Polymere Materialien (Institut für Technische Chemie und Polymerchemie)

FT-Rheologie - Prinzip und Realisierung

Die grundlegende Idee der FT-Rheologie ist die Anwendung oszillatorischer Belastung von Materialien in deren nicht-linearem Bereich. Dies führt zum Auftreten höherer harmonischer Beiträge in der Antwort des Materials auf die Anregung.


Die Gründe für das Auftreten höherer harmonischer Schwingungen lassen sich wie folgt verstehen:
Annahme: Die Viskosität (oder auch eine Federkonstante) zeigt eine Abhängigkeit von der aufgebrachten Scherrate:

Das Auftreten nur gerader Terme liegt einfach in der Symmetrie des Problems: Scherung in die entgegengesetzte Richtung muß zur selben Antwort des Systems führen. Als nächste führen wir eine oszillatorische Scherrate ein (in der komplexen Notation):

 

Dann setzen wir die Gleichungen zusammen in das Viskositätsgesetzt nach Newton ein:

 

Mit einer Fourier-Transformation des zeitabhängigen Drehmonts ist man dann in der Lage, die beitragenden höheren harmonischen Frequenzen und ihre jeweilige Phase mit hoher Empfindlichkeit zu bestimmen.

 

Zur experimentellen Durchführung von uns entwickeltes Setup:


 

Der Aufbau ist im wesentlichen eine Erweiterung eines kommerziellen Rheometers. Typische S/N Werte erreichen 100.000 : 1, hiermit war die Bestimmung von 71 harmonischen Beiträgen möglich.
Mögliche Anwendungen der FT-Rheologie sind selbstverständlich nicht auf Polymere beschränkt, jedes Material mit einer nicht-linearen mechanischen Kenngröße unter Belastung kann untersucht werden!

 

Hier eine kurze Liste der momentan bearbeiteten Themen:

  • Empfindlichkeitssteigerung des experimentellen Aufbaus

  • Vergleich zwischen Experiment und Finite-Elements-Simulationen

  • Scherinduziertes Altern und Qualitätskontrolle, z.B. für industrielle Anwendungen

  • Scherinduzierte Kristallisation

  • Entwicklung der höheren Harmonischen während der Phasenbildung in Blockcopolymeren

  • Zusammenhang zwischen Vernetzung und höheren Harmonischen in Kautschuken

  • Zusammenhang zwischen Topologie und nicht-linearem Verhalten

  • Einfluß von Ladung, PH und Feststoffgehalt in Dispersionen audf das nicht lineare Verhalten