A2 Kriech- und Spannungsentspannung

Thema

Wird dieses Polymer einer dauerhaften Belastung ausgesetzt, anstatt einer kurzzeitigen, dann wieder aufgehobenen Belastung, kriechen und gleiten seine Molekülketten relativ zueinander, wie ein anderes Modell dieser Gruppe detailliert beschreibt. Dieses Kriechen und Gleiten der Ketten führt zu einer zeitabhängigen Verformung: der Kriechnachgiebigkeit des Polymers. Diese nimmt kontinuierlich zu, solange die dauerhafte Belastung anhält, anstatt sich wie bei einem rein elastischen Material auf einem festen Wert zu stabilisieren. Eine längere Einwirkung dieser Belastung verstärkt das Kriechen und Gleiten der Molekülketten, wodurch die Kriechnachgiebigkeit weiter zunimmt.

Die direkte Messung der Kriechnachgiebigkeit über die jahrzehntelange Nutzungsdauer dieses Polymers ist nicht praktikabel. Hier kommt das Zeit-Temperatur-Superpositionsprinzip zum Tragen, quantifiziert durch die WLF-Gleichung, die ein anderes Modell detaillierter beschreibt. Dieses Prinzip ermöglicht es, das Kriechverhalten des Polymers über diese Jahrzehnte anhand deutlich kürzerer Versuche bei anderen Temperaturen als der Betriebstemperatur vorherzusagen. Denn ein Temperaturanstieg und der Zeitablauf haben einen gleichwertigen Effekt auf Kriechen und Kettengleiten. Da diese kürzeren Tests bei einer Temperatur oberhalb der Betriebstemperatur durchgeführt werden, entspricht das dabei beobachtete Kriechverhalten gemäß der Zeit-Temperatur-Superposition einer deutlich längeren Lebensdauer – bei der tatsächlichen Betriebstemperatur – als die Dauer des jeweiligen Tests.

Daher beschreibt dieses Modell mit der Dauerlast und der Streckgrenze, für die es entwickelt wurde, auch den komplementären Fall desselben Polymers: Wird dem Polymer anstelle einer Dauerlast eine konstante Verformung aufgezwungen, führen dasselbe Kriechen und Kettengleiten gemäß dem Maxwell-Modell, das auch das andere Modell dieser Gruppe beschreibt, zu einer Spannungsrelaxation. Dabei nimmt die zur Aufrechterhaltung dieser konstanten Verformung erforderliche Spannung mit der Zeit ab. Die Tatsache, dass dieses Kriechen und Kettengleiten die gleiche physikalische Ursache sowohl für die Streckgrenze unter Dauerlast als auch für die Spannungsrelaxation unter konstanter Verformung ist, bedeutet, dass beide Phänomene, obwohl sie auf entgegengesetzte Weise gemessen werden, dieselbe Zeit- und Temperaturabhängigkeit aufweisen, die die beiden anderen Modelle dieser Gruppe bereits gemeinsam beschreiben.

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