WKK Kap 9 Thermisches Verhalten.txt

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Author:
donkonsti
ID:
197372
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WKK Kap 9 Thermisches Verhalten.txt
Updated:
2013-02-02 12:34:39
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WKK Kap Thermisches Verhalten
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WKK Kap 9 Thermisches Verhalten
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  1. Definiere Wärmeformbeständigkeit!
    Fähigkeit eines Probekörpers aus Kunststoff, unter bestimmten Belastungsbedingungen seine Form bis zu bestimmter Temperatur beizubehalten, bzw. bei festgelegter Temperatur  vorgegebenen Verformungsbetrag nicht zu überschreiten
  2. Welche beiden Arten der Wärmeformbeständigkeit werden unterschieden?
    • Plastische Wärmeformbeständigkeit
    • Elastische Wärmeformbeständigkeit
  3. Was ist Elastische Wärmeformbeständigkeit?
    gibt Hinweise länger einwirkender Temperaturbeanspruchung, die ohne bedeutende Deformation ertragen wird
  4. Was ist Plastische Wärmeformbeständigkeit?
    gibt Hinweise auf eine noch zu ertragende, kurzzeitige Temperaturbeanspruchung
  5. Nach welchem Prinzip wird die Wärmeformbeständigkeit geprüft?
    Ein definiert belasteter Probekörper wird mit konstanter Aufheizgeschwindigkeit erwärmt. Ist eine bestimmte Verformung erreicht wird die Temperatur abgelesen.
  6. Gib für einen amorphen Thermoplasten ein Diagramm an, in dem Zugfestigkeit & Dehnung über der Temperatur eingetragen sind!
    Unterteile die Kurven in Bereiche und gib zu jedem Bereich an, in welcher Lebenszyklusphase (/welcher Verarbeitungsschritt) sich der Kunststoff befindet und ob er zäh, spröde, glasartig, (weich-, hart-, zäh-)elastisch oder (weich-, hart-)plastisch ist!
  7. Gib für einen Elastomer ein Diagramm an, in dem Zugfestigkeit & Dehnung über der Temperatur eingetragen sind!Unterteile
    die Kurven in Bereiche und gib zu jedem Bereich an, in welcher
    Lebenszyklusphase (/welcher Verarbeitungsschritt) sich der Kunststoff
    befindet und ob er zäh, spröde, glasartig, (weich-, hart-,
    zäh-)elastisch oder (weich-, hart-)plastisch ist!
  8. Gib für einen teilkristallinen Thermoplasten ein Diagramm an, in dem Zugfestigkeit & Dehnung über der Temperatur eingetragen sind!Unterteile die Kurven in Bereiche und gib zu jedem Bereich an, in welcher Lebenszyklusphase (/welcher Verarbeitungsschritt) sich der Kunststoff befindet und ob er zäh, spröde, glasartig, (weich-, hart-, zäh-)elastisch oder (weich-, hart-)plastisch ist!
  9. Gib für einen Duroplasten ein Diagramm an, in dem
    Zugfestigkeit & Dehnung über der Temperatur eingetragen
    sind!Unterteile die Kurven in Bereiche und gib zu jedem Bereich an, in
    welcher Lebenszyklusphase (/welcher Verarbeitungsschritt) sich der
    Kunststoff befindet und ob er zäh, spröde, glasartig, (weich-, hart-,
    zäh-)elastisch oder (weich-, hart-)plastisch ist!
  10. Welche zwei Temperaturen begrenzen im Wesentlichen die Wärmeformbeständigkeit?
    • bei amorphen Kunststoffen der Glasübergangsbereich
    • bei teilkristallinen Kunststoffen der Kristallitschmelzbereich
  11. Nenne die drei wichtigsten Prüfmethoden zur Feststellung der Wärmeformbeständigkeit!
    • Wärmeformbeständigkeit nach Martens
    • VICAT-Erweichungstemperatur
    • Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT-Heat Distorsion Temperature)
  12. Erkläre den Aufbau der Thermischen Prüfung nach Martens!
    Wie funktioniert die Messung?
  13. Erkläre den Aufbau der thermischen Prüfung nach VICAT!
    Wie funktioniert die Messung?
  14. Erkläre den Aufbau der Thermischen Prüfung nach der HDT-Methode!
    Wie funktioniert die Messung?
