Elastomere, den Meisten von uns als „Gummi“ geläufig, also vernetzte weiche Polymere mit hohem reversiblen Deformationsvermögen, finden ihren Einsatz als Funktionswerkstoffe in einer Reihe spezifischer Anwendungen, von denen der Reifen sicherlich am augenscheinlichsten ist. Darüber hinaus finden sich elastomere Werkstoffe jedoch in nahezu allen Technologiefeldern, als Funktionselemente im Maschinenbau ebenso wie in Medizintechnik, Anlagenbau oder Luft- und Raumfahrt. Aufgrund ihrer unikalen Werkstoffeigenschaften ist die Verwendung von Elastomeren – ob sichtbar oder (oft) unsichtbar – meist essenziell für die Produktfunktionalität, beispielhaft sei die verlässliche Erfüllung der Dichtungsfunktion von Profildichtungen unter teils harschen mechanischen, thermischen und chemischen Randbedingungen genannt.

Die geforderte Werkstoffperformance kann neben der notwendigen weitmaschigen chemischen Vernetzung von weich-elastischen Kautschukpolymeren oft nur in Kombination mit anderen Werkstoffen, z.B. verstärkenden Füllstoffen, sichergestellt werden. Elastomere für den technischen Einsatz sind also vielfach Verbundwerkstoffe par excellence. Somit stellen Elastomere in der Regel mehrphasige Werkstoffe dar, die durch geeignete Aufbereitungs- und Verarbeitungstechnologien hergestellt und in Anwendung gebracht werden. Neben der Dispersion und homogenen Verteilung von partikulären Verstärkungs- und Funktionsfüllstoffen beeinflusst die Wechselwirkung zwischen Polymer und Füllstoff und die Ausbildung des Polymernetzwerkes während der Vulkanisation die Anwendungseigenschaften der Elastomere entscheidend.

Deshalb bildet die auf Basis chemisch-oberflächenenergetischer Aspekte gestützte Implementierung einer gezielten Füllstoff-Polymer-Wechselwirkung bzw. Grenzschichtgestaltung in den Aufbereitungsprozess eine entscheidende Rolle bei der Elastomerwerkstoffentwicklung und für das Verständnis der Werkstoffeigenschaften.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Charakterisierung der Morphologieentwicklung und Eigenschaftsbildung im Werkstoff unter den technologischen Randbedingungen in der Verarbeitungskette, die letztlich die Ableitung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens ermöglicht.

Forschungsfelder

Namensgebender Gegenstand der Juniorprofessur sind „Elastomere Werkstoffe“. Die Polymerwerkstoffklasse der Elastomere ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass

• die Ausprägung der wesentlichsten anwendungsrelevanten Materialeigenschaft, der Entropieelastizität, erst durch die im Verarbeitungs- und Urformprozess stattfindende Ausbildung eines weitmaschigen Molekülnetzwerkes infolge chemischer Reaktionen erfolgt, die zu kovalenten Bindungen oder starken physikalischen Wechselwirkungen zwischen den Kautschuk-Makromolekülen führt,
• das erforderliche Eigenschaftsportfolio meist nur durch die Werkstoffkombination von Polymeren (Kautschuke) mit funktionellen nicht-polymeren Rezepturkomponenten (z.B. auf Mikro- und Nanoskala hierarchisch strukturierten partikuläre Verstärkungs- und Funktionsfüllstoffen, Nanopartikeln, textile Verstärkungsfasern etc. – Elastomere sind somit heterophasige Polymerwerkstoffe) erreicht werden kann,
• die prozessgeführte Struktur- und Morphologiebildung (z.B. Dispersion und Verteilung von Funktionsfüllstoffen, Grenzflächenhaftung/Grenzschichtausbildung zwischen den Blend- bzw. Kompositphasen, Vernetzungsdichte) infolge elastomerspezifischer technologischer Misch- und Formgebungsprozesse unmittelbar die anwendungsrelevanten Werkstoffeigenschaften determiniert.