Bruch
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Bruch
Der Bruch bei Kunststoffen
Der Bruch ist die gefährlichste werkstoffseitige Versagensursache. Unter "Bruch" wird dabei die zum Verlust der Tragfähigkeit des Körpers führende makroskopische Werkstofftrennung verstanden. Bei Kunststoffen erfolgt die Werkstofftrennung durch den Bruch von Molekülketten, das Herausziehen von Molekülketten und das Aufreißen von Phasengrenzflächen. Des weiteren können als lokale plastische Deformationen Crazes und Scherbänder auftreten bzw. kann es zum Aufreißen von Spärolithgrenzen (siehe: sphärolithische Struktur) kommen. Diese lokalen plastischen Deformationen können mit rasterelektronenmikroskopischen Methoden (siehe Rasterelektronenmikroskopie) nachgewiesen werden.
Die physikalische Ursache eines Bruches besteht darin, dass infolge äußerer und/oder innerer mechanischer Beanspruchungen, z. T. unter Mitwirkung umgehender Medien, der Geschwindigkeit und insbesondere der Temperatur die atomaren bzw. molekularen Bindungen zerstört werden und dadurch eine freie Oberfläche (Bruchfläche) entsteht.
Die reale Bruchfestigkeit
Für jeden Werkstoff gibt es eine von den Bindungskräften abhängige theoretische Bruchfestigkeit (Kohäsionsfestigkeit), die unter Verwendung des HOOKE’schen Gesetzes und der Oberflächenenergie abgeschätzt werden kann. Die reale Bruchfestigkeit liegt jedoch um mehrere Größenordnungen niedriger. Ursache dafür ist die Konzentration der Beanspruchung auf wenige atomare Bindungen an der Spitze von Rissen oder rissartigen Werkstoffinhomogenitäten.
Dem Bruch gehen Rissinitiierungs- und Rissausbreitungsprozesse voraus. Die Art der Rissausbreitung bestimmt dabei die Charakterisitik des Bruches. Während stabile Rissausbreitung oftmals zu einem makroskopischen Zähbruch führt, kommt es bei der instabilen Rissausbreitung zu makroskopischen Sprödbrüchen (siehe: Brucharten).
Zähbrüche sind mit dem Auftreten von mikromechanischen Deformationsmechanismen wie Crazing oder Shear Yielding verbunden. Makroskopisch ist oftmals eine plastische Deformation des Form- oder Bauteils sichtbar. Im Gegensatz dazu sind Sprödbrüche verformungsarme Brüche.
Literaturhinweis
- Blumenauer, H., Pusch, G.: Technische Bruchmechanik. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig (1993) 3. Auflage, S. 15, (ISBN 3-342-00659-5; siehe AMK-Büchersammlung unter E 29-3)