Size effects of near plane-strain fracture parameters of polypropylene thin films with different molecular weight, tacticity and crystalline structure using the essential-work-of-fracture approach

01.10.2007 - 31.12.2011
Eigenprojekt
Das Konzept der Wahren Brucharbeit (EWF-Konzept) basiert auf der Annahme, dass im ebenen Spannungszustand (ESZ) die im Deformationsgebiet dissipierte totale Brucharbeit W in zwei Anteile aufgespalten werden kann, wobei die Komponente We der inneren (Kern-) Bruchprozesszone und die Komponente Wp der äußeren oder plastischen Zone zugeordnet ist. Die spezifische Brucharbeit w wird erhalten, indem W durch die Ligamentfläche B·l dividiert wird: w = EWF + ßwp·l (l - Ligamentlänge, ß - Formfaktor der plastischen Zone). Im Bereich des reinen ebenen Dehnungszustandes (EDZ) bzw. im EDZ/ESZ-Übergangsbereich wurde w = f(l) nur selten untersucht. Basierend auf der Tatsache, dass der eigentliche Bruchprozess in der inneren Zone stattfindet, hat der Ausdruck EWF, die Wahre Brucharbeit, die Bedeutung einer rissvorantreibenden Kraft ähnlich dem Widerstand gegen physikalische Rissinitiierung im J-Integral-Konzept. Die EWF wird experimentell durch Extrapolation von w als Funktion von l auf eine Ligamentlänge von Null ermittelt. Dafür werden mehrere Prüfkörper, die unterschiedliche Ligamentlängen aufweisen, sich aber sonst in allen anderen Belangen gleichen, mittels einer Universalprüfmaschine monoton beansprucht. bwp ist die "non-essential work of fracture" als ein Maß für den Widerstand gegen stabile Rissausbreitung. Zur Anwendung des EWF-Konzeptes müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein, was verbunden ist mit einer Überprüfung der gemessenen Kraft-Verschiebungs-Diagramme und der Prüfkörper: (i) Rissinitiierung nach Durchplastifizierung des Ligamentes, (ii) definierter Spannungszustand (zumeist ESZ, selten EDZ), (iii) Selbstähnlichkeit der Kraft-Verschiebungs-Diagramme. In der ersten Phase des Projektes werden solche Werkstoffe wie Polypropylen(PP)-Homopolymere favorisiert, die eine klare Trennung des Einflusses der molekularen Architektur, der kristallinen Struktur und des Molekulargewichtes sowie der Prüfkörpergeometrie (Dicke) auf das Bruchverhalten erlauben. Bisher liegen für PP-Werkstoffe in der Literatur nur sehr wenige Untersuchungen zu den EWF-Parametern in Abhängigkeit der kristallinen Struktur, des Molekulargewichtes und der Prüfkörperdicke vor. Jedoch wurde eine derartige Kombination von Einflussfaktoren wie im vorliegenden Projekt bisher noch nicht untersucht: (1) Kristalline Struktur: nicht-nukleiertes sowie beta- und alpha-nukleiertes isotaktisches PP-Homopolymer (Standard-Molekulargewicht): Das alpha-PP/beta-PP-Verhältnis wird durch kontrollierte thermische Behandlung variiert (monokline alpha-Phase, hexagonale beta-Phase, alpha/beta-Mischphase). Die smektische Phase wird durch Abschrecken erzeugt. Die reine smektische Phase wird weiterhin als Ausgangsmaterial für eine Wärmebehandlung bei unterschiedlichen Temperaturen eingesetzt um alpha-PP mit wenig geordneten Kristalliten zu erhalten. Die Sphärolithgröße und der Kristallinitätsgrad werden annährend konstant gehalten. (2) Variation der Taktizität des PP-Homopolymers mit dem Standard-Molekulargewicht (von isotaktischem PP zu syndiotaktischem PP). (3) Variation des PP-Homopolymer-Molekulargewichtes (PP mit Standard-Molekulargewicht und PP-Typen mit im Vergleich zum Standard-PP niedrigerem und höherem Molekulargewicht). (4) Variation der Foliendicke B (typischerweise einige zehn Mikrometer) von ein- oder doppelseitig gekerbten Zugprüfkörpern (SENT, DENT) mit eine Weite W ~10 mm und eine Einspannlänge von ~20 mm; die Ligamentlänge wird zwischen ~2 mm und ~8 mm variiert.

Personen

Projektleiter_in

Institut

Schlagwörter

DeutschEnglisch
Wahre BrucharbeitEssential work of fracture
Polypropylen-HomopolymerPolypropylene homopolymer
Kristalline StrukturCrystalline structure
TaktizitätTacticity
MolekulargewichtMolecular weight

Externe Partner_innen

  • Borealis Polyolefine GmbH, Linz