EKT 5. Duroplaste und Elastomere

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Author:
Thorsten662
ID:
294933
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EKT 5. Duroplaste und Elastomere
Updated:
2015-02-05 06:05:11
Tags:
Kunststofftechnik Duroplaste Elastomere
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Fragen zum 5. Kapitel aus dem Skript zur Vorlesung "Einführung in die Kunststofftechnik" an der TU Darmstadt.
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  1. Was wissen Sie zur Historie von Duroplasten?
    • erste wirtschaftlich nutzbaren Kunststoffe
    • 1907 durch L.H. Baekeland entdeckt
  2. Beschreiben Sie die Unterschiede von Duroplasten zu Thermoplasten hinsichtlich ihren Eigenschaften.
    • engmaschige Vernetzung von Makromolekülen (TP: lange Molekülketten)
    • nicht schmelzbar, nicht quellbar, nicht löslich (TP: schmelzbar, quellbar, löslich)
    • verzweigter Aufbau (teilkristalliner/amorpher verschlaufter Aufbau)
    • chemische Bindungen (TP: Nebenvalenzbindungen)
  3. Erläutern Sie die Unterschiede bei der Bildung der Moleküle von Thermoplasten und Duroplasten.
    • TP: zwei reaktionsfähige Atomgruppen am Monomer -> Bildung langer unvernetzter Molekülketten
    • DP: ein Ausgangsstoff hat mindestens drei reaktive Enden (trifunktionelle Monomere) -> Bildung eines dreidimensionalen Molekülnetzes
  4. Erläutern Sie die Viskositätsverläufe eines Thermoplast und Duroplast in Abhängigkeit der Temperatur/Zeit.
    • TP: reversibler physikalischer Schmelz- und Erstarrungsvorgang
    • DP: Irreversibler chemischer Prozess
  5. Zeichnen Sie die Festigkeitskurven für ein amorphen/teilkristallinen Thermoplast und ein Duroplast über der Temperatur.
  6. Zeichnen Sie ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm für einige ausgewählte Thermoplaste und Duroplaste.
  7. Wie kann man Duroplaste einteilen?
    • Grundsätzlich werden Duroplastische Werkstoffe nach der Art ihrer Ausgangsstoffe unterschieden:
    • Phenolharze (PF)
    • Aminoplaste: Harnstoff-Formaldehydharze (UF), Melamin-Formaldehydharze (MF)
    • Epoxidharze (EP)
    • Vernetzte Polyurethane (PUR)
    • Ungesättigte Polyester (UP)
    • Acrylharze
  8. Was sind die Nachteile von Duroplasten im Vergleich mit Thermoplasten?
    • hart und spröde (wenig duktil)
    • nicht aufschmelzbar bzw. verformbar oder schweißbar
    • Vorkondensate haben begrenzte Haltbarkeit
    • kleines Verarbeitungsfenster
    • zeitaufwendige Verarbeitung (chem. Prozess)
    • oftmals Nacharbeit (Entgraten) notwendig
    • eingeschränkt recyclebar
  9. Da die meisten Duroplaste in ihrer Grundform sehr hart und spröde sind, lassen sich ihre Eigenschaften durch eine Vielzahl von Füll- und Verstärkungsstoffen variieren. Welche können das sein?
    • Anorganische Stoffe, z.B. Gesteinsmehl, Kreide
    • Holzmehl
    • Zellstoff, z.B. Papierfasern
    • Textilien, z.B. Baumwollfasern, Kunstseide
    • Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern
    • Ruß
  10. Bei der Kondensation von Phenol und Formaldehyd zu Phenolharz (PF) enstehen ja nach Reaktionsbindungen zwei Produktklassen, die sich in ihrer Struktur deutlich unterscheiden. Welche sind das?
