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doctoralthesis
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Berlin
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2011-11-09
Tieftemperaturverhalten von Elastomeren im Dichtungseinsatz
Elastomerdichtungen finden als Bauteil oder Maschinenelement vielseitige Verwendung. Jedoch war trotz ihrer zentralen Bedeutung die untere Temperaturgrenze, bis zu der solche Dichtungen eingesetzt werden können, bisher nicht tiefgehend verstanden. Dieser Umstand erschwert die entsprechende notwendige sicherheitsrelevante Beurteilung. Mit der vorliegenden Arbeit ist deshalb das Ziel verfolgt worden, dass Materialverhalten repräsentativer Elastomerwerkstoffe in Abhängigkeit von der Temperatur zu verstehen und daraus dann abzuleiten, bis zu welcher Temperatur eine daraus hergestellte Dichtung unter Berücksichtigung der jeweiligen Einsatzbedingungen ihre Funktion noch sicher erfüllen kann. Ausgehend von der in der Literatur beschriebenen Aussage, dass eine Dichtung auch unterhalb der „Glasübergangstemperatur“ funktionsfähig ist, wurde der Einfluss des Glas-Gummi-Übergangs auf das Dichtungsversagen untersucht. Zunächst wurden dazu die Glasübergangstemperaturen an einer Vielzahl von Elastomeren mit gebräuchlichen Verfahren bestimmt, um diese mit dem Verhalten der Dichtung vergleichen zu können. Weiterhin wurde im Rahmen der Arbeit eine neue Charakterisierungsmethode des Tieftemperaturverhaltens von Elastomeren entwickelt, die die bisher für Dichtungen eingesetzte Normprüfung des Druckverformungsrests nachstellt. Mit dieser Methode ist im Vergleich zur Normprüfung jedoch eine deutlich schnellere und automatisierbare Untersuchung des Materialverhaltens gegeben. Darüber hinaus ist durch eine modellgestützte Auswertung eine Extrapolation der Messdaten auf zusätzliche Temperaturen möglich, wodurch der experimentelle Aufwand weiter reduziert wird. Zur temperaturabhängigen Charakterisierung des Versagensvorgangs an realen Bauteilen wurde deren Dichtverhalten mittels eines dafür entwickelten Versuchsstandes untersucht. Die festgestellte Abhängigkeit der Versagenstemperatur vom Verpressgrad konnte unter Verwendung der Ergebnisse aller angewandten Charakterisierungsmethoden für die hier untersuchten statisch beanspruchten Dichtungen erklärt werden. Zudem lassen sich aus dem mit Hilfe des Zeit-Temperatur- Superpositionsprinzips gewonnenen Informationen zur Zeitabhängigkeit der Materialeigenschaften auch Aussagen zum Verhalten von dynamisch beanspruchten Dichtungen ableiten. Mit dem Ergebnis der Arbeit zum Verständnis des Verhaltens von Elastomerdichtungen bei tiefen Temperaturen wird die gezielte Beurteilung und Auswahl von sicherheitsrelevanten Dichtsystemen in Zukunft vereinfacht.
Elastomeric seals are of high importance as machine parts and construction elements, but in spite of this the low temperature limit for the use of a seal was not fully
understood. Hence, the required safety relevant evaluation of the lowest acceptable operating seal temperature is difficult. Therefore the presented work was aimed to understand the temperature dependent material behaviour of representative elastomers and to conclude from this knowledge the low temperature limit down to which such seals could safely fulfil the desired requirements.
Starting with the published statement that a seal can safely work below its glass Transition temperature the influence of the glass-rubber-transition was investigated. At first the glass-rubber-transition temperatures of the selected elastomers were determined applying several techniques to allow a comparison with the behaviour of the
seals during component tests.
Furthermore a new method to characterise the low temperature behaviour of elastomers was developed that emulates the key features of the standardised compression set test used for seal materials. In comparison to the standardized test this new method allows a much faster measurement that can be automatically performed.
Using a model based data analysis an extrapolation of the results to different temperatures can be performed and therefore the necessary measuring expenditure can be additionally reduced.
For the temperature dependent characterisation of the failure process of real seals a measurement setup was designed and the materials behaviour was investigated. By
use of the results of all applied characterisation techniques the observed dependence of the failure temperature on the degree of compression could be explained for the investigated seals under static load. Additionally information about the behaviour of such seals under dynamic load could be gained from the time dependent material behaviour by use of the time temperature superposition relationship.
