Verbesserung der Laborvoraussagen zum Risswachstum und Verschleiß von Reifen-Laufflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Gert Heinrich; Professor Dr. Manfred Klüppel
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 236399313

• Erstellungsjahr: 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Projekt erzielte weitreichende Verbesserungen in der Vorhersage des Risswachstumsverhaltens von gefüllten Elastomermischungen. Die Risswachstumsmessungen mit dem Tear Fatigue Analyzer im Ringversuch haben gezeigt, dass übereinstimmend die anwendungsrelevanten bruchmechanischen Stärken und Schwächen der untersuchten Gummimischungen bei den jeweils geprüften Werten der Weiterreißenergien aufgezeigt werden können. Dies gilt insbesondere hinsichtlich des Chip- und Cut-Verhaltens der Elastomere, welches bei hohen Weiterreißenergien anzusiedeln ist. Die eingehende Analyse der Auswertungsprozeduren lieferte zudem wichtige Erkenntnisse für die Optimierung der Auswertung der TFA-Prüfungen. Diese Aspekte waren Inhalte intensiver Diskussionen und eines Erfahrungsaustausches mit dem beteiligten Industriepartner. Des Weiteren konnte in dem Projekt gezeigt werden, in wie weit nicht nur die Mischungsrezeptur, sondern auch die Morphologie der Mischungsbestandteile Einfluss auf das Risswachstumsverhalten hat. Dabei spielen bei unmischbaren Elastomerblends die Ausbildung einer Interphase zwischen den beiden Polymerphasen und die Füllstoffverteilung in die verschiedenen Phasen und in die Interphase eine große Rolle. Es zeigt sich, dass in Gummiwerkstoffen nur ein kleiner Teil der global verfügbaren Weiterreißenergie die Rissspitze erreicht. Dies kann durch die abstandsabhängige Ermittlung des J-Integrals gezeigt werden. Der Abfall des J-Integrals zur Rissspitze hin entspricht dabei der Energiedissipation um die Rissspitze durch die Spannungserweichung der Reifenmischungen. Zur Bestimmung des Rissausbreitungsverhaltens konnten zwei neue Methoden entwickelt werden, die der Community zugänglich gemacht wurden. Mit beiden Methoden kann der Riss sowie der Risspfad vollständig ermittelt werden. Die Risserfassung konnte auch auf die Ermittlung des Rissausbreitungsverhaltens bei der Messung im Tear Fatigue Analyzer angewendet werden. Die gewonnen Erkenntnisse konnten mittlerweile in anderweitigen Projekten eingesetzt werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2019) The role of stress softening in crack propagation of filler reinforced elastomers as evaluated by the J-Integral. Engineering Fracture Mechanics 214 520–533
  Wunde, Matthias; Plagge, Jan; Klüppel, Manfred
  
• „Influence of phase morphology and filler distribution in NR/BR and NR/SBR blends on fracture mechanical properties”, Rubber Chem. Technol. 89, 588-607 (2016)
  Wunde, M., Klüppel, M.
  
• „Impact of mixing procedure on phase morphology and fracture mechanical properties of carbon black-filled NR/SBR blends”, Continuum Mech. Thermodyn. 29, 1135-1148 (2017)
  Wunde, M., Klüppel, M.
  
• Viscoelastic response during crack propagation of unfilled and filled SBR, Rubber Chem. Technol.
  Wunde, M. Klüppel, M.
  
• „Bruchmechanik und Lebensdauervorhersagen an Elastomerwerkstoffen“, Jahresmagazin Kunststofftechnik / Ingenieurwissenschaften 2018, S. 64-67 (ISSN 1618-8357)
  Heinrich, G.
  
• (2019) Vergleich verschiedener Methoden zur Ermittlung der Risslänge an Fotografien gerissener planarer Elastomerprüfkörper. Kautschuk, Gummi, Kunststoffe (KGK)
  Schulze, A., Heinrich, G., Gehde, M.