Kunststoffe Flashcards
Welche 3 Bereiche umfasst die Kunststofftechnik
- Werkstoff
- Verarbeitung
- Konstruktion
Welche 3 Dinge muss man für ein breites Eigenschaftsspektrum des Kunststoffes Kombinieren?
- Basiskunststoff
- Additive
- Herstellungsverfahen
Welche 2 Herstellungsverfahren sind die “mengenmäßig” wichtigsten
- Spritzgießverfahren (diskontinuierlich, komplexe Geometrie)
- Extrusionsverfahren (kontinuierliche Endlosteile)
Was sind die Grundlegenden Eigenschaften von Kunststoffen
Ein Kunststoff ist vielseitig und anpassbar durch seinen individuellen Aufbau
- Tranzperent oder Farbig
- Durchlässigoder undurchlässig für Flüssigkeiten und Gase
- Hohe chemische Beständigkeit
Nennen sie typische Einsatzgebiete von Kunststoffen
- Elektik, Elektronik
- Kommunikationstechnik
- Datenspeicherung (CD)
- Medizin
- Erneuerbare Energien
- Mobilität
- Technische Textilien
- Verpackung
- Bauwesen
- Haushalt
Dichte von Kunststoff
0.8-2.2 g/cm^3
Dichte von Aluminium
2,7
Dichte von Keramik
3,7-4,0
Dichte von Titan
4,5
Dichte von Eisen
7,9
In welchen Bereichen sind Kunststoffen enge Grenzen gesetzt
- bei hohen Temperaturen
- bei bestimmter mechanischer Beanspruchung
- bei häufigem Temperaturwechsel
In welche 3 Bereiche gliedert sich die Kunststoffindustrie und welche Aufgaben haben sie.
Rohstoffherstellung (Entwicklung von Materialien)
Kunststoffverarbeitung (Erzeugung von Fertigteilen)
Maschinenbau (Bereitstellen von spezifischem Werkzeug)
Def. Kunststoff
Sammelbegriff für synthetisch hergestellte makromolekulare Werkstoffe
“Werkstoff nach Maß”
Was ist ein Polymer
miteinander chemisch verknüpfte Monomeren
Ein Polymer aus 1.000-10.000 Monomere bilden ein kettenförmiges Makromolekül
Wann wird ein Polymer zu einem Kunststoff?
Nach der Zugabe verschiedener Zusatzstoffe, die die Eigenschaften und Verarbeitungsverhalten gezielt verändern können.
Wo findet man Makromoleküle in der Natur?
Leder Holz Elfenbein Bernstein Teer Baumwolle Naturkautschuk Seide
Welche 3 Arten der Polymersynthese gibt es ? ( chemische Prozesse)
Polymerisation
Polyaddition
Polykondensation
Definiere Primärprodukt
Primärprodukte sind die Grundbausteine der Monomere.
Sie werden aus Erdöl und Erdgas etc. extrahiert und anschließend zu Monomeren zusammen gesetzt
Nennen sie die 4 bekanntesten Primärprodukte und deren Eigenschaften
- Ethen
- Propen
- Benzol
- Toluol
Sie sind kurzkettige Kohlenwasserstoffverbindungen, die über ungesättigte chem. Bindungen verfügen.
Nenne 2 Primärprodukte, die direkt zu Polymeren reagieren
Ethen > Polyethylen
Propen > Polypropylen
Nennen sie die 7 wichtigsten Rohstoffe für Primärprodukte
Erdöl Erdgas Steinkohle Kalkstein Stansalz Flusssplat
Beschreiben sie die Aufbereitung von Rohöl
1: Zerlegung in Destillationskolonne
2: Abzug der Fraktionen (Gasöle, Petroleum, Benzin, Naphta)
3: Crackprozess
4: Isolierung, Reinigung
5: Umwandlung zum Monomer
Welche ist die wichtigste Fraktion bei der Rohöl Aufarbeitung
Die Naphtafrationen enthalten die wesentlichen Ausgangsstoffe für die Primärprodukte.
Was geschieht bei Crackprozessen während der Rohölaufarbeitung ?
