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Wie ändert sich die Viskosität bei steigender Temperatur, Druck und Molmasse?
Temperatur steigt --> Viskosität sinkt
Druck steigt --> Viskosität steigt leicht
Molmasse steigt --> Viskosität steigt deutlich
Was kann mna im Verlauf des spezifischen Volumens über der Temperatur eines Kunststoffs deutlich erkennen?
Die Glasübergangstemperatur bzw. den Glasübergang bei dem die Schmelze völlig erstarrt.
Diesen Phasenübergang sieht man als Knick im Diagramm.
Wie lautet die Gleichung für die Dichte in Abhängigkeit von der Temperatur?
Diese Gleichung gilt nur für die linearen Berecihe im p-v-T-Diagramm!
p(T)= p0/ [1+alpha*(T - T0)]
alpha: linearer Wärmeausdehnungskoeffizient
p0: Dichte bei Referenztemperatur T0
Ordne Polypropylen, Polyamid, Eisen und Aluminium nach ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Polypropylen: 200 * 10^-6 K^-1
Polyamid: 120 * 10^-6 K^-1
Aluminium: 24 * 10^-6 K^-1
Eisen: 12 * 10^-6 K^-1
Wie lautet die volumetrische Mischungsregel und wann wird sie angewendet?
Die volumetrische Mischungsregel wird zur Berechnung des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten (l.W.) von gefüllten Kunststoffen (Compounds) benutzt.
alphac = alphak * (1-vf) + alphaf * vf
alphac: l.W. des Compounds
alphak: l.W. des Kunststoffs
alphaf: l.W. des Füllstoffs
vf: Volumenanteil des Füllstoffs
Wie korreliert die Wärmeleitfähigkeit mit der Temperatur bei den Thermoplasten?
Die Wärmeleitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab.
Teilkristalline sind dabei stärker abhängig als amorphe (PC, PS)
Ordne Kunststoffe, Aluminium, Eisen und Wasser nach Wärmekapazität.
Eisen: 0,45 kJ/(kg K)
Aluminium: 0,9 kJ/(kg K)
Kunststoffe: 0,4 - 2,7 kJ/(kg K)
Wasser: 4,18 kJ/(kg K)
Woraus berechnet sich die Temperaturleitfähigkeit?
a = lambda/ (cp * rho)
a: Temperaturleitfähigkeit
lambda: Wärmeleitfähigkeit
cp: spezifische Wärme
rho: Dichte
Was ist das Besondere an der Temperaturleitfähigkeit von teilkristallinen Thermoplasten?
Die teilkristallinen Thermoplasten zeigen...
- unter Schmelztemperatur eine deutliche Abnahme bei steigender Temperatur
- eine Unstetigkeit im Schmelzpunkt
Welche Arten von mechanischer Beanspruchung unterscheidet man?
- Kurzzeitbeanspruchung
- Langzeitbeanspruchung
- Stoßbeanspruchung
- dynamisch/zyklische Beanspruchung
Welche Art von Prozessen treten bei mechanischer Belastung von Kunststoffen auf?
- reversible
- irreversible
Erläutere den Begriff Elastizität.
Die Elastizität beschreibt die reversible Verformung unter Last.
Den Sonderfall der linearen Elastizität beschreibt das Hook'sche Gesetz: σ = E * ε
σ: Spannung
E: E-Modul
ε: auftretende Dehnung
Eläutere den Begriff Plastizität.
Plastizität beschreibt die irreversible Verformung.
Dieses Verhalten wird bei Polymeren auch als "Fließen" bezeichnet. (Arbeit wird quasi vollständig zu Wärme)
Wie bestimmt man den Elastizitätsmodul?
Über den universellen Zugversuch auf einer Universalprüfmaschine.
Der Versuch wird unter quasi-statischen Bedingungen durchgeführt, bei einer Dehnung zwischen 0,05 - 0,25%.
Was ist der Unterschied zwischen berührenden und optischen Messverfahren?
berührend: technische Spannung (längs)
optisch: wahre Spannung (längs & quer)
Wie werden technische und wahre Spannung berechnet?
σtechnisch = F/A0
σwahr = F/An
F: gemessene Kraft
An: momentaner Probenquerschnitt
A0: anfänglicher Probenquerschnitt
σ: Spannung
Wie werden technische und die wahre Dehnung berechnet?
