Schnelle Analyse des Vernetzungs- zustandes von O-Ringen

System für die Mikro-Indentation (Bild: Ludwig Nano Präzision GmbH)

31.10.2020 Schnelle Analyse des Vernetzungs- zustandes von O-Ringen

Ermittlung der Materialeigenschaften mittels Mikro-Indentation

von Dipl.-Ing. Josef Ludwig (Ludwig Nano Präzision GmbH)

Immer mehr Dichtungsmaterialien müssen heute schnell hinsichtlich ihrer Eigenschaften und vereinbarten Lieferqualität überprüft werden. Langwierige Testreihen passen dabei nicht zu immer schnelleren Produktionszyklen. Die Mikro-Indentation eröffnet in diesem Zusammenhang interessante Perspektiven.

Vulkanisiert man Natur- oder synthetischen Kautschuk, so entsteht ein hochelastisches Material, das wir als Gummi bezeichnen. Die aus diesem Material produzierten Formteile, wie O-Ringe, Dichtungen, Reifen etc., verdanken ihre Elastizität und Härte den beigemengten Vernetzungsmitteln, wie z.B. Schwefel oder Peroxid. Diese sorgen dafür, dass sich die Polymerketten untereinander verbinden (vernetzen) und somit ihre Elastizität erlangen. Die Menge des eingesetzten Schwefels beeinflusst die Härte des Materials.

Die Vernetzung oder Vulkanisation ist ein Vorgang, der abhängig von Zeit und Temperatur ist. Welche Mischung, welche Zeit und Temperatur benötigt werden, ermittelt die Mischungsentwicklung mithilfe von Vulkametern. Dabei wird die Mischung zwischen zwei Platten – einer festen und einer rotierenden – erhitzt und in oszillierender Bewegung (Frequenz 0,05Hz bis 2Hz, Winkel 1° bis 2°) hin- und hergedreht. Das über die Zeit, Temperatur und Druck bestimmte Drehmoment beschreibt den Grad der Vulkanisation. Die ermittelten Kurven helfen der Produktentwicklung (FEA) und der Prozess­entwicklung bei der Konstruktion und Auslegung der Werkzeuge sowie bei der Bestimmung der Produktionsparameter. Ungleichmäßige Strömungsverhältnisse in Werkzeugen von Großteilen sowie lange Kanäle bei Mehrfachwerkzeugen sorgen jedoch dafür, dass die Mischung schon während der Befüllung der Kavität ungleichmäßig und zeitlich unterschiedlich vernetzt.