Elastomeer

Elastomeren zijn ‘synthetische polymeren met rubberachtige eigenschappen’, aldus Wikipedia. In gewoon Nederlands hebben we het dan over ‘rubber’. De Vlaming kent het materiaal als ‘neopreen’. Het is doorgaans zwart, soms met staal gewapend en altijd elastisch: na belasting neemt het zijn oorspronkelijke vorm weer aan. Een ideale eigenschap in de oplegtechniek! Een opgelegd bouwdeel vervormt immers doorlopend onder invloed van wisselende belastingen en temperatuur. Lengteveranderingen en variërende doorbuigingen worden door een goed gedimensioneerde rubber oplegging gedurende de levensduur van het bouwwerk opgenomen. Niet elk rubber is echter geschikt als oplegmateriaal. Dit artikel behandelt in het kort de mogelijkheden die rubbertechnologen hebben om tot een geschikt eindproduct te komen.

Een definitie van een synthetische stof is dat deze ‘kunstmatig langs chemische weg’ wordt gemaakt. Deze omschrijving geldt dus niet alleen voor rubbers waarvan het hoofdbestanddeel uit aardolie wordt gemaakt maar ook voor natuurrubber (NR). Zonder chemische bewerking en toevoegingen kan met het sap van de rubberboom immers niet het gewenste eindproduct worden verkregen.

Polymeren worden onderscheiden in thermoplasten, thermoharders en elastomeren. Thermoplasten zoals PVC, polyethyleen en teflon hebben niet of nauwelijks vertakte ketens. Ze kunnen makkelijk vervormen. Bij thermoharders zijn de molecuulketens in sterke mate verbonden. Vaak worden ze in twee componenten bijeengebracht om tot het eindresultaat te komen. Voorbeelden zijn bakeliet, polyester en epoxy. Qua vernetting (cross-linking), ofwel de verknoping van molecuulketens, bevinden elastomeren zich tussen de thermoplasten en thermoharders. Na een vervorming veert het product weer terug.

Naast NR zijn EPDM, chloropreen (CR) en SBR de meest bekende grondstoffen voor oplegmaterialen. Deze hoofdcomponent (gewichtsaandeel 20 tot 60%) is ook altijd de naamgever van het eindproduct. We spreken dan bijvoorbeeld over ‘EPDM-rubber’. Een rubbermengsel bestaat verder uit vulstoffen, weekmakers, anti-verouderingsmiddelen en vulkanisatie-activators. In totaal gaat het om zo’n tien tot dertig bestanddelen. De mogelijkheden zijn bijna oneindig.  

Met name de ingrediënten met een hoog gewichtsaandeel zijn bepalend voor de kwaliteit. Een rubbermengsel bestaat voor 20 tot 50% uit verschillende vulstoffen. De actieve varianten hebben een grote invloed op treksterkte, slijtvastheid, hardheid en weerstand tegen veroudering. Passieve vulstoffen worden gebruikt om de productiekosten te drukken. Weekmakers (gewichtsaandeel ca. 20%) zijn nodig om de verwerkbaarheid van het mengsel te vergroten. Ze hebben onder meer invloed op de hardheid, thermische toepassingsgrenzen, rek, elasticiteit en elektrische geleiding. Hoogwaardige weekmakers hebben een grote chemische gelijkenis met de molecuulketens van het rubber. Ze worden gemakkelijk geabsorbeerd in het mengsel. Kwaliteit en het gehalte hebben een grote invloed op alle relevante materiaaleigenschappen en dichtheid van de vernetting.

Deze dwarsverbindingen tussen verschillende monomeerketens worden gemaakt door middel van vulkanisatie. Het homogene rubbermengsel wordt onder druk in een mal tot een hoge temperatuur verhit. Het wordt vloeibaar. Onder invloed van de juiste chemicaliën worden de losse verwarde polymeerketens aan elkaar verbonden en krijgen hun permanente ruimtelijke ordening. Het doel van vulkanisatie is het verkrijgen van het optimale aantal knooppunten, de vernettingsdichtheid. Dit is medebepalend zijn voor de fysische eigenschappen van het eindproduct. De invloed van de mate van vernetting op de eigenschappen van het eindproduct wordt hieronder weergegeven. Bij een hoog aantal knooppunten neemt de hardheid tot een zeker punt toe en de blijvende vervorming (compressieset) wordt minder.  De optimale scheurweerstand en treksterkte worden echter al bereikt bij minder knopen.

De eisen aan oplegmaterialen die worden gebruikt in civieltechnische toepassingen zijn vastgelegd in tabel 1 van norm EN 1337-3:2005. Onderscheid wordt gemaakt in proeven op het eindproduct (tabel 7) en tests op het halffabricaat (tabel 8)! Voor oplegrubber in bouwkundige toepassingen gelden momenteel geen eisen in de Benelux-landen. Zeker bij hoog belaste puntopleggingen is het van belang producten te gebruiken die bijvoorbeeld een Duitse Zulassung hebben voor het gebruik als oplegmateriaal.