Kunststoffverarbeitung I (Subject) / "Übungs"fragen KV1 (Lesson)

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• 1. Prinzipieller Aufbau von Kunsstoffen Aus Monomeren gebildete Kettenmoleküle [n = ca. 10.000 - 100.000] Der Substituent des Monomers definiert Namen und hauptsächlich Eigenschaften des Polymers. Polymer = viele Teile (wörtl. aus griech.) = Langkettige Makromoleküle [poly=viele...meros=Teile]
• 2. Welche chemischen Elemente werden häufig zum Aufbau der Kunststoffe verwendet? Großteils Monomere bestehend aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Gelegentlich Si-Verbindungen. Substituenten können unterschiedlicher Art sein und könnten nahezu alle Elemente enthalten.meisten (Cl, F, N, S, O) Atome an denen die reaktiven Doppelbindungen sitzen können unterschiedlich sein. (N bei Proteinen, O beim POM, ...)
• 3. Welche Kunststoffgruppen gibt es? Industrielle Einteilung: (nach Anwendungsmöglichkeiten, Preisen und Mengeneinsatz) Standardkunststoffe/Massenkunststoffe Technische Kunststoffe ("Ingenieurskunststoffe") Hochleistungskunststoffe nach Erstarrungsverhalten und Struktur Thermoplaste Elastomere Duromere (Mischformen zwischen Thermoplasten und Elastomere bezeichnet man als Thermoplastische Elastomere diese unterteilen sich in: Block-Copolymere und Blends
• 4. Wodurch unterscheiden sie sich (bezogen auf Kunststoffarten) Industrielle Einteilung: Anwendungsmöglichkeiten Preis Mengeneinsatz (Güte der Eigenschaften) (Anspruch an Verarbeitung) Einteilung nach Struktur: Struktur (Captain obvious) [Thermoplaste = kettenförmig, Elastomere und Duroplaste sind querverzweigt) Erstarrungsverhalten
• 5. Wie sehen die Zustandsdiagramme (Spannung und Dehnung über der Temperatur) der verschieden Kunststoffe aus? keine Bilder integrierbar... habe Ausdruck gemacht
• 6. Was hat der Aufbau mit der Verarbeitung zu tun? unterschiedliche Makromolekularstrukturen beeinflussen die elektrischen,optischen,akustischen undthermischen Eigenschaften, sowiedas Verhalten ggü. Licht und „Korrosion“von KS. Diese Eigenschaften sind wiederum entscheidend für die Anwendungsmöglichkeiten,den Preis undden Mengeneinsatzder KS Einfluss auf die Kunststoffverarbeitung: unterschiedliche KS-Arten erfordern verschiedene Verarbeitungsverfahren / -prozesse, da bei der KS-Verarbeitung folgendes gilt: KS (nur Thermoplaste) werden durch Erwärmen bzw. Aufschmelzen in fließfähigen Zustand überführtbeim Fließ- bzw. Aufschmelzprozess, wie er in wird KS-Schmelze (hauptsächlich) geschertViskosität / Fließverhalten des KS entscheidend für Verarbeitungsmöglichkeiten Die Hauptunterschiede in der Verarbeitung beruhen vor allem auf der verschiedenen Handhabung, die Themoplaste im Unterschied zu Duroplasten und Elastomeren verlangen. Thermoplaste können mehrfach aufgeschmolzen und extrudiert werden, außerdem ermöglicht ddie kettige Struktur und die gute Verformbarkeit Prozesse, wie das Ziehen oder Blasen. Duroplaste und Elastomere müssen fast immer extrudiert oder gepresst werden. Außerdem erfordern sie fast immer eine Form von Nachbearbeitung, die bei Thermoplasten nicht nötig ist. kopiert aus der Karteikarte von gibmireinen kleinere Nachbearbeitungen
• 7. Welche Überstrukturen können sich bei Thermoplasten ausbilden? Überstruktur, die geordnete Verteilung der Bausteine in einem Substitutionsmischkristall (Mischkristall). (nach Spektrum.de) mit zunehmnder Ordnung treten bei Thermoplasten amorphe teilkristalline teilkristalline und orientierte Überstrukturen auf. Manche Thermoplaste können aufgrund längerer, unverzweigter Passagen, teilkristalline Strukturen ausbilden. (Aneinanderlagern von Strängen aufgrund von VdW-Kräften) Diese führen zur Ausbildung von 1. Lamellendaraus2. Kristalllamellendaraus3. Sphärolithe
• 8. Vor ihnen liegen 2 Thermoplastproben, eine ist transparent, die ander opak. Was sagt ihnen das? Die opake Probe hat eine teilkistalline Struktur, während die Transparente eine amorphe Struktur aufweist. Die amorphe Struktur hat aufgrund der statisch regellosen Verteilung der Atome keine Netzebenen, and denen die Strahlung des Lichts reflektiert wird. Daher kann das Licht die Probe durchdringen und sie erscheint transparent. (Vice versa mit der opaken Probe)
• 9. Welchen Zustand streben die Moleküle eines Kunststoffes an? Den Zustand der höchsten Entropie. Das äußert sich meist im Verknäulen von Molekülketten, wenn keine kristallisierenden Abschnitte in den Molekülketten sind.
