WKK Kap 4 Additive.txt

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Author:
sonnen.rom
ID:
197818
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WKK Kap 4 Additive.txt
Updated:
2013-02-04 08:28:54
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  1. Nenne einige Bauteilanforderungen, denen Kunststoffe gerecht werden sollen (12)!
    WIe ist dies zu erreichen?
    • Temperatur
    • Einsatzzeit
    • statische und dynamische Belastungen
    • Brandverhalten
    • Optik
    • Haptik
    • Bewitterung
    • Chemikalieneinfluss
    • tribologische Beanspruchungen
    • elektrische Beanspruchungen
    • Kosten
    • Maße

    => Erfüllung der Anforderungen nur durch Zugabe von Zusatzstoffen möglich
  2. Nenne die 5 Basiskomponenten von Kunststoff-Werkstoffen!
    • Polymere
    • Verarbeitungshilfsstoffe
    • Gebrauchshilfsstoffe
    • Füllstoffe
    • Verstärkungsstoffe
  3. Nenne 6 Verarbeitungshilfsstoffe!
    • Thermo-Stabilisatoren (Antioxidantien, Säurefänger)
    • Gleitmittel
    • Verarbeitungshilfsmittel
    • Treibmittel
    • Vulkanisationsmittel, Vernetzungsmittel für Polyolefine
    • Nukleierungsmittel
  4. Was sind Gebrauchshilfsstoffe?
    Additive werden eingesetzt als Zusatzstoffe zur Abwandlung oder Verbesserung der Materialeigenschaften
  5. Nenne 6 Gebrauchshilfsstoffe!
    • Langzeit-Stabilisatoren (Antioxidantien, Lichtstabilisatoren)
    • Weichmacher
    • Farbmittel
    • Antistatika
    • Flammschutzmittel
    • Antimikrobielle Wirkstoffe
  6. Nenne 9 wünschenswerte Eigenschaften der Zusatzstoffe!
    • Hohe Thermostabilität
    • Farbneutralität (außer Farbstoffe)
    • Verträglichkeit mit anderen Zusätzen
    • Geringe Flüchtigkeit
    • Migrationsbeständigkeit
    • Möglichst keine Verschlechterung anderer Eigenschaften
    • Gute Lichtstabilität
    • Geruchs- und Geschmacksneutral
    • Physiologische Unbedenklichkeit
  7. Was ist beim Einsatz von Produktionshilfs- und Zusatzstoffen bzgl. des Gefahrenpotentials zu beachten?
    • Sicherheitstechnische Aspekte
    • Gewerbe-hygienische Aspekte
    • Toxikologie (Monomere und Abbau- oder Pyrolyseprodukte sind oft toxisch, Polymere nicht)
  8. Welche Technischen Aspekte sind beim Einsatz von Produktionshilfs- und Zusatzstoffen zu beachten?
    • Migration von niedermolekularen Bestandteilen aus Kunststoffen (Herausdiffundieren)
    • Veränderungen der Kunststoffe und Zusatzstoffe im Gebrauch
    • Wechselwirkungen aller Bestandteile
  9. Welche Gleitmittel werden unterschieden?
    Wie hoch liegt die Konzentration von diesen etwa?
    • Innere Gleitmittel: reduzieren Schmelzeviskosität von Formmassen
    • Äußere Gleitmittel: wirken als Schmiermittel (Unverträglichkeit)
    • Konzentration: häufig < 0,5 %; 1 – 2 %
  10. Was ist bzgl. der Verteilung der Gleitmittel im Polymer zu beachten?
  11. Was sind Antiblockmittel (4)?
    Nenne einige, samt der von ihnen erfüllten Aufgabe!
    • Verhindern Aneinanderkleben von Folien
    • Meist Gleitmittel mit Tendenz zum Migrieren (z.B. Polydimethylsiloxan)
    • Kreide und Talkum halten in weichmacherhaltigen Kunststoffen Oberfläche trocken
    • Vernetzte Silikonharze in Pulverform sorgen für gleichmäßig unebene Oberfläche
  12. Nenne 4 Antiblockmittel und die grobe Spannweite ihrer Korngrößen!
  13. Was sind Trennmittel (2)?
    • Als Additiv z.B. bei der Harzverarbeitung
    • Zum Einsprühen in Formwerkzeug (Silikon, PTFE)
  14. Was bewirken Nukleierungsmittel (3)?
    • erhöhen die Keimzahl bei der Kristallisation
    • erhöhen den Kristallisationsgrad
    • verbessern dadurch die mechanischen Eigenschaften
  15. Was sind Clarifier?
    • spezielle Nukleierungsmittel
    • fein dispers verteilt, sehr geringe Konzentrationen
    • erzeugen sehr viele und damit sehr kleine Kristallite und reduzieren die Größe der Kristallite unter die Wellenlänge des Lichtes
    • verbessern dadurch die optischen Eigenschaften bzw. erhöhen die Transparenz teilkristalliner Thermoplaste (vor allem PP)
  16. Welche treibmittel werden unterschieden?
    • chemische Treibmittel
    • physikalische Treibmittel
  17. Was sind chemische Treibverfahren?
    Nenne den chem. Vorgang!
