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In-Situ-Untersuchungen zum Quellverhalten von Polymerwerkstoffen unter erhöhten Drücken und Temperaturen

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

04/2021 - 09/2023

Dr.-Ing. Margrit Junk

+49-351-4081-5419

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Werkstoffwissenschaften

Polymerwerkstoffe sind heute nicht nur im Alltag, sondern auch im technischen Einsatz nicht mehr wegzudenken. Neben den klassischen Konstruktionskunststoffen spielen im Bereich der Kältetechnik vor allem Elastomere in Form von Dichtungen eine Rolle. Die grundlegenden Werkstoffeigenschaften sowie eine gleichbleibende Qualität des Materials sind hier entscheidend für den störungsfreien Langzeitbetrieb der Anlagen und für die Vermeidung von Kältemittelverlusten.

Ein Indikator für ihre Medienbeständigkeit und somit ein wichtiger Parameter für den Einsatz der Werkstoffe ist das Quellverhalten der Polymere im Kontakt mit flüssigem bzw. gasförmigem Kältemittel (und mit Kältemaschinenöl). Bisher war eine Prüfung bzgl. der Veränderung der Polymere durch die Lagerung unter erhöhten Gasdrücken erst nach deren Entnahme aus dem Medium, also erst NACH der Dekompressionsphase, möglich. Für das in der Praxis relevante Verhalten der Materialien WÄHREND der Medienbelastung und Dekompression waren die Daten bisher nur bedingt aussagekräftig. Genau hier setzt das neue In-Situ-Messverfahren an.

Das Ziel des Forschungsprojektes besteht darin, eine geeignete Untersuchungsmethode zu entwickeln und aufzubauen, die es ermöglicht, den Quell- bzw. Schrumpfvorgang von Polymerwerkstoffen unter verfahrenstechnischen Zustandsbedingungen, also während der chemischen und mechanischen Belastung (p-T) in situ zu messen. Unter Verwendung eines Durchsichtautoklavens wird ein Messplatz aufgebaut, der für Untersuchungen im Temperaturbereich bis 80 °C und für Drücke bis 90 bar anwendbar ist. Es sollen zwei alternative optische Messverfahren zum Einsatz kommen und verglichen werden. Das erste besteht aus einem Kamerasystem, das das zeitabhängige Quellverhalten der Materialprobe aufzeichnet und misst. Als zweites soll ein High-Speed 2D Optisches Mikrometer zur Anwendung kommen.

Das Messverfahren soll eine zeit- und kostenersparende Evaluierung von Werkstoffen ermöglichen sowie Grundlagen für die Entwicklung verbesserter Dichtungsmaterialien liefern. Damit leistet dieses Forschungsprojekt einen signifikanten Beitrag zur Verbesserung der Produktnachhaltigkeit sowie zur Sicherheit von Kälteanlagen.

Das ILK ist das führende Institut für Methodenentwicklungen und Untersuchungen zum Werkstoffverhalten im Bereich der Kältetechnik. Mit der In-Situ-Methode werden die bisherigen Prüfverfahren im Bereich Werkstoffalterung und Bewertung um ein innovatives Messverfahren erweitert.

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