1、Prfung von Kautschuk und Elastomeren Prfung der Wrmebildung und des Zermrbungswiderstandes im Dauerschwingversuch (Flexometerprfung) Grundlagen Zusammenhang mit der von der International Organization for Standardization (ISO) herausgegebenen Internationalen Norm IS0 4666/1 - 1982 siehe Erluterungen
2、DIN 53 533 - Teil 1 e - .- al m (o al m c al .- - L m E al c 3 m z L - c I e :3 2 Y) c rn al II U Y) c 3 al O .- - H o rn al u c 3 m m E ._ r al c al u E c ._ L 3 c 6 .- al 2 3 N (o 3 m f 3 m u 3 u ._ e - :m t L - al ._ % L al V e L a al u 9 1 Anwendungsbereich und Zweck Diese Norm legt Begriffe fr
3、die Flexometerprfung und die bei der Durchfhrung zu beachtenden Grund- lagen fest. Das Prfverfahren gestattet Aussagen ber die Gebrauchstauglichkeit von Elastomeren in Erzeugnissen wie Reifen, Lager, Keilriemen, Seiirolleneinlageringe und hnlich dynamisch beanspruchte Artikel zu machen. Bei Wechselv
4、erformungen absorbieren alle Elastomere infolge ihrer viskoelastischen Eigenschaften einen Teil der Verformungsenergie und setzen diese in Wrme um. Je nach Wrmebildung und der Wrmeableitung fhrt dies zu einer Temperaturerhhung, die wegen der niedri- gen Wrmeleitfhigkeit der Elastomere im Inneren des
5、 Probekrpers betrchtlich hoch sein kann. Falls die Wechselverformung und die Temperaturerhhung gro sind, kann eine Schdigung der Elastomere durch Zer- mrbung eintreten. Diese beginnt im Probeninneren, schreitet nach auen fort und kann schlielich zur voll- stndigen Zerstrung des Probekrpers fhren. De
6、r Dauerschwingversuch (die Flexometerprfung) dient zur Feststellung der Wrmebildung, zur Bestimmung der Lebensdauer bei bestimmten Prfbedingungen oder zur Bestimmung der Dauerschwingverformbarkeit bzw. der Dauerschwingfestigkeit. Die Prfung wird in Gerten durchgefhrt, bei denen der Probekrper Wechse
7、lver- formungen oder Wechselspannungen unterworfen wird. Sie werden als Flexometer bezeichnet. 2 Begriffe 2.1 Vorspannung und Vorverformung Da der Probekrper an den Aufstandsflchen zumeist nicht aufgeklebt oder anvulkanisiert ist, mu er zur Erhaltung der ntigen Haftreibung whrend der Prfung einer st
8、atischen Vorspannung uv oder Vorverformung eV unterworfen werden. 2.2 Wechselspannung und Wechselverformung Der Vorspannung uv oder Vorverformung EV wird eine Wechselspannung mit der Amplitude u, oder eine Wech- selverformung mit der Amplitude e, berlagert. Die sinusfrmigen Wechselbeanspruchungen si
9、nd durch Fre- quenz und Amplitude gekennzeichnet. Die Amplitude mu kleiner sein als die statische Vorbeanspruchung. Im Kompressions-Flexometer wirkt die Vorspannung UV in derselben Richtung wie die Wechselverformung E, oder Wechselspannung u, im Rotationsflexometer wirkt eine Wechsel-Scherverformung
10、 Ya oder Wechsel-Scher- Spannung 5, rechtwinklig zur axialen Druckverformung F, oder Druckspannung u“. 2.3 Wrmebildung Unter Wrmebildung ist die whrend der Wechselbean- spruchung durch Energieabsorption im gesamten Volu- men des Probekrpers gebildete Wrme zu verstehen. 2.4 Temperaturerhhung Temperat
11、urerhhung ist die Temperaturzunahme des Probekrpers ber seine Anfangstemperatur infolge der Wrmebildung. Die Temperatur ist im Zentrum des Probekrpers am grten. Die Temperaturerhhung wird durch die Temperaturdifferenz A 8 zwischen einer festgelegten Stelle des Probekrpers und der Anfangs- oder Umgeb
12、ungstemperatur gemessen und dient als Ma fr die Wrmebildung. 2.5 Zermrbung Als Zermrbung wird der Zerstrungsvorgang bezeichnet, dem der Probekrper whrend des Dauerschwingver- suches durch die gleichzeitige Einwirkung von Spannung und Temperatur unterworfen ist. Dabei laufen im Elasto- mer je nach de
