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Werkstoffkunde 2 > Kap 2: Struktur und Grundlegende Eigenschaften von Kunststoffen > Flashcards

Kap 2: Struktur und Grundlegende Eigenschaften von Kunststoffen Flashcards

1
Q

Welche drei Gruppen von Kunststoffen gibt es?

A
  • Thermoplaste
  • Elastomere
  • Duroplaste
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2
Q

Def. Polymer

A

Makromoleküle, bestehend auf verknüpften Wiederholungseinheiten (Monomere)

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3
Q

Def: Monomer

A

Kleine, reaktionsfähige Moleküle. Grundbausteine für Makromoleküle und Polymere

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4
Q

Def. Kunststoff

A

vollsynthetisch oder durch Umwandlung von Naturprodukten hergestellter und modifizierter (Additive. Zuschlagstoffe) Werkstoff.

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5
Q

Welche chemischen Prozesse gibt es zur Polymerkettenbildung? und wie sieht es um stufenlosigkeit und Abspaltung voon Nebenprodukten aus?

A
  1. Polymerisation: verläuft stufenlos und ohne Abspaltung von Nebenprodukten
  2. Polykondensation: verläuft in Stufen und mit Abspaltung von Nebenprodukten
  3. Polyaddition: verläuft in Stufen und ohne Abspaltung von Nebenprodukten
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6
Q

Def: Polymerisation + Eigenschaften

A
  • bezeichnet eine chemische Reaktion, bei der Monomere mit Doppelbindungen zu Polymeren reagieren
  • Kettenreaktion: läuft selbstständig weiter
  • keine Nebenprodukte
  • Abbruch durch Reaktion oder Mangel an Monomeren

Bsp: Polyvinylchlorid(PVC), Polyethylen(PE) und Polystyrol(PS)

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7
Q

Welche Arten der Polymerisation gibt es?

A
  • radikalische
  • kationische
  • anionische
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8
Q

radikalische Polymerisation

A
  • Radikal bricht Doppelbindung auf und ermöglicht Monomeren mit geringer Aktivierungsenergie sich anzubinden
  • Abbruch entsteht durch:
  1. Rekombination
    - -> auf zwei Radikalen wird ein einziges Teilchen, was keine ungepaarten Elektronen mehr hat, also nicht mehr reaktiv
  2. Disproportionierung

–> zwei Radikale werden zu einem Alken/Alkan, verlieren Elektronenpaar, nicht mehr reaktiv

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9
Q

Def. Radikal

A

-Molekül oder Atom mit mindestens einem ungepaarten Elekton. Radikale sind meistens sehr reaktiosfreudig

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10
Q

ionische Polymerisation

A
  • Ion (Elektrisch geladenes Atom oder Molekül) übernimmt Rolle des Radikals
  • negativ geladen –> anionische Polymerisation (Abbruch durch Zugabe elektonenarmer Stoffe)
  • positiv geladen –> kationische Polymerisation (Abbruch durch Reaktion)
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11
Q

koodinative Polymerisation

A
  • Reaktion durch Übergangsmetallverbindungen
  • Metalle mit Ordnungszahlen von 21-30, 39-48, 57-80 und 89-112

Bsp: Ziegler-Natta Verfahren

  • wird genutzt um definierte Taktizität herzustellen
  • -> z.B. isotaktisches Polypropylen
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12
Q

Def: Taktizität

A

Anordnung der Seitenketten in einem Polymer. Isotaktisch ist ein Polymer, wenn alle Seitenketten in eine Richtung zeigen.

