Consumption and diffusion of oxygen during the thermoxidative ageing process of elastomers

Thermoxidative ageing of elastomers is investigated by having a closer look on the consumption and diffusion of oxygen during the exposure to elevated temperatures. After the introduction of some basic theory an experimental set-up is described, which enables the measurement of the oxygen amount being absorbed during weathering. Hence the oxygen consumption of natural rubber was detected at elevated temperatures and for varying exposure times. The correlation of changes in the mechanical properties and the oxygen consumption is analysed in order to get new awareness of oxidation affecting the mechanical behaviour. Influences of diffusion effects on the degradation are investigated by the use of micro X-ray tomography, which detects minor changes in density generated by oxidation. Density profiles over the cross-section of the samples are created, which illustrate the appearance of diffusion-limiting oxidation. The results offer a closer look at the thermoxidative ageing of natural rubber and should help to get a better understanding of the degradation during ageing. Finally the findings may improve the life-time prediction of elastomeric components by providing the basis for the development of advanced material models. Der Beitrag beleuchtet die thermooxidative Alterung von Elastomerwerkstoffen, wobei der Fokus auf die Sauerstoffaufnahme und Diffusionsprozesse wahrend der Auslagerung bei erhohten Temperaturen gelegt wird. Nach einem kurzen Abriss uber die zugrundeliegende Theorie dieses Gebietes, wird der Aufbau eines Versuchsstandes beschrieben, der es ermoglicht, die quantitative Menge an Sauerstoff zu bestimmen, welche wahrend des Auslagerungsprozesses aufgenommen wird. Im Folgenden wird die Sauerstoffaufnahme von Naturgummi bei erhohten Temperaturen und verschiedenen Auslagerungszeiten erfasst. Es werden die Auswirkungen der Sauerstoffabsorption auf die mechanischen Eigenschaften des Materials analysiert, um neue Erkenntnisse uber den Einfluss der Oxidation auf das Verhalten von Elastomeren zu erhalten. Des Weiteren werden Diffusionseffekte mit Hilfe von Mikro-Rontgentomographie untersucht, welche es ermoglicht, kleinste Dichteanderungen im Material zu detektieren. Somit wird das Auftreten von oxydationsbedingten Dichtegradienten uber den Probenquerschnitt nachgewiesen und der Effekt der sog. „Diffusion-Limited-Oxidation“ gezeigt. Die Ergebnisse sollen einen verbesserten Einblick in die thermoxidative Alterung von Elastomeren ermoglichen und einen Beitrag zum Verstandnis der alterungsbedingten Schadigung leisten. Schlieslich sollen die Erkenntnisse der Weiterentwicklung von Materialmodellen dienen und somit die Grundlage fur verbesserte Lebensdauervorhersagen von Elastomerbauteilen geschaffen werden.