• 10. Was sagt ihnen der Begriff Entropie? Einfache Deutung: Grad der Unordnung Träger der Energie Maß für die adiabatische Erreichbarkeit Definition nach Chemie.de: Die Entropie ist eine extensive Zustandsgröße der Thermodynamik. Jedem Gleichgewichtszustand eines thermodynamischen Systems kann eindeutig ein Entropiewert zugeordnet werden. In der statistischen Physik stellt die Entropie ein Maß für das vom System erreichbare Phasenraumvolumen dar. Im Rahmen der klassischen Thermodynamik verkörpert die Entropie ein Maß für die adiabatische Erreichbarkeit.
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• 11. Welche Dimensionen haben Kunststoffmoleküle? Kettenlänge: ca. 10.000 - 100.000 Monomere Die Länge der Makromoleküle ist stark abhängig von ihrer Struktur. Nimmt man als Dimensionen eines  Monomers 1nm zur Breite, sowie Länge an, kann bei Kettenbildung ein Molekül von über 100.000nm Länge entstehen (ohne den Bindungswinkel zu berücksichtigen). Da sich die Moleküle aber knäueln, wird meist ein vom Bindungswinkel abhängiger Mittelwert gebildet. Länge von PE am Beispiel der Folie: 10^-5 m Kettenlänge10^-9 m Kettenbreite10^-7 m Knaueldurchmesser [Makro- oder Kettenmoleküle sind beispielsweise etwa 1nm breit, aber dafür 1000 nm lang. Daher finden sie sich zu knäuelartigen Strukturen zusammen. Ausserdem können Kettenmoleküle linear oder verzweigt sein. Siehe Abb. Frage 11 kopiert von maranello]
• 16. Was versteht man bei der Kunststoffverarbeitung unter Aufbereitung? Die Aufbereitung geschieht vor dem eigentlichen Prozess des Aufschmelzens. Zur Aufbereitung gehören also alle vorbehandelnden, das Material betreffenden, Prozesse. Vor allem das: Zerkleinern Mahlen Fördern Trocknen Dosieren Mischen Granulieren Tablettieren
• 17. In welchen Mengen werden Additive zugegeben? Additive werden in sehr kleinen Anteilen zugegeben. Er liegt meistens bei 1 - 3%
• 18. Beim Zerkleinern von Kunststoffen ist worauf zu achten? Richtige Teilchengrößenverteilung Ausreichende Rieselfähigkeit Möglichst gute Homogenisierung Reinigung der Mühlen Gefahr von Selbstentzündung Staubexplosion
• 19. Was sagen ihnen die Begriffe Viskosität und Strukturviskosität? Viskosität: Die Viskosität ist ein Maß für den inneren Widerstand des Werkstoffes gegen eine während des Fließen stetig wirkende Kraft. aus Vorlesungsfolie Strukturviskosität: Strukturviskosität, auch Scherentzähung genannt, ist die Eigenschaft eines Fluids, bei hohen Scherkräften eine abnehmende Viskosität zu zeigen. D. h., je stärker die Scherung ist, die auf das Fluid wirkt, desto weniger viskos (zähflüssig) wird es. Im Englischen wird solch ein Fluid daher shear-thinning genannt, im Deutschen also scherverdünnend, was gelegentlich als Synonym für strukturviskos verwendet wird. aus wikipedia
• 20. Wie lautet die Maßeinheit der Viskosität? Formelzeichen: η Einheit: Pa*s
• 21. Wie beeinflusst die Schergeschwindigkeit die Viskosität? Bei strukturviskosen Stoffen sinkt mit steigender Schergeschwindigkeit die Viskosität. Bei newtonschen Schmelze hat die Schergeschwindigkeit keinen Einfluss. Bei dilatanten Schmelzen nimmt Viskosität bei steigender Schergeschwindigkeit zu.
