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Questions and Answers

Welche der folgenden Polymerarten ist durch eine Monomereinheit gekennzeichnet?

  • Blends
  • Homopolymere (correct)
  • Blockcopolymere
  • Thermoplaste

Welche der folgenden Materialkategorien wird nicht als Kunststoff klassifiziert?

  • Metalle (correct)
  • Duroplaste
  • Thermoplaste
  • Elastomere

Welche der folgenden Aussagen beschreibt ein Blend am besten?

  • Eine Mischung aus zwei oder mehr Polymeren, die nicht chemisch gebunden sind. (correct)
  • Ein Material aus einer einzigen Monomerart.
  • Ein Material aus mindestens zwei verschiedenen Monomeren, die chemisch gebunden sind.
  • Eine spezielle Form von Duroplasten, die bei hohen Temperaturen geformt wird.

Welche der folgenden Aussagen über die Struktur von Polymeren ist korrekt?

<p>Homopolymere können amorph oder teilkristallin sein. (C)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Polymerarten sind typischerweise teilkristallin?

<p>PE und PP (B)</p> Signup and view all the answers

Wozu dient die vorliegende Foliensammlung?

<p>Sie ist eine Kurzzusammenfassung der in der Vorlesung behandelten Themen. (B)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt das Voigt-Kelvin Modell in der Kunststofftechnik?

<p>Es beschreibt das viskoelastische Verhalten von Materialien. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Beispiele sind typisch für die Anwendung des Voigt-Kelvin Modells?

<p>Gummi und Federbeine (A)</p> Signup and view all the answers

Was zeigt die Dehnungsantwort im Burger Modell für thermoplastische Kunststoffe?

<p>Eine Kombination aus elastischen und viskosen Komponenten. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist der Hauptunterschied zwischen elastischen und viskoelastischen Materialien?

<p>Elastische Materialien besitzen zeitlich konstante Eigenschaften. (A)</p> Signup and view all the answers

Was repräsentiert ηv im Burger Modell?

<p>Die Viskosität, die das zeitabhängige Verhalten beschreibt. (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage über die Dehnung ε [%] in der Zeit t [h] ist korrekt?

<p>Die Dehnung nimmt mit der Zeit zu oder stabilisiert sich. (C)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Eigenschaften sind für elastomerische Materialien wichtig?

<p>Hohe Dehnbarkeit und Rückstellvermögen (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Faktoren beeinflussen die zeitabhängige Dehnungsantwort eines Materials am meisten?

<p>Belastungsart und Materialstruktur (C)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt der Begriff Retardation im Zusammenhang mit viskoelastischem Werkstoffverhalten?

<p>Die zeitabhängige Dehnung unter konstantem Druck. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt am besten den Prozess der Relaxation?

<p>Die Abnahme der Spannung über die Zeit bei konstanter Dehnungsanpassung. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist der Hauptunterschied zwischen Kriechen und Entspannung?

<p>Kriechen betrifft konstanten Druck, während Entspannung konstante Dehnung betrifft. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen ist FALSCH in Bezug auf viskoelastisches Werkstoffverhalten?

<p>Die Erholung nach Belastung passiert immer sofort. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Größen ist typischerweise NICHT konstant während des Kriechprozesses?

<p>Die Dehnung. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist eine typische Anwendung des understandings von Kriechen und Entspannung in der Kunststofftechnik?

<p>Die Vorhersage des Verhaltens von Kunststoffen unter langfristiger Last. (D)</p> Signup and view all the answers

Welcher Werkstofftyp zeigt typischerweise viskoelastisches Verhalten?

<p>Kunststoffe. (B)</p> Signup and view all the answers

In welchem Bereich der Werkstofftechnik spielt das zeitabhängige Verhalten eine entscheidende Rolle?

<p>In der Nutzung von Kunststoffen in Bauteilen des täglichen Lebens. (C)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt das rein viskose Verhalten in der Kunststofftechnik?

<p>Das Verhalten, bei dem die Dehnung proportional zur Zeit und auf die angelegte Kraft reagiert. (A)</p> Signup and view all the answers

Welches Beispiel illustriert das rein viskose Verhalten?

<p>Öl, das durch eine Bohrung gepresst wird. (D)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt das Maxwell Modell?

<p>Ein Modell, das elastisches und viskoses Verhalten kombiniert. (A)</p> Signup and view all the answers

Wie verhält sich die Dehnung ε in einem viskosen Material über die Zeit?

<p>Sie steigt stetig an, abhängig von der aufgebrachten Kraft über die Zeit. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist ein Beispiel für ein zeitabhängiges Werkstoffverhalten?

