viskoelastischer

Viskoelastizität beschreibt das Materialverhalten, das sowohl elastische als auch viskose (d.h. fließende) Eigenschaften umfasst. Ein viskoelastischer Werkstoff reagiert auf Belastung zeitabhängig: Es gibt eine sofortige elastische Verformung, gefolgt von einer langsamen Verformung (Creep), und nach Entlastung bleibt oft eine bleibende Verformung oder eine teilweise Rückkehr zur Ausgangslage. Das Verhalten hängt von Temperatur, Belastungsfrequenz und chemischer Zusammensetzung ab.

Charakteristische Merkmale sind Gedächtnis- oder Hystereseeffekte, Relaxation und Creep. Unter konstanter Dehnung nimmt der Stress ab (Relaxation), unter konstantem Stress steigt die Dehnung mit der Zeit (Creep). Die Materialantwort lässt sich oft durch die komplexe mechanical module beschreiben, die Frequenz- und Temperaturabhängigkeiten umfasst.

Modelle zur Beschreibung viskoelastischer Materialien umfassen einfache Modelle wie das Maxwell-Modell (Feder und Dämpfer in Reihe) für Stressrelaxation und das Kelvin-Voigt-Modell (Feder und Dämpfer parallel) für creep. Erweiterte Modelle wie das Standard-Linear-Solid-Modell oder Generalisierte-Maxwell-Modelle verwenden mehrere Zeitkonstanten, um das Verhalten besser abzubilden.

Messungen erfolgen meist in der Rheologie oder Dynamischen Mechanischen Analyse (DMA). Es werden komplexe Moduli E*(ω) bzw. G*(ω) ermittelt, aus denen speichernde (E' bzw. G') und dissipative Anteile (E'' bzw. G'') hervorgehen. Temperatur- und Frequenzabhängigkeiten sind zentral für die Charakterisierung.

Anwendungen finden sich in der Polymertechnik, Dichtungen, Dämpfungselementen, Biomechanik (Gewebe, Muskeln), Hydrogels sowie Bau- und Werkstoffkunde. Typische Materialien sind Kunststoffe, Elastomere, Gele und biologische Gewebe.