Micro-Level of Polymer-Filler Interaction

04/2009 April

A challenging task for future developments in the rubber industry is a virtual material design based on computer simulations. In this paper, we are presenting a basic study of polymerfiller interaction by modeling adhesion behavior through constitutive-like assumptions for the interface. We treat EPDM with glass spheres as a filler and examine agglomerates consisting of various aggregates as the smallest objects within our model. The experimental result of increasing stiffness due to a better dispersion of such spheres at a given filling degree of 1 phr is modeled in a 3D FE analysis. The assumption of an interphase layer allows the introduction of an additional length in order to establish the given effect of dispersion.

Polymer-Füllstoff-Wechselwirkung: Ein mikromechanisches Modell
Eine große Herausforderung für zukünftige Entwicklungen in der Gummiindustrie stellt das Design von Elastomeren basierend auf Computersimulationen dar. Wir stellen hier eine grundlegende Studie der Polymer-Füllstoff-Interaktion vor, indem wir das Adhäsionsverhalten aufgrund einfacher Annahmen modellieren. Dabei untersuchen wir EPDM mit Glaskugeln unterschiedlicher Größe als Füllstoff und überprüfen dabei Variationen hinsichtlich des makroskopischen Verhaltens. Das bekannte experimentelle Resultat der Steifigkeitserhöhung aufgrund erhöhter Dispersion wird beispielhaft für einen Füllgrad von 1 phr mit einem FE-Modell analysiert. Die Annahme eines kontinuierlichen Phasenübergangs und damit eines weiteren Modellparameters als zusätzliche interne Länge erlaubt eine sehr gute Anpassung dieser Modellierung an Versuchsergebnisse.