Die allgegenwärtige Verwendung von Polymeren in technischen Applikationen unter Umwelteinfluss (z.B. in der Luftfahrt oder im Fahrzeugbau) und die durch diese Umwelteinflüsse (insbesondere Luftfeuchte und Temperatur) hervorgerufene Änderung der Materialeigenschaften motiviert den Inhalt dieser Arbeit, die thermomechanische Beschreibung der Fluiddiffusion in Polymeren. Mit Hilfe von Messungen an einem Beispielmaterial wurde ein Gefühl für die Abhängigkeiten von mechanischen, thermischen und fluidbedingten Belastungen in polymeren Materialien geschaffen. Als zur Untersuchung geeignetes Material wurde Polyamid 6 auf Grund seiner stark ausgeprägten Hygroskopie, des Glasübergangs in Raumtemperatur-Nähe und der leichten Verfügbarkeit bzw. seines verbreiteten industriellen Einsatzes identifiziert. Durch dynamische uniaxiale Zug- und Scherversuche bei unterschiedlichen Temperaturen und Wassergehalten wurden die dadurch bedingten Änderungen der mechanischen Eigenschaften erfasst. Die wechselseitige Beeinflussung von Temperatur und Wassermenge im Material wurde durch gravimetrische, kalorimetrische und thermo-mechanische Messungen bestimmt. So wurde die Massenzunahme bei unterschiedlichen Temperaturen und umgebenden Luftfeuchten gemessen sowie die Wärmeausdehnung und die Wärmekapazität für Proben mit verschiedenen Sättigungsgraden (an Wasser) ermittelt. Herausragendes Merkmal aller Messungen war die starke Abhängigkeit des Glasübergangs von der im Material vorhandenen Wasserkonzentration. Basierend auf den zu Beginn der Arbeit eingeführten Grundlagen wurde gemäß der Maxime vom Abstrakten bzw. Allgemeinen zum Konkreten ein Materialmodell aus einer durch die Thermodynamik bereitgestellten theoretischen Basis entwickelt, das aussagekräftig genug ist, die in den Messungen erkannten charakteristischen Phänomene zu reproduzieren und darüber hinaus nicht gemessene Phänomene vorherzusagen. Der allgemeinste Fall, ein Modell für große Deformationen, wurde hergeleitet und dessen Realisierbarkeit skizziert. Mangels Notwendigkeit wurde dieses Modell nicht weiter verfolgt, sondern ein Modell für kleine Deformationen, basierend auf einer Reihenentwicklung der Gibbs-Energie und in Übereinstimmung mit den Hauptsätzen der Thermodynamik, realisiert. Beginnend mit dem allgemeinen Fall eines anisotropen Mediums wurden bis hinunter zum speziellen Fall eines isotropen Mediums alle zur Beschreibung des Materialverhaltens relevanten Gleichungen abgeleitet und deren asymptotisches Verhalten analysiert und mit den Messungen verglichen. Dabei wurde aufgezeigt, an welcher Stelle welche Terme der Reihenentwicklung entscheidend sind. Die aus dem Modellierungsabschnitt stammenden Gleichungssysteme wurden zuerst für den eindimensionalen Fall implementiert und anschließend dazu genutzt, die freien Parameter des Modells durch Abgleich mit den erfolgten Messungen zu bestimmen. Dabei wurde die Mächtigkeit des Modells hinsichtlich der qualitativen und in den meisten Fällen sehr guten quantitativen Beschreibung der unterschiedlichen Eigenschaften von Polyamid 6 deutlich. Abschließend wurden Beispielrechnungen mit einem dreidimensionalen Modell durchgeführt, um die gegenseitigen Effekte der unterschiedlichen Einflüsse (Spannungen/Dehnungen, Temperatur, Wassergehalt) zu demonstrieren.    «

Die allgegenwärtige Verwendung von Polymeren in technischen Applikationen unter Umwelteinfluss (z.B. in der Luftfahrt oder im Fahrzeugbau) und die durch diese Umwelteinflüsse (insbesondere Luftfeuchte und Temperatur) hervorgerufene Änderung der Materialeigenschaften motiviert den Inhalt dieser Arbeit, die thermomechanische Beschreibung der Fluiddiffusion in Polymeren. Mit Hilfe von Messungen an einem Beispielmaterial wurde ein Gefühl für die Abhängigkeiten von mechanischen, thermischen und fluid...    »