Spannungsrissbildung QSPR – Aufbau einer quantitativen Struktur-Wirkungsbeziehung zur Vorhersage der umgebungsbedingten Spannungsrissbildung amorpher Thermoplaste

Quantitative Struktur-Wirkungs-Beziehung zur Vorhersage umgebungsbedingter Spannungsrissbildung amorpher Thermoplaste

Dieses Forschungsprojekt zielt darauf ab, eine quantitative Struktur-Wirkungs-Beziehung für amorphe Thermoplaste zu entwickeln. Mithilfe atomistischer Simulationen soll die Spannungsrissbildung unter Umwelteinflüssen vorhergesagt werden, um das Materialverhalten präziser zu verstehen und nachhaltigere Kunststoffe zu designen.

Ziel des Forschungsvorhabens ist der Aufbau einer quantitativen Struktur-Wirkungs-Beziehung unter Verwendung atomistischer Simulationen zur Vorhersage der umgebungsbedingten Spannungsrissbildung amorpher Thermoplaste.

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Kunststoffbauteile kommen in ihrem Einsatz mit einer Vielzahl von flüssigen Umgebungsmedien in Kontakt, welche ihre Eigenschaften deutlich beeinflussen können. Dieser Einfluss kann in der Bauteilauslegung aktuell nicht oder nur unzureichend berücksichtigt werden, wodurch die Funktionserfüllung technischer Kunststoffbauteile gefährdet wird. Der Einfluss des Umgebungsmediums auf den Werkstoff ist sehr vielfältig und wirkt meist auf der atomistischen Skala. Die häufigste Ausfallursache ist die sogenannte umgebungsbedingte Spannungsrissbildung, welche das vorzeitige Versagen eines polymeren Werkstoffs unter mechanischer Belastung bei gleichzeitiger Einwirkung eines flüssigen Umgebungsmediums bezeichnet. Charakteristisch ist dabei, dass die zum Versagen führende Beanspruchung mitunter deutlich unterhalb der mechanischen Belastungsgrenzen ohne Medieneinfluss liegen kann.

Der Berücksichtigung des Medieneinflusses bei der Bauteilentwicklung wird aktuell hauptsächlich mit zeit- und kostenintensiven Experimenten begegnet, welche für jede mögliche Kunststoff/Medien-Kombination durchgeführt werden müssen. Hieraus motiviert sich das geplante Vorhaben, welches den Aufbau und die Validierung eines mathematischen Modells zur Verknüpfung verschiedenster Werkstoffeigenschaften mit dem resultierenden Alterungsverhalten hinsichtlich der umgebungsbedingten Spannungsrissbildung zum Ziel hat. Zum Aufbau dieses mathematischen Modells, welches als quantitative Struktur-Wirkungs-Beziehung bezeichnet wird, werden atomistische Simulationen hauptsächlich in Form von Molekulardynamik-Simulationen eingesetzt, um den angesprochenen Einfluss des Mediums auf der atomistischen Skala abbilden zu können.

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