Kunststoff 2 KuStoVA2

• Energieelastische Verformung εel: Reversible Verformung unter Änderung der inneren Energie in den Primärbindungen der Makromoleküle, folgt der Belastung praktisch ohne Zeitverzug, tritt hauptsächlich im Glaszustand auf.

• Entropieelastische (viskoelastische) Verformung εve: Reversible Verformung unter Änderung des Ordnungszustandes der Makromoleküle folgt der Belastung mit zeitlicher Verzögerung, tritt hauptsächlich oberhalb der Glastemperatur auf.

• Bleibende Verformung εpl: Irreversible (bleibende) Verformung infolge Bildung von Verstreckungen und Mikrorissen (Crazes), Abgleiten und/oder Aufreissen von Molekülkettensegmenten sowie Aufreissen von Partikelgrenzen, tritt hauptsächlich oberhalb der Glastemperatur und bei grösseren Verformungen auf, d.h. oberhalb der Fliess- bzw. Fliessgrenzdehnung. 

Viskositätsbestimmung über Drehmomentmessung: Drehmoment proportional zur Schubspannung, Schergeschwindigkeit proportional zur Winkelgeschwindigkeit

-konstante Schergeschwindigkeit (nicht bei Platte-Platte)

-grosse Flächen = grosse Widerstände: meist nur kleine Schergeschwindigkeiten messbar

Restitution ist definiert als Verformungsabnahme in Funktion der Zeit nach Entlastung und kann im Anschluss an einen abgebrochenen Zeitstand-
Versuch, z.B. Zeitstand-Zugversuch (DIN 53 444) gemessen werden. 

Relaxation ist definiert als Spannungsabnahme in Funktion der Zeit bei konstanter Verformung und kann im Spannungsrelaxationsversuch (DIN 53 441) gemessen werden. 

Praktisch alle Kunststoffe, auch gefüllte und faserverstärkte, erfahren ab einer gewissen Verformung irreversible Schädigungen im Mikrobereich durch Bildung von Fliess- resp. Verstreckungszonen (Crazes) und Rissen sowie Aufreissen von Partikelgrenzflächen. 

Kriechen ist definiert als Verformungszunahme in Funktion der Zeit bei konstanter Last 

Bei Kunststoffen mit zähem Verhalten geht dem Bruch eine mehr oder weniger grosse Verstreckung voraus

• Mechanik auf molekularer Ebene: Makromoleküle gleiten aneinander ab

• Äusserlich als sog. Weissbruch erkennbar

• Die Spannung im Verstreckungsbereich

  bleibt dabei mehr oder weniger in derselben Grössenordnung, so dass die Verformungen unkontrolliert zunehmen können. 

Viskositätsbestimmung über Eintauchwiderstand eines Stempels

-Schergeschwindigkeit nur bedingt konstant

-nur kleine Schergeschwindigkeiten messbar, da im Strukturviskosen Bereich eine aufwändige mathematische Beschreibung des Strömungszustandes erforderlich ist.

Bei mehrachsigen Spannungszuständen ist das Bruchverhalten von einem komplexen Zusammenwirken der Spannungskomponenten und einer charakteristischen Zeitabhängigkeit geprägt

Die Bruchfestigkeits-Kennwerte eignen sich bei der Festigkeitsberechnung in aller Regel nur für Kunststoffe mit sprödem Verhalten. 

Lösung:

Bruch ist eine der kritischsten Versagensursachen. Die zum Bruch führenden Werte von Spannung und Dehnung hängen abgesehen von der Temperatur beim Kurzzeitversuch von der Belastungsgeschwindigkeit ab, beim Zeitstandversuch von der Belastungsdauer. 

Wird der Werkstoff höheren Temperaturen ausgesetzt, so wird bei gleicher Belastung die Lebenserwartung geringer. Während der Zusammenhang zwischen Belastung und Zeit zunächst abfallend linear verläuft, kommt es nach einer bestimmten Zeit zu einem deutlichen Knie und Steilabfall der Zeitstandkurve. Deshalb sind Betriebstemperatur und Belastung eines Kunststoffes unterschiedlich zu bestimmen. (Bsp von Polybuthen (PB)) 

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Kunststoffe zeigen unter statischer bzw. quasistatischer Belastung je nach Kunststoffart und herrschenden Bedingungen grundsätzlich zähes oder sprödes Verhalten. Sprödes Verhalten ist durch ein geringes Arbeitsaufnahmevermögen und Trennbruch gekennzeichnet, bei zähem Verhalten ist das Arbeitsaufnahmevermögen gross, und es kommt zu mehr oder weniger ausgeprägtem Verformungsbruch. 

