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Langzeitverhalten von spritzgegossenem Standard-Polystyrol - Fließzonenbildung (Crazing)

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Title Langzeitverhalten von spritzgegossenem Standard-Polystyrol - Fließzonenbildung (Crazing)
Alternative Title Long-term Behaviour of Injection Moulded Standard Polystyrene - Crazing
Author Großkurth, Klaus Peter
License CC Attribution - NonCommercial - NoDerivatives 3.0 Germany:
You are free to use, copy, distribute and transmit the work or content in unchanged form for any legal and non-commercial purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor.
DOI 10.3203/IWF/B-1613
IWF Signature B 1613
Publisher IWF (Göttingen)
Release Date 1986
Language German
Producer IWF
Production Year 1985

Technical Metadata

IWF Technical Data Film, 16 mm, LT, 149 m ; F, 14 min

Content Metadata

Subject Area Engineering
Abstract Polystyrol-Schulterstäbe (DIN 53455 Nr. 3) werden unter Zugbelastung (46 h bis 177 h) in polarisiertem Licht und in Zeitraffung beobachtet, und zwar in Abhängigkeit von ihrer Spritztemperatur (180 bis 240°C). Durch bestimmte Belastungsverhältnisse erscheinen Gleichmaßdehnung und inhomogene Deformation in Form einer Fließzone (siehe Film B 1614 über Einschnürungen).
Polystyrene shouldered rods (DIN 53455 No. 3) are observed under tensile strain (46 to 177 h) in polarised light and with time-lapse photography as a function of its injection temperature (180 to 240° C). As a result of specific loading conditions, elongation without necking and inhomogeneous deformation in the form of a craze (flow zone) (see Film B 1614 on necking) occur.
Keywords Fließzonenbildung / Polystyrol
Polystyrol / Fließzonenbildung
polystyrene / crazing
crazing / polystyrene