<p>Die Kriecheigenschaften eines Materials unter Dauerbelastung. (A)</p> Signup and view all the answers

Was zeigt die Dehnungsantwort ε(t) in einem elastisch-viskosen Material?

<p>Eine Kombination aus sofortiger Dehnung und langsamerer, zeitabhängiger Dehnung. (A)</p> Signup and view all the answers

Was passiert mit einer Kunststoffschmelze, wenn sie einer konstanten Kraft ausgesetzt ist?

<p>Sie zeigt sowohl elastische als auch viskose Dehnung. (A)</p> Signup and view all the answers

Welcher Faktor beeinflusst die viskose Deformation eines Materials?

<p>Die Temperatur des Materials. (A)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt die Glasübergangstemperatur (Tg)?

<p>Die Temperatur, bei der sich die mechanischen Eigenschaften eines Materials stark ändern. (C)</p> Signup and view all the answers

Welches Material hat eine Glasübergangstemperatur von ungefähr -100 °C?

<p>VMQ (B)</p> Signup and view all the answers

In welchem Temperaturbereich liegt die Einsatztemperatur von Polyethylen (PE)?

<p>-30 bis -120 °C (D)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt der Hauptweichungsbereich (HEB)?

<p>Bereich des Materials, wo es seine Festigkeit verliert und weich wird. (B)</p> Signup and view all the answers

Was bedeutet die Abkürzung EPEB?

<p>Entropieelastischer Bereich (C)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen beschreibt nicht die Viskoelastizität von Kunststoffen?

<p>Die Molekülketten sind starr und ändern ihre Form nicht unter Last. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist der Hauptgrund für das viskoelastische Verhalten von Kunststoffen?

<p>Die Bewegungsmöglichkeiten der Molekülketten. (B)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Faktoren beeinflusst das viskoelastische Verhalten von Kunststoffen?

<p>Alle oben genannten Faktoren. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage zum Hooke'schen Modell ist korrekt?

<p>Das Hooke'sche Modell beschreibt das elastische Verhalten von Materialien, bei dem die Dehnung proportional zur Spannung ist. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist die charakteristische Eigenschaft eines rein elastischen Materials, wie z.B. Stahl?

<p>Die Dehnung ist unabhängig von der Zeit. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist der Unterschied zwischen einem viskoelastischen und einem rein elastischen Material?

<p>Viskoelastische Materialien zeigen eine zeitabhängige Dehnung, während rein elastische Materialien eine zeitunabhängige Dehnung zeigen. (C)</p> Signup and view all the answers

Warum verhalten sich Kunststoffe bei tiefen Temperaturen eher elastisch?

<p>Alle oben genannten Optionen treffen zu. (D)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen zu viskoelastischen Materialien ist falsch?

<p>Viskoelastische Materialien verhalten sich linear proportional zur angelegten Spannung. (C)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Kunststoffe

Materialien, die durch Polymerisation hergestellt werden.

Homopolymere

Polymere, die aus nur einer Art von Monomeren bestehen.

Copolymere

Polymere, die aus zwei oder mehr Arten von Monomeren bestehen.

Thermoplast

Kunststoffe, die bei Erhitzen formbar sind.

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Elastomer

Kunststoffe, die dehnbar und elastisch sind.

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Duroplast

Kunststoffe, die nach dem Aushärten nicht mehr verformt werden können.

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Blends

Kunststoffmischungen aus verschiedenen Polymeren.

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Blockcopolymere

Copolymere, die aus unterschiedlichen Blockstrukturen bestehen.

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Kunststofftechnik

Lehre von den Eigenschaften und der Verarbeitung von Kunststoffen.

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Zeitabhängiges Werkstoffverhalten

Verhalten von Materialien abhängig von der Zeit.

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Rein viskoses Verhalten

Materialverhalten, das allein durch Viskosität beschrieben wird.

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Dehnungsantwort

Reaktion eines Materials auf äußerliche Belastung.

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Maxwell Modell

Modell, das elastische und viskose Eigenschaften kombiniert.

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Kunststoffschmelze

Zustand eines Kunststoffes, wenn er erhitzt und plastisch wird.

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Viskose Flüssigkeit

Flüssigkeit, die unter Druck nicht sofort fließt.

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Dehnung ε [%]

Prozentuale Veränderung der Länge eines Materials unter Belastung.

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Retardation

Das zeitabhängige Verformungsverhalten eines Werkstoffs unter konstantem Druck.

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Relaxation

Die Zeitabhängige Abnahme Spannung unter konstantem Auszug.

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Viskoelastisches Verhalten

Das Verhalten von Werkstoffen, das sowohl elastische als auch viskose Eigenschaften zeigt.

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Kriechen

Eine langsame, zeitabhängige Deformation unter Konstante Belastung.