  15. Welche Belastungsart leigt jeweils bei Martens, VICAT und der HDT vor?
    • Martens: Biegung
    • VICAT: Eindringen einer Nadel
    • HDT: Biegung
  16. Welche Solldeformation wird jeweils bei Martens, VICAT und der HDT gemessen?
    • Martens: Hebelarmsenkung
    • VICAT: Eindringtiefe
    • HDT: Durchbiegung je nach Probendicke
  17. Wie ist die Vergleichbarkeit der Methoden der thermischen Prüfung?
    verschiedenen Methoden zur Bestimmung der Wärmefombeständigkeit sind untereinander nicht vergleichbar und nicht umrechenbar
  18. Wie ist die Rangfolge der Formbeständigkeitstemperaturen nach Martens, Vicat und HDT (i.d.R.)?
    • Martens (niedrigste)
    • HDT
    • Vicat
  19. Wodruch sind die thermischen Eigenschaften von Polymeren in erster Linie bestimmt?
    durch makromolekularen Aufbau und die daraus resultierenden Bindungsverhältnisse
  20. Was bestimmt bei Thermoplasten maßgeblich die thermischen Eigenschaften?
    Verhältnis von Hauptvalenzbindungen zu Nebenvalenzbindungen bestimmt die Beweglichkeit des Moleküls
  21. Was bestimmt bei teilkristallinen Polymeren maßgeblich die thermischen Eigenschaften?
    Verarbeitungsbedingungen und Bauteilgeometrie bestimmen Kristallisationsverhalten und damit besonders Verhältnisse der Nebenvalenzbindungen
  22. Was bestimmt bei vernetzten Polymeren maßgeblich die thermischen Eigenschaften?
    Vernetzungsgrad bestimmt die Beweglichkeit des Moleküls
  23. Erkläre den Flammschutztest gemäß UL 94!
    (Aufbau)!
  24. Nenne eine der wichtigsten Prüfungen für Elektroanlagen bzgl. des Brandschutzes!
    Glühdrahtprüfung
  25. Wie funktioniert die Glühdrahtprüfung (Aufbau)?
  26. Welcher Art entspricht die Forderung, die ein Werkstoff bei der Glühdrahtprüfung genügen muss?
    Bei einem Nennstrom > 0,2 A wird mit einem GWIT von mindestens 775 °C bei einer maximalen Flammdauer von 5 s gefordert
  27. Welche Kunststoffe sind bei der Glühdrahtprüfung stark im Vorteil? Warum?
    Aufgrund ihrer vernetzten Struktur sind duroplastische Kunststoffe bei dieser Prüfung stark im Vorteil. Anders als Thermoplaste schmelzen sie nicht aus, sondern behalten bis zum Erreichen ihrer Zersetzungstemperatur ihre Struktur. Das macht sie immer noch zu den bevorzugten Werkstoffen im Bereich der Elektroisolationstechnik.
  28. Was sind die typischen elektrischen Eigenschaften von Kunststoffen?
    Welche Art bildet eine Ausnahme?
    • Aufgrund ihrer meist amorphen, ungeordneten Struktur ist der überwiegende Teil der technischen Kunststoffe elektrisch nicht leitend
    • Ausnahme bieten sogenannte konjugierte Polymere
  29. Nenne 6 konjugierte Kunststoffe (Abkürzungen und Namen)!
    • PAC - Polyacetylen
    • PPP - Poly(p-phenylen)
    • PPY - Polypyrrol
    • PTH - Polythiophen
    • PANI - Polyanilin
    • PPV - Polyphenylenvinylen
  30. In welchem Bereich der Leitfähigkeit können konjugierte Kunststoffe liegen?
    Zwischen Isolator, Halbleiter und Leiter
  31. Wie ist PAC aufgebaut?
  32. Wie ist PTH aufgebaut?
  33. Erkläre die Funktionsweise elektrisch leitender Polymere!
    Welche Eigenschaften ergeben sich daraus?
    Was ist der große Nachteil?
