TSSR zur Prüfung von TPE-Werkstoffen

Thermoplastische Elastomere (TPE) kombinieren die Vorteile der thermoplastischen Verarbeitbarkeit mit den günstigen Gebrauchseigenschaften von Elastomeren und bieten daher neue Perspektiven im Hinblick auf ökonomische und ökologische Aspekte. Sie sind seit einigen Jahren auf dem Vormarsch, um in verschiedenen Industriebereichen die Werkstoffgruppe der chemisch vernetzten Elastomere zu ersetzen. Neben vielen Vorteilen haben sie jedoch in Bezug auf Herstellung, Verarbeitung und Wiederverwendung einige Nachteile.

In der Automobilindustrie sind die Anwendungsmöglichkeiten der TPE aufgrund ihrer geringen Temperatur- und Ölbeständigkeit jedoch begrenzt, sodass TPE-S-Werkstoffe auf der Basis von SEBS, obwohl relativ kostengünstig, gut zu verarbeiten und wiederverwertbar, hier kaum eingesetzt werden. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde daher versucht, das Eigenschaftsprofil dieser Werkstoffe so zu verbessern, dass auch die Anwendung im Motorbereich von Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei Luftansaugrohren für Otto und Dieselmotoren, problemlos möglich ist.

Bei Entwicklung dieser verbesserten TPE-Werkstoffe wurde neben speziellen Hysterese-Zugversuchen das neue Brabender Messtechnik TSSR-Meter eingesetzt, um die thermische Einsatzgrenze der Werkstoffe zu bestimmen. TSSR steht für Temperature Scanning Stress Relaxation und ist die Bezeichnung einer anisothermen Spannungsrelaxations-Messmethode, mit der aber auch herkömmliche isotherme Relaxationsmessungen durchgeführt werden können.

Im Gegensatz zu üblichen Spannungsrelaxationsprüfungen, die bei konstanter Temperatur durchgeführt werden, wird hier die Temperatur mit einer definierten Heizrate kontinuierlich erhöht und so die maximale Arbeitstemperatur und das Relaxationsspektrum des Prüfmaterials bestimmt. Neben wichtigen Kenngrößen zur Bestimmung der mechanisch-thermischen Eigenschaften liefert dieses Gerät unter anderem auch Informationen über die Phasenmorphologie der Werkstoffe sowie der Vernetzungsdichte.

Zwei unterschiedliche Messverfahren sind möglich, die herkömmliche isotherme Relaxationsmessung und die Anwendung der TSSR-Methode. Die Messung geschieht in zwei Schritten: Nach dem Einlegen des Probestabs wird dieser um einen bestimmten Betrag, beispielsweise 50 Prozent gedehnt. Während einer frei wählbaren Zeitdauer zum Beispiel 2 Stunden, können Kurzzeitrelaxationsprozesse bei konstanter Temperatur wie 23 °C abklingen. In einem zweiten Schritt folgt die anisotherm geführte Phase. Hier wird die Probe mit konstanter Heizrate von 2 °C/min bis auf die vorgegebene Temperatur (max. 300°C) erhitzt. In beiden Phasen zeichnet das Gerät die Kraftverläufe auf, die die Grundlage für die Auswertung bilden.

Die komfortable Mess- und Auswertesoftware unter Windows ermöglicht eine automatische Versuchsdurchführung, zeichnet die Daten auf, stellt sie online als übersichtliches Farbdiagramm dar und wertet die Messdaten automatisch aus.

Erfolge können im Speziellen bei Entwicklung und Charakterisierung von TPEs aber auch bei russgefüllten Elastomeren aufgezeigt werden. So lassen sich mit dem Gerät die thermischen Einsatzgrenzen handelsüblicher TPE Werkstoffe darstellen, und mit Relaxationsspektren verschiedene TPE-Blends charakterisieren. Das TSSR-Meter ist auch einsetzbar, um die Auswirkungen unterschiedlicher Vernetzungsmittel-Konzentrationen auf den Vernetzungsgrad nachzuweisen, oder den Druckverformungs-Restwert anhand der Grenztemperatur mit Hilfe einer linearen Korrelation vorherzusagen.
Einsatzgebiete von TPE im Vergleich zu russgefüllten Elastomeren lassen sich somit deutlich abgrenzen. Für russgefüllte EPDM-Mischungen können durch anisotherme Spannungsrelaxationskurven zusätzliche Informationen gewonnen werden, die die Interaktionen zwischen Ruß und Polymeren charakterisieren.

Fakuma, Halle A6, Stand 6211