Werkstofftechnik 1 Vorlesung
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Questions and Answers

Welche der folgenden Aussagen über die Verwendung des Begriffs „Ethen“ ist korrekt?

  • Ethen ist ein Synonym für Ethylen und wird bevorzugt, um die Polymerisierung zu Polyethylen zu beschreiben. (correct)
  • Ethen wird in der Regel zur Bezeichnung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen verwendet, da es eine Doppelbindung besitzt.
  • Die Verwendung von Ethen und Ethylen ist unabhängig vom Kontext und entspricht dem gleichen Stoff.
  • Ethen wird ausschließlich in Fachliteratur verwendet, während Ethylen in der industriellen Praxis gebräuchlicher ist.

    • Welche Aussage über die Foliensammlung und ihre Verwendung ist korrekt?

  • Die Folien wurden durch Herrn Prof. Dr. Barth erstellt und von Dr. Lutwin Spix nur geringfügig verändert.
  • Die Folien ersetzen den Besuch der Vorlesung und Übungen vollständig.
  • Die Folien wurden ausschließlich von Dr. Lutwin Spix erstellt.
  • Die Folien sind nur an der TH-OWL zu Lehrzwecken verwendbar, jegliche kommerzielle Nutzung ist verboten. (correct)

    • Welche der folgenden Aussagen über die Eigenschaften von Ethan und Ethylen ist korrekt?

  • Ethan und Ethylen sind beide ungesättigte Kohlenwasserstoffe.
  • Ethan und Ethylen sind beide sehr reaktiv und werden häufig in chemischen Reaktionen eingesetzt.
  • Ethan ist stabiler als Ethylen, da es zwei freie Elektronen zur Bindung hat. (correct)
  • Ethylen ist stabiler als Ethan aufgrund seiner Doppelbindung.

    • Welche der folgenden Aussagen über die Vorlesung „Werkstofftechnik 1“ ist korrekt?

    <p>Der Inhalt der Vorlesung wurde von Herrn Prof. Dr. Barth erarbeitet. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Bücher wird in der Vorlesung „Werkstofftechnik 1“ als Literaturquelle empfohlen?

    <p>Kunststoffe - Eigenschaften und Anwendungen von H. Domininghaus (A), Kunststofftechnik von C. Bonten (B)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Doppelbindung in Ethylen ist korrekt?

    <p>Die Doppelbindung ermöglicht die Bildung von Polymeren durch Anlagerungsreaktionen. (A)</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Zweck der Foliensammlung, die in der Vorlesung „Werkstofftechnik 1“ verwendet wird?

    <p>Die Folien präsentieren eine Kurzzusammenfassung der Vorlesungsthemen. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Taktizität von Polystyrol ist korrekt?

    <p>Syndiotaktisches Polystyrol hat eine höhere Festigkeit als ataktisches Polystyrol. (A), Isotaktisches Polystyrol kann eine kristalline Struktur bilden. (C), Ataktisches Polystyrol ist immer transparent. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über amorphe Strukturen in Kunststoffen ist korrekt?

    <p>Beispiele für Kunststoffe mit amorpher Struktur sind PVC, PS, ABS, SAN und PC. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welches Merkmal unterscheidet die Konfiguration von der Konstitution in Kunststoffen?

    <p>Die Konfiguration beschreibt die räumliche Anordnung der Atome in einem Molekül, die Konstitution beschreibt die chemische Zusammensetzung. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die Konformation von Kunststoffen ist falsch?

    <p>Die Konformation ist unabhängig von der Konstitution und Konfiguration. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Merkmale ist kein Unterscheidungsmerkmal von Kunststoffen?

    <p>Dichte (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Kristallisation von Kunststoffen ist falsch?

    <p>Die Kristallisationstemperatur ist immer identisch mit der Glasübergangstemperatur. (B)</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Merkmale ist kein typisches Merkmal von Kunststoffen mit amorpher Struktur?

    <p>Eine hohe Steifigkeit (D)</p> Signup and view all the answers

    Welches Material ist kein Beispiel für einen Kunststoff mit amorpher Struktur?

    <p>PE (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Molekülmasse ist erforderlich, um eine Mindestzugfestigkeit von 80 MPa zu erreichen?

    <p>600.000 (A)</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht mit der Zugfestigkeit, wenn die Molekülmasse über 600.000 ansteigt?

