Kontinuumsmechanische Modellierung der physikalischen Alterung von Polymerschichten im Glasübergangsbereich

玻璃化转变区域聚合物层物理老化的连续力学建模

基本信息

批准号：
212858442
负责人：
Professor Dr.-Ing. Alexander Lion
金额：
--
依托单位：
Institut für Mechanik (LRT-4)
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2012
资助国家：
德国
起止时间：
2011-12-31 至 2015-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/212858442?language=en
关键词：
Kontinuumsmechanische Modellierung der physikalischen Alterung

项目摘要

Das Ziel des Vorhabens besteht darin, ein kontinuumsmechanisches Materialmodell zu entwickeln, zu identifizieren und in ein Finite Elemente Programm zu implementieren, mit dem sich das physikalische Alterungsverhalten von auf Metallsubstrate applizierten Polymerschichten ingenieurmäßig simulieren lässt ohne mikroskopische Prozesse im Detail aufzulösen. Vereinfachend wird von idealer Adhäsion ausgegangen. Interphasen- bzw. Grenzflächeneffekte, die sich auf wenige Nanometer beschränken, werden zunächst nicht behandelt. Die zu untersuchenden Schichtdicken liegen zwischen 50 μm und einigen 100 μm. Polymerbeschichtungen werden häufig zum Schutz von Solarzellen, Metalloberflächen und elektronischen Komponenten vor Umwelteinflüssen sowie zur biokompatiblen Beschichtung von medizinischen Implantaten eingesetzt. Die physikalische Alterung ist eine bei Polymeren im Glaszustand auftretende Änderung der Materialeigenschaften (spezifisches Volumen, Wärmekapazität, Relaxationsfunktion, etc.) mit der Zeit. Diese ist umso stärker ausgeprägt, je näher sich das Polymer am Glasübergang befindet. In der Praxis führt die alterungsinduzierte Volumenschrumpfung einer auf ein Substrat applizierten Polymerschicht dazu, dass sich im Lauf der Zeit Spannungen aufbauen, die letztendlich zum Versagen der Beschichtung führen können. Zur Charakterisierung der Materialeigen-schaften von ungealterten und gealterten Modellpolymeren werden mechanische, thermische und kalorische Experimente durchgeführt. Auf Grundlage dieser Daten wird das Materialmodell entwickelt. Die Validierung findet durch begleitende Versuche von polymerbeschichteten biegeweichen Metallfoli-en statt. Da die Eigenschaften von Polymerwerkstoffen vom Herstellungsprozess abhängen, werden die Bulkproben und die Beschichtungen mit derselben elektrostatischen Applikationstechnik hergestellt.

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