Rückprallelastizität

Ein Service der
Polymer Service GmbH Merseburg
Tel.: +49 3461 30889-50 E-Mail: info@psm-merseburg.de Web: https://www.psm-merseburg.de
Unser Weiterbildungsangebot: https://www.psm-merseburg.de/weiterbildung
PSM bei Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Polymer Service Merseburg

Rückprallelastizität Elastomere

Allgemeines

Elastomere Werkstoffe werden aufgrund ihrer Dämpfungseigenschaften als Stoß- und Schwingungsdämpfer eingesetzt. Gerade Elastomere, wie Naturkautschuk (NR), Butylkautschuk (IIR), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) sind für diese Anwendungen geeignet, da sie über einen breiten Temperaturbereich eine hohe Dämpfung zeigen [1].

Definition der Rückprallelastizität

Die Bestimmung der Rückprallelastizität (R) nach DIN 53512 [2] oder ISO 4662 [3] erlaubt eine Bewertung des Dämpfungsverhaltens von elastomeren Werkstoffen. Dabei schlägt ein Pendel (Schob-Pendel) mit einem Arbeitsvermögen von 0,5 J senkrecht, mit einer definierten Geschwindigkeit auf die Oberfläche eines Prüfkörpers. Die Rückprallelastizität definiert sich durch den Quotienten der Rückprallhöhe (h_R) und der Fallhöhe des Pendels (h₀) bzw. durch das Verhältnis der gewonnenen Energie (E_R) zur aufgewendeten Energie (E_A):

$R={\frac {h_{R}}{h_{0}}}\cdot 100\ \%$

(1)

$R={\frac {E_{R}}{E_{A}}}\ (\%)$

(2)

Zwischen Rückprallelastizität und Verlustfaktor tan δ besteht für kleine Werte des Verlustfaktors folgende Beziehung [1]:

$R={\frac {E_{R}}{E_{A}}}=1-\pi \cdot tan\ \delta$

(3)

Je höher der ermittelte Wert für die Kenngröße R, umso besser ist das dynamisch-mechanische Verhalten (siehe auch: Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA) – Grundlagen) unter den prüfmethodischen Randbedingungen einzuschätzen bzgl. Art der Beanspruchung und Prüfgeschwindigkeit.

Anwendungsbeispiele

Das Bild 1 zeigt den Zusammenhang von Rückprallelastizität und der Werkstoffzusammensetzung. Das rußverstärkte SBR Vulkanisat zeigt im Vergleich zum Vulkanisat mit zusätzlich enthaltendem Standardweichmacher eine höhere Rückprallelastizität. Wurden dagegen pflanzenbasierte Weichmacher eingemischt, so wurden zum Teil höhere Werte für die Rückprallelastizität im Vergleich zum Vulkanisat (siehe auch: Vulkanisation) ohne Weichmacher ermittelt. Je höher der ermittelte Kennwert ist, desto elastischer ist der Werkstoff.

Bild 1:

Rückprallelastizität für rußverstärkte (50 phr) SBR Vulkanisate mit unterschiedlichen Weichmachern (15 phr) (Eigene Untersuchungen Polymer Service GmbH Merseburg (PSM))

Eine direkte Korrelation zwischen der Rückprallelastizität mit den SHORE A-Härte-Kennwerten (siehe Tabelle 1) kann nicht festgestellt werden. Für das Vulkanisat ohne Weichmacher (SBR/Ruß) wurde der höchste SHORE A-Härte-Kennwert von A 72 ermittelt. Die höchsten Werte für die Rückprallelastizität wurden aber für die Vulkanisate mit Bio-Weichmacher 1 mit 54 SHORE A ermittelt.

Tabelle 1: SHORE A-Härtekennwerte für rußverstärkte (50 phr) SBR Vulkanisate mit unterschiedlichen Weichmachern (eigene Untersuchungen Polymer Service GmbH Merseburg (PSM))

Vulkanisat	SHORE A (-)
SBR/Ruß	72 ± 0,55
SBR/Ruß mit Standardweichmacher	60 ± 0,21
SBR/Ruß mit Bio-Weichmacher 1	54 ± 0,86
SBR/Ruß mit Bio-Weichmacher 2	55 ± 0,61
SBR/Ruß mit Bio-Weichmacher 3	56 ± 0,53

Die Untersuchungen zeigen, dass Elastomere mit gleichen SHORE A-Härte-Kennwerten sehr unterschiedliche Rückprallelastizitäten aufweisen können. Schlussendlich ermöglicht die Rückprallelastizität eine Aussage über das Hystereseverhalten (siehe auch: Stauchhärte) bei schlagartiger Beanspruchung, was das rein elastische Verhalten eines Werkstoffs beschreibt.

Korrelation der Rückprallelastizität mit der SHORE A-Härte

Aus dem Anwendungsbeispiel wird deutlich, dass es schwierig ist, von der relativ einfach experimentell ermittelbaren SHORE A-Härte auf die Rückprallelastizität zu schließen. Die Rückprallelastizität ist eine struktursensitive Werkstoffkenngröße, die vom Elastomertyp, der Werkstoffrezeptur (mit Weichmacher) und der Prüftemperatur abhängig ist.

Literaturhinweise

[1]	Röthemeyer, F., Sommer, F.: Kautschuk Technologie. Carl Hanser Verlag München, 2. überarbeitete Auflage (2006), ISBN 978-3-446-40480-9
[2]	DIN 53512 (2000-04): Prüfung von Kautschuk und Elastomeren – Bestimmung der Rückprall - Elastizität (Schob-Pendel)
[3]	ISO 4662 (2017-06): Elastomere oder thermoplastische Elastomere – Bestimmung der Rückprall – Elastizität von Vulkanisaten
[4]	Schnetger, J.: Lexikon Kautschuktechnik. Hüthig Verlag, 3. Völlig neubearbeitete und erweiterte Auflage (2004), ISBN 978-3-7785-3022-1; siehe AMK-Büchersammlung unter K 7