Zähigkeit Temperaturabhängigkeit - Versionsgeschichte

Oluschinski am 9. Januar 2026 um 09:36 Uhr

2026-01-09T09:36:12Z

← Nächstältere Version		Version vom 9. Januar 2026, 11:36 Uhr
Zeile 158:		Zeile 158:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[7]		\|[7]
	\|Williams, J. G.: Fracture Mechanics of Polymers. Polymer Engng. and Sci. 17 (1977) 144–149		\|[[Williams, James Gordon\|Williams, J. G.]]: Fracture Mechanics of Polymers. Polymer Engng. and Sci. 17 (1977) 144–149
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[8]		\|[8]

Loeffler-Kamann am 6. Juni 2025 um 11:33 Uhr

2025-06-06T11:33:57Z

← Nächstältere Version		Version vom 6. Juni 2025, 13:33 Uhr
Zeile 125:		Zeile 125:
	Zusammenfassend ist zu bemerken, dass sich die Zähigkeitseigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur in geeigneter Weise durch das [[J-Integral-Konzept]] und das [[Crack Tip Opening Displacement-Konzept\|CTOD-Konzept]] beschreiben lassen, da sie die Erhöhung der Verformungsfähigkeit besonders deutlich widerspiegeln.		Zusammenfassend ist zu bemerken, dass sich die Zähigkeitseigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur in geeigneter Weise durch das [[J-Integral-Konzept]] und das [[Crack Tip Opening Displacement-Konzept\|CTOD-Konzept]] beschreiben lassen, da sie die Erhöhung der Verformungsfähigkeit besonders deutlich widerspiegeln.
	Weniger günstig ist es, die Bruchzähigkeit nach dem [[Äquivalentenergiekonzept]] oder die K<sub>Ic</sub><sup>COD</sup>- bzw. K<sub>Ic</sub><sup>J</sup>-Werte zur Charakterisierung heranziehen, da diese die Modul- und Streckgrenzenabhängigkeit mit der Temperatur enthalten, die eine zum Zähigkeitsverhalten gegensinnige Temperaturabhängigkeit aufweisen [2]. Weitere Beispiele zur Beschreibung der Temperaturabhängigkeit der [[Zähigkeit]] mit bruchmechanischen Kennwerten sind in [1] enthalten.		Weniger günstig ist es, die Bruchzähigkeit nach dem [[Äquivalentenergiekonzept]] oder die K<sub>Ic</sub><sup>COD</sup>- bzw. K<sub>Ic</sub><sup>J</sup>-Werte zur Charakterisierung heranziehen, da diese die Modul- und Streckgrenzenabhängigkeit mit der Temperatur enthalten, die eine zum Zähigkeitsverhalten gegensinnige Temperaturabhängigkeit aufweisen [2]. Weitere Beispiele zur Beschreibung der Temperaturabhängigkeit der [[Zähigkeit]] mit bruchmechanischen Kennwerten sind in [1] enthalten.

			==Siehe auch==
			*[[Zähigkeit]]
			*[[Risszähigkeit]]
			*[[Erkenntnisniveauebenen der Bruchmechanik]]
			*[[Fraktographie]]
			*[[Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch]]
			*[[J-Integral Auswertemethoden]]
			*[[Risswiderstandskurve]]