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13
Q

Beispiel Takizitäten

A
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14
Q

Def: Polykondensation + Eigenschaften

A
  • Addition zweier Monomere mit Abspaltung von Nebenprodukten
  • -> Stufenreaktion
  • es müssen immer zwei funktionelle Gruppen vorhanden sein (z.B. -OH, -COOH, -CO, -NH2)
  • -> Anlagerung am Endgruppen
  • Chemische Gleichgewichtsreaktion
  • -> Abbruch durch falsche Temperatur/Konzentration des Ausgangsstoff (Reaktionsumsatz muss mehr als 99% sein)

Bsp: Polyamide

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15
Q

Def: Polyaddition + Eigenschaften

A
  • Addition zweier Monomere ohne Abspaltung von Nebenprodukten
  • Reaktion über intermolekulare Umlagerung: H-Atome auf funktionellen Gruppen lösen sich und werden verschoben
  • keine chemische GGR
  • -> beendet, wenn es keine Partner mehr gibt

Bsp: Polyurethane

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16
Q

Schmatische Annordnungen der Kettenmoleküle von Kunststoffen

A
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17
Q

Thermoplaste: Eigenschaften

A
  • schmelzbar
  • quellbar
  • bei Raumtemperatur weich bis hart
  • zäh oder hart
  • spröde
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18
Q

Elastomere : Eigenschaften

A
  • nicht schmelzbar
  • quellbar

unlöslich bei Raumtemperatur

elastisch - weich

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19
Q

Duroplasten: Eigenschaften

A
  • nicht schmelzbar
  • nicht quellbar
  • unlöslich bei Raumtemperatur
  • i. a. hart
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20
Q

Welche Arten von Thermoplasten gibt es?

A

Amorphe TP

  • spröde
  • transparente

Teilkristaline TP

  • nicht transparent (milchig)
  • zäh
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21
Q

Def: Teilkristallin

A

amorphe und kristalline Phasen existieren nebeneinander

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22
Q

Schubmodulkurven verschiedern Kunststoffe

A
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23
Q

Welche Arten Kettenstrukturen gibt es?

A
  • linear
  • verzweigt
  • vernetzt
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24
Q

Def: Organische Stoffe

A

Alle chemischen Verbindungen des Kohlenstoffs

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25
Q

E-Modul und Zugfestigkeit von Elastomeren, Kunststoffen, Eisen- und Aluminiumlegierungen und Aluminiumoxid-Keramik

A

-Steifigkeit von Kunststoffen fällt mit Temperatur, sie verfügen jedoch über einen weiten E-Modul-Bereich

–> Verformbarkeit, Montageflexibilität, Stoßabsorption steigt

–> Vorteil von Kunststoffen liegt in der höheren Reißdehnung

-

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26
Q

Spannungs-Dehnungs-Diagramm verschiedener Werkstoffe

A
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27
Q

E-Modul in Abhängigkeit zur Bruchdehnung

A
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28
Q

Dauerbeanspruchung in abh. von der Temperatur

A
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29
Q

In welchen Bereich erstrecken sich die Wärmeleitfähigkeiten von Kunststoffen?

A

Kunststoffe: 0,1 - 0,4 W/mK

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30
Q

Beispiel: Längenänderung eines Stabes von 1m um 10 Grad

A

Elastomere: 1,5 - 2,2 mm

Thermoplaste: 0,6 - 2,2 mm

Duroplaste: 0, 1 - 0,9 mm

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31
Q

Elektrische Eigenschaften von Kunststoffen

A

Kunststoffe sind Ionenleiter, sie besitzen viel geringere elektrische Leitfähigkeit –> gute Isolatoren

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32
Q

Was sagt die Fließtemperatur aus?

A

Bei dieser Temperatur ist WK flüssig genug zur Verarbeitung

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33
Q

Was sagt die Glastemperatur aus?

A

Unterhalb dieser Temperatur sind WK hart und spröde

34
Q

Molekülstruktur der Kunststoffe

A
35
Q

Schubmodulkurven verschiedener KS in Abhängigkeit zur Temperatur

A
36
Q

Zugfestigkeit und Bruchdehnung eines amorphen Thermoplasten

A
37
Q

Zugfestigkeit und Bruchdehnung eines teilkristallinen Thermoplasten

A
38
Q

Welche Formen von Zwischenmolekularen Kräften gibt es?

A
  • Keesom Kräfte
  • Debye Kräfte
  • London
  • Wasserstoffbrückenbindungen
39
Q

Wie hoch ist die Bindungsstärke einer Ionenverbindung?

