Werkstoffe für O-Ringe
O-Ringe werden in der überwiegenden Mehrheit aus Elastomeren bzw. Gummi-Werkstoffen hergestellt.
Der Begriff „Elastomere“ hat seinen Ursprung in der Elastizität der Gummi-Werkstoffe, die sich schon unter geringer Krafteinwirkung verformen lassen, sich nach der Entlastung aber sofort in ihre Ausgangsform zurückziehen.
Die Basis dieser Elastomere ist „Kautschuk“. Kautschuk kann als Naturkautschuk auf Plantagen gewonnen werden oder, wie für den O-Ring-Bereich heute üblich, fast ausschließlich als Synthesekautschuk in der chemischen Industrie produziert werden.
Anforderungen und Mischungen
Um den vielfältigen Anforderungen an moderne Dichtungswerkstoffe gerecht zu werden, stehen neben diversen Basiskautschuken, auch innerhalb der Werkstoffgruppen, viele unterschiedliche Mischungen zur Verfügung.
Jede dieser Mischungen hat ihre eigene, festgelegte und überwachte Rezeptur und besteht zusätzlich zum Basiskautschuk aus:
Herstellung von O-Ringen
Aus der Kautschukmischung wird im Formgebungsprozess, der sog. Vulkanisation, der fertige O-Ring produziert.
Hierbei wird in einem Formwerkzeug auf einer Presse durch Druck und Temperatur der plastische Kautschuk in einen elastischen Gummiwerkstoff umgewandelt.
| chemische Bezeichnung des Basis Polymers |
Kurzbezeichnung nach | |
| DIN ISO 1629 | ASTM D 1418 | |
| Acrylnitril-Butadien-Kautschuk | NBR | NBR |
| hydrierter Acrylnitril-Butadien-Kautschuk | HNBR | HNBR |
| Fluorkautschuk | FKM | FKM |
| Perfluorierter Kautschuk | FFKM | FFKM |
| Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk | EPDM | EPDM |
| Siliconkautschuk /Vinyl-Methyl-Polysiloxan |
VMQ | VMQ |
| Fluorsiliconkautschuk / Fluormethyl-Polysiloxan | FVMQ | FVMQ |
| Tetrafluorethylen-Propylen-Kautschuk | FEPM | FEPM |
| Acrylat-Kautschuk | ACM | ACM |
| Chloropren-Kautschuk | CR | CR |
| Styrol-Butadien-Kautschuk | SBR | SBR |
| chlorsulfoniertes Polyethylen | CSM | CSM |
| Epichlorhydrin-Kautschuk | ECO | ECO |
| Butadien-Kautschuk | BR | BR |
| Butyl-Kautschuk | IIR | IIR |
| Isopren-Kautschuk | IR | IR |
| Polyesterurethan | AU | AU |
| Polyetherurethan | EU | EU |
| Naturkautschuk | NR | NR |
| Härte (Shore A) | Farbe | Tieftemp. (°C) | Hochtemp. (°C) | kurzzeitig (°C) |
| 70 80 90 |
schwarz schwarz schwarz |
-30 -25 -25 |
+100 +100 +100 |
+120 +120 +120 |
Im Bereich der Standarddichtungen wie O-Ringe und Radialwellendichtringe ist NBR der meist eingesetzte Werkstoff. Die Gründe hierfür sind die guten mechanischen Eigenschaften, der gute Abriebwiderstand, die geringe Gasdurchlässigkeit und die gute Beständigkeit gegen mineralölbasische Öle und Fette. NBR ist ein Copolymer aus Butadien und Acrylnitril. Der Gehalt an Acrylnitril kann je nach Verwendungszweck zwischen 18% und 50% variieren. Ein niedriger ACN-Gehalt verbessert die Kälteflexibilität zu ungunsten der Öl- und Kraftstoffbeständigkeit. Ein hoher ACN-Gehalt erhöht die Öl- und Kraftstoffbeständigkeit bei gleichzeitig sinkender Kälteflexibilität und steigendem Druckverformungsrest. Für ausgeglichene Eigenschaften haben unsere Standard NBR-Werkstoffe einen mittleren ACN-Gehalt von ca. 30%.
NBR ist gut beständig gegen:
mineralölbasische Öle und Fette
aliphatische Kohlenwasserstoffe
pflanzliche und tierische Öle und Fette
Hydrauliköle H, H-L, H-LP
Druckflüssigkeiten HFA, HFB, HFC
Siliconöle und Siliconfette
Wasser (max. 80°C)
FKM-Werkstoffe haben sich in vielen Anwendungen durchgesetzt, in denen eine hohe thermische und / oder chemische Beständigkeit gefordert ist. FKM überzeugt weiterhin durch seine exzellente Ozon-, Witterungsund Alterungsbeständigkeit. FKM empfiehlt sich für Vakuumanwendungen aufgrund seiner sehr geringen Gasdurchlässigkeit.
FKM ist gut beständig gegen:
mineralölbasische Öle und Fette
aliphatische Kohlenwasserstoffe
aromatische Kohlenwasserstoffe
chlorierte Kohlenwasserstoffe
Druckflüssigkeiten HFD
pflanzliche und tierische Öle und Fette
Siliconöle und Siliconfette
Kraftstoffe
unpolare Lösungsmittel
Ozon, Witterung, Alterung
| Härte (Shore A) | Farbe | Tieftemp. (°C) | Hochtemp. (°C) | kurzzeitig (°C) |
| EPDM Standard 70 EPDM Peroxid 70 |
schwarz schwarz |
-45 -50 |
+130 +150 |
– – |
EPDM zeichnet sich durch einen großen Anwendungstemperaturbereich, eine gute Ozon-, Witterungs- und Alterungsbeständigkeit und eine gute Heißwasserund Dampfbeständigkeit aus. Peroxidisch vernetzte EPDM-Werkstoffe sind thermisch sowie chemisch höher belastbar und erreichen bessere Druckverformungsrest- Werte als schwefelvernetztes EPDM.
