Skip to main content
Erschienen in:
Buchtitelbild

2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

1. Time-Dependent Fracture Behaviour of Polymers at Impact and Quasi-Static Loading Conditions

verfasst von : R. Lach, W. Grellmann

Erschienen in: Deformation and Fracture Behaviour of Polymer Materials

Verlag: Springer International Publishing

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Based on the crack resistance (R) concept of elastic fracture mechanics the crack propagation kinetics at impact and quasi-static loading conditions was analysed both from the experimental and analytical point of view. For blends composed of polyurethane (TPU) and an acrylonitrile–butadiene–styrene copolymer (ABS), it has been shown that the stop block method in multiple-specimens technique is the most suitable method for determining R-curves at impact loading conditions. As shown for a couple of thermoplastic materials such as polypropylene(PP)/ethylene–propylene rubber (EPR)/polyethylene(PE) copolymers, short-glass fibre-reinforced PP, binary blends of polystyrene(PS)–polybutadiene(PB) block copolymers and PP/EPR blends, the crack-tip-opening displacement (CTOD) rate (limit value) relates exclusively to the deformations that occur in the matrix or the major phase, not, however, to those that occur inside the particles or the minor phase, or near interfaces. That means that the CTOD rate is not affected by the glass fibre fraction or the particle distance. Furthermore the CTOD rate is not influenced by the temperature (polycarbonate) and proportional to the loading speed (PP materials). For most of the polymers investigated, such as PC (> 40 °C), PP/EPR/PE, PP, PP/glass fibre composites, PE, ABS, TPU/ABS blends and SB block copolymer blends, a 3-phase process the crack propagation kinetics could be found, with the CTOD rate as a function of the stable crack growth (or of time) quickly converging against a limit value. Here, this stationary crack propagation (Phase III) is preceded by crack-tip blunting/crack initiation (Phase I) and non-stationary stable crack growth (Phase II).

