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Deformations- und Bruchverhalten von spritzgegossenem Standard-Polystyrol - Einfluß der Verformungsgeschwindigkeit bei Zugbeanspruchung

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Die auf der Rückseite mattierten Schulterstäbe aus glasklarem Polystyrol werden bei Raumtemperatur zügig bis zum Bruch gedehnt. Direkt unterhalb der Probe wird die jeweils herrschende Zugspannung angegeben. Zunächst Gleichmaßdehnung ohne auffällige Probenveränderungen. Inhomogene Deformation in Form einer Fließzone. Weitere Fließzonen folgen in relativ großen zeitlichen Abständen. Aufgrund der beim Spritzgießen entstandenen starken molekularen Orientierungen und Druckeigenspannungen bleibt die Spritzhaut am oberen und unteren Stabrand fließzonenfrei. Bei der vorliegenden Dehngeschwindigkeit von nur 0,2%/min ist die Fließzonenkonzentration relativ gering. Der Sprödbruch wird bei einer Reißspannung von 610 kp/cm^2 - entsprechend 61 N/mm^2 - über dem rechten Ende der Skalenbeschriftung eintreten.
Die Erhöhung der Dehngeschwindigkeit um den Faktor 2,5 führt zu einem grundsätzlich ähnlichen Verhalten. Zwar vergrößern sich Anzahl und Wachstumsgeschwindigkeit der Fließzonen, doch bleibt die Spritzhaut wiederum fließzonenfrei. Bei einer Spannung von 670 kp/cm^2 - entsprechend 67 N/mm^2 - wird die Probe wieder über dem rechten Ende der Skalenbeschriftung spröde brechen.
Wird diese erhöhte Dehngeschwindigkeit nochmals verdreifacht, so kommt es schließlich zu einer hohen Fließzonenkonzentration. Oberhalb von 700 kp/cm^2 - entsprechend 70 N/mm^2 - wachsen die Fließzonen dann durch die Spritzhaut hindurch. Der Bruch weist hier im Bereich der Spritzhaut stärkere plastische Verformungsanteile auf.
Die höhere Vergrößerung zeigt bei etwa dreifacher Zeitdehnung das Fließzonenwachstum im Gebiet der Spritzhaut. Zunächst verbreitern sich die Enden der Fließzonen schulterförmig. Die Fließzonen wachsen langsam in die Spritzhaut hinein und durchstoßen sie schließlich partiell.
Das Verformungsverhalten unmittelbar vor dem Bruch in etwa 140facher Zeitdehnung. Der mit abnehmender Lichtdurchlässigkeit einhergehende Anstieg der Fließzonenkonzentration - links im Bild - führt zu einer geringfügigen Einschnürung der Probe. Der Bruch erfolgt jetzt. Duktiler Bruch im Bereich der Spritzhaut - Sprödbruch im Probeninnern.
Bei einer Auftreffgeschwindigkeit des Pendelhammers von 3,85 m/s treten Anfangsdehnungsgeschwindigkeiten von mehreren hunderttausend Prozent pro Minute auf. Wachstum der Fließzonen im Probeninneren.
Die Bildserie der Hochgeschwindigkeits-Drehspiegelkamera endet hier kurz vor dem Bruch.
Die gleiche Aufnahme noch einmal.
Und eine weitere Wiederholung. Die Zeitdauer des Verformungsablaufes, den die Bildserie wiedergibt, umfaßt jeweils 170 Mikrosekunden, also 170 mal 10^-6 Sekunden.
Bei gleichen Versuchsbedingungen sind kurz vor Bruchbeginn auch in die Spritzhaut Fließzonen eingedrungen. Starke Fließzonenkonzentration und geringe Lichtdurchlässigkeit im Gebiet des späteren Anrisses. Von hier ausgehend Rißbildung am unteren Probenrand in Bildmitte.
Wiederholung dieser Aufnahme. Vor der Rißspitze wandert eine Zone starker örtlicher Verformung durch die Probe hindurch.
Durch Auswertung der mit einer Frequenz von einer Million Bildern pro Sekunde aufgenommenen Einzelbilder konnte die maximale Bruchgeschwindigkeit mit etwa 970 m/s ermittelt werden.
Nochmalige Wiederholung.
Die Zeitdauer des Rißdurchlaufs durch die 10 mm breite Probe betrug 15 Mikrosekunden, also 15 mal 10^-6 Sekunden.
Äußerst geringe Dehngeschwindigkeiten lassen sich im Zeitstand-Zugversuch erzielen.
Wiederholung. Die Fließzone leitet den Bruch ein.
Wiederholung. - Nach dem Bruch zeigt das rechte Stabende eine leichte Einschnürung.
Nochmalige Wiederholung der Aufnahme.
Bei einer nur um 1,5 N/mm^2 verringerten konstanten Zugbelastung entsteht keine mikroskopische Fließzone. Nach einer langen Phase der Gleichmaßdehnung, die mit einer 8600fachen Zeitraffung aufgenommen wurde, wird die Zeitraffung auf 180fach verringert, um die folgenden Veränderungen (beginnend mit einer leichten Querschnittsverminderung) zeitlich besser aufzulösen. Im Gegensatz zu den bisherigen Belastungsfällen setzt nunmehr nach einer Laststandzeit von etwa 44 Stunden in der Probenmitte - nach Bildung von Scherbändern - eine deutliche Scherdehnung ein. Sie führt zur Bildung einer makroskopischen Fließzone, zu Normalspannungs-Anrissen und zum Bruch.
In dieser Teilwiederholung der Aufnahme nochmals die wichtigsten Phasen der inhomogenen Deformation: - Leichte Querschnittsverminderung - Scherbänder - Scherdehnung - laterales Wachstum der makroskopischen Fließzone - Normalspannungs-Anrisse - und duktiler Bruch.
Deformation
Zugbeanspruchung
Polystyrol
Bruchverhalten
Computeranimation
Computeranimation
Orientierung <Architektur>
Gleichmassdehnung
Dehngeschwindigkeit
Dehngeschwindigkeit
Polystyrol
Raumtemperatur
Deformation
Sprödbruch
Spritzgießen
Computeranimation
Dehngeschwindigkeit
Computeranimation
Dehngeschwindigkeit
Computeranimation
Dehngeschwindigkeit
Dehngeschwindigkeit
Bruch
Computeranimation
Deformationsverhalten
Bruch
Einschnürung
Sprödbruch
Computeranimation
Computeranimation
Bruch
Mikroskopie
Computeranimation
Rissbildung
Computeranimation
Rissspitze
Deformation
Computeranimation
Einzelbild
Computeranimation
Mikroskopie
Bruch
Zugspannung
Computeranimation
Dehngeschwindigkeit
Bruch
Computeranimation
Bruch
Einschnürung
Computeranimation
Computeranimation
Bruch
Bruch
Scherband
Zugspannung
Computeranimation
Bruch
Leichter
Scherband
Deformation
Computeranimation
Baustoffkunde
Stahlbetonbau
Computeranimation
Vorlesung/Konferenz

