Vulkanfiber

Vulkanfiber, auch Lederstein oder Cottonid genannt, ist ein seit 1855 bekanntes Verbundmaterial auf der Basis von Papier. Es wurde 1859 erstmals von Thomas Taylor (nicht zu verwechseln mit Thomas Taylor (Schriftsteller)) durch Tränken von Fasern mit Zinkchlorid industriell hergestellt.^[1]

Der Name entstand in Anlehnung an die Vulkanisation von Naturkautschuk zu Hartgummi, die der Produktion von Vulkanfiber oberflächlich betrachtet ähnelt. Im Unterschied dazu werden jedoch als Rohstoff Papierfasern, früher auch Jutefasern, verwendet. Vulkanfiber gehört zusammen mit Ebonit, Celluloid und dem Casein-Kunststoff Galalith zu den ältesten Kunststoffen; Bakelit wurde erst 1909 erfunden. Die Vulkanfiber eignet sich auf Grund ihrer besonderen Eigenschaften und des immer stärker geforderten Einsatzes von Materialien auf Basis nachwachsender Rohstoffe hervorragend als moderner Verbundwerkstoff.

Vulkanfiber ist ein harter, zäher, nicht splitternder, hornartiger Werkstoff, der durch Biegen, Prägen/Gaufrieren, Stanzen, Schneiden, Bohren, Fräsen, Schleifen, Hobeln und Kleben bearbeitet werden kann. Die Werkstoffdichte liegt bei 1,25 bis 1,50 g/cm³, die Wasseraufnahme ist maximal 50 % und der innere elektrische Widerstand beträgt ca. 200 Megaohm. Die maximale Verarbeitungstemperatur sollte 180°C^[2] nicht überschreiten, der Werkstoff ist bis 110 °C dauerhaft temperaturbeständig, unter Öl bis 130°C^[3]. Die Werkstoffoberfläche ist je nach Herstellungs- und Weiterverarbeitungsprozess glatt oder strukturiert und gegen Öle, Fette, organische Lösemittel und verdünnte Säuren und Laugen unempfindlich. In der Flamme brennt Vulkanfiber langsam und schwer mit gelber Flamme und einem Geruch nach angebranntem Papier.

Herstellung

Die Fa. Sachsenröder in Wuppertal ist ein bekannter Hersteller von Vulkanfiber-Produkten

Bei der Herstellung von Vulkanfiber werden als Rohstoff Papierbahnen aus Baumwoll- und/oder Zellulosefasern verarbeitet.

Die Papierbahnen durchlaufen ein Pergamentierbad, wobei die Oberfläche der einzelnen Faser angelöst wird; an deren Oberfläche bildet sich so genannte Hydratzellulose. In diesem Zustand wird die Papiermasse abgegautscht (Abpressen der Flüssigkeit) und dabei die einzelnen Fasern untereinander sowie einzelne Papierbahnen miteinander verbunden. Ohne Zugabe weiterer Bindemittel entsteht eine nahezu homogene Masse aus Hydratzellulose.Die Faserqualität und die Einstellung der Pergamentierung bestimmen die Qualität der Vulkanfiber.

Mit entsprechender Erfahrung kann man die Variationsmöglichkeiten dazu nutzen, Vulkanfiber unterschiedlichster Qualität herzustellen und damit deren Eigenschaften optimal auf bestimmte Anwendungsgebiete einzustellen.

Heutzutage werden in der Praxis zwei verschiedene Verfahren angewendet. Ersteres ist das Zinkchlorid-Verfahren. Die Herstellung geschieht durch Tränken mit nahezu konzentrierter 75 °C heißer Zinkchloridlösung , welche jedoch zu Anreicherungen des umweltgefährlichen Zinkchlorids im Material führen kann.

Industriell genau so bedeutend ist das Schwefelsäure-Verfahren. Der Ablauf des diffizileren Produktionsprozesses ist hierbei ähnlich, jedoch wird anstelle des Zinkchlorides Schwefelsäure als Pergamentiermittel genutzt, die jedoch vollständig aus dem Material ausgetragen wird und somit keinerlei nachweisbare Spuren hinterlässt. Die Folgen sind daher eine besondere Umweltfreundlichkeit in Verbindung mit gesteigerten mechanischen Eigenschaften ^[4].

Das Pergamentiermittel wirkt in beiden Verfahren als Katalysator und wird zurückgewonnen.

Eigenschaften

Vulkanfiber zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

• hohe mechanische Festigkeit
• relativ geringem Gewicht
• gute elektrische Isolation
• funkenlöschend
• schwerbrennend
• antistatisch
• unempfindlich gegen Öle, Fette, verdünnte Säuren und Laugen
• hohe Stabilität
• gute Elastizität

Anwendung

Früher wurde Vulkanfiber außerdem anstelle von Leder und Gummi zur Herstellung von Koffern (glatt, hart, rotbraun, relativ wasserfest), Riemen, Zahnrädern, Bremsbelägen, Knöpfen, Mützenschirmen, Geschirrgriffen und Bandagen für Wagenrollen verwendet.

Moderne Anwendungsbeispiele sind unter anderem:

• Trägermaterial für Schleifmittel auf Unterlagen (z. B. Schleifscheiben)
• Stanzteile für mechanische Anwendungen
• Elektroisolationsmaterial
• Stanzteile für Dichtungen
• Trennfolie für die Herstellung von Polyesterlaminaten
• Träger für Endloslaminate
• Träger für Kunststoffdekore auf Melaminharzbasis
• Stützschicht für Echtholzfurniere und tiefgezogene Oberflächen
• osmotische Membranen
• Walzenbelag in Spinnereien
• Ober-und Unterseite von Spulenkörper bei Tonabnehmern für E-Gitarre und E-Bass

Einzelnachweise

1. ↑ The Bounty of the Piedmond streams: Industries Supported by Water Power in Northern Delaware. S. 4-8.
2. ↑ Domininghaus- Kunststoffe: Eigenschaften und Anwendungen. 7. Auflage. Springer, Berlin 2007, S. 1313.
3. ↑ VDI Fachgruppe Landtechnik; Tagung Landmaschinen aus verbesserten und neuen Werkstoffen, 29.-31. Oktober 1962, Köln
4. ↑ Herstellerangaben http://www.sachsenroeder.com/gesadur-herstellungsprozess.php3