Thermische Effekte bei mechanischer Deformation, insbesondere von Hochpolymeren

Zusammenfassung

Mechanische Deformationen von Festkörpern sind von Wäreeffekten begleitet. Die meßtechnische Erfassung dieser Deformationswärmen, die teilweise reversible, teilweise irreversible Effekte darstellen, erlaubt es, weitergehende Einblicke in die Energieumsetzung zu gewinnen.

Zur Untersuchung dieser Wärmetönungen wurde ein empfindliches Gaskalorimeter entwickelt, das die Registrierung der Wärmeströme als Funktion der Zeit erlaubt. Aus der Planimetrierung der Wärmestromkurven sowie der gleichzeitig registrierten Zugkraftdehnungsdiagramme lassen sich die zur Aufstellung von Energiebilanzen benötigten Wärme- und Arbeitsbeträge gewinnen.

Rein elastische Deformation von Metallen, festen Hochpolymeren und gummielastischen Stoffen gibt reversible Wärmeeffekte in Übereinstimmung mit dem thermodynamischen Zusammenhang zur Wärmeausdehnung.

Bei Kautschuk ist die Dehnungskristallisation bei großen Verstreckungen quantitativ erfaßbar, Polyisobutylen läßt die Abhängigkeit der Verformung von der Vorbehandlung erkennen. Viskoelastische Substanzen zeigen bei periodischer Beanspruchung die ihrem Relaxationsverhalten entsprechenden mechanischen Verluste, plastisch-elastische Substanzen den entsprechend hohen irreversiblen Anteil bei der Verformung.

Plastische Deformation ist fast immer mit einer Erhöhung der Inneren Energie verbunden, die im Fall der Metalle mit der Verfestigungsenergie beim Verformen zusammenhängt. Im Falle der Hochpolymeren veranlaßt die festgestellte Erhöhung der Inneren Energie bei Kaltverstreckung weitere Überlegungen über die Veränderungen der Struktur des Materials während der Verformung.