Die längeren Kohlenstoffverbindungen der Naphtafraktionen werden in kürzere zerlegt
Beschreibe die Aufbereitung von Erdgas
1: Fraktionierung durch Kondensation
2: Crackprozess
3: Isolation, Reinigung
4: Umsatz zu Monomeren
Beschreibe die Aufbereitung von Steinkohle
1: Verkokung ( ohne Sauerstoff erhitzen)
2: Drei Fraktionen: Koks Kokereigas Steinkohlenteer
3: Verarbeitung wie Gas/ ÖL
Beschreibe die Aufarbeitung von Kalkstein
Brennen > Kalk > chem.Reaktion > Ethin
Beschreibe die Aufarbeitung von Flussspalt
> Flourwasserstoff> Flourpolymer
Nennen sie 7 wichtige Rohstoffe für biobasierte Kunststoffe
Zucker Stärke Zellulose Fette Öle Proteine Lignine
Was ist Polylactid
Polylactid (PLA) ist ein Beispiel für biologische Kunststoffe
Es wird aus Maisstärke hergestellt, ist ein spröder Werkstoff und hat eine konventionelle Zugeigenschaft
Sind Kunststoffe biologisch abbaubar
Kunststoffe sind nicht Biologisch abbaubar!
Man versuchte sie in ihrer Erstellung sogar so zu synthetisieren, dass sie gegen jegliche Umwelteinflüsse resistent ist. Dennoch ist es möglich labile abbaubare Elemente in eine Polymerkette einzubauen.
Was ist die “end of life” Strategie ?
Ein anderer Begriff für Recycling
Wie verläuft das Recycling von Thermoplast- Abfällen ?
Sortenreine Abfälle werden nach Zerkleinerung, Waschen Trocknung und Aufschmelzen wieder zu neuen Produkten verarbeitet.
Gemischte Abfälle können für dickwandige Produkte ( Lärmschutz etc. ) verwendet werden. Probleme dabei sind sind ein Abbau bei hohen Temperaturen und die Verarbeitung eines Stoffes mit unterschiedlichen Schmelztemp.
Welche drei Verfahren können Kunststoffe wieder in Grundsubstanzen zerlegen?
- Hydrolyse
- Alkoholyse
- Pyrolyse
Welches Verfahren angeweht wird ist abhängig von der chemischenBauart.
Wie werden Elastomere und Duroplasten recycelt ?
Elastomere werden durch Mastizieren (Abbau von Polymerketten) wieder verarbeitbar
Duroplasten Sund unschmelzbar. Sie werden daher zerkleinert und als Füllstoff verwendet.
Welche 3 Eigenschaften können beim Kunststoff sehr weit variieren?
Härte
Bruchfestigkeit
Formbarkeit
Welche 3 Gruppen von Kunststoffen gibt es?
Duroplasten
Elastomere
Thermoplasten
Welche Kunststoffgruppe hat den größten Marktanteil?
Thermoplasten
Wie kann man sich den Aufbau von Polymeren verdeutlichen ?
Polymere sind Polymerketten, die aus Monomeren bestehen
Aus welchen Molekülen besteht die Hauptkette eines Polymer idR.
C
O
N
Durch welches Element Wirtin einigen Polymeren der Kohlenstoff substituiert ?
C wird teilweise durch Silizium ( Si ) substituiert
Nennen sie den Verlauf der verschiedenen Polymersynthesen und geben sie an, ob neben Produkte entstehen.
Polymerisation verläuft stufenlos und es entstehen keine Nebenprodukte
Polykondensation verläuft in Stufen und es entstehen keine Nebenprodukte
Polyaddidtion verläuft in Stufen und es entstehen keine Nebenprodukte
Welche arte von Reaktion kennzeichnet die Polymerisation ?
Bei einer Polymerisation reagieren Monomere mit Doppelbindungen zu Polymeren.
Die Reaktion benötigt eine Energiezufuhr, die die Doppelbindung aufbricht, wodurch die Monomere reaktivierten und untereinander kovalente Bindungen ausbilden.
Was ergibt sich aus dem Polymerisationsgrad?
Die Kettenlänge, von der mechanische und Verarbeitungseigenschaften abhängen.
Wann endet die Polymerisation ?
Da es sich bei der Polymerisation um eine Kettenreaktion handelt endet sie nur auf Grund von Mangel an Monomeren oder einer eingeleiteten Abbruchreaktion.
Beispiele für Kunststoffe die durch Polymerisation entstehen:
Polyethylen PE
Polystyrol PS
Polyvinylchlorid PVC
Welche 3 Arten der Polymerisation existieren?
radikalische
ionische
koordinative
Definiere Radikal
Ein Radikal ist ein Molekül mit mindestens einem ungepaarten Elektronen.
Es ist sehr reaktionsfreudig.
Ablauf der Radikalischen Polymerisation
- Radikal öffnet DB eines anderen Monomers und geht mit seinem freien Elektron eine Kovalentbindung mit einem der nun freien Elektronen des Monmers ein.
