D4 Mechanische Prüfungen (Kunststoff-Kriechzug)

Thema

Der Zugversuch, die in diesem Modell beschriebene experimentelle Methode, setzt das Polymer einer steigenden Belastung aus und zeichnet die resultierende Spannungs-Dehnungs-Kurve auf. Anders als die Kurve eines spröden Materials ohne plastische Verformung bricht diese Kurve nicht sofort ab, sobald sie ihren anfänglichen elastischen Bereich verlässt. Stattdessen erreicht sie zunächst eine Streckgrenze: den Punkt, an dem sich das Polymer nicht mehr elastisch, sondern dauerhaft verformt, ohne dass die aufgezeichnete Spannung mit der gleichen Rate wie vor Erreichen der Streckgrenze weiter ansteigt. Die Tatsache, dass das Polymer vor Erreichen dieser Streckgrenze einer höheren Spannung standhält, bedeutet, dass sich sein elastischer Bereich innerhalb dieser Spannungs-Dehnungs-Kurve weiter ausdehnt.

Sobald das Polymer diese Streckgrenze überschreitet, ist die bleibende Verformung nicht mehr gleichmäßig über die Probe verteilt, sondern konzentriert sich auf einen einzigen Bereich: die Einschnürung, eine lokale Verringerung des Polymerquerschnitts. Der Beginn der Einschnürung wird durch das Considère-Kriterium vorhergesagt, den Punkt, ab dem die Fähigkeit des Polymers, sich unter zunehmender Dehnung zu verfestigen, nicht mehr ausreicht, um die durch diese Dehnung verursachte Querschnittsverringerung zu kompensieren. Da dieses Polymer unter zunehmender Dehnung weniger stark aushärtet, wird das Considère-Kriterium früher erfüllt, und folglich setzt die Einschnürung bei geringerer Dehnung ein.

Dieses Modell mit der Streckgrenze und der Einschnürung bei der Probenöffnung führt daher nicht, wie bei einem spröden Material, unmittelbar zum Bruch des Polymers, sondern bewirkt stattdessen eine Orientierungsverfestigung. Die Molekülketten des Polymers richten sich innerhalb des Einschnürungsbereichs zunehmend in Dehnungsrichtung aus: Je stärker die Molekülketten in Dehnungsrichtung ausgerichtet sind, desto größer ist der Widerstand des Polymers gegen weitere Verformung in diesem Bereich, bis die Einschnürung sich nicht mehr auf diesen Bereich konzentriert, sondern sich stabil auf den Rest der Probe ausbreitet. Die Tatsache, dass diese Spannungs-Dehnungs-Kurve dieses Polymers mit ihrer Streckgrenze, ihrer Einschnürung und dieser Orientierungsverfestigung in dieser Weise im Gegensatz zu der bereits beschriebenen Sprödbruchkurve steht, die ohne vergleichbaren plastischen Fließbereich von anderen Modellen verschiedener Materialanordnungen für keramische und glasartige Werkstoffe beschrieben wurde, lässt diesen Test bei diesem Polymer ein mechanisches Verhalten erkennen, das sich grundlegend von dem dieser anderen spröden Werkstoffe unterscheidet.

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