A1 Duktil-Spröde- und Haarrissbruch

Thema

Die Entstehung eines beginnenden Mikrorisses in diesem Polymer unter dem Einfluss von hydrostatischem Druck und Zugspannung führt zu einer Rissbildung anstelle eines sofortigen Sprödbruchs. In diesem Riss dehnt sich das Polymer in einem Bereich direkt vor dem beginnenden Mikroriss und ordnet sich in parallelen Mikrofibrillen an, die den Mikroriss überbrücken, anstatt ihn vollständig offen zu lassen. Eine stärkere Kombination aus hydrostatischem Druck und Zugspannung bewirkt, dass sich diese Rissbildung leichter ausbildet und vom beginnenden Mikroriss auf einen größeren Bereich des Polymers ausbreitet.

Die Tatsache, dass sich diese ausgerichteten Mikrofibrillen des Risses weiter dehnen, während sich der von ihnen überbrückte Mikroriss weiter ausdehnt, führt zur Energiedissipation im Polymer: Jede Dehnung der Rissfibrille verbraucht einen Teil der Energie, die andernfalls die Ausbreitung des Mikrorisses direkt fördern würde. Diese dissipierte Energie verleiht dem Polymer seine effektive Rissfestigkeit. Die Tatsache, dass sich die Rissfibrillen über einen längeren Zeitraum ausdehnen, bevor sie schließlich brechen, erhöht folglich die effektive Risszähigkeit.

Daher beschreibt dieses Modell mit der Rissbildung und der effektiven Risszähigkeit, mit der es entwickelt wurde, einen Energiedissipationsmechanismus, der sich weder mit der Weibull-Statistik (die bereits für eine Keramik ein anderes Materialmodell beschreibt) noch mit der duktilen Plastizität durch Versetzungsdeformation (die bereits für ein Metall ein weiteres Materialmodell beschreibt) deckt: Während der spröden Keramik ein vergleichbarer Dissipationsmechanismus fehlt und sie gemäß der Weibull-Statistik ohne Vorwarnung versagt und das duktile Metall Energie durch die Bewegung von Versetzungen in seiner Mikrostruktur dissipiert, dissipiert dieses Polymer Energie hingegen durch die Ausrichtung von Mikrofibrillen in diesem sehr lokalisierten Rissbereich unmittelbar vor dem Mikroriss. Die Tatsache, dass sich dieser Rissbildungsmechanismus somit sowohl von dem keramischen als auch von dem metallischen Mechanismus unterscheidet, bedeutet, dass dieses Polymer einen duktil-spröden Bruch mit eigener charakteristischer Signatur aufweisen kann, dem stets dieser sichtbare Riss vorausgeht, anstatt das spröde Verhalten jener Keramik oder das duktile Verhalten jenes Metalls nachzuahmen.

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