Das vorliegende Forschungsvorhaben betrachtet den Einfluss der physikalischen Alterung auf das Langzeit-Kriechverhalten von Thermoplasten. Der Fokus der Untersuchungen lag auf der Entwicklung eines pragmatischen Konzepts zur Abschätzung unbekannter Alterungsbedingungen, welche anschließend zur Verbesserung der Vorhersage des Kriechverhaltens angewendet werden. Das pragmatischere Konzept, welches im Rahmen des Forschungsvorhabens verfolgt wurde, setzt auf der Effective Time Theory (ETT) von Struik auf. Allerdings wurden die dafür notwendigen Eingangsparameter, der Alterungszustand zum Beginn des Kriechversuchs (Voralterungszeit) und die Alterungsgeschwindigkeit während des Versuchs (Alterungsrate), nicht mit großem experimentellen Aufwand ermittelt. Vielmehr wurden dafür Schätzwerte herangezogen, dessen Ableitung auf einfach und schnell zu ermittelnden Materialeigenschaften wie E-Modul und Übergangstemperaturen basiert. Durch die Berücksichtigung der physikalischen Alterung konnte eine Verbesserung der Prognosegüte um z. T. einen Faktor 2 erreicht werden.
Besonders hervorzuheben ist die Entwicklung eines neuen Kriechmodells, welches den Potenzansatz nach Findley und die Effective Time Theory (ETT) kombiniert, um physikalisch alterungsbehaftete Langzeit-Kriechdaten besser modellieren zu können. Damit können Alterungszeit und Alterungsrate auch direkt aus gemessenen Kriechdaten durch Kurvenanpassung ermittelt werden. Das entwickelte Konzept ist auch auf teilkristalline Thermoplaste anwendbar. Das Kriechmodell wurde am Beispiel von Langzeitdaten für ein Polyamid (PA12) validiert.
Das Ziel des Forschungsvorhabens, die zeitraffende Vorhersage des Langzeit-Kriechverhaltens ohne großen zusätzlichen Prüfaufwand oder Mehrkosten noch genauer zu gestalten, wurde somit erreicht.
Aktualisiert: 2021-08-12
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Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines innovativen Prüf- und Auswertekonzepts zur beschleunigten Ermittlung von isochronen Spannungs-Dehnungs-Diagrammen mit einem Fokus auf die Optimierung hinsichtlich von drei Faktoren: Zeitbedarf, Prüfaufwand und Gesamtkosten. Dazu wurden zwei Ansätze verfolgt: weniger Prüfungen und schnellere Prüfungen.
Dank der Übertragung des sog. Drei-Parameter Ansatzes nach Schmachtenberg (ursprünglich für quasistatische Spannungs-Dehnungskurven) auf die Beschreibung von isochronen Spannungs-Dehnungskurven konnte die Anzahl der notwendigen Langzeit-Versuche bei gleichbleibender, hoher Genauigkeit deutlich gesenkt werden. Zudem wurden Zeit-Temperatur- und Zeit-Spannung-Superpositionsprinzip kombiniert, um mit einer überschaubaren Anzahl an zusätzlichen Kurzzeit-Kriechversuchen das ermittelte isochrone Spannungs-Dehnungs-Diagramm auf weitere Temperaturen zu verschieben. Damit werden Prüfaufwand und Zeitbedarf stark reduziert, da viele lange Kriechversuche (je ≥ 1.000 h) entfallen.
Darüber hinaus wurde die Eignung von neuen, innovativen zeitraffenden Prüfmethoden - die Stepped Isothermal Method (SIM) und insb. die Stepped Isostress Method (SSM) - zur beschleunigten Ermittlung von Langzeit-Kriechmasterkurven untersucht. Das Konzept wurde an einem unverstärkten Polyoxymethylen (POM) durch Vergleich mit Langzeit-Referenzdaten validiert und die Übertragbarkeit auf weitere Materialien am Beispiel von zwei faserverstärkten Thermoplasten (PBT-GF30 und PA-GF50) überprüft.
Beide Ansätze wurden kombiniert, um eine gewaltige Reduzierung von Zeitbedarf, Prüfaufwand und natürlich Gesamtkosten bei gleichzeitig hoher Genauigkeit zu erzielen. Diese Erkenntnisse können direkt, ohne zusätzliche Investitionen, eingesetzt werden.
Aktualisiert: 2021-08-12
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