Effekte einer anisotropen Faserverstärkung in Elastomeren
Häufig besteht das Problem, dass in einem fixierten Bauteil das Elastomer dem äußeren Druck ausweicht (dass es „fließt“). Dadurch versagt das System im Laufe der Zeit. Unter Berücksichtigung des Werkstoffs bietet es sich an, dieses „Fließen“ über eine höhere Vulkanisat-Härte einzudämmen – d.h. entweder hoch zu vernetzen oder den Füllstoffanteil zu erhöhen. Mit beiden Wegen wird es jedoch schwierig, alle notwendigen Werkstoffparameter in Einklang zu bringen. Zudem muss auch ein steiferes Elastomerbauteil trotzdem hinreichend flexibel bleiben.
Ein Ausweg ist hier die Füllung des Gummis mit Kurzfasern. Unter bestimmten Voraussetzungen lassen sich die Fasern in der Elastomermischung in eine Vorzugsrichtung orientieren. In dieser Richtung weist das Vulkanisat eine hohe Steifheit auf, während senkrecht dazu die Flexibilität erhalten bleibt (Anisotropie). So gelingt es, Bauteile (oder deren kritische Bereiche) mit Kurzfasern anisotrop zu versteifen. Damit wird das „Fließen“ in den Problemzonen eingeschränkt, ohne die Flexibilität der gesamten Baugruppe in andere Richtungen zu gefährden. Nachweisen lässt sich das beispielsweise über einen modifizierten Druckverformungs-Test.
Die Schwierigkeiten bei der Faserverstärkung bestehen in der Herstellung und der Verarbeitung von faserhaltigen Elastomermischungen. Es ist daher notwendig, die Fasern dem jeweiligen Verfahren anzupassen. Auch die Gummirezeptur sowie das gesamte technologische Spektrum bei der Verarbeitung der Elastomermischungen ist entsprechend zu optimieren. Hierzu sind im TITK grundlegende Forschungsarbeiten gelaufen.