Loeffler-Kamann am 11. Juli 2024 um 09:37 Uhr

2024-07-11T09:37:31Z

← Nächstältere Version		Version vom 11. Juli 2024, 11:37 Uhr
Zeile 134:		Zeile 134:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[2]		\|[2]
	\|Grellmann, W., Che, M.: Assessment of Temperaturedependent Fracture Behaviour with Different Fracture Mechanics Concepts on Example of Unoriented and Cold-rolled Polypropylene. J. Applied Fracture Polymer Science 66 (1997) 1237−1249		\|[https://www.researchgate.net/profile/Wolfgang-Grellmann Grellmann, W.], Che, M.: Assessment of Temperaturedependent Fracture Behaviour with Different Fracture Mechanics Concepts on Example of Unoriented and Cold-rolled Polypropylene. J. Applied Fracture Polymer Science 66 (1997) 1237−1249
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[3]		\|[3]
	\|Hille, E.: Untersuchungen zum Bruchverhalten des orientierten isotaktischen Polypropylen. Ph.D. Dissertation, TH Leuna-Merseburg (1983)		\|Hille, E.: Untersuchungen zum Bruchverhalten des orientierten isotaktischen Polypropylen. Ph.D. Dissertation, [https://de.wikipedia.org/wiki/Technische_Hochschule_Leuna-Merseburg Technische Hochschule Leuna-Merseburg (1983)]
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[4]		\|[4]
Zeile 152:		Zeile 152:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[8]		\|[8]
	\|Schwalbe, K. H.: Fortschritt-Berichte, VDI Zeitschrift Reihe 18, Nr. 10 VDI-Verlag, 1981		\|Schwalbe, K. H.: Theoretische und experimentelle Untersuchungen zum COD-Konzept und J-Integral. Fortschritt-Berichte, VDI Zeitschrift Reihe 18, Nr. 10 VDI-Verlag, 1981 (ISBN 978-3-1814-1018-9)
	\|}		\|}

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

Posch am 14. Mai 2020 um 12:59 Uhr

2020-05-14T12:59:19Z

← Nächstältere Version		Version vom 14. Mai 2020, 14:59 Uhr
Zeile 131:		Zeile 131:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[1]		\|[1]
	\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), Technische Hochschule Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([~~http~~://~~web~~.hs-merseburg.de/~~~amk~~/~~files~~/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [~~http~~://~~web~~.hs-merseburg.de/~~~amk~~/~~files~~/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), Technische Hochschule Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([https://www.polymerservice-merseburg.de/fileadmin/inhalte/psm/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [https://www.polymerservice-merseburg.de/fileadmin/inhalte/psm/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[2]		\|[2]

Oluschinski am 13. August 2019 um 09:26 Uhr

2019-08-13T09:26:36Z

← Nächstältere Version		Version vom 13. August 2019, 11:26 Uhr
Zeile 131:		Zeile 131:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[1]		\|[1]
	\|Grellmann, W.: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), Technische Hochschule Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]]: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), Technische Hochschule Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[2]		\|[2]

Reincke am 16. Februar 2018 um 15:44 Uhr

2018-02-16T15:44:03Z

← Nächstältere Version		Version vom 16. Februar 2018, 17:44 Uhr
Zeile 108:		Zeile 108:
	\|}		\|}

	Auf Grund der mit zunehmender Temperatur ansteigenden maximalen Durchbiegung f<sub>max</sub> und der Verformungsenergie A<sub>G</sub> wird, wie bei statischer Beanspruchung, die zunehmende Verformungsfähigkeit des Werkstoffes durch das [[J-Integral-Konzept]] der FBM widergegeben (vgl. '''Bild 5'''). Während die bei statischer Beanspruchung ermittelten Bruchzähigkeitswerte mit zunehmender Temperatur noch geringfügig ansteigen, ist bei dynamischer Beanspruchung über den gesamten Temperaturbereich eine Zähigkeitsabnahme zu verzeichnen. Die Ursache liegt darin begründet, dass sich die Zunahme des dynamischen [[Elastizitätsmodul\|E-Moduls]] E<sub>d</sub> mit abnehmender Temperatur bei dem gegenüber statischer Beanspruchung wesentlich geringeren Anstieg in den J<sub>Id</sub>-Werten stärker auswirkt. Die E<sub>d</sub>-Werte wurden von Hille [3] im Zug-Dehn-Schwingversuch (siehe: [[Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA) − Zugbeanspruchung]]) mit einer Prüffrequenz von 1 Hz ermittelt. Die J-Werte und die dynamischen Bruchzähigkeiten sind bei schlagartiger [[Beanspruchung]] (siehe auch: [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe]]) nach der Überprüfung der [[Geometriekriterium\|Geometriekriterien]] als geometrieunabhängige Werkstoffkennwerte anzusehen.		Auf Grund der mit zunehmender Temperatur ansteigenden maximalen Durchbiegung f<sub>max</sub> und der Verformungsenergie A<sub>G</sub> wird, wie bei statischer Beanspruchung, die zunehmende Verformungsfähigkeit des Werkstoffes durch das [[J-Integral-Konzept]] der FBM widergegeben (vgl. '''Bild 5'''). Während die bei statischer Beanspruchung ermittelten Bruchzähigkeitswerte mit zunehmender Temperatur noch geringfügig ansteigen, ist bei dynamischer Beanspruchung über den gesamten Temperaturbereich eine Zähigkeitsabnahme zu verzeichnen. Die Ursache liegt darin begründet, dass sich die Zunahme des dynamischen [[Elastizitätsmodul\|E-Moduls]] E<sub>d</sub> mit abnehmender Temperatur bei dem gegenüber statischer Beanspruchung wesentlich geringeren Anstieg in den J<sub>Id</sub>-Werten stärker auswirkt. Die E<sub>d</sub>-Werte wurden von Hille [3] im Zug-Dehn-Schwingversuch (siehe: [[Dynamisch-Mechanische_Analyse_(DMA)_–_Zugbeanspruchung\|Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA) − Zugbeanspruchung]]) mit einer Prüffrequenz von 1 Hz ermittelt. Die J-Werte und die dynamischen Bruchzähigkeiten sind bei schlagartiger [[Beanspruchung]] (siehe auch: [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe]]) nach der Überprüfung der [[Geometriekriterium\|Geometriekriterien]] als geometrieunabhängige Werkstoffkennwerte anzusehen.

