EKT 8. Prüfverfahren für Kunststoffe

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Author:
Thorsten662
ID:
295250
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EKT 8. Prüfverfahren für Kunststoffe
Updated:
2015-02-08 13:38:41
Tags:
Kunststofftechnik Prüfverfahren
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Fragen zum 8. Kapitel aus dem Skript zur Vorlesung "Einführung in die Kunststofftechnik" an der TU Darmstadt.
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  1. Das Prüfen ist ein Feststellen, ob der Probekörper eine oder mehrere vorgegebene Bedingungen erfüllt. Welcher Art können diese Merkmale sein?
    • quantitative Merkmale: messbare Größen (Welche Größe hat eine bestimmte Eigenschaft?)
    • qualitative Merkmale: Sinneswahrnehmung (Ist eine bestimmte Eigenschaft vorhanden?)
  2. Welche Forderungen werden an Prüfkörper aus Kunststoff gestellt?
    • Werkstoff besteht aus einer Stoffart
    • Werkstoff ist frei von inneren Spannungen (nicht 100%ig möglich!)
    • Werkstoff im Gleichgewicht mit der Umgebung (Temperatur, Luftfeuchte)
    • Glatte und unverletzte Oberfläche
    • Reproduzierbarkeit
    • -> Eigenschaftswerte von Kunststoffen ohne Angabe des Werkstoffzustandes bzw. der Randbedingungen und der Prüfbedingungen sind sinnlos!
  3. Nennen Sie einige Verfahren zur Prüfung mechanischer Eigenschaften.
    • Zugversuch
    • Druckversuch
    • Biegeversuch
    • Härteprüfverfahren
    • Prüfung mit schlagartiger Beanspruchung
  4. Was ist das Ergebnis des Zugversuchs?
    • Spannungs-Dehnungs-Diagramm: hieraus können verschiedene Kenngrößen (E-Modul, Zugfestigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung) ermittelt werden.
    • Prüfungen werden i.d.R. bei 23°C  50% rel. Feuchte durchgeführt
  5. Wo findet der Druckversuch Anwendung? Was ist die Besonderheit im Vergleich Zug-/Druckversuch?
    • anwendbar für:
    • steife thermoplastische Formmassen, einschließlich gefüllter und verstärkter Varianten
    • steife duroplastische Formmassen, einschließlich gefüllter und verstärkter Varianten
    • thermotrope flüssigkristalline Polymere
    • Anwendungsgebiete:
    • Bauwerkstoffe (Polymerbeton, Schaumstoff)
    • Werkstoffe für Dämpfer, Gleitlager oder Dichtungen (PA, PE, Gummi)
    • Verpackungen (Schaumstoff)
    • Aufgrund des unterschiedlichen Verhaltens von Kunststoffen bei Zug- und Druckbeanspruchung können deutliche unterschiedliche Spannungs-Dehnungs-Diagramme erhalten werden.
  6. Wozu dient der Biegeversuch? Beschreiben Sie die Durchführung und den Aufbau.
    • Ermittlung von: Biegefestigkeit, Biegemodul, Biegespannung beim Bruch
    • Durchführung: Ein Probekörper wird mit einer konstanten Geschwindigkeit einer Biegebelastung bis zum Versagen unterzogen, dabei werden Kraft und Verformung kontinuierlich aufgezeichnet.
    • Aufbau:
  7. Nennen Sie einige Einflussgrößen von Härteprüfverfahren.
    • Prüftemperatur
    • Geschwindigkeit der Lastaufbringung
    • Haltezeit
    • Vorgeschichte des Werkstoffes
    • Orientierung/Eigenspannungen/Füllstoffe...
  8. Zeichnen Sie das Werkstoffverhalten bezüglich Deformation und Zeit für einen gummielastischen, viskoelastisch-plastischen und überwiegend plastischen Werkstoff.
