EPDM O-Ringe: Schwefelgehärtet (Schwefel vernetzt)

Das Vulkanisationsverfahren ist so weit verbreitet, dass selbst Laien sicher auf das ihnen geläufige Wort “Vulkanisation” antworten werden. Allerdings wissen nur wenige Menschen, worum es bei diesem Prozess geht und warum er wichtig ist. Es ist besonders wichtig bei der Vernetzung von Elastomeren, die dann zur Herstellung verschiedener Gummiprodukte verwendet werden, die im Handel erhältlich sind. Sie enthalten auch eine der beliebtesten Dichtungen, nämlich O-Ringe. Was sind sie, wie werden sie gebildet und was bewirkt eine Schwefel- oder Peroxidbedeckung?

Was ist der Vulkanisationsprozess?

Obwohl es den Anschein hat, dass die Vulkanisation ein erst kürzlich bekannter Prozess ist, ist dies nicht der Fall, da die Geschichte dieser Entdeckung dieses Prozesses bis in prähistorische Zeiten zurückreicht. Die Vulkanisation von Kautschuk war schon damals bekannt, obwohl sie der Vulkanisation der Neuzeit nicht mehr ähnelte. Trotz dieser zeitlichen Diskrepanz wurde die moderne Vulkanisation erst im 18. Jahrhundert entdeckt und erst im 19. Jahrhundert verfeinert. Gummi ist aus der heutigen Welt nicht mehr wegzudenken, schließlich verwenden wir es täglich – wir verwenden Reifen in Autos, wir tragen Schuhe mit Gummisohlen, in unseren Gärten haben wir Gummischläuche zum Gießen von Pflanzen und viele Industrien verwenden Gummimatten und Gummidichtungen in Form von beispielsweise O-Ringen.

Der Prozess der Gummiherstellung war bereits den Azteken bekannt, die Latex aus dem dort verfügbaren Castilla Elastica-Baum gewannen und ihn dann mit dem Saft aus lokalen Reben vermischten. So entstand der ursprüngliche Gummi.

Bevor das Vulkanisationsverfahren erfunden und das Gutschwefelgehärtet wurde, wurde ölgetränktes Leder verwendet, um zwei bewegliche Teile in Maschinen zu verbinden. Sie müssen nicht vermuten, dass dies eine nicht sehr effiziente und auch problematische Lösung war. Die Vulkanisation ermöglichte es, bewegliche Elemente mit einem Material zu verbinden, das nach den im Maschinenbetrieb ablaufenden Prozessen in die ursprüngliche Form zurückkehren konnte, also kein Einzelfall war.

Nicht ausgehärteter Naturkautschuk ist klebrig und dehnbar und bröckelt bei niedrigeren Temperaturen. Um dies zu verhindern, wird ein Vulkanisationsverfahren verwendet, das die Möglichkeit einer Bewegung der Polymere in der Kette durch Vernetzung, d Form nach vorheriger Verformung unter Einfluss von Faktoren, zum Beispiel mechanisch oder Temperatur.

Das Hauptmaterial, das beim Vernetzungsprozess verwendet wird, ist Schwefel. Aber auch Materialien wie: Peroxide, Urethannetzwerke, Metalloxide, Acetoxysilan werden verwendet.

Die chemische Seite des Schwefel-Vulkanisationsprozesses

Die Vulkanisation von sogenannten traditionellen Elastomeren oder Materialien, die allgemein als Kautschuke bezeichnet werden, besteht in der Anlagerung (Addition) von Schwefel an chemische Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen, die in den Molekülen von Natur- und Synthesekautschuken vorkommen. So wird eine gebrochene Doppelbindung durch ein bis drei Schwefelatome ersetzt.

Die Schwefelvernetzungsreaktion findet üblicherweise bei 150°C in speziellen Trommeln, sogenannten Kalandern, statt. Auf diese Trommeln wird eine spezielle Paste aufgetragen, die aus zerkleinertem rhombischem Schwefel, gemischt mit Gummi, besteht. Dieser Prozess kann gesteuert werden, um Gummis unterschiedlicher Elastizität und damit Härte und Abrieb zu erzielen. Je mehr Schwefel hinzugefügt wird, desto stärker ist die Vernetzung. Dies macht das Material weniger flexibel, aber der resultierende Gummi zeichnet sich durch eine beträchtliche Härte und Abriebfestigkeit aus, was bei Gummigummis ein sehr wünschenswertes Merkmal ist.

Die chemische Seite des Vulkanisationsprozesses mit Peroxiden

Die Vulkanisation erfolgt nicht nur auf traditionellen Elastomeren wie Kautschuken, sondern auch auf Silikonen. Für diesen Prozess werden jedoch Peroxide verwendet, kein Schwefel. Dadurch sollen die Eigenschaften dieser Elastomere verändert oder verbessert werden. Beim Vulkanisationsprozess eines Materials wie Silikon funktionieren alle Verbindungen mit zwei funktionellen Gruppen, solange diese Gruppen die Fähigkeit haben, sich an Kohlenstoffatome im Elastomermolekül anstelle einer einzelnen, gebrochenen Bindung zu binden.

