Sprödbruchfördernde Faktoren

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Sprödbruchfördernde Faktoren

Allgemeines

Das Versagen von Bauteilen aus Kunststoffen und Verbundwerkstoffen (siehe Bruchverhalten von Kunststoffbauteilen) wird durch eine Reihe von Faktoren begünstigt, die als sprödbruchfördernde Faktoren bezeichnet werden. Von entscheidender Bedeutung sind dabei neben einer erhöhten Dehngeschwindigkeit (siehe Dehnrate Grundlagen), niedrige Temperaturen und/oder mehrachsige Spannungszustände, einschließlich Eigenspannungen. In besonderem Maße wird die Ausbildung eines Sprödbruchs durch Spannungskonzentrationen an Ecken, Kerben bzw. Rissen begünstigt, so dass als kritische Beanspruchung das Deformationsverhalten bei schlagartiger Beanspruchung an gekerbten Prüfkörpern bei Variation der Temperatur betrachtet werden muss.

Einfluss des inneren Zustandes

Bei der Untersuchung des Deformationsverhaltens bei schlagartiger Belastung ist es nicht ohne weiteres möglich, mit Hilfe weniger Kennwerte allgemeingültige Aussagen über das Verhalten von Kunststoffen bei dieser Beanspruchung auch in Abhängigkeit von der Temperatur abzuleiten. Besonders bei thermoplastischen Kunststoffen unterscheiden sich die aus einem Werkstoff hergestellten Prüfkörper, Formteile und Halbzeuge in den verarbeitungsbedingten inneren Zuständen:

• Orientierungen
• Eigenspannungen
• Morphologie
• Kristallinitätsgrad und
• Sphärolithgröße.

Allgemein kann festgestellt werden, dass eine höhere Orientierung bei amorphen Kunststoffen zu einer höheren Schlagzähigkeit führt. Bei teilkristallinen Kunststoffen können durch hohe Orientierungen die Deformationsreserven reduziert werden und damit zu einem verminderten Kennwert­niveau führen. Weiterhin ergibt sich mit abnehmender Temperatur infolge des Einfrierens der molekularen Beweglichkeit eine zunehmende Versprödung.

Ausgewählte Prüfmethoden

Für die Untersuchung der Auswirkungen von sprödbruchfördernden Faktoren besitzen die nachfolgend aufgeführten Verfahren eine hohe Praxisrelevanz, die ebenfalls in diesem Lexikon zu finden sind:

• Schlagbiegeversuch Charpy, Izod und Dynstat
• instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch
• konventioneller Schlagzugversuch
• konventioneller und instrumentierter Kerbschlagzugversuch
• instrumentierter Durchstoßversuch

Bei diesen Versuchen existieren weiterhin unterschiedliche technische Ausführungsvarianten und Prüfkörperformen.

Einflussfaktoren auf das Bruchverhalten

In dem nachfolgenden Bild werden die Einflussfaktoren auf das Bruchverhalten von Kunststoffen systematisiert von Seiten der Beanspruchung, der Geometrie, des Werkstoffes und der Umgebung dargestellt.

Bild:

Einflussfaktoren auf das Bruchverhalten von Kunststoffbauteilen

Bei der Analyse der mechanischen Eigenschaften und Bewertung des Verformungs- und Bruchverhaltens von Kunststoffbauteilen ist es erforderlich, mikroskopische und makroskopische Aspekte zu verbinden, um so entscheidend zur Aufklärung der Deformations- und Bruchmechanismen beizutragen.