Polyurethan-Formmassen: Shore-Härte, Sorten und Auswahlhilfe

Wenn Ingenieure und Beschaffungsteams in der Bergbau-, Bau- und Pipelineindustrie nach langlebigen Bauteilen suchen, sind Polyurethan-Formmassen oft die erste Wahl. Angesichts der vielen verfügbaren Härtegrade, Materialarten und Anpassungsmöglichkeiten kann die Auswahl des richtigen Polyurethans jedoch verwirrend sein.

In diesem Blog erläutern wir die Shore-Härte, Polyurethan-Typen und praktische Auswahlkriterien, um Ihnen die richtige Wahl für Ihre Ausrüstung und Anwendung zu erleichtern.

1. Was sind Polyurethan-Formmassen?

Polyurethan-Formmassen bezeichnen flüssige Polyurethansysteme, die zu fertigen Teilen gegossen oder geformt werden. Diese Materialien werden typischerweise in der Polyurethan-Gießgießerei (auch CPU – gegossenes Polyurethan-Elastomer – genannt) verwendet.

Polyurethane entstehen durch eine chemische Reaktion zwischen Polyolen und Isocyanaten, wodurch ein äußerst widerstandsfähiges Polymernetzwerk gebildet wird. Das resultierende Material verhält sich wie Gummi, bietet aber eine deutlich verbesserte Verschleißfestigkeit und Belastbarkeit.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Gummimaterialien bietet Polyurethan einen wesentlich größeren Härtebereich, typischerweise von Shore A 20 bis Shore D 75, sodass Ingenieure Bauteile konstruieren können, die von weichen Polstern bis hin zu starren Strukturteilen reichen.

2. Polyester vs. Polyether: Die zwei wichtigsten Polyurethan-Typen

Polyurethane sind nicht gleich Polyurethan. Die beiden gebräuchlichsten Arten sind:

Polyester-Polyurethan

• Ausgezeichnete Öl- und Chemikalienbeständigkeit
• Höhere Abriebfestigkeit
• Gut geeignet für trockene, ölige Umgebungen
• Nicht ideal für dauerhafte Feuchtigkeit

Polyether-Polyurethan

• Ausgezeichnete Hydrolysebeständigkeit
• Besser geeignet für feuchte und nasse Umgebungen
• Gute Flexibilität bei niedrigen Temperaturen
• Weniger beständig gegenüber starken Ölen

Die Wahl zwischen den beiden hängt von Ihrem Arbeitsumfeld ab.

2. Wichtigste Eigenschaften von Polyurethan

Polyurethan-Formmassen werden im Industriedesign häufig eingesetzt, da sie eine Kombination von Eigenschaften bieten, die die meisten Elastomere nicht erreichen können.

2.1 Hervorragende Abriebfestigkeit

Polyurethan ist für seine außergewöhnliche Verschleißfestigkeit bekannt. In vielen industriellen Tests zeigt Polyurethan einen deutlich geringeren Abrieb als herkömmliche Gummimaterialien.

Dadurch eignet es sich ideal für Anwendungen, die Folgendes umfassen:

• Schleifpartikel
• Gleitkontakt
• Umgebungen mit hoher Reibung

Zum Beispiel:

• Siebanlagen für den Bergbau
• Schlammpumpenkomponenten
• Förderbandabstreifer

2.2 Hohe Tragfähigkeit

Im Vergleich zu Standardelastomeren kann Polyurethan höheren Druckbelastungen standhalten, ohne sich dauerhaft zu verformen.

Diese Eigenschaft ermöglicht es Ingenieuren, Polyurethan-Komponenten für folgende Anwendungen zu entwickeln:

• Hochleistungsräder
• Industriewalzen
• Strukturelle Verschleißplatten

2.3 Breiter Härtebereich

Polyurethan kann über ein extrem breites Härtespektrum formuliert werden:

Dank dieser Flexibilität kann Polyurethan Gummi, Nylon, UHMWPE und in manchen Fällen sogar Metall ersetzen.

