Dynamic-mechanical Characterization of Tailor-made Elastomers for Damping Applications

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

In vielen Bereichen und Anwendungsgebieten der Industrie werden Elastomere eingesetzt. Elastomere werden aufgrund ihrer Deformierbarkeit sowie ihres elastischen Federverhaltens verwendet, wobei zusätzlich realisierbare Dämpfungseigenschaften bis dato kaum eine Rolle spielen. Das Masse-Feder-System stellt somit nach wie vor den Industriestandard dar, wobei es optimierte Lösungen gäbe, um auftretende Probleme solcher Systeme zu vermeiden. Insbesondere Dämpfung im tieffrequenten Bereich würde ein hohes Maß an Dämpfungsverhalten eines Werkstoffes bedingen, was wiederum verschiedenste Probleme im Bereich Vibration und Impact lösen könnte. Als Beispiele können Antivibrations-Handschuhe, Kopfhörer, Schienenunterlagen, verschiedene Dämpfungselemente, Applikationen im Audiobereich und viele mehr, genannt werden. Trans-Polynorbornen (t-Pnb) bietet hierzu verschiedenste Möglichkeiten seine thermomechanischen Eigenschaften im Bereich Dämpfung (Verlustfaktoren von tan δ bis zu 3) einzustellen. Die Glasübergangstemperatur kann von -40 °C bis +40 °C und die Festigkeit auf bis zu 50 MPa festgelegt werden. In dieser Arbeit werden verschiedene Elastomermischungen von t-Pnb, auf ihre thermomechanischen Eigenschaften sowie das Modifikationspotential und Verhalten unter Umwelteinflüssen, untersucht. Die Proben wurden mit UV-Licht bestrahlt, hohen Temperaturen sowie einem Kontaktmedium ausgesetzt. Mithilfe von Dynamisch-Mechanischer-Analyse (DMA) wurden die thermomechanischen Eigenschaften in allen Zuständen gemessen. Die Eigenschaften von t-Pnb können mittels verschiedener Prozessölen sowie deren Konzentrationen, welche dem t-Pnb Polymer zugefügt werden, eingestellt werden. Es werden auch zusätzliche Komponenten wie flüssiger Silikonkautschuk, Thermoplaste, andere Elastomere sowie Kohlenwasserstoffharze beigemengt, um die Eigenschaften zu verändern. Damit kann, für das jeweilige spezifische Anwendungsgebiet, eine optimal zugeschnittene Materiallösung gefunden werden. In dieser Arbeit werden 5 verschiedene Mischungen mit unterschiedlichen Typen und Konzentrationen an Prozessölen sowie weiteren Bestandteilen wie Thermoplasten, untersucht. Die Nomenklatur wurde an die Shore A Härte der verschiedenen Mischungen, angepasst: PNB13, PNB25, PNB50, PNB65 und PNB70. Die Ergebnisse zeigen unterschiedliches thermomechanischen Verhalten im Bezug auf die Glasübergangstemperatur Tg, den elastischen Modul and die Dämpfungseigenschaften, beschrieben durch die maximalen Werte von tan δ. Formulierungen mit RAE (refined-aromatic-extract)-Prozessöl, Harz oder anderen polymeren Additiven , zeigen den Glasübergang im Raumtemperaturbereich oder darüber, wohingegen die Formulierung mit PA (paraffinic)- Prozessöl Werte um die -20 °C zeigt. Der Glasübergangstemperaturbereich kann somit in einem breiten Spektrum eingestellt werden, was absolut notwendig für spezifische Eigenschaften ist. Zusätzlich konnte auch hier eine typische Frequenzabhängigkeit des Materials gezeigt werden. Im Bereich Umwelteinflüsse, konnte für UV-Strahlung sowie erhöhte Temperaturen kein signifikanter Einfluss auf den Glasübergangsbereich sowie den elastischen Modul, gefunden werden. Ausnahme hierbei war Mischung PNB65 mit dem paraffinischen Prozessöl. Das Eintauchen der Elastomerproben in das spezifische Kontaktmedium Sebum, welches eine künstliche Version des Ohrwachses darstellt, hat signifikante Auswirkungen auf das Material gezeigt. Nichtsdestotrotz, kann mit spezifischen Additiven der Glasübergangsbereich stabil gehalten werden. Zusätzlich, konnte ein signifikanter Rückgang der Dämpfungseigenschaften nach den Alterungsprozeduren, festgestellt werden.

Details

Titel in ÜbersetzungDynamisch-mechanische Analyse von maßgeschneiderten Elastomeren für Dämpfungs-Applikationen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2020