Elastomere: Struktur, Eigenschaften und Anwendungen

Elastomere sind vernetzte Polymerwerkstoffe, die sich unter mechanischer Belastung stark elastisch verformen und nach Entlastung nahezu vollständig in ihre Ausgangsform zurückkehren. Charakteristisch ist ein niedriger Elastizitätsmodul im Gummielastizitätsbereich, große reversible Dehnungen (typisch >100 %) und ein glasartiger Übergangspunkt Tg deutlich unterhalb der Einsatztemperatur.

Auf molekularer Ebene bestehen Elastomere aus langen, flexiblen Polymerketten, die durch kovalente oder physikalische Vernetzungsstellen zu einem dreidimensionalen Netzwerk verbunden sind. Zwischen den Vernetzungspunkten verhalten sich die Ketten statistisch wie flexible Fäden. Die elastische Rückstellung ist überwiegend entropisch getrieben: Dehnung ordnet die Ketten, Entspannung erhöht die Konformationsentropie.

Man unterscheidet klassisch chemisch vernetzte Elastomere (z. B. Kautschuke wie Naturkautschuk, Silikonkautschuk, PDMS-Elastomere) und thermoplastische Elastomere (TPE). Bei TPE erfolgt die Vernetzung durch physikalische Domänen (z. B. Hartsegmente in Blockcopolymeren), die bei erhöhter Temperatur schmelzen und eine schmelzverarbeitbare, recycelbare Verarbeitung erlauben.

Eigenschaften wie Härte, Dämpfungsverhalten, Relaxation und Kriechen hängen stark von Vernetzungsdichte, Füllstoffen (Ruß, Kieselsäure, magnetische Partikel) und chemischer Struktur ab. Funktionale Varianten sind z. B. Formgedächtniselastomere, die programmierbare Formänderungen zeigen, oder magnetische Elastomere, deren mechanisches Verhalten durch Magnetfelder steuerbar ist.

Technologisch sind Elastomere in Dichtungen, Reifen, Schwingungsdämpfern, Softrobotik, Mikrosystemtechnik (PDMS-Microfluidik) und in der Medizintechnik (Silikonelastomere) von zentraler Bedeutung.

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