Kunststoffe Flashcards
- Metalle bestehen aus Kristallen, deren Kristallgitter in meist dichter Packung mit starker
Metallbindung zusammen halten. Woraus bestehen im Vergleich dazu die Kunststoffe?
Kunststoffe sind amorph und bestehen aus kovalent gebundenen Makromolekülen
auf Basis des Nichtmetalls Kohlenstoff mit schwacher zwischenmolekularer Bindung,
einige sind teilkristallin und bilden Molekülgitter, keine dichte Packung
- a) Nennen Sie mindestens vier Elemente aus denen Kunststoffe bestehen!
b) Ordnen Sie die folgenden Elemente und Werkstoffe in die Dichtebereiche ein. Al,
Fe, Cu, Zn, Pb, Mg, Ti, Holz, Kunststoffe
c) Begründen Sie die Einordnung der Kunststoffe!
a) C, H, O, N, S, Cl, F, Si
Dichte
kg/ dm < 1,7 / 1,7….5 / 5….10 / > 10
Holz,
Kunststoff / Mg, Al, Ti / Fe, Cu, Zn / Pb
c) Da Kunststoffe aus Kohlenwasserstoffen und deren Abkömmlingen bestehen (reiner C hat eine Dichte von 2,2 kg/dm3) und keine dichten Packungen aufweisen, sind sie leichter als die Leichtmetalle
3 a) Warum sind Kunststoffe im Allgemeinen chemisch beständig?
- bestehen aus chemischen Verbindungen, in denen die Elemente durch sehr stabile
Atombindung ihr Energieminimum gefunden haben
3 b) Welche elektrische Leitfähigkeit haben Kunststoffe?
- es sind Nichtleiter, da die Valenzelektronen sämtlich in Elektronenpaaren gebunden
sind: Isolierstoffe
3 c) Sind Kunststoffe entflammbar und brennbar?
- ja, durch den Anteil an C und H werden bei Überhitzung die Makromoleküle
gespalten, es entstehen brennbare Gase - Brennprobe wird zur schnellen Erkennung des Kunststofftyps angewandt
3 d) Vergleichen Sie die Biegefestigkeit (E-Modul) von Metall und Kunststoff!
- Kunststoffe sind wesentlich biegeweicher als Metalle, d.h. sie haben einen deutlich
kleineren E-Modul - Ursache sind die schwachen Bindungskräfte zwischen den Molekülen und das
Fehlen der dichten Packung
- Die Moleküle von chemischen Verbindungen (z.B. Methan CH 4 ) haben gleiche
Zusammensetzung und konstante Größe. Wie steht es damit bei den Kunststoffen?
- Kunststoffe bestehen aus ketten- oder netzartigen Makromolekülen von
unterschiedlicher Länge - es kann nur eine mittlere relative Molekülmasse angegeben werden
- Das Verhalten der C-Atome bei der Bindung mit H-Atomen in den Kohlenwasserstoffen
ist Grundlage der Kunststoffchemie. Welche zwei besonderen Eigenschaften der C-
Atome sind dies?
- C-Atome können untereinander Bindungen zu ketten- oder ringförmigen Molekülen
eingehen - mit steigender Kettenlänge steigen Dichte und Schmelzpunkt der Stoffe
- C-Atome können Doppel- und Dreifachbindungen eingehen
- Moleküle mit solchen Bindungen sind sehr reaktiv
- a) Kunststoffe werden nach ihrer Entstehungsreaktion in drei große Gruppen eingeteilt.
Nennen Sie Namen der Reaktion und je ein Polymer!
Polykondensation: PF, MF
Polymerisation: PVC, PP, PE
Polyaddition: PU, EP
6b) Nach allen drei Reaktionen können jeweils zwei Arten von räumlich unterschiedlich
gebauten Makromolekülen entstehen, die dem Polymer grundsätzliche mechanisch-
technologische Eigenschaften geben. Vervollständigen Sie folgende Übersicht!
- Beantworten Sie folgende Fragen zur Polykondensation!
a) Unter welchen Bedingungen entstehen lineare Fadenmoleküle?
