Werkstoffe 3

Mit steigender Belastungsgeschwindigkeit steigt die Streckgrenze und die Dehngrenze sinkt. Der Kst. erscheint hart & spröde.
Mit steigender Temp. sinkt die Streckgrenze und die Dehngrenze steigt. Der Kst. erscheint zäher und weicher.

Siehe Diagramm

Siehe Diagramm

Das Prinzip ist die Messung der Eindringtiefe unter Last. Die Belastungsdauer, die Geometrie und Material des Eindringkörpers sowie die Belastungsdauer sind vorab definiert.
Bei Shore wird ein Kegelstumpf aus Stahl auf Elastomere oder weiche Thermoplaste gedrückt. Die Druckkraft kommt von einer Feder.

Unterwirft man einen Kunststoff einer statischen Belastung, so finden als Reaktionen darauf im Molekülverband zeitlich verzögerte Umlagerungsprozesse statt. Diese Erscheinung wird als Viskoelastizität bezeichnet.
Kriechen: Die zeitabhängige Deformationszunahme bei konstanter Spannung.

Relaxation: Die zeitabhängige Spannungsabnahme bei konstanter Dehnung.
 

Die Frequenz ist ein negativer Einflussfaktor, weil durch innere Reibung eine Wärme entsteht, die wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Kst. schlecht abgeführt werden kann. Das Bauteil erwärmt sich und verliert an Festigkeit.
 

siehe Diagramm

HDT (Heat Deflection Temperature). Das Bauteil wird bei konstanter Last (3PB) biegebeansprucht und mit einer konstanten Heizgeschwindigkeit erwärmt, bis es sich um 0.2% gegenüber der Randfaserschicht gedehnt hat. Die Temperatur wird aufgezeichnet bei Erreichen der 0.2% Dehnung. Da die Biegebeanspruchung über den gesamten Querschnitt geht, ist die Temperatur als obere Grenze der Dauergebrauchstemperatur zu wählen.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Kst. ist bis zu 10x grösser als derjenige der Metalle. Es muss konstruktiv berücksichtigt werden, wenn Kst. und Metalle kombiniert verwendet werden, dass sich der Kst. stärker ausdehnt als das Metall.

 

Entzündbarkeit (Entflammbarkeit), Nachbrenndauer, Abtropfen, Menge und Toxizität der Abgase

 

Barriereeigenschaften sind die Widerstandeigenschaften eines Stoffes gegen Permeabilität. Barriereeigenschaften Spielen eine grosse Rolle in der Verpackungsindustrie, da durch eindringenden Sauerstoff oder Wasserdampf die Lebensmittel verderben können. Ein Kunststoff mit hoher Barriereeigenschaft ist Polyurethan. Die Barriereeigenschaften lassen sich verbessern, indem die Verpackungen aus mehreren Schichten aufgebaut werden. Oder den Innenraum mit Aluminium bedampfen

Unter Alterung versteht man die Gesamtheit aller im Laufe der Zeit ablaufenden, irreversiblen chemischen und physikalischen Prozesse. Die Ursache ist oft Oxidation durch Sauerstoff. Der Kunststoff kann sich verfärben, die Festigkeit verlieren, den Glanz verlieren, spröde werden.

Unter der Aufbereitung (Compoundierung) versteht man die Zugabe von Additiven zu den Polymere, so dass ein Kst. mit den gewünschten Eigenschaften entsteht.
Verfahrensschritte:
- Fördern
- Zerkleinern
- Dosieren
- Mischen
- Granulieren
Zusatzstoffe:
- Farbpigmente
- Weichmacher
 

Kerprogressive Schnecke

Gangkompressive Schnecke

1)    Extruder: (Zylinder und Schnecke) Fördern, Aufschmelzen, Ausstossen

2)    Kalibrierung/Kühlung: Die Kalibrierung gewährleistet die maßstabsgerechte Erhaltung des Profilquerschnittes bis zur Erstarrung der Schmelze. In der Kalibriereinheit erfolgt eine Zwangskühlung zur Beschleunigung der Erstarrung. Das Erreichen des gewünschten Aussenprofils erfolgt durch immer kleiner werdende Blenden, so genannte Ziehblenden (Vakuum od Druckluft)

3)    Konfektionierung: beinhaltet alle nachfolgenden Schritte die gleich an den kontinuirlichen Prozess angebunden sind (Bohren, Schneiden etc)