	Ebenso wie die J-Werte sind zur Beschreibung des Zähigkeitsverhaltens die kritischen [[Rissöffnung]]en δ<sub>Id</sub> geeignet, die primär die erhöhte Verformungsfähigkeit mit wachsender Temperatur angeben und im Vergleich mit den δ<sub>Ic</sub>-Werten um etwa eine Größenordnung niedriger liegen. Dies ist in '''Bild 6''' für beide Polymerwerkstoffe besonders deutlich zu sehen.		Ebenso wie die J-Werte sind zur Beschreibung des Zähigkeitsverhaltens die kritischen [[Rissöffnung]]en δ<sub>Id</sub> geeignet, die primär die erhöhte Verformungsfähigkeit mit wachsender Temperatur angeben und im Vergleich mit den δ<sub>Ic</sub>-Werten um etwa eine Größenordnung niedriger liegen. Dies ist in '''Bild 6''' für beide Polymerwerkstoffe besonders deutlich zu sehen.
Zeile 143:		Zeile 143:
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[5]		\|[5]
	\|Karger-Kocsis, J.; Kiss, L.; Kuleznev, V. N.: Mechanical Loss Peaks of Polypropylene/EPDM Blends in Relation to their Fracture Toughness and Impact Strength. Acta Polymerica 33 (1982) 1,14–19		\|Karger-Kocsis, J., Kiss, L., Kuleznev, V. N.: Mechanical Loss Peaks of Polypropylene/EPDM Blends in Relation to their Fracture Toughness and Impact Strength. Acta Polymerica 33 (1982) 1,14–19
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[6]		\|[6]
	\|Savadori, A.; Bramuzzo, M.; Marega, C.: Kunststoffe 73 (1983) 4, 203		\|Savadori, A., Bramuzzo, M., Marega, C.: Kunststoffe 73 (1983) 4, 203
	\|-valign="top"		\|-valign="top"
	\|[7]		\|[7]

Oluschinski: Die Seite wurde neu angelegt: „{{PSM_Infobox}} Zähigkeit Temperaturabhängigkeit FORCETOC == Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit …“

2017-08-15T11:48:47Z

Die Seite wurde neu angelegt: „{{PSM_Infobox}} Zähigkeit Temperaturabhängigkeit __FORCETOC__ == Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit …“

Neue Seite

{{PSM_Infobox}}
Zähigkeit Temperaturabhängigkeit
__FORCETOC__
== Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit ==