    Schaum entsteht durch gasabspaltende Zersetzung: Abspalten von Stickstoff aus Azo-Verbindungen oder Sulfo-Hydrazinen; Abspalten durch Reaktion mit einer Harz-Komponente (Wasser + Isocyanat bei PUR)
  18. Welche physikalischen Treibverfahren werden unterschieden?
    (2 versch.: I: 3 zu nennende Pkt., II: 2 zu nennende Pkt.)
    • Physikalische Treibverfahren I:
    • Verdampfen von niedrig siedenden (25 °C bis 60 °C) chlorfreien, organischen Flüssigkeiten wie Pentan, Cyclopentan oder Fluorkohlenwasserstoffe
    • Zugabe von Keimbildnern und Porenreglern (z. B. Aerosil)
    • Zugabe bei Polymerisation des Thermoplasten (vor allem PS, Styropor, BASF)
    • Physikalische Treibverfahren II:
    • Zugabe von Treibmitteln zu flüssigen Reaktionsharzen
    • Schaum entsteht durch Reaktionswärme beim Aushärten z. B. PUR
  19. Wozu dienen Weichmacher?
    Dienen zur Senkung von Sprödigkeit und Härte und zur Erhöhung der Schlagzähigkeit
  20. Wie werden Weichmacher unterteilt?
    inner und äußere Weichmacher
  21. Wie erfolgt innere bzw. äußere Weichmachung?
    • Innere Weichmachung
    • durch gummielastische Phase in Copolymerisaten oder Blends
    • Äußere Weichmachung
    • durch meist niedermolekulare Produkte mit zähflüssiger bis teigiger Konsistenz;
    • Moleküle werden durch Nebenvalenzen an Kunststoffmoleküle gebunden, verringern Wechselwirkungskräfte zwischen Makromolekülen;
    • Möglichkeit des Verdampfens und Auswanderns;
    • bei Polyamiden wirkt Wasser als Weichmacher
  22. Wie lagern sich Weichmacher-Moleküle an (Bild)?
  23. Was wird als Weichmacher eingesetzt?
    • Hochsiedende Ester der Phthalsäure, Phosphorsäure
    • Polare Polymere nehmen Wasser auf, das als Weichmacher fungiert
  24. Welche Zugabemengen von Weichmachern sind üblich?
    • Kleine Anteile
    • bei weichgemachten PVC-P Anteile von 20 % bis 50 %
  25. Nenne 5 Forderungen an Weichmacher!
    • Gute Verträglichkeit mit Kunststoff, dadurch kein Ausschwitzen
    • Kein Verdunsten oder Auswaschen
    • Geruch-, Geschmack-, Farblosigkeit, physiologische Unbedenklichkeit
    • Lichtechtheit, hohe chemische und thermische Beständigkeit
    • Gute Wirkung bei geringer Menge über breiten Temperaturbereich
  26. Was sind Extender oder Sekundärweichmacher?
    Relativ billige schwerflüchtige Flüssigkeiten, werden in Kombination mit eigentlichen Weichmachern eingesetzt
  27. Trage das Spannungs-Dehnungs-Diagramm für spritztrockenes und konditioniertes PA6 auf!
    Auch Einheiten und grober Wertebereich!
  28. Trage für PA66 die Schlagzähigkeit über der Feuchtigkeit auf!
    Auch Einheiten und grober Wertebereich!
  29. Warum werden Farbmittel verwendet (2)?
    • Farbe ist Erkennungsmerkmal
    • Gleiche Farben für verschiedene Teile (Materialien) sollen Qualität vermitteln
  30. Nenne 5 gewünschte Eigenschaften von Farbmitteln!
    • Reproduzierbar färben
    • Verarbeitbar (löslich im Kunststoff, temperaturstabil im Prozess)
    • Wetter- und Lichtecht (keine Farbveränderung im Sonnenlicht)
    • Unempfindlich für Migration (Wandern des Farbstoffs an die Oberfläche)
    • Unempfindlich gegenüber gängigen Medien (Putz- & Lösungsmittel, Wasser, Fett, …)
  31. Wie werden Farbmittel unterschieden?
    • Pigmente
    • Farbstoffe
  32. Was sind Pigmente (2)?
    Welche werden unterscheiden? Nenne jeweils einige!
