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Questions and Answers

Welches Merkmal beschreibt die chemische Zusammensetzung und Struktur eines Polymermoleküls und spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Molekülmasse?

  • Kristallinität
  • Konfiguration
  • Konstitution (correct)
  • Konformation
  • Was ist die durchschnittliche Molekülmasse, die die Viskosität einer Polymerschmelze und ihre thermomechanischen Eigenschaften bestimmt?

  • Die kleinste Molekülmasse
  • Die mittlere Molekülmasse (correct)
  • Die Gesamtmolekülmasse aller Polymermoleküle
  • Die größte Molekülmasse
  • Welche Art von Polymerstruktur ist durch lange, unverzweigte Ketten gekennzeichnet, die zu einer hohen Festigkeit und Steifheit führen?

  • Vernetzte Ketten
  • Lineare Ketten (correct)
  • Zyklische Ketten
  • Verzweigte Ketten
  • Welche Eigenschaft eines Polymers wird durch die Länge seiner Ketten beeinflusst, wobei längere Ketten zu einer geringeren Fließbarkeit führen?

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

    Was ist die Hauptursache für die Verkürzung von Polymerketten bei der Alterung oder Wiederverarbeitung?

    <p>Abbau der Ketten durch Hitze oder Oxidationsmittel (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche Art von Polymerstruktur ist durch die Anordnung der Moleküle in einer geordneten, kristallinen Phase gekennzeichnet?

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

    Welche Eigenschaft macht Polymere mit niedrigerer Molekülmasse besser für die Faserherstellung oder die Herstellung von Vliesstoffen geeignet?

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

    Bei welchen Produkten ist eine hohe Schmelzestabilität wünschenswert, z. B. bei der Profilextrusion?

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

    Welcher der folgenden Punkte ist keine in der Vorlesung „Werkstofftechnik 1“ behandelte Thematik?

    <p>Eigenschaften von Metallen (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die in der Vorlesung genutzten Folien ist korrekt?

    <p>Die Folien repräsentieren eine Kurzfassung der in der Vorlesung behandelten Themen. (B)</p> Signup and view all the answers

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

    <p>Kunststoffe - Eigenschaften und Anwendungen, von Springer Verlag (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Begriffe "Ethen" und "Ethylen" ist korrekt?

    <p>Ethen und Ethylen sind Synonyme und referieren auf den gleiche Stoff. (B)</p> Signup and view all the answers

    Welche Bedeutung hat der Begriff "Monomere" im Kontext der Vorlesung?

    <p>Monomere sind die kleinsten Bausteine von Polymeren. (B)</p> Signup and view all the answers

    Was zeichnet die Verwendung von Katalysatoren in der Synthese von Polymeren aus?

    <p>Katalysatoren beschleunigen die Reaktion und senken die benötigte Energie. (C)</p> Signup and view all the answers

    Warum wird der Begriff "Ethylen" anstelle von "Ethen" in der Vorlesung erwähnt?

    <p>Ethen ist ein Synonym für Ethylen, aber der aus Ethylen polymerisierte Kunststoff wird „Polyethylen“ genannt. (C)</p> Signup and view all the answers

    Was bewirkt eine starke Verzweigung in Kunststoffen?

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

    Welche der folgenden Polymerisationsmechanismen ist nicht korrekt?

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

    Welches Bauprinzip betrifft die Anordnung von Atomen oder Endgruppen in einem Molekül?

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

    Welche der folgenden Aussagen über ataktische Anordnung ist korrekt?

    <p>Sie hat keine kristallinen Strukturen (A)</p> Signup and view all the answers

    Was charakterisiert thermoplastische Kunststoffe?

    <p>Sie können mehrfach erhitzt und geformt werden (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Taktizität kann nicht kristallisieren?

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

    Was ist ein Charakteristikum von isotaktischen und syndiotaktischen Kunststoffen?

    <p>Sie können teilkristalline Strukturen bilden. (C)</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Konfiguration in der Kunststofftechnik?