Die Beschreibung der Temperaturabhängigkeit der [[Zähigkeit]] ist eine einsatzrelevante auswertemethodische Problemstellung in der [[Kunststoffprüfung]] [1−3].
Um die Einsatzgebiete von [[Kunststoffe]]n und [[Faserverstärkte Kunststoffe|Verbundwerkstoffen]] mit [[Polymer|polymerer]] Matrix zu erweitern, werden wachsende Anforderungen bezüglich der Erniedrigung der [[Spröd-Zäh-Übergangstemperatur|spröd-zäh-Übergangstemperaturen]] und der Temperaturstabilität gestellt.
Für eine werkstoffwissenschaftliche Interpretation der Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit sind [[Kenngröße]]n, die durch eine [[bruchmechanische Prüfung]] ermittelt wurden, erforderlich. Die starke Temperaturabhängigkeit der Nebenvalenzbindungen von Kunststoffen führt zu einer ausgeprägten Temperaturabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften, wie z. B. der [[Streckspannung|Streckgrenze]] und des [[Elastizitätsmodul|E-Moduls]] [2, 3]. Dieser Einfluss auf die mit verschiedenen Konzepten der [[Bruchmechanik]] bestimmten [[Kennwert]]e wird aus methodischer Sicht an Hand zweier ausgewählter Polypropylenwerkstoffe ([[Kurzzeichen]]: PP) betrachtet. Dabei wird zusätzlich der Einfluss der Beanspruchungsgeschwindigkeit (siehe [[Dehnrate Grundlagen|Dehnrate]]) dargestellt.

== Statische [[Beanspruchung]] ==

Die Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit wurde bei quasistatischer Beanspruchung (siehe: [[Quasistatische Prüfverfahren]]) an [[CT-Prüfkörper|Crack-Tension (CT)-Prüfkörpern]] für einen unorientierten und einen durch Kaltwalzen hochorientierten PP-Werkstoff betrachtet. Der durch nachträgliches Kaltwalzen erzeugte Orientierungsgrad betrug
fx = 80 %.

[[Datei:Zaehigkeit_Temp__1.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |Abhängigkeit der Bruchzähigkeit KIcLEBM, KIcE und des [[Bruchspiegel]]s as von der Temperatur für unorientiertes (B = 10 mm) und hochorientiertes (B = 4 mm) PP (WR = Walzrichtung)
|}

Im '''Bild 1''' werden die mit dem Konzept der linear-elastischen [[Bruchmechanik]] (LEBM) und dem [[Äquivalentenergiekonzept]] ermittelten Bruchzähigkeiten KIcLEBM und KIcE in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt.

Von Hille [3] wurden umfangreiche Strukturuntersuchungen zur Deutung der grundsätzlichen Zähigkeitserhöhung des hochorientierten im Vergleich zum unorientierten PP vorgelegt, wobei eine Umorientierung der Kristallite (a-Textur zu c-Textur) in Walzrichtung durch röntgenographische Texturmessungen nachgewiesen wurde.

Bei der Beschreibung der Temperaturabhängigkeit der [[Zähigkeit]] nach dem [[Bruchmechanik|LEBM-Konzept]] wurde experimentell ein Zähigkeitsabfall ermittelt, der auf die Abnahme der Bruchkraft zurückführbar ist. Dieses nicht der Vorstellung der Erhöhung der Deformierbarkeit entsprechende Verhalten wurde bereits frühzeitig in der Literatur [4−7] auch für andere [[Kunststoffe]] beschrieben, ohne die Ursachen immer aufklären zu können.

Aus dem linken Teilbild wird aus der Temperaturabhängigkeit des [[Bruchspiegel]]s as deutlich, dass offenbar auf Grund der vor der [[Riss|Rissspitze]] ablaufenden energiedissipativen Mechanismen der Gültigkeitsbereich der LEBM überschritten ist. Während die Berücksichtigung von as in KIcLEBM keine höheren Bruchzähigkeitswerte als für T = 193 K liefert, nimmt bei Anwendung des [[Äquivalentenergiekonzept]]es die Bruchzähigkeit mit steigender Temperatur zu.

