Arbeitsbereich Polymere

Polymere

Polymere spielen in immer mehr technischen Bereichen eine zentrale Rolle, da sie sehr vielseitige Eigenschaften besitzen, die in weiten Bereichen einstellbar sind, und außerdem preiswert sind. Da Polymere im Vergleich zu Metallen geringe Steifigkeiten besitzen, treten bei Belastungen oft große Deformationen auf. Die Ermittlung einzelner Kennzahlen zur Beschreibung des Verhaltens, wie etwa des Elastizitätsmoduls, reichen dann nicht aus. Vielmehr bedarf es bei der Modellierung der Bestimmung von mehreren Parametern zur Anpassung von nichtlinearen Funktionen zur Beschreibung des Deformationsverhaltens. Darüber hinaus weisen die meisten Polymere ein ratenabhängiges Verhalten auf, die Kraftantwort hängt also nicht nur von der aktuellen Deformation, sondern auch von der Geschwindigkeit, mit der die Deformation aufgebracht wurde, ab. Dies führt zu einem deutlich erhöhten Aufwand bei der experimentellen Charakterisierung der Eigenschaften von Polymeren.

Die Arbeiten am Lehrstuhl für Angewandte Mechanik befassen sich über die Charakterisierung und Modellierung der mechanischen Eigenschaften von Polymeren hinaus auch mit Alterungsphänomenen. Bauteile aus Polymeren verändern während ihres Lebenszyklus ihre Eigenschaften. Die entsprechenden Effekte hängen von der Temperatur, den Umgebungsmedien und der Belastung ab. Ursache ist die Veränderung der molekularen Wechselwirkungen z.B. durch die Eindiffusion von Wasser oder Sauerstoff oder die Strukturveränderung durch UV-Bestrahlung. Um eine Überdimensionierung von Bauteilen aus Polymerwerkstoffen zu vermeiden, müssen Alterungseffekte quantifiziert werden. Neben Untersuchungen zu den Eigenschaftsveränderungen muss auch das Diffusionsverhalten von den Stoffen charakterisiert und modelliert werden, die für diese Änderungen im Inneren der Polymerbauteile verantwortlich sind. Der numerischen Umsetzung der entsprechenden gekoppelten Modelle, die das Wechselspiel zwischen Diffusion und Mechanik beschreiben, kommt dabei eine entscheidende Rolle zu.