    <p>Die Anordnung von Atomen bei gleicher Konstitution. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über amorphe Strukturen ist korrekt?

    <p>Kristallisation wird durch die Unordnung der Moleküle verhindert. (C)</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Einfluss von Taktizität auf die Glasübergangstemperatur Tg?

    <p>Hat keinen Einfluss. (C)</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Merkmal der teilkristallinen Struktur von Kunststoffen?

    <p>Sie enthalten sowohl kristalline als auch amorphe Bereiche. (B)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Polymere kann kristallisieren?

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

    Was unterscheidet sich zwischen Konstitution und Konfiguration?

    <p>Konstitution ist der chemische Aufbau des Moleküls, Konfiguration die Anordnung einzelner Atome. (B)</p> Signup and view all the answers

    Welcher Kunststoff hat typischerweise eine amorphe Struktur?

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

    Wie verhält sich der E-Modul bei teilkristallinen Kunststoffen im Vergleich zu amorphen?

    <p>Der E-Modul ist in der Regel höher. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Schmelzpunkte teilkristalliner Kunststoffe ist wahr?

    <p>Der Schmelzpunkt ist nicht definiert wie bei amorphen Materialien. (D)</p> Signup and view all the answers

    Was bezeichnet die Konformation in der Kunststofftechnik?

    <p>Die räumliche Anordnung von Bindungen bei gleicher Konstitution und Konfiguration. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welches dieser Materialien hat die höchste Dichte in ihrem kristallinen Zustand?

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

    Welche Art von Polymer hat einen Theorie-Kristallisationsgrad von 40 - 65 %?

    <p>Polyethylen niedriger Dichte (PE-LD) (B)</p> Signup and view all the answers

    Welche Eigenschaft haben teilkristalline Kunststoffe im Vergleich zu amorphen Kunststoffen typischerweise?

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

    Was beschreibt am besten den Unterschied zwischen isotaktischen und syndiotaktischen Polymeren?

    <p>Ihre strukturelle Anordnung der Monomere. (A)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Eigenschaften sind typisch für PE-HD? (Wählen Sie alle zutreffenden Aussagen)

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

    Welche Art von Polymeren sind vernetzte Polymere mit einer hohen Vernetzung?

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

    Was ist der Hauptgrund für die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften von PE-HD und PE-LD?

    <p>Der unterschiedliche Kristallisationsgrad (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Auswirkungen hat eine schnellere Abkühlgeschwindigkeit einer Schmelze auf den Kristallisationsgrad?

    <p>Ein niedrigerer Kristallisationsgrad (B)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über verzweigte Polymere ist richtig?

    <p>Verzweigungen in Polymerketten erschweren die Kristallisation. (C)</p> Signup and view all the answers

    Welche Art von Polymeren sind Elastomere?

    <p>Schwach vernetzte Polymere (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über die "Nachkristallisation" ist richtig?

    <p>Die &quot;Nachkristallisation&quot; führt zu einer höheren Dichte des Materials. (D)</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über die Synthese von PE-LD und PE-HD ist richtig?

    <p>Beide Verfahren verwenden unterschiedliche Katalysatoren. (C)</p> Signup and view all the answers

    Flashcards

    Monomere

    Grundbausteine von Kunststoffen, die Kohlenstoff enthalten.

    Methan

    Ein einfaches Molekül aus einem Kohlenstoff- und vier Wasserstoffatomen, C1H4.

    Ethan

    Molekül mit zwei Kohlenstoffatomen, C2H6, stabil.

    Ethen/Ethylen

    Ungesättiger Kohlenwasserstoff mit einer Doppelbindung, C2H4.

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    Doppelbindung

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

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    Polymerisation

    Prozess, bei dem Monomere zu langen Ketten (Polymeren) verbunden werden.

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    Katalysatoren

    Substanzen, die die Reaktion beschleunigen, ohne selbst verbraucht zu werden.

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    Polyethylen

    Ein Kunststoff, der aus dem Monomer Ethen/Ethylen hergestellt wird.