    • im Kunststoff unlöslich
    • gedeckte Durchfärbung
    • organische Pigmente (Azopigmente,  Polycyclische Pigmente)
    • anorganische Pigmente (Oxide, Sulfide, Chromate, Kohlenstoff)
  33. Was sind Farbstoffe (2)?
    • im Kunststoff löslich (molekulardispers)
    • bei glasklaren Kunststoffen farbig transparente Formteile oder Halbzeuge
  34. Wie hoch ist die Zugabemenge von Farbmitteln?
    Wie wirken sie sich auf andere Eigenschaften aus?
    • Anteil ungefähr 0,5 % bis 2 %
    • Bei kleinen Anteilen im Allgemeinen keine Änderung anderer Eigenschaften, Veränderung aber bei inhomogener Dispergierung möglich
  35. Wodurch entsteht physikal. die Farbwirkung (5)?
    • Farbe entsteht an der Oberfläche von Bauteilen durch wellenlängenabhängige
    • Reflexion und Spiegelung
    • Brechung
    • Absorption
    • Transmission
    • Emission
  36. Wie entsteht die Farbwirkung physikal. bei Farbstoffen und wie bei Pigmenten?
    • Pigmente zeigen mehrere Eigenschaften
    • Farbstoffe zeigen nur Absorption
  37. Welche Formen der Farbmittel werden bzgl. der Dosierung der Farbmittel unterschieden (3)?
    • Masterbatch (Granulat, hochkonzentriert, Träger auf Endprodukt abgestimmt, varibale und einfache Dosierung, Pigmente/ Additive bereits ausdispergiert))
    • Flüssigdosierung (in flüssigem Medium dispergiert, erlauben feine Effekte und tiefe Farbtöne)
    • Trockenmischungen (z. B. für PVC)
  38. Gegen welche Einflüsse sollen Stabilisatoren helfen (6)?
    • Temperatur
    • Licht
    • Mechan. Belastung
    • Natürliche Medien
    • Chemische Medien
    • Biologische Medien
  39. Nenne einige natürliche Medien!
    • Luft/ Feuchtigkeit
    • Wasser
    • Erde
  40. Nenne einige chem. Medien!
    • Oel, Tenside
    • Schadstoffe (Ozon,...)
  41. Nenne einige biologische Medien!
    • Mikroorganismen (Bakterien, Pilze)
    • Pflanzen, Tiere
  42. Welche Veränderungen können äußere Einflüsse wie Medien oder ähnliche bewirken (Oberkategorien, 4)?
    • Sichtbare Veränderungen
    • Veränderung technischer Eigenschaften
    • Chemische Veränderungen
    • Mikroskopische Veränderungen
  43. Warum ist ein UV-Schutz notwendig?
    Welche Mechanismen und Effekte treten auf?
    Welcher Stoff ist erforderlich?
    (3 Begriffe zu nennen)
    • Licht und Sauerstoff führen zu einer beschleunigten Alterung von Kunststoffen durch Photooxidation
    • Radikale sind die Träger des autooxidativen Abbaus
    • Die Schädigung durch das Licht führt zur Bildung sogenannter „Startradikalen“
  44. Was sind Startradikale? Wie entstehen sie?
    werden gebildet durch mechanisches „Zerreissen“ von Polymerendurch Mechanische-, Wärme- oder Lichtenenergie
  45. Was ist Autooxidation?
    Die Radikale bilden mit Sauerstoff ein Hydroperoxidradikal, welches sich mit der Kette verbindet und dann in zwei neue Radikale zerfällt
  46. Nenne 4 Möglichkeiten des UV-Schutzes!
    • Ausschluss von Licht
    • Herausfiltern der UV-Strahlung
    • Deaktivieren von angeregten Molekülen
    • Abfangen freier Radi
  47. Nenne 3 Möglichkeiten des Lichtausschlusses!
    Nenne zu einer dieser Möglichkeiten die eingesetzten Stoffe!
    • Schattieren
    • Deckende Pigmentierung
    • a) Völlige Lichtabsorption (Ruß)
    • b) Völlige Lichtreflexion (Weißpigment, TiO2)
    • Lackieren
  48. Nenne 2 Möglichkeiten zum Herausfiltern der UV-Strahlung!
    Nenne zu einer der Möglichkeiten einen Nachteil!