Die Vulkanisation kann auch darin bestehen, verschiedene Arten von Kautschuken miteinander zu verbinden, die dabei gebildet werden. Das häufigste Beispiel für einen solchen Prozess ist die Reifenreparatur oder der Reifenaufbau.

Was sind O-Ringe?

EPDM-O-Ringesind spezielle Gummiprodukte, deren Aufgabe es ist, als Dichtmittel unerwünschte Leckagen, zum Beispiel Flüssigkeiten oder Gase (Medien), zu stoppen. Gleichzeitig sind O-Ringe eine der beliebtesten Abdichtungsmethoden. Denn O-Ringe (z.B. aus EPDM-Gummi) sind sehr einfach zu montieren und benötigen nicht viel Platz. Ein großer Vorteil der Verwendung von O-Ringen ist zweifellos die Möglichkeit, diese sowohl statisch als auch dynamisch zu verwenden. Aus verschiedenen Gummisorten (insbesondere EPDM) gefertigt, kann es auch bei 150 C sehr lange verwendet werden.

O-Ringe sind geschlossene Ringe mit kreisförmigem Querschnitt. Diese Abmessungen werden als Innendurchmesser und Querschnittsdurchmesser bezeichnet. O-Ringe werden aus verschiedenen Elastomertypen (EPDM, NBR, FPM) hergestellt, von denen EPDM-Kautschuk am beliebtesten ist, da er gegen eine Vielzahl von Faktoren beständig ist.

Wie entstehen schwefelvernetzte O-Ringe?

Schwefelgehärtete O-Ringe werden im Prozess der nahtlosen Vulkanisation, d. h. der Vernetzung mit Schwefel, hergestellt. Vernetzter EPDM-Kautschuk wird härter, aber dieser Parameter kann mit der entsprechenden Menge an Schwefel, die im Vernetzungsprozess verwendet wird, modifiziert werden.

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Herstellungsverfahren für schwefelbeschichtete O-Ringe

Zur Herstellung von O-Ringen werden hauptsächlich zwei Verfahren verwendet, die jeweils von mehreren Faktoren abhängen, darunter die Größe des O-Rings und die zu produzierende Stückzahl einer bestimmten Serie.

• recht zeitaufwendiges Pressverfahren – bei diesem Verfahren wird das Elastomer (z.B. EPDM-Gummi) manuell in die Form eingelegt und anschließend beide Teile geschlossen. Dieses Verfahren ist für größere Produktionen nicht geeignet, da es lange dauert. Es wird am häufigsten für die Herstellung von O-Ringen mit nicht standardmäßigen Abmessungen (größer als normalerweise verfügbar) und einer kleinen Anzahl in Serie verwendet.
• Injektionsmethode – automatisiert und definitiv effizienter. Bei diesem Verfahren wird ein Elastomer (z. B. EPDM-Kautschuk) mit einer Schnecke in die Form gedrückt. Das Verfahren ist ideal für die Herstellung von O-Ringen kleinerer und gängiger Größen, die in großen Stückzahlen in Serie gefertigt werden können.

EPDM-Kautschuk – Eigenschaften

Unter den vielen auf dem Markt erhältlichen Elastomeren ist EPDM-Kautschuk einer der am häufigsten gewählten, da er gegen viele ungünstige Umwelt- und Wetterbedingungen beständig ist. Aus diesem Grund ist es in Bezug auf seine Gegenstücke, wie auch andere Allzweckkautschuke (SBR, NBR), führend. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk ist vor allem gegen ungünstige Witterungsbedingungen wie UV-Strahlung und Ozon, Wasser und Dampf, Feuchtigkeit und Chemikalien beständig.

EPDM O-Ringe vernetzt mit Schwefel und Peroxiden (peroxidgehärtet) – Eigenschaften und Anwendung

Um auf den Einsatz von O-Ringen aus schwefel- oder peroxidgehärtetem EPDM-Kautschuk umzusteigen, ist es notwendig, sich mit dem Einfluss des Vulkanisationsprozesses auf die Eigenschaften des Kautschuks und damit des daraus hergestellten O-Rings vertraut zu machen verfügen über. Abhängig vom Substrat, das während des Vulkanisationsprozesses verwendet wird, weist das Endprodukt, d. h. EPDM-Kautschuk, unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf den Temperaturbetrieb auf.

• Vernetzung mit Schwefel – EPDM-Kautschuk wird einen Temperaturbereich für den Dauerbetrieb von -45 Grad Celsius bis +120 °C haben.
• Vernetzung mit Peroxiden – EPDM-Kautschuk wird einen kontinuierlichen Betriebstemperaturbereich von -45 Grad Celsius bis +150 °C haben.