By application of the gained insight into the behaviour of elastomeric seals at low temperatures the evaluation and selection of safety relevant seal systems will be simplified in the future.
urn:nbn:de:kobv:b43-794
978-3-9814634-3-9
1613-4249
Allgemeines Deutsches Urheberrecht
Matthias Jaunich
BAM Dissertationsreihe
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eng
uncontrolled
leakage rate
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uncontrolled
Elastomer
deu
uncontrolled
Dichtung
deu
uncontrolled
Tieftemperaturverhalten
deu
uncontrolled
Glas-Gummi-Übergang
deu
uncontrolled
Leckagerate
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uncontrolled
seal, rubber
eng
uncontrolled
low temperature behavior
eng
uncontrolled
glass-rubber transition
Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Eigenverlag BAM
Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Technische Universität Berlin
https://opus4.kobv.de/opus4-bam/files/79/diss79_vt.pdf
28519
2013
deu
lecture
0
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Behaviour of Rubber Seals at Low Temperatures - Results of Component Tests -
Jahrestagung Kerntechnik 2013
31371
Jahrestagung Kerntechnik 2013
Berlin, Germany
2013-05-14
2013-05-16
0
Matthias Jaunich
Weder Datei noch physisches Exemplar vorhanden ("No Access")
Präsentation
28530
2013
eng
1
7(Paper # 6888)
conferenceobject
Omnipress
American nuclear society (ANS)
1
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Investigating the performance of rubber seals at low temperatures
Rubbers are widely used as main sealing materials for Containers for low and intermediate level radioactive waste and as additional component to metal seals in spent fuel and high active waste containers. The save enclosure of the radioactive container inventory has to be guaranteed according to legislation and appropriate guidelines for long term storage periods as well as down to temperatures of -40 °C for transportation. Therefore the understanding of failure mechanisms that lead to leakage at low temperatures is necessary to ensure a proper material choice which is certainly also influenced by additional factors as e.g. the aging behavior.
IHLRWM 2013 - 14th International high-level radioactive waste management conference (Proceedings)
31382
978-1-62748-644-6
14th International high-level radioactive waste management conference
Albuquerque, New Mexico, USA
28.04.2013
02.05.2013
27.05.2013
Dietmar Wolff
Matthias Jaunich
Wolfgang Stark
eng
uncontrolled
Rubber seals
eng
uncontrolled
Elastomers
eng
uncontrolled
Compression set
eng
uncontrolled
Low temperature
eng
uncontrolled
Leakage rate
Verlagsliteratur
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
25661
2012
deu
poster
0
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Characterization of the low temperature behaviour of rubber sealing materials
3. RAM-Behältersicherheitstage 2012, BAM
28386
3. RAM-Behältersicherheitstage 2012, BAM
Berlin, Germany
2012-03-22
2012-03-23
Matthias Jaunich
Weder Datei noch physisches Exemplar vorhanden ("No Access")
Präsentation
26190
2012
eng
1
4
10-2330_5-L-1530
conferenceobject
Deutsche Kautschuk-Gesellschaft
Frankfurt am Main
0
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Low temperature - For a seal this depends on the applied material
DKT 2012 - German Rubber Conference
28937
Sonderstandort: Publica-Schrank
DKT 2012 - German Rubber Conference
Nuremberg, Germany
2012-07-02
2012-07-05
Matthias Jaunich
Wolfgang Stark
Dietmar Wolff
Physisches Exemplar in der Bibliothek der BAM vorhanden ("Hardcopy Access")
Graue Literatur
26176
2012
eng
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8(?)
