Werkstoffkompass PU

(Bild: ISGATEC GmbH)

06.03.2020 Werkstoffkompass PU

Ein sehr reißfester und dehnbarer Kautschuk

von Karl-Friedrich Berger (ISGATEC GmbH)

Die unterschiedlichen Herstellungsverfahren geben erste Hinweise auf die unglaublich breite Palette an Produkten auf Basis von Polyurethan (PU). Verschleißfestigkeit, gutes Dämmen, Dämpfen, Isolieren sind Merkmale dieses Werkstoffs.

Schwäche zeigt er allerdings in tropischen Regionen, denn Feuchtigkeit und Wärme zusammen können ihn letztlich zerstören.

Vernetzungssysteme – Isocyanatvernetzbare Typen sind den im Gießverfahren hergestellten Polyurethanen in physikalischer und chemischer Hinsicht sehr ähnlich und können ohne Füllstoffe auf sehr hohe Härte mit hoher Elastizität modifiziert werden. Problematisch ist die geringe Haltbarkeit der Mischung (1 bis 3 Tage), die zudem sehr feuchtigkeitsempfindlich ist. Peroxidvernetzbare Typen unterliegen den gleichen Vernetzungsregeln wie denen anderer Kautschuktypen. Die einstellbare Härte liegt zwischen 50 bis 85 Shore A. Der Druckverformungsrest ist geringer als bei den anderen Urethanelastomeren, die Weiterreißfestigkeit ist geringer. Bei schwefelvernetzbaren Urethankautschuken werden aktive oder halbaktive Füllstoffe beigegeben. Dies verbessert die Eigenschaften. Im Vergleich zu den anderen vernetzten Polyurethantypen haben solche Produkte eine geringere Stoßelastizität, eine geringere Kälteflexibilität, einen höheren Druckverformungsrest und eine schlechtere Heißluft- und Quellbeständigkeit.

Mischungen – Bei gießbaren Polyurethanen werden flüssige Reaktionskomponenten (Diisocyanate, Polyether bzw. Polyester) und Vernetzer in Formen gegossen. Die Verarbeitung erfolgt drucklos. Die Härtegrade werden über die Mengenvariation der Rohstoffe beeinflusst. Nach dem Erstarren werden die Teile 10 bis 20 h bei ca. 100 °C getempert. Hierdurch erfolgt die Vernetzung. Durch Zusätze werden z.B. die Gleiteigenschaften und das Hydrolyseverhalten verbessert oder die elektrostatische Aufladung vermindert.

Bei thermoplastisch verarbeitbaren Polyurethanen liegt der Rohstoff als Granulat vor. Es werden keine Weichmacher oder Füllstoffe verwendet. Die Verarbeitung erfolgt, wie bei Thermoplasten üblich, mittels Spritzgussverfahren bzw. Extrusion. Auf diese Weise können große Stückzahlen hergestellt werden.

Bei walzbaren Polyurethanen ist der Rohstoff eine zähe, kautschukartige Masse, der zumeist Ruß als Füllstoff beigegeben wird. Durch Hydrolyseschutzmittel wird die Beständigkeit gegen Luftfeuchtigkeit und Wasser wesentlich verbessert. Nach Art der Vernetzung der PU unterscheidet man isocyanatvernetzbare, peroxidvernetzbare und schwefelvernetzbare Urethan-Kautschuke.

Lieferformen/Verarbeitung – PU gibt es in vielen Lieferformen: als Platten, gegossene Formteile, Zuschnitte aus gewalztem PU, als Formteile aller Art im Spritzgussverfahren hergestellt und als extrudierte Profile.

Besonderheiten und Einflüsse – Tropisches Klima  mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit kann Polyurethane durch die Hydrolyse vollkommen zerstören. Grundsätzlich ist PU ein Werkstoff, der insbesondere dort eingesetzt wird, wo es auf eine hohe Abriebfestigkeit ankommt.

Bevorzugte Einsatzbereiche – Dichtungen, Abstreifer, verschleißfeste technische Teile, Walzenbezüge, Rollen, Reifen, Sohlen. Haupteinsatzbereiche sind aber Polyurethanschäume in Form von Matratzen, Polster, Pkw-Stoßfänger, Pkw-Sitze etc.

Werkstoffprofil
WerkstoffPolyesterurethan, Polyetherurethan
Int. KurzzeichenAU/EU
GruppeU-Gruppe – mit Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff in der Hauptkette
Härtespektrum20 bis 98 Shore A
Anwendungstemperatur-25 °C bis ca. 100 °C, kurzfristig bis 130 °C, oberhalb 150 °C erfolgt Zerstörung
Elektrische Eigenschaftennicht geeignet für elektrische Isolierungen, aber aufgrund der hohen Abriebfestigkeit und Kerbzähigkeit als Kabelmantel oder Durchführungstülle
Gasdurchlässigkeitsehr gering, vergleichbar mit Butylkautschuk
Ozon-, Witterungs-, Altersbeständigkeitbeständig gegen Sauerstoff, Ozon, Alterung
Chemische Beständigkeitbeständig gegen energiereiche Strahlen, Mineralöle und -fette, Siliconöle und nicht beständig gegen Säuren, Laugen, Alkohole, Ketone, aromatische und chlorierte Kohlenwasserstoffe sowie Bremsflüssigkeiten auf Glykolbasis
Heißwasser-, dampfbeständigheißes Wasser nur bis 40 °C (Sondertypen bis max. 90 °C), nicht dampfbeständig
Stoßelastizität35 bis 50%
Zugfestigkeitsehr hoch