Bruchverhalten

Bruchverhalten, Kunststoffe

Polymere Werkstoffe zeigen je nach Typ und Beanspruchungsbedingungen ein sehr unterschiedliches Bruchverhalten.

Einige teilkristalline Polymere wie PA, PE und PP können bis zu einem Dehnungsverhältnis von  = 20 kaltgezogen werden, wobei sich eine stabile Einschnürung entlang des Prüfkörpers bewegt.

Viele amorphe Kunststoffe (z.B. PS oder PMMA) sind bei Zugbeanspruchung spröd, verformen sich aber bei Druckspannungen oder reiner Scherbeanspruchung plastisch. Ebenso zeigen Epoxidharze in Kompression einen hohen Grad an Duktilität. Typische Vertreter eines duktilen und zähen Bruchverhaltens sind z.B. PP, PE oder auch PA.

Die plastische Deformation tritt bei duktilen Polymeren in zwei Formen auf:

Die Scherdeformation (shear yielding), d.h. die Schubspannungsfließzonenbildung, die eine starke Formänderung ohne Volumenänderung hervorruft. Scherdeformationen zeigen viele teilkristalline Polymere bei Zugbeanspruchung, RT und Prüfung an Luft (Bild).

Das Crazing (Normalspannungsfließzonenbildung), d.h. der Bildung von Hohlräumen. Dieser Prozess verursacht eine starke Dichteänderung und tritt bei Blends und praktisch allen glasartigen Polymeren auf. Bei geringen Beanspruchungen findet man häufig einzelne isolierte Crazes (Bild).

Bild: Schematische Darstellung von Deformationserscheinung in amorphen Kunststoffen Crazes Scherband

Das Auftreten eines oder beider Mechanismen hängt von folgenden Bedingungen ab:

• Struktur des Makromoleküls
• Kristallisationsgrade und Sphärolithgröße
• Deformationsgrad
• Vorhandensein einer zweiten Phase sowie der Testbedingungen
• Temperatur
• Verformungsgeschwindigkeit
• dreiachsiger Spannungszustand
• Umgebungsbedingungen

Literaturhinweise

• Michler, G.H.: Kunststoff-Mikromechanik – Morphologie, Deformation und Bruchmechanismen von polymeren Werkstoffen. Carl Hanser Verlag, München Wien (1992)