    • UV-Absorber
    • => Nachteil: Guter Schutz nur für dickwandige Bauteile
    • Lackieren
  49. Was machen UV-Absorber?
    • Fangen die konzentrierte Energie (UV-Strahlung) und wandeln sie in unschädliche mechanische bzw. thermische Energie
    • → kontrollierte Energiedissipation von Photonenenergie
    • Schützen den darunter liegenden Kunststoff durch Absorption
  50. Welche Farbe haben UV-Absorber?
    UV-Absorber sind mehr oder weniger gelblich
  51. Was sind UV-Absorber (Art der Verbindung)?
    Molmassen?
    Monomere Verbindungen mit Molmassen bis zu 500 g/mol
  52. Nenne eine Möglichkeit zum Deaktivieren von angeregten Molekülen!
    Nenne 2 Nachteile!
    • UV-Quencher
    • (Übernahme von Anregungsenergie benachbarter Moleküle mit Dissipation als Wärme oder Strahlung)
    • Nachteil:
    • meist Nickelverbindungen mit grüner Farbe
    • kein präventiver Mechanismus
  53. Nenne eine Möglichkeit zum Abfangen freier Radikale!
    Nenne Nachteile!
    • Radikalfänger: Hindered Amine Light Stabilizers (HALS)
    • Nachteile:
    • kein präventiver Mechanismus
    • chemisch sehr reaktiv ⇒ viele Wechselwirkungen
  54. Wie funktionieren Radikalfänger?
    Sie schützen den Kunststoff durch Unterbrechen der autooxidativen Kettenreaktion
  55. Zeichne die Möglichkeiten des UV-Schutzes ein!
  56. Gib zu Hindered Phenol, Hindered Amine, Thiosynergist & Phenol und Phosphite/ Hydroxlamine jeweils an, ob sie Langzeitstabilisatoren oder Verarbeitungsstabilisatoren sind!
  57. Warum werden Flammschutzmittel benötigt?
    Vorgang beim Verbrennen erklären!
    • Kunststoffe sind als organische Werkstoffe (wie auch z.B. Holz, Faserstoffe etc.) mehr oder weniger leicht entzündlich
    • Werden Kunststoffe über ihre Zersetzungstemperatur erwärmt, so spalten sich flüchtige niedermolekulare Bestandteile ab (Kohlenwasserstoffe), die entflammbare Gasgemische eingehen
  58. Wie wirken Flammschutzmittel?
    Herabsetzung der Entflamm- und Brennbarkeit von Kunststoffen
  59. Wie greifen Flammschutzmittel in den Brennmechanismus ein (2 Arten)?
    • physikalisch (Kühlen, Beschichten, Verdünnen)
    • chemisch durch Reaktion in der Gasphase (Beseitigung energiereicher Radikale) oder festen Phase (Ausbildung einer schützenden Ascheschicht)
  60. Nach welchen Mechanismen können Flammfest machende Zusatzstoffe wirken (4)?
    • Bei ihrem Abbau bzw. ihrer Verdampfung wird Wärme verbraucht (Aluminiumhydroxid spaltet z.B. molekular gebundenes Wasser ab)
    • Erzeugung unbrennbarer Pyrolyserückstände wie vor allem Phosphor und seine Verbindungen. Diese Wirkung hemmt die Entflammbarkeit.
    • Radikalfänger, die die sich beim Brand des Polymeren bildenden Radikalebinden (z.B. Chlor und Brom). Diese bilden zusätzlich schwere Gase, die den Brandherd gegen Zutritt von Sauerstoff abschirmen.
    • Anorganische Füll- und Verstärkungsstoffe verringern den brennbaren Anteil.
  61. Wie werden leitfähige Zusatzstoffe unterteilt?
    • Antistatika
    • Leitfähige Zusatzstoffe
  62. Was sind Antistatika?
    Nenne Werte!
    vermindern Oberflächenwiderstand von > 1015 Ohm auf unter 1010 Ohm so dass reibungselektrische, statische Aufladung (Staubanziehung) verhindert wird
  63. Was sind Leitfähige Zusatzstoffe?
    Nenne Werte!
    erniedrigen spezifischen Widerstand auf 100 cm bis 102 cm (abhängig von Art und Anteil); wichtig ist die Berührung der Zusatzstoffe, um durchgehende Leitfähigkeitspfade zu erzeugen
  64. Nenne typische leitfähige Zusatzstoffe (4)!
    • Leitruß, Kohlefasern, Graphit
    • Stahlfasern, Kupferfasern
    • Aluminiumflocken, Kupferflocken
    • Metallisierte Glasfasern
  65. Wie werden Antistatika weiter unterteilt?
    Erkläre jeweils!
