FFD IM - Freudenberg Forschungsdienste SE & Co. KG

Der MULLINS-Effekt tritt bei hochgefüllten Vulkanisaten und bei
Kautschuken mit Dehnungskristallisation auf. Die Kristallite verhalten
sich hier wie Füllstoffpartikel (Selbstverstärkung). Die reversiblen
Konformationsänderungen des Netzwerkes ermöglichen eine
Erholung vom spannungserweichten Zustand, der jedoch nur sehr
langsam erfolgt.
Bei den Bauteilprüfungen muss daher unbedingt darauf geachtet
werden, dass zur Ermittlung der Federsteifigkeit in der Prüfvorschrift
mehrere Vorbelastungszyklen definiert werden. Damit reproduzierbare
Ergebnisse erhalten werden, muss die Vorgeschichte
der Proben vor der eigentlichen Messung definiert und gleich
sein. Ein weiteres Problem sind die zu messenden kleinen Wege
bei gleichzeitig hohen Kräften bei der Kennlinienaufnahme von
Buchsen. Hier geht die Steifigkeit des Messaufnehmers mit in die
Messung ein. Die Nachgiebigkeiten addieren sich und müssen
rausgerechnet werden. Besser ist die direkte Messung des Weges
durch z. B. optische Wegmesser.
Während der MULLINS-Effekt bei statischen Prüfungen mit hohen
Verformungsamplituden auftritt, zeigen sich bei dynamischen Prüfungen
mit kleinen Verformungen Füllstoffeffekte, die von PAYNE
untersucht wurden.
Abb. 2: Beide Abbildungen zeigen den Mullinseffekt, konzentrationsabhängig für Füllstoffe in einer EPDM-Mischung. Deutlich Zeigt sich der unterschied
zwischen einem hochverstärkenden Füllstoff (N121) und einem „toten Hund“ (Kreide)
Die Steifigkeit bzw. der Modul fällt bei einem dynamischen Experiment
mit zunehmender Amplitude sehr stark ab. Der PAYNE-Effekt ist
definiert als Differenz des komplexen Moduls bei kleinen und großen
Deformationsamplituden. Mit sinkendem Füllungsgrad des Elastomers
verschwindet dieser Amplitudeneffekt, um bei ungefüllten Materialien
wieder in lineares Verhalten überzugehen. Beim PAYNE-Effekt handelt
es sich also auch um eine materialbedingte Nichtlinearität. Nach
PAYNE setzt sich der gesamte Verformungswiderstand bei dynamischer
Beanspruchung aus vier Einflüssen zusammen:
MULLINS oder PAYNE? 25