13、ssen chemischer Zusammensetzung ver- schiedene Reaktionen nebeneinander ab, deren eine Gruppe durch weitere Vernetzung (,Nachvulkanisation“) gekennzeichnet ist, die andere durch Zerstrung der bermolekularen und schlielich der molekularen Struk- tur (,Degradation“). Die Zermrbung beginnt im Inneren d
14、es Probekrpers und ist von einer an der Oberflche des Elastomeren einsetzenden Zerstrung, z. B. durch Ribildung, zu unterscheiden. Fortsetzung Seite 2 bis 4 Normenausschu Materialprfung (NMP) im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Normenausschu Kautschuktechnik (FAKAU) im DIN DIN 53533 Teil 1 Jul
15、 1988 Preisgr. 5 Vertr.-Nr. 0005 Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GrnbH, Burggrafenstrae 6. 1000 Berlin 30 07.88 DIN1 DIN 53533 TEIL 1 88 Seite 2 DIN 53533 Teil 1 2.6 Zermrbungswiderstand Als Zermrbungswiderstand wird die Bestndigkeit be- zeichnet, mit der das Elastomer die Wechselbeanspr
16、u- chungen im Inneren ertrgt, oder der Widerstand, den es dieser Zerstrung entgegensetzt. Der Zermrbungswiderstand wird durch die in den Ab- schnitten 2.7, 2.8, 2.11 und 2.12 beschriebenen Ver- fahren festgelegt. 2.7 Dauerschwingverformbarkeit cD bzw. YD Die Dauerschwingverformbarkeit eD bzw. yD, ku
17、rz auch ,Dauerverformbarkeit“ genannt, ist die grte Amplitude der Wechselverformung, bei der der Probekrper einer unendlichen Anzahl von Schwingwechseln ohne Zer- strung unterworfen werden kann. 2.8 Dauerschwingfestigkeit UD bzw. 5D Die Dauerschwingfestigkeit uD bzw. SD, kurz auch ,Dauerfestigkeit“
18、genannt, ist die grte Amplitude der Wechselspannung, bei der der Probekrper einer unend- lichen Anzahl von Schwingwechseln ohne Zerstrung unterworfen werden kann. 2.9 Grenzschwingspielzahl ND Die Dauerverformbarkeit und die Dauerfestigkeit setzen theoretisch eine unendliche Anzahl von Schwingwechsel
19、n voraus. Wegen der im allgemeinen beobachteten asympto- tischen Nherung der Whlerkurve an die Dauerverform- barkeit bzw. Dauerfestigkeit werden in der Praxis diese Gren dem Whlerschaubild fr eine endliche Grenz- schwingspielzahl N, entnommen, bei der die Whler- kurve die Asymptote erfahrungsgem nah
20、ezu erreicht. 2.10 Lebensdauer oder BruchSchwingspieltahI NZ Oft wird bei Vergleichsprfungen die Laufzeit bis zum Bruch des Probekrpers bei einer bestimmten Bean- spruchung als ,Lebensdauer“ in Minuten oder als ,Bruch-Schwingspielzahl Nz“ angegeben. Die so erhal- tene Lebensdauer ist abhngig von der
21、 Beanspruchung, d. h. von den Werten der Vorverformung, Wechselver- formung, Vorspannung und Wechselspannung (siehe Bild). Die Bruch-Schwingspielzahl NZ ist kleiner als die Grenz-Schwingspie Iza h I ND. Bild. Whlerkurven fr Elastomer A und B 2.11 Zeitverformbarkeit EZ bm. yz Die Zeitverformbarkeit c
22、z bzw. yz ist die einer bestimm- ten Bruch-Schwingspielzahl NZ zugeordnete Amplitude der Wechselverformung. Sie ist grer als die Dauerver- formbarkeit. 2774442 0088887 684 S 2.12 Zeitfestigkeit oz bzw. SZ Die Zeitfestigkeit uz bzw. T ist die einer bestimmten Bruch-Schwingspielzahl NZ zugeordnete Amp
23、litude der Wechselspannung. Sie ist grer als die Dauerfestigkeit. 2.13 Flieen Flieen ist die zeitliche nderung der Verformung des Probekrpers whrend der Flexometerprfung, die unter der Wirkung der Vorspannung eintritt. Das Flieen wird bei der Flexometerprfung auf die Probekrperabmes- sungen im unbea
24、nspruchten Zustand bezogen. 2.14 Bleibende Verformung Die bleibende Verformung ist die irreversible nderung der Form des Probekrpers nach Beendigung der Prfung und Verstreichen einer Erholungsdauer. Die bleibende Verformung wird ebenfalls auf die Probekrperabmes- sungen im unbeanspruchten Zustand be
