ComBaSIC: Computergestützte Erkennung von dehnungsinduzierter Kristallinität

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mikhail Itskov
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500476685

Die dehnungsinduzierte Kristallisation stellt eine Art des Phasenübergangs bei Naturkautschuken dar, bei dem sich amorphe Polymermoleküle im Zuge der Dehnung in perfekt geordnete Strukturen (Kristallite) umwandeln. Dehnungsinduzierte Kristallite sollen eine wichtige Rolle bei der Elastomerverstärkung und der Risswachstumsbeständigkeit in Naturkautschuken spielen. Um die dehnungsinduzierte Kristallisation in Naturkautschuk gründlich zu verstehen, sind herkömmliche mechanische Messungen unzureichend, da sie nur eine makroskopische Beziehung zwischen Spannung und Dehnung liefern. Die dehnungsinduzierte Kristallisation wird gewöhnlich mit der Röntgendiffraktion untersucht, die für die meisten Forschungslabore kaum zugänglich sind. Da die dehnungsinduzierte Kristallisation andererseits stark exotherm ist, ist auch die Synchrotron-Röntgendiffraktometrie unzureichend, um die Thermodynamik von dehnungsinduzierten Kristalliten zu untersuchen. In diesem Projekt wird ein rechnergestütztes thermodynamisches Rahmenwerk in Verbindung mit der auf der Infrarot-Thermographie basierenden quantitativen Oberflächenkalorimetrie vorgeschlagen und angewandt, um die dehnungsinduzierte Kristallinität in gefüllten Naturkautschuken unter mehrachsigen Deformationen nachzuweisen. Während mikro-strukturelle Informationen (z.B. Kristallorientierung und -verteilung) sowie die Thermodynamik der dehnungsinduzierten Kristallisation über diesen Kopplungsansatz noch zugänglich sind, ist er der Röntgendiffraktion überlegen, da (1) keine Synchrotronstrahlungsanlage mit großem Budget benötigt wird und (2) für ein klassisches mechanisches Labor anwendbar ist. Somit wird der vorgeschlagene Ansatz neue Einblicke in die dehnungsinduzierte Kristallisation unter realistischen mehrachsigen Dehnungszuständen liefern und die praktische Anwendung dieses Phänomens in Gummiteilen, insbesondere zur Festigkeitssteigerung, ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Polen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jean-Benoit Le Cam; Professor Dr.-Ing. Roger A. Sauer