Ordlista
Mullins-effekten
Mullins-effekten beskriver ett fenomen som är typiskt för gummimaterial.
Om en spännings-töjningskurva registreras för ett bandprov med hjälp av ett program som Universal Test Program på NETZSCH DMA Eplexor®®, kan den så kallade Mullins-effekten - inte att förväxla med Payne-effektenPayne-effekten är minskningen av ett fyllt, tvärbundet elastomersystem med ökande deformationsamplitud.Payne-effekten - observeras.
När inträffar Mullins-effekten?
Expansion av provet med en konstant deformationshastighet - t.ex. från startpunkten till slutpunkten på kurva 3 (figur 1) - resulterar i en ökning av spänningeninom detta intervall. Om deformationen stoppas vid slutet av kurva 3 och provet "återgår" till sitt ursprungliga tillstånd med samma deformationshastighet, får spänningen ett annat förlopp (kurva 4).
Om provet därefter expanderas igen (med samma deformationshastighet som tidigare), kan man i slutet av kurva 5 se ett "spännande" beteende, som beskrivs av Mullins-effekten:
Med ökande töjning följer spänningen först kurva 4 och sedan kurva 5 fram till slutpunkten för kurva 5. Om man vänder på töjningshastigheten igen leder det till ännu ett nytt förlopp för spänningen, som i detta exempel beskrivs av kurva 6.
Men vad är det som händer på molekylär nivå?
Om en drag- eller bandprovkropp utsätts för makroskopiska påfrestningar kommer de tvärbundna polymerkedjorna i materialet att "sträckas" (figur 2).
Makroskopiskt sett blir provkropparna därmed betydligt mer långsträckta.
Fyllmedel som t.ex. kimrök, som bildar s.k. "kluster" i polymernätverket, bryts sönder och minskar därmed det mekaniska motståndet mot den pålagda deformationen. I det så kallade "jungfruliga" tillståndet, för mekaniskt obelastade prover - dvs. det obelastade polymernätverket och de obelastade "klustren" - är materialstyvheten hög.
Följaktligen krävs hög kraft eller spänning för att dra isär provet (kurva 3). Denna partiella förstörelse av "klustret" är anledningen till att den kraft som krävs under avlastningscykeln (kurva 4) är betydligt lägre. Om belastningsriktningen vänds igen enligt beskrivningen ovan, följer spännings-töjningskurvan till en början kurva 4.
Alla klusterstrukturer som har förstörts när kurva 3:s slutpunkt har nåtts under det första förloppet förblir naturligtvis förstörda.
Därför följer spännings-töjningsdiagrammet återigen kurvan för segment 4. Det är bara en fortsatt ökning av töjningen, återigen i samband med en fortsatt ökning av kraften, som leder till en upprepning av den partiella förstörelsen och ytterligare bryter sönder de kluster som fortfarande finns kvar.
Storleken på de kluster som utsätts för förstörelse fortsätter att minska med ökande belastning. Först förstörs naturligtvis "klustren" på large, som fortfarande finns kvar i provet i ett "jungfruligt" tillstånd i början av spännings-töjningstestet, under experimentet. Först vid högre belastningsnivåer utsätts även de mindre klustren för ytterligare partiell förstörelse.