• 23. Wie beeinflusst die Temperatur die Viskosität? Mit steigender Temperatur sinkt die Viskosität von Kunststoffen stark ab. Intermolekulare Kräfte werden schwächer, Moleküle können leichter gegeneinander verschoben werden.
• 24. Welche Aussage liefert die MFR-Messung? Die MFR-Messung liefert die durchgeflossene Masse (aus einem Zylinder durch eine Düse) eines Kunststoffs/10 min bei einer normierten Temperatur. Aus dieser kann dann auf den Polymerisationsgrad des Moleküls geschlossen werden. Indiz für Viskosität
• 25. Wo setzt der Verarbeiter die MFR-Messung ein? Für Bestimmung des Polymerisationsgrads Maß für Viskosität Produktionskontrolle Wareneingangskontrolle Schadensanalyse/Kundenreklamation (aus Wikipedia)
• 26. Ein hoher Wert der MFR-Messung steht für welches Molekulargewicht? Ein niedriges Molekulargewicht, da langkettigere Moleküle eine hohere Viskosität aufweisen und entsprechend langsamer nur durch die Düse fließen.
• 27. Wo findet man Daten über Thermoplastische Kunststoffe? Die meisten Daten sind auf campusplastics.com zu finden. Unter Umständen muss sich aber genauer auf der Website oder telefonisch beim Hersteller informiert werden.
• 28. Weshalb werden Kunststoffe in Granulatform verarbeitet? Leichtere Handhabbarkeit Bessere Riesel- und Schütteigenschaften als Pulver keine Gefahr von Staubexplosion keine Feinstaubbelastung höhere Betriebssicherheit einfacherer Lagerung häufig besser Ausstoßleistung Bessere Wärmeaufnahmeeigenschaften als Blöcke oder Barren Besser mit Zuschlagsstoffen verstzbar als Blöcke oder Barren Aufgrund der Rieseleigenschaften. Wäre der Plastik ein Pulver, würde es zu einer erhöhten Feinstaubbelastung kommen. Außerdem ist Kunststoffpulver meistens nicht so rieselfähig, wie Granulat und könnte den Input des Extruders verstopfen. Ein Kunststoffblock oder eine Kunststoffstange kommt nicht in Frage, da er die Zugabe von Zuschlagsstoffen immens behindert und zudem aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit  von Polymeren den Prozess stark verlangsamen würde.
• 29. Wie wird eine thermoplastische Schmelze hergestellt? Probleme, da Thermoplasten schlechte Wärmeleiter sind. Aufschmelzen erfolgt also tendenziell mit innerer Wärmeerzeugung: Scherwärme durch Schnecke im Extruder Erwärmung polarer Kunststoffe im Frequenzfeld Häufig werden diese Verfahren durch klassische Heizelemente unterstützt.
• 22. Wie stark ändert sich die Viskosität mit steigender Schergeschwindigkeit? lgη sinkt stark mit zunehmendem lgγ
• 33. Hat die Schnecke im Zylinder ein radiales Spiel, oder passt sie exakt in den Zylinder? Weißt Spiel auf, da der sonst entstehende Staustrom die Viskosität negativ beeinflussen könnte. --> geringer Leckstrom
• 34. Aus welchen Baugruppen besteht eine Extrusionslinie Einfülltrichter Zylinder Schnecke Temperiersystem Kalibrierung Kühlung Matrize (für Hohlprofile mit Dorn) Abzugseinrichtung Aufwickel bzw. Trenn- und Stapeleinrichtung Extruder Werkzeug Motor und Getriebe
• 35. Wie ist der Verfahrensablauf bei der Extrusion?  Polymeres Rohmaterial wird in den Extruder über einen Einfülltrichter aufgenommen (im festen Zustand). → Einzugszone Das Rohmaterial (meist Kunststoffgranulat) wird innerhalb des Rohr bewegt. Dabei kommt ein Kolben oder eine Schneckenwelle zum Einsatz → Einzugszone ⟶ Umwandlungszone ⟶ Ausstoßzone Während dieses Materialtransports wird das Granulat in der Umwandlungszone durch am Rohrmantel angebrachten Heizungen erhitzt und im Idealfall in eine homogene und gasarme Schmelze umgwandelt. → Umwandlungszone Die Schnecke (bzw. Kolben) befördert nun die Schmelze durch die Ausstoßzone, die ebenfalls von außen geheizt wird, bis zu einer Matrize. Durch den permant aufgebrachten Druck wird die Schmelze durch die Matrize gepresst. Das Halbzeug liegt nach einer Abkühlphase und eventuellen Nachbearbeitung gebrauchsfertig vor von www.ingenieurkurse.de/werkstofftechnik-2/formgebung-der-werkstoffe/polymerwerkstoffe/urformverfahren/extrudieren-von-kunststoffen.html
