Werkstofftechnik 1 Vorlesung 2024 PDF

Vorlesung Werkstofftechnik 1 gehalten durch Dr.-Ing. Lutwin Spix Dr. Lutwin Spix 1 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Vorwort Diese Foliensammlung stellt eine Kurzzusammenfassung der in de...

Vorlesung Werkstofftechnik 1 gehalten durch Dr.-Ing. Lutwin Spix Dr. Lutwin Spix 1 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Vorwort Diese Foliensammlung stellt eine Kurzzusammenfassung der in der Vorlesung behandelten Themen dar und ersetzt nicht den Besuch der Vorlesung/Übungen. Sie ist mit erheblicher Unterstützung von Herrn Jens Mannel entstanden. Die Struktur und der Inhalt der Vorlesung wurde durch Herrn Prof. Dr. Barth erarbeitet. Für die Erlaubnis, diese nutzen zu dürfen, bedanke ich mich ausdrücklich. Der Umdruck ist zur ausschließlichen Verwendung zu Lehrzwecken im Rahmen von Lehrveranstaltungen an der TH-OWL bestimmt, jegliche weitere Verwendung ist aus urheberrechtlichen Gründen untersagt. Lemgo, Sept. 2024 Dr. Lutwin Spix Literaturempfehlungen: Bonten, C.: Kunststofftechnik; Hanser Verlag; ist als pdf in der DigiBib der TH OWL für Studierende kostenlos erhältlich Domininghaus, H.; Kunststoffe - Eigenschaften und Anwendungen, Springer Verlag Dr. Lutwin Spix 2 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Inhaltsverzeichnis 1. Einführung Werkstofftechnik 2. Historie von Werkstoffen und Kunststoffen 3. Wirtschaftliche Bedeutung 4. Die wichtigsten Werkstoffeigenschaften 5. Kunststoffe im Werkstoffvergleich 6. Aufbau der Kunststoffe (Synthese, Gefüge, Vernetzungsarten) 7. Zeitabhängiges Werkstoffverhalten 8. Temperaturabhängiges Werkstoffverhalten 9. Elektrische Eigenschaften, optische Eigenschaften 10. Kunststoffe in der Schmelze 11. Alterung von Kunststoffen 12. Recycling; Kunststoff und Ökologie Dr. Lutwin Spix 110 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Alterung von Kunststoffen Beispiele für Alterungsphänomene Riss- bzw. Bruchbildung Weißbruch, Delamination Verfärbung Trübung, Vergilben, Nachdunkeln Dimensionsänderung Schwindung, Verzug, Quellung Abtrag Rauhigkeitsänderung, Degradation, Kreidung Ausscheidungen optisch, haptisch wahrnehmbar Gebrauchsspuren Kratzer, Riefen, Materailübertrag, Rattermarken Dr. Lutwin Spix 111 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Alterung von Kunststoffen Beispiel: PE Thermooxidative Lagerung 70,90,110°C Dr. Lutwin Spix 112 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Alterung von Kunststoffen Beanspruchung von Kunststoffen Dr. Lutwin Spix 113 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Alterung von Kunststoffen Alterungsursachen und Wirkung Alterungsursachen Innere Ursachen Äußere Ursachen (Thermodynamisch instabiler (Chem. und phys. Wirkung der Werkstoffzustand) Umgebung auf den Werkstoff) Alterungsvorgänge Chemische Nachpolymerisation (Thermo) Oxidativer Abbau Alterung Oxidativer Abbau Hydrolytischer Abbau (autokatalytische Oxidation Mikrobieller Abbau unter Anwesenheit von Ozonbedingter Abbau Luftsauerstoff) Physikalische Eigenspannungen aufgrund Relaxation/Retradation Alterung inhomogener Dichteverteilung Nachkristallisation durch ungleichmäßige Spannungsrissbildung Abkühlung und/oder anisotrope Verlust/Wanderung von Schwindung Weichmachern Orientierung Entmischung / Agglomeration Dr. Lutwin Spix Quelle :Menges Werkstoffkunde der 114 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik Alterung von Kunststoffen Gegenmaßnahmen zur Alterung Stabilisatoren Antioxidantien o Behindern die Bildung von Radikalen („verbrauchen“ sich über die Zeit) Lichtschutzmittel o Volumendeckende Pigmente (z.B. Ruß) o UV Absorber o UV Quencher (setzen UV-Strahlen in Schwingungen und Reibung niedrigerer Frequenzen um) Biostabilisatoren Schutz vor biologischem Abbau (Bakterien, Viren, Pilze) o Zinkdimethyldithiocarbamat Dr. Lutwin Spix 115 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Schadensanalyse Definition und Zweck der Schadensanalyse Durch Schadensanalysen sollen die Ursachen für Schäden aufgedeckt werden Die sich hieraus ergebenden Erkenntnisse bilden die Grundlage zur Schadensabhilfe und - verhütung Eine der Hauptaufgaben der Schadensanalyse ist die Auswahl geeigneter Untersuchungs- verfahren und die wissenschaftlich fundierte Auswertung der Ergebnisse Schadenanalyse ist auch Grundlage zur Regelung von Schadenersatzansprüchen Insgesamt soll mittels der Schadensanalyse eine Prävention durch Wissensmanagement bewirkt werden Prof. Dr. Chr. Barth 116 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik Schadensanalyse Welche Schäden gibt es? Schadensarten Brüche Risse Verformung Oberflächen- beschädigung Gewaltbruch Überlastungs- statisches mechanisch riss Fließen Schwingungs Riss infolge dynamisches chemisch/ -bruch chemischer Fließen elektrochemisch Einwirkung elektrisch Prof. Dr. Chr. Barth 117 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik Schadensanalyse Schadenseinflüsse Prof. Dr. Chr. Barth 118 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik Schadensanalyse Hilfen zur