- Das angegriffen Monomer ist nun selbst ein Radikal und greift das nächste monomehr an usw…
Die Reaktion kann durch Rekombination, Disproportionierung abgebrochen werden
Unterschied zwischen Rekombination und Disproportionierung:
Bei der Rekombination reagieren 2 Radikale zu einem Molekül
Bei der Disproportionierung werden 2 Radikale zu einem Alkan (Nur einfach Bindungen) und einem Alken ( DB vorhanden).
Welche 2 Arten der ionischen Polymerisation kann man unterscheiden und welche Eigenschaften sind bezeichnend ?
Man kann zischen der Anionischen (-) und Katholischen (+) Polymerisation unterscheiden
Eigenschaften :
- : hier kommt es selten zu Abbruchraktionen und die Polymerisation wird gestoppt durch die Zugabe von elektronenarmer Stoffe
+: Hier kommt es häufig zu Abbruchreaktionen weshalb sie so ebenfalls gestoppt wird.
Wie läuft die koordinative Polymerisation ab ?
- mittels Übergangsmetallverbindungen
- wichtigstes Verfahren: Ziegler-Natta-Verfahren ( Mit Z.-N.-Katalysator
Diese Polymerisation wird genutzt um Polymeren eine bestimmte Taktizität zu verleihen.
Was bedeutet Taktizität und welche Arten gibt es ?
Sie beschreibt die Räumliche Anordnung der Seitenketten in einem Polymer
- isotaktisch ( Einseitig )
- ataktisch /statisch ( willkürlich )
- syndiotaktisch (alternierend)
Nenne 3 typische Nebenprodukte der Polykondensation:
Wasser
Ammoniak
Alkohole
Wie läuft die Polykondensation ab?
Niedermolekulare Gruppen verknüpfen sich unter Abspaltung von Nebenprodukten
Bsp.: Verestern
Bedingung: Die Monomere besitzen mindestens 2 funktionelle Gruppen, die besonders reaktionsfähig sind.
(-OH -COOH -CO -NH2)
Abbruch: DA es sich um eine GGW Reaktion handelt wird der Abbruch über die Konzentration und die Temperatur gesteuert.
Wichtig: für ein Polymer mit hohem Molekulargewicht benötigt man einen Reaktionsumsatz von >99%
Was wird zb durch Polykondensation hergestellt?
Polyamide
Wie verläuft die Polyaddition und was macht sie aus ?
Ablauf: Durch die intramolekulare Umlagerung bilden sich konvergente Bindungen zwischen Monomeren aus.
( Meistens handelt es sich um die H-Atome der Funktionellen Gruppen.
Es handelt sich nicht um eine Gleichgewichts Reaktion, daher ist ihre Dauer allein von den vorhandenen Konzentrationen abhängig.
Produkt: Polyurethane
inwiefern ind die Polymerketten bei den unterschiedlichen Kunststoffarten verbundenen wie wirkt sich das auf ihre Schmelzbarkeit bzw. Löslichkeit aus?
Thermoplasten : geringe Vernetzung durch Wechselwirkungen zwischen den Ketten. Diese können gleich bei Erhöhung der Temperatur überwunden werden und die Moleküle können aneinander abgleiten. Dieser Kunststoff kann daher schmelzen und ist löslich.
Elastomere: geringe Vernetzung durch Wechselwirkung und kovalenten Bindungen. Sie sind Quellbar, da sich Wasser zwischen die Ketten anlagern kann und in Raumtemperatur meist weich und elastisch, allerdings können sie auf Grund der kovalenten Bindungen nicht Schmelzen.
Duroplasten: hohe Vernetzung durch kovalente Bindungen, wodurch sie weder quell noch schmelzbar sind. Bei Raumtemperatur sind sie hart.
Welche Art von Stoffen gibt man Kunststoffen hinzu, um ihre Eigenschaften einzustellen?
- Additive ( Stabilisatoren, Gleitmittel, Weichmacher )
- Füllstoffe ( Kreide, Glasfaser, Ruß)
- Pigmente
- andere Kunststoffe
in welchem Zustand werden Thermoplasten verarbeitet ?
Im geschmolzenen Zustand
Welche strukturellen Unterschiede gibt es bei Thermoplasten
Sie können einen Amorphen oder einen teilkristallinen Aufbau haben.
