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Deformation-Induced Crystallization In Rubber-Like Materials

Saidan, Motasem :
Deformation-Induced Crystallization In Rubber-Like Materials.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2005)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Deformation-Induced Crystallization In Rubber-Like Materials
Language: English
Abstract:

Deformation induced crystallization is crucial for determining the final mechanical properties of elastomers-rubber. Elastomeric networks show high upturn in the stress-strain curves with a significant hysteresis, this is attributed to the deformation induced crystallization phenomenon. Thermodynamics of rubber-like high polymers have been studied, and uniaxial extension with some approximations is discussed to obtain an overview of the proposed thermodynamic constitutive theory. A thermodynamical statistical model is presented for studying the stress-strain behaviour of elastomeric networks, and the dependence of the stress coefficients on the degree of crystallinity. This is based on the modified distribution of chains of finite length. A crystallization formulation based on irreversible thermodynamics is adopted to describe the crystallization taking into account the effects of strain rate and temperature. Mooney representation curves are introduced in this study to show the strong dependence of stress coefficients on the degree of crystallinity. Both uniaxial loading and unloading are investigated for a range of strain rates and temperatures, to explain the effect of molecular orientation and strain induced crystallization in polyisoprene rubber and ethylene-butene copolymers (thermoplastic elastomers). The effect of relaxation process, and the rate of deformation on crystallization has been illustrated. The hysteresis of the stress-strain relation and inelastic deformation behaviour is attributed to the deformation induced crystallites and their transformation; this is clearly shown at high strain rates and low temperatures (i.e. above the glass transition temperature). The model results show good agreement with experimental data that have been determined in this study.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Deformations-induzierte Kristallisation ist entscheidend für die Vorherbestimmung der endgültigen mechanischen Eigenschaften von Elastomeren und Gummi. Elastomere Netzwerke zeigen einen steilen Anstieg in der Spannungs-Dehnungs Kurve mit bedeutenden Hysterese-Effekten, beides wird dem Phänomen der deformations-induzierten Kristallisation zugeordnet. Die Thermodynamik von gummi-ähnlichen Polymeren ist untersucht worden; und uni-axiale Dehnungen mit einigen Approximationen werden diskutiert, um einen Überblick Über die vorgeschlagene thermodynamische Materialtheorie zu erhalten. Ein thermodynamisch statistisches Modell wird vorgeschlagen zum Studium des Spannungs-Dehnungs Verhaltens von elastomeren Netzwerken und die Abhängigkeit der Spannungskoeffzienten vom Kristallisationsgrad wird berechnet. Dies beruht auf einer modifizierten Verteilungsfunktion von Kettensegmenten für Ketten von endlicher Länge. Die Berechnung der Kristallisation basiert auf Gleichungen aus der Thermodynamik der irreversible Prozesse; hierbei werden Deformationsgeschwindigkeit und Temperatur berücksichtigt. Mooney Darstellungen der Spannungs-Dehnungs Kurven werden eingeführt, um die starke Abhängigkeit der Spannungskoeffizenten vom Kristallisationsgrad zu zeigen. Uni-axiale Belastungsprozesse mit anschliessender Entlastung werden untersucht für mehrere Deformationsgeschwindigkeiten und Temperaturen, um die Effekte der molekularen Orientierung und der dehnungs-induzierten Kristallisation zu zeigen in Polyisopren Gummi und in Ethylen-Butan Copolymeren (thermoplastische Elastomere, TPE). Der Einfluss des Relaxationsprozesses und der Deformationsgeschwindigkeit auf die Kristallisation wird illustriert. Die Hysteresis der Spannungs-Dehnungs Relation und das inelastische Deformationsverhalten wird der dehnungs-induzierten Kristallisation und ihrer Umwandlung zugeordnet; dies wird insbesondere evident für grosse Deformationsgeschwindigkeiten und tiefe Temperaturen (d.h. oberhalb der Glasübergangstemperatur). Die Modell-Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmung mit Experimenten, die in dieser Studie durchgeführt worden sind.German
Uncontrolled Keywords: Deformation, induzierte Kristallisation, elastomer, netzwerk, uniaxile Dehnung, Hysterese
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Deformation, induzierte Kristallisation, elastomer, netzwerk, uniaxile Dehnung, HystereseGerman
Deformation-Induced Crystallization, uniaxial extension, strain, elastomer, thermodynamic constitutive theory, moony, hysteresisEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
Divisions: FB 06 (Mechanik, 2006 eingegliedert in FB Maschinenbau/Strukturdynamik)
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:50
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000539
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-5399
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Hutter, Prof. Ph.D Kolumban
Advisors: Alts, Prof. Dr. Thorsten
Refereed: 21 January 2005
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/539
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