Kunststoffe-Modifikation des Werkstoffes und seiner Eigenschaften Flashcards
Nenne sie 4 Möglichkeiten um die Eigenschaften von Kunststoffen einzustellen.
Zugabe von:
- Additiven >mechanische Eigenschaften/Farben)
- Polymer-Blend >Polymere kombinieren
- Copolymere >Monomere kombinieren
- Verarbeitungsprozess
Welche Eigenschaften können Zuschlagstoffe verändern?
physikalische
chemische
Elektrische
Wann werden Zuschlagstoffe eingesetzt ?
In jedem Prozess.
In keinem werden nur Rohstoffe verwendet.
Wo liegt der typische Füllstoff Gehalt ?
bei ca 10-50%
Wie wirkt sich Calciumcarbonat als Füll-/Verstärkungsstoff auf PE aus ?
- Kosten Reduzierung
- E-modul Erhöhung
- Dichte erhöhen
- Aneinanderhaften verringern ( anti-block-Effekt)
- Schmelzwärme geringer
- bessere Wärmeleitfähigkeit
Was sind die Vorteile von FVK Faserverstärkte
Kunststoffe
- geringes spezifisches Gewicht
- einstellbare Stetigkeit
- gute chemische Beständigkeit
- gute Dämpfungseigenschaften
- hohe Schwing und Dauerfestigkeit
Welche 3 Werkstoffe werden im allgemeinen für Fasern als Füllstoff eingesetzt ?
Welche Biomaterialien gibt es ?
Allgemein: Glas, Kohlenstoff, Aramid
Biomaterialien: Flachs Zellulose
Typische Additive und Anteile, in denen sie dazu gegeben werden:
Anteil : 1-5%
- Stabilisatoren
- Antistaktika
- Gleitmittel
- Antiblockmittel
- Haftmittel
- Farbmittel
Was ist eine Masterbach ? Welche 3 Kategorien gibt es ?
Ein Masterbatch ist eine Zuschlagstoff in granulatform. ER enthält das Additiv in hoher Konzentration (-80%)
- Farbmasterbatches
- Funktionale Masterbatches ( Einstellung bestimmter Eigenschaften )
- Kombinations- Musterbuches ( Farb+Funktional)
Welche Eigenschaften können Stabilisatoren verbessern ?
Wärmebeständigkeit
UV- Beständigkeit
Feuchtigkeitsbeständigkeit
Welche Effekt haben Antistatiker?
- verringern des elektrischen Oberflächenwiederstandes
- ableiten von elektrostatischer Ladung
- Anziehung von Schmutzpartikeln verhindern
Wie wirken Gleitmittel imKunststoff?
Gleitmittel migrieren an der Oberfläche und verringern den Reibungskoeffizienten.
Wichtig für Folien und zur Entformung.
Wie wirken Antiblockmittel?
Antiblockmittel sind inerte Festkörper, die an der Oberfläche für Abstand sorgen ( zB. : zwischen Folien)
ZB: Silikate und Talkum
Was bewirken Haftvermitteler ?
Sie sorgen dafür, dass zwischen teils unverträglichen Schichten keine Delamination ( Ablösung ) stattfindet, indem sie einen verträgliche verträgliche Pufferschicht bilden.
Welche typischen Copolymerate gibt es ?
- statistisch aufgebautes Copolymer
- aus Blöcken zusammen gesetztes Copolymer
- alterniert aufgebautes Copolymer
- eine homogene Kette mit aufgepfropften Copolymeren
Nenne 2 typische Copolymere und ihre Eigenschaften :
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) - ein Terpolymer (3M)
>Kombination aus sprödem Thermoplast und Elastomer
>Bei Erstarrung Phasenseperation mit Elastomerinseln
> Material wird zäh und weniger spröde
Styron-Acrylnitril (SAN) - ein Copolymer (2M)
>höhere Festigkeit
>thermische Beständigkeit
>sehr spröde
Was sind Polymerblends und wie stellt man sie her ?
Polymerblends bestehen aus 2 oder mehreren Polymeren.
Wichtig ist die Verträglichkeit ( Phasenkopplung ) der Materialien.
Die Verträglichkeit kann durch Compatibilizer und reaktiven Blenden verbessert werden.
Welche Eigenschaften werden bei Blends am häufigsten optimiert ?
Nenne ein Bsp.
- Schlagzähigkeit
- Kerbschlagzähigkeit
Bsp ABS/ PC ( Elaktrogeräte):
- erhöhte Schlagzähigkeit im Tieftemperaturbereich
- gute Wärmeformbeständigkeit
- gute elektrische Eigenschaften
Was sind Integralschäume und woraus bestehen sie häufig ?
Sie sind :
- Teile mit geschäumten Kern und kompakter Oberfläche
- geringer Dichte
- guten mechanischen Eigenschaften
Sie bestehen meistens aus :
- Thermoplasten (PE,PS)
- Polyurethanen (PUR)
Welche Eigenschaft haben Schäume auf die Eigenschaften eines Kunststoffes ?
- gesenkter Verbrauch
- geringere Dichte
- niedrigere Wärmeleitfähigkeit
- gute thermische Isolation
- bessere Dämpfung
Wie läuft das Schäumen ab ?
Welche Zellgrößen kann man erreichen ?
Ablauf:
1: hoher Druck, hohe Temperatur >Treibmittel in der Schmelze lösen (Sorption, Diffusion)
2: starker Druckabfall > Verdampfung des Treibmittels, Nukleierung der Schaumzellen, Ausbildung der Zellstruktur
3. Abkühlung > Stabilisierung
Die Zellgröße variiert zwischen wenigen Millimetern bis zu mehreren Mikrometer.
