Viskoelastizität

Als Viskoelastizität bezeichnet man die zeit-, temperatur- und frequenzabhängige Elastizität von polymeren Schmelzen oder Festkörpern (wie z.B. Kunststoffen aber auch anderen Materialien).
Die Viskoelastizität ist durch ein teilweise elastisches, teilweise viskoses Verhalten geprägt.

Während der spontanelastische Teil einer Verformung zeitunabhängig ist und sich nach Belastungsänderung direkt auswirkt, ist der viskoelastische Teil der Verformung zeitabhängig.

Wird ein Probekörper eines Werkstoffs belastet, nimmt die Dehnung des Werkstoffs zeitabhängig zu. Nach einer Entlastung stellt sich die Gesamt-Dehnung nach unendlich langer Zeit auf ihren plastischen Anteil zurück, das heißt, der elastische Anteil der Dehnung (inklusive viskoelastischen Anteil) geht nach unendlicher Zeit vollständig zurück.

Die Viskoelastizität von Polymeren beruht auf einer verzögerten Gleichgewichtseinstellung der Makromoleküle zueinander bei oder nach mechanischer Belastung. Der Anteil der jeweiligen Dehnungskomponenten an der Gesamtdehnung wird bestimmt durch Sekundärbindungen (Dipolbindung, Wasserstoffbrücken-Bindung, Van der Waals-Bindung) und Molekülverhakungen. Die zeitabhängige Dehnungskomponente wird bestimmt durch Streck-, Entknäuelungs- und Entschlaufungsvorgänge.
Je nach Temperatur, Beanspruchungsdauer und -geschwindigkeit kommt es zu irreversiblen plastischen bzw. viskosen Molekülabgleitungen.

In kristallinen Festkörpern wie Metallen oder Keramiken sind überwiegend Defekte wie Zwischengitteratome oder Versetzungen für eine verzögerte Dehnung und damit viskoelastisches Verhalten verantwortlich. Meist sind die Abweichungen von der idealen Elastizität deutlich kleiner als bei Kunststoffen.

Viskoelastische Experimente

Das Kriechen (Retardation): Messung der zeitlich veränderlichen Dehnung bei konstanter Spannung.
Die Spannungsrelaxation: Messung der zeitlich veränderlichen Spannung bei / nach sprunghafter Dehnung.

Literatur

Thieme Chemistry (Hrsg.): Eintrag zu Viskoelastizität im Römpp Online. Version 3.29. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2012, abgerufen am 7. Dezember 2011.

Blanter, M.S., Golovin, I.S., Neuhäuser, H., Sinning, H.-R.: Internal friction in metallic materials: a handbook. 1 Auflage. Springer, 2007, ISBN 978-3-540-68757-3.

Siehe auch