conferenceobject
0
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Performance of neutron radiation shielding material (U)HMW-PE influenced by gamma radiation
PSAM 11 ESREL 2012 - 11th International probabilistic safety assessment and management conference & The annual european safety and reliability conference (Proceedings)
28922
Sonderstandort: Publica-Schrank
PSAM 11 ESREL 2012 - 11th International probabilistic safety assessment and management conference & The annual european safety and reliability conference
Helsinki, Finland
2012-06-25
2012-06-29
Dietmar Wolff
Kerstin von der Ehe
Matthias Jaunich
Martin Böhning
eng
uncontrolled
(U)HMW-PE
eng
uncontrolled
Gamma irradiation
eng
uncontrolled
Shielding material
eng
uncontrolled
Cask for storage and transport of radioactive materials
Physisches Exemplar in der Bibliothek der BAM vorhanden ("Hardcopy Access")
Graue Literatur
27931
2013
eng
211
227
STP 1547
25
bookpartcollection
ASTM International (American Society for Testing and Materials)
0
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(U)HMWPE as neutron radiation shielding materials: impact of gamma radiation on structure and properties
Due to their extreme high hydrogen contents, high molecular weight (HMW-) and ultra-high molecular weight (UHMW-) polyethylene (PE) are a comprehensible choice as neutron radiation shielding material in casks for storage and transport of radioactive materials. But as a direct consequence of inserting radioactive material in such casks, gamma radiation occurs. Hence, the impact of gamma radiation on the molecular structure of polyethylene has to be taken into consideration. Consequently, PE has to withstand any type of gamma radiation induced degradation affecting safety relevant aspects in order to be applicable for long term neutron radiation shielding purposes during the whole storage period (in Germany, for instance, up to 40 years). The scope of our investigation comprises an estimation of the impact of gamma radiation and temperature on the molecular and supra molecular structure of the two types of PE used as neutron radiation shielding cask components. A further point which is worth exploring is to what extent these changes are detectable by conventional analysis methods. Therefore, thermoanalytical measurements were performed such as differential scanning calorimetry (DSC), thermo mechanical analysis (TMA), dynamic mechanical analysis (DMA), and thermo gravimetric analysis (TGA). Additionally optical and weighing methods were applied. With those methods it is possible to detect structural changes in polyethylene induced by exposure to gamma radiation. The observed amounts of changes of the irradiated material are not safety relevant for the application of polyethylene as neutron radiation shielding material; moreover, some properties actually improve via irradiation.
Effects of radiation on nuclear materials
30773
978-0-8031-7533-4
10.1520/STP103980
Serientitel: STP – Series title: STP
Dietmar Wolff
Kerstin von der Ehe
Matthias Jaunich
Martin Böhning
Harald Goering
eng
uncontrolled
HMW-PE
eng
uncontrolled
UHMW-PE
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uncontrolled
Gamma irradiation
eng
uncontrolled
Neutron radiation shielding material
Verlagsliteratur
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
27947
2012
eng
277
290
bookpartcollection
DEStech Publications, Inc.
Lancaster, PA, USA
0
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Correlation between crack propagation rate and cure process of epoxy resins
Fatigue behaviour of fiber reinforced polymers - Experiments and simulations
30789
978-1-60595-091-4
Sonderstandort: Publica-Schrank
Volker Trappe
Stephan Günzel
Matthias Jaunich
eng
uncontrolled
Fracture toughness
eng
uncontrolled
Crack resistance
eng
uncontrolled
Fracture mechanics
eng
uncontrolled
Plastics
eng
uncontrolled
Crack propagation
Verlagsliteratur
Physisches Exemplar in der Bibliothek der BAM vorhanden ("Hardcopy Access")
28574
2013
eng
1
6
conferenceobject
Kerntechnische Gesellschaft e.V. (KTG)
0
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Behaviour of rubber seals at low temperatures - results of component tests -
The investigation of low temperature properties of elastomeric sealing materials by means of thermo-analytical methods is a sound way to get information about the glass transition process.
The breakdown temperature of the sealing function of O-ring seals was measured in a component test setup depending on material and degree of compression.
An in depth explanation of the observed component tests behaviour is currently in preparation. It requires the results of thermo-analytical methods and measurements as the compression set (not shown here). With that, a model was developed to describe the correlation between physical material parameters and observed component behaviour.
Jahrestagung Kerntechnik 2013 (Proceedings)
31427
Jahrestagung Kerntechnik 2013
Berlin, Germany
14.05.2013
16.05.2013
Matthias Jaunich
Wolfgang Stark
Dietmar Wolff
Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Graue Literatur
24421
2012
deu
lecture
0
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Low Temperature - For a seal this depends on the applied material
Deutsche Kautschuk-Tagung 2012
27086
Deutsche Kautschuk-Tagung 2012
Nuremberg, Germany
2012-07-02
2012-07-05
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Matthias Jaunich
Weder Datei noch physisches Exemplar vorhanden ("No Access")
Präsentation