Verhalten nichtlinearer, viskoelastischer Materialien
Schubspannungsrelaxation beschreibt, wie viskoelastische Materialien Schubspannungsbelastung bei konstanter Belastung abbauen. Polymere verhalten sich viskoelastisch, d. h. nichtlinear und nicht entsprechend dem Hookeschen Gesetz. Die Nichtlinearität wird sowohl durch die Schubspannungsrelaxation als auch durch das sogenannte “Kriechen” beschrieben.
Viskoelastische Materialien haben sowohl viskose- als auch elastische Eigenschaften und werden durch Kombination von Elementen mit beiden Eigenschaften modelliert. Es gibt verschiedene interessierende Modelle zur Quantifizierung des Verhaltens. Das Modell nach Maxwell beschreibt das Verhalten mit einer Feder (einem elastischen Element) in Serie mit einem hydraulischen Stoßdämpfer (einem viskosen Element). Das Modell nach Maxwell eignet sich zwar gut zur Beschreibung der Schubspannungsrelaxation, ist aber schlecht geeignet zur Beschreibung des Kriechverhaltens. Das Modell nach Voigt schaltet Feder und Stoßdämpfer parallel und ist das Gegenstück zu dem Modell nach Maxwell zur Prognose des Kriechverhaltens und der Schubspannungsrelaxation. Das lineare Standardmodell für feste Körper kombiniert die Eigenschaften der Modelle nach Maxwell und Voigt, um sowohl das Kriechverhalten als auch die Schubspannungsrelaxation zu beschreiben und wird allgemein als exaktestes Modell der verschiedenen viskoelastischen Modelle akzeptiert.
Die folgenden nicht materialrelevanten Parameter wirken sich auf die Schubspannungsrelaxation in Polymeren aus:
- Größe der Erstbelastung
- Geschwindigkeit der Belastung
- Temperatur (isothermale und nicht isothermale Bedingungen)
- Belastungsmedium
- Reibung und Verschleiß
- Verschlechterung der Eigenschaften durch Alterung (Haltbarkeitsdauer – langfristige Lagerung) unter Einfluss von UV-Strahlung oder Sauerstoff
Unsere Prüfgeräte können wesentlich dazu beitragen, das viskoelastische Verhalten einer Vielzahl von Materialien zu ermitteln, beispielsweise von Biomaterialien und synthetischen Materialien.