- das Monomer muss zwei reaktionsfähige Stellen besitzen
- Beantworten Sie folgende Fragen zur Polykondensation!
b) Unter welchen Bedingungen entstehen Raumnetzmoleküle?
- das Monomer muss mehr als zwei reaktionsfähige Stellen besitzen
- Beantworten Sie folgende Fragen zur Polykondensation!
c) Geben Sie eine Kurzbeschreibung der Polykondensation!
- stufenweise Vereinigung vieler kleiner Moleküle zweier organischer Verbindungen
unter Abspaltung eines niedermolekularen Nebenprodukten- in Abhängigkeit von Monomeren entstehen als niedermolekulare Nebenprodukte H 2 O,
H 2 , Halogenwasserstoff, Schwefelwasserstoff, Alkohol - Stufenreaktion
1. Stufe: Abbruch nach dieser Stufe entstehen lineare
Makromoleküle
2. Stufe: durch Temperatur- und/oder Druckerhöhung entstehen an
reaktionsfähigen Stellen der Kettenmoleküle Seitenketten
entstehen verzweigter Makromoleküle
3. Stufe: durch weitere Temperatur- und/oder Druckerhöhungen
kommt es zur Verknüpfung benachbarter Kettenmoleküle
entstehen vernetzter Makromoleküle Endprodukt: Duroplast
- in Abhängigkeit von Monomeren entstehen als niedermolekulare Nebenprodukte H 2 O,
- Beantworten Sie folgende Fragen zur Polykondensation!
d) Nennen Sie mindestens zwei Beispiele für durch Polykondensation hergestellte
Polymere!
MF(Melamin-Formaldehydharze), ungesättigte UP, PA (Polyamid), PC
- Beantworten Sie folgende Fragen zur Polymerisation!
a) Was bedeutet Polymerisationsgrad?
- Anzahl der Monomer-Bausteine in einem Makromolekül
- wegen der unterschiedlichen Molekülgrößen ist es ein Mittelwert
- Beantworten Sie folgende Fragen zur Polymerisation!
b) Welche Gestalt der Makromoleküle wird angestrebt (Begründung)?
- linear gebaute Ketten und solche , bei denen die Seitenketten einseitig angeordnet
sind - sie können dichter nebeneinander liegen (Kristallisation)
-dadurch steigen Dichte und die zwischenmolekularen Kräfte (Sekundärbindungen) - deshalb bessere mechanische und thermische Eigenschaften
- Beantworten Sie folgende Fragen zur Polymerisation!
c) Was bedeutet Copolymerisation?
- Polymerisation zwischen zwei oder mehr verschiedenen Monomeren
- es entstehen gemischte Kettenmoleküle
- Beantworten Sie folgende Fragen zur Polymerisation!
d) Nennen Sie mindestens drei Beispiele für Polymerisationskunststoffe!
- PVC, PE, PP, PTFE, POM
- Beantworten Sie folgende Fragen zur Polyaddition!
a) Welche Voraussetzung müssen die monomeren Stoffe erfüllen, damit (1)
Fadenmoleküle, (2) Raumnetzmoleküle entstehen?
(1) – beide Monomere müssen zwei reaktionsfähige Gruppen besitzen
(2) – mindestens ein Monomer muss drei reaktionsfähige Gruppen besitzen
- Beantworten Sie folgende Fragen zur Polyaddition!
b) Geben Sie eine Kurzbeschreibung der Polyadditionsreaktion!
- entstehen von Makromolekülen durch wechselseitige Anlagerung verschiedener
Monomermoleküle unter Platzwechselreaktion von H-Atomen - die Atome addieren sich ohne Entstehung eines niedermolekularen Nebenprodukts.
- Beantworten Sie folgende Fragen zur Polyaddition!
c) Nennen Sie mindestens zwei Polyadditionskunststoffe!
- EP, PUR,
- Welche Auswirkung hat die tetraedrische Anordnung der vier Orbitale des C-Atoms
auf:
a) die Gestalt der Kettenmoleküle
- die einzelnen Monomerbausteine (Kettenglieder) liegen unter dem Tetraederwinkel
(109,5°) zueinander - Kette ist dadurch nicht gestreckt sondern „zick-zack-förmig“ gebaut
- Welche Auswirkung hat die tetraedrische Anordnung der vier Orbitale des C-Atoms
auf:
b) das mechanische Verhalten beim Strecken eines Kettenmoleküls?