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Transcript
Zunächst der Versuchsaufbau. Vorn links die Filmkamera. Im Hintergrund die horizontal angeordnete Zeitstand-Zugvorrichtung. Sie ist speziell für kinematographische Belange ausgelegt. Dahinter schließlich die Beleuchtungsquelle mit Polarisationsfilter. In die Klemmbacken der Zugvorrichtung werden die auf der Rückseite mattierten Schulterstäbe aus glasklarem Polystyrol eingespannt. Sie sind 3 mm dick und im Bereich der Meßlänge 10 mm breit. Im Material vorhandene ortsvariable molekulare Orientierungen, die durch den Spritzgießprozeß entstanden sind, haben doppelbrechende Eigenschaften und sind bei polarisiertem Licht und im unbelasteten Zustand an den parabelförmigen Isochromaten deutlich zu erkennen. Bei Belastung überlagern sich zusätzlich spannungs- und deformationsbedingte Effekte. Die zeitabhängige Materialverformung wird mit Hilfe eines über der Probe angeordneten induktiven Wegaufnehmers und eines Schreibers registriert.
Sowohl die Gleichmaßdehnung als auch inhomogene Deformationsmechanismen wie Fließzonen und Einschnürungen werden gleichzeitig kinematographisch
bis zum Bruch dokumentiert. Belastungsbeginn. Gleichmaßdehnung. Fließzonenbildung und Bruch. Fließzonenbildung und Brucheinleitung sollen zunächst an einer Probe gezeigt werden, die mit 47 N/mm^2 belastet wird und im
nichtpolarisierten Licht zeitgerafft mit 60 B/h beobachtet wird.
Die Fließzonen laufen nicht ganz bis zu den Stabrändern. Dies ist bedingt durch starke molekulare Orientierungen und Druckeigenspannungen in der Spritzhaut. Die Spritztemperatur der Probe betrug 180 Grad Celsius. Schließlich ein Sprödbruch
mit geringen plastischen Verformungsanteilen. Alle folgenden Versuche werden in polarisiertem Licht beobachtet, wobei die Spritztemperatur variiert wird;
wir beginnen mit 180 Grad Celsius; die Belastungsart wird jeweils zweifach variiert. Zum einen nämlich wird mit einer geringfügigen Lastüberhöhung begonnen, so daß, wie hier erkennbar, bereits Fließzonen vorhanden sind. Man erkennt, daß die äußerst niedrige Spritztemperatur von 180 Grad Celsius extreme Orientierungsinhomogenitäten über Querschnitt und Längsachse zur Folge hat. Die Belastung wird dann schnell aufgebracht.
Die hohe Isochromatendichte im Bereich der Spritzhaut belegt, daß hier während des Spritzgießprozesses besonders starke molekulare Orientierungen erzeugt wurden. Ohne jede Vorankündigung wird die Probe bei der rechten Fließzone spröde brechen.
Nun die andere Belastungsart. Bringt man dieselbe Belastung schonend auf,
so bleiben die Proben zunächst fließzonenfrei. In diesem Falle kündigt sich der Bruch häufig schon vorzeitig an. Bereits geringste plastische Verformungen in der näheren Umgebung einer Fließzone lassen diese - wie hier im linken Bilddrittel - zu einer Art Isochromatenquelle werden. Ursache hierfür sind molekulare Orientierungen, die bei der lokalen Deformation erzeugt werden.
Wiederholen wir die brucheinleitenden inhomogenen Deformationserscheinungen mit zusätzlicher tricktechnischer Zeitdehnung. Fließzone im linken Bilddrittel. Beginn der plastischen Deformation in Fließzonenumgebung ca. 10 Minuten vor dem Bruch. Laterales Wachstum der Fließzone und nachfolgender Bruch.
Das Bruchbild zeigt stärkere plastische Verformungsanteile. Bei einer Spritztemperatur von
200 Grad Celsius homogenere molekulare Orientierungen. Die Fließzone rechts von der Bildmitte leitet den Bruch mit geringfügiger plastischer Deformation ein.
Rückstellung der reversiblen Dehnungsanteile.
Erst bei tricktechnischer Zeitdehnung ist die brucheinleitende Deformationsphase in Einzelschritten wahrnehmbar.
Bringt man dagegen die Last langsam auf,
so ist die Deformation zunächst homogen. Bis sich schließlich Fließzonen bilden und eine brucheinleitende Verformung.
In der Wiederholung verdeutlicht die größere Zeitdehnung, wie fließzonenbenachbarte plastische Deformation und laterales Fließzonenwachstum ablaufen.
Das Bruchbild zeigt geringfügige plastische Verformungsanteile. Geringere molekulare Orientierungen und homogenere Verteilung
bei einer Spritztemperatur von 220 Grad Celsius. Zunächst in den fließzonenfreien Probenbereichen Gleichmaßdehnung. Spröder Bruch rechts.
Homogene Deformation nach langsamer Lastaufbringung.
Fließzonenbildung. Die Spritzhaut bleibt bei den nicht bruchbeteiligten Fließzonen unversehrt.
Zeitgedehnte Teilwiederholung der brucheinleitenden Deformationsprozesse. Plastische Deformation in Fließzonenumgebung. Laterales Fließzonenwachstum mit nachfolgendem Bruch.
Die hohe Spritztemperatur von 240 Grad Celsius
hat nur geringe molekulare Orientierungen zur Folge. Da die Lastüberhöhung in diesem Fall etwas schwächer gewählt wurde, kündigt sich der Bruch äußerst kurzfristig an.
Dasselbe zeitgedehnt.
Bruchbild ohne plastische Verformungsanteile. Erhöhte Anzahl von Fließzonen bei geringfügig gesteigerter Belastung. Der Bruch wird an der linken Fließzone erfolgen, die als erste und am stärksten durch plastische Deformation gekennzeichnet ist.
Langsamer Abbau der reversiblen Dehnungsanteile.
Bei Zeitdehnung wird deutlich, daß wiederum plastische Deformation und laterales Fließzonenwachstum kombiniert auftreten. Daneben ist eine Verdickung der bruchbeteiligten Fließzone erkennbar.
Bei bestimmten Belastungsverhältnissen wird die Fließzonenbildung
im gleichen Material vollständig unterdrückt. Nach einer langen Phase der Gleichmaßdehnung erfolgt stattdessen eine inhomogene Deformation in Form einer Einschnürung. Über das Phänomen der Einschnürung berichtet IWF-Film B 1614.
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