Aus '''Bild 1''' wird auch deutlich, dass die mit zunehmender Temperatur zu erwartende erhöhte Verformungsfähigkeit des Werkstoffes durch das [[Bruchmechanik|LEBM-Konzept]] nicht widergespiegelt werden kann, und erst die Anwendung des [[Äquivalentenergiekonzept]]es wenigstens zu gegenüber tieferen Temperaturen erhöhten Zähigkeitswerten führt, wie für den hochorientierten PP-Werkstoff deutlich wird. Gleichzeitig ist zu erkennen, dass der [[Bruchspiegel]] eine das Zähigkeitsverhalten mit zunehmender Temperatur qualitativ beschreibende [[Kenngröße]] ist. Unter diesen Aspekten erscheint es notwendig, die [[bruchmechanische Prüfung]] mit solchen Konzepten der [[Bruchmechanik]] durchzuführen und mit solchen Kenngrößen zu beschreiben, die das Verformungsvermögen des Werkstoffes berücksichtigen.

Bestimmt man für beide Werkstoffe die Temperaturabhängigkeit der J-Werte (siehe: [[J-Integral-Konzept]]), so ergibt sich der in '''Bild 2''' gezeigte Zusammenhang. Als Auswertemethode wurde, um die Übereinstimmung der quantitativen [[Werkstoffkennwert|Kennwerte]] mit [3] zu erhalten, die [[Auswertemethode nach Rice, Paris und Merkle]] herangezogen, wodurch die methodische Aussage nicht beeinflusst wird. Ermittelt man nach Gl. (1) die Bruchzähigkeitskennwerte KIcJ,

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>K^{J}_{Ic} = \sqrt{J \cdot E} \!</math>
|(1)
|}

so wird die Zunahme der Zähigkeitswerte mit zunehmender Temperatur qualitativ richtig beschrieben und die gleichzeitige Abnahme des statischen [[Elastizitätsmodul|E-Moduls]] mit der Temperatur zeigt keine dominanten Auswirkungen.

[[Datei:Zaehigkeit_Temp_2.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px" |Einfluss der Temperatur auf die JIc- und die KIcJ - Werte von zwei PP-Werkstoffen
|}

Die erhöhte Verformungsfähigkeit der beiden [[Polymer]]werkstoffe mit zunehmender Temperatur wird insbesondere durch die kritische [[Rissöffnung]] widergegeben, wobei die Bestimmung der kritischen Rissöffnung nach der in [3] durchgeführten Analyse in Anlehnung an [8] mit der Gl. (2)

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>\delta_{Ic} = \frac{v_c}{1+n(\frac{a+z}{W-a})} \!</math>
|(2)
|}

(z = Abstand des Weg (COD)-aufnehmers von der Prüfkörperoberfläche)
erfolgte. Versucht man wiederum die δIc-Werte in KIcCOD -Werte mit Hilfe von Gl. (3)

{|
|-
|width="20px"|
|width="500px" | <math>K^{COD}_{Ic} = \sqrt{m \cdot R_{e} \cdot \delta_{Ic} \cdot E} \!</math>
|(3)
|}

umzurechnen, so erhält man mit dem '''Constraint-Faktor''' (siehe auch: [[J-Integral-Konzept]]) m = 0,7 [3] den im linken Teilbild von '''Bild 3''' gezeigten Zusammenhang.

[[Datei:Zaehigkeit_Temp_3.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 3''':
|width="600px" |Einfluss der Temperatur auf die kritische [[Rissöffnung]] δ und die KIcCOD-Kennwerte für zwei PP-Werkstoffe
|}

Die KIcCOD-Werte sinken mit zunehmender Temperatur, da sich das zur Temperaturabhängigkeit des [[Elastizitätsmodul|E-Moduls]] analoge Verhalten der dynamischen [[Streckspannung|Streckgrenze]] Re offenbar stärker auswirkt als die durch die Registrierung der [[Rissöffnung|Kerbaufweitung]] erfasste erhöhte Verformungsfähigkeit mit zunehmender Temperatur [1].

Der für die JIc - und δIc-Kennwerte in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelte Anstieg der [[Zähigkeit]] erfolgt im Bereich der [[Glastemperatur]]. Die Glastemperatur beträgt für den unorientierten PP-Werkstoff 278 K, und für fx = 80 % ist Tg = 285 K [3].

