TY - THES

T1 - Bestimmung des Einflusses von chemischen Parametern auf grundlegende Materialeigenschaften von H-NBR Elastomeren

AU - Maier, Alexander

N1 - gesperrt bis 01-03-2017

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Elastomerkomponenten in der Erdölindustrie müssen äußeren Einflüssen wie großer Hitze, Druck, verschiedenen aggressiven Medien und Gasen widerstehen können. In diesem Zusammenhang muss speziell auf eine Versagensart, die bei hohen Drücken und verschiedenen Gasen auftritt, dem „rapid gas decompression“-Versagen geachtet werden. Bei diesem Materialversagen kommt es zu inneren Rissen, Quellungen, großen Dehnungen und in weiterer Folge zu einem katastrophalen Versagen des Bauteils. Ziel dieser Arbeit war es in Hinblick auf das „rapid gas decompression“-Versagen (RGD) die mechanischen Eigenschaften von hydrierten Nitril-Butadien-Kautschuken (HNBR) in Bezug auf chemische Parameter und unterschiedliche Temperaturen zu charakterisieren. Spezielles Augenmerk lag auf der Untersuchung des ACN-Gehalts, da dieser großen Einfluss auf die Materialeigenschaften, wie zum Beispiel Festigkeit und Elastizität sowie auf das RGD-Verhalten zeigt. Die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse liefern somit einen Einblick auf das zu erwartende Materialverhalten abhängig vom Temperatureinsatzbereich und dem verwendeten ACN-Gehalt und ermöglichen ein besseres Verständnis des RGD Prozesses. Insgesamt wurden drei Materialien mit unterschiedlichem ACN-Gehalt bei drei Temperaturen geprüft. Um die Abhängigkeit von ACN-Gehalt und Temperatur zu charakterisieren wurden ein Temperaturfaktor und ein ACN-Faktor definiert. Als Tendenz der Temperatur in den monotonen Zug- und Druckversuchen wurde ein Abfall der Spannung (weniger steifes Materialverhalten) bei steigender Temperatur festgestellt wobei der Temperatureinfluss bei steigender Temperatur abnimmt. Hinsichtlich des Einflusses des ACN-Gehaltes zeigte sich in den monotonen Versuchen ein nicht erwartetes Steifigkeitsmaximum für den mittleren ACN-Gehalt. Die Steifigkeitsverläufe in den dynamisch- mechanischen Untersuchungen lieferten eine noch näher zu klärende Abhängigkeit des ACN-Rankings von der Testfrequenz. Abschließend wurden elastomerspezifische Materialmodelle hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit auf die untersuchten Werkstoffe evaluiert.

AB - Elastomerkomponenten in der Erdölindustrie müssen äußeren Einflüssen wie großer Hitze, Druck, verschiedenen aggressiven Medien und Gasen widerstehen können. In diesem Zusammenhang muss speziell auf eine Versagensart, die bei hohen Drücken und verschiedenen Gasen auftritt, dem „rapid gas decompression“-Versagen geachtet werden. Bei diesem Materialversagen kommt es zu inneren Rissen, Quellungen, großen Dehnungen und in weiterer Folge zu einem katastrophalen Versagen des Bauteils. Ziel dieser Arbeit war es in Hinblick auf das „rapid gas decompression“-Versagen (RGD) die mechanischen Eigenschaften von hydrierten Nitril-Butadien-Kautschuken (HNBR) in Bezug auf chemische Parameter und unterschiedliche Temperaturen zu charakterisieren. Spezielles Augenmerk lag auf der Untersuchung des ACN-Gehalts, da dieser großen Einfluss auf die Materialeigenschaften, wie zum Beispiel Festigkeit und Elastizität sowie auf das RGD-Verhalten zeigt. Die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse liefern somit einen Einblick auf das zu erwartende Materialverhalten abhängig vom Temperatureinsatzbereich und dem verwendeten ACN-Gehalt und ermöglichen ein besseres Verständnis des RGD Prozesses. Insgesamt wurden drei Materialien mit unterschiedlichem ACN-Gehalt bei drei Temperaturen geprüft. Um die Abhängigkeit von ACN-Gehalt und Temperatur zu charakterisieren wurden ein Temperaturfaktor und ein ACN-Faktor definiert. Als Tendenz der Temperatur in den monotonen Zug- und Druckversuchen wurde ein Abfall der Spannung (weniger steifes Materialverhalten) bei steigender Temperatur festgestellt wobei der Temperatureinfluss bei steigender Temperatur abnimmt. Hinsichtlich des Einflusses des ACN-Gehaltes zeigte sich in den monotonen Versuchen ein nicht erwartetes Steifigkeitsmaximum für den mittleren ACN-Gehalt. Die Steifigkeitsverläufe in den dynamisch- mechanischen Untersuchungen lieferten eine noch näher zu klärende Abhängigkeit des ACN-Rankings von der Testfrequenz. Abschließend wurden elastomerspezifische Materialmodelle hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit auf die untersuchten Werkstoffe evaluiert.

KW - Elastomerdichtung

KW - Nitrilbutadienkautschuk

KW - NBR

KW - hydrierter Nitrilbutadienkautschuk

KW - HNBR

KW - Acryl-Nitril-Gehalt

KW - ACN-Gehalt

KW - mechanische Eigenschaften von HNBR

KW - Temperaturabhängigkeit von HNBR

KW - "rapid gas decompression"-Versagen

KW - Hyperelastische Materialmodellierung

KW - Elastomer components

KW - rapid gas decompression

KW - mechanical properties of hydrogenated nitrile butadiene

KW - HNBR

KW - hydrogenated nitrile butadiene rubber

KW - nitrile butadiene rubber

KW - NBR

KW - acrylonitrile content

KW - ACN-content

KW - temperature influence

KW - hyperelastic material simulation

M3 - Masterarbeit

ER -