Synthetischer Kautschuk: Arten, Eigenschaften und Einsatz in technischen Elastomer-Formteilen
| Merkmal | Synthetischer Kautschuk |
| Definition | Synthetischer Kautschuk ist ein industriell hergestelltes Polymer, das überwiegend aus petrochemischen Monomeren wie Butadien, Styrol, Acrylnitril, Ethylen, Propylen oder Chloropren hergestellt wird. |
| Wichtigste Typen | Für industrielle Gummiformteile sind NBR, HNBR, EPDM, FKM, Silikonkautschuk (VMQ), CR und SBR am gebräuchlichsten. Die Kurzzeichen sind in DIN ISO 1629 und ASTM D1418 genormt. |
| Vorteil gegenüber Naturkautschuk | Synthesekautschuksorten lassen sich individuell auf Öl-, Ozon-, Chemikalien- oder Temperaturbeständigkeit auslegen und über einen breiten Temperaturbereich von −65 °C bis +320 °C einsetzen. |
| Marktanteil | Synthesekautschuk deckt je nach Region 60 – 70 % des Gesamtbedarfs an Kautschuk. |
| Abgrenzung | Thermoplastische Elastomere (TPE) zählen nicht zu den Synthesekautschuken im engeren Sinn, weil TPE nicht vulkanisiert, sondern wie ein Thermoplast aufgeschmolzen und geformt wird. |
Tabelle 1: Kurzübersicht zu synthetischen Kautschuk
1. Was ist Synthesekautschuk?
Synthetischer Kautschuk ist ein unvernetztes, plastisch verformbares Polymer, das in chemischen Anlagen durch die Polymerisation von Monomeren hergestellt wird. Naturkautschuk dagegen wird als Latex aus dem Kautschukbaum Hevea brasiliensis gewonnen.
Die meisten Synthesekautschuke basieren auf Erdöl- und Erdgasfraktionen. Typische Monomere sind 1,3-Butadien, Styrol, Acrylnitril, Chloropren, Isobutylen, Ethylen und Propylen. Silikonkautschuk besitzt eine Hauptkette, die nicht aus Kohlenstoff-, sondern aus Silizium-Sauerstoff-Ketten (Polysiloxane) besteht.
Im technischen Sprachgebrauch werden drei Begriffe unterschieden:
- Kautschuk ist der unvernetzte Rohstoff. Er ist plastisch formbar, aber nicht dauerhaft elastisch.
- Elastomer ist der weitmaschig vernetzte Werkstoff, der nach der Vulkanisation entsteht. Ein Elastomer verformt sich unter Last stark und kehrt danach weitgehend in seine Ausgangsform zurück.
- Gummi ist die umgangssprachliche Bezeichnung für vulkanisierten Kautschuk, also für ein Elastomer.
Wie sich Elastomere von Thermoplasten und Duroplasten unterscheiden, erklärt unser Beitrag „Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere“.
2. Synthetischer Kautschuk im Vergleich mit Naturkautschuk
Naturkautschuk (NR) gilt als das mechanisch stabilste Elastomer. Synthesekautschuke sind hingegen besonders beständig gegenüber Öl, Ozon, Chemikalien und Temperatur. Deshalb bestehen Dichtungen und Formteile für Medizintechnik, Luftfahrt und Hydraulik fast immer aus synthetischem Kautschuk.
| Kriterium | Naturkautschuk (NR) | Synthesekautschuk (z. B. NBR, EPDM, FKM, VMQ) |
| Herkunft | Latex des Kautschukbaums Hevea brasiliensis | Chemische Synthese aus Erdölderivaten |
| Zug- und Weiterreißfestigkeit | Sehr hoch, durch Dehnungskristallisation | Typabhängig, meist durch Füllstoffe beeinflusst |
| Ölbeständigkeit | Gering | Hoch bei NBR, HNBR, FKM und ACM |
| Ozon- und Witterungsbeständigkeit | Gering ohne Schutzmittel | Hoch bei EPDM, VMQ, FKM und CR |
| Temperaturbereich (Richtwert) | ca. −55 °C bis +70 °C | Typabhängig, von ca. −65 °C (FVMQ) bis +320 °C (FFKM) |
| Chargenkonstanz | Naturbedingte Schwankungen möglich | Gleichmäßig und reproduzierbar |
| Typische Anwendungen | Lkw-Reifen, Schwingungsdämpfer, Lager | Dichtungen, O-Ringe, Membranen, Faltenbälge, Schläuche |