2.4 Ausgezeichnete Reißfestigkeit und Elastizität

Polyurethan kann vor dem Bruch um 300–800 µT gedehnt werden, wodurch es unter dynamischer Belastung eine hohe Reißfestigkeit aufweist.

Darüber hinaus besitzen Polyurethan-Elastomere eine ausgezeichnete Rückstellkraft, was bedeutet, dass sie nach der Kompression in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.

Dies ist besonders wichtig für:

• Aufprallschutz
• Stoßdämpfer
• Pufferblöcke

3. Shore-Härte von Polyurethan verstehen

Eine der am häufigsten gestellten Fragen von Käufern und Ingenieuren lautet:

“Welchen Shore-Härtegrad sollte ich wählen?”

Die Shore-Härte misst den Widerstand eines Materials gegen Eindrücken und gibt somit an, wie weich oder steif ein Elastomer ist.

Polyurethan verwendet typischerweise zwei Skalen:

• Ufer A – weiche Elastomere
• Shore D – starre Polyurethanmaterialien

Typische Härtebereiche für industrielle Anwendungen

Die meisten industriellen Polyurethan-Komponenten liegen im Bereich von 70A bis 95A und bieten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Flexibilität und Haltbarkeit.

Die Härte allein bestimmt jedoch nicht die Leistungsfähigkeit. Zwei Polyurethanmaterialien mit gleicher Härte können sich je nach Zusammensetzung unterschiedlich verhalten.

Wichtige Faktoren sind unter anderem:

• Zugfestigkeit
• Erholungsresilienz
• Kompressionssatz
• Reißfestigkeit

Deshalb Die Materialauswahl sollte sich an den Anwendungsbedingungen und nicht allein an der Härte orientieren.

4. Industrielle Anwendungen von Polyurethan-Formmassen

Polyurethan wird aufgrund seiner Kombination aus Haltbarkeit, Elastizität und Verschleißfestigkeit in vielen Branchen eingesetzt.

Nachfolgend sind einige Branchen aufgeführt, in denen Gegossene Polyurethan-Elastomere finden breite Anwendung.

4.1 Bergbau- und Zuschlagstoffindustrie

Im Bergbau werden Materialien folgenden Einflüssen ausgesetzt: extreme Abriebfestigkeit und starke Einwirkung.

Zu den gängigen Polyurethan-Formteilen gehören:

• Polyurethan-Siebplatten
• Hydrozyklon-Auskleidungen
• Schlammpumpenauskleidungen
• Förderbandabstreifer
• Verschleißplatten

Polyurethan ist herkömmlichem Gummi in abrasiven Anwendungen überlegen, da es unter Verschleißbedingungen um ein Vielfaches länger hält.

Typische Härte:
85A–95A

4.2 Schüttguthandling

Materialförderanlagen verwenden häufig Polyurethan-Komponenten zur Geräuschreduzierung und für eine längere Haltbarkeit.

Beispiele hierfür sind:

• Förderrollen
• Pufferpads
• Führungsrollen
• Schurrenauskleidungen

Polyurethan eignet sich besonders gut für den Transport von Sand, Kohle, Getreide, Zuschlagstoffen und Erz, da es sowohl abriebfest als auch stoßfest ist.

Typische Härte:
80A–95A

4.3 Industrieräder und -rollen

Eine der häufigsten Anwendungen für Polyurethan-Formmassen sind Industrieräder und -rollen.

Typische Produkte:

• Gabelstaplerräder
• Räder für Hubwagen
• Förderrollen
• Druckwalzen

Polyurethan wird bevorzugt, weil es folgende Eigenschaften bietet:

• hohe Belastbarkeit
• geringerer Rollwiderstand
• ausgezeichnete Verschleißfestigkeit

Typische Härte:
90A–75D

4.4 Öl- und Gasindustrie / Pipelineindustrie

Polyurethan-Elastomere finden breite Anwendung im Rohrleitungsbau und bei Bohrungen.