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Entspannung

Die Verringerung der inneren Spannung im Material über die Zeit.

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Dehnung

Die relative Veränderung der Längenmessung eines Werkstoffs unter Belastung.

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Spannung

Der Druck, den ein Werkstoff erfährt, oft gemessen in MPa.

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Zeitabhängigkeit

Das Verhalten von Werkstoffen, das von der Zeit abhängt während der Belastung oder Entlastung.

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Viskoelastisches Werkstoffverhalten

Das Verhalten von Materialien, das sowohl elastische als auch viskose Eigenschaften aufweist.

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Molekularer Aufbau von Kunststoffen

Die Struktur der Moleküle in Kunststoffen beeinflusst ihr Verhalten unter Last.

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Ausgerichtete Kettensegmente

Unter Last können sich die Molekülketten in Richtung der Belastung orientieren.

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Entschlaufen von Molekülketten

Langsame Bewegungen der Molekülketten aus verknoteten Zuständen unter Belastung.

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Abgleiten von Molekülketten

Das Phänomen, dass Molekülketten unter Last aneinander vorbeigleiten.

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Hooke´sches Modell

Ein Modell zur Beschreibung des rein elastischen Verhaltens von Materialien.

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Belastungssituation

Die Bedingungen, unter denen ein Material einer Kraft oder Spannung ausgesetzt ist.

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Tg

Die Glasübergangstemperatur ist der Punkt, an dem ein Polymer von hart und spröde zu weich und flexibel wird.

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Tm

Die Schmelztemperatur ist die Temperatur, bei der ein Polymer von fest zu flüssig wird.

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E-Modul

Der Elastizitätsmodul gibt die Steifigkeit eines Materials an und wird in N/mm² gemessen.

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HEB

Der Hauptweichungsbereich beschreibt die Temperaturspanne, in der ein Material weich wird.

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EPEB

Der entropieelastische Bereich bezeichnet den Bereich, in dem die elastischen Eigenschaften durch Entropie beeinflusst werden.

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EGEB

Der energieelastische Bereich ist der Zustand, in dem ein Material elastische Energie speichert.

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FB

Der Fließbereich bezeichnet die Temperaturspanne, in der ein Material plastisch verformbar ist.

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Zersetzungstemperatur

Die Temperatur, bei der ein Material anfängt sich chemisch zu zersetzen oder zu zerfallen.

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Viskoelastizität

Verhalten von Materialien, das sowohl elastische als auch viskose Eigenschaften zeigt.

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Voigt-Kelvin Modell

Modell zur Beschreibung des elastisch gedämpften Verhaltens von Materialien.

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Burger Modell

Modell zur Beschreibung des viskoelastischen Verhaltens von thermoplastischen Kunststoffen.

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Temperaturabhängigkeit

Verhalten von Kunststoffen, das von der Temperatur abhängt, insbesondere bei RT.

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Study Notes

Vorlesung Werkstofftechnik 1

  • Die Vorlesung wurde von Dr.-Ing. Lutwin Spix gehalten.
  • Die Folien dienen als Zusammenfassung und ersetzen keinen Vorlesungsbesuch.
  • Die Struktur und der Inhalt der Vorlesung wurden von Herrn Prof. Dr. Barth erarbeitet.
  • Die Nutzung der Folien ist nur für Lehrzwecke an der TH-OWL erlaubt.

Vorwort

  • Die Foliensammlung fasst die behandelten Themen zusammen.
  • Jens Mannel trug maßgeblich zur Erstellung der Foliensammlung bei.
  • Die Folien ersetzen nicht den Besuch der Vorlesung oder Übungen.
  • Die Vervielfältigung oder weitere Verwendung ist urheberrechtlich geschützt.
  • Die Folien wurden im September 2024 erstellt.
  • Literaturempfehlungen wurden genannt: Bonten, C.: Kunststofftechnik, Hanser Verlag und Domininghaus, H.; Kunststoffe - Eigenschaften und Anwendungen, Springer Verlag.

Aufbau der Kunststoffe (Synthese, Gefüge...)

  • Copolymere und Blends werden erläutert.
  • Thermoplaste, Elastomere und Duroplaste werden als Unterteilungen vorgestellt.

Homopolymere

  • Homopolymere bestehen aus einer einzigen Monomereinheit.
  • Amorphe und teilkristalline Strukturen werden aufgeführt.
  • Beispiele wie PS, PMMA, PC, PVC, PSU, PE, PP, POM, PTFE, PET, BR, IR und PBT wurden genannt.

