Das Dilemma des Abreißens

Eine internationale Forschergruppe, u.a. Forscher des französischen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (CNRS) und der Hochschule für industrielle Physik und Chemie (ESPCI), konnte nun dieses Phänomen begründen. Diese Ergebnisse könnten zu neuen Erkenntnissen über verschiedene mechanische Eigenschaften von ultradünnen, industriell genutzten Klebestreifen führen und zur Vorbereitung entsprechender Tests dienen.

Die Fragestellung lautete also: warum zerreißt der Streifen nur spitzförmig, obwohl man doch versucht, alles abzureißen? Worin liegt diese bestimmte Form begründet?

Gemeinsam mit chilenischen und amerikanischen Kollegen hat Benoît Roman des Labors für Physik und Mechanik der heterogenen Systeme (CNRS/ESPCI/Universitäten Paris 6 und 7) dieses Problem theoretisch und praktisch analysiert. Die Gruppe hat hierfür ein System entwickelt, mit dem es möglich war, einen Klebestreifen kontrolliert abzureißen. Dieser Streifen wird auf ein Trägermaterial geklebt und zwei Risse in ihm erzeugt.

Anschließend zieht die Einrichtung mit konstanter Geschwindigkeit an dem Klebefilm. Die Forscher speichern die Formen des Streifens ab und messen die mechanischen Kräfte der Filme mit unterschiedlichen Eigenschaften (Haftfestigkeit, mechanische Eigenschaften).

Faltet man einen Streifen (siehe Abbildung) nachdem zwei Risse erzeugt wurden, speichert er elastische Energie (er kehrt zu seiner Ausgangsposition zurück, wenn man ihn loslässt). Das System neigt dann dazu, diese Energie zu zerstreuen, indem es schmaler wird. Die Risse werden dabei von den Zonen angezogen, die der stärksten Belastung unterliegen (die Stellen, an denen die elastische Energie am größten ist). In diesem Falle handelt es sich um die Zone des Films, die sich zwischen den beiden Rissen befindet. Sie werden aus diesem Grund unmittelbar voneinander angezogen und verursachen so die allmähliche Verkleinerung des Streifens.

Nach Analyse dieser Beobachtungen haben die Physiker gezeigt, dass die Streifen dreieckig sind und das der Winkel des Dreiecks von drei charakteristischen Eigenschaften des anhaftenden Materials abhängt: Haftfestigkeit, Flexibilität und Bruchfestigkeit. Sie haben eine Formel entwickelt, mit der sie eine dieser Eigenschaften, in Abhängigkeit von den beiden anderen und bei Angabe des Winkels, bestimmen können.

Werkstoffingenieure könnten diese Ergebnisse in der Industrie anwenden, vor allem um eine der drei Eigenschaften zu berechnen, wenn zwei bereits bekannt sind. Besonders nützlich könnte es für die Charakterisierung von ultradünnen und daher schwer zu manipulierenden Filmen sein, die die Basis für Mikro- oder Nanosysteme darstellen.

Bereits heute finden wir in unserem Alltag diese Filme wieder, beispielsweise in Schockdetektoren von Airbags oder in den Mikrospiegeln der neuen Generation von Videoprojektoren.

Kontakt:
Benoît Roman
@ benoit@pmmh.espci.fr
+33 1 40 79 47 21
+33 1 40 79 51 07
http://www.espci.fr
Muriel Ilous
@ muriel.ilous@cnrs-dir.fr
+33 1 44 96 43 09
http://www.cnrs.fr
Quelle: Le „dilemme du papier peint“ expliqué par les physiciens, 30.04.2005
Redakteurin: Nadia Heshmati, nadia.heshmati@diplomatie.gouv.fr
Wissenschaft-Frankreich (Nummer 141 vom 14.05.08)
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