Wie sind die Kieselsäurepartikel verteilt?

Die Lauffläche von Autoreifen besteht in der Regel aus durch Vulkanisation vernetzten Kautschuk. Die Materialeigenschaften können u.a. durch Zugabe von Additiven verschiedenster Art in weiten Bereichen variiert und dem jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden. So kann die Abriebfestigkeit durch Zugabe von Kieselsäure als Füllstoff verbessert werden., ohne die elastischen Eigenschaften und das Haftvermögen wesentlich zu verändern.

Die primären Kieselsäurepartikel mit einem Durchmesser von 10 – 20 nm können sich im Gummi zu Aggregaten von 20 – 100 nm zusammenlagern. Für gute Reifeneigenschaften ist es wichtig, dass die räumliche Verteilung dieser Aggregate im Gummi homogen ist und sich keine Agglomerate von 200 nm bis einigen µm bilden. Die Aufgabe bestand darin, die Größe und die Verteilung von Kieselsäurepartikeln in einer Gummimischung zu bestimmen.

Das zu untersuchende Gummi enthielt ca. 10 % - 20 % Kieselsäure als Füllstoff. Von den Proben wurden Kryoschnitte angefertigt und dann mit dem AFM untersucht, wobei sowohl der Topographiekontrast als auch der Phasenkontrast –Reibungskraft- zur Abbildung der Oberfläche herangezogen wurden.

Im linken Bild ist das Höhenprofil einer derartigen Probe dargestellt. Helle Bildstellen stellen Erhebungen dar, dunkle Bildbereiche stehen für Vertiefungen.

Im rechten Bild zeigt sich im Phasenbild das unterschiedliche Reibungsverhalten der Gummi-mischung bedingt durch die Verteilung der einzelnen Komponenten des Gemischs. Helle Stellen zeigen geringe Energiedissipation, dunkle Stellen eine hohe Energiedissipation in das Material.

Bedingt durch den Füllstoffzusatz (helle, punktförmige Bildteile) und einer offen sichtlichen Ausbildung unter-schiedlicher Phasen des verwendeten Kautschuks treten helle, mittlere und dunkle Bereiche auf, die auf verschiedene Komponenten mit zunehmender Verformbarkeit (oder Adhäsion) hinweisen.

Die im Topografiebild erkennbaren Partikel konnten bei höherer Vergrößerung (Abb.2) als Aggregate identifiziert werden.

In Vertiefungen auf der Oberfläche (angeschnittene Hohlräume) wurden auch Ansammlungen von solchen Aggregaten gefunden.

Durch die Kombination von Topographie- und Phasenkontrast konnten auf diese Weise wertvolle Informationen über Größe, Art und Verteilung der Kieselsäurepartikel gewonnen werden. Derartige Informationen stellen für den Materialentwickler wichtige Anhaltspunkte für die zielgerichtete Weiterentwicklung und Optimierung des Materials dar.


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8

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