Charakterisierung des Deformations- und Versageverhaltens von Elastomeren unter querdehnungsbehinderter Zugbelastung

Kompressibel oder inkompressibel – Wie verhalten sich Elastomere
unter Zugbelastung? Ist Kavitation ein elementarer Schädigungsprozess
in Elastomeren?
Diese Arbeit bietet einen Beitrag zum besseren Verständnis des
Deformations- und Versagensverhaltens von Elastomeren unter
extremen Belastungsbedingungen. Die Ergebnisse aus anspruchsvollen
experimentellen Untersuchungen, wie Dilatometrie,
Röntgen-Mikrotomographie und Röntgen-Kleinwinkelstreuung,
zeigen, dass infolge querdehnungsbehinderter Zugbelastung in
Elastomeren das Schädigungsphänomen „Kavitation“ beobachtet
werden kann. Ursächlich hierfür ist eine durch geometrische
Zwangsbedingungen hervorgerufene Spannungsmehrachsigkeit.
Dabei bewirkt die Dominanz der volumetrischen gegenüber der
isochoren Spannungskomponente ein kompressibles Deformationsverhalten,
welches durch eine Volumenzunahme infolge von
Kavitation geprägt ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurden werkstoffliche
Faktoren, wie Netzwerkeigenschaften und Füllstoffanteil, sowie
die Ausprägung geometrischer Zwänge variiert, um deren Einfluss
auf Beginn und Verlauf der Kavitation zu analysieren. Eine wichtige
Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass Kavitation auch bei ungefüllten
Elastomeren auftritt und dass dieser Schädigungsprozess keinesfalls
ausschließlich auf ein Versagen zwischen weicher Matrix und steifen
Füllstoffpartikeln zurückgeführt werden kann. Basierend auf den
experimentellen Ergebnissen konnte für Elastomere mit und ohne
Füllstoff der Beginn der Kavitation präzise bestimmt und verallgemeinerbare
Rückschlüsse auf Kavitationskriterien gezogen werden.
Dabei wurden sowohl spannungs- als auch energiebasierte Ansätze
kritisch diskutiert.