Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde
Fragenkatalog
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Fichier Détails
| Cartes-fiches | 60 |
|---|---|
| Utilisateurs | 18 |
| Langue | Deutsch |
| Catégorie | Technique |
| Niveau | Université |
| Crée / Actualisé | 09.06.2018 / 03.07.2023 |
| Lien de web |
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41. Welche Werkstoffe finden in der Sandwich-Bauweise Verwendung:
a) als Deckhautmaterialien
b) als Kernmaterialien?
a)
Praktisch jedes Material das in dünnen Schichten herstellbar ist z.B.
•Al-Leg.
•Ti-Leg.
•Stahlbleche
•FVK-Laminate,
•dünne Sperrholzplatten
•Kunstoff
•Papier / Pappe
b)
•Waben: z.B. Nomex, Aluminium
•thermoplastische Hartschäume: PVC, PMI, PEI
•Aluminiumschaum
•Balsaholz
•Faltkerne
42. Welche Werkstoffe werden für Wabenstrukturen verwendet?
•Alu (korrosionsschutzbeschichtet
•rostfreier Stahl
•Titan
•Nickellegierungen
•Phenolharzgetränkte Aramidpapiere (Nomex)
•FKV-Laminate (primär Glas und Kohlenstofffaser)
43. Welche besonderen Ausführungen von Wabenkernen gibt es?
•Hexagonal (Bienenwabe), in einer Richtung überexpandierte Wabe.
- 3D-formbare, Flex-core Wabe
- Fold-core Wabe
44. Was ist bei der Verklebung von Deckhäuten und Kernverbundkernen zu beachten?
•Sehr geringe Klebefläche-> Klebstoff-Meniskus muss sich ausbilden
•Al-Deckschichten sind vor Verkleben mit Korrosionsschutz/Haftvermittler zu versehen
45. Welche elastische und festigkeitsrelevante Besonderheit weisen Honigwabenkerne auf?
•Orthotrope Eigenschaften aufgrund der bei Verklebung der Wände in Längsrichtung aufgedoppelten Flächen
46. Welche Polymerschäume finden als Kernmaterial Verwendung?
•PVC (PolyVinylChlorid)
•PU (Polyurethan)
•PMI (Polymethacrylimid)
•Epoxid und UP-Schäume
47. Beurteilen Sie die Leistungsfähigkeit von Polymerschäumen im Vergleich zu Wabenstrukturen.
•Annähernd homogene Zellstruktur im Vgl. zur Wabengeometrie
•Vergleichsweise Geringe Steifigkeit gegenüber Waben (ca. Faktor 10 auf Masse bezogen)
•Geringere Druckfestigkeit und Schubfestigkeit (ca. Faktor 4)
•Klebstoff- und Harzaufnahme beim Verkleben bewirkt Massenzunahme
•Evtl. Problematische Ermüdung bei Schwingbelastung
•Verarbeitung (Sägen,Schleifen,Fräsen, auch Autoklaventauglichkeit)
•Thermoformbarkeit der thermoplastischen Polymerschäume
48. Was ist bezüglich der Krafteinleitung in Sandwichstrukturen konstruktiv zu beachten?
•Unterscheidung in Punkt-, Linien-, Flächenlasten.
•Umwandeln der Punkt in Flächenlasten nötig wegen geringer lokaler Druckfestigkeit.
•Eventuell lokale Verstärkung/Ersatz des Kernmaterials notwendig.
49. Nennen Sie jeweils
drei natürliche Faserwerkstoffe und
drei Biopolymere
die sich für den Einsatz als FVK eignen.
•Baumwolle, Flachs, Hanf, Ramie, Kokos, Seide, …
•Cellulosederivate: PPT, PBT, Bio-PA, Bio-PU Stärkeblends: PHB, PLA, Chitin, Chitosan
50. Welche pflanzlichen Bestandteile / Produkte lassen sich zur Herstellung eines Biopolymers nutzen?
•Lignin
•Cellulose
•Hemicellulose
•Zucker
•Stärke
•Öle und Fette
51. Nennen Sie zwei Bestandteile von Holz, die sich zum Aufbau eines „Bio-FVK“ eignen.
•Lignin
•Cellulos
52. Wie lautet vereinfacht die Methodik der ganzheitlichen Bilanzierung im Rahmen der Produktentwicklung?
Skript Teil 9 (LCA, Recycling)
- Okobilanz: Life Cycle Assessment [LCA]
1. Rohstoffabbau und Aufbereitung
2. Herstellung
3. Produktion
4. Nutzung
5. Entsorgung
53. Was versteht man unter dem Begriff „ILSS-Wert“?
•Interlaminar shear strength: interlaminare Scherfestigkeit.