    • Novolake: entstehen durch Säurekatalyse
    • Resole: entstehen durch Basenkatalyse
    • Die Eigenschaften der aus Novolaken und Resolen gebildeten Duroplaste unterscheiden sich praktisch nicht
  11. Was sind die Eigenschaften von Phenolharz (PF) aus Novolaken und wozu werden sie verwendet?
    • Eigenschaften:
    • deutlich schwerer brennbar als Thermoplaste
    • gut beständig gegen Glut
    • gut beständig gegen Lösemittel, neutrale und schwach basische und saure Salze
    • unbeständig gegen starke Säuren und Laugen
    • gelblich bis braune Eigenfarbe
    • Füllstoffe:
    • Holzmehl
    • Cellulosepulver
    • Kautschuk
    • Gesteinsmehl
    • Glasfasern
    • Verwendung:
    • viele Anwendungen in der Elektrotechnik
    • Gießereisande
    • Novolak-Gummi-Gemisch z.B. für Autoreifen
  12. Wozu werden Phenolharze (PF) aus Resolen eingesetzt?
    • wasserlösliche Resole werden als Leim für Holz und Holzspäne und als Bindemittel für Fasern oder körniges Material eingesetzt
    • alkalische Resol-Lösungen werden für die Herstellung von Spanplatten verwendet
    • die Imprägnierung von Papier mit nachfolgender thermischer Vernetzung liefert hochwertige Schichtpressstoffe, die als Isolier- und Konstruktionsmaterial Verwendung finden
  13. Was sind die Eigenschaften von Harnstoff-Formaldehyd-Harzen (UF)?
    • mechanisch stabil
    • sehr lichtecht
    • schwer brennbar
    • geruch- und geschmacklos
    • gute Oberflächenhärte und Glanz
    • unbeständig gegen starke Säuren und Laugen
    • beständig gegen schwache Säuren und Laugen, Lösemittel, Öle und Fette
    • geringere Maßhaltigkeit als Phenolharze
    • neigt zur Spannungsrissbildung
  14. Wozu werden UF verwendet?
    • Herstellung von:
    • Lackharzen
    • Gießereiharzen
    • Schaumstoffen
    • Klebstoffen etc.
    • Produkte:
    • Schalter, Steckdosen, Stecker
    • Toilettensitze etc.
  15. Nennen Sie die Eigenschaften von Melamin-Formaldehydharzen (MF).
    • hart und bruchfest, hohe Oberflächenhärte
    • geruch- und farblos, hoher Oberflächenglanz
    • nicht brennbar
    • lichtecht
    • resistent gegen Alkohol, Benzin, Benzol, Aceton, Öl und schwache Säuren
    • nicht resistent gegen starke Laugen und Säuren
  16. Wozu werden MF typischerweise verwendet?
    • Elektroisolierteile (Stecker, Schalter etc.)
    • Beschichtung von Holzwerkstoffen (Möbel)
    • Verleimung von Spanplatten
    • Ess- und Trinkgeschirr (lebensmitteltauglich)
    • bekanntester Markenname im Bereich der Melaminharze ist RESOPAL
  17. Was ist die Besonderheit an Epoxidharzen (EP)?
    Sie kommen in einer Vielzahl von Ausprägungen vor und gelten als eigenständige Werkstoffklasse
