15  Mechanische Relaxation

15.1  Lernziele

Der Versuch soll die Grundlagen der Elastizitätstheorie auffrischen, die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen mechanischen Kenngrößen klarmachen und ein typisches Relaxationsgebiet bei Polymeren demonstrieren. Darüber hinaus soll das Messen mechanischer Größen kennengelernt werden.

15.2  Lerninhalte

1. Hooke’sches Gesetz
2. Reuss’sche und Voigt’sche Mittelung
3. Elastizität - Viskosität - Viskoelastizität
4. Komplexe Moduln, Nachgiebigkeiten, Viskositäten
5. Kramers - Kronig - Beziehungen
6. Platzwechselmodell - Relaxationsprozeß
7. Glasprozeß in Polymeren
8. Masterkurve - WLF-Gleichung - Aktivierungsdiagramm

15.3  Aufgaben

15.3.1  Erster Versuchstag

Kennenlernen der Apparatur, Eichen von Kraft- und Wegaufnehmer, Einbau der Probe, Messen der Frequenzabhängigkeit des Moduls bei einer konstanten Temperatur.

15.3.2  Zweiter Versuchstag

Messen des frequenzabhängigen Moduls bei drei weiteren Temperaturen.

Im Protokoll sollen der komplexe Modul, die komplexe Nachgiebigkeit und eventuell der Verlustfaktor sowie die Masterkurven dieser Größen berechnet und gezeichnet werden. Außerdem ist das Aktivierungsdiagramm des untersuchten Relaxationsprozesses (Glasprozeß) zu ermitteln und die WLF-Gleichung experimentell zu überprüfen.

15.4  Literatur

Ward, I.M.

Mechanical Properties of Solid Polymers (1971, 1983)

Arridge R.G.C.

Mechanics of Polymers (1975), Clarendon Press, Oxford

DTV-Lexikon der Physik

Kapitel über Viskoelastizität

Eisele U.

Introduction to Polymer Physics (1990), Springer, Berlin

Ferry

Viscoelastic Properties of Polymers (1970, 1980)

Beschreibung der Meßapparatur wird zum Versuch ausgegeben.

15.5  Hinweise

1. Exzerpte obiger Literatur, weitere theoretische Unterlagen und eine Beschreibung der Apparatur werden ausgegeben.
2. Bei der Vorbereitung sollte aus der Bewegungsgleichung des mechanischen Systems die Auswerteformel abgeleitet werden.
3. Als Meßprobe wird PVAc (Polyvinylazethat) oder ein anderes amorphes Polymer verwendet.