- Kettenglieder werden elastisch gestreckt und auch gegeneinander verdreht
- dabei treten Rückstellkräfte auf, welche versuchen, die ursprüngliche, gewinkelte
Stellung wieder einzunehmen
- Im Polymer treten zwei verschieden starke Bindungskräfte auf. Nennen Sie diese mit
Angabe der Stärke, der Partner, zwischen denen sie wirken und der evtl.
Einflussgrößen!
- Primärbindungen sind starke Elektronenpaarbindungen zwischen den
Kettengliedern - sind von der Art der Monomere abhängig
-Sekundärbindungen sind schwache Kräfte (Nebenvalenzbindungen) zwischen den
Ketten - abhängig von der Molekülgestalt (gestreckt, sperrig), Moleküllänge, innerer
Ordnung und Temperatur
- Mit steigender Länge der Molekülketten ändert sich die Zugfestigkeit des Polymers. In
welcher Weise geschieht dies (Begründung)?
- mit steigender Kettenlänge werden die Sekundärbindungen zwar größer als die
Primärbindungen, der Bruch erfolgt jedoch jetzt in der Kette selbst, d.h. die
erreichbare Zugfestigkeit ist durch die Primärbindungen nach oben begrenzt
- Die Struktur der Makromoleküle beeinflusst die Eigenschaften der Kunststoffe.
a) Ordnen Sie die folgenden Begriffe einander zu!
1 Fadenmoleküle a) hart, spröde A) Elastomer
2 Fadenmoleküle(schwach vernetzt) b) gummi-elastisch B) Plastomer
3 Raumnetzmoleküle c) plastisch verformbar
C) Duromer
1 Fadenmoleküle c plastisch verformbar B Plastomer
2 Fadenmoleküle schwach vernetzt b gummi-elastisch A Elastomer
3 Raumnetzmoleküle a hart, spröde C Duromer
13b) Worauf beruht die plastische Verformbarkeit der Thermoplaste bei höheren
Temperaturen?
- mikrobrownsche Bewegung, Sekundärbindungen werden kleiner
- Ketten können gegeneinander abgleiten
13c) Wie wirken sich überhöhte Temperaturen auf alle Makromoleküle aus?
- Schwingungen der Atome so groß, dass Primärbindungen zerbrechen, entstehen
niedermolekulare Stoffe- Werkstoff wird geschädigt, erkennbar an Verfärbungen, Blasenbildung, Verkohlen
13 d) Worauf beruht die Unschmelzbarkeit der Duroplaste?
- bestehen aus Raumnetzmolekülen, die auch bei hohen Temperaturen sich nicht
gegeneinander verschieben können, ohne zu reißen- deshalb zersetzen sie sich statt zu schmelzen
13e) Nennen Sie zwei Harztypen und zwei Verstärkungsmaterialien, die für die
Herstellung von Duroplasten Verwendung finden!
- EP, UP, PF
- CF, GF, AF,
13f) Welche Materialeigenschaften nehmen bei teilkristallinen Thermoplasten mit
wachsendem Kristallanteil zu bzw. ab?
Abnahme: Lichtdurchlässigkeit
Zunahme: Streckgrenze E-Modul Dichte
- Auf welche Weise lassen sich stärkere Sekundärbindungen zwischen den
Fadenmolekülen erreichen (Name und zwei Bedingungen)?
- durch Teilkristallisation, möglich bei gleichlangen, linearen Fadenmolekülen und
langsamer Abkühlung
- Welche Molekülform ist zur Kristallisation am besten geeignet? Nennen Sie zwei
Beispiele!
- lineare, unverzweigte Moleküle und isotaktisch gebaute
- PE, isotaktisches PP
- Welche Molekülform ist nicht zur Kristallisation geeignet? Nennen Sie zwei Beispiele!
- verzweigte Moleküle mit sperrigen Seitenketten und ataktisch gebaute Moleküle
- PS, PVC
- Welcher Unterschied besteht in der Kristallisation zwischen Metall und Kunststoff?