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Deformations- und Bruchverhalten von spritzgegossenem Standard-Polystyrol - Einfluß der Verformungsgeschwindigkeit bei Zugbeanspruchung
Alternativer Titel Craze-kinetics and Fracture Processes in Injection Moulded Standard polystyrene - Tensile Stress at Different Strain Rates
Autor Großkurth, Klaus Peter
Mitwirkende Günter Hummel (Redaktion und Schnitt)
Joseph Thienel, H. Schrader, Erwin Frixe (Kamera)
Lizenz CC-Namensnennung - keine kommerzielle Nutzung - keine Bearbeitung 3.0 Deutschland:
Sie dürfen das Werk bzw. den Inhalt in unveränderter Form zu jedem legalen und nicht-kommerziellen Zweck nutzen, vervielfältigen, verbreiten und öffentlich zugänglich machen, sofern Sie den Namen des Autors/Rechteinhabers in der von ihm festgelegten Weise nennen.
DOI 10.3203/IWF/C-1309
IWF-Signatur C 1309
Herausgeber IWF (Göttingen)
Erscheinungsjahr 1979
Sprache Deutsch
Produzent IWF
Produktionsjahr 1977

Technische Metadaten

IWF-Filmdaten Film, 16 mm, LT, 116 m ; SW, 10 1/2 min

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Technik
Abstract Kunststoffe werden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten belastet. Die verschiedenen Versagensmechanismen werden an spritzgegossenem Polystyrol mit zügiger, schlagartiger und konstanter Zugbeanspruchung demonstriert. Fließzonen, Sprödbruch, duktiler Bruch, Scherbänder, Scherdehnung, Normalspannungsanrisse. Zeitgleiche Aufnahmen, Zeitdehner- u. Zeitrafferaufnahmen.
Schlagwörter Polysterol / Zugbeanspruchung
Zugbeanspruchung / Kunststoff
Materialprüfung
Kunststoff / Zugbeanspruchung
Kunststoff / Bruchvorgang
Bruchvorgang / Kunststoff

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