systematischen Vorgehensweise VDI 3822, Blätter 1-5 Blatt 2.1.1 Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehlerhafte Konstruktion Blatt 2.1.2 Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehlerhafte Verarbeitung Blatt 2.1.3 Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehlerhafte Werkstoffauswahl Blatt 2.1.4 Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mechanische Beanspruchung Blatt 2.1.5 Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch thermische Beanspruchung Blatt 2.1.6 Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch tribologische Beanspruchung Blatt 2.1.7 Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mediale Beanspruchung Blatt 2.1.8 Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch Witterungsbeanspruchung Blatt 2.1.9 Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch mikrobielle Beanspruchung Blatt 2.1.10 Bedeutende Analysemethoden für die Schadensanalyse an thermoplastischen Kunststoffprodukten Prof. Dr. Chr. Barth 119 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik Schadensanalyse Hilfen zur systematischen Vorgehensweise Kurr, F. Praxishandbuch der Qualitäts- und Schadensanalyse für Kunststoffe, Hanser Verlag Sie fragen an einem Kunststoffinstitut nach SKZ Lüdenscheid IKT Stuttgart TH OWL Prof. Dr. Chr. Barth 120 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik Schadensanalyse Ablauf einer Schadensanalyse Dr. Lutwin Spix 121 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Qualitätsmanagement 8D-Report … für alle Ursachen werden … hier nur Symptome! Lösungen gebraucht (Technik, …. genau das sollten Was ist sichtbar? Organisation,..) Sie tun! keine Ursachen … Wirksamkeitsprüfung planen keine Lösungen …. priorisieren und parallel arbeiten … hier alle Aspekte betrachten: nicht nur das betroffene Technik Produkt betrachten! Organisation Übertragbarkeit auf …. andere Prozesse und vermutete Ursachen validieren! Produkte prüfen! keine Lösungen Dr. Lutwin Spix 122 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL!  Schadensanalyse Fall: seltsamer Materialabtrag an einem KTM-Kotflügel Gutteil Schadenteil Prof. Dr. Chr. Barth 123 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik  Schadensanalyse Fall: seltsamer Materialabtrag an einem KTM-Kotflügel 84,2 °C ^exo 12-008 DSC Vergl 20.09.2012 08:53:58 104,0 °C Im Original Material (schwarz) !12-008 A DSC 12-008 A DSC, 8,9900 mg sind zwei Schmelzepeaks bei Bemerkungen: Teil 1 Freigabemuster rd 100°C zu sehen. Integral -95,24 mJ normalisiert -10,59 Jg^-1 Beim fehlerhaften Produkt ist Onset Peak 67,48 °C 93,20 °C Integral normalisiert Onset -48,08 mJ -5,35 Jg^-1 87,53 °C Integral normalisiert Onset -325,63 mJ -36,22 Jg^-1 203,41 °C Integral normalisiert -24,63 mJ -2,74 Jg^-1 Peak 210,76 °C Onset 234,16 °C nur ein Peak vorhanden. Peak 102,36 °C Peak 250,44 °C Erklärung: !12-008 B DSC Integral normalisiert -169,88 mJ -18,90 Jg^-1 Onset 189,14 °C 12-008 B DSC, 8,5700 mg Bei rd. 100° schmelzen z.B. Peak 215,24 °C 1 Gleitmittel (z.B. Wachs) oder Wg^-1 Bemerkungen: Teil 2 Reklamationsmuster 20-000431; Feb 2011; 1987890 das Matrixmaterial von Integral -301,04 mJ Integral -19,81 mJ Integral -143,23 mJ normalisiert -35,13 Jg^-1 Farbbatches. normalisiert Onset Peak -16,71 Jg^-1 75,87 °C 98,04 °C Onset Peak 202,72 °C 210,47 °C normalisiert Onset Peak -2,31 Jg^-1 235,27 °C 249,96 °C Im Original war das eine Integral normalisiert -155,46 mJ -18,14 Jg^-1 Mischung aus zwei Onset Peak 185,71 °C 215,12 °C unterschiedlichen Materialien im fehlerhaften Produkt wurde ein anderes Material 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 °C 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 min eingesetzt. Lab: HS-OW L STAR e SW 9.20 Prof. Dr. Chr. Barth 124 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik Schadensanalyse Fall: Dichtringe sollen aus PA66 sein Prof. Dr. Chr. Barth 125 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik Schadensanalyse Fall: undichter Wasserzähler Riss Schweißnaht Nach ca. 300 m³ Durchgangsvolumen wies der Zähler einen Riss am Grundkörper (PA6 GF10) auf und es kam zu einem Wasseraustritt Auffällig: Die Oberschale ist nicht am gesamten Umfang mit Rippen versehen Anfrage: Besteht diese Gefahr grundsätzlich oder kann davon ausgegangen werden, dass es sich um eine absolute Ausnahme handelt? Anfertigung von Schliffproben zur mikroskopischen Untersuchung Prof. Dr. Chr. Barth 126 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik Schadensanalyse Fall: undichter Wasserzähler Vertikales Aufsägen des Grundkörpers Herauspräparieren des relevanten Materialbereiches Leichtes Anschleifen/Abziehen der Oberfläche Prof. Dr. Chr. Barth 127 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik Schadensanalyse Fall: undichter Wasserzähler Untersuchung von zwei Wasserzählern, die bereits im Einsatz waren, und keine äußerliche Rissbildung aufweisen (510 m³ und 693 m³) Bereits klare Rissbildung von innen erkennbar Prof. Dr. Chr. Barth 128 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststofftechnik