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Tieftemperaturverhalten und Alterung von Elastomerdichtungen - Aktuelle Tätigkeiten und Ziele
(2012)
Rubber is widely used as sealing material in various applications. In many fields the function of seal materials at low temperatures is necessary. Therefore, the understanding of failure mechanisms that lead to leakage at low temperatures is of high importance.
It is known that the material properties of rubbers are strongly temperature dependent. At low temperatures this is caused by the rubber-glass transition (abbr. glass transition). During continuous cooling, due to the glass transition the material changes from rubber-like entropy-elastic behaviour to stiff energy-elastic behaviour, that allows nearly no strain or retraction. Hence, rubbers are normally used above their glass transition. But as the minimum working temperature limit of elastomers cannot be defined globally and precisely, the lower operation temperature limit of rubber seals should be determined in dependence of the application conditions and the most relevant material properties.
In this paper, wesummarize results of our temperature dependent investigation of seal material properties by classical thermal analysis as Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Dynamic Mechanical Analysis (DMA), combined with measurements of standardized tests as compression set and the seal performance determined in component tests. To reduce the test time of compression set tests a faster technique was developed and applied.
To study the influence of dynamic events on the seal performance and to enhance the understanding of occurring seal failure, a setup for a fast partial seal release was designed.
Ein wesentliches sicherheitstechnisches Kriterium für Transport und Lagerbehälter ist das Langzeitverhalten von verschraubten Deckel-Dichtsystemen unter Verwendung von Metall- und Elastomerdichtungen sowie von im Behälterkörper integrierten Polyethylenen zur Neutronen¬abschirmung.
Die ordnungsgemäße Funktion der Metalldichtungen ist Voraussetzung für die Einhaltung der geforderten Dichtheit des Deckelsystems, während die Elastomerdichtungen für die Messung der Leckagerate an den Metalldichtungen benötigt werden. Darüber hinaus kommen Elastomer-dichtungen als Primärdichtungen in Behältern für radioaktive Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung zum Einsatz.
Zur Bewertung des Dichtungsverhaltens sind die alterungsabhängige verbleibende Rückstellkraft für die Metall- und Elastomerdichtungen sowie die sog. nutzbare Rückfederung bei Metalldichtungen von entscheidender Bedeutung. Für Elastomerdichtungen ist zusätzlich eine radiologisch bedingte Materialdegradation zu bewerten.
In Bezug auf das Alterungsverhalten von Polyethylen zur Neutronenabschirmung sind neben zeit- und temperaturabhängigen Materialveränderungen insbesondere auch durch Gammastrahlung induzierte Degradationseffekte wie Wasserstoffabspaltung, Vernetzung und Abbau der Polymer¬moleküle zu berücksichtigen. Über die eigentliche Bewertung der Abschirmeigenschaften hinaus sind somit zusätzlich Auswirkungen von Degradationsprodukten auf andere Behälterkomponenten zu diskutieren.
Die an der BAM im Fachbereich 3.4 Sicherheit von Lagerbahältern durchgeführten und aktuell laufenden Untersuchungen werden vorgestellt und diskutiert.
As a Federal institute for materials research and testing it is part of our tasks to evaluate the safety of casks designed for transport and/or storage of radioactive material. This includes the investigation of elastomeric seals and polymeric neutron shielding materials used in the containers.
In this contribution we would like to present our research focused on the long term performance and associated changes of material properties of elastomeric seals (e.g. EPDM, FKM) and neutron shielding materials ((Ultra) High Molecular Weight Polyethylene) employed in storage casks. Our approach comprises accelerated ageing investigations at elevated temperatures and to some extent investigations of irradiated materials.
As the requirements for the extended use of cables in nuclear power plants and for the long term use of cask components are to a certain extent similar, our work might be of interest for the workshop on “Cables ageing in nuclear power plants; R&D current status and forecast”.