25、zogen. 3 Prfbedingungen Fr Elastomere ist wegen der groen Unterschiede der Moduli grundstzlich zu entscheiden, ob die Prfungen entweder bei vorgegebener Wechselverformung oder bei vorgegebener Wechselspannung durchgefhrt werden. Dies gilt sowohl fr die Prfung der Wrmebildung als auch fr die Prfung d
26、er Zermrbungsbestndigkeit. Diese Entscheidung ist im Hinblick auf die gedachte sptere Verwendung des Elastomers zu treffen. Daraus ergeben sich 4 verschiedene Mglichkeiten der Beanspruchung: a) uv = konstant, u, = konstant b) uv = konstant, E, = konstant c tv = konstant, ua = konstant d) eV = konsta
27、nt, e, = konstant Die Hhe der Beanspruchung ist ebenfalls nach der Prf- absicht zu whlen. Bei der Prfung auf Wrmebildung soll die Beanspruchung nur so gro sein, da mit Sicher- heit keine Zerstrung der Probekrper innerhalb der Prfdauer eintritt. Die Beanspruchung mu andererseits jedoch zu einer genge
28、nd groen und mebaren Tempe- raturerhhung der Probekrper fhren, damit die zu vergleichenden Probekrper aus verschiedenen Elasto- meren statistisch gesichert unterschieden werden knnen. Fr die Bestimmung der Lebensdauer ist die Beanspru- chung so zu whlen, da beim Vergleich von Probekr- pern mit versc
29、hieden groem Zermrbungswiderstand diese statistisch gesichert unterschieden werden knnen. Bei der Aufnahme von Whlerkurven sind die Bean- spruchungsstufen zu variieren. Einzelheiten sind in Ab- schnitt 6.2 festgelegt. 4 Probekrper 4.1 Form und Herstellung der Probekrper Fr die Flexometerprfung sind
30、zylindrische Probekrper zu verwenden, deren Abmessungen nach den Prfver- fahren verschieden sind. Die Probekrper knnen durch Vulkanisation in Formen hergestellt oder auch aus Platten oder Fertigteilen durch Schneiden, Bohren und Schleifen gewonnen werden. Dabei ist DIN 53502 zu bercksichtigen. DIN1
31、DIN 53533 TEIL L Falls die Probekrper aus Fertigteilen oder Platten ge- schnitten werden, so ist dies im Prfbericht zu vermer- ken. Bei Platten soll ein Mindestabstand von 13 mm zum Rand eingehalten werden. Es mu beachtet werden, da die Anwendung der glei- chen Vulkanisationszeit und der gleichen Vu
32、lkanisations- temperatur bei den beiden Probenarten (geschnittene Probekrper und speziell in Formen vulkanisierte Probe- krper) nicht zum gleichen Vulkanisationsgrad fhren. Fr die in Formen vulkanisierten Probekrper wird ein hherer Vulkanisationsgrad erhalten. Um gltige Ver- gleiche zwischen beiden
33、Probenarten zu erhalten, mu vorzugsweise die Vulkanisationszeit entsprechend einge- stellt werden. 4.2 Anzahl der Probekrper Fr die Prfung der Temperaturdifferenz bei einer einzi- gen Beanspruchung sowie fr die Prfung der Lebens- dauer, sind von jedem Elastomer zwei Probekrper zu prfen. Fr die Aufna
34、hme der Whlerkurve werden zu- mindest 5 Probekrper bentigt, doch empfiehlt es sich fr die Prfung 10 Probekrper vorzusehen. Die Anzahl soll so gro gewhlt werden, da die ge- wnschte Unterscheidung verschiedener Elastomere statistisch gesichert werden kann (siehe DIN 53598 Teil 1). 4.3 Lagerdauer zwisc
35、hen Vulkanisation und Prfung Die Lagerdauer zwischen Vulkanisation und Prfung soll mindestens 16 Stunden betragen. Fr Nichtfertigteile betrgt die maximale Lagerdauer vier Wochen. Bei Fertigteilen soll nicht spter als drei Monate nach der Vulkanisation geprft werden. Ist dies nicht mglich, soll inner
36、halb von zwei Monaten nach Eingang des Materials beim Abnehmer geprft werden. Es ist bei Raumtemperatur (15 bis 35 OC) zu lagern. 4.4 Vorbehandlung der Probekrper Vor der Prfung mssen die Probekrper mindestens drei Stunden bei einer Temperatur von (23 * 2) “C gelagert werden. 5 Prfgerte Nach DIN5353
37、3Teil2undDIN53533Teil3 6 Versuchsdurchfhrung und Auswertung 6.1 Messen der Temperaturerhhung Zum Messen der Temperaturerhhung ist die Wrmeab- leitung klein zu halten, z. B. durch Isolierung der Auf- standsf Ichen der Probekrper. Die Temperaturerhhung der Probekrper wird nach vorgegebener Laufzeit na