Technische Dehnung:
εtech = [l(t) - l0]/ l0 = Δl/l0
Wahre Dehnung:
εwahr = ln[l(t)/l0] = ln[(l0 + Δl)/ l0]
Welche zwei Einflussfaktoren verändern insbesondere das mechanische Werkstoffverhalten?
- Umgebungstemperatur
- Belastungszeit
Diese beiden Faktoren werden gemeinsam mithilfe der Zeit/Temperatur-Verschiebung (ZTV) betrachtet.
Wie funtioniert das Prinzip der Zeit/Temperatur-Verschiebung (ZTV)?
Die ZTV ist eine empirisch gewonnene Regel (kein phys. Gesetz).
Das ZTV verringert den zeitlichen Aufwand für Versuche mit geringer Dehngeschwindigkeit, indem sie diese durch Versuche mit erhöhter Temperatur und hoher Dehngeschwindigkeit ersetzt.
Dafür muss nur der werkstoffabhängige k-Faktor der Verschiebungsregel bekannt sein, um den Verschiebungsfaktor der Masterkurve zu berechnen.
Wie lautet der modifizierte Arrhenius-Ansatz zur Berechnung des Verschiebungsfaktors des ZTV?
log aT = log (t/tref) = k * (1/T - 1/Tref)
aT: Verschiebungsfaktor
T: Temperatur gemessen
Tref: Referenztemperatur
t: Belastungszeit (der Messung)
tref: Referenzbelastungszeit
k: werkstoffabhängiger Faktor
Was ist bei der Untersuchung des Langzeitverhaltens von Polymeren zu beachten?
Aufgrund der Viskoelastizität fließen Polymere unter langzeitigen Belastungen.
Typischerweise werden Relaxations- und Retardationsverhalten untersucht.
Wie ermittelt man das Relaxations/Retardationsverhalten?
Relaxationsverhalten:
Probe wird um festen Wert gedehnt, Spannung über der Zeit gemessen. (Dehnung konstant)
Retardationsverhalten:
Probe mit festgelegter Belastung, Dehnungen werden gemessen. (Last konstant)
Welche Feder/Dämpfer-Modelle benutzt man für das Relaxations/Retardationsverhalten?
Relaxation: Maxwell-Modell
Retardation: Voigt-Kelvin-Modell (Kriechen)
Wie konstruiert man ein isochrones Spannungs/dehnungsdiagramm? Was ist der Unterschied zum normalen?
Im isochronen Diagramm dient die Belastungszeit als Parameter.
Im normalen wird mit der Belastungsgeschwindigkeit parametrisiert.
Welcher Kunststoff ist besonders gut geeignet für Stoßbelastungen und durch welche Eigenschaften?
Teilkristalline Thermoplaste aufgrund ihrer...
- hohen Verformbarkeit
- hohen Zähigkeit
- mechanische Dämpfung
Wie verändert sich das Verformungsverhalten bei Stoßbelastungen?
Von einem linearviskoelastischen zu einem linearelastischen Verhalten.
Damit fällt die Bruchdehnung ab.
Wie berechnet man gekerbte Teile hinsichtlich Stoßverhalten?
Ein Dehnungsgrenzwert kann nicht verwendet werden.
Stattdessen kann man die kritische Energie verwenden, welche der Fläche unter der Spannungs/Dehnungskurve im entsprechenden Diagramm entspricht.
Diese nimmt mit der Verformungsgeschwindigkeit zunächst zu um anschließend auf ein Minimum zu fallen.
Wie laufen Schnellzerreiß- und Impactversuche ab?
Schnellzerreißversuche:
Läuft wie der Zugversuch nur mit höheren Abzuggeschwindigkeiten bis zu 10 m/s.
Impactversuche:
Eine Fallmasse wird aus einer definierten Höhe auf die Probe fallen gelassen.
Wie verhalten sich Kunststoffe bei dynamischer Belastung?
Die Viskoelastizität bewirkt eine Phasenverschiebung zwischen Dehnung und Spannung. (Spannung eilt voraus)
Der Phasenwinkel zeigt die Elastizität/Viskosität an.
δ=0: vollständig elastisch
δ=90: vollständig viskos
Der mechanische Verlustfaktor ist die Wärmeabgabe des viskosen Anteils.
Durch welches Modell kann die dynamisch-zyklische Beanspruchung veranschaulicht werden?
Durch das Maxwell-Modell.
Dabei speichert die Feder Energie und der Dämpfer gibt Wärme ab.