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Horst, T., Heinrich, G.: Modellierung der Rissausbreitung in verstärkten polymeren Werkstoffen. In: Proceedings Polymerwerkstoffe 2004 (Halle, 29.09.–01.10.2004). Halle (2004), PII-45 Horst, T., Heinrich, G.: Modellierung der Rissausbreitung in verstärkten polymeren Werkstoffen. In: Proceedings Polymerwerkstoffe 2004 (Halle, 29.09.–01.10.2004). Halle (2004), PII-45
2.
Zurück zum Zitat Lach, R., Seidler, S., Grellmann, W.: Resistance against the intrinsic rate of fracture mechanics parameters for polymeric materials under moderate impact loading. Mech. Time-Depend. Mater. 9, 103–119 (2005)CrossRef Lach, R., Seidler, S., Grellmann, W.: Resistance against the intrinsic rate of fracture mechanics parameters for polymeric materials under moderate impact loading. Mech. Time-Depend. Mater. 9, 103–119 (2005)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Grellmann, W., Seidler, S. (eds.): Deformation and Fracture Behaviour of Polymers. Springer, Berlin (2001) Grellmann, W., Seidler, S. (eds.): Deformation and Fracture Behaviour of Polymers. Springer, Berlin (2001)
4.
Zurück zum Zitat Lach, R., Adhikari, R., Weidisch, R., Huy, T.A., Michler, G.H., Grellmann, W., Knoll, K.: Fracture toughness behavior of binary styrene–butadiene block copolymer blends. J. Mater. Sci. 39, 1283–1295 (2004)CrossRef Lach, R., Adhikari, R., Weidisch, R., Huy, T.A., Michler, G.H., Grellmann, W., Knoll, K.: Fracture toughness behavior of binary styrene–butadiene block copolymer blends. J. Mater. Sci. 39, 1283–1295 (2004)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Kotter, I.: Morphologie-Zähigkeits-Korrelationen von EPR-modifizierten Polypropylen-werk stoffen. Mensch & Buch Verlag, Berlin (2003) Kotter, I.: Morphologie-Zähigkeits-Korrelationen von EPR-modifizierten Polypropylen-werk stoffen. Mensch & Buch Verlag, Berlin (2003)
6.
Zurück zum Zitat Zhurkov, S.N.: Kinetic concept of the strength of solids. Int. J. Fract. Mech. 1, 311–323 (1965) Zhurkov, S.N.: Kinetic concept of the strength of solids. Int. J. Fract. Mech. 1, 311–323 (1965)
7.
Zurück zum Zitat Hertling, J.: Ausbreitungsgeschwindigkeit von instabilen Rissen in Polymeren bei tiefen Temperaturen. Wissenschaftliche Berichte des Forschungszentrums Karlsruhe (Technik und Umwelt) FZKA 6326 (Ph.D. Thesis, Universität TH Karlsruhe), Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe (1999) Hertling, J.: Ausbreitungsgeschwindigkeit von instabilen Rissen in Polymeren bei tiefen Temperaturen. Wissenschaftliche Berichte des Forschungszentrums Karlsruhe (Technik und Umwelt) FZKA 6326 (Ph.D. Thesis, Universität TH Karlsruhe), Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe (1999)
8.
Zurück zum Zitat Döll, W., Seidelmann, U., Könczöl, L.: On the validity of the Dugdale model for craze zones at crack tips in PMMA. J. Mater. Sci. 15, 2389–2394 (1980). Marshall, G.P., Culver, L.E., Williams, J.G.: Crack and craze propagation in polymers: a fracture mechanics approach. I. Crack growth in polymethyl methacrylate in air. Plast. Polym. 37, 75–80 (1969) Döll, W., Seidelmann, U., Könczöl, L.: On the validity of the Dugdale model for craze zones at crack tips in PMMA. J. Mater. Sci. 15, 2389–2394 (1980). Marshall, G.P., Culver, L.E., Williams, J.G.: Crack and craze propagation in polymers: a fracture mechanics approach. I. Crack growth in polymethyl methacrylate in air. Plast. Polym. 37, 75–80 (1969)
9.
Zurück zum Zitat Kerkhof, F.: Wave fractography. In: Sik, G.C., Wie, R.P., Erdogan, F. (eds.) Linear Fracture Mechanics. Euro Publisher Company Inc. (1976), pp. 303–321 Kerkhof, F.: Wave fractography. In: Sik, G.C., Wie, R.P., Erdogan, F. (eds.) Linear Fracture Mechanics. Euro Publisher Company Inc. (1976), pp. 303–321
10.
Zurück zum Zitat Dear, J.P.: Comparison of fast fracture properties of thermoplastics. Polym. Eng. Sci. 36, 1210–1216 (1996)CrossRef Dear, J.P.: Comparison of fast fracture properties of thermoplastics. Polym. Eng. Sci. 36, 1210–1216 (1996)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Anderson, T.L.: Fracture Mechanics. Fundamentals and Applications. 2nd ed., CRC Press, Boca Raton (1995) Anderson, T.L.: Fracture Mechanics. Fundamentals and Applications. 2nd ed., CRC Press, Boca Raton (1995)
12.
Zurück zum Zitat Rice, J.R., Drugan, W.J., Sham, T.-L.: Elastic-plastic analysis of growing cracks. In: Proceedings of the 12th National Symposium on Fracture Mechanics (St. Louis, 21.–23.05.1979), pp. 189–221, ASTM Special Technical Publications 700 (1980) Rice, J.R., Drugan, W.J., Sham, T.-L.: Elastic-plastic analysis of growing cracks. In: Proceedings of the 12th National Symposium on Fracture Mechanics (St. Louis, 21.–23.05.1979), pp. 189–221, ASTM Special Technical Publications 700 (1980)
13.
Zurück zum Zitat Rice, J.R., Sorensen, E.P.: Continuing crack-tip deformation and fracture for plane-strain crack growth in elastic-plastic solids. J. Mech. Phys. Solids 26, 163–186 (1978)CrossRef Rice, J.R., Sorensen, E.P.: Continuing crack-tip deformation and fracture for plane-strain crack growth in elastic-plastic solids. J. Mech. Phys. Solids 26, 163–186 (1978)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat Sumpter, J.D.G.: The energy dissipation rate approach to tearing instability. Eng. Fract. Mech. 71, 17–37 (2004)CrossRef Sumpter, J.D.G.: The energy dissipation rate approach to tearing instability. Eng. Fract. Mech. 71, 17–37 (2004)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Newman Jr., J.C., James, M.A., Zerbst, U.: A review of the CTOA/CTOD fracture criterion. Eng. Fract. Mech. 70, 371–385 (2003)CrossRef Newman Jr., J.C., James, M.A., Zerbst, U.: A review of the CTOA/CTOD fracture criterion. Eng. Fract. Mech. 70, 371–385 (2003)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Grellmann, W., Seidler, S., Jung, K., Che, M., Kotter, I.: Influence of specimen geometry and loading conditions on the crack resistance behaviour of poly(vinyl chloride) and polypropylene. In: Grellmann, W., Seidler, S. (eds.) Deformation and Fracture Behaviour of Polymers. Springer, Berlin (2001), pp. 51–70CrossRef Grellmann, W., Seidler, S., Jung, K., Che, M., Kotter, I.: Influence of specimen geometry and loading conditions on the crack resistance behaviour of poly(vinyl chloride) and polypropylene. In: Grellmann, W., Seidler, S. (eds.) Deformation and Fracture Behaviour of Polymers. Springer, Berlin (2001), pp. 51–70CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Gomoll, A., Wanich, T., Bellare, A.: J-integral fracture toughness and tearing modulus measurement of radiation cross-linked UHMWPE. J. Orthop. Res. 20, 1152–1156 (2002)CrossRef Gomoll, A., Wanich, T., Bellare, A.: J-integral fracture toughness and tearing modulus measurement of radiation cross-linked UHMWPE. J. Orthop. Res. 20, 1152–1156 (2002)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Lach, R., Grellmann, W.: Time-and temperature-dependent fracture mechanics of polymers: general aspects at monotonic quasi-static and impact loading conditions. Macromol. Mater. Eng. 273, 555–567 (2008)CrossRef Lach, R., Grellmann, W.: Time-and temperature-dependent fracture mechanics of polymers: general aspects at monotonic quasi-static and impact loading conditions. Macromol. Mater. Eng. 273, 555–567 (2008)CrossRef
Metadaten
Titel
Time-Dependent Fracture Behaviour of Polymers at Impact and Quasi-Static Loading Conditions
verfasst von
R. Lach
W. Grellmann
Copyright-Jahr
2017
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-41879-7_1

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.