Die Kontrolle der [[Geometriekriterium|Geometriekriterien]] für die bruchmechanischen Konzepte führen zu der Aussage, dass nur für den unorientierten Ausgangzustand mit Sicherheit geometrieunabhängige Werkstoffkennwerte angenommen werden dürfen [1, 3].

== Dynamische Beanspruchung ==

Die Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der bruchmechanischen Kennwerte bei dynamischer Beanspruchung erfolgt an [[SENB-Prüfkörper]]n, wobei die Art der Prüfkörperentnahme aus den gewalzten Platten im linken Teilbild von '''Bild 4''' angegeben wird.

[[Datei:Zaehigkeit_Temp_4.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 4''':
|width="600px" |Temperaturabhängigkeit der dynamischen Bruchzähigkeiten und des [[Bruchspiegel]]s für unorientiertes und hochorientiertes PP (B = 4 mm; s/W = 7; a/W ~ 0,45; WR = Walzrichtung)
|}

Die Problematik der Beschreibung des Zähigkeitsverhaltens mit bruchmechanischen Kenngrößen wird bei dynamischer [[Beanspruchung]] besonders deutlich.

Die dynamische Bruchzähigkeit nimmt bei Berechnung nach dem [[Bruchmechanik|LEBM-Konzept]] im untersuchen Temperaturbereich 123 ≤ T ≤ 293 K ab, wobei auch die Erweiterung der LEBM zur LEBM mit Kleinbereichsfließen durch Berücksichtigung des im rechten Teilbild angegebenen [[Bruchspiegel]]s keine über den Ausgangswerten bei T = 123 K liegende Bruchzähigkeiten liefert.

Im Gegensatz zur statischen [[Beanspruchung]] ist auch durch die Anwendung des [[Äquivalentenergiekonzept]]es keine bessere Beschreibung der Zunahme der Verformungsfähigkeit möglich, wie am Beispiel des hochorientierten PP gezeigt wird. Hier nehmen die KIdE-Werte zwar für T > 273 K zu, erreichen aber die Ausgangswerte für T = 123 K nicht.

Aus dem Vergleich mit '''Bild 1''' erkennt man, dass sowohl die Bruchzähigkeiten als auch das stabile Risswachstum (siehe [[Rissausbreitung]]) deutlich niedrige Werte aufweisen.

[[Datei:Zaehigkeit_Temp_5.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 5''':
|width="600px" |Einfluss der Temperatur auf die JId- und die KIdJ-Werte von unorientiertem und hochorientiertem PP
|}

Auf Grund der mit zunehmender Temperatur ansteigenden maximalen Durchbiegung fmax und der Verformungsenergie AG wird, wie bei statischer Beanspruchung, die zunehmende Verformungsfähigkeit des Werkstoffes durch das [[J-Integral-Konzept]] der FBM widergegeben (vgl. '''Bild 5'''). Während die bei statischer Beanspruchung ermittelten Bruchzähigkeitswerte mit zunehmender Temperatur noch geringfügig ansteigen, ist bei dynamischer Beanspruchung über den gesamten Temperaturbereich eine Zähigkeitsabnahme zu verzeichnen. Die Ursache liegt darin begründet, dass sich die Zunahme des dynamischen [[Elastizitätsmodul|E-Moduls]] Ed mit abnehmender Temperatur bei dem gegenüber statischer Beanspruchung wesentlich geringeren Anstieg in den JId-Werten stärker auswirkt. Die Ed-Werte wurden von Hille [3] im Zug-Dehn-Schwingversuch (siehe: [[Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA) − Zugbeanspruchung]]) mit einer Prüffrequenz von 1 Hz ermittelt. Die J-Werte und die dynamischen Bruchzähigkeiten sind bei schlagartiger [[Beanspruchung]] (siehe auch: [[Schlagbeanspruchung Kunststoffe]]) nach der Überprüfung der [[Geometriekriterium|Geometriekriterien]] als geometrieunabhängige Werkstoffkennwerte anzusehen.

Ebenso wie die J-Werte sind zur Beschreibung des Zähigkeitsverhaltens die kritischen [[Rissöffnung]]en δId geeignet, die primär die erhöhte Verformungsfähigkeit mit wachsender Temperatur angeben und im Vergleich mit den δIc-Werten um etwa eine Größenordnung niedriger liegen. Dies ist in '''Bild 6''' für beide Polymerwerkstoffe besonders deutlich zu sehen.