A

zwischen 600-1000 kJ/mol

40
Q

Dipol Def.

A

System aus zwei gleich großen Ladungen mit unterschiedlichen Vorzeichen, die in einem festen Abstand zueinander stehen.

41
Q

Elektronegativität Def. + welche Stoffe haben eine hohe EN?

A

Relatives Maß eines Atoms, Elektronen anzuziehen

Sauerstoff, Stickstoff und Fluor

42
Q

Sortiere die vier Zwischenmolekularen Kräfte nach ihrer Bindungskraft (hoch niedrig)

A

WBB 10-20 kJ/mol

Keeson 5-10 kJ/mol

Debye

London

43
Q

Bitte ordnen Sie die folgenden Werkstoffe in die Reihenfolge der steigenden Zugfestigkeit zu: Stahl, amorphe Thermoplaste, Kupfer, teilkristalline Thermoplaste, Gummi.

A
  • Gummi
  • Teilkristaline Thermoplaste
  • Amorphe Thermoplaste
  • Kupfer
  • Stahl
44
Q

Polymerisation

Art der Reaktion (in Stufen / stufenlos)

Fallen Nebenprodukte an? (ja / nein)

Beispiel

A

stufenlos

nein

Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polystrol (PS)

45
Q

Polyaddition

Art der Reaktion (in Stufen / stufenlos)

Fallen Nebenprodukte an? (ja / nein)

Beispiel

A

in Stufen

nein

Polyurethane

46
Q

Polykondensation

Art der Reaktion (in Stufen / stufenlos)

Fallen Nebenprodukte an? (ja / nein)

Beispiel

A

in Stufen

ja

Polyamide

47
Q

Nennen Sie bitte die beiden hauptsächlich vorkommenden Bindungsmechanismen bei Kunststoffen und kennzeichnen Sie, welche der beiden Bindungsarten bei Thermoplasten zwischen den Molekülketten wirkt.

A
  • Hauptvalenzkräfte
  • Nebenvalenzkräfte -→ wirken zischen Molekülketten
48
Q

Welche Kunststoffgruppe gehört zu welcher Morphologie?

A
49
Q
A
50
Q
A

Hauptvalenzbindung (kovalent) > Nebenvalenz

51
Q
A
52
Q
A
53
Q

Nennen sie vier Möglichkeiten thermoplastische Materialien zu recyclen

A
  • Sortenreine
  • Mischungen
  • Zersetzung in Grundbausteine
  • Energetische Verwertung
54
Q

In welche Schritte lässt sich der Kristalisationsprozess einteilen?

A
  • Keimbildung
  • Kristallwachstum
  • Nachkristallisation
55
Q

Formel Massenmittel Mw

A
56
Q

Formel Zhalenmittel MN

A
57
Q
A
58
Q

Wie wird der Zusatz genannt, der die Anzahl der Keime erhöht, worduch ein homogenes feinsphärolithischeres Gefüge entsteht?

A

Nukleierungsmittel

59
Q

Durch welche drei Atome wird Kohlenstoff oft in den Hauptketten von Kunststoffen ersetzt?

A
  • Sauerstoff
  • Silizium
  • Schwefel
60
Q
A
  1. lineare Kettenmoleküle
  2. verzweigte Kettenmoleküle
  3. schwach vernetzte Kettenmoleküle
  4. stark vernetzte Kettenmoleküle
  5. Thermoplasten
  6. Elastomere
  7. Duroplasten
61
Q

Was ist verantwortlich für das spezielle Eigenschaftsprofil von Kunststoffen?

A
  1. chemische Grundbautsteine
  2. Molmasse
  3. Strutur eines Kunststoffs
62
Q

Beschrifte die Abbildung

A
63
Q

In welchen Temperaturintervall erstreckt sich der thermische Dauerbeanspruchungsbereich folgender Werkstoffe?

