Słowniczek
Efekt Mullinsa
Efekt Mullinsa opisuje zjawisko typowe dla materiałów gumowych.
Jeśli krzywa naprężenie-odkształcenie jest rejestrowana dla próbki paska za pomocą programu takiego jak uniwersalny program testowy NETZSCH DMA Eplexor®®, można zaobserwować tak zwany efekt Mullinsa - nie mylić z efektem Payne'a.
Kiedy występuje efekt Mullinsa?
Rozszerzanie próbki ze stałą prędkością odkształcania - na przykład od punktu początkowego do punktu końcowego krzywej 3 (rysunek 1) - powoduje wzrost naprężeniaw tym przedziale. Jeśli odkształcenie zostanie zatrzymane na końcu krzywej 3, a próbka "powróci" do stanu początkowego przy tej samej prędkości odkształcenia, naprężenie przybierze inny przebieg (krzywa 4).
Jeśli następnie próbka zostanie ponownie rozciągnięta (z taką samą prędkością odkształcania jak poprzednio), to pod koniec krzywej 5 można zaobserwować "intrygujące" zachowanie, opisane efektem Mullinsa:
Wraz ze wzrostem odkształcenia naprężenie najpierw biegnie wzdłuż krzywej 4, a następnie podąża za przebiegiem krzywej 5 aż do punktu końcowego krzywej 5. Ponowne odwrócenie prędkości odkształcenia prowadzi do kolejnego nowego przebiegu naprężenia, opisanego w tym przykładzie przez krzywą 6.
Co jednak dzieje się na poziomie molekularnym?
Jeśli próbka poddawana jest makroskopowym odkształceniom, usieciowane łańcuchy polimerowe w materiale ulegają "rozciągnięciu" (rysunek 2).
Makroskopowo, próbki ulegają w ten sposób znacznemu wydłużeniu.
Wypełniacze, takie jak SadzaTemperatura i atmosfera (gaz przedmuchujący) wpływają na wyniki zmiany masy. Zmieniając atmosferę z np. azotu na powietrze podczas pomiaru TGA, można oddzielić i oznaczyć ilościowo dodatki, np. sadzę, i polimer luzem.sadza, które tworzą tak zwane "klastry" w sieci polimerowej, rozpadają się, a tym samym zmniejszają ich odporność mechaniczną na zastosowane odkształcenie. W tak zwanym "dziewiczym" stanie, dla mechanicznie nienaprężonych próbek - tj. nienaprężonej sieci polimerowej i nienaprężonych "klastrów" - sztywność materiału jest wysoka.
W związku z tym do rozerwania próbki wymagana jest duża siła lub naprężenie (krzywa 3). To częściowe zniszczenie "klastra" jest powodem, dla którego siła wymagana podczas cyklu rozładunku (krzywa 4) jest znacznie niższa. Jeśli kierunek obciążenia zostanie ponownie odwrócony, jak opisano powyżej, krzywa naprężenie-odkształcenie początkowo przebiega wzdłuż krzywej 4.
Wszystkie struktury klastra, które zostały zniszczone przed osiągnięciem punktu końcowego krzywej 3 w pierwszym przebiegu, pozostają oczywiście zniszczone.
Dlatego wykres naprężenie-odkształcenie ponownie podąża za krzywą segmentu 4. Dopiero ciągły wzrost naprężenia, ponownie w połączeniu z ciągłym wzrostem siły, prowadzi do powtórnego częściowego zniszczenia i dalszego rozpadu klastrów, które nadal istnieją.
Rozmiar klastrów, które ulegają zniszczeniu, zmniejsza się wraz ze wzrostem naprężenia. Po pierwsze, oczywiście "klastry" large, które są nadal obecne w próbce w stanie "dziewiczym" na początku testu naprężenie-odkształcenie, są poddawane zniszczeniu podczas eksperymentu. Dopiero przy wyższych poziomach naprężenia klastry smaller również ulegają dalszemu częściowemu zniszczeniu.
