Instrumentierter Kerbschlagzugversuch, Beispiele - Versionsgeschichte

Loeffler-Kamann am 22. Oktober 2024 um 12:43 Uhr

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	Für die ungefüllten Vulkanisate zeigen die ermittelten J-Werte eine konstante Abnahme der [[Zähigkeit]]. Für die gefüllten [[Vulkanisation\|Vulkanisate]] ergibt sich ein Maximum. Dieses Maximum [11‒13] weist darauf hin, dass die Füllstoffzugabe nur bis 40 phr Ruß zur Verbesserung der Zähigkeitseigenschaften des betrachteten Werkstoffsystems unter den gegebenen Versuchsbedingungen führt.		Für die ungefüllten Vulkanisate zeigen die ermittelten J-Werte eine konstante Abnahme der [[Zähigkeit]]. Für die gefüllten [[Vulkanisation\|Vulkanisate]] ergibt sich ein Maximum. Dieses Maximum [11‒13] weist darauf hin, dass die Füllstoffzugabe nur bis 40 phr Ruß zur Verbesserung der Zähigkeitseigenschaften des betrachteten Werkstoffsystems unter den gegebenen Versuchsbedingungen führt.

			==Siehe auch==
			*[[Instrumentierter Kerbschlagzugversuch]]
			*[[MPK-Prozedur MPK-IKZV]]
			*[[Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch]]
			*[[Schlagbeanspruchung Kunststoffe]]
			*[[Schlagzugversuch]]
			*[[Zähigkeit]]


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	\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler, Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (~~2015~~) 3. Auflage, S. ~~293‒297~~ (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler, Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2024) 4. Auflage, S. 282–286 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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Loeffler-Kamann am 5. Juli 2024 um 10:26 Uhr

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	\|Reincke, K.: Bruchmechanische Bewertung von gefüllten und ungefüllten Elastomerwerkstoffe. Mensch & Buch Verlag, Berlin (2005), (ISBN 978-3-86664-021-4; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 1-13)		\|[[Reincke,_Katrin\|Reincke, K.]]: Bruchmechanische Bewertung von gefüllten und ungefüllten Elastomerwerkstoffe. Mensch & Buch Verlag, Berlin (2005), (ISBN 978-3-86664-021-4; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 1-13)
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	\|Reincke, K., Grellmann, W.: Elastomers. Impact Loading. In: Grellmann, W., Seidler, S.: Mechanical and Thermomechanical Properties of polymers. Landolt-Börnstein. Volume VIII/6A3, Springer Verlag, Berlin (2014) S. 502‒509, (ISBN 978-3-642-55165-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 16)		\|Reincke, K., [https://de.wikipedia.org/wiki/Wolfgang_Grellmann Grellmann, W.]: Elastomers. Impact Loading. In: Grellmann, W., Seidler, S.: Mechanical and Thermomechanical Properties of polymers. Landolt-Börnstein. Volume VIII/6A3, Springer Verlag, Berlin (2014) S. 502‒509, (ISBN 978-3-642-55165-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 16)
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	\|Grellmann, W., Reincke, K., [https://researchgate.net/profile/Ralf-Lach Lach, R.], Heinrich, G.: Characterization of Crack Toughness Behaviour of Unfilled and Filled Elastomers. Kautschuk, Gummi, Kunststoffe 54 (2001) 397‒402		\|Grellmann, W., Reincke, K., [https://researchgate.net/profile/Ralf-Lach Lach, R.], Heinrich, G.: Characterization of Crack Toughness Behaviour of Unfilled and Filled Elastomers. Kautschuk, Gummi, Kunststoffe 54 (2001) 397‒402 [https://www.kgk-rubberpoint.de/wp-content/uploads/migrated/paid_content/artikel/117.pdf Download als pdf] DOI: [https://doi.org/10.3139/120.100575 https://doi.org/10.3139/120.100575]
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	\|Reincke, K., Grellmann, W., Heinrich, G.: Investigation of Mechanical and Fracture Mechanical Properties of Elastomers Filled with Precipitated Silica and Nanofillers Based upon Layered Silicates. Rubber Chemistry and Technology 77 (2004) 662‒677		\|Reincke, K., Grellmann, W., [https://de.wikipedia.org/wiki/Gert_Heinrich Heinrich, G.]: Investigation of Mechanical and Fracture Mechanical Properties of Elastomers Filled with Precipitated Silica and Nanofillers Based upon Layered Silicates. Rubber Chemistry and Technology 77 (2004) 662‒677 DOI: [https://doi.org/10.5254/1.3547843 https://doi.org/10.5254/1.3547843]
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	\|Reincke, K., Klüppel, M., Grellmann, W.: Investigation of Fracture Mechanical Properties of Filler-reinforced Styrene-butadiene Elastomers. Kautschuk Gummi Kunststoffe 62 (2009) 246‒251		\|Reincke, K., Klüppel, M., Grellmann, W.: Investigation of Fracture Mechanical Properties of Filler-reinforced Styrene-butadiene Elastomers. Kautschuk Gummi Kunststoffe 62 (2009) 246‒251 [https://www.kgk-rubberpoint.de/wp-content/uploads/migrated/paid_content/artikel/858.pdf Download als pdf]
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Oluschinski am 28. November 2022 um 08:31 Uhr

