Grundlagen Kunststofftechnik
Dr.-Ing., Professor Heiner Smets
Dr.-Ing., Professor Heiner Smets
Fasern werden entsprechend Ihrer Länge in unterschiedliche Typen eingeteilt. Nennen Sie diese Typen und den Längenbereich.
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Welchen Fasertyp betr. Länge und Material wählen Sie, wenn Sie für ein FVK-Bauteil maximale Festigkeit erreichen wollen?
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Berechnen Sie näherungsweise für unidirektional mit Glasfasern verstärktes Epoxidharz den Elastizitätsmodul und die Festigkeit in Faserrichtung. Folgende Daten sind bekannt:
- Faservolumengehalt: 40 %
- Elastizitätsmodul von Epoxidharz: 4 kN/mm2
- Zugfestigkeit von Epoxidharz: 90 N/mm2
- Elastizitätsmodul der Glasfasern: 70 kN/mm2
- Zugfestigkeit der Glasfasern: 2400 N/mm2
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Bei der Verstärkung mit Endlosfasern werden drei Typen mit unterschiedlicher Faserorientierung unterschieden. Nennen Sie die Typen und beschreiben Sie die Faserorientierung sowie den Grad der Richtungsabhängigkeit für die mechanischen
Eigenschaften.
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Sie wollen ein FVK-Bauteil durch Spritzguss herstellen;
welchen Typ von Fasern müssen Sie dann auswählen und welchen Typ von Fasern können Sie so nicht verarbeiten?
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Sie wollen bei einem Lieferanten ein Elektromotorengehäuse aus aus PA 6 (Polyamid 6) bestellen. Es werden Ihnen zwei Typen mit identischer Geometrie angeboten und zwar aus unverstärktem PA 6 oder aus mit 30 Vol % Glasfasern verstärktem PA 6. Bei welchem Typ erwarten Sie
- höhere Festigkeit
- höhere Steifigkeit
- höhere Dehnung bis zum Bruch
- stärkeres Kriechen unter mechanischer Last
- höhere Kosten?
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Was lässt sich mit einem Extruder herstellen? Nennen Sie 2 Beispiele (unter Angabe von Form und Material).
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Zeichnen Sie für einen Extruder schematisch den Verlauf von Druck und Temperatur zwischen Kunststoff-Beschickung und Kunststoffprodukt (Extrudat).
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Benennen Sie die Vorgänge, die in den 3 Zonen des Extruders stattfinden.
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Skizzieren Sie ein Extruderwerkzeug, mit dem Rohre hergestellt werden können (in der Art, dass der Materialfluss klar ersichtlich ist.)
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Was versteht man unter Kalandrieren? (Ausgangsstoff, formgebende Teile, Produkt)
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Benennen Sie die 4 Hauptschritte des Spritzgießens.
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Beim Pressen von duroplastischen Harzen begrenzt die Viskosität den Zeitraum, innerhalb dessen eine Formgebung möglich ist. Erklären Sie die Ursache hierfür.
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Zeichnen Sie schematisch ein Tauchkantenwerkzeug und ein Überlaufwerkzeug für die Presstechnik, so dass der Unterschied klar ersichtlich ist.
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Worin unterscheiden sich Harz-Dosierung für das Tauchkantenwerkzeug und für das Überlaufwerkzeug?
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Nennen Sie die Unterschiede zwischen SMC und GMT betr. Halbzeug und Vorgang im Werkzeug.
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Stellen Sie für das Resin Transfer Moulding (RTM) und die Prepreg-Autoklav-Technik einander gegenüber:
- Art des Halbzeugs
- Bauteilform: wodurch?
- Aushärtung: wo?
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Welche Kunststoffe können durch Thermoformen verarbeitet werden und welche nicht?
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Welche 3 Möglichkeiten gibt es, um beim Thermoformen eine Kraft auf das Kunststoffhalbzeug einwirken zu lassen.
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Nennen Sie mindestens 3 Eigenschaften, in denen sich thermogeformte Bauteile von spritzgegossenen Kunststoff-Bauteilen unterscheiden.
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Was sind Kunststoffe? (Definition des Begriffs)
Extrem lange molekühlketten auf organischer Basis. (CxHyRz)n
Was bedeutet Polymerisation?
Angliedern von Monomeren an wachsendes Polymer.
Wie heißen die drei Hauptgruppen der Kunststoffe und wodurch unterscheiden sie sich?
- Duroplaste: Irreversibel, Zersetzung bei Hitze
- Thermoplaste: Schmelzen bei Hitze (lineare Molküle)
- Elastomere: Verformbar (Gummi) (Weitmaschig)
Wie viel Prozent des Dichtewerts von Stahl beträgt die Dichte der leichtesten Kunststoffe?
