Experimentelle Untersuchung und Modellierung der dehnungsinduzierten Kristallisation in Naturkautschuk unter verschiedenen Alterungsbedingungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Lion
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530005320

Die dehnungsinduzierte Kristallisation (SIC) in Naturkautschuk (NR) gilt als Hauptursache für seine herausragenden Eigenschaften wie Selbstverstärkung und hohe Reißfestigkeit, insbesondere wenn NR durch Füllstoffe aus Nanopartikeln weiter versteift wird. Aus diesem Grund wird NR häufig in Fahrzeugreifen, Schwingungsisolatoren, Rohren und Motorlagern verwendet. Bei diesem grundlegenden Projekt geht es nicht um die Untersuchung, Modellierung und Simulation von Teilen oder Strukturen, sondern von Materialeigenschaften. Da SIC die Geschwindigkeit der Rissausbreitung verringert, dienen die oben genannten Anwendungen nur als Motivation für das Projekt. Das interdisziplinäre SICX-Projekt hat folgende Ziele: (1) weitere Untersuchungen der Kinetik von SIC auf verschiedenen Skalen; (2) Entwicklung eines physikalisch basierten dreidimensionalen Modells für das Materialverhalten von NR unter SIC, das bei großen Dehnungen für verschiedene thermomechanische Pfade robust wäre; (3) Verständnis und Modellierung der Auswirkungen von Umweltbedingungen auf die Punkte (1) und (2). Das Endziel der fortgeschrittenen Materialwissenschaft ist die Modellierung technischer Materialien unter realen Betriebsbedingungen auf der Grundlage korrekt identifizierter physikalischer Mechanismen. Dieses Projekt ist der erste Schritt auf dem Weg zu einer Anwendung in einer dreidimensionalen Finite-Elemente-Software. Damit können in Zukunft reale Teile und Systeme modelliert werden, um ihr Verhalten unter realistischen Belastungsbedingungen vorherzusagen. Umweltbedingungen führen in der Regel zu einer Degradation von Elastomeren. Neben der thermischen und thermo-oxidativen Alterung gibt es die Ermüdung durch zyklische Verformungen oder die Alterung durch Einwirkung von Lösungsmitteln und ultravioletter Bestrahlung. Alle Aspekte sind für praktische Anwendungen von enormer Bedeutung, können aber in diesem Projekt nicht alle erforscht werden. Daher konzentriert sich das SICX-Projekt nur auf eine begrenzte Anzahl von Umweltbedingungen und deren Wechselwirkungen mit dem SIC von NR; mit den folgenden drei Zielen: 1) Identifizierung der mit SIC verbundenen physikalischen Mechanismen, die noch nicht vollständig untersucht wurden oder in der wissenschaftlichen Gemeinschaft teilweise noch umstritten sind. 2) Quantifizierung der Auswirkungen der wichtigsten Umweltbedingungen auf SIC. 3) Sammlung physikalisch basierter mikro- und makroskopischer experimenteller Daten, die für die kontinuumsmechanische Modellierung des Verhaltens von Elastomeren, die SIC unter realen Betriebsbedingungen aufweisen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Paul Sotta