Vorteile von EPDM O-Ringen

EPDM-O-Ringe aus schwefel- oder peroxidgehärtetem Gummi haben eine Reihe von Eigenschaften, die von ihren Benutzern gewünscht werden. Sie umfassen hauptsächlich:

• großer Temperaturbereich im Dauerbetrieb (120 C – 150 C)
• ausgezeichnete Beständigkeit gegen Ozon, UV-Strahlung und andere ungünstige Witterungsbedingungen
• guter Koeffizient der bleibenden Verformung nach Kompression
• Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, Dampf und Wasser
• Beständigkeit gegen Ketone, Alkalien, polare Lösungsmittel, Alkohole
• Beständigkeit gegen Bremsflüssigkeiten auf Glykolbasis (DOT 3 und 4) und Silikonbasis (DOT 5)
• Beständigkeit gegen schwer entflammbare Hydraulikflüssigkeiten (HFD – R)
• Beständigkeit gegen Glykol, Aceton, viele organische und anorganische Säuren (bei geringen Konzentrationen), Basen (und damit auch die meisten Reinigungsmittel, was die Reinhaltung eines solchen O-Rings wesentlich erleichtert)

Wogegen sind EPDM O-Ringe nicht beständig?

Trotz hoher Beständigkeit gegen viele Faktoren sind EPDM-O-Ringe gegen einige Stoffe nicht beständig. Sie umfassen, sind aber nicht beschränkt auf:

• Mineralölprodukte wie Fette, Öle und Kraftstoffe – hier arbeitet NBR-Kautschuk
• organische Lösungsmittel
• unpolare Lösungsmittel
• aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe – FPM / Viton wird hier besser funktionieren
• konzentrierte Säuren

Dennoch unterscheidet sich EPDM-Kautschuk durch seine vielen positiven Eigenschaften definitiv von anderen auf dem Markt erhältlichen Kautschuken.

Anwendung und Montage von EPDM O-Ringen

O-Ringe werden aufgrund der hohen Beständigkeit gegenüber Bremsflüssigkeiten auf Glykolbasis (DOT 3 und 4) und Silikonbasis (DOT .) am häufigsten in Autos verwendet 5) und für schwer entflammbare Hydraulikflüssigkeiten (HFD-R). Darüber hinaus können sie im Auto verwendet werden in: Motor, Einspritzdüsen, Turbokabel, Thermostat, Lenkrad, Spiegel, Zündgerät, Lautsprechergehäuse. Dies sind jedoch nicht alle Stellen, an denen Sie O-Ringe im Auto finden.

Neben Autos finden sich EPDM-O-Ringe auch in Computertastaturen unter den Tasten, als Dichtungen in Wasserhähnen oder in diversen Maschinen und Industriegeräten.

Einbau von EPDM O-Ringen

O-Ringe selbst sind sehr einfach zu installieren, daher ihre Popularität als Dichtmittel. Bei der Montage von EPDM O-Ringen müssen Sie jedoch einige Dinge beachten, um diese nicht zu beschädigen und gleichzeitig die lange Nutzungsdauer zu genießen. Hier sind einige hilfreiche Tipps zum Einbau von EPDM-O-Ringen:

• O-Ringe dürfen weder zum Abdichten scharfer Kanten (Beschädigungsgefahr) noch zur Montage von scharfen und harten Werkzeugen verwendet werden. Da der O-Ring recht empfindlich auf scharfe Kanten reagiert, empfiehlt es sich, ihn vor der Montage stumpf oder abzurunden.
• Sie müssen sicherstellen, dass Sie den O-Ring-Typ, den Sie zuvor gekauft haben, verwenden, damit Sie bei der Montage nicht den falschen Typ verwenden
• weder in der Nut noch im O-Ring dürfen Schmutz oder andere Rückstände verbleiben
• O-Ringe dürfen nicht verklebt werden, da die Gefahr der Materialverhärtung besteht
• für alle Kautschuke, außer EPDM, sind Montageöle und -fette, abgestimmt auf die Materialbeständigkeit, zu verwenden; Es ist nicht akzeptabel, beim Einbau von EPDM-Gummi-O-Ringen Vaseline oder andere Mineralöle zu verwenden
• der O-Ring lässt sich nicht durch die Löcher schieben
• die Beständigkeit des O-Ring-Materials gegenüber Reinigungsmitteln sollte überprüft werden; im Fall von EPDM-Kautschuk ist ein solcher O-Ring aufgrund seiner Zusammensetzung gegen die meisten Reinigungsmittel beständig (hauptsächlich die Basen, gegen die diese Art von Kautschuk beständig ist)
• bei der Montage darf der O-Ring um 20 % des Innendurchmessers gedehnt werden, solange die Dehnung kurzzeitig ist

Nach der Norm ISO 2230 sind Dichtungen wie O-Ringe je nach Material 5 bis 10 Jahre lagerfähig. Da EPDM-Gummi gegen viele verschiedene Faktoren beständig ist, mit denen andere Elastomere deutlich schlechter zurechtkommen, kann ein O-Ring aus EPDM-Gummi erfolgreich bis zu 10 Jahre gelagert werden. Denken Sie daran, solche Produkte keinen extremen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten von über 70 % sowie Sauerstoff oder Ozon auszusetzen. Daher ist die beste Lösung, diese Art von Produkt in Verpackungen oder versiegelten Behältern zu lagern.