was ist die Vulkanisation von Gummi?
Die Vulkanisation ist ein thermochemischer Prozess, der die Struktur des Gummis dauerhaft verändert: Zwischen den Polymerketten bilden sich Schwefelbrücken, die eine vernetzte Struktur erzeugen.
Warum ist die Kontrolle der Vulkanisationsparameter wichtig?
Die Kontrolle von Temperatur, Druck und Vulkanisationszeit ist entscheidend für die endgültigen Eigenschaften des Bauteils. Falsche Parameter können zu einer unzureichenden Vulkanisation (Untervulkanisation) mit zu weichem und weniger festem Werkstoff führen oder zu einer übermäßigen Vulkanisation (Übervulkanisation) mit Versteifung und geringerer Lebensdauer.
Welche Elastomere werden beim Formpressen am häufigsten verwendet?
Beim Formpressen werden vor allem technische Elastomere verwendet, die nach den Einsatzbedingungen des Bauteils ausgewählt werden. Dazu gehören Naturkautschuk (NR), Nitrilkautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und Silikon. Die Wahl der Mischung hängt von Faktoren wie Beständigkeit gegen Öle und Fette, Witterungseinfluss, thermischer Stabilität und den Anforderungen an die Lebensdauer des fertigen Bauteils ab.
Welche Vorteile hat die Vulkanisation?
Die Vulkanisation verbessert die Eigenschaften des Gummis: Sie erhöht Elastizität, Maßhaltigkeit und Beständigkeit gegen mechanische, chemische und thermische Belastungen. Das verlängert die Lebensdauer des Bauteils, verringert Störungen, Maschinenstillstände und Wartungseinsätze und verbessert Zuverlässigkeit und Effizienz industrieller Systeme.
Was fertigt Corti Srl durch Vulkanisation von Gummi?
Corti Srl fertigt eine breite Palette von Elastomerbauteilen für verschiedene Industriezweige, mit spezifischen Funktionseigenschaften je nach Anwendung. Dazu gehören Industriedichtungen, Gummi-Metall-Bauteile und technische Artikel nach Zeichnung, ausgelegt für die jeweiligen Einsatzbedingungen.
Werkstoffe: NR