    • Wandernde Elektronen durch umklappende Doppelbindungen
    • Halbleitereigenschaften
    • hohe Anfälligkeit durch Alterung. Bei Auflösung von nur einer Doppelbindung kommt der Elektronenfluss entlang der Kette zum Erliegen
  34. Wie werden die elektrischen Eigenschaften der Kunststoffe genutzt? Warum ist das möglich?
    • elektrische und dielektrische Eigenschaften spiegeln chemische Struktur des Makromoleküls, sowie Morphologie des polymeren Festkörpers wider
    • Bestimmung der elektrischen und dielektrischen Eigenschaften als analytische Methode in Polymerforschung oder Prozesskontrolle eingesetzt
  35. Wodurch ergeben sich Änderungen der elektrischen Eigenschaften?
    • Veränderung im chemischen Aufbau oder der Morphologie
    • =>Temperaturänderunge
    • =>Chemische oder physikalische Alterung
    • =>Einwirkung von Strahlung (UV, radioaktive Strahlung)
  36. Welche 4 übergeordnete Gruppen elektrischer Eigenschaften werden unterschieden?
    • Elektrische Leitfähigkeit
    • Elektrostatische Aufladung
    • Dielektrische Eigenschaften
    • Elektrische Festigkeit
  37. Nenne die wichtigsten elektrischen Eigenschaften, die geprüft werden (5)!
    • Durchgangswiderstand
    • Oberflächenwiderstand
    • Dielektrischer Verlustfaktor
    • Elektrische Durchschlagfestigkeit
    • Kriechstromfestigkeit
  38. Was ist die elektrische Leitfähigkeit?
    Formel?
    • Fähigkeit eines Stoffes, unter der Wirkung eines äußeren elektrischen Feldes einen elektrischen Strom zu leiten
  39. Was wird als Prüfkörper für die el. Leitfähigkeit verwendet?
  40. Welche besondere Elektrodenanordnung wird beim Messen der el. Leitfähigkeit verwendet?
    Wie funktioniert das?
    Zur Vermeidung von Messfehlern wird mit Schutzringelektrodenanordnungen gearbeitet. Die Schutzringelektrode unterbindet den Stromfluss von der Spannungselektrode über die Oberfläche zur Messelektrode und unterdrückt zusätzlich Feldinhomogenitäten
  41. Zeige die Prüfanordnung beim Messen des spez. Durchgangswiderstandes!
  42. Was resultiert aus dem hohen Durchgangswiderstand der meisten Kunststoffe?
    • Problem der elektrostatischen Aufladung
    • Erzeugte Ladungen können nicht von selbst abfließen und gleichen sich bei Kontakt mit elektrisch leitenden Objekten schlagartig aus
  43. Was ist der Oberflächenwiderstand?
    • Verhältnis einer zwischen zwei Elektroden angelegten Gleichspannung, wobei sich die Elektroden nebeneinander auf der Oberfläche des Probekörpers befinden
    • gibt Aufschluss über Isolationsverhältnisse an Oberfläche eines Kunststoffs
  44. Waurm lässt sich der Oberflächenwiderstand nicht exakt bestimmen?
    Wovon hängt er neben dem Kunststoff noch ab?
    • Strom fließt auch im Inneren der Probe
    • stark von äußeren Prüfbedingungen abhängig (bes. Feuchte)
  45. Wie ist die Prüfanordnung zur Bestimmung des Oberflächenwiderstandes?
  46. Wie ist der Begriff "Thermische Analyse" definiert?
    Thermische Analyse ist der Oberbegriff für Methoden, bei denen physikalische und chemische Eigenschaften einer Substanz, eines Substanzgemisches und/ oder von Reaktionsgemischen als Funktion der Temperatur oder Zeit gemessen werden, wobei die Probe einem kontrollierten Temperaturprogramm unterworfen ist
  47. Was kann mittels Thermischer Analyse bestimmt werden (4)?
    • Strukturänderungen (Glasumwandlung, Schmelzen/ Kristallisieren, Vernetzung, Verdampfung, Phasenumwandlungen)
    • mechanische Eigenschaften (elastisches Verhalten, Dämpfung)
    • thermische Eigenschaften (Ausdehnung/ Schrumpfung, spezifische Wärme, Schmelz- und Kristallisationstemperatur, Ausdehnungskoeffizient)
    • chemische Reaktionen (Zersetzungen, thermische Stabilität in verschiedenenAtmosphären)
  48. Nenne 5 thermische Analyseverfahren!
    • DSC - Differential Scanning Calorimetry, Dynamische Differenz-Thermoanalyse
    • TGA - Thermogravimetrische Analyse
    • TMA - Thermomechanische Analyse
    • DMTA - Dynamische Mechanische Thermische Analyse
    • TOA - Thermooptische Analyse
  49. Was ist die DSC?
    • Differential Scanning Calorimetry
    • zielt auf Wechselwirkung der Molekülketten untereinander ab.
