Grenzen und Möglichkeiten von Prüfverfahren

Heißluftalterung an O-Ringen (Bild: O-Ring Prüflabor Richter)

19.06.2017 Grenzen und Möglichkeiten von Prüfverfahren

Teil 7: Heißluftalterung von Elastomeren – Prüfnormen und Bewertung der Ergebnisse

von Dipl.-Ing. (FH) Ulrich Blobner (O-Ring Prüflabor Richter GmbH), Dipl.-Ing. Bernhard Richter (O-Ring Prüflabor Richter GmbH)

Um die Funktion einer Dichtung sicherzustellen, werden diese und die jeweiligen Dichtungswerkstoffe verschiedenen Mess- und Prüfverfahren unterzogen. Doch was leisten die einzelnen Verfahren, wo sind die Grenzen? Diese Serie gibt Konstrukteuren, Einkäufern und Qualitätsmanagern einen Überblick über die üblichen Verfahren und Praxistipps zur Einordnung der Ergebnisse.

In der letzten Folge dieser Serie in DICHT! 1.2017 wurden Grundlagen und eine Definition der Heißluftalterung vorgestellt. In diesem Teil stehen wichtige Prüfnormen und die Bewertung von Prüfergebnissen im Fokus.

Prüfnormen zur Heißluftalterung

Im Prüfalltag in deutschen Laboren ist die ISO 188 die am häufigsten angewendete Norm. Ebenfalls zur Verwendung kommen die DIN 53508, die ASTM 573 und D865.

ISO 188 [1]
Diese Norm unterscheidet zwischen zwei Methoden:
• „Method A“ – Alterung in einem Zellenofen oder in einem Wärmeschrank mit langsamer Strömungsgeschwindigkeit mit mind. 3 bis 10 Luftwechseln/h.
• „Method B“ – Wärmeschrank mit zwangsläufiger Durchlüftung, bei 3 bis 10 Luftwechseln/h.

Diese Norm stellt auch Anforderungen an die Öfen. Der klassische Wärmeschrank besitzt eine große Ähnlichkeit mit einem Umluftbackofen, beim Zellenofen handelt es sich um Glasröhren, überdimensionierten Reagenzgläsern ähnlich, die in einen guten thermischen Leiter eingebracht werden. Abluft aus einer Zelle soll nicht in andere Zellen einströmen. Bei Öfen mit zwangsläufiger Durchlüftung wird unterschieden zwischen „Type 1“ (laminare Strömung) und „Type 2“ (turbulente Strömung). Die meisten Alterungsprüfungen erfolgen in einem Wärmeschrank der „Method B, Type 1“ (zwangsläufige Durchlüftung mit laminarer Strömung).

Hinsichtlich der Anforderungen an die Probekörper empfiehlt die ISO 188 Alterungsprüfungen nur an genormten Probekörpern, nicht jedoch an Fertigteilen. Außerdem sollten nur Probekörper mit ähnlichen Dimensionen miteinander verglichen werden. In der Praxis werden aber dennoch Fertigteilprüfungen »1 durchgeführt, die aber nur bedingt zur Ermittlung von rezepturspezifischen Werkstoffkennwerten geeignet sind, sie bilden aber die Anwendung am besten ab.

Die Dauer der Alterungsprüfung sollte so bemessen sein, dass nach deren Ende noch physikalische Prüfungen der Probekörper möglich sind. Es darf also der Elastomerprobekörper nicht so stark geschädigt werden, dass er sich z.B. nicht mehr in eine Zugprüfmaschine einspannen ließe. Die Alterungstemperatur sollte so hoch wie möglich sein, jedoch erhält man bei zu hohen Temperaturen andere Schädigungsmechanismen als in der Praxis. Die Einlagerungstemperaturen sollten so konstant wie möglich gehalten werden, da eine Abweichung nur um 1 °C einem Unterschied von 10% in der Alterungszeit entspricht (bei einem Arrhenius-Faktor von ca. 2).

ASTM D865 – 11 [2]
Die ASTM D865 befasst sich ausschließlich mit der Heißluftalterung in Zellenöfen. Die „Zellen“ bestehen aus Borsilikatglasröhren »2/3. Die Zellen müssen eine Länge von 300 mm bei einem Durchmesser von 38 mm haben. Wichtige Angaben zum Prüfungsablauf sind:
• Nicht mehr als drei Probekörper pro Zelle.
• Pro Zelle sollen nur Probekörper aus demselben Compound geprüft werden.
• Die Probekörper sollen frei hängen, also sich gegenseitig nicht berühren, ebenso nicht die Zellenwand.
• Die reagenzglasförmige Zelle wird mit einem Stöpsel verschlossen, in welchem sich zwei Glasröhrchen befinden, die als Ein- und Auslass für die Umgebungsluft dienen.
• Es werden keine Luftwechselraten oder Strömungsgeschwindigkeiten vorgeschrieben.
• Nach der Prüfung müssen die Zellen gründlich gereinigt werden, um flüchtige Bestandteile aus der Alterungsprüfung, die an den Glaswänden kondensiert sind, zu entfernen.