Kunststoffe

Aluminiumwerkstoffe

Kupferwerkstoffe

Eisen- und Stahlwerkstoffe

A

Kunststoffe: 50-250 Grad

Alu: ca. 150- ca. 250 Grad

Kupfer: ca. 300 bis 700 Grad

Eisen- und Stahl: ca. 550 bis 800 Grad

64
Q

Welche Formen von Thermoplasten gibt es?

A
  • amorphe
  • teilkristalline
65
Q

Wieso sind Thermoplasten schmelzbar?

A

→ wenig Vernetzungen → wenig chemische Bindungen

66
Q

Wie nennt man die Vernetzungreaktion bei Elastomeren und Duroplasten?

A

Elastomere → Vulkanisation

Duroplasten → Härtung

67
Q

Ordne die Begriffe unvernetzt, stark vernetzt und schwach vernetzt den üblichen Polymeren zu

A

unvernetzt → Thermoplast

schwach vernetzt → Elastomer

stark vernetzt → Duroplast

68
Q

Sind die Polymerketten untereinander nicht vernetzt, ist das Polymer […] und es handelt es sich um einen […].

A

Sind die Polymerketten untereinander nicht vernetzt, ist das Polymer wiederaufschmelzbar und es handelt es sich um einen Thermoplasten.

69
Q

Sind die Polymerketten untereinander stark vernetzt, ist das Polymer […] und es handelt es sich um einen […].

A

Sind die Polymerketten untereinander stark vernetzt, ist das Polymer nicht schmelzbar und es handelt es sich um einen Duroplasten.

70
Q

Ist ein Polymer weitmaschig vernetzt, liegt ein […] vor.

A

Ist ein Polymer weitmaschig vernetzt, liegt ein Elastomer vor.

71
Q

Wovon hängen die Eigenschaften von Polymeren grundsätzlich ab?

A

-Kettenaufbau

Morphologie/Struktur des Polymers

72
Q
A
73
Q

Welchen Einfluss hat eine längere Molmasse auf die Festigkeit/Zähigkeit und das Fließverhalten?

A

→ Festigkeit/Zähigkeit steigt

→ Fließverhalten verschlechtert sich durch mehr Verschlaufungen

74
Q

Welche beiden Bindungsmechanismen findet man bei Polymerketten vor und welche sind die stärkeren?

A
  1. chemische innermolekularen Bindungskräfte (Hauptvalenz, kovalent)
  2. physikalische zwischenmolekularen Bindungskräfte (Nebenvalenz)
    → Kovalent stärker
75
Q

Skizzieren Sie den temperaturabhängigen Schubmodul eines amorphen und eines teilkristallinen Thermoplasten. Nutzen Sie hierzu das gleiche Diagramm, benennen Sie die beiden Kurven und Kennzeichnen Sie folgende Bereiche: Erweichungsbereich (Tg), Kristallitschmelzebereich (Tm)

A
76
Q

Geben Sie an, ob die drei grundlegenden Polymere: schmelzbar, löslich und quellbar sind

A

TP: schmelzbar, löslich, quellbar

EM: nicht schmelzbar, nicht löslich, quellbar

DP: nicht schmelzbar, nicht löslich, nicht quellbar

77
Q

Ordnen sie die Bindung nach ihrer Stärke an.

ionische, zwischenmolekulare, kovalente

A
  1. ionische (600-1000 kJ/mol)
  2. kovalente (250-400 kJ/mol)
  3. zwischenmolekulare (0,1-20 kJ/mol)
78
Q

Nenne Beispielpolymere für Polyaddition

A

POM Polyoxymethylene

PU

79
Q

Nenne Beispielpolymere für Polykondensation

A

PA Polyamid

PC Polycarbonat

80
Q
A
81
Q

Nenne ein Beispiel für Polykondensation

A

Polyethylen (PE)

PVC

82
Q

Skizzieren Sie qualitativ den Verlauf des Elastizitätsmoduls bei Streckdehnung in Abhängigkeit von Kristallisationsgrad und Sphärolitdurchmesser für ein Polypropylen.

A

Werkstoffkunde 2 (14 decks)

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