Haltbar und elastisch – seit 700 Jahren

Naturgummi kommt vom Kautschukbaum oder Hevea brasiliensis wie sein lateinischer Name lautet. Der Baum kommt natürlich im Amazonasgebiet in Südamerika vor, wird aber auch in Südostasien und Westafrika für die Gummiproduktion gepflanzt.

Die Geschichte des Gummis ist mythenumsponnen. Es heißt, dass es bereits im Mittelalter entdeckt wurde, als Columbus die Einwohner von Haiti mit elastischen Bällen spielen sah, die deutlich besser abprallten als die in Europa verwendeten Bälle. Tatsächlich kannten die Menschen auf den Karibikinseln und in Teilen Mittel- und Südamerikas Gummi und verwendeten es für verschiedene Zwecke, lange bevor der Rest der Welt von dem Material gehört hatte. Bevor Gummi in die moderne Welt kam, wurden Korkplatten als Stoßdämpfung und Einlagen in Schuhen verwendet.

Der Werkstoff Gummi entwickelte sich zwischen dem 15. und 18. Jahrhundert nur langsam, da ein grundlegendes Problem noch zu lösen war. Die Herausforderung bestand darin, den großen Nachteil des Gummis zu beseitigen – dass es in der Kälte hart und spröde und in der Hitze klebrig und weich wurde. Während des 19. Jahrhunderts wurden mehrere erfolglose Versuche unternommen, die Eigenschaften des Kautschuks so zu verbessern, dass er formstabil, trocken und flexibel statt weich und klebrig war.

Im Jahr 1839 – 100 Jahre vor dem 2. Weltkrieg, entdeckte der Amerikaner Charles Nelson Goodyear, dass Kautschuk die gewünschten Eigenschaften erhält, wenn man ihm eine kleine Menge Schwefel beigemischt und ihn erhitzt, ein Verfahren, das wir heute als Vulkanisation bezeichnen.

Vulkanisieren gibt dem Gummi die gewünschten Eigenschaften

Die Vulkanisation ist ein Prozess, bei dem die chemische Struktur des Kautschuks durch Vernetzung verändert und dadurch elastisch wird. Beim Vulkanisieren werden die elastischen Eigenschaften verbessert und erweitert, damit sie über einen größeren Temperaturbereich erhalten bleiben. Nach seiner grundlegenden Entdeckung erhielt Charles Nelson Goodyear 1844 ein Patent für die Vulkanisation – im selben Jahr, in dem in Schweden zum ersten Mal die Nationalhymne aufgeführt wurde.

Die beste Eigenschaft des Gummis ist, dass es elastisch ist und ähnlich wie eine Stahlfeder funktioniert, indem es Stöße oder Vibrationen dämpft. Der Unterschied zwischen Gummi und einer Stahlfeder besteht jedoch darin, dass das Gummi eine niedrige Eigenfrequenz hat, wodurch er zur Dämpfung von Vibrationen geeignet ist.

Härtemessung von Gummi

Die Härte ist eine Materialeigenschaft, die beschreibt, wie viel Kraft erforderlich ist, um ein Material zu verformen. Härte ist nicht dasselbe wie Densität. Densität ist ein Maß für die Dichte eines Materials, d. h. welche Masse das Material pro Volumenmenge hat.

Man unterscheidet zwei Arten von Härtemessung:

• Plastische Messung, bei der das Prüfstück deformiert wird und eine bestehende Verformung entsteht.
• Elastische Messung, bei der das Prüfstück nach Beendigung der Prüfung in seine ursprüngliche Form zurückgeht.

Die Härte oder Steifheit des Gummis wird bestimmt, indem gemessen wird, wie weit eine stumpfe Messspitze in das Gummi eingedrückt werden kann.

Ursprünglich gab es mehrere Methoden zur Härtemessung, heute werden jedoch hauptsächlich zwei Methoden verwendet: Shore und IRHD.

Härtemessung mit Shore ISO 7619

Die älteste Methode zur Härtemessung ist die Shore-Methode aus dem Jahr 1915, bei der ein Kegelstumpf mit Federkraft in das Gummi gedrückt wird und die Ablesung nach drei Sekunden erfolgt. Früher galt die Lesezeit „innerhalb einer Sekunde“, die mittlerweile in ISO 7619 auf drei Sekunden geändert wurde, um die Genauigkeit zu erhöhen.

Die Shore-Methode hat eine Reihe von Skalen (A, B, C, D, AO, DO, O, OO und AM). Von diesen sind die vier häufigsten in der ISO-Norm festgelegt. Shore A wird für normale Gummihärte verwendet, Shore D für Hartgummi und Shore AO für Weichgummi.

Alle Shore-Messskalen haben die Endpositionen 0 und 100, wobei 0 „unendlich“ weich und 100 „unendlich“ hart ist. Es gibt Shore-Meter, um die Härte des Gummis zu messen.

Härtemessung mit der IRDH-Methode

Die IRHD-Methode (International Rubber Hardness Degrees) ist eine Weiterentwicklung der Shore-Methode, die innerhalb der ISO entwickelt wurde, um die Genauigkeit der Härtemessung zu verbessern.

Unterschiedliche Gummitypen

Naturgummi (NR)

Naturgummi wird der Kautschuk genannt, der aus dem Pflanzensaft (Latex) des Kautschukbaums Hevea Brasiliensis gewonnen wird.

Vulkanisierter Naturkautschuk ist billig, langlebig, elastisch und weist eine hohe Abriebfestigkeit auf. Er eignet sich gut für Temperaturen zwischen -30 und 80 °C, ist jedoch weder öl- noch benzinbeständig. Um die Abriebfestigkeit zu erhöhen, wird häufig Ruß zugesetzt, weshalb Naturkautschuk meist schwarz ist, obwohl der Kautschuk in seinem reinen Zustand eine gelbliche Farbe hat.

Isoprengummi (IR)

IR basiert auf synthetisch hergestelltem cis-Polyisopren. Es hat dann ähnliche mechanische Eigenschaften, ist jedoch ein viel saubereres Material, das besser für die Lebensmittel- oder Medizinindustrie geeignet ist.

Styrenbutadiengummi (SBR)

SBR wurde in den 1930er Jahren in Deutschland entwickelt. SBR ist Naturkautschuk in seinen Eigenschaften sehr ähnlich, ist jedoch etwas widerstandsfähiger gegen Abrieb, Hitze und Witterungseinflüsse (Ozon). Autoreifen bestehen oft aus einer Mischung aus Naturkautschuk und SBR.

Nitrilgummi (NBR)

Dank der guten Beständigkeit von Nitrilkautschuk gegen Benzin und Öl wird es häufig in Ölschläuchen, aber auch in Lebensmittelverpackungen für Produkte verwendet, die mit Fetten in Kontakt kommen. NBR hält dauerhaften Temperaturen bis zu 90 °C stand, ist jedoch nicht so witterungsbeständig. Um letzteres zu umgehen, wird häufig etwa ein Drittel PVC eingemischt.

Butylgummi (IIR)

Butylgummi zeichnet sich vor allem durch seine Fähigkeit aus, keine Gase durchzulassen. Daher wird es häufig in Schläuchen für Auto- und Fahrradreifen verwendet. Es ist zudem relativ hitzebeständig und hält Temperaturen zwischen -30 und 120 °C über längere Zeiträume und -40 bis 140 °C über kürzere Zeiträume stand.