4)    Werkzeug: Vollstabwerkzeuge; Werkzeuge für Rohre und Profile; Werkzeuge für Folien und Tafeln; Werkzeuge für Blasfolien; Ummantelungswerkzeuge

5)    Antriebseinheit: Elektromotor

1.    Kniehebelschliesseinheit:

Vorteile: optimale Kinetik für Spritzgiessprozess

1)   Anfangs eine hohe Geschwindigkeit bei geringem Kraftaufwand (schnelle Positionierung)

2)    Später langsames Zufahren mit grosser Kraft (Schonung des Werkzeuges von Stössen)

3)    Zum Zuhalten ist (theoretisch) kein weiterer Kraftaufwand mehr nötig

Nachteile:

1)    Optimale Wirkung nur bei genauer Abstimmung auf Werkzeug (Justieraufwand)

2)    Thermische Ausdehnung Werkzeug kann zu Schließproblemen führen

3)    Mechanik anspruchsvoll und daher kostenintensiv

Die hydraulische Schliesseinheit

Großer Vorteil ist die Anpassungsfähigkeit an verschiedene unterschiedliche Werkzeugsabmessungen, auf Kosten ungünstiger Schließkinetik.

Die Kalibrierung gewährleistet die massstabsgerechte Erhaltung des Profilquerschnitts bis zur Erstarrung der Schmelze. Sie erfolgt im Allgemeinen aussen. Gekühlt wird mit Wasser (Besprühung oder im Wasserbad). Der extrudierte Strang wird durch Blenden gezogen, bis das gewünschte Nennmass erreicht wird.

 

1               Plastif kst im Schneckenvorraum

2               Plastif kst in im Wz

2-3    Nachdrücken bis Anschnitt hart ist
3-4    Abkühlzeit d.h. bis Kst keine Formänderung mehr macht aber

         trotzdem noch „heiss“ ist

4-5    Das Werkstück wird entformt und kühlt bis auf RT ab. Mat schwund: 5%.

Durch den Nachdruck wird der Masseschwung in Grenzen gehalten (Formspeicherung) und die Formgebung begünstigt, so dass entformt werden kann und zwar bei hinreichender Festigkeit.
 

Mittels Extrusion können Profile mit konstantem Querschnitt hergestellt werden. Dafür sind prinzipiell alle Thermoplaste geeignet, sofern hohe Schmelzviskosität (tiefes MFR) vorliegt. Am meisten wird PVC, PE und PP extrudiert. Auch Elastomere lassen sich extrudieren, zB für Dichtprofile.

 

Beide: Fördern; Aufschmelzen; Ausstossen. Doch die Schnecke muss zusätzlich noch den Druck aufbauen und die Einspritzung der Schmelze übernehmen. Der Schneckenapparat ist somit komplexer, da er sich noch axial verschieben muss.

1) Werkzeug schliesen
2) Spritzaggregat anpressen
3) Einspritzverzögerung
4) Einspritzen
5) Nachdrücken
6) Maschinenkühlzeit
6.1) Dosierverzögerung
6.2) Dosieren
7) Werkzeug öffnen
8) Auswerfen

Ausgangspunkt:
- ausreichend plast. Kst. im Schneckenraum vorhanden
- Spritzaggregat ist vom Werkzeug
- Werkzeug geöffnet

Grösster Einfluss: Maschinenkühlzeit

Beschreibung: s. 48. Mit dem Unterschied, dass das Temperaturfenster für die grössten Umformgrade massiv kleiner ist (2-5°C um das Dehnungsmaximum)
 

Beim Dehnungsmaximum sind die grössten Verformungsgrade möglich. Jedoch ist dabei die Temperatur relativ niedrig und somit ist aufgrund des Rückstellbestrebens der Einsatz des Werkstückes temperaturmässig eingeschränkt.

Bei höheren Temperaturen sinkt die Dehnungskurve wieder ab (Warmsprödigkeit). Zwar sind die Verarbeitungstemperaturen höher, die Umformgrade aber umso tiefer.

Das Rückstellbestreben hat ihren Ursprung in der Verkettung, die auch bei höheren Temperaturen besteht. Generell ist das Bestreben geringen, je höher die Umformtemperatur. Ohne äussere Kraft würden die Sekundärbindungen wieder in die ursprüngliche Lage wandern, sobald sich die Einsatztemperatur der Umformungstemperatur nähert.

