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Eigenschaften der Kunststoffe

Innerer Aufbau und Festigkeitsverhalten - 3. Elastomere

Abb.1
Elastomer - schamatische Darstellung des Aufbaus

Elastomere verformen sich beim Erwärmen nicht, sie sind jedoch elastisch

Die Makromoleküle der Elastomere sind weitmaschig miteinander vernetzt, sodass die Fäden durch Druck in einem bestimmten Maße gegeneinander bewegt werden können. Nicht gedehnt nehmen die Makromoleküle eine Knäuelgestalt an. Durch Krafteinwirkung werden sie gestreckt. Die Dehnung kann dabei - je nach Vernetzungsgrad - mehrere Hundert Prozent betragen. Dies unterscheidet die Elastomere beträchtlich von anderen Werkstoffen wie Metallen oder Keramik.

Abb.2
Aufgespiesste Ballone

Sticht man an der falschen Stelle ein, platzt der Ballon. Die maximale Reißdehnung ist überschritten!

Nach Aufhebung der Krafteinwirkung nehmen die Elastomere aufgrund der Vernetzung wieder ihren ehemaligen Zustand an.

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Abb.3
Elastomer unter Einwirkung einer äußeren Zugspannung

Dass die Makromoleküle nicht in dem gedehnten Zustand bleiben, erklärt man dadurch, dass die Ordnung im gedehnten Zustand grösser ist, als im nicht gedehnten. Die Fäden liegen gedehnt näher aneinander, es gibt sogar teilkristalline Bereiche. Im ungedehten Zustand bilden sich ungeordnete Knäuelstrukturen, die Unordnung (oder Entropie) ist hier höher. Freiwillig geht ein System immer nur von höherer Ordnung zu geringerer Ordnung. Es ist eigentlich wie mit einem Zimmer: der Weg zur Unordnung ergibt sich von selber. Zur Erzeugung der Ordnung benötigt man Energie. Das Zurückgleiten der gedehnten Kunststofffäden in den unordentlichen, verknäulten Zustand läuft somit durch die Erhöhung der Entropie auch freiwillig ab. Diese Eigenschaft nennt man daher "Unordnungselastizität" oder wissenschaftlich "Entropieelastizität". Da dieses Verhalten bei Gummi beobachtet wird, nennt man es daher auch Gummielastizität.

Bei Herstellung der Elastomere ist eine weitmaschige Quervernetzung wichtig. Bei engmaschiger Vernetzung erhält man einen Duroplasten, der sich nicht mehr dehnen lässt. Elastomere sind - genau wie Duroplaste - nicht schmelzbar. Beide bestehen im Prinzip aus einem einzigen riesigen Molekül.

Die Dehnbarkeit ist abhängig von der Temperatur

Im Gegensatz zu Thermoplasten nimmt bei Elastomeren im elastischen Zustand die Dehnbarkeit mit Temperaturerhöhung zu, da das Auseinandergleiten der Polymerketten durch die Quervernetzungen verhindert wird. So ist daher ein Luftballon in der Kälte nur noch wenig dehnbar.

Abb.4
Luftballon in der Kälte
Abb.5
Gummi zerbricht in der Kälte

Damit Elastomere nicht brechen, muss die Glasübergangstemperatur deutlich unter der normalen Umgebungstemperatur liegen.

Bei den niedrigen Temperaturen des flüssigen Stickstoffs befindet sich der Gummischlauch unterhalb seiner Glastemperatur. Er ist spröde und hart und bricht extrem leicht!!

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