Werkstoffwissenschaften (Fach) / Klausurfragen (Lektion)

Fragen

Diese Lektion wurde von angie1507 erstellt.

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• Auf welchen Wegen erfolgt die Aufnahme von Aluminium? Hauptsächlich über Lebensmittel und Trinkwasser, aber auch über Al-haltige Verbraucherprodukte (Geschirr, LM-Verpackungen, kosmetische Mittel) 
• Bei der technischen Herstellung von Glas und Aluminium werden große Mengen CO2 freigesetzt. Was sind die Ursachen für die CO2-Freisetzung? Bei der Herstellung von Glas und Aluminium wird CO2 bei den Brennprozessen freigesetzt, weil der Sauerstoff aus der Luft beim Veredeln C-Atome aus dem Rohstoff zieht. 
• Vergleiche das chemische Verhalten von Eisen und Aluminium an feuchter Luft! Eisen oxidiert und rostet an feuchter Luft. Aluminium liegt in der Regel nur als Aluminiumoxid vor und wird somit vor einer Oxidation und Rost geschützt. 
• Wie lässt sich die Widerstandsfähigkeit von Silikatgläsern gegenüber spontanen Temperaturveränderungen verbessern? Bindet man Bor-Atome ins Silikat, wird die Temperaturbeständigkeit, die mechanische Festigkeit und die chemische Resistenz verbessert. Bor-Silikat: Trennstellenschließer im Glasnetzwerk
• Was bewirken Kalk und Soda bei der Massenglasherstellung? Nenne Eigenschaften und Funktionen von Massenglas. Kalk - Stabilisator für Härte, Festigkeit und BeständigkeitSoda - Funktion eines GlasnetzzerstörersDas Glas eignet sich für Produkte, die thermisch nicht hoch belastet werden
• Wie kann man Duroplasten wiederverwerten? Werkstoffliche Verwertung von Duroplasten als Partikelrecycling = Füllstoffe
• Beschreibe den Zusammenhang beim Defekt einer Blechdose mit Zinn. Welche Korrosion findet statt? Es findet eine elektromechanische Korrosion statt. Das Eisen bekommt eine dünne Schicht aus Zinn. Es schützt nur, wenn es porenfrei und dicht ist. Ansonsten zersetzt sich das Eisen unter Einwirkung von Sauerstoff. 
• Reaktion von Monomer zu Polymerisat bei Propylen mit Initiatoren? - eine ataktische Reaktion (radikalisch)- unregelmäßige Anordnung der CH3- weniger kristallin- Schmelzbereich 120-130 C
• Beschreibe die Reaktionsschritte bei einer Polymerisation. Radikalisch: 1. Kettenstart durch Radikalbildmer/Peroxide:                         Zerfall in Radikale/ Initiatorradikal R-O                     2. Kettenwachstum                     3. Kettenabbruch durch 2 radikalische Endgruppen  Katalysator: Kettenwachstum wird durch den Katalysator gesteuert. Es ist eine Einschiebungsreaktion. 
• Welche funktionellen Gruppen braucht man bei der Polymerisation? Ethylen, Propylen, Styrol, Vinylchlorid
• Warum werden bei PVC Thermostabilisatoren eingesetzt? Ohne Thermostabilisatoren wäre das PVC thermoinstabil. Ab 140 C findet eine Depolymerisation statt -> thermischer Zerfall unter Abspaltung von HCl = autokatalytische Wirkung.Thermostabilisatoren stoppen den autokatalytischen Zerfall, es findet keine Depolymerisation statt. HCl wir unter Bildung von ZnCl2 abgefangen. 
• Was ist die Funktion von Weichmachern in PVC? Es verbessert die Flexibilität und Elastizität und verringert die Härte und Sprödigkeit. Außerdem wird die Beständigkeit gegen UV-Strahlung erhöht. Die Weichmacher schieben sich zwischen die Polymoleküle und sind frei beweglich:-> weniger Sekundärbindungen-> Erweichung bei niedriger Temperatur-> Verringerung der Sprödigkeit
• Wie wird Glas hergestellt? - Siliziumdioxid, Soda und Kalk werden zerkleinert und vermischt- Schmelzen der Masse (Rauhschmelze)- Läuterung -> Gase aus der Schmelze werden ausgetrieben- Abkühlen auf Formgebungstemperatur- Formen durch pressen, wälzen oder blasen- Abkühlung und Erstarrung in gewünschter Form
• Warum sollte man Alu-Folie nicht zum Abdecken säure-haltiger Lebensmittel verwenden? Durch Kontakt mit Säure oder Salzen lösen sich Aluminium-Ionen und können ins LM übergehen. Je länger der Kontakt, desto stärker der Übergang von Ionen auf das LM. 
