Bleibende Verformung von verpresst gealterten EPDM O-Ringen mit ursprünglich rundem Querschnitt nach einem Jahr Alterung bei verschiedenen Temperaturen
Quelle: BAM, Fachbereich Sicherheit von Lagerbehältern
Der Fachbereich Sicherheit von Lagerbehältern der BAM führt im Rahmen atomrechtlicher Genehmigungsverfahren die sicherheitswissenschaftliche Begutachtung von Lagerbehältern für radioaktive Abfälle durch. In solchen Behältern kommen auch Elastomerdichtungen zum Einsatz, deren Betriebsdauer mehrere Jahrzehnte betragen kann. Aus diesem Grund ist die Alterung und Lebensdauervorhersage von Elastomerdichtungen ein relevantes Forschungsthema im Fachbereich, zu dem seit mehreren Jahren Untersuchungen laufen. Dabei wurden vertiefende Kenntnisse darüber gewonnen, wie die Alterung von verschiedenen Elastomerklassen abläuft und wie die Lebensdauer von O-Ring-Dichtungen bestimmt werden kann. Auszüge der Ergebnisse, die zum Teil in Kooperation mit der Königlich-Technischen Hochschule Stockholm entstanden sind, wurden im vorgestellten Paper veröffentlicht.
Die umfangreichen Alterungsuntersuchungen wurden nicht an tatsächlich für diesen Einsatzzweck verwendeten Materialien, sondern ersatzweise an drei kommerziellen Materialien bei vier verschiedenen Alterungstemperaturen durchgeführt. Die zum Zeitpunkt der Anfertigung des Papers bis zu 1,5 Jahre gealterten Proben wurden mit verschiedenen Methoden analysiert, um Materialschädigungen sowie das Dichtverhalten zu charakterisieren.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Dichtungen unter statischen Bedingungen auch dann noch dicht bleiben, wenn sich die Materialeigenschaften schon stark verändert haben, was sich z.B. in einer Verhärtung des ursprünglich gummiartigen Materials zeigt. Die ortsaufgelöste Untersuchung der Härte mit dem Indentermodul erlaubt hier die Detektion von Diffusionsbegrenzter Oxidation also inhomogener Alterung. Ein direkter Rückschluss von der Werkstoffhärte auf die Bauteilfunktion ist aber sehr schwierig.
Neben den Materialeigenschaften wurden daher auch Eigenschaften des Dichtsystems untersucht, die eine größere Aussagekraft in Bezug auf die Dichtfähigkeit haben als reine Materialkennwerte. Zu diesen Systemeigenschaften gehört der sogenannte Druckverformungsrest, der ein Maß für die Rückstellfähigkeit der Dichtung nach Alterung im verpressten Zustand ist. Aufgrund seiner Korrelation zur Dichtfähigkeit und seiner vergleichsweise guten Messbarkeit ist er ein häufig genutztes Maß zur Bestimmung der Lebensdauer von O-Ring-Dichtungen. Am Ende des Papers wird daher mithilfe bekannter Extrapolationsmethoden die Lebensdauer der Dichtungen anhand von Druckverformungsrestwerten abgeschätzt und beträgt für ein sehr konservativ gewähltes Kriterium von 50 % Druckverformungsrest bei einer Temperatur von 60 °C je nach Material zwischen ca. einem und 29 Jahren.
Influence of Ageing on Sealability of HNBR, EPDM and FKM O-rings
Anja Kömmling, Matthias Jaunich, Dietmar Wolff
Macromolecular Symposia, Special Issue: polymertec16 June 2017, Volume 373, Issue 1
BAM Abteilung Gefahrgutumschließungen, Fachbereich Sicherheit von Lagerbehältern