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	\|Hoffmann, H., Leps, G., Grellmann, W., Stephan, R., Hanisch, H.: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von schlagzähem PVC. Plaste und Kautschuk 32 (1985) 379‒381		\|Hoffmann, H., Leps, G., [https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], Stephan, R., Hanisch, H.: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von schlagzähem PVC. Plaste und Kautschuk 32 (1985) 379‒381
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	\|Grellmann, W., Reincke, K., Lach, R., Heinrich, G.: Characterization of Crack Toughness Behaviour of Unfilled and Filled Elastomers. Kautschuk, Gummi, Kunststoffe 54 (2001) 397‒402		\|Grellmann, W., Reincke, K., [https://researchgate.net/profile/Ralf-Lach Lach, R.], Heinrich, G.: Characterization of Crack Toughness Behaviour of Unfilled and Filled Elastomers. Kautschuk, Gummi, Kunststoffe 54 (2001) 397‒402
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Oluschinski am 12. August 2019 um 10:25 Uhr

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	Für die dynamische Bruchzähigkeit K<sub>Id</sub> wurde für beide Rezepturen der schlagzähen PVC-Werkstoffe ein Maximum der Zähigkeit bei Walzzeiten von 15 bis 20 min ermittelt, das auf einer gleichsinnigen Zu- und Abnahme sowohl der maximalen Bruchkraft F<sub>max</sub> als auch der Bruchzeit t<sub>B</sub> beruht, wodurch auch eine Auswertung mit dem Konzept der [[Bruchmechanik#Linear-elastische_Bruchmechanik\|linear-elastischen Bruchmechanik]] zulässig ist.<br>		Für die dynamische Bruchzähigkeit K<sub>Id</sub> wurde für beide Rezepturen der schlagzähen PVC-Werkstoffe ein Maximum der [[Zähigkeit]] bei Walzzeiten von 15 bis 20 min ermittelt, das auf einer gleichsinnigen Zu- und Abnahme sowohl der maximalen Bruchkraft F<sub>max</sub> als auch der Bruchzeit t<sub>B</sub> beruht, wodurch auch eine Auswertung mit dem Konzept der [[Bruchmechanik#Linear-elastische_Bruchmechanik\|linear-elastischen Bruchmechanik]] zulässig ist.<br>
	Die höheren Zähigkeitswerte der Rezeptur 1 bei größeren Walzzeiten werden bei den Morphologiebetrachtungen in [4] auf die teilweise Erhaltung der für gutes Zähigkeitsverhalten typischen Netzwerkstruktur (PVC-Globulargerüst vom Kautschuknetzwerk durchdrungen) zurückgeführt, wie im '''Bild 2''' an einem Beispiel gezeigt wird.		Die höheren Zähigkeitswerte der Rezeptur 1 bei größeren Walzzeiten werden bei den Morphologiebetrachtungen in [4] auf die teilweise Erhaltung der für gutes Zähigkeitsverhalten typischen Netzwerkstruktur (PVC-Globulargerüst vom Kautschuknetzwerk durchdrungen) zurückgeführt, wie im '''Bild 2''' an einem Beispiel gezeigt wird.