• Nenne Verfahren zur Veränderung von Kunststoffen. Monomere werden durch Polyreaktionen zu Polymeren:Polykondensation, Polymerisation, Polyaddition
• Welche Bedingungen müssen für eine Glaskorrosion vorliegen? Glaskorrosion entsteht durch häufiges Spülen. Die Glasoberfläche wird aufgeraut und zerstört. Als milchig-grauer Schleier sichtbar. Durch Einwirkung von Alkalien wird die Oberfläche aufgebrochen, es entsteht ein irreparabler Schaden.
• Warum sind Metalle elektrische Leiter? Durch ihre frei beweglichen Elektronen. 
• Welches Reduktionsmittel liegt im Hochofen bei der Roheisengewinnung vor? Hauptsächlich liegt Kohlenstoffmonooxid als Reduktionsmittel vor.
• Welche Wiederverwertung würden Sie bei Thermoplasten empfehlen? Die werkstoffliche Verwertung -> den Bereich der sortenreinen Kunststoffe/Thermoplasten z.B. PET-Flaschen
• Welches PE wird bei Kochbeuteln für Reis und welches für Gefrierbeutel verwendet? Gefrierbeutel: Weich-PE -> Das Material ist wegen der verzweigten Hauptketten deutlich weicher u. somit nicht spröde. Die Wechselwirkung ist deutlich schlechter, weil die Hauptketten weiter voneinander entfernt sind. Schmelzpunkt: um 105 Grad  -> nicht als KochbeutelDies wird durch eine radikalische Reaktion ausgelöst, d.h. Elektron wird aus der Kette rausgeschlagen u. dadurch bilden sich verzweigte Seitenketten.  Kochbeutel: Hart-PE -> hier liegen die Hauptketten sehr eng nebeneinander, dies wird durch eine gesteuerte Reaktion ausgelöst, durch einen Katalysator (Einschiebungsreaktion). Dadurch können sie sehr gut wechselwirken u. haben einen höheren Schmelzbereich von 135 Grad. Die Struktur ist eher spröde, eignet sich daher nicht zum einfrieren. 
• Woher stammen die Thermoeigenschaften von Thermoplasten? Thermoplasten sind chemisch nicht miteinander vernetzt. Sie besitzen entweder verzweigte Ketten oder lineare, unverzweigte Ketten, davon ist auch die jeweilige Thermoeigenschaft abhängig. (Wechselwirkung, Kristallinität -> wie gut es Kälte aushält)
• Woher stammen die Thermoeigenschaften von Duroplasten? Duroplasten besitzen chemische Verknüpfungsstellen, wodurch sie bei hohen Temperaturen kaum ihre Eigenschaften verändern. 
• Warum lassen sich Thermoplasten bei niedrigen Temperaturen leicht schmelzen und weisen nach dem Auskühlen trotzdem eine hohe mechanische Festigkeit auf? Sie haben einen weiten Schmelzbereich und der Aggregatzustand ist reversibel fest/flüssig. Sie sind chemisch nicht miteinander vernetzt. 
• Erläutern Sie die Thermoplast-Verarbeitung mit dem Extruder! Es ist ein rein physikalisches Prinzip, im Extruder wird die Masse erwärmt, umgeformt und erstarrt.Der Extruder arbeitet nach dem Fleischwolfprinzip, er besitzt einen beheizten Schneckenzylinder.Die Schnecke fördert Formmasse nach vorne und verdichtet, plastifiziert und homogenisiert diese.Anschließend wird der geschmolzene Kunststoff geformt. 
• Welche allgemeine Zusammensetzung besitzen Gläser und welches Elementoxid ist unabdingbar für den Matrixaufbau aller Glas-Arten? Elementoxid: Siliciumdioxid SiO2 Grundbaustein aller Silikate: SiO4 - Tetraeder
• Glas besitzt im Gegensatz zu Metallen eine schlechte thermische u. elektrische Leitfähigkeit. Was sind mögliche Ursachen? Elektr. Leitfähigkeit: keine frei beweglichen ElektronenTherm. Leitfähigkeit: die spezifische Wärmekapazität eines Materials ist entscheidend, also die Menge an Wärme, die ein Stoff pro Masse aufnehmen kann und diese ist bei Glas eher niedrig. 
• Bewerten Sie die technischen Verfahren zur Aluminiumgewinnung unter ökologischen Aspekten. - Treibhausgase durch CO2 und Anodenverbrauch- basischer Rotschleim auf Deponien- hoher Energieverbrauch: 16.000 kWh Strom/ Tonne Primär-Aluminium- Rohstoffverbrauch
• Aluminium ist ein unedles Metall. Dennoch wird Als.B. im Küchenbereich ohne besonderen Korrosionsschutz genutzt. Erklären Sie diese Beständigkeit. - korrosionsbeständig bei einem pH-Wert von 4-9 -> LM-tauglich- Aluminium ist leicht- Metallglanz -> Lichtreflexion -> lichtundurchlässig- dich gepackte Metallgitter -> gasundurchlässig
• Wie wird Stahl aus Roheisen gewonnen? Welche Veränderungen bzgl. der chemischen Zusammensetzung erfährt die Roheisenschmelze bei der Umwandlung? Stahl wird gewonnen, indem den Kohlenstoff-Gehalt im Roheisen herabsetzt. Stahl hat weniger als 2% Kohlenstoff, dadurch ist er schmiedbar und walzbar.Durch eine Raffination wird Roheisen zu Stahl. Da Roheisen verunreinigt ist, muss eine Oxidation stattfinden -> befreit von Kohlenstoff und Verunreinigungen.Flüssiges Roheisen wird auf 3000 Grad erhitzt und Sauerstoff wird hinzugegeben. 