38、ch Erreichen des stationren Temperatur-Ausgleichszustandes zwischen Wrmebildung und Wrmeableitung, als Differenz der Temperatur Btp an einer festgelegten Stelle des Probekrpers und der Temperatur der Umgebung atU in “C angegeben. Dem- gem ist die Wrmebildung in “C A I?, = 8tp - 8tu Die Anfangstemper
39、atur aller zu vergleichenden Probe- krper mu gleich sein. Falls sich die Probekrper nicht in einem Wrmeschrank befinden ist die Temperatur im Prfraum auf 1 “C konstant ZU halten. 88 E 2794442 0088888 510 E DIN 53 533 Teil 1 Seite 3 Die Temperatur im Inneren des Probekrpers ist durch Einfhren einer d
40、nnen Einstichnadel als Temperatur- fhler zu messen. Whrend des Einstechens mu der Probekrper spannungsfrei sein, so da der Temperatur- fhler vom Material des Elastomers dicht umschlossen wird. Um die Temperatur whrend des Prfvorganges stndig erfassen zu knnen, kann sie auch an der Ober- flche oder i
41、n einer Aufstandsflche gemessen und der Erwrmungsvorgang ber die Prfzeit registriert werden. Diese beiden Temperaturmeverfahren unterscheiden sich grundstzlich dadurch, da die Wrmeleitfhigkeit des Elastomers in verschiedener Weise in die Mewerte eingeht. Die Temperatur ist auf 1 “C zu messen. 6.2 Be
42、stimmung der Dauerverformbarkeit, Dauerfestigkeit und Ermittlung der Whlerkurve Die Dauerverformbarkeit oder die Dauerfestigkeit werden nach dem Whlerverfahren gemessen. Falls die Zermr- bungseigenschaften des zu prfenden Elastomers unbe- kannt sind, mu eine vollstndige Whlerkurve aufge- nommen werd
43、en. Daraus knnen passende Prfbedin- gungen festgelegt werden, mit denen die Beurteilung hn- licher Elastomere aufgrund von Lebensdauerprfungen mglich ist. Fr die Aufnahme der Whlerkurve werden nacheinander mehrere Probekrper aus demselben zu prfenden Elasto- mer zweckmig gestaffelten Wechselbeanspru
44、chungen unterworfen und die zugehrigen Bruch-Schwingspiel- zahlen festgestellt. Die fr einen einzelnen Probekrper zu Versuchsbeginn eingestellte Beanspruchung (Verfor- mung oder Spannung) wird whrend der Prfung nicht gendert. Von Probekrper zu Probekrper desselben Elastomers wird die Beanspruchung s
45、o gestaffelt, da schlielich jene grte Beanspruchung gefunden wird, die ,unendlich oft“ (praktisch bis zur Grenz-Schwing- spielzahl) ohne Zerstrung ertragen wrde. Die Bean- spruchung soll so gestuft werden, da zumindest ein Probekrper bei hoher Schwingspielzahl bricht und ein weiterer bis zur Grenz-S
46、chwingspielzahl durchluft. Die Dauerverformbarkeit bzw. Dauerfestigkeit wird am besten aus der graphischen Darstellung der Ergebnisse des Whlerverfahrens abgelesen. Die fr verschiedene Beanspruchungen ermittelten Bruch-Schwingspielzahlen werden in einem Schaubild mit logarithmisch geteilter Abszisse
47、 (Schwingspielzahl) und linear geteilter Ordinate (Beanspruchung) eingetragen. Die bei der Grenz-Schwing- spielzahl abgelesene Beanspruchung ist die Dauerverform- barkeit bzw. die Dauerfestigkeit. Die Schwingspielzahl N wird als Produkt von Drehzahl n in min- und der Prfzeit t in min errechnet: N=n.
48、t 6.3 Bestimmung der Lebensdauer Die Versuchsdauer It sich verkrzen, wenn statt des Whlerverfahrens die zu vergleichenden Elastomere unter gleichen Bedingungen geprft werden. Dabei mu die Beanspruchung grer sein als die Dauerverformbar- keit bzw. Dauerfestigkeit. Die so gemessene Lebensdauer wird als Bruch-Schwingspielzahl Nz angegeben. Sie gibt Aufschlu ber die Haltbarkeit. Bei diesem Verfahren ist es aber mglich, da das Elastomer mit der steileren (Einzelversuch bei einer Beanspruchung) DIN1 DIN 53533 TEIL I BB D 2794442 0088889 457 D Seite 4 DIN 53533 Teil