10%
Woraus besteht ein verstärkter Kunststoff und was ist der Zweck der Verstärkung?
- enthalten Fasern (Kohelnstoff, Glas)
- höherer E-Modul und Festigkeiten
- höhere Produktkosten
Stellen Sie den Aufbau eines Polyethylen-Moleküls aus den einzelnen Atomen dar und zwar mit der Strichformel für die Wiederholeinheit (Monomer) und dem Polymerisationsgrad.
Polyethylen
Wie ist die Molmasse einer chemischen Verbindung definiert?
m – Masse
n – Stoffmenge
NA – Avogadro-Konstante (6,02214129 · 10^23 1/Mol)
mM – Teilchenmasse
Molmasse von H (Wasserstoff)
1,00794 g/mol
Molmasse von C (Kohlenstoff)
12,0107 g/mol
Molmasse von O (Sauerstoff)
15,9994 g/mol
Molmasse von F (Fluor)
18,9984 g/mol
Molmasse von S (Schwefel)
32,066 g/mol
Molmasse von N (Stickstoff)
14,0067 g/mol
Molmasse von Cl (Chlor)
35,453 g/mol
An einem zylindrischen Kunststoff-Stab mit 2 mm Durchmesser wird ein Bauteil mit einer Masse von 10 kg frei hängend befestigt. Um wie viel Prozent verlängert sich der Kunststoff-Stab aus Polypropylen durch die Gewichtskraft?
Δl = σ * E * 100%
Δl = 31,2 N/mm² * 1450 N/mm² * 100% = 2,15%
σ = F / A (Spannung)
E = E-Modul
Berechnen Sie analog zu b) die prozentuale Verlängerung für den gleichen Stab aus Stahl.
Δl = σ * E * 100%
Δl = 31,2 N/mm² * 210000 N/mm² * 100% = 0,015%
σ = F / A (Spannung)
E = E-Modul
Berechnen Sie die Molmasse von Polyethylen mit einem mittleren Polymerisationsgrad n von 10 000 (Atommassen siehe Periodensystem)
10000 * 4H + 2H = 44002H = 44002 * 1,008 g/mol = 44354,016 g/mol
10000 * 2C = 20000C = 20000 * 12,011 g/mol = 240220 g/mol
= 284574,016 g/mol
Die Avogadro-Konstante NA beträgt 6,022 • 10^23 / mol
Berechnen Sie:
- das Gewicht eines Ethylen-Moleküls
- das Gewicht eines Polyethylenmoleküls mit dem
Polymerisationsgrad n = 10 000
Ethen: C2H4 => 244,252g/mol
mM = M / NA = 244,252 g/mol / 6,022*10^23 /mol
=4,05 * 10^-22 g
Wie verändert sich qualitativ die Festigkeit, wenn die Molmasse eines Polymers zunimmt?
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Was sind die Funktionen von Hauptvalenzbindungen und Nebenvalenzbindungen in Kunststoffen?
Hauptvalenzbindungen:
- Chemische Bindung der Atome
- Hohe Bindungsenergie
Nebenvalenzbindungen:
- Physikalische Bindung der Polymermolekühle
- Geringe Bindungsenergie
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Lernkarten
Was versteht man unter Kalandrieren? (Ausgangsstoff, formgebende Teile, Produkt)
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Benennen Sie die 4 Hauptschritte des Spritzgießens.
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Beim Pressen von duroplastischen Harzen begrenzt die Viskosität den Zeitraum, innerhalb dessen eine Formgebung möglich ist. Erklären Sie die Ursache hierfür.
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Zeichnen Sie schematisch ein Tauchkantenwerkzeug und ein Überlaufwerkzeug für die Presstechnik, so dass der Unterschied klar ersichtlich ist.
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Worin unterscheiden sich Harz-Dosierung für das Tauchkantenwerkzeug und für das Überlaufwerkzeug?
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Nennen Sie die Unterschiede zwischen SMC und GMT betr. Halbzeug und Vorgang im Werkzeug.
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Stellen Sie für das Resin Transfer Moulding (RTM) und die Prepreg-Autoklav-Technik einander gegenüber:
- Art des Halbzeugs
- Bauteilform: wodurch?
- Aushärtung: wo?
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Welche Kunststoffe können durch Thermoformen verarbeitet werden und welche nicht?
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Welche 3 Möglichkeiten gibt es, um beim Thermoformen eine Kraft auf das Kunststoffhalbzeug einwirken zu lassen.
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Nennen Sie mindestens 3 Eigenschaften, in denen sich thermogeformte Bauteile von spritzgegossenen Kunststoff-Bauteilen unterscheiden.
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