Rheometer

Elastische Dichtungen werden durch die Vernetzung von Gummimischungen, die aus dem Rohkautschuk und weiteren Mischungsbestandteilen besteht, hergestellt. Dabei werden unter Einwirkung von Temperatur, Druck und Zeit die Molekülketten miteinander vernetzt und dem Elastomermaterial seine endgültigen, elastischen Eigenschaften verliehen.

Was ist ein Rheometer und wozu dient es?

Ein Rheometer ist ein Laborgerät für die Messung viskoelastischer Eigenschaften von Nicht-Newtonschen Materialien (Kautschuke) während des Vernetzungsprozesses. Es dient der Wareneingangskontrolle und Freigabeprüfung von Gummimischungen vor der Weiterverarbeitung und gibt Auskunft über die Fließ- und Vulkanisationseigenschaften des Compounds. Mit dem Rheometer bestimmt man den Grad der Vernetzung bei einer bestimmten Temperatur und Zeitdauer.

Bei einem Rheometer schwingt ein Teil einer zweigeteilten metallischen Aufnahme, in die der rondenartige Prüfkörper einer rohen Kautschukmischung eingelegt wird in einer Drehbewegung vor und zurück, üblicherweise um +/-3°. Die Prüfkörperaufnahme befindet sich in einer geschlossenen Zelle, die bei der oszillierenden Bewegung beheizt wird.

Gemessen und grafisch dargestellt wird eine Drehmomentkurve über die beiden Achsen Temperatur und Zeit.

Was sagt die Rheometerkurve aus?

Sobald der Kautschuk im Rheometer unter Druck und Temperatur der oszillierenden Schwerbewegung ausgesetzt wird, sinkt die Anfangsviskosität der Rohkautschukmischung und damit das auf den Rotor ausgeübte Drehmoment leicht ab, der unvernetzte Kautschuk wird zunächst einmal weicher. Der tiefste Punkt der aufgezeichneten Kurve wird mit ML (Moment Lowest, Niedrigstes Moment) bezeichnet. Er ist ein Maß der Steifigkeit des unvernetzten Kautschuks.

Mit fortschreitender Zeit und einsetzender Vernetzung steigt das Drehmoment stark an. Die Steigung der Kurve hängt vom Kautschuktyp und dem verwendeten Vernetzungssystem ab.

Nach einiger Zeit erreicht die Vulkameterkurve ihren höchsten Wert und bleibt dann relativ konstant. Der höchste Punkt der aufgezeichneten Drehmomentkurve wird mit MH (Moment Highest, Höchstes Moment) bezeichnet.

Aus der Differenz zwischen höchstem und niedrigstem Moment lassen sich sogenannte prozentuale Vernetzungsraten bestimmen. Die zugeordnete Zeit wird angegeben. Die Zeit bei der z.B. 10 % der Moment-Differenz erreicht ist bezeichnet man als tc10. Die für die unproblematische Füllung eines Spritzwerkzeuges zur Verfügung stehende Zeit kann am Punkt tc2 abgelesen werden und bezeichnet die Zeitdauer bevor die Kautschukmischung anfängt zu vulkanisieren. Bei tc90 ist eine nahezu vollständige Vernetzung erreicht, die nun über die Temperung vervollständigt werden kann.

Wenn die stark ansteigende Änderung des Drehmoments mit Erreichen der vollständigen Vernetzung wieder abflacht, sind 2 weitere Kurvenverläufe denkbar. Bei den Kautschuken (NR, CR) ist eine sogenannte Reversion (auch Übervernetzung genannt) möglich. Diese stellt eine Umkehrung der Vernetzung dar und geht mit der Abnahme der Härte und anderer physikalischer Eigenschaften einher. Bei EPDM hingegen kann das Drehmoment noch weiter ansteigen.

Jede Gummimischung hat ihre typischen Werte für MH, ML, T2, T10 und T90. Die Vulkameterkurve stellt somit eine Art Fingerabdruck des Vernetzungs- und Verarbeitungsverhaltens des Kautschuks dar.

Synonym: Vulkameterkurve, Rheometerkurve