Die Rolle der Kettenverschlaufungen bei der Ausheilung von Brüchen

Zusammenfassung Bei der Ausheilung von Brüchen in thermoplastischen Polymeren spielen der Grenzflächenkontakt, gegebenenfalls die Durchmischung während erzwungener Fließprozesse, vor allem jedoch die Interdiffusion eine Rolle. In dieser Arbeit wird eine kurze Übersicht über Untersuchungen der ersten beiden Phänomene gegeben. Ausführlicher wird dann auf bruchmechanische Untersuchungen der Grenzflächenfestigkeit (G_c) eingegangen. Die Beobachtung, daßG_c mit der Quadratwurzel aus der Ausheilzeitt_p zunimmt, läßt sich durch ein Diffusionsmodell der Bildung von Kettenverschlaufungen erklären. Die Aktivierungsenergie des Diffusionsprozesses wurde für PMMA und SAN direkt (zu 274 kJ mol^–1) bestimmt, die Diffusionskonstante und die mittlere Eindringtiefe (2 bis 3 nm) der Molekülknäuel über die Grenzfläche hinweg aus einem Reptationsmodell berechnet. Infrarotspektroskopische Messungen der Interdiffusion von SAN in PMMA führen zu vergleichbaren Diffusionskonstanten.

---

Summary The (re)healing of cracks in thermoplastic polymers depends on the interfacial contact, in some cases on the exchange of matter during forced flow processes, and, in particular, on the interdiffusion of molecules. In this paper a short review on investigations of the first two phenomena will be given. Fracture mechanics studies of the interfacial strength (G_c) will then be dealt with more extensively. The observation thatG_c increases with the square root of the healing timet_p is explained by a diffusion model of entanglement formation. The energy of activation of the diffusion process has been determined directly for PMMA and SAN (to be 274 kJ mol^–1), the diffusion constant and the average depth of interpenetration (2 to 3 nm) of the molecular coils across the interface have been calculated from a reptation model. The infrared spectroscopic determination of the interdiffusion of SAN in PMMA leads to comparable diffusion constants.

---

Résumé La cicatrisation des fissures dans les thermoplastes dépend du contact interfacial, le cas échéant d'un échange de matière dans le processus de fluage, mais surtout de l'inter diffusion des macromolécules. Cet article donne un bref résumé des deux premiers phénomènes. Les mesures de la résistance interfaciale,G_c, par la mécanique de rupture seront ensuite discutées de manière approfondie. L'observation queG_c augmente avec la racine carrée du temps de cicatrisation,t_p, est expliquée par un modèle de formation des enchevêtrements par diffusion. L'énergie d'activation pour la diffusion a été déterminée directement pour le PMMA et le SAN (274 kJ mol^–1), la constante de diffusion et la distance moyenne d'interpénétration (2 à 3 nm) ont été calculées sur la base d'un modèle de reptation. La mesure de l'interdiffusion du SAN en PMMA par spectroscopie infrarouge donne des constantes de diffusion comparables à celles qui ont été calculées.