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

    Welche Art von Kunststoffen wird als Polyamid 6 bezeichnet?

    <p>Thermoplast (D)</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Taktizität in der Kunststoffchemie?

    <p>Die Anordnung von Atomen oder Endgruppen (D)</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Beziehung zwischen Molekülmasse und Zugfestigkeit von Polyamiden?

    <p>Es gibt einen optimalen Bereich für Molekülmassen (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Molekülmasse führt zu einer Zugfestigkeit unter 20 MPa?

    <p>Unter 200.000 (A)</p> Signup and view all the answers

    Wie nennt man die spezifische Eigenschaft der räumlichen Anordnung von Atomen in Polymeren?

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

    Welcher Faktor beeinflusst nicht die Zugfestigkeit von Polyamid 6?

    <p>Dichte (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Arten von Polymerstrukturen erlauben eine Kristallisation?

    <p>Syndiotaktische Polymere (C), Isotaktische Polymere (D)</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt den Schmelzpunkt eines teilkristallinen Materials?

    <p>Er ist kein klar definierter Bereich. (B)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Eigenschaften trifft auf teilkristalline Kunststoffe zu?

    <p>Sie sind opak. (C)</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Dichte von Polypropylen (iPP) im kristallinen Zustand?

    <p>0,943 g/cm3 (B)</p> Signup and view all the answers

    Welches Material hat den höchsten theoretischen Kristallisationsgrad?

    <p>Isotaktisches Polypropylen (D)</p> Signup and view all the answers

    Welcher Kristallisationsgrad wird für Polyamid (PA 6) angegeben?

    <p>20 - 45 % (B)</p> Signup and view all the answers

    Welche Option beschreibt die Wirkung von Kristallgrenzen auf Licht?

    <p>Das Licht wird durch die Kristallgrenzen gebrochen. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Dichte ist typischerweise für amorphe Kunststoffe wie Polyethylen (PE-LD) angegeben?

    <p>0,866 g/cm3 (C)</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt der Begriff 'Konstitution' in Bezug auf Kunststoffe?

    <p>Den chemischen Aufbau des Moleküls sowie die Molekülmasse (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Kettenstruktur führt zu einer guten Fließfähigkeit in Kunststoffen?

    <p>Kurze Ketten mit niedriger Molekülmasse (A)</p> Signup and view all the answers

    Wie beeinflusst eine hohe Molekülmasse die Schmelzviskosität von Kunststoffen?

    <p>Erhöht die Schmelzviskosität (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage trifft auf die Molekülmassenverteilung zu?

    <p>Die Verteilung beeinflusst die Eigenschaften des Kunststoffs (B)</p> Signup and view all the answers

    Wie wirken sich Alterung und Recycling auf die Kettenlängen in Kunststoffen aus?

    <p>Die Kettenlängen werden irreversibel kürzer (B)</p> Signup and view all the answers

    Welche Strukturform von Kunststoffen ist typischerweise amorph?

    <p>Polystyrol (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Kombination aus Ketten ist oft notwendig für gute Verarbeitungseigenschaften?

    <p>Eine Mischung aus langen und kurzen Ketten (A)</p> Signup and view all the answers

    Was passiert bei der Einführung von Metallocen-Produkten in die Kunststofftechnik?

    <p>Sie können Probleme in der Herstellung verursachen (D)</p> Signup and view all the answers

    Wie beeinflusst die Abkühlgeschwindigkeit die Kristallisation von Kunststoffen?

    <p>Nah zur Werkzeugwand gibt es weniger Kristallisation. (D)</p> Signup and view all the answers

    Was sind die typischen Eigenschaften von vernetzten Polymeren?

    <p>Sie sind hochvernetzt und daher Duromere. (D)</p> Signup and view all the answers

    Wie unterscheiden sich lineares und verzweigtes Polyethylen (PE)?

    <p>Lineares PE kann besser kristallisieren. (A)</p> Signup and view all the answers

    Was sind mögliche Folgen von Nachkristallisation in Bauteilen?

    <p>Innere Spannungen im Bauteil. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Polymerstrukturen ist nicht chemisch vernetzt?

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

    Welche Eigenschaft hat verzweigtes PE (PE-LD) nicht?