  9. Welche Härteprüfverfahren kennen Sie? Wie werden sie gegliedert?
    • Messung der Eindringtiefe unter Last:
    • Kugeldruckhärte
    • IRHD-Härte
    • α-Rockwellhärte
    • Shore-Härte
    • Messung der Eindruckoberfläche nach Entlastung:
    • Vickershärte
    • Eindruckwiderstand nach Buchholz
    • Messung der Eindringtiefe nach Entlastung:
    • Rockwellhärte
  10. Was ist das Ergebnis einer Prüfung mit schlagartig zunehmender Belastung?
    • Ergebnis ist ein Maß für die Sprödigkeit/Zähigkeit eines Werkstoffes
    • Ergebnis dient nicht als Berechnungsgrundlage für die Auslegung von Produkten!
  11. Von was sind die thermischen Eigenschaften eins Polymers hauptsächlich abhängig?
    • Die thermischen Eigenschaften von Polymeren sind in erster Linie durch ihren makromolekularen Aufbau und die daraus resultierenden Bindungsverhältnisse.
    • Die Beweglichkeit von Atomen und Molekülen bei Einwirkung thermischer Energie ist vom chemischen und physikalischen Aufbau des Polymers und dessen Verarbeitung abhängig:
    • Thermoplaste: Verhältnis Haupt- zu Nebenvalenzbindungen
    • Teilkristalline TP: Verarbeitungsbedingungen und Bauteilgeometrie bestimmen Kristallisationsverhalten und damit die Verhältnisse der Nebenvalzenbindungen
    • Vernetzte Polymere (Duroplaste/Elastomere): Vernetzungsgrad bestimmt die Beweglichkeit des Moleküls
  12. Was prüft man bei sog. thermischen Analysen? Welche Methoden kennen Sie?
    • Messung der Änderung einer Stoffeigenschaft beim Durchlaufen eines definierten Temperaturprogrammes.
    • Methoden:
    • Differencial Scanning Caloriemetry (DSC): Messung des Wärmestromes zwischen einer Probe und einer Referenz
    • Thermogravimetrische Analyse (TGA): Messung der Massenänderung einer Probe
    • Thermomechanische Analyse (TMA)
    • Dynamisch mechanische thermische Analyse (DMTA)
  13. Welche Messmethoden zur Bestimmt der Wärmeformbeständigkeit (thermische Belastbarkeit) gibt es?
    • Wärmeformbeständigkeit nach Martens
    • VICAT-Erweichungstemperatur
    • Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT-Heat Distorsion Temperature)
  14. Wie wird die Glühdrahtprüfung aufgebaut und durchgeführt? Was wird damit bestimmt?
    • Eine der wichtigsten brand-technologischen Prüfungen für Elektro-/Elektronikanwendungen
    • Simulierung von glühenden Drähten oder überhitzen Widerständen innerhalb von Baugruppen
    • Protokolliert wird die Zeit bis zur Entzündung bzw. Erlöschung, Flammhöhe, Aussehen des Prüfkörpers nach der Prüfung
  15. Technische Kunststoffe sind aufgrund ihrer meist amorphen, ungeordneten Struktur überwiegend nicht elektrisch leitend und werden daher als Isolierwerkstoff in der Elektrotechnik eingesetzt. Eine Ausnahme bieten sog. konjugierte Polymere (z.B. Polyacetylen, Polyanilin). Was sind geläufige Prüfungen elektrischer und dielektrischer Eigenschaften?
    • Elektrische Leitfähigkeit: Durchgangswiderstand, Spezifischer Durchgangswiderstand, Oberflächenwiderstand, Spezifischer Oberflächenwiderstand, Isolationswiderstand
    • Elektrostatische Aufladung: Elektrostatische Aufladung, Grenzaufladung, Endaufladung
    • Dielektrische Eigenschaften: Komplexe Permittivität, Permittivität, Dielektrischer Verlust, Dielektrischer Verlustfaktor
    • Elektrische Festigkeit: Durchschlagsspannung, Elektrische Durchschlagfestigkeit, Kriechstromfestigkeit, Vergleichszahl der Kriechwegbildung, Lichtbogenfestigkeit