Wie hoch ist die minimale Dichte, die man bei Integralschäumen erreichen kann?
𝞀= 300 kg/m^3
Welche Arten (2) von Treibmittel gibt es und was unterscheidet sie ?
Chemische Treibmittel :
Sie werden als Masterbatch zugegeben und beruhen auf thermischer iniitierung.
1: Gasmoleküle werden in einer endothermen Reaktion frei zB. Natriumcarbonat, Zitronensäure
2: Gasmoleküle spalten exotherm ab und geben Wärme frei ( selbsterhaltend)
Physikalische Treibmittel:
Fluide, die über einen Injektor eingebracht werden.
z.B. Kohlenstoffdioxid, Stickstoff
Welche drei wesentlichen Randbedingungen gibt der Verarbeitungsprozess vor ?
Temperatur
Strömungsfeld
Druck
Wie hängen freie Enthalte und Keimbildungsrate während der Kristallisation zusammen ?
Je höher die freie Enthalte, desto höher die Keimbildungsrate (feines Gefüge).
Die freie Enthalpie ergibt sich dabei additiv aus einem strömungsabhängigen und einem Strömungsunabhängigen Term
Was ist das Besondere sn der Shih-Kebab Kristallisationsstruktur ?
Sie entstehen aus stark verstärkten und orientierten Polymerketten.
Diestruktur kann ineinander verzahnen und wodurch sich die Stetigkeit erhöht ( von 1 auf ca. 8 GPa)
Eigenverstärkung
Wie verändert ein Strömungsfeld eine Polymerschmelze ?
Ohne Strömungsfeld ist eine Polymerlösung Isotop
Mit Strömungsfeld wird die schmelze orientiert, es kommt zur Molekülorientierung.
Charakteristisch ist , das die Schmelze mit der Zeit wieder relativeren kann (nicht-linear viskoelastisches Verhalten)
Welche Anistrope Eigenschaft wird durch ein Strömungsfeld in einer Schmelze vor allem hervorgerufen ?
Die Doppelbrechung / Strömungsdoppelbrechung, welche Reißspannung und Reißdehnung beeinflusst.
Wie wirken sich fasern und Orientierung in einem Kunststoff aus ?
Belastung in Faservorzugsrichtung = steifer und fester
Was sind Eigenspannungen und woher kommen sie ?
Eigenspannungen sind innen mechanische Spannungen.
Sie beruhen auf Abweichungen der Atomabständen und der Valenzwinkel.
Sie sind unvermeidlich und die Folge aus inhomogener Abkühlung.
Welche Arten von Eigenspannung gibt es ?
Thermisch induzierte und Druck induzierte Eigenspannungen.
Wie entstehen Thermischinduzierte Eigenspannungen ?
Dadurch, dass die Randschichten zuerst erstarren wird die Kontraktion der inneren Zonen behindert.
Wie entstehen druckinduzierte Eigenspannungen?
Durch das Nachfördern von Schmelze in den schmelzförmigen Bereich.
Abkühlungsexpansion wird unterdrückt.
Innen: Druckeigenspannung
Außen: Zugeigenspannung
Welche Faktoren legen die Höhe der Eigenspannungen fest?
- Art des eingesetzten Kunststoffes
- Geometrie
- Verarbeitung
- Nachbehandlung
Welche Umweltfaktoren wirken auf die Kunststoffe ein ? (6)
- Mechanische Belastung
- Temperatur
- Strahlung
- Chemische Medien
- Biologische Medien
- Natürliche Medien
Was sind die Mechanischen Belastungen ?
1 Mechanische Belastung:
- statische Kräfte (Zug, Druck)
- dynamische Kräfte ( Vibration, Schlag)
- Scherung (bei der Verarbeitung)
Was sind die Temperatureinflüsse
Wärme und Kälte
Was sind die Einflüsse durch Strahlung
- Licht
- UV-Strahlung
- elektromagnetische Strahlung
- Korpusskularstrahlung (Teilchenstrahlung)
Welche chemischen Medien beeinflussen den Kunststoff?
- Öle und Tenside
- Schadstoffe z.B. Ozon
Welche biologischen Medien beeinflussen den Kunststoff?
- Mikroorganismen ( Bakterien und Pilze)
- Planzen und Tiere
Welche natürlichen Medien beeinflussen den Kunststoff?
Luft und Feuchtigkeit
Wasser
Erde
Feuer
Was ist die Alterung und in welchen drei Teilschritten verläuft sie ?
Alterung: Alle mit der Zeit zunehmenden irreversiblen Veränderungen
Ursache > Vorgang > Erscheinung
Nenne Innere und äußere Alterungsursachen:
Innere: Unvollständige Polymerisation & Eigenspannungen
Äußere: Energiezufuhr durch Strahlung & chemische Einflüsse etc.
Nenne chemische und physikalische Alterungsvorgänge:
Chemisch:
Beeinflussung der Hauptvalenzen > irreversibel.
Ursache: Strahlungsenergie oder thermische Energie
-Korrosion (Oxidation / Hydrolyse)
-Molekulargewichtsabbau
-Nachpolymerisation
Physikalisch:
Veränderung der Nebenvalenzen, wodurch die Struktur verändert wird.
Relaxation
- innen: Orientierung, Eigenspannung, Nachkristallisation
außen: Energie, Fremdmoleküle, Additivwanderung
Nenne Alterungserscheinungen
Vergilben
Spannungsrissbildung
Abfall der mechanischen Eigenschaften