    <p>Hohe Härte. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche Art von Polyethylen hat eine hohe Dichte?

    <p>PE-HD. (C)</p> Signup and view all the answers

    Warum erschweren Verzweigungen die Kristallisation in Kunststoffen?

    <p>Sie behindern die lineare Anordnung der Moleküle. (C)</p> Signup and view all the answers

    Flashcards

    Monomere

    Grundbausteine der Kunststoffe, bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff.

    Kohlenstoff

    Element, das die Basis für Monomere bildet; hat vier freie Elektronen.

    Ethen

    Ein ungesättigter Kohlenwasserstoff mit einer Doppelbindung; auch Ethylen genannt.

    Ethylen

    Synonym zu Ethen, aus dem Polyethylen polymerisiert wird.

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    Kunststoffe

    Materialien, die aus Monomeren durch Polymerisation entstehen.

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    Polyethylen

    Ein Kunststoff, der aus Ethylen polymerisiert wird.

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    Doppelbindung

    Eine chemische Bindung, bei der zwei Elektronenpaare zwischen Atomen geteilt werden.

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    Katalysatoren

    Substanzen, die Reaktionen beschleunigen, ohne dabei verbraucht zu werden.

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    Molekülmasse

    Die Masse eines einzelnen Moleküls eines Stoffes, gemessen in g/mol.

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    Molekülmassenverteilung

    Die Verteilung der Molekülmassen in einem Polymermaterial, wichtig für Eigenschaften.

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    Zugfestigkeit

    Die Fähigkeit eines Materials, Zugbelastungen zu widerstehen, gemessen in MPa.

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    Polyamid 6

    Ein häufig verwendetes Thermoplast, bekannt für gute Zugfestigkeit und Zähigkeit.

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    Konstitution

    Die chemische Struktur eines Moleküls, einschließlich seiner Molekülmasse und Anordnung.

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    Konfiguration

    Die spezifische räumliche Anordnung der Atome in einem Molekül.

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    Taktizität

    Die Regelmäßigkeit oder Unregelmäßigkeit in der Anordnung von Monomeren in einem Polymer.

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    Stereoregularität

    Die Regelmäßigkeit der räumlichen Anordnung von Atomen oder Gruppen in einem Polymer.

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    Kristallisationsgrad

    Der Grad der Kristallisation eines Feststoffes, beeinflusst durch Abkühlgeschwindigkeit.

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    Nachkristallisation

    Zusätzliche Kristallisation nach dem ersten Abkühlen, verursacht innere Spannungen.

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    Lineare Polymere

    Polymere ohne Verzweigungen oder Vernetzungen, kristallisieren besser.

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    Verzweigte Polymere

    Polymere, die Verzweigungen haben, jedoch nicht chemisch vernetzt sind.

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    Vernetzte Polymere

    Polymere, die chemisch vernetzt sind: Duromer (hochvernetzt) und Elastomer (schwachvernetzt).

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    PE-HD

    Hochdichtes Polyethylen, lineares Polymer mit hoher Steifigkeit und Dichte.

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    PE-LD

    Niederdichtes Polyethylen, verzweigt und hat geringere Härte und Dichte.

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    Einfluss von Verzweigungen

    Verzweigungen erschweren die Kristallisation, was die mechanischen Eigenschaften verändert.

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    Teil kristalline Struktur

    Eine Struktur von Kunststoffen, die sowohl kristalline als auch amorphe Bereiche enthält.

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    Isotaktische Polymere

    Polymere, bei denen die Seitenketten in der gleichen Richtung angeordnet sind und kristallisieren können.

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    Syndiotaktische Polymere

    Polymere mit abwechselnden Seitenketten, die ebenfalls kristallisieren können.

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    Schmelzpunkt

    Die Temperatur, bei der ein Material von fest zu flüssig übergeht, wichtig für die Stabilität von Kunststoffen.

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    Opak

    Materialien, die Licht nicht durchlassen und nicht transparent sind.

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    Dichte von Polymeren

    Die Masse pro Volumeneinheit, die von der Kristallisationsgrad beeinflusst wird.

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    Polyamid (PA)

    Ein Kunststoff mit spezifischen Dichten abhängig vom Kristallisationsgrad (z.B. PA 6, PA 6.6).

