Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Chemnitz.

Im theoretischen Teil der Arbeit wird zunächst ein Überblick über die innere Struktur amorpher Spritzgußteile und die Theorie des freien Volumens gegeben. Es wird auf die Abhängigkeit der Relaxationszeiten von dem im Werkstoff vorhandenen Leerstellenvolumen (freien Volumen) bei Änderung der Temperatur, der Abkühlrate, der Alterungszeit und des Druckes sowie auf das Phänomen der Druckverdichtung eingegangen. Es wird untersucht, welche Bedeutung dem freien Volumen hinsichtlich des Deformationsverhaltens spritzgegossener amorpher Thermoplaste zukommt und inwieweit dessen Effekt bei den für die Praxis interessanten Spritzgußteilen unter Umständen durch andere Einflußgrößen wie Orientierungen und Eigenspannungen überdeckt wird. Betrachtet wird der Einfluß verschiedener Verarbeitungsparameter, der Formteildicke und der physikalischen Alterung (Zeit zwischen Verarbeitung und Prüfung der Spritzgußteile bzw. Tempern unterhalb der Glastemperatur) auf die innere Struktur des Kunststoffes und dessen Auswirkungen auf das resultierende Deformationsverhalten.

Im theoretischen Teil der Arbeit wird zunächst ein Überblick über die innere Struktur amorpher Spritzgußteile und die Theorie des freien Volumens gegeben. Es wird auf die Abhängigkeit der Relaxationszeiten von dem im Werkstoff vorhandenen Leerstellenvolumen (freien Volumen) bei Änderung der Temperatur, der Abkühlrate, der Alterungszeit und des Druckes sowie auf das Phänomen der Druckverdichtung eingegangen. Es wird untersucht, welche Bedeutung dem freien Volumen hinsichtlich des Deformationsverhaltens spritzgegossener amorpher Thermoplaste zukommt und inwieweit dessen Effekt bei den für die Praxis interessanten Spritzgußteilen unter Umständen durch andere Einflußgrößen wie Orientierungen und Eigenspannungen überdeckt wird. Betrachtet wird der Einfluß verschiedener Verarbeitungsparameter, der Formteildicke und der physikalischen Alterung (Zeit zwischen Verarbeitung und Prüfung der Spritzgußteile bzw. Tempern unterhalb der Glastemperatur) auf die innere Struktur des Kunststoffes und dessen Auswirkungen auf das resultierende Deformationsverhalten.

Metallische Gläser erreichen aufgrund ihrer ungeordneten, amorphen Struktur eine Streckgrenze, welche andere metallische Materialien in den Schatten stellt (bis zu 5 GPa). Dabei wird aufgrund ihres geringen E-Moduls eine elastische Verformung von circa zwei Prozent erreicht und damit eine sonst unerreichte Menge elastischer Energie aufgenommen. Leider besitzen die metallischen Gläser auch einen enormen Nachteil: Aufgrund der Erweichung der Gläser bei plastischer Verformung kommt es zur Lokalisierung dieser in sogenannten Scherbändern (SBs). Dies führt nahezu ohne plastische Verformung zum Versagen des Materials. Es gibt bereits viele Methoden diesen Nachteil zu überwinden, indem man die Verformung durch das Einbringen von strukturellen Heterogenitäten auf eine Vielzahl von Scherbändern verteilt: Beispielsweise durch elastische Belastung, plastische Verformung mit eingeschränkten Freiheitsgraden, oder das Einbringen einer Fremdphase. Allerdings sind die dabei wirkenden Mechanismen und Wechselwirkungen zwischen der Struktur und der Verformung noch nicht vollständig verstanden. In dieser Arbeit wurde daher zum einen die Struktur des Glases beeinflusst und diese Änderungen charakterisiert und zum anderen die Wirkung dieser Veränderung auf das Verformungsverhalten untersucht. Als Ausgangszustand wurden dabei gegossene Stäbe und Platten vier verschiedener Legierungen (mit ansteigender Glasbildungsfähigkeit: Cu47,5Zr47,5Al5, Cu46Zr46Al8, Cu45Zr45Al5Ag5, Cu36Zr48Al8Ag8; von 1,5 mm bis 25 mm kritischem Gießdurchmesser) verwendet, welche mechanischen Verformungen unterzogen wurden, um strukturelle Heterogenitäten einzubringen. Zudem wurden B2-Glasmatrixkomposite mit der Formgedächtnisphase B2-CuZr beim Abschrecken der Schmelze (Cu47,5Zr46,5Al5-Sc1) bzw. beim Rascherhitzen über die Kristallisationstemperatur (Cu44Zr44Al8Hf2-Co2) hergestellt. Die angewandten Methoden decken ein breites Spektrum der in der Literatur diskutierten Vorbehandlungen mit einem Einfluss auf die Struktur und die mechanischen Eigenschaften ab. Die systematischen und umfangreichen Untersuchungen in dieser Arbeit beleuchten detailliert den Zusammenhang zwischen der Struktur und der Verformung metallischer Gläser. Die Struktur wird gezielt manipuliert um eine Veränderung ihrer Heterogenität zu induzieren. Dabei wird auf Veränderungen in atomaren Längenskalen ebenso eingegangen, wie auf die makroskopischen Unterschiede. Außerdem wird die Abhängigkeit der induzierten strukturellen Änderungen von der Stabilität des Glases betrachtet. Dies alles stellt einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Verformungsverhaltens metallischer Gläser dar. In letzter Konsequenz ermöglichen die Erkenntnisse, durch eine gezieltere Manipulation der Struktur, eine erhöhte plastische Verformung im metallischen Glas zu erreichen.

