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Organisationseinheit der BAM
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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.
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.
The investigation of the long-term performance of sealing systems employed in containers for radioactive waste and spent nuclear fuel is one research focus area for division 3.4 “Safety of Storage Containers” at the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. The behaviour of metallic seals, which are employed in interim storage casks for used fuel and high active waste, over time is of high importance for ensuring safe enclosure. Therefore, investigations on these systems were started at BAM to get a general understanding of the relevant processes. Our investigations comprise investigations on different parameters which influence the seal performance and the main part is focussed on the time and temperature dependent behaviour.
In this contribution an overview of the performed tests and their respective results will be given. A focus will lie on a comparison between seals with large torus diameter in comparison to small diameters.
Our aim is to understand the long-term behaviour of the sealing systems for evaluation of their performance during possible extended interim storage and subsequent transportation.
Understanding the failure mechanisms that lead to leakage of rubber seals at low temperatures is important. Rubber properties are highly temperature dependent. Changes in behaviour at low temperatures can result from the rubber-glass transition and for some rubbers by partial crystallisation. Experimental results on the low temperature behaviour of different rubber seals were discussed to help understand seal failure processes.
Elastomere werden vielfach in Produkten eingesetzt, die bei verschiedenen Temperaturen verwendet werden. O-Ringe sind kostengünstige Dichtelemente, die allerdings für die Funktionsfähigkeit und Sicherheit eines Produkts entscheidend sein können. Die untere Temperatur-einsatzgrenze ist dabei relevant und aus wissenschaftlicher Sicht nicht allgemein gültig zu definieren, da diese einerseits durch die Änderungen der Materialeigenschaften im Zuge des Gummi-Glas-Übergangs definiert werden, die Temperaturlage dieses Übergangs jedoch sehr stark von den jeweiligen Einsatzbedingungen (z.B. Frequenz) abhängt. Dadurch ergeben sich große Unterschiede zwischen statischen und dynamischen Anwendungen.
Verschieden Untersuchungen sollen vorgestellt und interpretiert werden, um das Auditorium auf verschiedene Herausforderungen aufmerksam zu machen und Lösungsansätze vorzustellen.
For many sealing applications rubber O-rings are applied due to their special properties and easy use. In many applications as e.g. in aviation, traffic or process technology the material can be exposed to a variety of conditions during operation as e.g. low temperatures, elevated temperatures and different media. Therefore, it is important to know the material behaviour and the seal performance under those conditions. Additionally ageing of seals is an important factor which has an influence on the long term reliability.
In this contribution we would like to discuss different aspects affecting the seal performance, lifetime estimation and address open questions which should be addressed to come to a deeper understanding of these seals commonly understood as typical machine elements.
Results of running investigations at the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Division 3.4 “Safety of Storage Containers” are presented and discussed.
In this work we present results for three typical sealing materials (EPDM, HNBR, FKM) after up to 100 days ageing at high temperature under hydrogen. To allow for a better evaluation of the occurring changes the results are compared with effects of ageing in air on the material properties. Despite the common assumption that ageing under hydrogen atmosphere is expected to be less severe for the material in com-parison to air ageing, this is not seen for every material.