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    Isotaktisch

    Eine spezifische Anordnung von Molekülsträngen, die regelmäßig sind und teilweise kristalline Struktur bilden können.

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    Syndiotaktisch

    Eine alternierende Anordnung von Molekülsträngen, die auch kristalline Strukturen bilden kann.

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    Ataktisch

    Eine zufällige und ungeordnete Molekülanordnung, die keine Kristallisation ermöglicht.

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    Konformation

    Die räumliche Anordnung drehbarer Bindungen in einem Molekül bei gleicher Konstitution und Konfiguration.

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    Amorphe Struktur

    Eine ungeordnete Struktur von Molekülen, in der Kristallisation nicht möglich ist, wie bei PVC oder PS.

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    Kleine Molekülmasse

    Kleinere Ketten führen zu guter Fließfähigkeit, aber geringer Schmelzstabilität.

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    Hohe Molekülmasse

    Längere Ketten resultieren in schlechter Fließfähigkeit, aber hoher Schmelzstabilität.

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    Verarbeitungseigenschaften

    Eigenschaften, die die Bearbeitung und Formgebung von Kunststoffen beeinflussen.

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    Study Notes

    Vorlesung Werkstofftechnik 1

    • Die Vorlesung Werkstofftechnik 1 wurde von Dr.-Ing. Lutwin Spix gehalten.
    • Die Folien dienen als Zusammenfassung und ersetzen nicht den Besuch der Vorlesung bzw. Übung.
    • Die Struktur und der Inhalt stammen von Herrn Prof. Dr. Barth.
    • Die Folien dürfen nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL verwendet werden.
    • Die Folien wurden mit Unterstützung von Jens Mannel erstellt.

    Vorwort

    • Die Foliensammlung dient als Zusammenfassung der behandelten Themen in der Vorlesung Werkstofftechnik 1.
    • Die Folien ersetzen nicht den Besuch der Vorlesung und der Übungen.
    • Die Struktur und der Inhalt der Vorlesung Werkstofftechnik 1 wurden von Herrn Prof. Dr. Barth entwickelt.
    • Die Verwendung der Folien ist auf Lehrveranstaltungen an der TH OWL beschränkt.

    Aufbau der Kunststoffe (Synthese, Gefüge...)

    • Monomere: Kunststoffe beginnen mit Kohlenstoff.
    • Kohlenstoff: Besitzt 4 freie Elektronen zur Bindung.
    • Methan: Ein stabiler Kohlenwasserstoff.
    • Ethan: Ein stabiler Kohlenwasserstoff.
    • Ethylen/Ethen: Ist mittelmässig stabil und hat eine Doppelbindung, die durch Katalysatoren aufgebrochen werden kann.

    Unterscheidungsmerkmale Strukturen und Gefüge

    • Die Folien beschreiben Unterscheidungsmerkmale der Struktur und des Gefüges von Kunststoffen.
    • Die Merkmale umfassen Konstitution, Konfiguration und Konformation von Polymeren.
    • Konstitution: beschreibt den chemischen Aufbau des Moleküls.
    • Konfiguration: beschreibt die Anordnung der einzelnen Atome oder Atomgruppen.
    • Konformation: beschreibt die räumliche Anordnung der drehbaren Bindungen zueinander.

    Konstitution: Molekülmasse und Molekülmassenverteilung

    • Es gibt keine einheitliche Molekülmasse bei Kunststoffen, sondern eine Verteilung.
    • Die mittlere Molekülmasse beeinflusst die Schmelzviskosität und die thermomechanischen Eigenschaften.
    • Zahlenmittel (Mn): berechnet aus der Anzahl der Moleküle und ihrer jeweiligen Massen.
    • Gewichtsmittel (Mw): berechnet aus der Masse der Moleküle und berücksichtigt die Häufigkeit jedes einzelnen Moleküls.
    • Polydispersität (D): Das Verhältnis von Gewichtsmittel zu Zahlenmittel, dient als Mass für die Streuung der Molekülmassen.

    Konfiguration (Taktizität, Stereoregularität)

    • Isotaktisch: Alle Substituenten befinden sich auf der gleichen Seite der Hauptkette.
    • Syndiotaktisch: Die Substituenten wechseln sich entlang der Hauptkette ab.
    • Ataktisch: Die Substituenten sind zufällig auf beiden Seiten der Hauptkette angeordnet.
    • Taktizität hat keinen Einfluss auf die Glasübergangstemperatur (Tg), bestimmt jedoch die Fähigkeit zum Kristallisieren.

