Polymere Flashcards
Definition: Polymere
Polymere sind chemische Stoffe, die aus Makromolekülen bestehen.
Makromoleküle, sog. Ketten, sind aus sich wiederholenden Struktureinheiten aufgebaut.
Die Struktureinheiten werden Monomere genannt
Vergleiche: Polymere mit Keramiken und Metalle
Absolute Steifigkeit und
Festigkeit verglichen mit
den Metallen weit unterlegen
Relative Steifigkeit und Festigkeit vergleichbar zu
Metallen
Vorteile von Polymeren:
Geringe absolute Dichte
Herstellung erfordert vergleichsweise wenig Energie
Günstig
Definition: Konstitution von einem Polymer
Chemischer Aufbau des Moleküls
Typ und Bindungsart der Atome im Monomer
Art der Endgruppen und Substituenten
Art und Länge der Verzweigungen
Molmasse und deren Verteilung
Vorhandene Fremdatome oder –moleküle
Definition: Konfiguration von einem Polymer
Räumliche Anordung der Atome und Atomgruppen
Anordnung von Seitengruppen (Taktizität)
Definition: Konformation von einem Polymer
Räumliche Anordnung im Makromolekül
Unterschiedliche Konformationen entstehen z.B. durch Verdrehung von Einfachbindungen
Drehbarkeit bestimmt u.a. die thermischen Eigenschaften
Synthesearten
Kettenpolymerisation
Polyaddition
Polykondensation
Charakteristiken: Kettenpolymerisation
Reaktionsfähige niedermolekulare Verbindungen
Aufbrechen von Doppelbindung
Keine Nebenprodukte
Beispiele: Polyethylen
Charakteristiken: Polyaddition
Intermolekulare Addition von
unterschiedlichen Verbindungen
Reaktionsfähige Gruppen
Keine Nebenprodukte
Beispiele: Polyurethane,
Epoxidharze
Charakteristiken: Polykondensation
Verbindung gleicher oder
verschiedener Moleküle
Abspaltung einfacher Stoffe (z.B. Wasser, …)
Min. zwei funktionelle Gruppen benötigt
Beispiele: Polyester, Silikone
Polymerkategorien
Duroplasten
Elastomere
Thermoplasten
Kategorien: Thermoplasten
Teilkristallin
Amorph
Charakteristiken: Thermoplasten
Zusammenhalt zwischen Ketten nur durch sekundäre Bindungen
Beispiele: Polyamid, PET, Polyethylen
Charakteristiken: Duroplasten
Engmaschig kovalent vernetzte Ketten
Beispiele: Epoxidharze, Phenolharze
Charakteristiken: Elastomere
Weitmaschig kovalent vernetzte Ketten
Beispiele: Naturgummi, Silikon, EPDM
Mechanisches Verhalten von Thermoplasten
Thermoplaste weisen eine starke Temperaturabhängigkeit auf
Im Gegensatz zu Elastomeren und Duroplasten reversibel schmelzbar (mangels kovalenter Bindungen zwischen Makromolekülen)
Glasübergangstemperatur 𝑇𝐺
Übergang von Energieelastizität zu Enthropieelastizität → starker Abfall der Steifigkeit
Meist tritt ein Glasübergangsbereich Δ𝑇𝐺 auf
Definition: Energieelastisch
Hart und spröde, vergleichbar zu Metallen
Linearer Zusammenhang zwischen Spannung und elastischer Dehnung
Beschreibbar durch Hooke’sches Gesetz
Elastizität durch Auslenkung der mittleren Atomabstände
Definition: Entropieelastisch
Gummielastisches, viskoelastisches Verhalten
Hohe Dehnratenabhängigkeit des mechanischen Verhaltens
Elastizität durch Umlagerung und Rotation der Polymerkette
Mechanismus: Linear Elastischer Bereich
Dehnung kovalenter Bindungen innerhalb der Makromoleküle
Mechanismus: Einschnürung
Ketten entkäulen sich und nehmen somit weniger Raum ein → Querschnitt nimmt ab
Mechanismus: Bruch (Thermoplasten)
Versteifung der Probe bis zum Bruch durch zunehmende Sekundärbindungen zwischen den Ketten (Orientierungsverfestigung)
Bruch nach vollständiger Verstreckung der Kette
Verhalten: Teilkristalline Thermoplasten
Nur amorphe Anteile zeigen energie- und entropieelastisches Verhalten
Kristalline Anteile Gekennzeichnet durch:
Fernordnung
Energieelastisch
Geben Formstabilität
Bei hinreichend hohem Anteil kristalliner Bereiche
überwiegt energieelastisches Verhalten bis hin
zum Schmelzbereich
Mechanische Eigenschaften von Polymere
Überlagerung von elastischem und viskosem Verhalten → Polymere sind viskoelastisch
Elastisches Verhalten: Abhängig von der Verformung
Viskoses Verhalten: Abhängig von der Verformungsgeschwindigkeit
Modellierung durch Feder-Dämpfer-Systeme
Mechanische Modelle der Eigenschaften von Polymere
Voigt-Kelvin-Modell: Feder+Dämpfer
Maxwell-Modell: Feder->Dämpfer
Burger-Modell
Feder->Feder+Dämpfer->Dämpfer
Standardpolymere im FFF
ABS, PLA, PP
Konstruktionspolymere im FFF
PA6/12, PC, PET
Hochleistungspolymere
PES, PEEK
Faserverstärkungsarten
Kurzfaserverstärkt
Endlosfaserverstärkt
Eigenschaften: Kurzfaserverstärkte Thermoplasten
In Kombination mit nahezu allen Thermoplasten möglich
Fasern im Filament integriert
Fasern sind durch die hohen Scherkräfte in der Düse entlang der Extrusionsrichtung stark ausgerichtet
Verstärken die charakteristische prozessinduzierte Anisotropie
Eigenschaften: Endlosfaserverstärktes Drucken
Endlosfasern werden entlang der Extrusionsrichtung in das Bauteil integriert
Faserbündel ist im Filament bereits integriert oder wird während des
Druckprozesses mit der Polymerschmelze verbunden
Verstärkung entlang des Lastpfades möglich
Mit Kurzfaserverstärktem Drucken kombinierbar
