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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.
EVA is a widely used material for the encapsulation of photovoltaic modules. It melts at elevated temperatures, and seals the module before it is crosslinked at temperatures above 130 °C by a peroxide-initiated crosslinking reaction. EVA has good optical properties necessary for application in solar modules. For process optimization and quality management, a method for the quick and reliable characterization of EVA crosslinking behaviour is of great value. Here, the practicability of ultrasound for online crosslinking monitoring is demonstrated. A sound velocity increase of about 8 m/s during the crosslinking reaction is found. The ultrasound results are compared with rheometer measurements performed with a curemeter typically used for the investigation of rubber crosslinking.
Fracture mechanics approaches are increasingly applied for the characterization of epoxy resin and adhesive mechanical properties. Therefore, the fracture toughness and crack resistance under static load ISO 13586 [1] are often regarded as state of the art to analyse material improvements. However, experimental investigations on fatigue behaviour, thus the crack propagation according to ISO 15850 [2], seem to be much more sensitive to characterize the materials for in service loading conditions. Firstly, an efficient testing concept was developed at BAM. In this framework, the geometry for a modified single edge notched tensile specimen (SET) was developed in order to assure appropriate resolution in measuring the crack length via a CCD-camera [3]. In the next step, the influence of the cure temperature on the fracture-mechanical properties was investigated.
The method for the determination of compression set values with a Dynamic Mechanical Analysis (DMA) setup at low temperatures, which was presented previously, allows a much faster and readily automated procedure than the standardized compression set test according to ISO 815-2. This method is applied to a series of different elastomeric materials that are commonly used for sealing applications. The results of the compression set test are compared with results from thermal analysis to allow an in depth comparison of the material behaviour at low temperatures.
Furthermore, a comparison between two EPDM materials is presented. These materials show very similar properties determined by thermo analytical methods such as Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Dynamic Mechanical Analysis (DMA) but differ clearly in their compression set behaviour. This comparison shows the importance and value of information of the compression set test in addition to thermal analysis to judge the behaviour of sealing materials and confirms the relevance of the new compression set test method for the investigation of low temperature properties of elastomers.