Abstract
In der realen Anwendung von Werkstoffen werden diese einer Vielzahl an Umgebungseinflüssen, unteren anderem verschiedenen Temperaturen oder Umgebungsmedien, ausgesetzt. Diese können, je nach Beschaffenheit des Polymers, die Eigenschaften des Materials erheblich verändern. Aus diesem Grund ist es von hohem Interesse, Materialdaten unter möglichst realitätsnahen Bedingungen zu ermitteln. Zu diesem Zweck wurden zwei unterschiedliche Polymertypen hinsichtlich ihres Verhaltens unter realen Umgebungsbedingungen untersucht. Im ersten Teil wurde die Spannungsrissbeständigkeit von schlagzähmodifiziertem Polystyrol analysiert. Dazu wurden zwei Polystyrol-Typen, die sich in der Größe der Kautschukpartikel unterscheiden, sowohl statischen als auch zyklischen Belastungen ausgesetzt. Die Messungen wurden jeweils an Luft und in Sonnenblumenöl durchgeführt. Bei statischer Beanspruchung an Luft führten kleinere Kautschukpartikel zu einem deutlich höheren Widerstand gegen Risswachstum. Im Öl zeigte sich, dass mit zunehmender Größe der Kautschukpartikel die Spannungsrissbeständigkeit steigt. Die Detektion der Rissspitze bei Prüfungen in Öl erwies sich messtechnisch als sehr schwierig. Hier liegt noch Verbesserungspotential für zukünftige Untersuchungen. Bei den zyklischen „cracked round bar“ Tests erwiesen sich die größeren Partikel an Luft und auch im Öl als deutlich effektiver. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde ein thermoplastisches Polycarbonat-Polyurethan Copolymer untersucht, welches in Zukunft als Knochen- oder Gewebeersatz mittels additiver Fertigung verwendet werden könnte. Auch hier wurden zwei verschiedene Typen untersucht, die sich in ihrem Verhältnis von Hart-zu-Weichsegmenten unterscheiden. Um das Materialverhalten im Anwendungszustand zu simulieren, wurden die Materialien bei erhöhten Temperaturen, umgeben von einer simulierten Körperflüssigkeit, geprüft. Zur Analyse des Medieneinflusses wurden Auslagerungsstudien, Zugversuche und Wöhlerversuche durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die Absorption von körperähnlichen Flüssigkeiten zu einer Abnahme der Steifigkeit und Zugfestigkeit sowie zu einer Zunahme der Bruchdehnung führt. Ähnliche Auswirkungen konnten für das Material mit einem geringeren Anteil an Hartsegmenten durch die erhöhte Temperatur beobachtet werden. Für das Material mit dem höheren Hartsegmentanteil nahm die Zugfestigkeit und Bruchdehnung bei erhöhter Temperatur zu. Die Wöhlerversuche zeigten, dass sich mit zunehmender absorbierter Flüssigkeitsmenge das Ermüdungsverhalten beträchtlich verschlechtert. Die Zeitfestigkeit der vollständig gesättigten Prüfkörper zeigt eine Parallelverschiebung gegenüber jener der unbehandelten Proben zu 20 % niedrigeren Spannungswerten auf. Bereits eine Aufnahme von rund 20 % der maximal möglichen Aufnahmemenge an simulierter Körperflüssigkeit bewirkt dieselbe Abnahme der ertragbaren Spannungen.
Titel in Übersetzung | Umgebungsbedingte Spannungsrissbildung von hochschlagfestem Polystyrol und Polycarbonat-Polyurethan in anwendungsorientierten Medien |
---|---|
Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dipl.-Ing. |
Gradverleihende Hochschule |
|
Betreuer/-in / Berater/-in |
|
Datum der Bewilligung | 1 Juli 2022 |
DOIs | |
Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2022 |
Bibliographische Notiz
gesperrt bis 06-06-2023Schlagwörter
- Umgebungsbedingte Spannungsrissbildung
- hochschlagfestes Polystyrol
- Polycarbonat
- Polyurethan
- Langzeit Eigenschaften
- Bruchmechanik
- Wöhlerversuche