• Bruch

• Zeitstandfestigkeit

• Mehrachsiger Spannungszustand

• Verstreckung

• Rissbildung

• Kriechen

• Relaxation

• Rückverformung / Restitution

• Verformung

• Viskoelastizität 

• Kennwerte
• Statisches Verhalten
• Spannungs-Dehnungsverhalten 

-Einzugszone: Sie zieht das als Schüttgut voliegende Material aus dem Tricter ein und fördert es.

-Kompressionszone: Sie verdichtet das von der Einzugszone angelieferte Material und plastifiziert es.

-Meteringzone: Sie homogenisiert die Schmelze und bringt sie auf die gewünschte Temperatur. Hierfür wird bei konventionellen Extrudern Druck aufgebaut. Damit ist sie bei konventionellen Extrudern durchsatzbestimmend.

• Mechanische
• Technische
• Chemische 

1: Leckstrom,
2: Schmelze,
3: Zylinder,
4: Feststoff,
5: aktive Flanke,

6: passive Flanke,

7: Schnecke

1: Mundstück,

2: Dornhalter,

3: Dorn,
4: Schmelzeeinlauf,

5: Lochplatte,
6: Stege

Beanspruchung von Bauteilen

• Mechanisch
• Thermisch
• Elektrisch
• Chemisch-physikalisch

Abhängigkeit des mechanischen Verhaltens

• Temperatur
• Belastungszeit
• Belastungsgeschwindigkeit
• z.T. Feuchtigkeit

• Thermoanalyse (DSC, TGA)

• Spektrometrie (IR, RFA)

• Chromatographie (Trennverfahren)

• Rasterelektronenmikroskopie (REM) 

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Fehler in der Produktion

• Werkstoffwahl
• Konstruktion, Auslegung des Bauteils
• Verarbeitung, Formgebung
• Veredelung
• Lagerung, Transport

Versagen bei der Anwendung

• mechanische Überlastung
• nicht vorgesehene Beanspruchung
• physikalische & chemische Alterung

• Fächeranguss
• Staubalkenanguss

• Kerndämmung mit oder ohne Luftschicht; 25 % Energieeinsparung gegenüber anderen Dämmmaterialien
• Schlanke Wandkonstruktionen

• Feuchtebeständig

• Langlebiger Wetterschutz 

• Dichte 10-18kg/m3

• Dehnungswerte von 300-500 %

• Gutes Rückstellverhalten ( DVR )

• Super weich ( 0,3-0,6 kPa), daher gute Eignung als Polsterungs- und Wattierungswerkstoff

• Hohe Luftdurchlässigkeit 

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• Das Niederdruckverfahren wird eingesetzt bei hohen Viskositäten (20.000 mPas).

• Kostengünstigere Anlagentechnik im Vergleich zum Hochdruckverfahren.

• Einsatz bei extremen Masseströmen und Formteilgewichten:

• Minimal: Masseströme < 20-30 g/s, Formteilgewichte < 1 g.

• Maximal: Weichschaumblockherstellung 

• Exakte Dosierung und Einhaltung des Schussgewichts

• Verarbeitungsmöglichkeit hochreaktiver Systeme durch extrem kurze Mischzeiten

• Minimale Materialverluste durch kleine Kammervolumina

• Geringe Umweltbelastung durch mechanische Selbstreinigung

• Füllung von geschlossenen Formen unter Gegendruck 

• -  Die Aufgabe einer Spritzgiessmaschine ist die diskontinuierliche Herstellung von Formteilen aus vorzugsweise makromolekularen Formmassen

• -  Das Urformen geschieht unter Druck.

• -  Das meist granulatförmige Material muss in

  einen fliessfähigen, schmelzeförmigen Zustand

  umgewandelt werden (Elastomere: Streifen).

• -  Material wird durch Rotation der Schnecke und

  Erwärmung über den Plastifizierzylinder

  plastifiziert.

• -  Im Spritzgiesswerkzeug werden Thermoplaste

  abgekühlt. Im Falle vernetzender Formmassen (Elastomere/Duroplaste) wird das Werkzeug beheizt und somit die Vernetzungsreaktion initiiert.

• -  Innere Eigenschaften: Molekulargewicht, Kristallinität, Orientierungen, Eigenspannungen, etc.

• -  sind abhängig von: Schmelzbelastung, Schmelzedeformation, Abkühlverlauf während dem Spritzgussprozess

Lösung: