Forscher testen Stabilität von Naturkautschuk

Forscher des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden, der Technischen Universität Dresden und DESY haben mit Hilfe der Röntgenquelle PETRA III Strukturveränderungen von Naturkautschuk unter Spannung auf sehr kurzen Zeitskalen untersucht.

Kautschuk ist flexibel, elastisch und wasserdicht. Es besteht hauptsächlich aus langen Ketten der organischen Verbindung Isopren. Die Vernetzung dieser Ketten durch „Vulkanisation“ und der Zusatz von Kieselsäure oder Ruß macht das Gummi widerstandsfähiger und besser geeignet für harte Beanspruchung. “Seit dem Zweiten Weltkrieg hat es in der Forschung Versuche gegeben, synthetische Alternativen zum Naturkautschuk herzustellen“, sagt Karsten Brüning, Wissenschaftler an beiden Dresdner Instituten. „Aber bis heute ist Naturkautschuk mit Füllstoffen immer noch die erste Wahl für stark beanspruchte Materialien, z.B. Reifen.“

Ein Grund für die Festigkeit von Naturkautschuk ist die „spannungsinduzierte Kristallisation“. Ohne Spannung haben die Polyisoprenketten des Gummis keine periodische Ordnung über größere Längen. Sobald das Material unter Spannung gesetzt wird, bilden die Ketten eine periodische kristalline Struktur. Durch diese Umwandlung erhöht sich die Festigkeit des Materials. „Stellen Sie sich vor, es steckt ein Nagel oder ein Kieselstein in ihrem Reifen. Der Schaden, ein kleiner Riss, bewirkt eine lokale Spannung im Gummi“, sagt Brüning. „Die spannungsinduzierte Kristallisation führt dazu, dass sich das Material an dieser Stelle selbst verstärkt, so wird ein Ausbreiten des Schadens verhindert.“