[[Datei:Zaehigkeit_Temp_6.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 6''':
|width="600px" |Temperaturabhängigkeit der kritischen Rissöffnung δId und der dynamischen Bruchzähigkeit KIdCOD für unorientiertes und hochorientiertes PP
|}

Gleichzeitig wird aus dem linken Teilbild ersichtlich, dass die KIdCOD-Werte nicht geeignet sind, die erhöhte Verformungsfähigkeit zu beschreiben. Die dynamischen Bruchzähigkeiten nehmen im Vergleich mit den bei statischer Beanspruchung ermittelten KIcCOD-Kennwerten wesentlich stärker ab und deuten an, dass die zur Bruchzähigkeit gegensinnige Temperaturabhängigkeit von [[Elastizitätsmodul|E-Modul]] und [[Streckspannung|Streckgrenze]] sich bei dynamischer Beanspruchung stärker auswirkt.

==Aussagefähigkeit bruchmechanischer Kenngrößen==

Zusammenfassend ist zu bemerken, dass sich die Zähigkeitseigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur in geeigneter Weise durch das [[J-Integral-Konzept]] und das [[Crack Tip Opening Displacement-Konzept|CTOD-Konzept]] beschreiben lassen, da sie die Erhöhung der Verformungsfähigkeit besonders deutlich widerspiegeln.
Weniger günstig ist es, die Bruchzähigkeit nach dem [[Äquivalentenergiekonzept]] oder die KIcCOD- bzw. KIcJ-Werte zur Charakterisierung heranziehen, da diese die Modul- und Streckgrenzenabhängigkeit mit der Temperatur enthalten, die eine zum Zähigkeitsverhalten gegensinnige Temperaturabhängigkeit aufweisen [2]. Weitere Beispiele zur Beschreibung der Temperaturabhängigkeit der [[Zähigkeit]] mit bruchmechanischen Kennwerten sind in [1] enthalten.

'''Literaturhinweise'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|Grellmann, W.: Beurteilung der Zähigkeitseigenschaften von Polymerwerkstoffen durch bruchmechanische Kennwerte. Habilitation (1986), Technische Hochschule Merseburg, Wiss. Zeitschrift TH Merseburg 28 (1986), H. 6, S. 787–788 ([http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Inhaltsverzeichnis.pdf Inhaltsverzeichnis], [http://web.hs-merseburg.de/~amk/files/veroeffentlichungen/Habil_Grellmann_Kurzfassung.pdf Kurzfassung])
|-valign="top"
|[2]
|Grellmann, W., Che, M.: Assessment of Temperaturedependent Fracture Behaviour with Different Fracture Mechanics Concepts on Example of Unoriented and Cold-rolled Polypropylene. J. Applied Fracture Polymer Science 66 (1997) 1237−1249
|-valign="top"
|[3]
|Hille, E.: Untersuchungen zum Bruchverhalten des orientierten isotaktischen Polypropylen. Ph.D. Dissertation, TH Leuna-Merseburg (1983)
|-valign="top"
|[4]
|Casiraghi, T.: The Fracture Mechanics of Polymers at High Rates. Polymer Engng. and Sci. 18 (1978) 10, 833
|-valign="top"
|[5]
|Karger-Kocsis, J.; Kiss, L.; Kuleznev, V. N.: Mechanical Loss Peaks of Polypropylene/EPDM Blends in Relation to their Fracture Toughness and Impact Strength. Acta Polymerica 33 (1982) 1,14–19
|-valign="top"
|[6]
|Savadori, A.; Bramuzzo, M.; Marega, C.: Kunststoffe 73 (1983) 4, 203
|-valign="top"
|[7]
|Williams, J. G.: Fracture Mechanics of Polymers. Polymer Engng. and Sci. 17 (1977) 144–149
|-valign="top"
|[8]
|Schwalbe, K. H.: Fortschritt-Berichte, VDI Zeitschrift Reihe 18, Nr. 10 VDI-Verlag, 1981
|}

[[Kategorie:Bruchmechanik]]