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Werkstoffkunde 2 (Fach) / Kunstoffe (Lektion)

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• Wie unterscheidet sich prinzipiell der mikrostrukturelle Aufbau (Atomanordnung) von Polymeren und Metallen (2)? Metalle: regelmäßige Anordnung von Atomen im Kristallgitter Polymere: grundlegend anderer Aufbau aus Kettenmolekülen
• Welches Element spielt die wichtigste Rolle für den Aufbau der Makromoleküle in Polymeren? Kohlenstoff
• Nennen Sie zwei Thermoplaste und 2 Duromere jeweils mit Namen und Kurzzeichen Thermoplaste- Polyvinylchlorid PVC- Polyethylen PE Duromere- Epoxidharz EP- ungesättigte Polyester UP
• In welchem Zustandsbereich (beschrieben anhand der Übergangstemperaturen) werden amorphe Thermoplasten verwendet, in welchem teilkristalline Thermoplasten? Welches charakteristische Eigenschaftsprofil resultiert daraus? Nennen Sie je 2 Beispiele für amorphe und teilkristalline Thermoplasten Amorphe Thermoplasten: T<TG Polyvinylchlorid PVC, Polycarbonat PC teilkristalline Thermoplasten: TG<T<TM (werden bei höheren Temperaturen verwendet) Polyethylen PE, Polypropylen PP
• Warum ist die Verarbeitbarkeit von Thermoplasten und Duromeren prinzipiell unterschiedlich? Wie verarbeitet man Thermoplaste, wie Duromere? a) Thermoplaste -> Kettenmoleküle     Duromere -> räumlich sehr stark verknüpfte Netzwerke (Netzmoleküle) b) Thermoplaste: plastisch verformbarer Zustand, Schmelze     Duromere: kein plastischer Bereich, keine Schmelze, nach Aushärtung nur spanabhebend          zu bearbeiten
• Ordnen Sie die Polymergruppen Thermoplaste, Elastomere und Duromere in der Reihenfolge zunehmender E-Modul, Zugfestigkeit, plastischer Verformbarkeit bei erhöhter Temperatur E-Modul: Elastomere<Thermoplaste<Duroplaste Zugfestigkeit : Elastomere<Thermoplaste<Duroplaste plast. Verformbarkeit: Duromere<Elastomere<Thermoplaste
• Spannungs-Dehnungs-Diagramm Aluminiumlegierung und unverstärkter teilkristalliner Thermoplast. Bedeutung Substitution Metall durch Kunststoff geringere Dichte Korrosionsfreiheit Senkung der Herstellkosten Farbgebung
• Nennen Sie die 4 Massenkunststoffe. Wo liegen die Vorteile bei der Herstellung von Massenartikeln bei den Kunststoffen? PE - Polyethylen PVC - Polyvinylchlorid PP - Polypropylen PS - Polystyrol
• Nennen Sie Zuschlagstoffe. Wofür sind sie gut? Mineralische Füllstoffe, z.B. Gesteinsmehl -> billigerVerstärkungsfasern, z.B. Glasfasern -> höherer E-Modul und FestigkeitStabilisatoren -> gegen UV-StrahlungGleitmittel -> Fließfähigkeit der SchmelzeFarbpigmente
• Wie sind Thermoplaste , Duromere und Elastomere vernetzt? Thermoplaste: Verschlaufungen, physikalische/mechanische VernetzungDuromere: Engmaschig vernetztElastomere: Weitmaschig vernetzt
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• Wodurch kommen bei den Thermoplasten der amorphe oder teilkristalline Aufbau? amorph: unregelmäßige Ketten, starke Verzweigungteilkristallin: eher regelmäßiger Kettenaufbau
• Je länger die Ketten eines Thermoplasten,... ... desto fester und zäher. Aber die Fließfähigkeit nimmt ab
• Thermische Eigenschaften von amorphen Thermoplasten nur unterhalb TG (Glasübergangstemperatur), oberhalb kein Zusammenhalt mehr zwischen Molekülen keine TM (Kristallitschmelztemperatur) vorhanden Oberhalb TG tiefziehen oder spritzgießen
• Thermisches Verhalten von Teilkristallinen Thermoplasten unterhalb TG spröde zwischen TG und TM flexibel und zäh über TM Verabreitung
• Thermisches Verhalten Duromere amorph, haben keine TM TG macht sich nur geringfügig bemerkbar bis TZ hartelastisch und spröde Verarbeitung muss vor Aushärtung stattfinden
• Thermische Eigenschaften Elastomere amorph, also keine TM unterhalb TG sehr hart und spröde = untere Einsatzgrenze einsetzbar zwischen TG und TZ kein Verarbeitungsbereich
• Welche Gruppe, Name? PE Polyethylen - teilkristalliner Thermoplast
• PA? Polyamid - teilkristalliner Thermoplast
• PS? Polystyrol - amorpher Thermoplast
• PMMA ? Acrylglas - amorpher Thermoplast
• PP? Polypropylen - teilkristalliner Thermoplast
• UP Polyesterharz - Duromer
• NR Naturkautschuk - Elastomer
• Wann verwendet man Thermoplaste? bei großen Stückzahlen, da kurze Zykluszeiten sind im Vergleich zu Duromeren relativ schlagunempfindlich leider geringere Warmformbeständigkeit, Festigkeit und E-Moduln als Duromere
• Nennen Sie teilkristalline Thermoplaste Polyethylen (PE) Polypropylen (PP) Polyamid (PA) Polyethylenterephtalat (PET) Polyester (PBT) Polyacetal
