Elastomere Materialien verstehen: Schlüsselprinzipien & Anwendungen

Was haben Autoreifen, wasserdichte Dichtungen, Schuhsohlen, Gummibänder und Radiergummis gemeinsam? Viele dieser Objekte sind Dinge, mit denen wir täglich interagieren, aber sie werden auch aus Elastomeren, also „elastischen Polymeren“, hergestellt.

Elastomere Materialien sind formbare synthetische Polymere, die Gummi ähneln. Obwohl die beiden ähnliche Eigenschaften teilen, unterscheiden sie sich in einigen wichtigen Punkten. Gummi ist beispielsweise eine natürlich vorkommende Verbindung, die aus Latex gewonnen wird. Obwohl ein unglaublich nützlicher und vielseitiger Werkstoff, setzt Gummnis chemische Zusammensetzung bestimmte Fertigungsbeschränkungen und macht Teile auch anfällig für Ozonrissbildung. Elastomere hingegen sind eine Familie von erdölbasierten Polymeren, die sich sehr ähnlich wie Gummi verhalten, aber bessere Materialeigenschaften bieten.

Dieser Artikel bietet eine kurze Einführung in die Fertigung mit elastomeren Materialien.

Definierende Eigenschaften und mechanische Merkmale von Elastomeren

Elastomere sind Materialien, die die Fähigkeit haben, sich zu dehnen und dann in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Elastomere bieten eine Reihe weiterer Vorteile, darunter hohe Elastizität, Abrieb- und Reißfestigkeit, Undurchlässigkeit, weiche Texturen und Rutschfestigkeit. Sie können auch erheblichen Temperaturschwankungen standhalten und sind ideal für Temperatur- und elektrische Isolierung.

Elastomere können chemisch für eine breite Palette von Anwendungen abgestimmt werden. Zum Beispiel könnten elastomere Materialien für verbesserten Rebound für etwas wie eine Schuhsohle oder für niedrigen Rebound, dämpfende Produkte wie einen Griff abgestimmt werden. Sie können auch Saug- und Dichtfunktionen bieten. Je nach Anwendung kann die Auswahl des richtigen Materials die gewünschten Eigenschaften des Endteils verbessern.

Thermoplaste vs. Duroplaste

Es ist wichtig zu beachten, dass es zwei Hauptarten von Elastomeren gibt: Thermoplaste und Duroplaste. Thermoplaste verflüssigen sich bei Erhitzen und erstarren beim Abkühlen – ein Prozess, der wiederholt werden kann, was den Lebenszyklus des Materials verlängert. Diese Eigenschaft macht sie besonders nützlich für die Herstellung spritzgegossener Teile in großen Stückzahlen. Diese starken Polymermaterialien sind typischerweise schrumpffest, stoßdämpfend und weitgehend recycelbar.

Im Gegensatz dazu können Duroplaste nach dem Aushärten des Teils nicht mehr geschmolzen und wiederverwendet werden. Der Aushärteprozess löst eine chemische Reaktion aus, die die Bildung unglaublich starker dreidimensionaler Vernetzungen zwischen Molekülen innerhalb des Polymers anregt – die Bindungen sind nahezu unmöglich zu brechen, selbst unter extremen Temperaturen. Aufgrund der hohen Haltbarkeit, Festigkeit und Verzugsbeständigkeit, die diese Bindungen bieten, werden Duroplaste oft verwendet, um andere Materialien gegen Schlag und Verformung zu verstärken.

Vier wichtige Faktoren für das Design und die Fertigung elastomerer Teile

Um die gewünschten Materialeigenschaften elastomerer Teile zu maximieren, gibt es einige kritische Überlegungen, die Produktteams gut im Auge behalten sollten.

1. Mit klar definierten Anforderungen führen

Die spezifischen Anforderungen für eine gegebene Anwendung sollten Materialauswahl und Design für das Teil bestimmen. Durch ein klares Verständnis dieser Anforderungen können Hersteller schnell bestimmen, welches elastomere Material die größten Vorteile bietet.

Die Verwendung eines Materialbedarfsplanungssystems (MRP) erweist sich oft als vorteilhaft für Produktteams. Arbeitsweise retroaktiv von Produktionsplänen und -zeitplänen generieren diese Systeme Listen von Komponenten- und Materialanforderungen, die Transparenz darüber bieten, welche Materialien benötigt werden, in welcher Menge und in welchem Zeitrahmen – all dies kann Herstellern helfen, termingerecht und ordnungsgemäß ressourciert zu bleiben.