    • kationische Antistatika aus langkettigem Alkylrest mit quartärer Ammonium, Phosphonium- oder Sulfoniumgruppe (Anione: Chlorid, Nitrat, Sulfat)
    • anionische Antistatika aus langkettigem Alkylrest mit Sulfonat-, Sulfat- oder Phosphatgruppe (Kationen: Alkalimetalle, insbes. Natrium)
    • externe Antistatika: Lösungen von Polyolen (werden auf Oberfläche aufgebracht)
  66. Wie kann eine Aufladung durch Elektrostatisches Verhalten verhindert werden?
    Was muss hierbei erreicht werden?
    • durch Compoundieren mit gut leitfähigem Werkstoff
    • Auftreten einer Perkolationsgrenze (erstmaliges Auftreten eines durchgehenden Leitfähigkeitspfades) => muss überschritten werden
  67. Trage den spez. Durchgangswiderstand über der Rußkonzentration beim Compoundieren mit Ruß auf!
    Benenne wichtige Bereiche, sowie Achsbeschriftungen mit Einheiten!
  68. Welche Zwecke erfüllen Füllstoffe (5)?
    • Reduktion der Schwindung zur Verbesserung der Maßhaltigkeit
    • Erhöhung der akustischen Dämpfung
    • Erhöhung der Steifigkeit (nur bei kleinen Belastungen)
    • Verbesserung der Wärmeformbeständigkeit
    • Preisreduzierung
  69. Welche Zwecke erfüllen Verstärkungsstoffe?
    • Verstärken ist das Erhöhen der Festigkeit eines Grundwerkstoffs durch Zufügen eines Verstärkungsstoffs
    • => höhere Festigkeit und höhere Steifigkeit bei höheren Temperaturen
    • => Verbesserung der Wärmeformbeständigkeit
  70. Wie werden Füll- und Verstärkungstoffe bzgl. ihrer Form unterschieden?
    • 1-dimensional
    • 2-dimensional
    • 3-dimensional
  71. Was sind 1-dimensionale Füll- und Verstärkungstoffe?
    Nenne einige!
    Nenne Vor (2)- und Nachteile (2)!
    • Fasern (Glas, Kohlenstoff, organisch natürlich (Flachs) oder synthetisch (Aramid)), Wollastonit, (Carbon-Nanotubes)
    • Vorteile: Verbesserung thermomechanischer Kennwerte, geringere Schwindung
    • Nachteile: Anisotropie, deutliche Orientierung in Strömung
  72. Was sind 2-dimensionale Füll- und Verstärkungstoffe?
    Nenne einige!
    Nenne Vor (3)- und Nachteile (2)!
    • Glimmer, Silikate, Talkum, Graphit
    • Vorteile: preisgünstig, merkliche Kennwertverbesserung, verminderte Schwindung
    • Nachteile: leichte Anisotropie, Bindenahtschwäche
  73. Was sind 3-dimensionale Füll- und Verstärkungstoffe?
    Nenne einige!
    Nenne Vorteile (5)!
    • Glaskugeln, Kreide, Metall- oder Keramikpulver, Silikate
    • Vorteile: wenig Verarbeitungsschwierigkeiten, verbesserte Maßhaltigkeit, keine Anisotropie, E-Modul erhöht, Ausdehnung erniedrigt
  74. Vergleiche die Eigenschaften der Matrizes (Kunststoff und Metalle, 3 Eigenschaften)!
  75. Trage in einem Spannungs-Dehnungsdiagramm die Verläufe für verscheidene Verstäkungsfasern auf (Kohlenstoff, Aramid, Glas)!
  76. Trage in einem Spannungs-Dehnungs-E-Modul-Diagramm die Bereiche für Kohlenstoff-, Aramid- und Glasfasern ein!
    Gib grobe Werteberiche an!
  77. Trage in einem Spannungs-Dehnungsdiagramm die Verläufe für PA6, PA6 GF15 und PA6 GF50 auf!
  78. Welche Versagensmechanismen treten bei einer Faserverstärkung auf?
  79. Was passiert bei unzureichender Faser-Matrix-Anbindung?
    • Ist die Faser-Matrix-Anbindung unzureichend, können die Fasereigenschaften nicht ausgenutzt werden.
    • Pull-Out-Versagen der Fasern tritt dann vorrangig auf.
    • Festigkeit, Zähigkeit und Steifigkeit des Verbundes bleiben hinter den Potenzialen zurück
  80. Welcher Effekt tritt bei Bauteilgeometrien mit stark unterschiedlichen Dicken unter Verwendung eines Faserverstärkten Kunststoffes auf?
    • Anisotropie mechanischer Eigenschaften des Bauteils

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