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    Konstitution

    Chemischer Aufbau eines Moleküls, inklusive Polymerisationsgrad und Molekülmasse.

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    Molekülmasse

    Gewicht eines Moleküls, beeinflusst durch Polymerisationsgrad und Kettenlänge.

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    Molekülmassenverteilung

    Verteilung der Molekülmassen innerhalb eines Materials, nicht gleichmäßig.

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    Niedrige Molekülmasse

    Kleine Molekülmasse führt zu kurzen Ketten und guter Fließfähigkeit.

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    Hohe Molekülmasse

    Hohe Molekülmasse führt zu langen Ketten und hoher Schmelzstabilität.

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    Verarbeitungseigenschaften

    Erfordern oft eine Mischung aus langen und kurzen Ketten für optimale Nutzung.

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    Alterung und Recycling

    Durch Alterung verkürzen sich Ketten, wodurch die Molekülmasseverteilung verschoben wird.

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    Amorphe Struktur

    Struktur ohne geregelte Anordnung der Moleküle, kein langfristiges Muster.

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    Isotaktisch

    Eine Konfiguration, bei der gleiche Gruppen an derselben Seite angeordnet sind.

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    Syndiotaktisch

    Eine Konfiguration, bei der gleiche Gruppen abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind.

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    Ataktisch

    Eine zufällige Anordnung, die keine regelmäßige Struktur erlaubt.

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    Taktizität

    Bestimmt die Fähigkeit eines Kunststoffs zur Kristallisation.

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    Konfiguration

    Anordnung einzelner Atome bei gleicher Konstitution.

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    Konformation

    Räumliche Anordnung drehbarer Bindungen bei gleicher Konstitution und Konfiguration.

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    Verzweigungsgrad

    Ein Maß für die Verzweigung der Polymerketten in Kunststoffen, das die Steifigkeit beeinflusst.

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    Ataktische Anordnung

    Eine unregelmäßige Anordnung von Atomen in einem Polymer, die keine Kristallisation ermöglicht.

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    Thermoplaste

    Eine Klasse von Kunststoffen, die bei Erwärmung weich werden und bei Abkühlung wieder fest werden.

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    Teil kristalline Struktur

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

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    Isotaktisches Polymer

    Ein Polymer mit einer regulären, einheitlichen räumlichen Anordnung der Monomereinheiten.

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    Syndiotaktisches Polymer

    Ein Polymer, dessen Monomereinheiten in alternierenden Richtungen angeordnet sind.

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    Amorph

    Ein Zustand, in dem Material keine regelmäßige kristalline Struktur hat.

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    Polyamid (PA)

    Ein thermoplastischer Kunststoff, der in teilkristalliner Form häufig verwendet wird.

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    Polyethylen hoher Dichte (PE-HD)

    Ein Polyethylen-Typ mit hohem Kristallisationsgrad und hoher Festigkeit.

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    Dichte von Kunststoffen

    Theoretische Dichte, basierend auf dem Kristallisationsgrad des Materials.

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    Schmelzpunkt

    Die Temperatur, bei der ein Polymer von fest zu flüssig wechselt, unterschiedlich je nach Struktur.

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    Kristallisationsgrad

    Der Grad an Kristallbildung aus der Schmelze, beeinflusst durch Abkühlgeschwindigkeit.

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    Nachkristallisation

    Die Bildung zusätzlicher Kristalle nach der ursprünglichen Solidifizierung, verursacht innere Spannungen.

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    lineare Polymere

    Polymere ohne Verzweigungen und Vernetzungen, die besser kristallisieren können.

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    verzweigte Polymere

    Polymere mit Zweigen, die keine chemische Vernetzung aufweisen und Kristallisation behindern.

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    Duromer

    Hochvernetzte Polymere mit hoher Festigkeit und geringer Flexibilität.

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    Elastomer

    Schwachvernetzte Polymere, die elastisch sind und eine geringe Steifigkeit aufweisen.

