Charakterisierung des Deformations- und Versageverhaltens von Elastomeren unter querdehnungsbehinderter Zugbelastung

Kompressibel oder inkompressibel – Wie verhalten sich Elastomere unter Zugbelastung? Ist Kavitation ein elementarer Schädigungsprozess in Elastomeren? Diese Arbeit bietet einen Beitrag zum besseren Verständnis des Deformations- und Versagensverhaltens von Elastomeren unter extremen Belastungsbedingungen. Die Ergebnisse aus anspruchsvollen experimentellen Untersuchungen, wie Dilatometrie, Röntgen-Mikrotomographie und Röntgen-Kleinwinkelstreuung, zeigen, dass infolge querdehnungsbehinderter Zugbelastung in Elastomeren das Schädigungsphänomen „Kavitation“ beobachtet werden kann. Ursächlich hierfür ist eine durch geometrische Zwangsbedingungen hervorgerufene Spannungsmehrachsigkeit. Dabei bewirkt die Dominanz der volumetrischen gegenüber der isochoren Spannungskomponente ein kompressibles Deformationsverhalten, welches durch eine Volumenzunahme infolge von Kavitation geprägt ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurden werkstoffliche Faktoren, wie Netzwerkeigenschaften und Füllstoffanteil, sowie die Ausprägung geometrischer Zwänge variiert, um deren Einfluss auf Beginn und Verlauf der Kavitation zu analysieren. Eine wichtige Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass Kavitation auch bei ungefüllten Elastomeren auftritt und dass dieser Schädigungsprozess keinesfalls ausschließlich auf ein Versagen zwischen weicher Matrix und steifen Füllstoffpartikeln zurückgeführt werden kann. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen konnte für Elastomere mit und ohne Füllstoff der Beginn der Kavitation präzise bestimmt und verallgemeinerbare Rückschlüsse auf Kavitationskriterien gezogen werden. Dabei wurden sowohl spannungs- als auch energiebasierte Ansätze kritisch diskutiert.