Siliconwerkstoffe zeigen eine ausgezeichnete Alterungsbeständigkeit gegen Sauerstoff, Ozon, UV-Strahlen und Witterungseinflüsse sowie einen sehr breiten Einsatztemperaturbereich mit exzellenter Kälteflexibilität. Silicon ist durch seine physiologische Unbedenklichkeit für Lebensmittel und Medizinbereiche geeignet. Silicon zeigt gute elektrische Isoliereigenschaften und hat eine hohe Gasdurchlässigkeit. Aufgrund der schwachen mechanischen Eigenschaften werden Silicon O-Ringe bevorzugt in statischen Anwendungen eingesetzt.
Silicon ist gut beständig gegen:
tierische und pflanzliche Öle und Fette
Wasser (max.100°C)
aliphatische Motoren- und Getriebeöle
Ozon, Witterung, Alterung
Härte
Die Härte von Normprobekörpern und Fertigteilen wird geprüft entsprechend:
Shore A nach DIN ISO 7619-1 (ehemals DIN 53505) bzw. ASTM D 2240 oder IRHD nach DIN ISO 48 Mikrohärte IRHD (International Rubber Hardness Degrees)
Bei der Härteprüfung wird der Widerstand der Gummiprobe gegen das Eindringen einer Prüfspitze unter einer definierten Druckkraft gemessen. Shore A und Mikro IRHD unterscheiden sich durch die Form der Prüfspitze und die Größe der Prüfkraft. Danach eignet sich die Mikro IRHD Prüfung besonders für Proben kleiner Querschnitte.
Die Härteskala reicht in beiden Fällen von 0 bzw.10 bis 100, wobei 100 dem Wert der größten Härte entspricht. Die Toleranz auf die Nennhärte eines Werkstoffes beträgt ±5 Shore A bzw. IRHD.
Härtevergleiche von Datenblattwerten (Prüfkörper mit parallelen Oberflächen) mit Werten von Prüfungen an O-Ringen (gekrümmte Oberfläche) können z. T. erhebliche Unterschiede aufweisen.
Reißfestigkeit und Reißdehnung
Beide Kennwerte werden im Zugversuch nach DIN 53504 bzw. ASTM D 412 ermittelt. Die Reißfestigkeit ist die zum Zerreißen einer Normprobe benötigte Kraft, bezogen auf den Querschnitt der ungedehnten Probe. Die Reißdehnung ist die erreichte Dehnung einer Normprobe im Augenblick des Zerreißens (angegeben in % der markierten Messlänge).
Weiterreißfestigkeit
Die Weiterreißfestigkeit kann an einer Streifenprobe oder an einer Winkelprobe ermittelt werden. In beiden Fällen wird die Kraft gemessen, die ein definiert eingeschnittener Normprüfkörper dem Weiterreißen entgegensetzt (bezogen auf die Probendicke).
Tieftemperaturbeständigkeit
Die mechanischen Eigenschaften von Elastomeren verändern sich mit der Temperatur. Mit fallender Tendenz nehmen Reißdehnung und Elastizität ab während Härte, Reißfestigkeit und Druckverformungsrest zunehmen. Je nach Elastomer wird früher oder später ein Punkt erreicht, an dem der Werkstoff so spröde und hart wird, dass er unter Stoßbeanspruchung glasartig bricht.
Um das Verhalten eines Werkstoffes bei tiefen Temperaturen beurteilen zu können stehen verschiedene Tests zur Verfügung. Unter anderem wird der TR10-Wert (Temperature Retraction) oder die Kältesprödigkeitstemperatur (brittleness point) ermittelt. Aus der Interpretation dieser Ergebnisse kann die praktische Tieftemperatureinsatzgrenze abgeschätzt werden.
Druckverformungsrest DVR (compression set)
Der Druckverformungsrest ist die bleibende Formänderung eines unter bestimmten Bedingungen definiert verformten Probekörpers nach seiner vollständigen Entspannung. Abhängig von Temperatur und Dauer der Verformung erreicht der Prüfling nach seiner Entspannung seine Ausgangshöhe nicht mehr vollständig zurück.
Die Prüfung erfolgt nach DIN ISO 815 oder ASTM D 395 B wobei das Ergebnis in % angegeben wird. Im Idealfall erreicht der Prüfkörper seine Ausgangshöhe vollständig zurück, dass entspräche 0 % DVR. Zeigt der Prüfkörper überhaupt kein elastisches Zurückverformen aus dem verpressten Zustand, entspricht das 100 % DVR.
Vergleichbar sind DVR-Ergebnisse nur, wenn Prüfmethode, Verpressung, Probengeometrie, Prüftemperatur und Prüfzeit übereinstimmen. Der DVR wird oft herangezogen um das Langzeitverhalten von Dichtungen im eingebauten, also verpressten, Zustand unter Temperatureinfluss zu beurteilen.
Eigenschaftsänderungen nach Alterung Um das Verhalten von Dichtungswerkstoffen unter Wärme- und / oder Medieneinfluss zu beurteilen, werden Alterungstests durchgeführt. Elastomerproben werden im Wärmeschrank in Luft oder in einem Kontaktmedium bei einer festgelegten Temperatur eine bestimmte Zeit künstlich gealtert. Vor und nach der Alterung werden Härte, Reißfestigkeit, Reißdehnung und Volumen gemessen und verglichen.
Je geringer die Änderungen der Werte umso besser ist die Eignung des Werkstoffes für dieses Medium zu beurteilen.
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