2. Angemessene Entformungsschräge erreichen

Entformungsschräge beziehen sich auf in das Teildesign integrierte Verjüngungswinkel, die sicherstellen, dass das Teil reibungslos aus der Form ausgeworfen wird. Unzureichende Entformungsschräge machen das Teil nicht nur schwerer zu entfernen, sondern können auch zu Biegungen, Brüchen, Verzug und minderwertigen Oberflächen führen, während der Kunststoff abkühlt.

Elastomere Komponenten erfordern typischerweise eine erhebliche Menge an Entformungsschrägen, um zu verhindern, dass das Material an der Form selbst haftet. Das Hinzufügen von Textur zu den Auswerferstiften, um ihnen zusätzlichen Halt zu geben, ist eine weitere Methode, um die Effizienz des Entfernens von Teilen aus ihren Formen zu erhöhen.

3. Wanddicke an spezifische Anforderungen kalibrieren

Im Allgemeinen sollte die Dicke der Wände eines Teils zwischen 1,5 und 3 mm gehalten werden und so gleichmäßig wie möglich sein. Dies hilft dem Teil, schneller abzukühlen (wodurch die Zykluszeit reduziert wird), und verhindert unregelmäßiges Schwinden und unschöne Sinkmarken. Wenn eine Teilanwendung variierende Wanddicken erfordert, sollte ein allmählicher Übergang eingebaut werden, um die Designintegrität zu wahren.

Die formbare Natur elastomerer Materialien ermöglicht es, Teile mit höherer Wanddicke sowie Variationen in der Wanddicke zu designen. Durch das Anwenden von Druck während der Produktion können Ingenieure das Material auf Arten formen oder gestalten, die durch Spritzguss oder bei der Fertigung mit steiferen Materialien nicht erreicht werden können.

4. Effektivität von Überformen maximieren

Überformen (Overmolding) bezeichnet den Prozess der Erstellung einer Elastomerschicht, die dann an ein starres, nicht-elastomeres Teil angebracht wird. Ein häufiges Beispiel ist der flexible Griff an vielen Handwerkzeugen, der Rutschfestigkeit bietet und den Benutzer davor bewahrt, starres Plastik oder Metall zu halten – beides verbessert die Sicherheit und Effizienz des Werkzeugs.

Um die Effektivität eines überformten Griffs zu maximieren, müssen Ingenieure das Produkt so designen, dass eine gute Bindungsfestigkeit zwischen dem elastomeren und dem starren Material durch sowohl chemische als auch mechanische Methoden ermöglicht wird. Die chemische Bindung ist besonders wichtig, da die Bindungen, die sich zwischen den beiden Materialien bilden, die Haltbarkeit und Langlebigkeit des Teils verbessern, während sie auch die Notwendigkeit zusätzlicher Oberflächenvorbehandlungen oder Klebstoffe beseitigen.

Effiziente Elastomer-Fertigung – und mehr

Elastomere sind eine vielseitige Kategorie gummiartiger Thermoplaste, die erheblich verbesserte Materialqualitäten bieten. Thermoplastische Elastomere mit ihrem einzigartigen Satz chemischer und physikalischer Resistenzen – sowie ihrer hohen Formbarkeit und Festigkeit – ermöglichen Herstellern die Produktion vieler Gegenstände, mit denen wir täglich interagieren, einschließlich Fahrradreifen, Neoprenanzügen und vielem mehr.

Die Partnerschaft mit einem erfahrenen Fertigungspartner wie Fast Radius befähigt Produktteams, das Beste aus jedem Material oder Teiledesign herauszuholen. Unser Team erfahrener, kollaborativer Ingenieure und Designer ist ebenso versiert im Elastomer-Prototyping wie in den neuesten Prozessen der additiven Fertigung, und wir arbeiten eng mit jedem Kunden zusammen, um sicherzustellen, dass jede Phase des Produktionsprozesses für spezifische Design-, Fertigbarkeits- und Zeitplananforderungen optimiert ist. Kontaktieren Sie uns noch heute und entdecken Sie die Liebe zum Detail, Effizienz und Kosteneffektivität, die Fast Radius mitbringt.