EKT 7. Mechanisches Verhalten von Kunststoffen

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Author:
Thorsten662
ID:
295140
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EKT 7. Mechanisches Verhalten von Kunststoffen
Updated:
2015-02-07 09:13:17
Tags:
Kunststofftechnik Mechanik
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Fragen zum 7. Kapitel aus dem Skript zur Vorlesung "Einführung in die Kunststofftechnik" an der TU Darmstadt.
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  1. Die mechanische Eigenschaften von Kunststoffen ändern sich mit dem Aggregatszustand (fest, flüssig, gasförmig) in einem gemäßigten Klimabereich (-50°C bis 150°C). Wie lässt sich diese thermische Abhängigkeit prüfen?
    • Torsionsschwingversuch: ein Probekörper wird in ein sogenanntes Torsionspendel eingespannt. Das Pendel wird um 3° ausgelenkt und vollführt dann eine freie Schwingung.
    • -> gedämpfte Sinusschwingung aufgrund der inneren mechanischen Dämpfung
    • Führt man den Torsionsschwingversuch ständig hintereinander durch und erhöht dabei die Temperatur, so ergibt sich eine Kurve, welche eine Aussage über die Temperaturabhängigkeit der mechanischen Werte des Kunststoffs gibt.
    • Der Schubmodul sinkt mit steigender Temperatur.
    • Das logarithmische Dekrement steigt mit steigender Temperatur.
  2. Zeichnen Sie den Verlauf der Zugfestigkeit und Bruchdehnung von amorphen Thermoplasten in Abhängigkeit der Temperatur. Beschreiben Sie die Eigenschaften von amorphen Thermoplasten.
    • amorphe Thermoplaste sind oft transparent
    • Die physikalischen Eigenschaften sind isotrop
    • Bei Raumtemperatur im Glaszustand oft spröde
    • z.B. Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polycarbonat (PC)
  3. Zeichnen Sie den Verlauf der Zugfestigkeit und Bruchdehnung von teilkristallinen Thermoplasten in Abhängigkeit der Temperatur. Beschreiben Sie die Eigenschaften von teilkristallinen Thermoplasten.
    • zwischen den Kristalliten liegt eine amorphe Struktur vor
    • Die Festigkeit und Zähigkeit erhalten teilkristalline Kunststoffe durch die Kristallite
    • zuerst lösen sich die amorphen Strukturen und dann die Kristallite
    • z.B. Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polypropylen (PP)
  4. Zeichnen Sie den Verlauf der Zugfestigkeit und Bruchdehnung von Duroplasten in Abhängigkeit der Temperatur. Beschreiben Sie die Eigenschaften von Duroplasten.
    • bei Raumtemperatur hart und oft spröde
    • leichte Erweichung bei steigender Temperatur
    • eng vernetzte Makromoleküle können nicht voneinander abgleiten
    • Duroplaste zersetzen sich ohne zu schmelzen
    • z.B. Epoxidharze
  5. Zeichnen Sie den Verlauf der Zugfestigkeit und Bruchdehnung von Elastomeren in Abhängigkeit der Temperatur. Beschreiben Sie die Eigenschaften von Elastomeren.
    • Aufbau aus weitmaschig vernetzten Molekülen
    • unterhalb der Glastemperatur hartelastisch (amorphe Bereiche sind fest)
    • oberhalb der Glastemperatur gummielastisch (Abgleiten der Ketten in den amorphen Bereichen möglich)
    • Elastomere zersetzen sich ohne zu schmelzen
    • z.B. Polyurethan (PUR)
  6. Die Vernetzung hat wesentlichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Duroplasten und Elastomeren. Erläutern Sie.
    • Vernetzungsgrad = Maß für die Vernetzung
    • Duroplaste: ca. 70-90%
    • Elastomere: ca. 5-15%
    • mittlere Maschenweite zwischen den Vernetzungspunkten = mittlerer Vernetzungsgrad -> ergibt bei Belastung eine mittlere Verformung
    • große Maschenweite = niedriger Vernetzungsgrad -> ergibt bei Belastung eine große Verformung
  7. Welche Größen haben Einfluss auf die Temperaturabhängigkeit des Speichermoduls E?
    • Molmasse
    • Vernetzungsgrad
    • Kristallisationsgrad
  8. Was sind Quasistatische Prüfverfahren? Wie funktionieren sie und wozu werden sie verwendet?
    • (z.B. Zugversuch)
    • Charakterisierung:
    • Dehngeschwindigkeiten von ca.  bis  
    • Beanspruchung erfolgt langsam, stoßfrei und stetig ansteigend bis zum Bruch
    • Verwendung:
    • Ermittlung von Werkstoffkennwerten
    • Qualitätssicherung
    • Vorauswahl von Kunststoffen in der Konstruktion
    • Schadensfallanalyse
  9. Aus welchen Anteilen setzt sich die Gesamtverformung bei quasistatischen Prüfverfahren zusammen?
    • elastische Verformung
    • linear-viskoelastische Verformung
    • nichtlinear-viskoelastische Verformung
    • plastische Verformung
  10. Zeichnen Sie den Verlauf der zuvor genannten Anteile in ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm und beschreiben Sie die einzelnen Bereiche.
    • I. Hooke'scher Bereich:
    • II. Viskoelastischer Bereich:  (linear viskoelastisch) bzw.  (nicht-linear viskoelastisch)
    • III. Irreversibler Bereich: plastische Verformung
  11. Was können Sie zur elastischen Verformung sagen?
    • beschrieben durch das Hooke'sche Gesetz
    • bei unverstärken Thermoplasten sehr gering! (<0,1%)
    • bei Duroplasten oder hochverstärkten Thermoplasten bis zu 40% der Bruchspannung
    • dominantes Verhalten bei unidirektional verstärkten Faserverbundwerkstoffen
  12. Was können Sie zur linear-viskoelastischen Verformung sagen?
    Im Vergleich mit metallischen Werkstoffen trifft bei Kunststoffen selbst bei kleinen Verformungen und anwendungstechnisch relevanten Temperaturen ein mechanisch reversibles, aber zeitabhängiges Deformationsverhalten auf, das Viskoelastizität genannt wird.
  13. Beschreiben Sie die Viskoelastizität mit Hilfe der Modellrheologie.
    • Mechanische Modelle:
    • Feder:
    • linear elastisches Verhalten (Hooke'scher Festkörper)
    • Dämpfer:
    • linear viskoses Verhalten (Newton'sche Flüssigkeit)
    • Voigt-Modell:
    • linear retardiert elastisches Verhalten bzw. entropieelastisches Verhalten (gummielastisch)
    • Maxwell-Modell:
    •  
    • Maxwell-Voigt-Modell:
    • viskoelastisches Verhalten
  14. Erläutern Sie die Begriffe Retardation und Relaxation.
    • Retardation/Kriechen: beschreibt die zeitabhängige Verformung bei gleichbleibender Spannung unter Last
    • Relaxation: beschreibt den zeitlichen Abbau der Spannung bei gleichbleibender Verformung

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