Prüfung von Materialproben auf unabhängigen Prüfachsen, angetrieben von elektro-mechanischen Aktuatoren. (Bildquelle: Fraunhofer LBF)

Prüfung von Materialproben auf unabhängigen Prüfachsen, angetrieben von elektro-mechanischen Aktuatoren.
(Bildquelle: Fraunhofer LBF)

Im Fokus des Forschungsprojektes stand der Zusammenhang zwischen Lebensdauer und Materialcharakteristik, bezogen auf die thermo-oxidative sowie die rein thermische Alterung einer exemplarischen Naturkautschuk-Mischung (60 ShA). Dieses rußhaltige Gummimaterial ließen die Wissenschaftler bei verschiedenen Temperaturen in Luft oder unter Stickstoff altern. Nach definierten Auslagerungszeiten wurden die Proben entnommen und untersucht.

Um praxisrelevante Alterungs- und Prüfprozeduren für Elastomere abzuleiten, verknüpften die LBF-Wissenschaftler Schwingfestigkeitsversuche mit Untersuchungen der alterungsbedingten Materialveränderungen.  Zur Materialcharakterisierung führten die Wissenschaftler Untersuchungen durch, wie Zugprüfungen, Spannungsrelaxation, Druckverformungsrest, dynamisch-mechanische Analyse (DMA), Quellungsexperimente, Festkörper-NMR und chemische Analytik. Die Schwingfestigkeit bestimmten sie mithilfe von kraft-, beziehungsweise weggeregelten Wöhlerversuchen mit und ohne Temperaturbeaufschlagung und Medienprüfung.

Die Ergebnisse zeigen, dass zu Beginn die Nachvernetzung und somit die Versteifung des Materials eine große Rolle spielt, was direkt im Vergleich zwischen kraft- und weg-geregelten Wöhlerversuchen zu sehen ist. Wird das Material kraftgeregelt beansprucht, wirkt sich dieser Effekt für moderate Alterungszeiten lebensdauerverlängernd aus. Erst danach beginnt die chemische Alterung das Material zu degradieren, sodass die Lebensdauer signifikant abnimmt. Analog verhält sich die über charakterisierende Versuche abgeleitete Molmasse des Netzbogens. Auch diese hat einen relativen Extremwert im Alterungsabschnitt, in dem die Wöhlerversuche ihr Maximum aufzeigen. Dieses Verhalten zeigte sich bei allen untersuchten Analyseverfahren zur Bestimmung des Materialverhaltens. Ob die Lebensdauer direkt mit der Molmasse des Netzbogens korreliert, konnten die LBF-Forscher noch nicht endgültig belegen. Allerdings konnten sie anhand der Ergebnisse dieses Versuchsprogramms eine gemeinsame Charakteristik feststellen.

Die Kopplung von thermischer Alterung, Charakterisierung und Ermüdungsprüfungen an Elastomeren erlaubt dem Fraunhofer LBF nun, optimierte Alterungsverfahren für beschleunigte Ermüdungstests abzuleiten. Der Nachweis von Veränderungen der Materialeigenschaften ermöglicht ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Alterungsmechanismen und Schlussfolgerungen für verbesserte Testverfahren und die Materialentwicklung abzuleiten. Profitieren können hiervon beispielsweise Hersteller von Gummimaterialien, Halbzeugen aus Gummi, Gummidämpfern und technischen Gummis.

(dl)