    • Mechanische oder elektrische Werte am Probekörper werden nicht bestimmt
  50. Was ist die messgröße der DSC?
    Energetische (kalorische) Änderungen
  51. Welchem Nachweis dienst die DSC (6)?
    • Enthalpie
    • Kristallisation
    • Oxidationsstabilität
    • Phasenumwandlungen
    • Schmelzpunkt
    • Glasübergang
  52. Wie funktioniert die DSC?
    • Zusammen mit Probe wird Referenzprobe (i.d.R. Luft) jeweils getrennt in Pfännchen simultan aufgeheizt und anschließend abgekühlt
    • Bei therm. Symmetrie der Anordnung tritt beim Heizen der Öfen keine Temperaturdifferenz zwischen Tiegeln auf
    • Ändert sich spezifische Wärmekapazität der Probe beim Erhitzen, entsteht Temperaturdifferenz
    • Aus zugeführter Wärmemenge, die zum Angleichen der Tiegeltemperaturen zugeführt wird lassen sich Enthalpie und spezifische Wärme in Abhängigkeit von Temperatur ermitteln
  53. Wie ist eine DSC-Messzelle aufgebaut?
  54. Was siehst du?
    Benenne!
    • DSC-Messzelle nach dem Wärmestromprinzip mit Scheibenmesssystem
  55. Trage den mit der DSC-Methode ermittelten Wärmestrom für einen amorphen Thermoplasten über der Temperatur auf!
    Beschrifte die Achsen und nenne charakteristische Temperaturen und trage die Wärmekapazität ein!!!
    • TE = Aufschmelzende
    • TG = Glastemperatur
    • cp = spez. Wärmekapazität
  56. Trage den mit der DSC-Methode ermittelten Wärmestrom für einen teilkristallinen Thermoplasten über der Temperatur auf!
    Beschrifte die Achsen und nenne charakteristische Temperaturen und trage die Wärmekapazität ein!!!
    • TK = Kristallitschmelztemperatur
    • TA = Aufschmelzbeginn
    • TE = Aufschmelzende
    • cp = spez. Wärmekapazität
  57. Trage die mit der DSC-Methode ermittelte spez. Enthalpie für einen amorphen Thermoplasten über der Temperatur auf!
    Beschrifte die Achsen und nenne charakteristische Temperaturen und trage die Wärmekapazität ein!!!
  58. Trage die mit der DSC-Methode ermittelte spez. Enthalpie für einen teilkristallinen Thermoplasten über der Temperatur auf!
    Beschrifte die Achsen und nenne charakteristische Temperaturen und trage die Wärmekapazität ein!!!
  59. Was bedeuten Peaks und Übergänge bei der DSC im Verlauf von spez. Wärme und der Enthalpie?
    • im Glasübergangsbereich zeigt sich Stufe
    • im Schmelzbereich zeigt sich Peak
  60. Zeige für folgende Phänomene, ob sie endo- oder exotherm sind!
  61. Wie kann man die Schmelzwärme aus einem DSC-Verlauf bestimmen?
    Gib auch die Formel für die spez. Wärmekapazität an!
  62. Ordne Homo- und Copolymer zu!
    • 1: Copolymer
    • 2: Homopolymer
  63. Was ist die TGA?
    Wovür steht die Abkürzung?
    Die thermogravimetrische Analyse ist eine thermoanalytische Methode, bei der die Masse und/oder die Massenänderung einer Probe gemessen wird, die einem Temperaturprogramm unterworfen ist
  64. Welche ist die Messgröße bei der TGA?
    Masseänderung
  65. Aus welchen Phänomenen sind Masseänderungen die Folge (4)?
    • Verdampfung und Zersetzung
    • chemische Reaktionen (Oxidationen, Reduktionen)
    • magnetische oder elektrische Umwandlungen
    • Aufnahme von Gasen
  66. Zu welchen Nachweisen dient die TGA (8)?
    • Masseänderungen
    • Thermischer Stabilität
    • Zersetzungen
    • Pyrolyse
    • Flüchtigen Substanzen
    • Aschegehalt
    • Restlösemittelanteilen
    • Füllstoffanteilen
  67. Erkläre den schematischen (sehr groben) Aufbau der TGA!
  68. Zeige einen typischen Verlauf einer aus der TGA gewonnen Kurve!
    Beschrifte die Achsen und zeige wichtige Stellen auf!
  69. Was ist die DTG Kurve?
    Zeige Bsp.!