–Gibt einen Anhaltswert für die Laminatqualität.
–Darf nicht für die Berechnung / Laminatanalyse verwendet werden.
54. Welche zerstörenden Prüfverfahren werden üblicherweise für ein Faserverbundkunststofflaminat durchgeführt (fünf Versuche)?
•ILSS-Versuch: interlaminare Scherfestigkeit => Qualitätskriterium des Laminates
•Zugversuch UD
•Querzugversuch
•Druckversuch
•Dreipunkbiegeversuch
55. Nennen Sie drei Möglichkeiten, den Faservolumengehalt eines Laminates zu ermitteln?
•Wiegen des Laminates, chemisches Auswaschen oder Ausbrennen der Matrix, wiegen der Fasern => Berechnung Faservolumengehalt über Massenanteile.
•Wiegen des Laminates, Bestimmung des Volumens des Laminates, Dichte Faser bekannt, Dichte Matrix bekannt, Dichte Füllstoffe bekannt => Berechnung Faservolumengehalt über Dichte / Volumen / Massenanteile.
•Thermogravimetrische Analyse TGA.
1. Weshalb weist ein unidirectional faserverstärkter Verbundwerkstoffe meist bessere mechanische Kennwerte auf, als die Grundstoffe ?
- Grundwerkstoff unterstützt Faser (Druckbeanspruchung)
- Werkstofffestigkeit ist abhängig von:
—> Belastung
—> Grenzflächenbeschaffenheit (Faser/Matrix)
- Größeneffekt
—> Einfluss einer Fehlerstelle geringer bei abnehmender Größe
- Seil Effekt
—> Verdrehte Bündel haben höhere Festigkeit
- Kleinere Einspannlänge
- Einbringung von Eigenspannung
- Rissstopper Effekt
- Orientierung
2. Nennen Sie jeweils zwei anorganische und zwei organische Synthesefasern.
- Anorganisch:
—> Glasfaser
—> Siliziumoxid
—> Siliziumcarbid
—> Aluminiumoxid
—> Metallfasern
- Organische
—> Kohlenstofffaser
—> Aramidfaser
—> PBO-Faser
—> Polyethylenfaser
3. Weshalb müssen Glasfasern im Verbund mit einer organischen Matrix mit einem Haftvermittler versehen werden ?
- Glasfaser ist anorganisch (keramisch)
- Matrix meist organisch
- Organische und anorganische Stoffe lassen sich ohne Haftmittel nicht verbinden.
3.1 Auf welcher Substanz basieren diese Haftvermittler ?
- Silizium und Wasserstoff
- Silane ist ein Haftmittel das einen organischen und anorganischen Verbindungsarm besitzt.
—> Glasfaser ist anorganisch, Matrix meist organisch um eine Haftung zu diesen beiden Elementen zu realisieren wird ein Haftmittel benötigt.
4. Erklären Sie in wenigen Stichworten die Herstellung der HT- und HM-Kohlenstofffaser. “Ausgangswerkstoff PAN“
(HT=High Tenacity Faser (hochfest, Standard), HM=High Modulus Faser, PAN=Polyacrylnitril)
5. Nennen Sie drei Kohlenstoffmodifikationen und deren Einsatzbereich.
- Graphit
—> Elektroden, Schmiermittel und Bleistifte
—> Kovalente und Van der Waals Kräfte, Kovalenente hexagonal gebundene Kohlenstoffatome formen hochgesteckt Ebenen welche untereinander nur locker über Van der Waals Kräfte gebunden sind.
- Diamanten
—> Schmuck, Spanwerkzeuge (Bohner, Schleifscheiben)
—> Kovalente tetragonal gebundene Kohlenstoffatome
- Fullerene
—> Katalysator, Anti-Aging Creme, Halbleiter
—> Reguläres hexagonales Wabenmuster
- Carbon Nano Tubes
—> Flugzeugbau, Messtechnik, Displays
---- alternativ ---
Diamant: Schneid- / Schleifmittel
Graphit (Grafit): Hauptbestandteil der Kohlenstofffaser, weiteres Beispiel: Elektrodenwerkstoff
Buckminster Fulleren: kugelförmige C-Modifikation => Verstärkung von Polymeren Weitere Modifikationen:
Carbon Nanotubes: röhrchenförmige C-Modifikation => Verstärkung von Polymeren, Beeinflussung elektrische Leitfähigkeit von Polymeren
Graphen (Grafen): flächenförmige C-Modifikation => Verstärkung von Polymeren, Beeinflussung elektrische Leitfähigkeit von Polymeren
6. Was versteht man unter einer MPP-Kohlenstofffaser ?
MPP = Mesophasenpech
Die MPP-Kohlenstofffaser ist eine isotrope Kohlenstofffaser mit geringer Festigkeit, welche in die so genannte Mesophase, durch eine Hydrierungsbehandlung, geführt wird.