  18. Nennen Sie die Eigenschaften von Epoxidharzen (EP).
    • sehr gute Haftung
    • hart, sehr bruchfest
    • hohe Abriebfestigkeit
    • gute chemische Beständigkeit
    • gute Maßhaltigkeit
    • geringe Brennbarkeit
    • gute Temperaturstandfestigkeit
  19. Epoxidharze erleben eine hohe Anwendungsvielfalt. Nennen Sie einige typische Anwendungsbeispiele.
    • Allgemein: Klebstoffe (Uhu), Lacke
    • chemische Industrie: Rohre, Behälter, Apparate
    • Bauwesen: Bodenbeschichtungen
    • Maschinen- und Fahrzeugbau: Wellen, Gelenke, Pleuel
    • Hochfeste Maschinenelemente: Werkzeuge
    • Flugzeugbau: Rumpfteile, Rotorblätter
    • Sport und Freizeit: Tennisschläger, Fahrradrahmen, Rennboote
    • Elektrotechnik: Schalterteile, Trägermaterial für gedruckte Schaltungen (Leiterplatten)
    • mit Faserverstärkung: Wellen, Gelenke und Pleuel, Windradflügel, Werkzeuge, Flugzeugteile, Rohre
  20. Wozu werden Polyurethane (PU) verwendet?
    • Weichschaumstoffe: z.B. Matratzen
    • Hartschäume: Wärme- bzw. Kältedämmung
    • Wintersportindustrie: Ski, Skistiefel, Anzüge, Helme
    • oft als Laminat mit Epoxidharz/Glasfasern als Leichtbauwerkstoff (Sandwichbauweise)
  21. Neben den linearen gesättigten Polyestern, wie z.B. PET, existieren auch ungesättigte Polyester (UP), deren Ketten ungesättigte C=C-Doppelbindungen enthalten. Was sind ihre Eigenschaften und typischen Anwendungen?
    • sehr stabiler Duroplast mit hoher Festigkeit und Warmformbeständigkeit
    • eignen sich als Lacke und Harze
  22. Durch die Einbettung von Glasfasern kann die Festigkeit der Polyesterharze noch verstärkt werden. Welche Werkstoffe entstehen daraus?
    • -> verarbeitungsfertige Faser-Matrix-Halbzeuge
    • SMC - Sheet Moulding Compound: flächige Pressmasse
    • BMC - Bulk Moulding Compound: formlose Masse
  23. Was sind die Eigenschaften von SMC bzw. BMC?
    • SMC:
    • plattenförmiges Halbzeug
    • Fasern in Matten- oder Gewebeform mit großen Faserlängen
    • dadurch hohe Steifigkeiten und Festigkeiten
    • BMC:
    • formloses Halbzeug
    • Kurzfasern
    • dadurch niedrigere Festigkeiten als bei SMC
  24. Welche Herstellverfahren und Fasertypen für Strukturbauteile ("Faser-Kunststoff-Verbunde") kennen Sie?
    • RTM-Verfahren (Vakuuminjektionsverfahren): relativ hohe Werkzeug und Anlaufkosten
    • Handlaminat: Flexibel und kostengünstig
    • Fasertypen: Glasfaser, Kohlefaser, Aramidfaser
  25. Beschreiben Sie die Unterschiede zwischen Elastomeren und Duroplasten hinsichtlich ihrem molekularen Aufbau.
    • weitmaschige räumliche Vernetzung
    • deutlich geringere Vernetzungsdichte als Duroplaste (EM 2/100 Vernetzungsstellen, DP 20/100)
  26. Wie kann man Elastomere einteilen?
    • NR: Naturkautschuk
    • NBR: Nitril-Butadien-Kautschuk
    • HNBR: Hydrierter Nitril-Kautschuk
    • SBR: Styrol-Butadien-Kautschuk
    • EPDM: Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk
    • FKM: Fluorkautschuk
    • MVQ: Silikonkautschuk
    • PUR: Polyurethan-Elastomer
  27. Aufgrund der Zugabe von Additiven und Füllstoffe entstehen unzählige Variationen mit unterschiedlichsten Eigenschaften. Was sind die wichtigsten Füll- und Zusatzstoffe für Elastomere?
    • Ruß
    • Schwefel
    • Silikate
    • Weichmacher
    • Stabilisatoren
  28. Ein wichtiges Verfahren ist die Vulkanisation. Was wissen Sie darüber?
    • 1839 von Charles Goodyear entwickelt
    • Vernetzung von Naturkautschuk durch Schwefelbrücken (aber auch Peroxide, Metalloxide, Strahlung)
    • -> unterschiedlichste Copolymere mit steuerbaren Eigenschaften

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