Direktverfahren für EPDM- und TPS-Metallbauteile
Projektleiter: Daniela Altendorf
Projektnummer: BMWK / INNO-KOM, 49MF210086
Laufzeit: 01.01.2022 – 31.12.2023
Aufgabenstellung
Metallverstärkte Elastomerbauteile findet man dort, wo besonders hohe Kräfte übertragen oder abgeschwächt werden müssen. Prominente Beispiele sind Reifen, Fördergurte, besondere Schläuche und Riemen sowie die riesige Vielfalt der Dämpfungselemente. Nicht nur Elastomer und metallische Komponente, sondern auch die Haftung zwischen diesen beiden völlig unterschiedlichen Materialien entscheiden über die Qualität und die Beständigkeit solcher Bauteile. Ohne jegliche Metall-Vorbehandlung ist nur bei NR/SBR-Compounds – an Messing- und Zinkoberflächen – die unmittelbare Konfektion/Vulkanisation mit dem Elastomer möglich; Voraussetzung sind spezielle Rezepturen und Cobalt-basierte Adhäsivsysteme. Sehr interessant wären solche direkten Prozesse aber auch mit den technisch überaus wichtigen EPDM-Kautschuken sowie mit den TPE.
Ergebnisse
Schwerpunkt des Projekts war die Ankopplung von EPDM an metallische Oberflächen: Umfangreiche Untersuchungen mit verschiedenen EPDM-Batches bekannter Rezeptur zeigten, dass bereits allein spezielle Cobalt-Komplexe die Haftung zu Zink- und Messing stark erhöhen. Fügt man die bei NR/SBR-Compounds bewährten Harzbildner (Resorcin/Formaldehydspender) hinzu, erhöht sich die Haftung noch weiter. Offensichtlich notwendiger Begleiter dieser Harzbildner ist Kieselsäure, insbesondere in seiner hochaktiven Form als pyrogene Kieselsäure. Begünstigend im Haftmechanismus erwiesen sich erhöhte Anteile an Zinkoxid und Schwefel. Negativ wirken sich größeren Mengen an Weichmacher aus; um dennoch das technologische Verhalten der EPDM-Compounds steuern zu können, wurden Flüssigkautschuke betrachtet – mit mäßigen Anteilen an Flüssig- IR und -BR in dieser Konsistenz bleibt das Haftniveau auf hohem Niveau. In Peroxid-vernetzten EPDM-Compounds zeigen die Cobaltsalze keinen Effekt. Einen breiten Raum nahm der Vergleich eines Spektrums an EPDM-Kautschuken ein: In den hinsichtlich Gummi/Metall-Haftung optimierten Rezepturen fällt das Niveau der Anbindung überraschend undifferenziert aus. Bei thermisch-hydrolytischer Alterung blieb das Haftungsniveau stabil; einen moderaten Abfall beobachtet man nach Klimawechseltests. In Thermoplastischen Elastomeren (TPE) ist die Integration eines inhärenten Haftsystems völliges Neuland. Wegen gewisser struktureller Analogien zu SBR – also zu einem Kautschuk, bei dem das Cobalt-Haftsystem wirkt, wurden zwei unterschiedlichen Typen TPS untersucht: ein gesättigtes TPS-SEBS und ein teilweise ungesättigtes TPS-SEBS/SBS, bei allerdings negativem Ergebnis.
Anwendung
Im Projekt wurden EPDM-Rezepturen entwickelt, bei denen das Haftsystem direkt aus dem Elastomer heraus wirkt. Damit steigt die Produktivität grundlegend: der Aufwand für die Modifizierung der metallischen Oberfläche sinkt bzw. entfällt, und es eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten für den technologischen Rahmen (Spritzgießen, Umspritzen von Einlegeteilen). Weiterhin verringern sich die Gefahr potentieller Qualitätsschwankungen sowie die toxikologischen Probleme der üblichen Zweikomponenten-Haftsysteme.