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	\|Grellmann, W., [[Seidler, Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 293‒297 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler, Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 293‒297 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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	[[Kategorie:Elastomere]]		[[Kategorie:Elastomere]]
	[[Kategorie:Folienprüfung]]		[[Kategorie:Folienprüfung]]
			[[Kategorie:Schlagversuche]]

Reincke am 28. Februar 2018 um 13:12 Uhr

2018-02-28T13:12:45Z

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	[[Kategorie:Bruchmechanik]]		[[Kategorie:Bruchmechanik]]
	[[Kategorie:Elastomere]]		[[Kategorie:Elastomere]]
			[[Kategorie:Folienprüfung]]

Reincke am 16. Februar 2018 um 14:13 Uhr

2018-02-16T14:13:40Z

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	\|Anderson T. L.: Fracture Mechanics. Fundamentals and Applications. 3rd Ed., CRC Press Boca Raton (2005)		\|Anderson T. L.: Fracture Mechanics. Fundamentals and Applications. 3rd Ed., CRC Press Boca Raton (2005) (ISBN 978-0849342608; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter E 8-2)
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{{PSM_Infobox}}
Instrumentierter Kerbschlagzugversuch, Beispiele
__FORCETOC__
==Allgemeines==

Der [[Instrumentierter Kerbschlagzugversuch|instrumentierte Kerbschlagversuch (IKZV)]] wird bei [[Kunststoffe]]n und [[Elastomere]]n zur Ermittlung bzw. Optimierung der [[Zähigkeit]] eingesetzt [1, 2]. Diese in der Literatur relativ selten beschriebene Methode der [[Kunststoffprüfung]] und [[Kunststoffdiagnostik|Diagnostik]] kann jedoch vorteilhaft bei [[Prüfkörper]]n mit geringer Dicke, z. B. nach Ausarbeitung aus dünnwandigen [[Kunststoffbauteil]]en, insbesondere aber Kunststofffolien angewendet werden. Die Aussagefähigkeit der Methode und die experimentelle Durchführung des Verfahrens [3] wurde unter „[[Instrumentierter Kerbschlagzugversuch]]“ ausführlich erläutert.

In den nachfolgenden Beispielen wird die Eignung des IKZV zur Untersuchung des Einflusses von technologischen Herstellungsparametern (z. B. der Walzzeit) und Rezepturoptimierung (z. B. Gehalt von Schwefel und Ruß in Elastomeren) aufgezeigt.

==Beispiel 1: Einfluss von Herstellungsbedingungen bei der Zähigkeitsoptimierung von Polyvinylchlorid==

Von Hoffmann und Leps [4] wurde im Rahmen von Untersuchungen zur Zähigkeitsoptimierung von mit der Walz-Press-Technologie hergestellten schlagzähen PVC-Werkstoffen die Abhängigkeit von dem technologischen Parameter „Walzzeit“ mit Hilfe des IKZV bewertet ('''Bild 1'''). Zur Beurteilung der Zähigkeit wurde bei den [[Bruchmechanische Prüfung|bruchmechanischen Prüfungen]] als [[Kennwert]] die Bruchzähigkeit (siehe: [[Bruchmechanik]]) herangezogen (Gln. (1) und (2)):

'''Bruchzähigkeit KId'''
{|
|-
|width="20px"|
|width="500px"|<math>K_{Id}=\frac{F_{max}}{B \cdot W^{\frac{1}{2}}} \cdot f \left (\frac{a}{W} \right )</math>
|(1)
|}

mit:

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px"|<math>f\left( \frac{a}{W} \right )=\frac{\sqrt{\frac{\pi a}{2W}}}{\sqrt{1-\frac{a}{W}}}\left [ 1,122-0,561\left ( \frac{a}{W} \right )-0,205\left ( \frac{a}{W} \right )^{2}+0,471 \left ( \frac{a}{W} \right )^{3}+0,190\left ( \frac{a}{W} \right )^{4} \right ]</math>
|(2)
|}

nach [5].

Die beiden schlagzähen PVC-Werkstoffe bestehen jeweils aus 92 Teilen PVC und 8 Teilen Modifikator (EVA-Copolymerisat mit 14 M.-% VAC), wobei das PVC der Rezeptur 1 mit K = 63 den höheren K-Wert (Kennwert für die [[Viskosität]] gegenüber der Rezeptur 2 (K = 60) aufweist. Die Walztemperatur TW betrug 170 °C.