• Nennen Sie amorphe Thermoplaste Polystyrol (PS) Polyvinylchlorid (PVC) Polymethylenmethacrylat (PMMA) Polycarbonat (PC)
• Nennen Sie Duromere ungesättigtes Polyesterharz (UP)Epoxidharz (EP)
• Nennen Sie Elastomere Naturkautschuk (NR) Chloropren (CR)
• Vorteile / Nachteile amorphe Thermoplasten gegenüber teilkristallinen Thermoplasten transparent geringere Schwindung schnellere Abkühlung aber geringere Medienbeständigkeit
• Vorteile Duromere ggü. Thermoplasten hohe Härte und Steifigkeit hohe Medienbeständigkeit hohe Warmformbeständigkeit Möglichkeit der kalten Verabreitung aber spröde, Aushärtung dauert lange
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• Welche 3 wichtigen Verarbeitungsverfahren für Kunststoff gibt es? Extrusion Thermoformen Spritzguss
• Was kann man im Extrusionsverfahren herstellen? Folien Platten Vollprofile (Gardinen-Schienen) Hohlprofile oder Schläuche
• Welche Aufgaben hat der Extruder Plastifizieren Fördern Homogenisieren
• Beschreiben Sie kurz den Ablauf beim Thermoformen Voraussetzung: Folien oder Platten aus Thermoplast heiß gemacht und tiefgezogen mit Stempeln, Druckluft oder Vakuum diskontinuierlich
• Welche Vorteile hat das Thermoformen gegenüber dem Spritzguss große Teile wie Duschwannen lassen sich mit einfachen Werkzeugen wirtschaftlich herstellen sehr dünne Wandstärken und hohe Ausstoßraten möglich
• Beschreiben Sie kurz den Verfahrensablauf beim Spritzguss fließfähige Masse wird unter Druck in Form gespritzt - dort erstarrt sie Dosieren Einspritzen Nachdruck Kühlphase Auswerfen Nacharbeiten
• Welche Polymere lassen sich im Spritzguss verarbeiten? Alle, aber bei Duromeren ist die Zykluszeit höher
• Mit welchen Fügeverfahren kann man Kunststoffe bearbeiten? Schrauben (! Kriechen) Schweißen nur bei Thermoplasten Kleben (außer bei unpolaren Thermoplasten, PE, PP, PTFE)
• Welche Recyclingwege für Kunststoffe gibt es? werkstoffliches Recycling (Werkstoff bleibt erhalten) - sortenrein- Granulat                                                                                   - gemischte Aufb - minderwertige Bauteile rohstoffliches Recycling (Depolymerisation) - Monomere oder Öle, Gase, Wachse thermisches Recycling - Energienutzung
• Wann ist das werkstoffliche Recycling vorzuziehen? Wann das rohstoffliche? Werkstofflich vorziehen, wenn gute Recyclatqualität erzielbar (sortenrein, keine Schädigungen) und Markt vorhanden Rohstofflich vorziehen, wenn Mischfraktion, geschädigte Kunststoffe oder kein Markt für Recyklate. Abwägung, ob thermische Verwertung ökonomisch und ökologisch sinnvoller ist
• Welcher Vorgang bestimmt die Dauer des Spritzgusszyklus bei Thermoplasten? Kühlphase,Vernetzungsreaktion dauert länger als einfache Abkühlung
• Erläutern Sie den Unterschied zwischen energetischem (thermischen) Recycling und Verbrennung Energetisches Recycling: Verbrennung wird so durchgeführt, dass hoher Energiegewinn möglich ist und Verbrennungswärme tatsächlich genutzt wird.
• Welche Probleme treten beim werkstofflichen Recyclen auf? Polymerketten werden bei der Verarbeitung oder im Gebrauch durch UV, Wärme abgebaut. Wie viel Recyclat verträgt das Bauteil? (20-50%) Kunststoffe nehmen Moleküle auf, Cola in PET - für viele Anwendungen nicht mehr einsetzbar Kunststoffmischungen müssen erst getrennt werden
• Welcher Kunststoff verzieht sich bei Spritzgussfertigung stärker: ein amorpher oder ein teilkristalliner Thermoplast? b) Was ist der Grund dafür? a) Teilkristalliner b) Bei der Kristallisation gehen die Moleküle in einen dichter gepackten Zustand über
• Welcher Kunststoff hat eine größere Medienbeständigkeit: ein teilkristalliner oder ein amorpher? Begründung a) teilkristalliner Thermoplast b) Fremdmoleküle können leichter in die locker gepackten amorphen Bereich eindringen
• Welche Kunststoffe haben i.d.R. eine höhere Warmformbeständigkeit : Thermoplaste oder Duromere? b) Warum ist das so? a) Duromere b) Die kovalenten Vernetzungen der Duromere sind thermisch stabiler als die Verschlaufungen und sekundären Bindungenbei den Thermoplasten
• Sie bekommen den Auftrag, Spoiler für Formel 1 Rennwagen und Spoiler für Autos der Marke VW Golf herzustellen. Bei der Werkstoffauswahl haben Sie nur die Wahl zwischen Duromeren und Thermoplasten. Was verwenden Sie für was? Warum? Formel 1: Duromer, Vorteile: Handverarbeitung bei kleiner Stückzahl, steifer/fester als Thermoplast VW : Thermoplast, Vorteil preiswerte Fertigung per Spritzguss bei großer Stckzahl

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