- Metalle kristallisieren 100%-ig, in Metallgittern
- Kunststoffe können nur teilweise in Molekülgittern kristallisieren, dazwischen liegen
amorphe Bereiche - der Anteil der kristallinen Bereiche kann bis zu 90% betragen (Kristallinitätsgrad)
- Welche Auswirkungen hat eine zunehmende Kristallisation des Polymers auf seine
mechanischen und technologischen Eigenschaften?
- mit zunehmendem Kristallinitätsgrad steigen:
Schmelzbereich, Härte, Dichte , E-Modul, Zugfestigkeit, chem. Beständigkeit - es nehmen ab:
Dämpfung, Schlagzähigkeit, Bruchdehnung, Licht- und Gasdurchlässigkeit,
Wärmedehnung, der Schmelzbereich wird enger
- Auf welche Weise können auch amorphe Polymere erhöhte Zugfestigkeiten erhalten,
bei welchen Produkten wird dies angewandt?
- durch mechanische Streckung bei der Formgebung tritt eine parallele Orientierung
der Ketten ein - in dieser Richtung erhöhen sich Zugfestigkeit und Bruchdehnung beträchtlich
- Anwendung bei Folien, Spinnfasern
- Zu den nachstehend genannten Wirkungen sollen jeweils ein Zusatzstoff und die
beabsichtigte Verhaltens- oder Eigenschaftsänderung genannt werden!
a) chemische,
b) verarbeitungsfördernde,
c) treibende,
d) streckende,
e) verstärkende Wirkung
a) - Stabilisatoren zur Erhöhung der Wärme- bzw. Lichtbeständigkeit beim Herstellen und im Gebrauch
- Gifte gegen Mikroben
b) Wachs als Gleitmittel oder Formtrennmittel
c) - gasabspaltende Stoffe für Schaumstoffe (N)
d) - Holzmehl, Kreide, Quarz- und Schiefermehl
e) - Fasern, Rovings, Gewebe, Matten, Vliese, Bahnen aus Papier, Textilien, Glas,
Kohlenstoff zur Erhöhung der Festigkeit, E-Modul, Zähigkeit, Wärmebeständigkeit,
Anisotropie
- Welche drei Arten von Schichtpressstoffen gibt es?
- Hartpapier, Hartgewebe, Kunstharzpressholz
- Welche besonderen Vorteile haben Polyesterharze gegenüber den Phenol- und
Harnstoffharzen?
- können drucklos und bei Raumtemperatur aushärten
- Welcher verstärkende Zusatz wird für UP (ungesättigtes Polyesterharz) und EP(Epoxidharz) am meisten verwendet? Nennen
Sie drei Formen und deren Auswirkung auf die Festigkeitseigenschaften!
- Glasfasern in Form von Rovings (hohe Festigkeit in Faserrichtung), Geweben (hohe
Festigkeit in zwei Richtungen), Matten (regellos, sog. Wirrfasermatten, isotrop)
- Welcher wesentliche Eigenschaftsunterschied besteht zwischen UP und EP (Epoxidharz) mit
Glasfaserverstärkung?
- EP härtet ohne Schwindung aus ( UP etwa 2…3%)
- deshalb hohe Maßhaltigkeit und bessere Haftung an den Glasfasern
- höhere Dauerfestigkeit als UP
- aber teurer
- Was ist bei der Verwendung von Duromeren auf Phenolharzbasis zu beachten?
- Lebensmittel dürfen nicht mit ihnen in Kontakt kommen
- Thermoplaste
a) Welche drei Bereiche gibt es für die mechanischen Eigenschaften eines
teilkristallinen Polymers?
- unterhalb der Glastemperatur Tg (Bereich I)
- oberhalb der Kristallit-Schmelztemperatur Tm (Bereich III)
- dazwischen (Bereich II)
- Thermoplaste
b) Wie ändert sich die Steifigkeit in den drei Bereichen?
- nimmt kontinuierlich ab
- an den Bereichsgrenzen sehr deutliche Abnahme
- Thermoplaste
c) In jedem der drei Bereiche zeigt das Polymer äußerlich ein bestimmtes
mechanisches Verhalten, das auf das Verhalten der Kettenmoleküle zurückzuführen
ist. Geben Sie das Verhalten für die drei Bereiche an!