Blockcopolymere

  • Blockcopolymere enthalten mindestens zwei verschiedene Monomerarten in Blöcken.
  • Mehrphasenstrukturen, verbunden durch chemische Vernetzung, kennzeichnen sie.
  • Beispiele sind TPE-S, TPE-O, TPE-U und TPE-E.

Copolymere (mindestens zwei Monomerarten)

  • Unregelmäßige und regelmäßige (alternierende) Copolymere sind möglich.
  • Amorphe und teilkristalline Strukturen können auftreten.
  • Beispiele für unregelmäßige Copolymere sind SAN, EVA, SBR (SBC), NBR und PA.

Blockcopolymer (SBC)

  • Styrol-Butadien-Blockcopolymer (SBC) hat einen starken Einfluss auf mechanische Eigenschaften.
  • Streckspannung (σy) und Bruchspannung (σtb) werden erwähnt.

SBC Blockcopolymer: Auswirkung der Monomeranteile

  • Die Diagramme zeigen den Einfluss der Monomeranteile (z.B. 100/0, 75/25, 50/50) auf die Temperatur-E-Modul-Beziehung.
  • Die Glasübergangstemperatur (Tg) und die andere relevante Temperatur (Tg BR, Tg PS ) von Polymeren sind aufgezeigt.

Pfropfcopolymere

  • Seitliche Vernetzung zwischen Ketten.
  • Beispiele sind ABS und ASA.
  • Die Struktur zeigt die Anbindung von Monomeren an die Hauptkette.

Polymerblends

  • Polymermischungen (z.B. PC/ABS, PC/PBT).
  • Physikalische Vermischung im geschmolzenen Zustand.
  • Mehrphasenmaterial.

Homopolymere, Copolymere, Pfropfcopolymere, Polymerblends

  • Homopolymere: eine Monomereinheit, teilkristallin oder amorph.
  • Copolymere: zwei oder mehr verschiedene Monomere, statistisch, alternierend, blockförmig.
  • Pfropfcopolymere: seitliche chemische Vernetzung zwischen Polymerketten.
  • Polymerblends: physikalisch vermischtes Polymergemisch.

Vorteile und Nachteile von Copolymeren

  • Vorteile: Kombinierbare Eigenschaften, breiter Einsatzbereich, leichtere Verarbeitung, recyclingfreundlicher.
  • Nachteile: Höhere Kosten, Verbindungsprobleme, schwierigere Verarbeitung (im Vergleich zu Standardthermoplasten).

Inhaltsverzeichnis

  • Die Folien enthalten einen Inhaltskatalog für das Thema Werkstofftechnik.
  • Die Inhaltsübersicht umfasst Themen wie Einführung, Werkstoffgeschichte, Wirtschaftlichkeit, Eigenschaften, Aufbau, Zeitabhängigkeit, Temperaturanabhängigkeit, elektrische Eigenschaften und Recycling.

Zeitabhängiges Werkstoffverhalten

  • Kunststoffe verhalten sich bei Belastung anders als Metalle, aufgrund des molekularen Aufbaus und thermischer Zustände.
  • Viskoelastisches Werkstoffverhalten: Ausrichtung, Entschlaufen und Abgleiten von Molekülketten unter Last.

Zeitabhängiges Werkstoffverhalten/Modelle

  • Hooke´sches Modell (rein elastisch)
  • Newton´sches Gesetz (rein viskos)
  • Maxwell-Modell (elastisch + viskos)
  • Voigt-Kelvin-Modell (elastisch gedämpft)
  • Burger-Modell (viskoelastisch)

Zeitabhängiges Werkstoffverhalten/Retardation und Relaxation

  • Retardation (Kriechen): Konstante Spannung, Dehnungszunahme über die Zeit.
  • Relaxation (Entspannung): Konstante Dehnung, Spannungsabnahme über die Zeit.

Temperaturabhängiges Werkstoffverhalten

  • Die Eigenschaften von Kunststoffen ändern sich stark mit der Temperatur.
  • Thermische Zustandsbereiche: Energie, Entropie und Fließbereich (Glasübergang, Gummibereich, Schmelze).
    • Übergangsbereiche definieren Grenzen zwischen thermischen Bereichen.

DSC (Differential Scanning Calorimetrie)

  • Messmethode zur Erfassung von Materialeigenschaften über Temperaturbereiche.
  • Prinzip der Meßzelle (Referenz- und Probentiegel).
  • Darstellung von Ergebnissen (endotherm vs. exotherm, Erwärmung und Abkühlung).

Zusammenfassung

  • Die Foliensammlung enthält detaillierte Informationen über Kunststoff, dessen Struktur, Verarbeitung und Eigenschaften.
  • Themen wie Copolymere, Polymermischungen, Zeit- und Temperaturabhängigkeiten sowie die Messmethode DSC werden präzise erklärt.

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