Woordenlijst
Mullins Effect
Het Mullins-effect beschrijft een fenomeen dat typisch is voor rubbermaterialen.
Als een spanning-rekkromme wordt opgenomen voor een stripmonster met behulp van een programma zoals het universele testprogramma van de NETZSCH DMA Eplexor®®, kan het zogenaamde Mullins-effect - niet te verwarren met het Payne-effectHet Payne-effect is de afname van een gevuld, gekruist-linked elastomeersysteem met toenemende vervormingsamplitude.Payne-effect - worden waargenomen.
Wanneer treedt het Mullins-effect op?
Uitzetting van het monster bij een constante deformatiesnelheid - bijvoorbeeld van het beginpunt tot het eindpunt van kromme 3 (figuur 1) - resulteert in een toename van de spanningbinnen dit interval. Als de vervorming aan het eind van kromme 3 wordt gestopt en het monster "terugkeert" naar zijn begintoestand met dezelfde vervormingssnelheid, neemt de spanning een ander verloop (kromme 4).
Als het proefstuk daarna weer wordt geëxpandeerd (met dezelfde deformatiesnelheid als voorheen), dan is tegen het einde van kromme 5 een "intrigerend" gedrag te zien, beschreven door het Mullins effect:
Bij toenemende rek verloopt de spanning eerst langs kromme 4 en volgt dan het verloop van kromme 5 tot het eindpunt van kromme 5. Het omkeren van de reksnelheid leidt weer tot een nieuw verloop van de spanning, in dit voorbeeld beschreven door kromme 6.
Maar wat gebeurt er op moleculair niveau?
Als een trek- of stripmonster wordt onderworpen aan macroscopische spanningen, worden de vernette polymeerketens in het materiaal "uitgerekt" (figuur 2).
Macroscopisch worden de monsters hierdoor aanzienlijk verlengd.
Vulstoffen zoals roet, die zogenaamde "clusters" vormen binnen het polymeernetwerk, vallen uit elkaar en verminderen zo hun mechanische weerstand tegen de toegepaste vervorming. In de zogenaamde "maagdelijke" toestand, voor mechanisch onbelaste monsters - d.w.z. het onbelaste polymeernetwerk en onbelaste "clusters" - is de materiaalstijfheid hoog.
Dienovereenkomstig is er een grote kracht of spanning nodig om het monster uit elkaar te trekken (kromme 3). Deze gedeeltelijke vernietiging van de "cluster" is de reden waarom de kracht die nodig is tijdens de ontlaadcyclus (curve 4) aanzienlijk lager is. Als de belastingsrichting weer wordt omgekeerd zoals hierboven beschreven, loopt de spanning-rek kromme aanvankelijk langs kromme 4.
Alle clusterstructuren die vernietigd zijn tegen de tijd dat het eindpunt van kromme 3 is bereikt in de eerste run, blijven natuurlijk vernietigd.
Daarom volgt het spanning-rek diagram weer de curve van segment 4. Alleen een voortdurende toename van de spanning, opnieuw in samenhang met een voortdurende toename van de kracht, leidt tot een herhaling van de gedeeltelijke vernietiging en breekt de nog bestaande clusters verder open.
De grootte van de clusters die worden vernietigd blijft afnemen met toenemende rek. Eerst worden natuurlijk de large "clusters", die aan het begin van de spanningstest nog in "maagdelijke" toestand in het monster aanwezig zijn, tijdens het experiment vernietigd. Alleen bij hogere rekniveaus ondergaan de kleinere clusters ook verdere gedeeltelijke vernietiging.