Bereich I - spröde - völlige Unbeweglichkeit der Ketten
Bereich II - zähhart (thermoelastisch) - amorphe Bereiche der Ketten sind beweglich (mikrobrownsche
Bewegung)
Bereich III - plastisch bis schmelzend (visko-elastisch) - Kristallite sind aufgelöst, Bindungen stark gelockert
(makrobrownsche Bewegung)
- Thermoplaste
d) die Kennlinie zeigt schematisch das grundsätzliche Temperaturverhalten eines
Thermoplastes.
Welche beiden Temperaturen grenzen die drei Bereiche I , II , III ab?
- Tg (Glasübergangstemperatur)
- Tm (Kristallit-Schmelztemperatur)
- Thermoplaste
e) In welchem Zustand wird ein Thermoplast
( 1 ) verarbeitet, ( 2 ) als Bauteil eingesetzt?
- (1) im Bereich III
- (2) im Bereich II
- Thermoplaste
f) Welche Auswirkung hat eine Teilkristallisation des Polymers auf Form und
Lage der Kurve?
- Kurve wird nach oben verschoben
- Schmelzbereich wird enger
- Im Kurzzeitversuch zeigen Thermoplaste die skizzierten typischen Kennlinien.
a) Geben Sie zu jedem Typ von Kennlinie das mechanische Verhalten und je ein
Polymer als Beispiel an!
- (1) spröde, PS, PMMA
- (2) zäh, PE, PP
- (3) elastisch, PUR
- (4) gummielastisch, Naturkautschuk
- Im Kurzzeitversuch zeigen Thermoplaste die skizzierten typischen Kennlinien.
b) Welchen Typ von Kennlinie haben Thermoplaste, die für Maschinenteile wie z.B.
Zahnräder, isolierende Schrauben, Kupplungsteile, Bohrmaschinengehäuse u.a.
verwendet werden?
- Typ (2)
- Welche Erscheinung tritt bei langzeitiger Belastung von Thermoplasten auch bei
Raumtemperatur auf, mit welchen Versuchen wird das Verhalten getestet?
- das Kriechen, d.h. eine zunehmende Dehnung, die nach einer endlichen Zeit zum
Bruch führt - Zeit hängt von Spannung und Temperatur gegenläufig ab
- Zeitstandzugversuch: Probe wird zeitlich konstanter Spannung ausgesetzt,
gemessen wird die veränderliche Dehnung - Entspannungsversuch: Probe wird zeitlich konstanter Dehnung ausgesetzt,
gemessen wird die abnehmende Spannung
- Was bedeutet Kriechmodul?
- der E-Modul ist das Verhältnis Spannung zu Dehnung
- wenn bei langzeitiger Beanspruchung die Dehnung größer wird, so muss (bei konst.
Spannung) der E-Modul kleiner werden - der veränderliche, zeitabhängige E-Modul wird als Kriechmodul bezeichnet,
erkennbar an der unterschiedlichen Neigung der isochronen Spannungs-Dehnungs-
Linien
- Nennen Sie Anwendungsfälle, bei dem der niedrige E-Modul der Thermoplaste
ausgenutzt wird!
- Schnappverbindungen für Abdeckklappen und Spielwaren
- Wälzlagerkäfige
- Zahnräder und Kupplungsteile
- Wenn ein Konstruktionsteil statt aus Metall in Kunststoff gefertigt wird, macht sich der
niedrige E-Modul durch eine geringe Steifigkeit des Bauteils bemerkbar. Welche vier
Möglichkeiten gibt es, um die Steifigkeit zu verbessern?
- Wanddicken verstärken
- Verrippungen anbringen
- Strukturschaum verwenden (Sandwichprinzip)
- glasfaserverstärkte Kunststoffe einsetzen
- Welche Auswirkungen haben Glasfaserverstärkungen auf:
a) mechanische
b) thermische Eigenschaften
c) Verarbeitungseigenschaften?
a) - E-Modul und Zugfestigkeit steigen, Dehnung und Zähigkeit sinken, ebenso die
Kriechneigung
b) - Wärmeausdehnungskoeffizient sinkt, Dauerwärmebeständigkeit wird erhöht
c) - Fließfähigkeit in der Form wird geringer
- Glasgehalte deshalb nach oben begrenzt, meist 30%
- Thermoplaste werden überwiegend nach zwei Verfahren zu Formteilen und
Halbzeugen verarbeitet. Nennen Sie Verfahren und Formteile als Beispiele!
