Spannungsrelaxation

Messungen der Spannungsrelaxation erlauben eine kontinuierliche Erfassung des Alterungsvorgangs eines Elastomeren. Die Probe wird hierbei um einen vorgegebenen Betrag gedehnt (üblicherweise 10 %). Diese Dehnung wird während des gesamten Alterungsvorganges beibehalten. Gemessen wird die Rückstellkraft der Probe. Die Alterung wird in einem Ofen entweder unter Luftatmosphäre oder unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Man erhält Kurven der Rückstellkraft über der Alterungszeit für verschiedene Alterungstemperaturen und Atmosphären. Die Rückstellkraft lässt mit der Alterungszeit nach, weil die unter mechanischer Spannung stehenden Vernetzungspunkte mit der Zeit abgebaut werden, und neu entstehende Vernetzungspunkte spannungsfrei eingebaut werden.

Als Beispiel ist in der untenstehenden Abbildung die Rückstellkraft (normiert auf den Anfangswert der Rückstellkraft) über der Alterungszeit für verschiedene Alterungstemperaturen aufgetragen. Wie erwartet, erfolgt die Alterung umso schneller, je höher die Temperatur ist. Aus den Kurven kann eine charakteristische Alterungszeit definiert werden, z.B. als die Zeit, bei der die Kraft auf 50 % des Ausgangswertes abgefallen ist.

Die charakteristische Alterungszeit kann über der inversen Temperatur in ein Arrhenius-Diagramm übertragen werden. Durch Extrapolation kann aus diesem Diagramm auf die Alterungszeiten bei niedrigeren Temperaturen geschlossen werden (hellgrüner Bereich). Solche Extrapolationen müssen jedoch auch immer mit der notwendigen Vorsicht betrachtet werden, weil bei den daraus entnommenen Alterungszeiten von Jahren bis Jahrhunderten auch noch andere Alterungsmechanismen wirken können.