Glossar
Payne Effekt
Der Payne-Effekt beschreibt die Abnahme des komplexen Moduls eines gefüllten, vernetzten Elastomer-Systems mit zunehmender Deformationsamplitude.
Wird die Probe sinusförmig verformt, folgt die DehnungDehnung beschreibt die Deformation eines Materials, das durch eine von außen einwirkende Kraft oder Spannung mechanisch belastet wird. Gummimischungen zeigen Kriech-Eigenschaften, wenn eine statische Last aufgebracht wird.Dehnung der SpannungSpannung ist definiert als Kraftniveau, das auf eine Probe mit definiertem Querschnitt aufgebracht wird (Spannung = Kraft/Fläche). Proben mit runden oder rechteckigen Querschnitten können komprimiert oder gestreckt werden. Elastische Materialien, wie Elastomere, können bis um das 5- oder 10-fache ihrer ursprünglichen Länge gedehnt werden.Spannung mit einer Zeitverzögerung. Die Abnahme im Schermodul weist ein nichtlineares Verhalten auf und ist im Wesentlichen auf die sogenannte Füllstoff-Füllstoff-Wechselwirkung (siehe Abbildung 1) zurückzuführen. Nach Payne tragen unterschiedliche Effekte zur Gesamtsteifigkeit bei:
Modul des Kautschuknetzwerkes (ungefüllt)
Der Beitrag der Kautschukmatrix (ungefüllt) zur Gesamtsteifigkeit des (gefüllten) Kautschuknetzwerks ist unabhängig von der Amplitude.
Hydrodynamischer Effekt von Füllstoffteilchen
Diese nichtelastischen Füllstoffteilchen sind nicht an der Dehnung beteiligt. Sie verursachen eine höhere intrinsische Polymerdehnung im Vergleich zur aufgebrachten makroskopischen Dehnung. Dieser Effekt hängt vom Volumenfüllgrad ab, ist jedoch unabhängig von der Amplitude.
Füllstoff/Matrix-Wechselwirkungen
Teile des Kautschuks sind in der Füllstoffstruktur immobilisiert. Diese Immobilisierung trägt auch unabhängig von der Amplitude zur Gesamtsteifigkeit bei.
Füllstoff-Füllstoff-Wechselwirkungen
Die Füllstoff-Füllstoff-Wechselwirkung ist im Wesentlichen verantwortlich für die Abnahme des Moduls. Aufgrund mechanischer Belastung brechen die RußTemperatur und Atmosphäre (Spülgas) beeinflussen die Ergebnisse der Massenänderung. Durch Änderung des Atmosphärenspülgases von Stickstoff auf synthetische Luft während der TG-Messung werden die Auftrennung und Quantifizierung von Additiven, z.B. Ruß, und des Bulk-Polymers realisiert.Rußagglomerate (Cluster) auf, was eine Abnahme der Steifigkeit zur Folge hat. Aktiver Ruß oder Kieselsäure können ein Füllstoff-Füllstoff-Netzwerk innerhalb der Polymermatrix bilden, was einen hohen Widerstand gegen die kleinen Amplituden erzeugt. Wird die Amplitude zu groß, bricht dieses Netzwerk zusammen und als Folge davon nimmt der Modul drastisch ab. Bei großen Verformungen wird der Beitrag des Füllstoff-Füllstoff-Netzwerks zum komplexen Modul so gut wie eliminiert.
Die Abnahme des Moduls ist nichtlinear. Diese Nichtlinearität ist auf Hysterese-Verluste zurückzuführen, die beim Abbau des Füllstoffnetzwerks sowie bei der Freisetzung des im Füllstoffnetzwerks eingeschlossenen Polymers auftreten, was dann wiederum zur Dehnung beitragen kann.