[[Datei:IKZV_Beispiele-1.jpg|500px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px"|Zähigkeitsoptimierung von zwei schlagzähen PVC-Werkstoffen – Einfluss der Walzzeit tW der Walz-Press-Technologie auf die Bruchzähigkeit KId bei einer Walztemperatur von TW = 170 °C
|}

Für die dynamische Bruchzähigkeit KId wurde für beide Rezepturen der schlagzähen PVC-Werkstoffe ein Maximum der Zähigkeit bei Walzzeiten von 15 bis 20 min ermittelt, das auf einer gleichsinnigen Zu- und Abnahme sowohl der maximalen Bruchkraft Fmax als auch der Bruchzeit tB beruht, wodurch auch eine Auswertung mit dem Konzept der [[Bruchmechanik#Linear-elastische_Bruchmechanik|linear-elastischen Bruchmechanik]] zulässig ist. 
Die höheren Zähigkeitswerte der Rezeptur 1 bei größeren Walzzeiten werden bei den Morphologiebetrachtungen in [4] auf die teilweise Erhaltung der für gutes Zähigkeitsverhalten typischen Netzwerkstruktur (PVC-Globulargerüst vom Kautschuknetzwerk durchdrungen) zurückgeführt, wie im '''Bild 2''' an einem Beispiel gezeigt wird.

[[Datei:IKZV_Beispiele-2.jpg|400px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px"|[[Transmissionselektronenmikroskopie|Transmissionselektronenmikroskopische]] Aufnahme eines kontrastierten [[Ultramikrotomie|Ultradünnschnitts]] von PVC-P, Rezeptur 1 bei einer Walzzeit von tW = 15 min
|}

==Beispiel 2: Rezepturoptimierung von Styren-Butadien-Kautschuk (SBR)-Vulkanisaten hinsichtlich der Zähigkeitseigenschaften==

Von Reincke [6‒10] wurden im Rahmen von Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen Mischrezepturen, Struktur und bruchmechanischen Eigenschaften [[elastomere]]r Werkstoffe die Anwendungsmöglichkeiten des IKZV wesentlich erweitert.
Zur Bewertung der [[Zähigkeit]] wurde bei der [[Bruchmechanische Prüfung|bruchmechanischen Prüfung]] als [[Kennwert]] der JId-Wert, ermittelt nach dem [[J-Integral-Konzept]] herangezogen (Gl. (3) bzw. Gl. (4)):

'''J-Werte JId'''
{|
|-
|width="20px"|
|width="500px"|<math>J_{Id}=\frac{\eta \cdot A_{max}}{B(W-a)}</math>
|(3)
|}

bzw. beim Auftreten der Rissausbreitungsenergie Ap:

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px"|<math>J_{Id}=\frac{\eta \cdot \left (A_{max}+A_{p} \right )}{B(W-a)}</math>
|(4)
|}

Als Beispiel werden Untersuchungen an ungefüllten und gefüllten Styren-Butadien-Kautschuk (SBR)-Vulkanisaten dargestellt [6, 9, 10]. 
Die [[Vernetzung Elastomere|Vernetzung]] erfolgte mit Schwefel. Durch die Änderung des Gehaltes an Schwefel als Vernetzungsmittel ist es möglich, die Netzkettendichte des bei der [[Vulkanisation]] entstehenden Netzwerkes zu variieren und so die Eigenschaften des Elastomers zu beeinflussen. Bei den gefüllten SBR-Vulkanisaten handelt es sich um Vulkanisate mit gleichem Schwefelanteil und unterschiedlichen Anteilen des Füllstoffs Ruß. In '''Bild 3''' sind die J-Werte als Widerstand gegen instabile [[Rissausbreitung]] dargestellt.

[[Datei:IKZV_Beispiele-3.jpg|500px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 3''':
|width="600px"|Einfluss von Ruß- und Schwefelgehalt auf die J-Werte von Elastomerwerkstoffen, ermittelt im instrumentierten Kerbschlagzugversuch
|}

Für die ungefüllten Vulkanisate zeigen die ermittelten J-Werte eine konstante Abnahme der [[Zähigkeit]]. Für die gefüllten [[Vulkanisation|Vulkanisate]] ergibt sich ein Maximum. Dieses Maximum [11‒13] weist darauf hin, dass die Füllstoffzugabe nur bis 40 phr Ruß zur Verbesserung der Zähigkeitseigenschaften des betrachteten Werkstoffsystems unter den gegebenen Versuchsbedingungen führt.