    • Ableitung der TG-Kurve
  70. Anschauen und verstehen!
  71. Nenne 6 Einflüsse auf das Ergebniss der TGA!
    • Probenmenge (i.d.R. 10 – 100 mg)
    • Entnahmeort des Probekörpers, insbesondere bei inhomogener Füllstoffverteilung im Ausgangsprodukt
    • Leichtflüchtige Bestandteile z.B. Lösemittel im Probenmaterial
    • Wahl des Spülgases (Stickstoff, Sauerstoff)
    • Probenalter
    • gewähltes Temperaturprogramm (Aufheizrate, Haltezeiten….)
  72. Was ist die TMA?
    Wofür steht die Abkürzung?
    Die thermomechanische Analyse beschreibt allgemein ein Analyseverfahren zur Erfassung von Dimensionsänderungen an Kunststoffproben
  73. Welche Phänomene können mittels der TMA bestimmt werden (4)?
    • thermische Effekten (Erweichen, Änderung des Ausdehnungskoeffizienten, Quellen in Lösemitteln, Schrumpfen)
    • Temperaturen, welche thermische Effekte charakterisieren
    • Verformungsstufenhöhen (Ausmaß von Deformationen)
    • Ausdehnungskoeffizienten
  74. Welcher wichtige Wert kann mittels der TMA bestimmt werden?
    Warum ist dies mit der TMA möglich?
    • Wärmeleitfähigkeit
    • Energietransport durch Molekülschwingungen (entlang der Kette und über Nebenvalenzen)
  75. Nenne Einflüsse bzgl. des Stoffaufbaus auf Wärmeleitung (4)!
    • Inhomogenitäten im Gefüge (im Polymer bzw. durch Zusatzstoffe)
    • Kristallinität (Leitung über kovalente Bindungen)
    • Kettenorientierung (in Spritzgießteilen, Folien, …)
    • Molmasse
  76. Nenne Auswirkugnen auf die Wärmeleitfähigkeit bzgl der Temperatur (steigende Temperatur)!
    • zunehmende Beweglichkeit, mehr Schwingungsformen, höhere Wärmeleitfähigkeit
    • Zunahme des spezifischen Volumens, weniger Wechselwirkung zwischen Molekülen, geringere Wärmeleitfähigkeit
  77. Womit wird die TMA durchgeführt?
    Was wird bestimmt?
    • Quarzrohrdilatometer
    • Thermischer Längenausdehnungskoeffizient
    • Thermischer Volumenausdehnungskoeffizient
    • Für isotrope, homogene Stoffe gilt : β = 3α,
  78. Wodurch wird die Kristallisation eines Kunststoffs bzgl. seines Stoffaufbaus gefördert (4)?
    • möglichst einfacher Aufbau der Molekülketten aus symmetrischen Struktureinheiten
    • ohne sperrige Seitengruppen, ohne Verzweigungen
    • intensive Wechselwirkungen der Polymerketten untereinander, z.B. über Wasserstoffbrücken oder polare Gruppen
    • möglichst enge Molmassenverteilung
  79. Wie hängen Abkühlgeschwindigkeit und Kristallisationsgrad zusammen?
    Was entsteht bei hohen was bei niedrigen Ablühlraten?
    • Bei sehr schneller Abkühlung aus Schmelze (Abschreckung) findet keine Kristallisation statt. Teilkristalliner Thermoplast verbleibt im festen Zustand amorph
  80. Trage Keimbildungs- und Wachstumsgeschwindigkeit über der Temperatur auf!
  81. Was sind Nukleierungsmittel?
    Zahl und Größe der Kristallite kann durch Art und Konzentration von Nukleierungsmittel, (Fremdkörper - kleine Kristalle eines anderen Stoffes) gesteuert werden.
  82. Welche Effekte hat eine Nachkristallisation?
    • Verbesserung des Kristallisationsgrades durch Ausheilung von Baufehlern in Kristallen oder Einbau freihängender Kettenreste
    • Vorgang dauert sehr lang und ist kaum beschreibbar
    • Änderung von Dichte, E-Modul, Schlagzähigkeit u.ä. von Kunststoff-Fertigteilen auch noch nach Monaten möglich (Relaxation)
    • => Volumenschwindung
  83. Um welchen Faktor sind die Wärme-Längenausdehungskoeffizienten von Kunststoffen etwa größer als die herkömmlicher Werkstoffe (Metalle und Keramiken)
    Faktor 10

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