Sanasto
Mullins Effect
Mullinsin vaikutus kuvaa kumimateriaaleille tyypillistä ilmiötä.
Jos nauhanäytteen jännitys-venymäkäyrä tallennetaan esimerkiksi NETZSCH DMA Eplexor®® -ohjelman Universal Test Program -ohjelmalla, voidaan havaita niin sanottu Mullinsin vaikutus, jota ei pidä sekoittaa Paynen vaikutukseen.
Milloin Mullinsin vaikutus ilmenee?
Näytteen laajeneminen tasaisella muodonmuutosnopeudella - esimerkiksi käyrän 3 (kuva 1) alkupisteestä loppupisteeseen - johtaa jännityksen kasvuuntällä aikavälillä. Jos muodonmuutos lopetetaan käyrän 3 lopussa ja näyte "palaa" alkutilaansa samalla muodonmuutosnopeudella, jännitys muuttuu (käyrä 4).
Jos näytettä sen jälkeen laajennetaan uudelleen (samalla muodonmuutosnopeudella kuin aiemmin), käyrän 5 lopussa voidaan havaita "kiehtova" käyttäytyminen, jota kuvaa Mullinsin vaikutus:
Jännitys kulkee ensin käyrää 4 pitkin ja seuraa sitten käyrän 5 kulkua käyrän 5 loppupisteeseen asti. Jännitysnopeuden kääntäminen takaisin päinvastaiseksi johtaa jälleen uuteen jännityksen kulkuun, jota tässä esimerkissä kuvaa käyrä 6.
Mitä kuitenkin tapahtuu molekyylitasolla?
Jos veto- tai nauhanäytteeseen kohdistetaan makroskooppisia rasituksia, materiaalin sisällä olevat ristisilloittuneet polymeeriketjut "venyvät" (kuva 2).
Makroskooppisesti näytteet ovat näin ollen huomattavasti pitkänomaisia.
Täyteaineet, kuten HiilimustaLämpötila ja ilmakehä (puhdistuskaasu) vaikuttavat massanmuutostuloksiin. Vaihtamalla ilmakehä esimerkiksi typestä ilmaan TGA-mittauksen aikana voidaan lisäaineet, esimerkiksi hiilimusta, ja polymeerin irtotavaran erottaa toisistaan ja määrittää määrällisesti.hiilimusta, jotka muodostavat niin sanottuja "klustereita" polymeeriverkoston sisällä, hajoavat ja vähentävät siten niiden mekaanista kestävyyttä käytettyä muodonmuutosta vastaan. Niin sanotussa "neitseellisessä" tilassa mekaanisesti jännittämättömien näytteiden - eli jännittämättömän polymeeriverkoston ja jännittämättömien "klustereiden" - materiaalin jäykkyys on suuri.
Näin ollen näytteen irrottamiseen toisistaan tarvitaan suuri voima tai jännitys (käyrä 3). Tämä "klusterin" osittainen tuhoutuminen on syy siihen, että purkamissyklin aikana tarvittava voima (käyrä 4) on huomattavasti pienempi. Jos kuormitussuunta käännetään uudelleen edellä kuvatulla tavalla, jännitys-muodonmuutoskäyrä kulkee aluksi käyrän 4 suuntaisesti.
Kaikki klusterirakenteet, jotka ovat tuhoutuneet siihen mennessä, kun käyrän 3 päätepiste on saavutettu ensimmäisen kierroksen aikana, pysyvät luonnollisesti tuhoutuneina.
Tämän vuoksi jännitys-venymädiagrammi seuraa jälleen segmentin 4 käyrää. Vasta rasituksen jatkuva kasvu, jälleen yhdessä voiman jatkuvan kasvun kanssa, johtaa osittaisen tuhoutumisen toistumiseen ja hajottaa edelleen jäljellä olevat klusterit.
Tuhoutuvien klusterien koko pienenee edelleen rasituksen kasvaessa. Ensinnäkin large "klusterit", joita on vielä näytteessä "neitseellisessä" tilassa jännitys-venymäkokeen alussa, tuhoutuvat kokeen aikana. Vasta suuremmilla rasitustasoilla myös pienemmät klusterit tuhoutuvat edelleen osittain.