'''Literaturhinweise'''

{|
|-valign="top"
|[1]
|Grellmann, W., [[Seidler, Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 293‒297 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
|-valign="top"
|[2]
|Reincke, K.: Bruchmechanische Bewertung von gefüllten und ungefüllten Elastomerwerkstoffe. Mensch & Buch Verlag, Berlin (2005), (ISBN 978-3-86664-021-4; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 1-13)
|-valign="top"
|[3]
|[[MPK-Prozedur MPK-IKZV|MPK-Prozedur MPK-IKZV (2017-07)]]: Prüfung von Kunststoffen – Instrumentierter Kerbschlagzugversuch
|-valign="top"
|[4]
|Hoffmann, H., Leps, G., Grellmann, W., Stephan, R., Hanisch, H.: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von schlagzähem PVC. Plaste und Kautschuk 32 (1985) 379‒381
|-valign="top"
|[5]
|Anderson T. L.: Fracture Mechanics. Fundamentals and Applications. 3rd Ed., CRC Press Boca Raton (2005)
|-valign="top"
|[6]
|Reincke, K.: Elastomere Werkstoffe – Zusammenhang zwischen Mischungsrezeptur, Struktur und mechanischen Eigenschaften sowie dem Deformations- und Bruchverhalten, Habilitation, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Shaker Verlag (2016) (ISBN 978-3-8440-4637-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter B 2-2)
|-valign="top"
|[7]
|Reincke, K., Grellmann, W.: Elastomers. Impact Loading. In: Grellmann, W., Seidler, S.: Mechanical and Thermomechanical Properties of polymers. Landolt-Börnstein. Volume VIII/6A3, Springer Verlag, Berlin (2014) S. 502‒509, (ISBN 978-3-642-55165-9; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 16)
|-valign="top"
|[8]
|Reincke, K., Grellmann, W.: Approaches to Characterise the Mechanical Properties of Films and Elastomers. In: Grellmann, W., Langer, B.: Deformation and Fracture Behaviour of Polymer Materials. Springer Series in Materials Science 247, Springer Verlag, Berlin Heidelberg (2017) 225‒336 (ISBN 978-3-319-41877-3; e-Book: ISBN 978-3-319-41879-7; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 19)
|-valign="top"
|[9]
|Grellmann, W., Reincke, K., Lach, R., Heinrich, G.: Characterization of Crack Toughness Behaviour of Unfilled and Filled Elastomers. Kautschuk, Gummi, Kunststoffe 54 (2001) 397‒402
|-valign="top"
|[10]
|Grellmann, W., Reincke, K.: Quality Improvement of Elastomers. Use of Instrumented Notched Tensile-impact Testing for Assessment of Toughness. Materialprüfung 46 (2004) 168‒175
|-valign="top"
|[11]
|Reincke, K., Grellmann, W., Heinrich, G.: Investigation of Mechanical and Fracture Mechanical Properties of Elastomers Filled with Precipitated Silica and Nanofillers Based upon Layered Silicates. Rubber Chemistry and Technology 77 (2004) 662‒677
|-valign="top"
|[12]
|Reincke, K., Klüppel, M., Grellmann, W.: Investigation of Fracture Mechanical Properties of Filler-reinforced Styrene-butadiene Elastomers. Kautschuk Gummi Kunststoffe 62 (2009) 246‒251
|-valign="top"
|[13]
|Grellmann, W., Reincke, K.: Technical Material Diagnostics – Fracture Mechanics of Filled Elastomer Blends. In: Grellmann, W., Heinrich, G., Kaliske, M. Klüppel, M., Schneider, K., Vilgis, T. (Eds.): Fracture Mechanics and Statistical Mechanics of Reinforced Elastomeric Blends. Springer, Berlin (2013) 227‒268
|}

[[Kategorie:Bruchmechanik]]
[[Kategorie:Elastomere]]