• 36. Was ist Strangaufweitung und worauf beruht sie? Durch den erhöhten Druck und die Scherung entlang der Wand des Zylinders, kommt es zu einer teilweisen Gleichrichtung der Molekülketten. Wenn diese Masse nun aus der Düse/Matrize austritt, reduzieren sich die Scherung auf nur und der Druck auf atmosphärisch. Da der gestreckte Zustand des Moleküls in diesem Fall die energetisch aufwändigere Variante darstellt, kehrt das Molekül in seine knäuelige Ausgangsstruktur zurück. Der austretende Strang verbreitert sich. --> Strangaufweitung
• 37. In welchem Zustand kommt der Thermoplast aus dem Werkzeug? Als amorpher oder teilkristalliner Festkörper
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• 47. Wie ist der Verfahrensablauf beim Spritzgießen? Trichter mit Granulat befüllen Schnecke rotiert (bis der Kunststoff homogenisiert ist und Massevolumen für Einschuss erreicht ist) Einspritzen (ohne Schneckenrotation) Nachdruckphase abkühlen (gleichzeitig Düse abheben und dosieren beginnen) wenn abkühlen fertig, Werkzeug auf Entformen Spritzaggreagt an Werkzeug heranfahren(gleichzeitig Werkzeug zu) Vorgang beginnt wieder von vorne.
• 48. Welche Bewegungen führt Schnecke aus? axiale Rotation und Translation nach Hinten beim Plastifizieren Translation nach Vorne beim Formfüllen
• 49. Warum haben Schnecken bei Spritzgießmaschinen eine Rückstromsperre? Die Rückstromsperre verhindert das Eintreten von Rückströmen beim Druckaufbau, sowie beim Einspritzen in die Kavitität. Dies könnte: Zeit- und Materialverluste Rückstrom der Schmelze aus dem Werkzeug, bzw. nicht ausreichenden Nachdruck Einen geringeren Nachzug an Rohmaterial aus dem Trichter Eine Beschädigung des Materials bedeuten.
• 43. Wie ist der Ablauf beim Blasformen von Hohlkörpern? Extrusion eines Schlauches Schlauch wird in senkrechte Position gebracht Blaswerkzeug (Negativform des späteren Produkts) schließt sich um den Schlauch Abschneiden des Schlauchs bei ausreichender Länge Transport im Werkzeug zur Blasstation Einführen des Blasdorns in die obere Öffnung (Dadurch Formung des Halsbereichs) Einpusten von Blaslusft in den Vorformling Formling schmiegt sich durch Druck an Werkzeugwände an --> erhält gewünschte Form Nah ausreichender Zeit öffnet sich das Werkzeug Entnehmen des Formteils und Rückkehr des Blaswerkzeugs in Ausgangsposition neuer Zyklus
• 44. Welche Verfahren werden hier kombiniert? (Auf Blasformen bezogen) Die Extrusion eines Schlauchen (Urformen) und "Aufblasen" (Warmumformen).
• 45. Wie kann die die Wanddicke eines Teiles beim Blasumformen eingestellt werden? Entweder: Extrusion unterschiedlicher Schlauchdicken mithilfe von Stauköpfen Effekt bei komplizierten Geometrien nur durch Trial and Error feststellbar.
• 46. Welche Hauptbaugruppen gibt es bei einer Spritzgießmaschine? Plastifizierer Werkzeug Schließeinheit Steuer- und Regeleinheit
• 38. Warum ist eine Kalibrierung meist notwendig? Aufgrund der Strukturviskosität ist die Strangaufweitung nur bedingt berechenbar. Um daraus entstehende Formfüllfehler zu verhindern, ist eine Kalibrierung notwendig.
