WKK Kap 7&8 mechanisches Verhalten II.txt

• Elastisches Verhalten
• Energieelastizität
• Entropieelastizität
• Viskoses Verhalten
• Viskoelastisches Verhalten
• linear
• nicht linear
• Plastisches Verhalten

• E‘ – Speichermodul
• E‘‘ – Verlustmodul
• tan δ – Verlustfaktor

• Zeitbereich von 15 bis 20 Dekaden
• Da dieser große Bereich nur in Teilen experimentell zugänglich ist, werden Untersuchungen zur Charakterisierung des viskoelastischen Verhaltens häufig in Abhängigkeit von der Temperatur gemacht. Entsprechend der Zeit-Temperatur-Äquivalenz ist es möglich, das gesamte Spektrum der viskoelastischen Eigenschaften bei einer konstanten Beanspruchungszeit bzw. Frequenz in einem Temperaturverlauf zu erfassen.

Torsionsschwingversuch

• Probekörper in ein sogenanntes Torsionspendel eingespannt
• Pendel wird um 3° ausgelenkt und vollführt dann eine freie Schwingung
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• Aufgrund der inneren mechanischen Dämpfung der Kunststoffe ist eine gedämpfte Sinusschwingung zu beobachten
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• Das Schubmodulverhalten lässt sich beschreiben durch den Schubmodul G.
• Dieser ist der Quotient der Amplituden der in Phase liegenden
• Schwingungen von Schubspannung und Scherung
• Anhand des Trosionsschwingversuches wird der Speichermodul G´ nach folgender Gleichung bestimmt

• Der G-Modul ist ein Maß für den mechanischen Widerstand gegen Schubbelastung. Der G-Modul ist im Falle eines inkompressiblen Körpers (mit der Querkontraktionszahl und dem Kompressionsmodul () durch die Beziehung
• verknüpft.

Der mechanische Verlustfaktor d ist ein Maß dafür, wie viel der mechanisch aufgewendeten Arbeit bei einem Belastungsvorgang bei der Entlastung nicht mehr zurückgewonnen werden kann. Er charakterisiert somit das Dämpfungsverhalten des Werkstoffs

• Der G-Modul sinkt mit steigender Temperatur, das Material wird also „flexibler“.
• Der Verlustfaktor steigt mit steigender Temperatur, das Materialwird also „gummiartiger“

• Bei Raumtemperatur im Glaszustand oft spröde
• Die physikalischen Eigenschaften sind isotrop

• Die Festigkeit und Zähigkeit erhalten teilkristalline Kunststoffe durch die Kristallite
• Zuerst lösen sich die amorphen Strukturen und dann die Kristallite

• Bei Raumtemperatur hart und oft spröde
• Leichte Erweichung bei steigender Temperatur
• Eng vernetzte Makromoleküle können nicht voneinander abgleiten
• Duroplaste zersetzen sich ohne zu schmelzen

• Aufbau aus weitmaschig vernetzten Molekülen
• Unterhalb der Glastemperatur hartelastisch (amorphe Bereiche sind fest)
• Oberhalb der Glastemperatur gummielastisch (Abgleiten der Ketten in den amorphen Bereichen möglich)
• Elastomere zersetzen sich ohne zu schmelzen

• Maß für die Vernetzung eines Polymerwerkstoffes
• Der Vernetzungsgrad ist der Quotient aus der Molzahl vernetzter Grundbausteine und den insgesamt vorhandenen Grundbausteinen.
• Der Vernetzungsgrad liegt bei Duroplasten zwischen 70% - 90% und bei Elastomeren zwischen 5% (Weichgummi) -15% (Hartgummi).

• Molmasse
• Vernetzungdichte
• Kristallisationsgrad

• Dehngeschwindigkeiten von ca. 10^-5 bis 10^-1s^-1 wobei der Bruch des Probekörpers oder die festgelegte Beanspruchungsgrenze in einer ökonomisch vertretbaren Zeitspanne erreicht werden.
• Die Beanspruchung erfolgt langsam, stoßfrei und stetig ansteigend bis zum Bruch.
• Verwendung:
• zur Ermittlung von Werkstoffkennwerten bzw. –kennfunktionen
• Qualitätssicherung
• Vorauswahl von Kunststoffen in der Konstruktion
• Schadensfallanalyse

• Elastische Verformung
• Linear-viskoelastische Verformung
• Nichtlinear-viskoelastische Verformung
• Plastische Verformung

• I. Hooke´scher Bereich :σ = Eε
• II. Viskoelastischer Bereich:
• Linear viskoelastischer Bereich: σ = σ(t) = ε E(t)
• Nicht-linear viskoelastischer Bereich: σ = σ(t, ε) = ε E(t, ε)
• III. Irreversibler Bereich: Bei hohen Verstreckungen treten Crazebildungen auf (Fehlstellen, aber noch keine Risse)

• Beschrieben durch das HOOK´sche Gesetz
• Bei unverstärkten Thermoplasten grundsätzlich sehr gering (<0,1%)
• Bei Duroplasten oder hochverstärkten Thermoplasten bis zu 40% der Bruchspannung
• Dominantes Verhalten bei unidirektional verstärkten Faserverbundwerkstoffen

Im Vergleich mit metallischen Werkstoffen tritt bei Kunststoffen selbst bei kleinen Verformungen und anwendungstechnisch relevanten Temperaturen ein mechanisch reversibles, aber zeitabhängiges Deformationsverhalten auf, das Viskoelastizität genannt wird.

• Das Voigt-Modell beschreibt das linear retardiert elastische Verhalten

• Kriecherholung: Entlastet man nun das Voigt-Modell (sprich t > t₁) so erhält man analog zur mathematischen Beschreibung des Kriechens:

• Durch Kombination des Dämpfers mit der Feder (serielle Schaltung) kommt man zum Maxwell-Modell.
• Bei der Reihenschaltung sind die Kräfte, die Schubspannungen von Feder und Dämpfer gleich; die Deformationen (Scherung γ_N und γ_H) beider Elemente addieren sich zur Gesamtdeformation (Gesamtscherung γ)

• Das Maxwell-Voigt-Modell beschreibt das viskoelastische Verhalten von Kunststoffkörpern

• Zusätzlich beeinflussen die Prüftemperatur und die Beanspruchungszeit das Ergebnis