Polymere und Gummiwerkstoffe

Elastisches und plastisches Verhalten von Polymeren beruht auf den inneren Eigenschaften der Molekülketten und den Wechselwirkungen zwischen den Ketten, die sich zu kristallinen oder amorphen Strukturen zusammenlagern können. Diese Strukturen bestimmen auch die Bildung von Crazes und damit das Bruchverhalten.

Im IWM/SimBAU wird für amorphe Polymere beispielsweise ein viskoplastisches Modell nach Boyce-Parks-Argon verwendet, welches die wichtigsten Verformungsmechanismen abbildet.

Nach diesem Modell ist plastisches Fließen erst dann möglich, wenn der Widerstand von umgebenden Polymerketten durch Zuführen einer bestimmten Aktivierungsenergie überwunden wird. Deshalb sind die effektiven plastischen Dehnraten von den angelegten Schubspannungen und der Temperatur abhängig:

Nach dem Beginn des plastischen Fließens fängt die entropische Verfestigung durch Anordnung von Makromolekülen an. An dieser Stelle kann ein Modell für nichtlineare Elastizität (z.B. ein „8-Ketten“ bzw.„8-chain“ Modell) mit Rückspannungen verwendet werden.

Anders ist die Situation bei Polymerverbundwerkstoffen, wo besondere Bedingungen für die Modellierung beachtet werden müssen.

Modelle für die Alterung unter mechanischer, thermischer und chemischer Beanspruchung und unter UV-Bestrahlung existieren nach unserer Kenntnis noch kaum, obwohl die Lebensdauervorhersage für Kunststoffteile z.B. im PKW von großem praktischen Interesse ist.