Bruchmechanismen an Polymergrenzflächen

In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zur Aufklärung des Versagens thermisch verschweißter Polymergrenzflächen (hier: Polymethylmethacrylat) durchgeführt. Solch ein Wissen kommt in der Praxis bei sogenannten Sollbruchstellen zum Einsatz. Dabei muss die Grenzschicht bis zu einer bestimmten Belastungsintensität stabil bleiben bei höherer Belastung jedoch brechen. Zudem ist eine stabile Risspropagation entlang der Grenzschicht wichtig.Neben der Bruchstabilitätsbestimmung mit Hilfe des Double Cantilever Beam Tests wurden die beim Versagen der Grenzschicht entstandenen Defekte untersucht. Die Analyse der Bruchfläche erfolgte mit Mikroskopie und Höhenprofilometrie. Defekte im Volumen wurden durch Scanning-Ultra Small Angle X-ray Scattering und Scanning Microfokus-Small Angle X-ray Scattering untersucht.Im Modellsystem können Sollbruchstellen bis zu einer Belastungsintensität von maximal 280J/m² durch die Verschweißungsdauer eingestellt werden. Die Untersuchung der Bruchflächen lieferte ein kombiniertes Modell aus Ausheil- und Interdiffusionsprozess. Ferner folgt aus den Streuuntersuchungen, dass beim Modellsystem keine hochgeordneten Defektstrukturen vorliegen. Die entstandenen Strukturen folgen einem Modell diffuser Defektgrenzflächen. Über die gemessene Diffusivität kann zudem auf die Energiedissipation im Bereich um das Rissende geschlossen werden. Sie ist im unmittelbaren Rissbereich am Höchsten und nimmt mit Entfernung davon ab. Dabei haben die Defektbereiche eine Größe bis zu 650µm. Die Richtung der von außen angelegten Belastung spielt bei der räumlichen Orientierung der Defekte keine Rolle.

The present work deals with the failure of thermally welded polymer interfaces (here: polymethylmethacrylate). Applications are predetermined breaking points. The interface is designed to break over a predefined load. Furthermore the stable propagation of the crack along the interface is important.Fracture toughness was estimated by the Double Cantilever Beam Test. Additionally microscopy and height profilometry were used to analyse defects on the cleavage area generated during failure. In contrast defects in the volume were observed by Scanning-Ultra Small Angle X-ray Scattering and Scanning Microfocus-Small Angle X-ray Scattering.In our model system it is possible to adjust predefined breaking points up to a load of 280J/m² by varying welding time. From the analysis of the cleavage area a combined model of interface healing and interdiffusion was established. As a result of the scattering techniques we can state that no highly ordered structures are present in the observed material. Furthermore scattering from failure induced structures follows a diffuse boundary model. The measured diffusiveness is also a measure for energy dissipation at the crack tip: Close to the crack it is high and decreases with distance from the crack tip. The observed defect area has a size up to 650µm. Furthermore the direction of the outer stress has no direct influence on the orientation of the defect structures.