Basierend auf Voruntersuchungen zum Mixed-Mode-Rissausbreitungsverhalten polymerer Werkstoffe unter einer quasi-statischen Belastung (Kurzzeitversuche) wurde eine Prüfvorrichtung zur Ermittlung des buchmechanischen Verhaltens von Kunststoffen unter variierenden Belastungswinkeln entwickelt und erfolgreich getestet. Dadurch werden auch kriechbruchmechanische Untersuchungen bei einer statischen Beanspruchung (Langzeitversuche) unter Mode I (Rissöffnung unter Zug), Mode II (Rissöffnung unter Schub) und Mode I/II-Mixed Mode ‒ auch bei höheren Temperaturen ‒ ermöglicht. Aufgrund des Raumangebots in der verwendeten Zeitstandprüfanlage der Fa. Coesfeld GmbH lassen sich drei Prüfvorrichtungen parallel platzieren, in die je ein CTS-Prüfkörper (Compact Tension Shear) eingespannt werden kann. Es ist eine Variation des Belastungswinkels von 0°(Mode I) bis 90° (Mode II) über fünf Zwischenstufen (15°, 30°, 45°, 60° und 75°) möglich; der Belastungswinkel kann für jeden der drei Prüfkörper separat eingestellt werden. Die Erfassung der Kraft- und Wegdaten erfolgt jeweils über die in der Zeitstandprüfanlage integrierten Kraftmessdosen und die Traversensensorik. Der anfängliche Rissausbreitungswinkel wurde nach Versuchsende mittels eines Profilometers der Fa. Keyence vermessen. Zur Überprüfung der prinzipiellen Anwendbarkeit der Prüfvorrichtung zur Zähigkeitsbewertung von Kunststoffen wurden ein teilkristalliner und zwei amorphe thermoplastische Kunststoffe ausgewählt: Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC) und Polymethylmethacrylat (PMMA). Aufgrund des zeitlichen Aufwandes von statischen bruchmechanischen Untersuchungen erfolgte die Überprüfung vorerst unter quasi-statischen Bedingungen bei Raumtemperatur. Kriechbruchmechanische Untersuchungen sind jedoch bereits in Planung. Im Ergebnis lassen sich deutliche, werkstofflich bedingte Unterschiede in der Bruchzähigkeit und der anfänglichen Rissausbreitungsrichtung in Abhängigkeit vom Belastungswinkel nachweisen. Diese Untersuchungen liefern somit wichtige Erkenntnisse für den Einsatz polymerer Werkstoffe in strukturrelevanten Anwendungen, insbesondere dort, wo komplexe Beanspruchungssituationen zu erwarten sind. 

Danksagung: Der Deutschen Forschungsgemeinschaft wird für die finanzielle Zuwendung im Rahmen des Forschungsvorhabens „Entwicklung energiebasierter Prüf- und Auswertemethoden zur Analyse des Bruchverhaltens polymerer Werkstoffe unter einer Kriech-Beanspruchung im Mixed-Mode“ (LA 1259/10-1) gedankt.