  16. Es gibt Prüfmethoden zum Langzeitverhaltung von Kunststoffen. Welche Arten der Alterung kennen Sie?
    • Physikalische Alterung: Relaxation, Nachkristallisation, Entmischung, Weichmacherwanderung, Agglomeration (z.B. Ausschwitzen)
    • Chemische Alterung: Oxidation, Kettenabbau, Hydrolyse, Nachkondensation, Nachpolymerisation
  17. Zur Lebensdauervorhersage gibt es zwei Arten der Prüfung. Nennen Sie diese.
    • zyklische Belastung: Dauerschwingversuche (Wöhlerkurven), Dauerbiegeversuche (Wöhlerkurven), Ermittlung der Lebensdauer unter Betriebsbeanspruchungen (Gassnerlinie), Werkstoffermüdung, Lineare Schadensakkumulation nach Palmgren/Miner
    • statische Belastung: Zeitstandversuche (Zeitstandkuven), Kriechversuche (Kriechkurven), Zeitstand-Innendruckversuche (Zeitstandkurven)
  18. Für was wird die Zeitstand-Innendruckprüfung angewendet? Wie ist das Vorgehen?
    • Technologisches Prüfverfahren für Kunststoffrohre
    • Bestimmung der Widerstandfähigkeit gegen inneren Überdruck
    • Vorgehen: Lagerung von geschlossenen, mit Wasser gefüllten Rohrabschnitten vorgegebener Länge unter konstantem Innendruck bei konstanter Temperatur.
    • Zentrale Prüfmethode zur Beurteilung des Langzeit-Festigkeitsverhaltens von Kunststoffrohren für Anwendungen im Bereich Trinkwasser- und Gasversorgung, Abwassertechnik, Sanitär- und Heizungsinstallation.
  19. Beim Prüfen der Beständigkeit untersucht man die umgebungsbedingte Spannungsrissbildung (durch Einfluss eines Mediums können an gedehnten Oberflächen Haarrisse entstehen). Welche Verfahren gibt es dafür?
    • ESC (environmental stress cracking): Prüfkörper wird mechanisch belastet und mit dem Prüfmedium in Kontakt gebracht. Nach der Lagerung wird Prüfkörper einer Sichtprüfung unterzogen, ausgespannt und evtl. mit mechanischer Prüfung beurteilt.
    • FNCT (full notch creep test)
    • Bell-Verfahren (Biegestreifenverfahren mit Kerbe)
  20. Durch Einfluss von Licht können Kunststoffe geschädigt werden (Änderung optischer und mechanischer Eigenschaften). Welche Arten der Prüfung gibt es und wie ist das generelle Vorgehen?
    • Laborbewitterung: Beschleunigte Bewitterung, um Lebensdauer abzuschätzen, Test bei verschiedenen Wellenlängen/Beleuchtungsstärken möglich
    • Freibewitterung: um unter reellen Bedingungen Alterungsverhalten zu beobachten (lange Prüfzeiten). Es sind verschiedene Orte als internationale "Standards" in der Wissenschaft üblich: Arizona (sehr hohe Temperaturen und extreme Temperaturunterschiede, hohe UV-Strahlung, geringe Feuchtigkeit), Florida (hohe Temperaturen, hohe UV-Strahlung, hohe Feuchtigkeit)
    • Vorgehen: Prüfkörper wird unter Lichteinstrahlung in Kombination mit Feuchtigkeit und Temperatur eingelagert. Nach Lagerung visuelle Beurteilung, anschließend evtl. mechanische Prüfung.
  21. Wie ist das Funktionsprinzip von Zerstörungsfreien Prüfungen? Was ist das Ergebnis und welche Methoden gibt es?
    • Prinzip: Anregung des Bauteils -> Messung des "Antwortverhaltens"
    • Ergebnis: Detektion von Materialinhomogenitäten, Faserlage, Risse,...
    • Methoden: Röntgenverfahren, Kernresonanzspektroskopie, Thermografie, Mikrowellen, Ultraschallwellen, Akustische Mikroskopie

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