Adhäsion
Adhäsion bei Elastomeren
Der Begriff Adhäsion leitet sich ab vom lateinischen adhaerere, was übersetzt “anhaften” bedeutet. Er bezeichnet den physikalischen Zustand zwischen Stoffen, die miteinander in Kontakt treten, egal, ob es sich um Feststoffe oder Flüssigkeiten handelt. Vereinfacht gesagt geht es bei der Adhäsion also um die mechanische Anhaftung an den Kontaktflächen zweier Stoffe. In der Elastomer-Terminologie bezeichnet der Begriff die Festigkeit der Bindung oder Verbindung zwischen zwei Elastomeroberflächen oder Einlagematerialien in vulkanisiertem oder unvulkanisiertem Zustand.
Wie entsteht Adhäsion?
Die Adhäsion bei Elastomeren entsteht durch physikalische und chemische Wechselwirkungen an der Kontaktfläche zwischen dem Elastomer und einem anderen Material. Diese Wechselwirkungen können durch Van-der-Waals-Kräfte, Wasserstoffbrückenbindungen oder sogar kovalente Bindungen entstehen. Ein einfaches Beispiel für eine recht leichte, instabile Adhäsion aus dem Alltag, ist etwa das Anhaften von Wassertropfen an den Blättern einer Pflanze. Doch auch bei Farben, Lacken oder Klebstoffen kommt der Effekt der Adhäsion zum Tragen. Bei Elastomeren sowie beim Gegenmaterial bestimmen die spezifischen Oberflächeneigenschaften wie Rauheit, chemische Zusammensetzung und Flexibilität die Stärke und Qualität der Adhäsion.
Wo und wann ist Adhäsion erwünscht?
In Dichtungsanwendungen, zum Beispiel in Bereichen wie dem Automobil- oder Maschinenbau ist Adhäsion erwünscht, um effektive Dichtungen zwischen verschiedenen Komponenten oder auch stabile Gummi-Metall-Verbindungen zu gewährleisten. Eine gute Adhäsion der Dichtung verhindert Leckagen und schützt vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz, da die Dichtungsmaterialien fest an den angrenzenden Oberflächen haften und Undichtigkeiten verhindern. Ebenfalls ist sie auch dort erwünscht, wo ein Objekt bzw. dessen Oberfläche auch bei Vibrationen oder Einwirkung durch Stöße stabil verbleiben oder haften soll, wie zum Beispiel bei Schutzüberzügen oder Puffern.
Wo und wann ist Adhäsion nicht erwünscht?
Bei der Herstellung oder Verarbeitung von Elastomeren kann unerwünschte Adhäsion jedoch zu Problemen führen, beispielsweise wenn Materialien an Werkzeugen kleben bleiben. Auch in Umgebungen, in denen Elastomere starker Verschmutzung ausgesetzt sind, kann Adhäsion dazu führen, dass Schmutz und kleine Partikel an der Oberfläche des Dichtungsprodukts haften bleiben, was die Funktionalität und Lebensdauer des Materials verringert. Blicken wir auf Formteile oder Spritzgussteile aus Gummi, bei denen die Reibungseigenschaften auf einer Oberfläche berücksichtigt werden müssen – etwa wenn andere Objekte beispielsweise durch Reibung, Bewegung oder Druck darauf einwirken – kann eine niedrige Adhäsion bzw. unterschiedliche Adhäsionseigenschaften ebenfalls erwünscht sein. Beispiele dafür sind Gummistandfüße eines Objekts, dass auf einer glatten Oberfläche leicht verschiebbar sein soll.
Einflussfaktoren auf die Adhäsion
Das Adhäsionsverhalten von Dichtungen aus Elastomerwerkstoffen kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden – so zum Beispiel die Oberflächenbeschaffenheit. Rauere Oberflächen erhöhen die Kontaktfläche und können die Adhäsion verbessern.
Zudem spielen auch die Umweltbedingungen, wie etwa Temperatur und Feuchtigkeit, eine wichtige Rolle. Hohe Feuchtigkeit kann die Adhäsion durch Bildung von Wasserfilmen zwischen den Materialien reduzieren, während extrem niedrige oder hohe Temperaturen das Adhäsionsverhalten des Elastomers auf unterschiedliche Weise verändern können.
Darüber hinaus wird die Adhäsionskraft durch das Zusammenspiel der chemischen Zusammensetzung des Elastomers sowie des Kontaktmaterials beeinflusst. Der Kontakt zwischen miteinander unverträglichen Materialien kann zu einer schlechteren Adhäsion führen.
Um die Adhäsion zu verbessern, Oberflächenbehandlungen wie das Aufrauen oder das Beschichten mit Haftvermittlern angewendet werden. Zudem kann die chemische Zusammensetzung der Elastomere angepasst werden, um die Adhäsionscharakteristika zu optimieren.
Beispiele für Elastomere, die für eine hohe bzw. geringe Adhäsion besitzen, sind:
Elastomer-Werkstoffe mit hoher Adhäsion
- Naturkautschuk (NR): Naturkautschuk hat eine sehr gute Adhäsion zu verschiedenen Materialien und wird oft in Anwendungen verwendet, wo eine starke Haftung erforderlich ist, wie bei Klebstoffen und Dichtungen.
- Polyurethan (PU): Polyurethan ist bekannt für seine ausgezeichnete Adhäsionsfähigkeit auf vielen verschiedenen Oberflächen, einschließlich Metallen, Holz und einigen Kunststoffen. Es wird ebenfalls häufig in Beschichtungen sowie Dicht- und Klebstoffen eingesetzt.
- Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR): Dieser synthetische Kautschuk haftet gut auf vielen Oberflächen und ist eine häufige Wahl für Klebstoffanwendungen und für die Reifenherstellung.
Elastomer-Werkstoffe mit geringer Adhäsion
- Polytetrafluorethylen (PTFE): Obwohl nicht traditionell als Elastomer klassifiziert, wird dieses Material, das vor allem unter dem Handelsnamen Teflon der Firma DuPont bekannt ist, aufgrund seiner extrem glatten Oberfläche und chemischen Inertheit oft in ähnlichen Kontexten eingesetzt. PTFE hat eine sehr niedrige Adhäsionsrate, was es ideal für Antihaft-Anwendungen und Dichtungen macht, wo keine Verklebung gewünscht ist – etwa bei O-Ring-Beschichtungen.
- Silikonkautschuk: Silikon hat generell eine geringere Adhäsion im Vergleich zu vielen anderen Elastomeren, was es ideal für Anwendungen macht, bei denen das Material leicht von einer Oberfläche entfernt werden soll, wie in Backformen oder in Anwendungen, wo klebefreie Dichtungen benötigt werden.
- Fluorkautschuk (FKM, Viton): Fluorkautschuk hat eine relativ geringe Adhäsionsneigung gegenüber vielen Materialien und wird häufig in Anwendungen verwendet, wo etwa eine chemische Beständigkeit oder Beständigkeit gegen hohe Temperaturen bei O-Ringen oder Dichtungen wichtiger ist als Haftung.
Die Wahl des Elastomers hängt stark von der spezifischen Anwendung ab. In manchen Fällen, wie in der Dichtungstechnik oder bei Klebstoffen, ist hohe Adhäsion erwünscht, in anderen, wie bei Formteilen, die nicht aneinander haften sollen, ist geringe Adhäsion vorteilhaft. Es ist auch möglich, die Adhäsionseigenschaften durch Oberflächenbehandlungen und Zusatzstoffe zu modifizieren, um die Leistung eines Elastomers in einer bestimmten Anwendung zu optimieren.
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