Was ist Kältebeständigkeit?

Kältebeständigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Materials auch bei niedrigen Temperaturen seine mechanischen und physikalischen Eigenschaften weitgehend zu erhalten. Bei Kälte kann es bei ungeeigneten Gummiwerkstoffen zu Versprödung, Elastizitätsverlust oder Rissbildung kommen, was die Funktionalität von Bauteilen wie Dichtungen, Vibrationsdämpfern oder Gummi-Metall-Verbundteilen erheblich beeinträchtigen kann. Die Kältebeständigkeit bestimmt daher, ob ein Bauteil bei Frost, im Außeneinsatz oder in tiefkalten technischen Umgebungen zuverlässig eingesetzt werden kann.

 

Einflussfaktoren bei Kältebeständigkeit

Die Kältebeständigkeit eines Gummis hängt im Wesentlichen von der Glasübergangstemperatur (Tg) ab. Oberhalb der Tg bleibt das Material elastisch, darunter wird es hart und spröde. Typische Einflussfaktoren sind:

  • Polymerbasis: Silikon (VMQ) ist besonders kältetauglich (bis ca. –50 °C), während NBR oder FKM deutlich früher verhärten.
  • Vernetzungsgrad: Stärker vernetzte Mischungen verhärten schneller bei Kälte.
  • Füllstoffe und Additive: Verstärkende Füllstoffe erhöhen Steifigkeit und reduzieren die Beweglichkeit des Materials.
  • Weichmacher: Verbessern kurzfristig die Kälteflexibilität, können aber bei tieferen Temperaturen ausfallen, kristallisieren oder wandern.
  • Alterung: durch bereits vorhandene Materialschädigungen infolge von Alterungseffekten verschlechtert sich das Kälteverhalten, während Kälte an sich nicht zu einer verstärkten Alterung beiträgt.

 

Prüfverfahren bei Kältebeständigkeit

Die Bestimmung der Kältebeständigkeit erfolgt häufig über Biegeversuche, Zugversuche oder dynamisch-mechanische Analysen (DMA) bei tiefen Temperaturen. Ein wichtiger Kennwert ist die niedrigste Temperatur, bei der das Material noch funktionsfähig bleibt, ohne zu brechen oder unzulässig hart zu werden.

 

Bedeutung von Kältebeständigkeit in der Praxis

Kältebeständige Werkstoffe sind entscheidend in Anwendungen wie Fahrzeugtechnik (Dichtungen, Lagerungen in kalten Klimazonen), Luft- und Raumfahrt, Kältetechnik oder Offshore-Anlagen. Elastomere wie Silikonkautschuk (VMQ), Fluorsilikon (FVMQ) oder Naturkautschuk (NR) bieten sehr gute Tieftemperaturflexibilität, während Standard-NBR oder FKM nur bedingt kältebeständig sind. In kritischen Anwendungen sind entsprechende Tests unter den realen Einsatzbedingungen unerlässlich.