Verlauf der Druckspannungsrelaxation (DSR) bei 200 °C über der Zeit für jeweils drei FKM und FFKM Proben.
Quelle: BAM
Im Rahmen einer Kooperation zwischen dem Institute of Future Fuels des DLR und der BAM wurde das Alterungsverhalten von ausgewählten Hochtemperatur-Dichtungswerkstoffen untersucht, die für den Einsatz in einem vom DLR entwickelten solarthermischen Reaktor zur Wasserstofferzeugung vorgesehen sind. Da die Betriebstemperaturen aus Gründen der Prozesseffizienz hoch gehalten werden müssen, kommen als Dichtungswerkstoff für die zyklische Trennung der zwei Reaktionsräume die hitzebeständigen Elastomere FKM und FFKM in Frage.
Zur Untersuchung der Eignung und Lebensdauer der Materialien wurden Dichtheitsprüfungen und Materialuntersuchungen (Härte, Druckverformungsrest) beim DLR durchgeführt. Dabei wurden O-Ringe mit 3 mm Schnurdurchmesser und Plattenmaterial mit 2 mm Dicke bei Temperaturen zwischen 200 °C und 300 °C unter Luft gealtert. Im Rahmen der Kooperation mit BAM FB 3.4 und 7.5 wurden ergänzend Spannungsrelaxationsmessungen während der Alterung durchgeführt (zur Untersuchung des Langzeit-Dichtungsverhaltens im Einbauzustand) sowie ortsaufgelöste Infrarotspektroskopie (zur Untersuchung der chemischen Veränderungen im Material).
Die gemeinsame Publikation beschreibt die festgestellten Materialveränderungen aufgrund der thermo-oxidativen Alterung der Dichtungen und deren Einfluss auf die Bauteilfunktion. Darüber hinaus wurden Lebensdauerabschätzungen vorgenommen und die beiden Materialien miteinander verglichen. Es zeigten sich jeweils unterschiedliche Degradationsmechanismen; bei FFKM war die Kettenspaltung der dominante Prozess. Bei 200 °C betrug die Lebensdauer der FKM-O-Ringe ca. 75 Tage und 135 Tage für FFKM.
Lifetime prediction and degradation assessment of FKM and FFKM O-rings under high temperature thermo-oxidative ageing
Estefanía Vega Puga, Volker Wachtendorf, Anja Kömmling, Stefan Brendelberger, Matthias Jaunich, Christian Sattler
Polymer Testing, Volume 147, June 2025