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    PE-HD

    High Density Polyethylen, ein lineares Polymer mit hoher Dichte und guter Kristallisation.

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    PE-LD

    Low Density Polyethylen, ein verzweigtes Polymer mit geringer Dichte und Härte.

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    Study Notes

    Vorlesung Werkstofftechnik 1

    • Die Folien sind eine Zusammenfassung der Vorlesung und ersetzen nicht den Besuch der Vorlesung und Übungen.
    • Die Struktur und der Inhalt wurden von Herrn Prof. Dr. Barth erarbeitet.
    • Die Nutzung der Folien ist nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL zulässig.
    • Die Folien wurden mit Unterstützung von Herrn Jens Mannel erstellt.

    Vorwort

    • Die Foliensammlung fasst die behandelten Themen der Vorlesung Werkstofftechnik 1 zusammen.
    • Die Folien wurden von Dr. Lutwin Spix erstellt.
    • Die Folien wurden im September 2024 erstellt.
    • Die Nutzung der Folien zu anderen Lehrzwecken ist wegen Urheberrechts nicht erlaubt.
    • Die Literaturhinweise (Bonten, C. und Domininghaus, H.) beinhalten Informationen zu Kunststoffen.

    Aufbau der Kunststoffe (Synthese, Gefüge...)

    • Monomere: Kunststoffe beginnen mit Kohlenstoff.
    • Kohlenstoff: Besitzt vier freie Elektronen zur Bindung.
    • Methan: Ein stabiler Kohlenwasserstoff.
    • Ethan: Ein stabiler Kohlenwasserstoff.
    • Ethylen (Ethen): Gehört zu den ungesättigten Kohlenwasserstoffen, ist mäßig stabil und durch Katalysatoren aufbrechbar.

    Unterscheidungsmerkmale Strukturen und Gefüge

    • Konstitution: Chemischer Aufbau des Moleküls.
    • Konfiguration: Unterschiedliche Anordnung einzelner Atome oder Endgruppen bei gleicher Konstitution.
    • Konformation: Räumliche Anordnung drehbarer Bindungen.
    • Lineare, verzweigte, vernetzte Ketten: Unterschiedliche Strukturtypen von Kunststoffen.
    • Amorphe, teilkristalline Struktur: Zwei Gefügeformen von Kunststoffen.

    Konstitution: Molekülmasse und Molekülmassenverteilung

    • Es gibt keine einheitliche Molekülmasse, sondern eine Verteilung.
    • Die mittlere Molekülmasse bestimmt die Schmelzviskosität und die thermomechanischen Eigenschaften.
    • Die Zahlenmittel und das Gewichtsmittel der Molekülmasse werden mit Formeln dargestellt.
    • Polydispersität (D) ist das Verhältnis von Gewichtsmittel (Mw) zu Zahlenmittel (Mn).
    • Ziegler-Natta-Katalysatoren und Metallolocenen haben einen Einfluss auf die Molekülmasse.

    Konstitution: Molekülmasse und Molekülmassenverteilung (fortgesetzt)

    • Kleine Molekülmasse → kurze Ketten → gute Fließfähigkeit → geringe Schmelzestabilität
    • Hohe Molekülmasse → lange Ketten → schlechte Fließfähigkeit → hohe Schmelzestabilität
    • Verarbeitungseigenschaften erfordern oft eine Mischung aus langen und kurzen Ketten.
    • Alterung und Wiederverarbeitung/Recycling verkürzen die Ketten irreversibel und verändern die Molekülmassenverteilung.
    • Die Zugfestigkeit von Kunststoffen hängt von der Mindestmolekülmasse ab.

    Konfiguration (Taktizität, Stereoregularität)

    • Taktizität beeinflusst nicht die Glasübergangstemperatur (Tg).
    • Ataktisch: Keine regelmäßige Anordnung der Monomere.
    • Isotaktisch: Regelmäßige Anordnung der Monomere auf einer Seite der Kette.
    • Syndiotaktisch: Regelmäßige Anordnung der Monomere abwechselnd auf beiden Seiten der Kette.
    • Die Taktizität beeinflusst, ob ein Kunststoff kristallisieren kann, und ist wichtig für die Eigenschaften wie Steifigkeit und Festigkeit.

