Der wesentliche Unterschied zwischen aktiven und inaktiven Füllstoffen in Elastomeren liegt in ihrer Wechselwirkung mit der Kautschukmatrix und dem daraus resultierenden Einfluss auf die mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Materials.
Aktive Füllstoffe werden gezielt eingesetzt, um die mechanischen Eigenschaften von Elastomeren zu optimieren. Dazu zählen insbesondere eine Erhöhung der Steifigkeit, der Reißfestigkeit, des Weiterreißwiderstands und der Abriebfestigkeit. Ihre verstärkende Wirkung resultiert aus intensiven Wechselwirkungen mit der Polymermatrix, die sowohl physikalischer als auch chemischer Natur sein können. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die Oberflächenaktivität des Füllstoffs.
Charakteristisch für aktive Füllstoffe sind ihre geringe Partikelgröße im Bereich von 10 bis 100 nm und ihre große spezifische Oberfläche. Durch die größere Kontaktfläche mit dem Kautschuk entsteht eine starke Haftung, die zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften beiträgt. Allerdings führt die Zugabe aktiver Füllstoffe auch zu einer Erhöhung der Mischungsviskosität und Härte. Gleichzeitig steigt der Elastizitätsmodul, während die Bruchdehnung und die Rückprallelastizität tendenziell abnehmen.
Die dynamischen Eigenschaften eines Elastomers werden durch aktive Füllstoffe ebenfalls beeinflusst. Insbesondere die dynamische Belastbarkeit sowie der Verlustmodul nehmen zu, was die Dämpfungseigenschaften der Mischung verändern kann. Allerdings ist zu beachten, dass mit zunehmender Füllstoffmenge ein Sättigungs- oder Verdünnungseffekt eintreten kann, bei dem die Verstärkungswirkung nachlässt.
Typische aktive Füllstoffe sind Ruß und Kieselsäure. In Silikonkautschuken kommen oft pyrogene Kieselsäuren zum Einsatz, um gezielt bestimmte Materialeigenschaften zu erreichen.
Im Gegensatz zu aktiven Füllstoffen dienen inaktive Füllstoffe primär der Volumenvergrößerung und Kostenreduktion, ohne eine nennenswerte Verstärkungswirkung auf die Kautschukmatrix auszuüben. Sie werden häufig zur Härteeinstellung und zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit von Mischungen eingesetzt.
Da inaktive Füllstoffe nur eine schwache oder keine Wechselwirkung mit dem Polymer aufweisen, beeinflussen sie die mechanischen Eigenschaften deutlich geringer als aktive Füllstoffe. Dies zeigt sich auch in ihrer größeren Partikelgröße (500 bis 1000 nm) und der entsprechend kleineren spezifischen Oberfläche. Im Vergleich zu aktiven Füllstoffen bewirken sie einen langsameren Anstieg der Viskosität und Härte, was die Verarbeitung erleichtert.
Allerdings verringern inaktive Füllstoffe die Abriebfestigkeit und den Weiterreißwiderstand. Zudem nimmt die Bruchenergie mit steigendem Füllstoffanteil kontinuierlich ab. Da sie als Verdünnungsmittel für den Kautschukanteil fungieren, haben sie in erster Linie einen abschwächenden Einfluss auf die mechanischen Kennwerte des Elastomers.
Trotz ihrer begrenzten Verstärkungswirkung werden inaktive Füllstoffe weiterhin eingesetzt, beispielsweise zur Senkung der Mischkosten oder als flammhemmende Zusätze. Zudem können sie in Kombination mit aktiven Füllstoffen verwendet werden, um das Verarbeitungsverhalten der Mischung gezielt zu steuern.
Typische inaktive Füllstoffe sind Kieselkreide, Talkum und Kaolin. Auch grobteilige Ruße können sich inaktiv verhalten. Calciumcarbonat (Kreide) wird häufig als Extender eingesetzt, während in Fluorkautschuken (FKM) ausschließlich inaktive Füllstoffe zur Anwendung kommen.
Aktive Füllstoffe verbessern gezielt die mechanischen Eigenschaften von Elastomeren durch starke Wechselwirkungen mit der Polymermatrix. Sie erhöhen insbesondere die Steifigkeit, Abriebfestigkeit und Zugfestigkeit, während sie gleichzeitig die Mischungsviskosität steigern. Inaktive Füllstoffe hingegen dienen vorrangig der Kostenreduktion und der Anpassung von Grundeigenschaften wie Härte und Verarbeitbarkeit, ohne signifikante Verstärkungswirkung zu entfalten. Die Wahl des Füllstofftyps und dessen Menge hängt stets von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab.
