0703 Temperaturabhaengigkeit des Kriechmoduls - IWK - HSR ...

FORSCHUNGAbb. 2: Definition des Kriechmoduls als Sekantenmodul im isochronenSpannungs-Dehnungs-Diagramm (schematisch).Abb. 3: Kriechmodul-Zeit-Diagramm des PC Makrolon 2805von Bayer MaterialScience für 60°C [1].baren Werkstoffkennwerten auskommen,zum Beispiel aus verbreitetenWerkstoff-Datenbanken [1]oder aus Fachbüchern [4], und2. bequem gehandhabt werden können,also eine möglichst einfacheStruktur aufweisen, dabei aber3. die Temperaturabhängigkeit desKriechmoduls trotzdem gut wiedergeben.Hinweis aus früherer ZeitDen entscheidenden Anhaltspunktauf der Suche nach einer geeignetenTemperaturfunktion des Kriechmodulslieferten die Folgerungen, dieMenges [5] schon 1967 aus umfangreichemDatenmaterial gezogen hatte.Er hatte u.a. die Kriechmoduln für 20,40 und 60°C bei gleicher Belastungsdauert verglichen und festgestellt,dass die Verhältnisse zwischen zweiKriechmoduln bei jeweils 20°C Temperaturdifferenznahezu übereinstimmen.Hieraus hatte er einen Temperaturkoeffizientenmoplasten je Temperatursprung von20°C um 30% abnimmt, bei Duroplastenum 15%. Bei einer Differenzvon 40°C beträgt der Temperaturkoeffizientder Thermoplasten demzufolge0,7 2 ≈ 0,5. Mit diesen Wertenlasse sich arbeiten, solange nochkeine übermässige Erweichung einsetzt,bei PVC also bis einschliesslich50°C, bei Polyethylen bis und mit70°C. Diese Grenztemperaturen könnender Schubmodul-Temperaturkurve(Abb. 5) als Temperatur beimÜbergang vom linearen in den gekrümmtenVerlauf zum Steilabfallentnommen werden.Neue UntersuchungenGezielte Studien [6, 7] anhand vonThermoplasten bestätigten die qualitativeRichtigkeit der Erkenntnissevon Menges. Betrachtet wurden dabeiWerkstoffe aus der Datenbank CAM-PUS, deren Kriechmodul für die beabsichtigteAuswertung direkt oder indirektausreichend dokumentiert ist,– Isochrone Spannungs-Dehnungs-Diagramme (Abb. 4)– Kriechkurven (Zeit-Dehnlinien-Diagramme, Abb. 6)Leider zeigte sich, dass die benötigtenAngaben bei der Mehrheit der Werkstoffenur sehr lückenhaft bis überhauptnicht vorhanden sind, wodurchdie Auswahl stark beschränktwar. Immerhin konnten die ThermoplastePA 6, PA 66, PBT, PET, PE-HD,POM, ABS, PC in die Untersuchungeinbezogen werden.Die insgesamt beobachtete Gesetzmässigkeitin der Temperaturabhängigkeitdes Kriechmoduls weistauf eine einfache Potenzfunktionhin, die durch die Beziehung(4)(3)definiert, der es erlaubt, ausgehendvom Kriechmodul bei Raumtemperaturdessen Grösse bei höherer Temperaturabzuschätzen. Für den Temperaturkoeffizientenvon Thermoplastenhatte sich mit guter Genauigkeitder Wert = 0,7 herausgestellt, beiDuroplasten beträgt er 0,85. Dies bedeutet,dass die Steifigkeit bei Ther-so vor allem durch die Mehr-Punkt-Daten (bei verschiedenen Temperaturen),wie zum Beispiel– Kriechmodul-Zeit-Diagramme(Abb. 3)– Sekantenmodul-Dehnungs-Diagramme– Spannungs-Dehnungs-DiagrammeAbb. 4: Isochrones Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines PE-LDmit temperaturabhängiger Spannungsskala [4].