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Werkstoffprüfung: Mechanische Eigenschaften von Polymeren

Modellvorstellungen zur Beschreibung mechanischer Eigenschaften

Hooke

Nach dem idealisierten Modell von Hooke ist die Deformation von Festkörpern, die einer erzwungenen Dehnung ausgesetzt sind, proportional der aufgewendeten Kraft.

Hooke'sches Federgesetz

σ = E · ε
Legende
σ -Zugspannung ([Kraft]/[Querschnittsfläche des Probenkörpers])
E -Elastizitätsmodul (Steifigkeit; Proportionalitätskonstante, Einheit wie Zugspannung)
ε -Relative Deformation (Δl/l)
l -ursprüngliche Länge des Probenkörpers
Δl -Längenänderung infolge der Krafteinwirkung

Das Hooke'sche Modell gilt nur bei sehr kleinen Deformationen. Die beteiligten Atome dürfen keine neue Gleichgewichtslage erreichen.

Abb.1
Modellvorstellung reversibler und irreversibler Deformierung

Newton

Newtons Modell einer idealen Flüssigkeit besagt, dass die Deformationsgeschwindigkeit der aufgewendeten Kraft proportional ist:

σ = η · dγ/dt
Legende
η -Dynamische Viskosität (Proportionalitätskonstante)
dγ/dt -Deformationsgeschwindigkeit (Änderung der Deformation mit der Zeit)

Dieses Modell gilt jedoch nur für kleine Deformationsgeschwindigkeiten, also laminare Strömung, sowie bei Abwesenheit von scherinduzierten Orientierungsphänomenen. Nach dem Hooke'schen Gesetz können Festkörper die zu ihrer Deformation aufgewendete Energie speichern und wieder vollständig abgeben. Sie streben den Erhalt ihrer Form an und sind ideal elastisch. Newton'sche Flüssigkeiten besitzen dagegen keine Forminformationen. Sie können also auch keine Deformationsenergie speichern, sind vollkommen viskos. Reale Festkörper, wie z.B. Polymere, liegen in ihrem Verhalten zwischen den beiden Modellvorstellungen. Ihr Deformationsverhalten wird viskoelastisch genannt.

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