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Moderne experimentelle Techniken zur Untersuchung der Bruchmechanik von Gummivulkanisaten
Leibniz Institute of Polymer Research Dresden

Referent: Eric Euchler, Wissenschaftler, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden

Worum geht es in Ihrem Vortrag?

Die mechanischen und Brucheigenschaften der Vulkanisate von Naturkautschuk (NR) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), die beide für Reifenlaufflächen relevant sind, wurden mithilfe moderner experimenteller Techniken untersucht. Mit In-situ-Experimenten auf der Basis von Röntgenuntersuchungen konnten die Mechanismen hinter dem bruchmechanischen Verhalten erklärt werden, indem man die morphologischen und strukturellen Materialänderungen während einer externen Belastung beobachtete. So wurden etwa spezifische Schäden, Verfestigungsphänomene, Kavitation und dehnungsinduzierte Kristallisation durch In-situ-Röntgen-Mikrotomografie (µCT) und In-situ-Kleinwinkel- und Weitwinkel-Röntgenstreuung (SAXS und WAXS) untersucht.

Beschreiben Sie doch bitte, wie Sie diese Experimente durchgeführt haben.

Im Rahmen der Versuchsarbeit wurden mit modernen und angepassten experimentellen Techniken In-Situ-Messungen vorgenommen. Hier wurden für die In-Situ-Experimente mit µCT, SAXS und WAXS (Labor und Synchrotron) spezielle Streckvorrichtungen eingesetzt, um synchronisierte Daten der mechanischen Reaktion und der verformungsinduzierten Strukturentwicklung zu erhalten.

Warum war diese Studie notwendig?

Die Reifenbranche versucht die Leistung und Haltbarkeit ihrer Produkte zu verbessern. Dafür sind ein tieferes Verständnis und die Berücksichtigung des mechanischen und Versagensverhaltens unerlässlich. Aus diesem Grund müssen die FuE-Aktivitäten in diesem Bereich ausgeweitet werden. Zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften und des Verschleißverhaltens von Laufflächen-Gummivulkanisaten ist das makroskopische Ermüdungsrisswachstum (FCG) weit verbreitet und akzeptiert. Allerdings werden (mikro-)strukturelle Veränderungen in der Gummimatrix oder dem Gummi-Füllstoff-Netzwerk oft nicht in Betracht gezogen und ihre Rolle beim makroskopischen Versagen ist noch nicht ganz geklärt.

Welche neuen Informationen konnten Sie den Ergebnissen entnehmen?

Die experimentellen Daten haben klar gezeigt, dass genauerer Kenntnisse über die Mechanismen hinter Ermüdung und Ausfall von hoher Priorität sind. Um herauszufinden, wie sich Design und Gummiformulierungen im Zusammenhang mit hoher Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz von Reifen verbessern lassen, müssen die FuE-Aktivitäten verformungsinduzierte Ereignisse berücksichtigen, die unter anwendungsorientierten Belastungsbedingungen auftreten.

Welche Verbesserungen ergeben sich daraus für Gummi und Reifen?

Besonders im Rahmen des Green Deal und der E-Mobilität müssen neue Generationen von Reifen entwickelt und zugelassen werden. Vor der Übertragung auf reale Anwendungen müssen das mechanische und Ausfallverhalten von reifenrelevanten Gummimischungen im Labormaßstab charakterisiert werden. Dazu müssen moderne experimentelle Testtechniken und -methoden angewandt werden, die relevante Informationen zur Lebensdauer unter realen Bedingungen liefern.

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