Tabelle 2: Vergleich von Synthesekautschuk und Naturkautschuk
3. Wie wird synthetischer Kautschuk hergestellt?
Auf dem Weg vom Rohstoff zum fertigen Bauteil durchläuft Synthesekautschuk drei Stationen, die meist von unterschiedlichen Unternehmen übernommen werden. Ein Chemieunternehmen stellt den Rohkautschuk her, ein Mischbetrieb verarbeitet ihn mit Zusatzstoffen zu einer verarbeitungsfertigen Kautschukmischung (Compound) und ein Formteilhersteller fertigt daraus Elastomerbauteile. Im Einzelnen umfasst der Prozess folgende Schritte:
- Rohstoffe gewinnen: Aus Erdöl oder Erdgas werden kleine Moleküle (Monomere) wie Butadien, Ethylen oder Styrol durch Steamcracking gewonnen. Silikonkautschuk basiert auf Silizium aus Quarz.
- Polymerisation: In einem Reaktor werden Monomere zu langen Molekülketten verknüpft, die dem Rohkautschuk zugrunde liegen. Dabei bestimmt die Kombination der Monomere den Typ, etwa NBR oder EPDM.
- Mischen: Füllstoffe, Weichmacher, Alterungsschutz- und Vernetzungsmittel werden dem Rohkautschuk zugegeben und im Mischer eingeknetet. Die individuelle Rezeptur des Kautschuk-Compounds bestimmt die Härte, Festigkeit und Beständigkeit gegenüber verschiedenen Medien.
4. Die wichtigsten Gruppen von synthetischem Kautschuk
Nach DIN ISO 1629 werden Kautschuke nach der chemischen Zusammensetzung ihrer Hauptkette in sieben Gruppen eingeteilt: M, O, Q, R, T, U und Z. Der letzte Buchstabe des Kurzzeichens gibt die Gruppe an.
Einteilung nach DIN ISO 1629
| Gruppe | Aufbau der Hauptkette | Beispiele (Kurzzeichen) |
| M | Gesättigte Polymethylen-Hauptkette | EPDM, EPM, FKM, FFKM, FEPM, ACM, AEM, CSM |
| O | Kohlenstoff und Sauerstoff | ECO, CO, GECO |
| Q | Silizium und Sauerstoff | MQ, VMQ, PVMQ, FVMQ |
| R | Ungesättigte Doppelbindungen in der Kohlenstoffkette | NR, IR, BR, SBR, NBR, HNBR, XNBR, CR, IIR |
| T | Kohlenstoff, Sauerstoff und Schwefel | OT, EOT (Polysulfidkautschuke) |
| U | Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff | AU, EU (Polyurethankautschuke) |
| Z | Phosphor und Stickstoff | FZ, PZ (Polyphosphazene) |
Tabelle 3: Gruppen von synthetischen Kautschuken
Diese Einteilung gilt sowohl für Natur- als auch für Synthesekautschuk. So gehört NBR, wie auch Naturkautschuk (NR) zur R-Gruppe, EPDM zur M-Gruppe und VMQ zur Q-Gruppe. Die Zugehörigkeit zu einer Gruppe erlaubt erste Rückschlüsse auf die Eigenschaften. Kautschuke der M- und Q-Gruppe enthalten keine Doppelbindungen in der Hauptkette und sind deshalb ozon- und witterungsbeständig, während Kautschuke der R-Gruppe ohne Schutzmittel in der Regel ozonempfindlich sind.
Bei Silikonen der Q-Gruppe geben die vorangestellten Buchstaben die Seitengruppen an der Siloxankette an: M für Methyl, V für Vinyl, P für Phenyl und F für Fluor. FVMQ ist also ein Fluor-Vinyl-Methyl-Silikonkautschuk.
5. Die wichtigsten Typen im Überblick
Die folgende Übersicht zeigt die Synthesekautschuke, die in technischen Formteilen am häufigsten vorkommen. Die genannten Werte sind Richtwerte und hängen von der individuellen Zusammensetzung der Mischungen ab.
