Was ist Spannungsrissbildung?

Spannungsrissbildung beschreibt das Auftreten von feinen bis hin zu deutlichen Rissen in einem Material, die durch das Zusammenwirken von mechanischer (Zug-) Belastung und chemischer und/oder physikalischer Einwirkung entstehen. Diese Form der Schädigung tritt oft ohne nennenswerte plastische Verformung auf und kann zu einem plötzlichen Versagen des Bauteils führen.

In der Elastomer- und Kunststofftechnik ist die Neigung zur Spannungsrissbildung ein wichtiger Aspekt der Werkstoffauswahl und Produktentwicklung. Spannungsrissbildung ist vor allem bei sicherheits- und funktionskritischen Bauteilen wie Dichtungen, Ventilen oder Gummi-Metall-Verbundteilen von Bedeutung, da sie häufig unbemerkt beginnt und (auch nach Monaten oder Jahren) zu einem plötzlichen Versagen führen kann.

 

Einflussfaktoren von Spannungsrissbildung

Die Entstehung hängt in der Regel von zwei Faktoren ab:

  • Mechanische Spannung: verursacht durch äußere Lasten, Eigenspannungen aus dem Herstellungsprozess oder Montagekräfte
  • Chemische Einflüsse: insbesondere aggressive polare Medien, Ozon und UV-Strahlung erzeugen Radikale, die kettenspaltend wirken, wobei vor allem ungesättigte Polymere (R-Polymere) anfällig sind.
  • Physikalische Einflüsse: unpolare Medien wie Öle und Fette wirken nicht direkt auf die Polymerketten, sondern wirken quellend oder waschen Weichmacher aus.

 

Kommen chemische oder physikalische Einflüsse dazu, kann die Rissbildung deutlich schneller einsetzen und fortschreiten, als es durch rein mechanische Ermüdung der Fall wäre.

 

Prävention von Spannungsrissbildung

Zur Vermeidung von Spannungsrissbildung müssen die mechanische Belastung und Medieneinwirkung betrachtet werden. Mögliche Maßnahmen sind:

  • Passende Werkstoffwahl: Ein Elastomer auswählen, das gegenüber den eingesetzten Medien beständig ist. M- und Q-Polymere sind grundsätzlich besser geeignet als R-Polymere. Bei kritischen Medien werden häufig medienbeständige Werkstoffe wie FKM, EPDM oder VMQ eingesetzt.
  • Spannungsarme Konstruktion: Kanten abrunden, Kerben vermeiden, gleichmäßige Wandstärken vorsehen und übermäßige Vorspannung reduzieren.
  • Schonende Montage: Vermeiden von Überdehnung, Verkanten oder Einschnüren.
  • Geeignete Betriebsbedingungen: Temperatur, Schwingungen und Druckspitzen im zulässigen Bereich halten, da sie die Rissbildung beschleunigen können.
  • Alterungsschutz: Verwendung stabiler Mischungen mit geeigneten Stabilisatoren, um Versprödung und Leistungsverlust im Laufe der Zeit zu minimieren.