Elastomere in der Dichtungstechnik

Bekannt ist NBR unter den Handelsnamen Perbunan NT, Europrene, Nipol N, Breon oder auch der alten Bezeichnung Buna N. Entwickelt wurde der Werkstoff erstmalig um 1930 bei der I. G. Farben von Eduard Tschunkur, Erich Konrad und Helmut Kleiner. Aufgrund seiner niedrigen Materialpreisbasis und chemischen und mechanischen Eigenschaften ist NBR das Standardmaterial für zahlreiche Anwendungen in Hydraulik und Pneumatik.

Gegenüber vielen anderen Elastomeren sind NBR-Compounds hinsichtlich des Druckverformungsrestes sowie der Reiß- sowie Abriebfestigkeit überlegen. Zudem ist NBR beständig gegenüber ölbasierten Hydraulikflüssigkeiten, Fetten, tierischen und pflanzlichen Ölen, Flammschutzmitteln (HFA, HFB, HFC), Schmiermitteln, Wasser und Luft. Darüber hinaus gibt es Sondermischungen für den Einsatz bei extrem tiefen Temperaturen, mit entsprechender Stabilisierung in Bezug auf die Alterung des Werkstoffes oder den Einsatz in Kontakt mit besonderen Medien.

Der Einsatztemperaturbereich üblicher Standardmischungen liegt bei etwa – 30 bis + 100 °C Dauertemperatur, für kurze Zeiträume vereinzelt auch bis + 120 °C. Durch die sogenannte Hydrierung (Aufspalten der im NBR enthaltenen Doppelbindungen und Anbindung eines Wasserstoffatoms zu HNBR), der Zugabe von Kohlensäure oder der Beimengung von PVC zum Grundpolymer kann NBR auch auf erweiterte spezifische physische und chemische Anforderungen hin angepasst werden. So führt die Zugabe von PVC zu einer Verbesserung der Witterungs- und Ozonbeständigkeit.

Eigenschaften formulieren

Bei NBR handelt es sich um ein Co-Polymer dessen Polymerketten sich aus den Monomeren Acrylnitril (polarer Anteil) und 1,3-Butadien (unpolarer Anteil) zu sammensetzen. Dabei werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften beziehungsweise die Qualität des Elastomers im Wesentlichen beeinflusst durch den Vernetzungsgrad, die Zugabe von Füllstoffen sowie dem Mischungsverhältnis von Acrylnitril zu 1,3-Butadien welcher zwischen 18 und 50 Prozent variieren kann.

Ein geringer ACN-Gehalt hat einen niedrigeren Glasübergangspunkt zur Folge, dafür jedoch auch ein höheres Quellverhalten in Ölen und Fetten, da diese auf Grund ihrer unpolaren Struktur verstärkt mit dem höheren Anteil an unpolarem Butadien in Wechselwirkung treten. Da sie zahlreiche Doppelbindungen enthalten, sind Standard-NBR Compounds nur bedingt beständig gegenüber Ozon, Sonnenlicht oder allgemeinen Witterungseinflüssen. Sie sollten nicht in die Nähe von elektrischen Maschinen oder anderen ozongenerierenden Geräten gelagert und vor direktem Sonnenlicht geschützt werden. Einige dieser Nachteile können jedoch wiederum auch durch die Zugabe spezieller Additive beim Compoundieren – wie zum Beispiel dem vormals bereits erwähnten PVC – verbessert werden.

Hinsichtlich des Kälteflexibilitätsverhaltens besteht neben der Wahl eines entsprechend niedrigen ACN-Anteils im Basispolymer auch die Möglichkeit der Zugabe von Weichmachern. Diese können in einer Mischung durchaus bis zu einem Anteil von bis zu 15 bis 20 Prozent enthalten sein. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass diese in Verbindung mit bestimmten Medien wie beispielsweise Ölen auf Paraffinbasis aus dem Werkstoff gelöst werden können und auch oft auf die Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen verzichtet werden muss.

Gemeinsam mit dem Unternehmen Kraiburg wurde bei Ulman eine NBR-Mischung entwickelt, die zu zahlreichen elastomeren Produkten verarbeitet und in verschiedensten Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Neben der Wahl des optimalen ACN-Gehalts des Polymers wurden weitere Rezepturmaßnahmen zur Senkung der Glasübergangstemperatur Tg – also der Temperatur, bei welcher der Werkstoff seine elastische Eigenschaft verliert und in einen harten, glasähnlichen Zustand übergeht ergriffen, um so das bestmögliche Kälteflexibilitätsverhalten bei gleichzeitig hoher Quellbeständigkeit zu erzielen.

Ein besonderes Augenmerk wurde dabei auf die polymeren und weichmachenden Komponenten gelegt, sodass für den Werkstoff ein TR10 Wert von – 54 °C erreicht werden konnte, der eine untere Einsatztemperaurgrenze von circa – 65 °C sicherstellt. Aus dem Werkstoff lassen sich sowohl rein elastomere Bauteile wie auch aus mehreren Komponenten bestehenden Verbundteile wie beispielsweise Membranen herstellen. Auch bei dem Fertigungsverfahren sind zahlreiche Alternativen gegeben und N7219 kann sowohl im Injection Moulding als auch Compression wie auch Transfer-Moulding verarbeitet werden.