| Kurzzeichen | Bezeichnung | Handelsnamen | Gruppe | Temperaturbereich (Richtwert) | Stärken | Grenzen |
| NBR | Acrylnitril-Butadien-Kautschuk | Perbunan, Krynac, Europrene N | R | −30 °C bis +110 °C | Mineralöle, Kraftstoffe, Hydrauliköle | Ozon, Witterung, polare Lösemittel |
| HNBR | Hydrierter NBR | Therban, Zetpol | R | −30 °C bis +150 °C | Öle bei hoher Temperatur, Abrieb, Festigkeit | Höherer Preis als NBR |
| EPDM | Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk | Keltan, Nordel, Vistalon, Dutral | M | −50 °C bis +130 °C | Ozon, Witterung, Heißwasser, Dampf, Glykole | Mineralöle und Kraftstoffe |
| FKM | Fluorkautschuk | Viton, Tecnoflon, Dai-El | M | −30 °C bis +220 °C | Hohe Temperatur, Kraftstoffe, Öle, viele Chemikalien | Kälteflexibilität, Ketone, Amine, Heißdampf |
| VMQ | Silikonkautschuk | Elastosil, Silastic, Silopren | Q | −50 °C bis +220 °C | Breitester Temperaturbereich, physiologisch unbedenklich einstellbar | Weiterreißfestigkeit, Abrieb, Kraftstoffe |
| FVMQ | Fluorsilikonkautschuk | Silastic LS, Elastosil FLR, FSE | Q | −65 °C bis +200 °C | Kraftstoffe und Öle bei tiefer Temperatur | Mechanische Festigkeit, Preis |
| CR | Chloropren-Kautschuk | Neopren, Baypren, Skyprene | R | −40 °C bis +100 °C | Witterung, mäßige Ölbeständigkeit, schwer entflammbar | Hochwertige Mineralöle, hohe Temperatur |
| SBR | Styrol-Butadien-Kautschuk | Europrene, Intol, historisch Buna S | R | −45 °C bis +90 °C | Abrieb, günstiger Preis | Öle, Ozon |
6. Häufige Fragen zu Synthesekautschuk
Was sind die Nachteile von Synthesekautschuk?
Synthetischer Kautschuk basiert auf fossilen Rohstoffen, ist weniger reißfest als Naturkautschuk und lässt sich nach der Vulkanisation kaum recyceln. Zudem weist jeder synthetische Kautschuktyp Beständigkeitslücken auf, etwa NBR gegenüber Ozon oder EPDM gegenüber Mineralöl. Fluorkautschuke (FKM) sind zwar sehr beständig gegenüber einer Vielzahl von Medien, kosten jedoch ein Vielfaches von bspw. NBR und fallen außerdem unter das laufende EU-Beschränkungsverfahren für PFAS.
Woraus wird synthetischer Kautschuk hergestellt?
Die meisten Synthesekautschuke werden aus Monomeren hergestellt, die aus Erdöl- und Erdgasfraktionen stammen, etwa Butadien, Styrol, Ethylen und Propylen. Silikonkautschuk basiert dagegen auf Siloxanen, deren Silizium aus Quarz gewonnen wird.
Ist Synthesekautschuk besser als Naturkautschuk?
Synthesekautschuk ist nicht generell besser, sondern lässt sich für ein breites Einsatzspektrum individuell anpassen. Naturkautschuk hat höhere Reiß- und Dauerfestigkeit, Synthesekautschuk die bessere Beständigkeit gegenüber Ölen, Ozon, Chemikalien und hohen Temperaturen.
Welcher Synthesekautschuk ist am hitzebeständigsten?
Perfluorkautschuk (FFKM) ist mit Dauertemperaturen bis etwa +320 °C der hitzebeständigste gängige Synthesekautschuk. Danach folgen Fluorkautschuk (FKM) und Silikonkautschuk (VMQ) mit Dauertemperaturen von bis zu +220 °C.
Welcher synthetische Kautschuk ist ölbeständig?
Gegen Mineralöle und Kraftstoffe beständig sind vor allem NBR, HNBR, FKM und Fluorsilikon (FVMQ). EPDM, SBR und Butylkautschuk quellen in Mineralölen und sind daher ungeeignet.
Wie heißt ein Synthesekautschuk mit 4 Buchstaben im Kreuzworträtsel?
Die gängige Kreuzworträtsel-Lösung für „Synthesekautschuk“ mit 4 Buchstaben ist Buna. Buna war der Handelsname der I.G. Farben für Synthesekautschuk auf Butadienbasis. Der Name setzt sich aus Butadien und Natrium zusammen, das in frühen Verfahren als Katalysator diente.
Ist synthetischer Kautschuk giftig?
Vulkanisierter Synthesekautschuk ist im bestimmungsgemäßen Gebrauch in der Regel gesundheitlich unbedenklich, da die Polymerketten fest vernetzt und nicht wasserlöslich sind. Einzelne Ausgangs- und Zusatzstoffe, wie 1,3-Butadien oder Chloropren-Monomere, sind als krebserzeugend eingestuft, im fertigen Bauteil jedoch nur in Spuren enthalten. Bestimmte Vulkanisationsbeschleuniger können Nitrosamine bilden, und Ruß oder Weichmacheröle können polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) enthalten. Für Gummiteile mit Hautkontakt begrenzt REACH den Gehalt einzelner PAK auf 1 mg/kg, für Spielzeug auf 0,5 mg/kg. Beim Verbrennen setzen halogenhaltige Typen wie CR und FKM zudem Chlor- bzw. Fluorwasserstoff frei.