Process-induced Long-term Deformation Behavior of Injection Molded Semicrystalline Thermoplastics Injection molding is a very complex process because the polymer experiences a complex thermorheological history during molding that influences the molecular orientation, residual stresses, frozen-in free volume and crystallinity inside the part. These generally govern the final part properties. Therefore it is highly desirable to anticipate the effect of process parameters on the resulting microstructure and mechanical properties of the finished part in the long run. In the case of a semicrystalline thermoplastic part, the problem in understanding the deformation behavior arises from its two-phase structure and a tendency exists to concentrate primarily on the effect of the crystalline phase on the deformation behavior, while the contribution of the amorphous phase is less investigated. In this work, the influence of the processing parameters on the deformation behavior of injection molded semicrystalline thermoplastic parts, viz., syndiotactic Polystyrene (sPS) and Polybutylene terepthalate (PBT), has been monitored through creep. The resulting internal structures due to processing have been determined and the deformation behavior has been analyzed. It has been observed that only the rate of cooling shows a remarkable effect on the long-term viscoelastic behavior of an injection molded semicrystalline thermoplastic part as it influences not only the crystalline, but also the free volume fraction, whereas the different states of frozen-in orientations and pressure-induced densification have only a negligible effect. Besides, physical aging also plays an important role in the deformation behavior of the injection moldings which was manifested with the decrease in the tendency to creep. Therefore, it was suggested that the cooling rate during injection molding and the aging time can significantly affect the long-term deformation behavior of the injection molded semicrystalline thermoplastics. The results also showed that when no significant effect is observed in terms of short-term mechanical properties by changing the processing conditions, but while considering the long-term behavior they show a significant effect.

Process-induced Long-term Deformation Behavior of Injection Molded Semicrystalline Thermoplastics Injection molding is a very complex process because the polymer experiences a complex thermorheological history during molding that influences the molecular orientation, residual stresses, frozen-in free volume and crystallinity inside the part. These generally govern the final part properties. Therefore it is highly desirable to anticipate the effect of process parameters on the resulting microstructure and mechanical properties of the finished part in the long run. In the case of a semicrystalline thermoplastic part, the problem in understanding the deformation behavior arises from its two-phase structure and a tendency exists to concentrate primarily on the effect of the crystalline phase on the deformation behavior, while the contribution of the amorphous phase is less investigated. In this work, the influence of the processing parameters on the deformation behavior of injection molded semicrystalline thermoplastic parts, viz., syndiotactic Polystyrene (sPS) and Polybutylene terepthalate (PBT), has been monitored through creep. The resulting internal structures due to processing have been determined and the deformation behavior has been analyzed. It has been observed that only the rate of cooling shows a remarkable effect on the long-term viscoelastic behavior of an injection molded semicrystalline thermoplastic part as it influences not only the crystalline, but also the free volume fraction, whereas the different states of frozen-in orientations and pressure-induced densification have only a negligible effect. Besides, physical aging also plays an important role in the deformation behavior of the injection moldings which was manifested with the decrease in the tendency to creep. Therefore, it was suggested that the cooling rate during injection molding and the aging time can significantly affect the long-term deformation behavior of the injection molded semicrystalline thermoplastics. The results also showed that when no significant effect is observed in terms of short-term mechanical properties by changing the processing conditions, but while considering the long-term behavior they show a significant effect.