Fraunhoferinstitut LBF / Prüfsystem für Elastomere In die Jahre gekommener Gummi auf dem Prüfstand

Messaufbau eines Treppenstufenversuchs
Messaufbau eines Treppenstufenversuchs

Wie altern Elastomere? Die Materialeigenschaften von Bauteilen mit Elastomeren verändern sich während des Alterungsprozesses - wie genau, ist weitgehend unbekannt. Das Fraunhoferinstitut LBF trägt mit maßgeschneiderten Prüfprozeduren zum Verständnis bei.

Bauteile mit Elastomere, gibt es viele: Sie finden z. B. Verwendung in Dämmmaterialen oder Dichtungen. Während die Bauteile ihren Zweck erfüllen, sind sie mechanischen Belastungen und wechselnden Umwelteinflüssen ausgesetzt. Ein bunter Mix aus thermomechanischer Beanspruchung, Strahlung, Feuchte und chemischen Substanzen wirkt auf die Elastomere ein. Wie genau sie unter diesen Einflüssen altern und ihre Materialeigenschaften verändern, ist bislang weitgehend unbekannt.

Die Alterungs- und Versagensmechanismen besser zu verstehen, ist u. a. für die Entwicklung neuer Produkte von Interesse. Das Fraunhoferinstitut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) kombiniert die Erfahrungen von Betriebsfestigkeitsprüfungen mit der physikalischen und chemischen Charakterisierung. Auf diese Weise konnte das Institut Prüfprozeduren für die Alterung von Elastomeren ableiten.

Thermo-oxidative Alterung

Die thermo-oxidative Alterung ist eine der häufigsten Ursachen für das Versagen von Elastomerbauteilen. Bei der thermo-oxidativen Alterung erweicht bzw. verhärtet das Material. Dies wird mit der alterungsbedingten Änderungen der Netzwerkdichte erklärt.
Um praxisrelevante Prüfprozeduren für Elastomere abzuleiten, verknüpfen die LBF-Wissenschaftler Schwingfestigkeitsversuche mit Untersuchungen der alterungsbedingten Materialveränderungen.

Untersuchungsmethoden zur Materialcharakterisierung

Die Wissenschaftler führten auch Untersuchungen zur Materialcharakterisierung durch. Zum Beispiel wurden Zugprüfungen, Quellungsexperimente, Festkörper-NMR und dynamisch-mechanische Analysen (DMA) gemacht. Auch die Spannungsrelaxation, Schwingfestigkeit und der Druckverformungsrest wird berücksichtigt.

Im Fokus des Forschungsprojektes steht der Zusammenhang zwischen der Lebensdauer und der Materialcharakteristik. Die Tests beziehen sich auf die thermo-oxidative bzw. thermische Alterung einer Naturkautschuk-Mischung (60 ShA). Das Gummimaterial altert bei unterschiedlichen Temperaturen an Luft oder unter Stickstoffatmosphäre. In vorgegebenen Zeitabständen findet die Probenentnahme und -analyse statt.