Linear-viskoelastisches Verhalten

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Linear-viskoelastisches Verhalten

Das Zusammenwirken von elastischem und viskosem Verhalten bei Kunststoffen und deren Abhängigkeit von Zeit und Temperatur ist nur dann verständlich zu beschreiben, wenn man sich auf den Bereich des linear-viskoelastischen Verhaltens (siehe auch: viskoelastisches Werkstoffverhalten) beschränkt.
Die lineare Viskoelastizität ist exakt nur für den Bereich infinitesimal kleiner Beanspruchungen definiert. Die Werkstoffeigenschaften sollten also nur von der Zeit, nicht jedoch von der Höhe der mechanischen Beanspruchung abhängig sein. Dieses Verhalten wird als rein linear-viskoelastisches Werkstoffverhalten bezeichnet.

Der Gültigkeitsbereich umfasst nur geringe Dehnungen von einigen Zehntel bis maximal 2 % z. B. für Polyvinylchlorid (Kurzzeichen: PVC), bei glasfaserverstärkten Gießharzen bis 0,5 %, bei Polyethylen (Kurzzeichen: PE) kleiner 0,1 %, bei Polycarbonat (Kurzzeichen: PC) bei 23 °C < 1 % und bei 130 °C < 0,5 %. Die tatsächlichen Belastungen von Kunststoffen im Einsatz liegen jedoch nur teilweise innerhalb dieses Bereiches.

Von Lüpke werden in [1] praktische Gültigkeitsgrenzen von kleiner 1 % für feste Polymere und für Polymerschmelzen bis zu 100 % [2] angegeben.

Linear-viskoelastisches Verhalten ist durch die Kombination von linear-elastischen und linear-viskosen Prozessen darstellbar. In der klassischen Mechanik verwendet man zur besseren Beschreibung mechanische Analogiemodelle. Dabei wird für das elastische Verhalten eine Feder und für das viskose Verhalten ein Dämpfer verwendet. Werden diese Grundelemente in Reihe geschaltet, erhält man das MAXWELL-Modell und bei Parallelschaltung erhält man das VOIGT-KELVIN-Modell womit das Relaxations- und Retardationsverhalten der Kunststoffe vereinfacht beschrieben werden können.

Die Basis der Beschreibung linear-viskoelastischen Verhaltens bilden 3 Prinzipien:


Literaturhinweise

[1] Lüpke, T.: Grundlagen mechanischen Verhaltens. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 89/91, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
[2] Batzer, M.: Polymere Werkstoffe, Bd. 1: Chemie und Physik. Thieme Verlag, Stuttgart (1984) (ISBN 978-3-648101-1; siehe AMK-Büchersammlung unter G 17)
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