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Wie wirken sich Fasern und ihre Orientierung in einem Kunststoff bei Belastung aus?
Belastung in Faservorzugsrichtung -> steifer und fester
Was sind Eigenspannungen und woher kommen sie?
Eigenspannungen sind innere mechanische Spannungen. Beruhen auf Abweichungen der Atomabstände und der Valenzwinkel.
Folge inhomogener Abkühlbedingungen. Sie sind unvermeidlich.
Welche Arten von Eigenspannungen gibt es?
- Thermisch induzierte
- Druckinduzierte
Wie entstehen thermisch induzierte Eigenspannungen?
Randschichten erstarren zuerst, Konstraktion der inneren Zone wird behindert.
Wie entstehen druckinduzierte Eigenspannungen?
Nachförderung von Schmelze in den schmelzeförmigen Bereich. (Abkühlungsexpansion von Randschicht unterdrückt.)
Innen: Druckeigenspannung
Außen: Zugeigenspannung
Welche Faktoren legen die Höhe der Eigenspannungen fest?
- eingesetzter Kunststoff
- Geometrie
- Verarbeitung
- Nachbehandlung
Welche Umweltfaktoren wirken auf die Kunststoffe ein?
Mechanische Belastung:
- statische Kräfte
- dynamische Kräfte
- Scherung
Temperatur:
- Wärme
- Kälte
Strahlung:
- Licht
- UV-Strahlung
- elektromagnetische Strahlung
- Korpuskularstrahlung
Natürliche Medien:
- Luft und Feuchtigkeit
- Wasser
- Erde
Biologische Meiden:
- Mikroorganismen (Bakterien, Pilze)
- Planzen, Tiere
Chemische Medien:
- Öl, Tensde
- Schadstoffe (z.B. Ozon)
Was ist Alterung und in welchen drei Teilschritten verläuft sie?
Alterung: Alle mit der Zeit zunehmenden irreversiblen Veränderungen (Ursache, Vorgang, Erscheinung).
Was ist bei der chemischen Alterung zu beachten und welche sind die vier wichtigsten Vorgänge?
Chemische Alterung beeinflusst die Hauptvalenzen und ist irreversibel (auch bei erneutem Schmelzen).
Ursache: Strahlungsenergie oder thermische Energie.
Die wichtigsten Vorgänge sind:
- Oxidation
- Molekulargewichtsabbau
- Hydrolyse
- Nachpolymerisation
Was ist bei de physikalischen Alterung zu beachten?
Es kommt zu Veränderungen der Nebenvalenzen, was immer eine Veränderung der Struktur bewirkt.
Ursachen:
Innen: Orientierung, Eigenspannungen, Kristallisation
außen: Energie, Fremdmoleküle
Wie heißen die zwei mengenmäßig wichtigen Urformverfahren und was sind ihre Gemeinsamkeiten?
- Spritzgießverfahren (diskontinuierlich)
- Extrusionsverfahren (kontinuierlich)
Gemeinsamkeiten: Die Plastifizierung (AUfschmelzen) erfolgt durch eine rotierende Schnecke.
Aus welchen Elementen besteht typischerweise eine Extrusionsanlage?
- Materialzuführung & Dosierung
- Werkzeug
- Extruder
- Kalibriervorrichtung
Welche zwei Teile einer Extrusionsanlage bestimmen die Form des Produkts?
- Werkzeug
- Kalibriervorrichtung
Welche Halbzeuge sind mit dem Extrusionsverfahren herzustellen?
Zweidimensionale Halbzeuge:
- Platten
- Folien
- Kabel
- Rohre
- geometrisch komplizierte Profile
Nenne die vier gebräuchlichsten Extrusionsverfahren und ihre Produkte.
- Flachfolienextrusion (Platten, Folien)
- Blasfolienextrusion (Folien)
- Profilextrusion (Profile, Rohre)
- Faserspinnen (Fasern, Textilien)
Bei allen Verfahren wird der Kunststoff im Extruder kontinuierlich aufgeschmolzen, homogenisiert und über ein Werkzeug ausgetragen.