    Konformation

    • Die Konformation beschreibt die räumliche Anordnung der drehbaren Bindungen zueinander, bei gleicher Konstitution und Konfiguration.

    Gefüge: amorphe Struktur

    • Ungeordneter Molekülknäuel (ähnlich Spaghetti).
    • Transparent.
    • Kristallisation wird durch Verzweigungen oder Ataktizität verhindert.
    • Beispiele sind PVC, PS, ABS, SAN und PC (Polymerpolymere).

    Gefüge: teilkristalline Struktur

    • Es gibt sowohl amorphe als auch teilkristalline Bereiche in Kunststoffen.
    • Isotaktische und syndiotaktische Polymere können kristallisieren.
    • Schmelzpunkt fehlt, aber hohe Festigkeiten und Steifigkeiten sind vorhanden.
    • Beispiele sind PA, POM, PET, PP und PE.

    Wiederholung Gefüge: amorphe Struktur

    • Taktizität.
    • Kettenmoleküle können verzweigt sein (amorphe Thermoplaste).
    • Glasübergangstemperatur (Tg) beschreibt den Übergang vom Glaszustand zum weichen, elastischen Zustand.
    • Schmelztemperatur (Tm) beschreibt den Übergang vom festen Zustand zum flüssigen Zustand.
    • Zersetzungstemperatur (Tz) beschreibt den Punkt, an dem ein Polymer beginnt zu zersetzen.

    Wiederholung Gefüge: teilkristalline Struktur

    • Isotaktisch und Syndiotaktisch.
    • Amorphe Knäuelstruktur versus Kristallit.
    • Teilkristalline Thermoplaste weisen spröde, weichelastische bzw. plastische Zustände auf.

    Video PE-HD PE-LD amorph / teilkristallin

    • Der Unterschied zwischen HDPE und LDPE wird in Form eines Videos dargestellt.
    • Dementsprechend werden die Unterschiede in der Struktur der Polymeren grafisch gezeigt.

    Gefüge: teilkristalline Struktur

    • Tabelle mit typischen Werten für verschiedenen Kunststoffe.
    • Üblicher Kristallisationsgrad und Dichte von Polymere.
    • Die Dichten in der Tabelle sind theoretische Werte.

    Verzweigungen und Vernetzungen

    • Lineare Polymere: Keine Verzweigungen oder Vernetzungen.
    • Verzweigte Polymere: Keine Vernetzung.
    • Vernetzte Polymere: Hochvernetzt = Duromer, Schwachvernetzt = Elastomere.

    Linear oder verzweigt?

    • Lineares PE kann besser kristallisieren.
    • Hohe Härte, Steifigkeit & Dichte.
    • PE-HD (High Density) mit Synthese im Niederdruckverfahren
    • Verzweigtes PE erschwert die Kristallisation.
    • Geringere Härte, Steifigkeit und Dichte, PE-LD (Low Density).
    • Synthese im Hochdruckverfahren.

    Änderung der Steifigkeit durch zunehmenden Verzweigungsgrad

    • Graphische Darstellung der Änderung der Steifigkeit (E-Modul) durch verschiedene Verzweigungsgrade.

    Unterscheidungsmerkmale

    • Chemischer Aufbau (Konstitution): Chemischer Aufbau des Moleküls.
    • Polymerisationsmechanismus: Polymerisation, Polykondensation, Polyaddition.
    • Bauprinzip: Konfiguration (Taktizität, Stereoregularität).
    • Konformation: Räumliche Anordnung der Bindungen.
    • Werkstofftechnische Einteilung: Thermoplaste, Elastomere, Duromere.

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    Description

    Diese Zusammenfassung behandelt die grundlegenden Themen der Vorlesung Werkstofftechnik 1, gehalten von Dr.-Ing. Lutwin Spix. Sie umfasst wichtige Aspekte wie die Struktur und das Gefüge von Kunststoffen, die Synthese und die Rolle von Kohlenstoff. Diese Folien sind für Lehrzwecke an der TH OWL gedacht und ersetzen nicht die persönliche Teilnahme an der Vorlesung und Übung.

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