• 39. Welche Kalibrierungsmöglichkeiten gibt es? Grobunterscheidung in Trocken- und Nasskalibrierung--> Sprühkühlbader oder Wasserbad Klalibrierverfahren Rohrkalibrierungentweder durch Druckluftkalibrierung oder Vakuumkalibrierung Profilkalibrierung: Vollprofilkalibrierung Hohlprofilkalibrierung Sprüh- und Wasserkühlung nur bei drehsymmetrischen Teilen
• 40. Wie kommt das Loch ins Rohr? Die Kunststoffschmelze wird bei der Extrusion durch eine ringförmige Matrix gepresst, in der Mitte ein Verdrängungskörper (Torpedo, Dorn) befestigt ist. Aufgrund der günstig gewählten Strömungseigenschaften der Werkzeuge geht das Extrudat in die gewünschte Urform über.
• 41. Wie wird der Dorn, Verdrängungskörper, Torpedo im Werkzeug gehalten? Durch radiale Stege, Netze oder mit durchbohrter Ringhalterung
• 42. Was dabei für die Profilqualität zu beachten? (für die Halterung eines Dorns/Verdrängerkörper/Torpedo) genaue Zentrierung des Dorns Dünnstellen im Profil durch Haltestege des Torpedos möglich Vermeidung durch: Verwischgewinde Querschnittsverringerung im Auslauf Einbau eines Wendelverteilers Lochplatten (viele kleiner Löcher ergeben zu keiner einheitlichen Naht) Tragringe, die die Nähte ganz vermeiden
• 30. Wie ist der Aufbau einer Standardschnecke? Eine Schnecke ist eine aus Rundstahl gefräßte Schneckenwelle. Sie ist in drei Verfahrensbereiche getrennt. Schneckenbreite ist konstant. Verhältnis zwischen Gang und Welle variiert. Einzugsbereich: konstanter Zylinderradius. Schmale Welle, Breiter Gang Kompressionszone: konisch verbreiternde Welle, Gangbreite nimmt im Verhältnis ab Ausstoßzone: konstanter Zylinderradius, Breite Welle, Schmaler Gang
• 31. Welche Zonen gibt es, was bewirken sie (Schnecke) Während des gesamten Prozesses wird Scherwärme erzeugt Einzugszone: Einziehen von Granulat aus dem Trichter Weiterbeförderung bis Kompressionszone Kompressionszone: Aufschmelzen, Verdichten und Entlüften des Materials durch Verringerung der Gangtiefe Ausstoßzone: Homogenisierung der Schmelze und Erhitzen auf gewünschte Temperatur
• 32. Wie heißen die einelnen Elemente einer Schnecke? Trichter Motor Schnecke mit:EinzugszoneKompressionszoneAusstoßzone (Mischteil) Werkzeug Heizelement
• 50. Warum wird die Masse durch eine kleine Düse ins Werkzeug gespritzt? höhere Schergeschwindigkeit und höherer Druck führen zu einer Senkung der Viskosität Druck- und Temperaturmaximum der Masse beim Einspritzen gewährleistet die Abkühlung der Düse auf diese Art geringer hoher Druck für hohe Fertigungsgeschwindigkeit und optimale Werkzeugfüllung benötigt. --> mit großen Düsen nicht erreichbar
• 51. Welche Größenordnung hat der Spritzdruck? 400 bar - 2000 bar
• 52. Was bedeutet Spritz, Nach- und Staudruck? Spritzdruck: Füllen des Volumens des Werkzeugs Durch Schließdruck nach oben hin begrenzt Nachdruck:Aufbauen eines zusätzlichen Drucks nach dem Einspritzen, um: etwaige Leerstellen zu füllen eine Schwindung bei der thermischen Abkühlung zu verhindern Staudruck:Druck, der durch den axiale Vortrieb der Schnecke entsteht dient homogenem Aufschmelzen der Formmasse ermöglicht einen gleichmäßigen Schneckenrücklauf Schließen der Rückstromsperre
• 53. Wie füllt sich ein Spritzgießwerkzeug mit einer Thermoplastschmelze? Hochviskose Polymerschmelze schiebt sich als Pfropfen von der Angussseite aus in das Formnest hinein, Masse beginnt vom Rand her zu erstarren. Erst Einspritzen, dann aufgebrachter Nachdruck
• 54. Ist ein Spritzgießteil ein Produkt mit isotropen Eigenschaften? Orientierung im Bauteil (Spannungen)--> nicht isotrop

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