Wie Gummi entsteht: Auf die Mischung kommt es an
Als Charles Goodyear im Jahr 1839 die Vulkanisation entdeckte, half der Zufall nach. Eine Mischung aus Kautschuk und Schwefel landete im heißen Ofen und nach einiger Zeit war aus der klebrigen Masse ein elastischer Werkstoff entstanden: Gummi.
170 Jahre später stehen den Studenten der Kunststofftechnik an der FH Würzburg deutlich bessere Möglichkeiten zur Verfügung.
Bei der Herstellung von Gummi spielt die Temperatur eine große Rolle. Die Vulkanisation beginnt bei ca. 120°C. (Quelle: TJ)
Ein Student greift mit dicken Thermohandschuhen nach der heißen Kautschukplatte, die zuvor mit einer Walze bearbeitet wurde. Aus dieser Platte schneiden die angehenden Ingenieure einzelne Streifen für die Vulkanisation heraus. Während Goodyear mit einfachsten Mitteln in seinem Wohnhaus experimentieren musste, steht den Studenten der Kunststoff- und Elastomertechnik ein komfortables Labor zur Verfügung.
Auf den Spuren von Charles Goodyear: Kunststofftechnik an der FH Würzburg
Wie man sich die Vulkanisation vorstellen kann, beschreibt Prof. Volker Herrmann den Studenten bildhaft: „Im Kautschuk sind Molekülketten als einzelne Fäden vorhanden, die aber nicht miteinander verbunden sind. Bei der Vulkanisation werden diese Ketten wie bei einem Einkaufsnetz miteinander verwoben.“ Neben den Ausgangsstoffen sind Temperatur und Druck während der Vulkanisation ausschlaggebend für die Eigenschaften des fertigen Gummis.
Um die richtige Mischung für den Gummi zu erstellen, stehen den Studenten neben Kautschuk und Schwefel weitere Zutaten zur Verfügung:
- Öle (dienen als Weichmacher)
- Metalloxide (beschleunigen den Vorgang der Vernetzung)
- Ruße (verbessern die Abriebfestigkeit)
Der Ruß sorgt außerdem für die typisch schwarze Farbe des Gummis. Der Anteil an Schwefel bestimmt, wie hart der Gummi letztlich wird.
Im Labor wiegen die Studenten zunächst die einzelnen Bestandteile, anschließend werden sie in einen Innenmischer gefüllt, in dem sie wie mit Schiffsschrauben vermengt werden. In der Industrie können diese Mischer bis zu 600 Liter beinhalten und die Größe eines Einfamilienhauses erreichen; mit diesen Mengen produziert man Fahrzeugreifen des Berg- und Tagebaus. Der kleine Bruder an der Fachhochschule fasst nur 1,5 Liter.
Trend zum industriellen Kautschuk
Der Grundstoff Kautschuk wird heute verstärkt industriell hergestellt, der Anteil des Naturkautschuks ist aber immer noch bei einem Drittel an der weltweiten Produktion. Der Preis ist dabei nicht das entscheidende Kriterium, so Prof. Herrmann: „Das Kilo Rohmaterial kann von einigen Euro bis zum hundertfachen kosten; das gilt für den synthetischen genauso wie für den Naturkautschuk.“
Entscheidend für die Auswahl des Grundstoffes seien vielmehr die gewünschten Eigenschaften und das spätere Einsatzgebiet.
Neuentwicklung der Firma Goodyear aus dem Jahr 2009: Ein Federreifen mit besonders hoher Tragkraft (Quelle: Goodyear)
Nach dem Mischvorgang entnehmen die Studenten eine teigige Masse, die nun mit einer vorgewärmten Walze wie mit einem Nudelholz ausgebreitet wird. Die entnommenen Proben werden bei ca. 160°C vulkanisiert. Das Vernetzen von Molekülketten beginnt zwar schon bei 120°C, die Vulkanisation verläuft dann aber deutlich langsamer.
Qualitätskontrolle im Labor
Bei der Vulkanisation spielen Temperatur und Druck eine große Rolle, von ihnen hängen die Eigenschaften des späteren Werkstoffs entscheidend ab. Daher werden diese Größen mit einem Vulkameter ständig aufgezeichnet. Nicht nur bei der Vulkanisation ist eine exakte Arbeitsweise gefragt, sondern bereits dem Erstellen der Kautschukmischung. Auch dies ist ein Ziel des Praktikums: Die Qualität muss gewährleistet sein
Die angehenden Kunststofftechnik-Ingenieure haben sehr gute Berufsaussichten auf dem Arbeitsmarkt. Charles Goodyear dagegen konnte aus seiner Entdeckung kein Kapital schlagen. Er starb im Alter von 59 Jahren völlig verarmt und krank von den verschiedenen Chemikalien, mit denen er experimentiert hatte.
Die revolutionäre Anwendung seiner Entdeckung erlebte Goodyear nicht mehr: Im Jahr 1888 entwickelte ein gewisser John Boyd Dunlop einen luftgefüllten Reifen für das Dreirad seines Sohnes. Zwei Jahre später eröffnete Dunlop seine erste Reifenfabrik im irischen Dublin.
Weiterführende Links:
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt (F H W S), Studiengang Kunststofftechnik
http://www.fh-wuerzburg.de/fh/fb/kun/
Aktuelle Informationen zu Reifen und zur Geschichte von Goodyear
http://www.goodyear.de
