Rheologie an der Hochschule Reutlingen

Belastung ab welcher der Werkstoff bricht

Die Plastizität oder plastische Verformbarkeit beschreibt die Fähigkeit von Feststoffen, sich unter einer Krafteinwirkung nach Überschreiten einer Fließgrenze irreversibel zu verformen (zu fließen) und diese Form nach der Einwirkung beizubehalten

1. pressure flow

Der Druckfluss tritt auf, wenn sich die Flussfront aufgrund von Druckunterschieden bewegt. Flüssigkeiten fließen in einem System von einem hohen Druck zu einem niedrigeren Druck. Ein häufiges Beispiel hierfür ist der Wasserhahn. In der Kunststoffindustrie findet sich der Druckfluss in Spritzgussanwendungen. Das Polymer wird unter Verwendung eines Druckflusses in die Form gedrückt.

2. drag flow
Der Widerstandsfluss wird durch eine Oberfläche induziert, die über eine Flüssigkeit gezogen wird. Dies ähnelt einem Boot, bei dem während der Fahrt Wasser fließt. In der Extrusionsindustrie bewirkt die Rotation der Schnecke, dass das Polymer fließt, indem das Polymer entlang des Zylinders gezogen wird. 

3. open channel flow

Der Open-Channel-Fluss wird auf verschiedene Arten klassifiziert. Wenn die Zeit als Kriterium verwendet wird, wird die Strömung mit offenem Kanal in stetige und instationäre Strömungen eingeteilt. Wenn bei einem gegebenen Strömungsabschnitt die Strömungseigenschaften zeitlich konstant bleiben, spricht man von einer stetigen Strömung. Wenn sich die Strömungseigenschaften mit der Zeit ändern, wird die Strömung als instabil bezeichnet. Wenn der Raum als Kriterium verwendet wird, wird die Strömung als gleichmäßig bezeichnet, wenn die Strömungseigenschaften entlang des Kanals konstant bleiben. Ansonsten soll der Fluss ungleichmäßig sein. Eine ungleichmäßige Strömung kann weiter in allmählich variierende und schnell variierende Strömungen eingeteilt werden, abhängig davon, ob die Variationen entlang des Kanals allmählich oder schnell sind.

Streckgrenze

Die Streckgrenze Re (englisch yield strength σ y) ist ein Werkstoffkennwert und bezeichnet diejenige Spannung, bis zu der ein Werkstoff bei einachsiger und momentenfreier Zugbeanspruchung keine dauerhafte plastische Verformung zeigt

Die Streckspannung ist nach EN ISO 527-1 (Bestimmung der Zugeigenschaften bei Kunststoffen) im Spannungs-Dehnungs-Diagramm der erste Spannungswert, bei dem ein Zuwachs der Dehnung ohne Steigerung der Spannung ( ∂ σ / ∂ ϵ = 0 )auftritt. Im Allgemeinen wird sie in Megapascal (MPa) angegeben und kann kleiner als die maximale Spannung beim Bruch der Probe sein.

Verformung ist proportional zur Beanspruchung

Beim ideal-elastisches Materialverhalten wird angenommen, dass das Hookesche Gesetz immer gilt. Dabei ist es egal, wie groß die Spannung wird. Spannung und Dehnung stehen immer in einem linearen Zusammenhang

Während die Viskosität von newtonschen Stoffsystemen unabhängig von der Scherrate und damit bei gleichbleibender Temperatur konstant über den Rohrquerschnitt ist, nimmt sie bei beispielsweise scherverflüssigenden Substanzen im Bereich hoher Scherbeanspruchung, also nahe der Kapillarwand, ab. Daher ergibt sich bei der Bestimmung von Viskosität und Fließverhalten nicht-newtonscher Stoffsysteme mit der Hagen-Poiseulleschen Gleichung) nur eine scheinbare Viskosität. Die wahre Viskosität variiert über den Rohrquerschnitt. Nur bei newtonschen Fluiden sind wahre und scheinbare Größen identisch. In allen anderen Fällen kann zunächst nur die wahre Viskosität an der Wand bestimmt werden. Dazu wird die Schubspannung ermittelt, die über den Querschnitt variiert.

Haftbedingung, Terminus aus der Strömungsmechanik, speziell aus dem Gebiet der Umströmung von Körpern. Umströmt eine Flüssigkeit einen festen Körper, so wird die Strömung durch die Reibung zwischen festem Körper und Flüssigkeit beeinflußt sein. Zur Bestimmung des Strömungsfeldes, d.h. zur Lösung der Navier-Stokes-Gleichung muß eine Bedingung für den Rand der Flüssigkeit, das heißt für Flüssigkeitsteilchen, die direkt mit dem Körper in Kontakt stehen, angegeben werden. Die Haftbedingung besagt, daß diese Flüssigkeitsteilchen an der Körperwand ruhen, also genau die gleiche Geschwindigkeit aufweisen wie der Körper. Dies bedeutet, daß für die Strömung um den Körper nicht die Reibung zwischen Körper und Flüssigkeit maßgeblich ist, sondern nur die Reibung innerhalb der Flüssigkeit. Bei der Haftbedingung handelt es sich um eine Erfahrungstatsache, die nur so lange Gültigkeit hat, wie die Flüssigkeit als Kontinuum (Kontinuumsmechanik) betrachtet werden darf. Sie ist die Ursache für die Ausbildung der Prandtlschen Grenzschicht.

swell = Quellung

Die Quellung ist ein häufiges Phänomen bei der Polymerextrusion. Wenn eine viskoelastische Flüssigkeit aus einer Düse fließt, ist der Extrudatdurchmesser normalerweise größer als die Kanalgröße. Dies wird als Die-Swell, Extrudate-Swell oder Barus-Effekt bezeichnet. Der Grad der Extrudatquellung wird üblicherweise durch das Düsenquellverhältnis (B) des Extrudatdurchmessers gegenüber dem Düsendurchmesser ausgedrückt. Ein besseres Verständnis eines solchen Fließverhaltens ist für die Optimierung der Verarbeitungsparameter und das Design der Extrusionsanlagen von Vorteil, die sich beide auf die Produktqualität und die Produktionskosten auswirken.

Der komplexe Aufbau einer Polymerschmelze aus sich durchdringenden, verknäulten Makromolekülen führt zu komplexen dynamischen Eigenschaften. Die gegenseitige Durchdringung behindert drastisch die Diffusion der Moleküle. Polymerschmelzen sind deshalb sehr viskos. Die Verhakungen und Verschlaufungen der sich durchdringenden Knäuel wirken auf kurzen Zeitskalen ähnlich wie Vernetzungspunkte in einem Elastomer, weshalb eine Polymerschmelze auf eine schnelle Deformation hin kurzfristig ähnlich wie Gummi elastisch reagiert. Eine Polymerschmelze ist kein Newtonsches Fluid: Bei zunehmender Scherrate ist in vielen Fällen eine Abnahme der Viskosität zu beobachten ("Scherverdünnung"): Dies lässt sich auf eine Streckung der Polymerknäuel in Strömungsrichtung und eine abnehmende Dichte von Verhakungen mit Nachbarketten zurückführen

Bei einem Kriechexperiment zeigt sich das viskoelastische Verhalten vieler                 Polymere. Eine sprunghaft angelegte Spannnung wird durch den Beitrag der Viskosität                 gedämpft und führt dazu, dass sich eine Dehnung langsam einstellt. Nach Aufgabe                 einer definierten Kraft wird die resultierende Deformation als Funktion von Zeit und                 Temperatur betrachtet