 

Das Werkzeug wird mit Fasern ausgelegt und danach geschlossen. Mit hohem Druck wird das Harz in das Werkzeug über die Druckleitung gepresst. Als Folge davon tränkt sich das Werkstück mit guter Verdichtung. Sobald das Harz in die Überläufe zu steigen beginnt, ist der Zyklus fertig und das Werkstück mit Harz getränkt.

RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding)

Vorteil: Sehr gute Verdichtung

Nachteil: Hohe Investitionskosten für Werkzeug und Maschine

Vakuumverfahren

Vorteil: geringere Investitionskosten

Nachteil: Schlechtere Verdichtung, deshalb geringere Festigkeit als RTM

Schweissen:

Unter Kst-Schweissen versteht man das Vereinigen von thermoplastischen Kst. unter Anwendung von Wärme und Arbeit (Plastifizieren, Fügen, Verfestigen).

+ Schnell, günstig
+ gute Festigkeit

- nur Thermoplaste schweissbar
- Fügeteile brauchen ähnliche therm. Eigenschaften

Apparate-/Rohrleitungsbau

Montagetechnik

Kleben:

Unter Kleben versteht man das Vereinigen von Kst. unter Anwendung von Klebstoffen. Klebstoffe sind nichtmetallische Werkstoffem mit denen Fügeteile durch Flächenhaftung miteinander verbunden werden, ohne dass sich das Gefüge ändert.

+ untersch. Werkstoffe können verbunden werden

- Nur auf Scherung beanspruchbar

Befestigung für Kabelführungen

Flugzeugbau

Thermoplast

Thermoplast

Bei gegebener Temperatur nimmt die Viskosität ab und bleibt konstant solange auch die Temperatur konstant bleibt.

Beim Spritzgiessen muss der Zylinder warm sein und das Werkzeug kalt. So ist sichergestellt, dass der Kst. im Zylinder flüsig ist und im Werkzeug erhärtet.

Duroplast

Zunächst sinkt die Viskosität doch steigt dass wieder an. Es setzt eine exotherme Vernetzungsreaktion ein. Durch die entstehende Wärme steigt die Temperatur und die Viskosität nimmt aufgrund der bildenden Vernetzung zu.

Beim Spritzgiessen muss der Zylinder kalt sein und das Werkzeug warm. So ist sichergestellt, dass der Kst. im Zylinder flüssig ist und im Werkzeug erhärtet.

Das Pultrusionsverfahren eignet sich zur Herstellung von faserverstärkten Harzen und funktioniert wie eine „umgekehrte“ Extrusion: das Harz härtet nach der Erwärmung aus.
+ kontinuierliches Verfahren
-  starte Anisotropie: Belastbarkeit senkrecht zur Faser sehr tief

Unter Downcycling versteht man eine Qualitätsminderung des Rezyklats bei wiederholtem recyclen. Grund dafür ist der Kettenabbau auf molekularer Ebene. Man kann dem entgegenwirken, indem man dem Rezyklat Additive beimischt (Re-Coumpoundierung) oder indem man Neuwarte mit dem Rezyklat mischt. So würde ein Teil der Additive der Neuware auch dem Rezyklat zugute kommen.

Energetische Verwertung bedeutet die Herstellung von Wärmeenergie aus Kst. zwecks Einsparung von anderen Energieträgern wie Erdöl, Erdgas, etc. Der Abfall muss nicht getrennt werden wie bei der rohstofflichen oder werkstofflichen Verwertung. Es ist jedoch nur sinnvoll, wenn die entstehende Energie auch genutzt wird, zB als Fernwärme oder in Zementwerken, um die Öfen zu befeuern (allfällige Glasfasern können dem Zement beigefügt werden, so entsteht keine Schlacke). Des weiteren ist es irrelevant, ob der Kst. verunreinigt ist. Bei der roh- und werkstofflichen Verwertung hingegen mindern Verschmutzungen die Wiederverwendbarkeit.

 

am besten wenn
- sortenrein
- keine Verunreinigungen
- keine Verbundwerkstoffe

Beispiel PET: Bei PET-Flaschen wird die Sortierung auf den Kunden übertragen. Aufgrund der speziell dafür vorhandenen Containern ist es einfach sortenreines PET-Material zu erhalten. Zudem sind sie nicht so stark verschmutzt, da sie i.d.R. keine heiklen Fluide beinhalten. Somit kann PET einfach gemahlen werden und wieder in den Fertigungsprozess eingeführt werden.