Beispiele:

• Molche für Rohrleitungen
• Dichtungsscheiben
• Schaberbecher
• Schutzbeschichtungen

Diese Komponenten benötigen:

• chemische Beständigkeit
• Abriebfestigkeit
• Flexibilität

Polyether-Polyurethan-Formulierungen werden häufig in feuchten Umgebungen bevorzugt.

Typische Härte:
80A–95A

4.5 Automobil- und Maschinenbau

Polyurethan-Komponenten finden auch in vielen Automobil- und Maschinenbausystemen Verwendung.

Beispiele hierfür sind:

• Aufhängungsbuchsen
• Stoßdämpferbeläge
• Schwingungsdämpfer
• Dichtungsringe

Polyurethan trägt zur Vibrationsreduzierung bei und gewährleistet gleichzeitig eine hohe Haltbarkeit.

Typische Härte:
60 A–80 A

5. Polyurethan im Vergleich zu anderen Elastomermaterialien

Bei der Auswahl von Industrieelastomeren vergleichen Ingenieure Polyurethan häufig mit Gummi oder thermoplastischen Werkstoffen.

Polyurethan vs. Gummi

Polyurethan wird oft gewählt, weil es halten in abrasiven Umgebungen deutlich länger als herkömmlicher Gummi.

Polyurethan vs. TPU

Gegossene Polyurethan-Elastomere werden typischerweise verwendet in Schwerindustrieanwendungen, TPU hingegen ist bei spritzgegossenen Konsumgüterkomponenten weit verbreitet.

6. Häufige Fehler bei der Auswahl von Polyurethan

• Eine schwierigere Note wählen als nötig
• Ignorieren von Feuchtigkeits- oder Ölkontakt
• Auswahl ausschließlich nach dem Preis
• Keine Tests mit Mustern vor der Serienproduktion

7. Fallstudie aus der Praxis

Ein Kunde aus dem Bergbau musste monatlich die Gummienden der Bohrrohre austauschen. Wir empfahlen ihm eine maßgefertigte Lösung aus Polyester-Polyurethan mit einer Shore-Härte von 85A.

Ergebnis:

• Austauschzyklus auf 6 Monate verlängert
• Die Wartungskosten wurden um 50% reduziert.
• Weniger Geräteausfallzeiten

8. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

1. Welche Shore-Härte ist für Polyurethan-Teile am besten geeignet?

Die meisten industriellen Polyurethan-Komponenten verwenden 70 A bis 95 A Härte. Weichere Materialien bieten Flexibilität, während härtere Materialien die Verschleißfestigkeit verbessern.

2. Bedeutet höhere Härte auch bessere Haltbarkeit?

Nicht immer.

Eine höhere Härte verbessert in der Regel die Verschleißfestigkeit, kann aber auch Folgendes bewirken:

• Flexibilität verringern
• Erhöhung der Sprödigkeit
• Erhöhung der Stresskonzentration

Die Materialzusammensetzung und die Arbeitsbedingungen müssen berücksichtigt werden.

3. Polyurethan vs. Gummi: Welches Material senkt Ihre Betriebskosten?

Gummi hat zwar niedrigere Anschaffungskosten, Polyurethan bietet aber oft einen besseren langfristigen Nutzen.

• Polyurethan hält 3–10 Mal länger
• Weniger Ausfallzeiten für den Austausch
• Geringere Wartungskosten im Laufe der Zeit
• Bessere Leistung unter widrigen Bedingungen

4. Welche Informationen sollten bei der Bestellung von kundenspezifischen Polyurethanteilen angegeben werden?

Um den Lieferanten die Auswahl des richtigen Materials zu erleichtern, sollten Ingenieure Folgendes bereitstellen:

• Arbeitstemperatur
• Lastbedingungen
• Abriebgrad
• Chemikalienbelastung
• erforderliche Härte
• Zeichnung oder CAD-Datei

5. Kann Polyurethan Metall- oder Kunststoffteile ersetzen?

Ja, in vielen Fällen.

Polyurethan wird häufig verwendet als leichte Alternative zu Metall oder Kunststoff wenn Anwendungen Folgendes erfordern:

• Stoßdämpfung
• Verschleißfestigkeit
• Geräuschreduzierung