- Spritzgießen von Formteilen, wie z.B. Küchengeschirr, Gerätegehäuse,
Verpackungsbehälter, Getriebeteile - Extrudieren von Schläuchen, Folien, Platten, Ummantelungen von Rohren und
Kabeln
- Der Austausch von Metall durch Kunststoffe als Werkstoff von Bauteilen wird durch
einige Eigenschaften erschwert, in denen die Kunststoffe den Metallen unterlegen sind.
a) Um welche Eigenschaften handelt es sich?
b) Welche Veränderung der Makromoleküle erhöht die thermischen Eigenschaften
(Begründung), was ergibt sich daraus für die Verarbeitung?
a) - in der Formbeständigkeit bei höheren Temperaturen und in Festigkeit und Steifigkeit
b) - Einbau von aromatischen Ringsystemen (Benzolring) in die Monomerkette ergibt
durch die Doppelbindung des kompakten Ringmoleküls höhere Steifigkeit und
Wärmebeständigkeit
- leider erhöht sich damit auch die Viskosität der Schmelze, deshalb für die
thermoplastische Formgebung höhere Verarbeitungstemperaturen erforderlich
- mache dann nur noch sintertechnisch verarbeitbar
(E- und G-Modul)
- Was sind LC-Polymere, welches Verhalten zeigen sie bei der Formgebung und
welche besonderen Eigenschaften haben sie?
- LC bedeutet „liquid crystal“ flüssigkristalline Polymere
- sind Polymere mit stäbchen- oder scheibenförmigen Kristallen, die sich in
Fließrichtung orientieren und dadurch höchste Festigkeit und Steifigkeit aufweisen - der Wärmeausdehnungskoeffizient ist wesentlich kleiner
- Ausrichtung führt zu starker Anisotropie
- Welcher Kunststoff verzieht sich bei Spritzgussfertigung stärker: ein amorpher oder
ein teilkristalliner Thermoplast (Begründung)?
- teilkristalliner Kunststoff verzieht sich stärker
- da durch die Kristallisation die Moleküle in einen dichter gepackten Zustand
übergehen
38. Welcher Kunststoff hat eine größere Chemikalienbeständigkeit: ein teilkristalliner oder amorpher Thermoplast (Begründung)?
- teilkristalline Kunststoffe haben größere Chemikalienbeständigkeit
- da Fremdatome leichter in die locker gepackten amorphen Bereiche eindringen
können
- Der Werkstoff, aus dem CDs bestehen, muss hochgradig transparent sein. Welche
Art Kunststoff kommt dafür in Frage: Duromer, Elastomer, teilkristalliner Thermoplast,
amorpher Thermoplast, keiner der genannten Kunststoffe?
- amorpher Thermoplast
- Durch welche Temperatur wird die Einsatztemperatur der Elastomere
a) nach unten
b) nach oben
begrenzt?
a) - Glasübergangstemperatur
b) - Zersetzungstemperatur
- Welche Kunststoffe haben in der Regel eine höhere Warmformbeständigkeit:
Thermoplaste oder Duroplaste (Begründung)?
- Duroplaste
- die kovalenten Vernetzungen der Duroplaste sind thermisch stabiler als die
Verschlaufungen und sekundären Bindungen der Thermoplaste
- Welche der folgenden Kunststoffe lassen sich durch Schweißen miteinander
verbinden?
a) amorphe Thermoplaste
b) teilkristalline Thermoplaste
c) Elastomere
d) Duromere
- amorphe und teilkristallinen Thermoplaste, da diese schmelzbar sind
- Welche Prozessschritte sind beim Spritzgießverfahren zu berücksichtigen und
welcher Vorgang bestimmt die Dauer des Spritzgusszyklus bei Thermoplasten?