Was zeichnet amorphe Thermoplasten aus?
idR transparent
bei Raumtemperatur. spröde
Was zeichnet teilkristalline Thermoplasten aus ?
es existiert aus immer eine amorphe Phase neben einer teilkristallinen
milchig trübe Färbung
sie weisen ein zähelastische Verhalten auf
Welche Eigenschaften zeichnet ein Elastomer aus?
Durch das nachträgliche (nach der Formgebung) Vulkanisieren erhalten Elastomere ihr Gummielastisches Materialverhalten
Sie sind:
nicht schmelzbar
bei hohen Temperaturen brennbar
für elastische Anwendungen vorgesehen
Welche Eigenschaften zeichnet ein Durchlast aus?
Sie werden nach der Formgebung ausgehärtet.
Sie sind:
nicht schmelzbar
über einen großen Temp.bereich in ihren Eigenschaften konstant
beständig gegen Umwelteinflüsse
Anwendungsgebiet der Duroplasten
Faserverstärkte Kunststoffe (auf Grund der hohen chemischen Beständigkeit )
>Duroplastmatrix umschließt Faser z.B. Aramid, Gla, Kohelnstofffaser.
Was ist der Schubmodul und wie wird er ermittelt ?
G (N/mm^2)
Das Schubmodul ist eine dem E-modul vergleichbare Größe. Sie beschleicht die linearelastische Verformung eines Bauteils, auf Grund von einer Scherkraft oder Schubspannung.
Sie wird in dem Torsionsschwingversuch ermittelt.
definiere organische Stoffe
Organische Stoffe sind alle chemischen Verbindungen des Kohlenstoffs.
Kunststoffe sind organisch,Metalle und Keramiken sind anorganisch.
Wie verhalten sich Kunststoffe im Bereich der Festigkeit und Steifigkeit
1: im Vergleich zu Mentallen?
2: bei steigender Temperatur?
1: Sie haben eine wesentlich geringere Festigkeit und Steifigkeit. ( E: 10-10^3)
2: Mit steigender Temperatur fallen die Eigenschaften idR.
Welches Verhalten zeigen die Kunststoffarten beim Zugversuch im Vergleich zu Metallen ?
Die Festigkeit von Metallen ist deutlich höher.
Kunststoffe haben dafür eine deutlich höhere Reißdehnung.
Ordnen sie Metalle, Keramiken und Kunststoffe vergleichende Steifigkeiten und Bruchdehungen zu:
Hartmetalle& Keramiken: (S) gut, (B) sehr gering
Stähle und Eisen: (S) gut, (B) hoch
unverstärkte Thp.: (S) gut, (B) sehr hoch
Thp. mit steigender Verstärkung: (S) steigt, (B) sinkt
Verstärket Duroplasten: (S) hoch, (B) sehr gering
Elastomere: ?
Nenne einen wesentlichen Nachteil der Kunststoffe:
Die thermische Beanspruchbarkeit
Ordnen Sie Kunststoffen, Metallen und Keramiken nach Wärmeleitfähigkeit:
Kunststoffe. 0,1-0,4 Keramik (ZRO2): 1,2-3,5 Keramik (Al2O3): 10-30 Metall (VA): 15 Metall (Kupfer): 370
Ordnen Sie Kunststoffen, Metallen und Keramiken nach Wärmeausdehnung:
Elastomere: 1,5-2,2 mm Thermoplasten: 0,6-2,2 Duroplasten: 0,1-0,9 Leichtmetalle: 0,25 Stahl: 0,13 Keramik ZrO2: 0,1-1,12 Keramik Al2O3: 0,08-0,07
Welche Gründe führen dazu, dass der Einsatz von Kunstoffen immer mehr zunimmt?
- Kunststoffe sind an die Anwendung anpassbar (Werkstoff nach Maß)
- Leicht formbar
- Korrosionsbeständig
- mechanische Eigenschaften von Metalle sind oft nicht erforderlich
- Herstellung ist wirtschaftlich, da man niedrigere Temp zum verarbeiten brauch
Unterscheide Metalle und Kunststoffe auf Grund ihrer Leitfähigkeit:
Metalle sind Elektronenleiter und haben daher eine sehr hohe Leitfähigkeit.
Kunststoffe sind Ionenleiter, leiten schlecht und sind daher gut als Isolatoren geeignet.
Was ist eine Folge der sehr guten Isolationseigenschaft der Kunststoffe?
Durch mechanische Reibung entstehen Ladungsverschiebungen, die sich nicht ausgleichen können (elektrostatische Aufladung). So kann es zu Stromschlägen und Lichtbögen kommen.