Ab welcher Dicke wird aus einer Folie eine Platte?
Folie: 1 - 750 μm
Platte: > 750 μm
Wie funktioniert die Blasfolienextrusion?
Der Schmelzestrom wird...
- durch den Blaskopf in Ringspaltströmung überführt
- das Werkzeug als Schlau verlassen
- nach oben gezogen und gekühlt
- durch die Erstarrung und den Zug orientiert
- aufgeschlitzt und aufgewickelt
Was wird durch Profilextrusion hergestellt und was ist dabei besonders wichtig?
Komplexe Geometrien werden hergestellt, was zu Werkzeugen mit zum Teil sehr komplizierten Aufbau führt.
Die Kalibrierung ist hier besonders wichtig um die Maßtoleranz zu gewährleisten.
Wie sieht eine typische Vliesanlage aus und wie funktioniert sie?
Die Schmelze wird durhc kleine Löcher gepresst, wodurch Filamente mit einem Durchmesser weniger Mikrometer entstehen. Anschließend werden sie luftgekühlt und zum Vließ abgelegt.
Welche drei Zonen hat ein Schneckenextruder?
- Einzugszone (Granulat aus Trichter ziehen)
- Kompressionszone (Druck aufbauen)
- Meteringzone (weiter homogenisieren)
Welche vier Aufgaben erfüllt ein Extruder?
- Material aufschmelzen und auf Temperatur bringen
- Druck aufbauen
- Füll/Farbstoffe einarbeiten
- thermisch/zeitlich/stofflich konstanten Strom erzeugen
Wo findet der heiße/kalte Teil der verarbeitung statt?
heißer Teil: Extruder, Werkzeug
kalter Teil: Kalibrierung, Wicklung usw.
Welche Verfahrensschritte hat jeder Extrusionsprozess zur Herstellung von endlosen Halbzeugen (Folien, Rohre...)?
- Materialeinzug
- Aufschmelzen
- stoffliches/thermisches Homogenisieren
- Fördern
- Druck aufbauen
- austragen durch ein Werkzeug
Können Eigenschaften des Materials auch noch nach dem Austritt aus dem Extrusinswerkzeug verändert werden?
Ja, dies wird beispielsweise bei der Folienextrusion genutzt um Orientierungen in die Folie einzubringen.
Wie kann man mehrschichtige Folien herstellen?
Über das Verfahren der Coextrusion.
Hierbei werden mehrere Schmelzeströme aus verschiedenen Extrudern in einem Werkzeug zu Schichten geformt und aufeinander geführt.
Wo liegen die Anwendungsbereiche von Flachfolien?
- Frischhaltefolie
- Folien für Becher
- Displayschutzfolien
- Folien mit integrierten Leuchtdioden
- Klebeband
Welche Massen kann das Flachfolienextrusionsverfahren erzeugen?
Dicke: wenige Mikrometer bis Millimeter
Breite: bis zu 5 m
Durchsatz: bis zu 3 t pro Stunde
Auf welche Werkstoffeigenschaften hat der heiße Teil der Verarbeitung Einfluss?
- Molekulargewicht
- Viskosität
- farbe
- Vercrackungen
- Orientierung
Wie ändert sich das Molekulargewicht im Extruder?
Durch thermische und mechanische Energie werden die Polymerketten gespalten. Das Molekulargewicht verringert sich.
Bei Polykondensaten kommt es zur Hydrolyse (Spaltung der Polymerketten) falls sie zu feucht verarbeitet werden.
Das abnehmende Molekulargewicht kann zur Verringerung der Viskosität führen, was den Prozess zusammenbrechen lassen kann.
Wo tritt ein deutlicher Abfall des Molekulargewichts aus?
Beim Recycling.
Die mehrfache Verarbeitung führt zu einer stärkeren Belastung und Abnahme des Molekulargewichts.