    Konformation (fortgesetzt)

    • Konformation: Die räumliche Anordnung der Bindungen zueinander.
    • Die Konformation ist bei gleicher Konstitution und Konfiguration unterschiedlich.

    Unterscheidungsmerkmale

    • Konstitution: Chemischer Aufbau des Moleküls.
    • Konfiguration: Anordnung der Atome bei gleicher Konstitution.
    • Konformation: Räumliche Anordnung der drehbaren Bindungen bei gleicher Konstitution und Konfiguration.

    Gefüge: Amorphe Struktur

    • Ungeordneter Molekülknäuel: Transparent; keine Kristallisation.
    • Breiter Aufschmelzbereich: Ketten zuerst schmelzen.
    • Beispiele: PVC, PS, ABS, SAN, PC.

    Gefüge: Teilkristalline Struktur

    • Amorphe Bereiche: Enthalten neben teilkristallinen Bereichen.
    • Isotaktische und syndiotaktische Polymere: Kristallisieren.
    • Schmelzpunkt: Kein definierter Wert, sondern ein Bereich.
    • Höhere Festigkeitswerte: Höhere Steifigkeiten, dadurch Festigkeit gegenüber Schmelzbereich.
    • Beispiele: PA, POM, PET, PP, PE.

    Wiederholung Gefüge: Teilkristalline Struktur

    • Isotaktisch + Syndiotaktisch: Spröde, plastisch, weich, bzw. harter oder weicher Zustand je nach Temperatur.
    • Amorphe Bereiche + Lamellen: Bereiche ohne klare regelmäßige Struktur.
    • Beispiele für Isotaktische und Syndiotaktische Polymeren: Teilkristalline Struktur

    Video PE-HD PE-LD amorph / teilkristallin

    • Video zeigt verschiedene PE-Möglichkeiten

    Gefüge: Teilkristalline Struktur (Dichte)

    • Tabelle zeigt übliche Dichten und Kristallisationsgrad für verschiedene Kunststoffe.
    • Dichten werden durch Kristallisationsgrad und die Amorphe Bereiche beeinflusst

    Verzweigungen und Vernetzungen

    • Lineare Polymere: Keine Verzweigungen und Vernetzungen.
    • Verzweigte Polymere: Keine Vernetzungen.
    • Vernetzte Polymere: Hochvernetzt (Duromere), schwachvernetzt (Elastomere).

    Linear oder verzweigt?

    • Lineares PE: Kann besser kristallisieren, höhere Härte, Steifigkeit und Dichte. Synthese im Niederdruckverfahren.
    • Verzweigtes PE: Verzweigungen erschweren die Kristallisation, geringere Härte, Steifigkeit und Dichte. Synthese im Hochdruckverfahren.
    • PE-LD (Low Density): Verzweigtes Polyethylen.
    • PE-HD (High Density): Lineares Polyethylen.

    Änderung der Steifigkeit durch Verzweigungsgrad

    • Grafische Darstellung der Änderung des E-Moduls (Steifigkeit) mit der Temperatur in Abhängigkeit vom Verzweigunggrad.

    Unterscheidungsmerkmale

    • Chemischer Aufbau (Konstitution): Chemischer Aufbau des Moleküls
    • Polymerisationsmechanismus: Polymerisation, Polykondensation, Polyaddition.
    • Bauprinzip: Konfiguration und Konformation
    • Werkstofftechnische Einteilung: Thermoplaste, Elastomere, Duromere.

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    Description

    Diese Zusammenfassung umfasst die wichtigsten Themen der Vorlesung Werkstofftechnik 1, die von Prof. Dr. Barth geleitet wird. Sie enthält grundlegende Informationen über die Struktur und Synthese von Kunststoffen sowie die Rolle von Kohlenstoff in der Materialwissenschaft.

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