• Welche Legierungsbestandteile enthalten nichtrostende Stähle? Chrom und Nickel
• Welche Rohstoffe werden für die Fertigung von Hartporzellan benötigt? Erläutern Sie die Verfahrensschritte. Rohstoffe: Kaolin (50%), Quarzsand und Feldspat (je 25%)Verfahrensschritte: - Rohstoffe werden mit Wasser gemischt -> Dünnschlamm   -> Formmasse -> trocknen- Brennprozess:  Glühbrand 900 Grad  - Scherben verliert Wasser  Glattbrand 1400 Grad  - Aufschmelzen der Glasur- Glasuren + Dekorfarbpigmente
• Nenne wesentliche Stoffeigenschaften von Duroplasten. - nicht plastisch verformbar- bei normalen Temperaturen meist hart u. spröde- wärmebeständig- nicht schmelzbar- unlöslich
• Nennen Sie wesentliche Stoffeigenschaften von Thermoplasten. - gut plastisch verformbar- weiter Schmelzbereich- reversibler Aggregatzustand- geringe Festigkeit- relativ weiche Oberfläche/ gute Biegeeigenschaften
• Welches Monomer wird zur Gewinnung des Polymers Polyethylen benötigt? Ethylen
• Polystyrol ist ein sehr spröder Werkstoff, wie kann man diese Sprödigkeit gezielt reduzieren? Durch Polymer-Legierungen, z.B. mit Butadien, Acrylnitril oder beides gemischt.
• Klassifizieren Sie die verschiedenen Kunststoffe nach dem thermomechanischem Verhalten. Duroplasten: unschmelzbar, da chemisch eng vernetzte Polymerketten; geringe Eigenschaftsveränderung in Abhängigkeit der TemperaturThermoplasten: Polymerketten sind nicht chemisch vernetzt. Verzweigte Ketten: "Strauch" und unverzweigte, lineare Ketten "Spaghetti". Schmelzbar und leichter formbar bei Wärme. 
• Bewerten und begründen Sie, ob folgende Aussage richtig o. falsch ist: Bei der Polykondensation entstehen ausschließlich europlastische Kunststoffe. Die Aussage ist falsch, bei der Polykondensation können sowohl Duroplasten als auch Thermoplasten entstehen. Das hängt von der Anzahl der Verknüpfungsstellen des H-Atoms ab. 
• Polyethylen kann je nach Herstellungsverfahren aus stark verzweigten oder langen, überwiegend linearen Makromolekülketten bestehen. Leiten Sie charakteristische Unterschiede im Eigenschaftsprofil ab. Unverzweigt: Kristallinität 70-85%, Schmelzbereich 130-135 Grad, Dichte: 0,94-0,97 g/cm3 Verzweigt: Kristallinität 45-60%, Schmelzbereich 105 Grad, Dichte: 0,92 g/cm3
• Erklären Sie die Wirkung des Thermostabilisators/Phthalat-Weichmachers im PVC-Polymer. Erklären Sie, ob u. welche Gefahren beim Einsatz von LM-Kontaktmaterialien auf der Basis von weichgemachten PVC-Materialien bestehen. Wirkung: Weniger Sekundärbindungen -> Erweichung bei niedriger Temperatur, Verringerung der Sprödigkeit/Härte.Bei falschem Gebrauch besteht die Gefahr, dass flüchtige Stoffe des Phthalats, z.B. bei zu hoher Erhitzung ins Lebensmittel übergehen. Auch bei zu langem Hautkontakt z.B. mit Phthalat-haltigen Handschuhen kann der Stoff in den menschlichen Körper gelangen. Der Stoff steht im Verdacht, gesundheitsschädlich und fortpflanzungsschädigend zu sein. 
• Was versteht man unter einer Polymerlegierung? + Beispiel aus der Praxis Eine Polymerlegierung ist ein Gemenge aus Polymeren, mit welcher ein anderer Stoff legiert werden kann.Schlagfestes Polystyrol z.B. wird durch die Polymerlegierung steifer, formflexibler und schlagzähiger. 
• Welche prinzipiellen Möglichkeiten der Wiederverwertung gibt es für Kunststoffe? - Energiegewinnung durch Verbrennung - Pappe u. Zement durch Recycling- Sandwich-Verfahren- einschmelzen u. neue Gegenstände herstellen- als Füllstoff verwenden
• Welche Rohstoffe stehen für die Fertigung von kompostierbaren Kunststoffen zur Verfügung? Manche Erdölerzeugnisse, Stärke, Cellulose, Polymilchsäure

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