- Dosieren
- Einspritzen
- Nachdruck
- Kühlphase
- Auswerfen
- Nacharbeiten
- die Dauer des Spritzgusszyklus wird durch die Kühlphase bestimmt
- Welches Verarbeitungsverfahren wählen Sie für die Herstellung folgender Produkte:
a) Pkw-Stoßfänger
b) Duschwanne
c) Bierkästen
d) Joghurtbecher
e) Fensterprofile
f) Verpackungsfolien
g) Getränkeflaschen aus PET
a) Spritzguss
b) Thermoformen
c) Spriztguss
d) Thermoformen oder Spritzguss
e) Extrusion
f) Extrusion
g) Blasformen
- Was sind Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe?
- sind Werkstoffe aus kontinuierlich hochfesten und hochsteifen Fasern, die in eine
Polymermatrix eingebettet sind - das Grundelement dieser Hochleistungsverbundwerkstoffe ist die
Unidirektionalschicht - diese Unidirektionalschicht ist dadurch gekennzeichnet, d. die von der Matrix
umhüllten Fasern geradlinig und parallel zueinander angeordnet sind
- Welche Verstärkungsfasern werden hauptsächlich bei Kunststoffen eingesetzt?
- GF, AF, CF
- Nennen und skizzieren Sie zwei Sonderfälle des mehrschichtigen Laminataufbaus bei
Hochleistungskunststoffen?
UD-Laminat:
höchster Grad der Anisotropie, in Faserrichtung die größten und quer zur
Faserrichtung die niedrigsten Festigkeits- und Steifigkeitswerte
Quasiisotropes Laminat:
symmetrischer Aufbau zur Mittelebene und gleicher Anzahl von Schichten, hier erhält
man winkelunabhängige Werte der Festigkeit, die aber nur bei ca. 1/3 des Wertes für
das UD- Laminat liegen
- Geben Sie je zwei Verarbeitungsverfahren für faserverstärkte Thermoplaste und
faserverstärkte Duroplaste an?
- GMT, kurzfaserverstärktes Thermoplastgranulat durch Spritzguss
- SMC, BMS, Prepregs
- Was bedeuten folgende Abkürzungen:
a) FVK
b) CF, CFK
c) GF, GFK
d) AF, AFK
a) - faserverstärkte Kunststoffe
b) - Kohlefaser, kohlefaserverstärkte Kunststoffe
c) - Glasfaser, glasfaserverstärkte Kunststoffe
d) - Aramidfaser, aramidfaserverstärkte Kunststoffe
- Bewerten Sie die Faserarten AF, CF, GF bezüglich folgender Eigenschaften mit:
1= sehr gut
2= gut
3= gering
AF CF GF
spez. Gewicht 1 2 3
Festigkeit 3 1 2
E-Modul 2 1 3
Bruchdehnung 1 3 2
Preis 2 3 1
- Erläutern Sie kurz eine Möglichkeit der Vorgehensweise bei der Werkstoffauswahl!
- Klärung der Anforderungen an den Werkstoff
Anforderungsliste/Pflichtenheft erstellen
Schwerpunktbildung aus Schadensberichten,
Analysen ähnlicher Produkte (Vorgänger-, Konkurrenzprodukte),
Kosten-, Zuverlässigkeitsstrukturen. - Suche nach möglichen Werkstoffen
Werkstoffkataloge, Regelwerke, Datenbanken,
Brainstorming, Gespräche mit Fachleuten - Ermittlung der Eigenschaften
Berechnungen: Festigkeit, Kosten, Versuche: Elementar-, Bauteilversuche,
Einsatzspezifische Versuche an Prüfständen oder beim Kunden
Vergleich mit ähnlichen Produkten - Ermittlung der Eigenschaften der Werkstoffalternativen
Anforderungs-/Eigenschaftsliste, gewichtete Punktbewertung,
Nutzwertanalyse, Expertengespräche, Werkstoffentscheidungsteam
- Nennen Sie mindestens zwei Methoden der Werkstoffauswahl!
- Werkstoffauswahl mit Werkstoffschaubildern
- Werkstoffauswahl mit Kennzahlverfahren
- die Erstellung eines werkstoffspezifischen Anforderungsprofils und dessen Vergleich
mit den relevanten Eigenschaften der zur Verfügung stehenden Werkstoffe.