Wodurch sich die Kohlenstoffnetzebenen durch Verstreckung, während des Herstellungsprozesses, entlang der Faserachse orientieren.
==> Herstellung von Fasern mit hoher Steifigkeit (HM) und gleichzeitig hoher Zugfestigkeit (HMS) möglich.
--> sehr teuer
alternative Antwort:
- Pech als Abfallprodukt von Erdöl als Matrix für die Kohlefaser
- Kohlenstoffherstellung auf Basis von Mesophasenpech
- Teuer, Hochmodulig
7. Nennen Sie zwei Vor- und Nachteile der Aramidfaser.
7.1 Erläutern Sie einen Anwendungsfall, bei dem die Vor- und Nachteile der Aramidfaser genutzt werden.
Anwendungsgebiete:
- Sicherheitsbereich
—> Splitterschutz und schusssichere Westen
—> Schutzhelme
—> Panzerung für Fahrzeuge
—> Hitzeschutzbekleidung
Sportgeräte:
—> Segel von Segelsportbooten
—> Fangleinen beim Gleitschirm
—> Tennisschläger
Technik:
—> Deckschicht bei Laminaten
—> Borhungen einnähen
—> Luftfahrt
8.
A)
Welche Thermoplaste stecken hinter den Handelsnamen Kevlar und Dyneema ?
B)
Durch welche fertigungstechnischen Maßnahmen werden deren mechanische Eigenschaften optimiert ? (Insbesondere Zugfetigkeit und E-Modul)
A) - Kevlar
—> Aramidfaser (Aromatische Polyamid)
- Dyneema
—> PE-Faser (Kern für Kletterseile)
B) --> Optimieren der Eigenschaften
--> Verstrecken
--> Nassspinnen
--> Extrusion
--> Verlängern und ordnen der Faser-
--> Extrem leicht
--> Molekülketten hoch orientiert
--> Kristallinitätsgrad ca. 85%
9. Erläutern Sie zwei Möglichkeiten der Eigen- und Eigenfaserverstärkung.
1 - Shish Kebab Struktur (Strömungsinduzierte Keimbildung)
2 - Metall Matrices + Al.- Fasern
3 - Dyneema - plastifizieren und verprassen (Gewebe)
4 - Presslaminat - Thermoplast (PP, PE)
5 - Siliziumcarbit Faser/ Matrix
10. Nennen Sie jeweils einen Vor- und Nachteil von Köper-Gewebe.
Köper-Gewebe:
Vorteile:
- Gut umformabr
- Sehr gute Drapierfähigkeit
- Eignet sich besonders für Sichtbauteile
Nachteile:
- Hoher Preis (Handarbeit)
- Faserumlenkung (anfällig für Verschiebung der einzelnen Fasern, da nicht an jedem Kreuzpunkt verschlungen)
- Faserwelligkeit
10.1 Nennen Sie jeweils einen Vor- und Nachteil von Gelege.
Gelege:
Vorteile:
- Unterschiedliche Faserordnung für optimale Ausnutzung der mechanischen Eigenschaften, gezielter Kraftschluss
Nachteile:
- Handarbeit
- Teuer und aufwendig bei maschineller Fertigung
- Schlechte Drapierfähigkeit
10.3 Nennen Sie jeweils einen Vor- und Nachteil von Wirrfasermatten.
Wirrfasermatten:
Vorteile:
- Leicht herzustellen
- Kostengünstig
- Isotropie (ist die Unabhängigkeit einer Eigenschaft v. d. Richtung)
Nachteile:
- Schlecht maschinell zu verarbeiten
- Keine optimale Faserauslastung
- Geringe Festigkeit
10.4 Nennen Sie jeweils einen Vor- und Nachteil von 3D-Gewebe.
3D-Gewebe:
Vorteile:
- Leicht zu verarbeiten
- Maschinell erzeugt
- Gute Drapierbarkeit
- Hohe Laminatsteifigkeit
- Hohe Schadenstoleranz
- Energieabsorbationsvermögen durch Fasern in Z-Richtung deutlich besser
- Out-of-plane Eigenschaften
Nachteile:
- Teuer
- 3D Textielverfahren sind langsam (geringe Produktivität)
- Teilweise deutlich schlechter in-plane Eigenschaften durch Faserwelligkeit
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