Polymere

Question 1

Definition: Polymere

Answer 1

Polymere sind chemische Stoffe, die aus Makromolekülen bestehen.

Makromoleküle, sog. Ketten, sind aus sich wiederholenden Struktureinheiten aufgebaut.

Die Struktureinheiten werden Monomere genannt

Question 2

Vergleiche: Polymere mit Keramiken und Metalle

Answer 2

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

Question 3

Definition: Konstitution von einem Polymer

Answer 3

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

Question 4

Definition: Konfiguration von einem Polymer

Answer 4

Räumliche Anordung der Atome und Atomgruppen

Anordnung von Seitengruppen (Taktizität)

Question 5

Definition: Konformation von einem Polymer

Answer 5

Räumliche Anordnung im Makromolekül

Unterschiedliche Konformationen entstehen z.B. durch Verdrehung von Einfachbindungen
Drehbarkeit bestimmt u.a. die thermischen Eigenschaften

Question 6

Synthesearten

Answer 6

Kettenpolymerisation
Polyaddition
Polykondensation

Question 7

Charakteristiken: Kettenpolymerisation

Answer 7

Reaktionsfähige niedermolekulare Verbindungen

Aufbrechen von Doppelbindung

Keine Nebenprodukte

Beispiele: Polyethylen

Question 8

Charakteristiken: Polyaddition

Answer 8

Intermolekulare Addition von
unterschiedlichen Verbindungen

Reaktionsfähige Gruppen

Keine Nebenprodukte

Beispiele: Polyurethane,
Epoxidharze

Question 9

Charakteristiken: Polykondensation

Answer 9

Verbindung gleicher oder
verschiedener Moleküle

Abspaltung einfacher Stoffe (z.B. Wasser, …)

Min. zwei funktionelle Gruppen benötigt

Beispiele: Polyester, Silikone

Question 10

Polymerkategorien

Answer 10

Duroplasten
Elastomere
Thermoplasten

Question 11

Kategorien: Thermoplasten

Answer 11

Teilkristallin
Amorph

Question 12

Charakteristiken: Thermoplasten

Answer 12

Zusammenhalt zwischen Ketten nur durch sekundäre Bindungen

Beispiele: Polyamid, PET, Polyethylen

Question 13

Charakteristiken: Duroplasten

Answer 13

Engmaschig kovalent vernetzte Ketten

Beispiele: Epoxidharze, Phenolharze

Question 14

Charakteristiken: Elastomere

Answer 14

Weitmaschig kovalent vernetzte Ketten

Beispiele: Naturgummi, Silikon, EPDM

Question 15

Mechanisches Verhalten von Thermoplasten

Answer 15

Thermoplaste weisen eine starke Temperaturabhängigkeit auf

Im Gegensatz zu Elastomeren und Duroplasten reversibel schmelzbar (mangels kovalenter Bindungen zwischen Makromolekülen)

Question 16

Glasübergangstemperatur 𝑇𝐺

Answer 16

Übergang von Energieelastizität zu Enthropieelastizität → starker Abfall der Steifigkeit

Meist tritt ein Glasübergangsbereich Δ𝑇𝐺 auf

Question 17

Definition: Energieelastisch

Answer 17

Hart und spröde, vergleichbar zu Metallen

Linearer Zusammenhang zwischen Spannung und elastischer Dehnung

Beschreibbar durch Hooke’sches Gesetz

Elastizität durch Auslenkung der mittleren Atomabstände

Question 18

Definition: Entropieelastisch

Answer 18

Gummielastisches, viskoelastisches Verhalten

Hohe Dehnratenabhängigkeit des mechanischen Verhaltens

Elastizität durch Umlagerung und Rotation der Polymerkette

Question 19

Mechanismus: Linear Elastischer Bereich

Answer 19

Dehnung kovalenter Bindungen innerhalb der Makromoleküle

Question 20

Mechanismus: Einschnürung

Answer 20

Ketten entkäulen sich und nehmen somit weniger Raum ein → Querschnitt nimmt ab

Question 21

Mechanismus: Bruch (Thermoplasten)

Answer 21

Versteifung der Probe bis zum Bruch durch zunehmende Sekundärbindungen zwischen den Ketten (Orientierungsverfestigung)

Bruch nach vollständiger Verstreckung der Kette

Question 22

Verhalten: Teilkristalline Thermoplasten

Answer 22

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

Question 23

Mechanische Eigenschaften von Polymere

Answer 23

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

Question 24

Mechanische Modelle der Eigenschaften von Polymere

Answer 24

Voigt-Kelvin-Modell: Feder+Dämpfer

Maxwell-Modell: Feder->Dämpfer

Burger-Modell
Feder->Feder+Dämpfer->Dämpfer

Question 25

Standardpolymere im FFF

Answer 25

ABS, PLA, PP

Question 26

Konstruktionspolymere im FFF

Answer 26

PA6/12, PC, PET

Question 27

Hochleistungspolymere

Answer 27

PES, PEEK

Question 28

Faserverstärkungsarten

Answer 28

Kurzfaserverstärkt
Endlosfaserverstärkt

Question 29

Eigenschaften: Kurzfaserverstärkte Thermoplasten

Answer 29

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

Question 30

Eigenschaften: Endlosfaserverstärktes Drucken

Answer 30

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