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Labor für Polymertechnik Praktikum Kunststofftechnik MB.

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Präsentation zum Thema: "Labor für Polymertechnik Praktikum Kunststofftechnik MB."—  Präsentation transkript:

1 Labor für Polymertechnik Praktikum Kunststofftechnik MB

2 Labor für Polymertechnik Praktikum Kunststofftechnik MB Zugversuch Zugversuch Wärmeformbeständigkeit nach Martens Wärmeformbeständigkeit nach Martens Wärmeformbeständigkeit nach HDT Wärmeformbeständigkeit nach HDT Bestimmung der Vicat – Erweichungstemperatur Bestimmung der Vicat – Erweichungstemperatur Schmelz- und Fließverhalten von Thermoplasten Schmelz- und Fließverhalten von Thermoplasten Torsionsschwingversuch (EN ISO und -2) Torsionsschwingversuch (EN ISO und -2) DMTA (Dynamische mechanische thermische Analyse) DMTA (Dynamische mechanische thermische Analyse) Schlagbiegeversuch (DIN EN ISO 179 Teil 1) ( Charpy ) Schlagbiegeversuch (DIN EN ISO 179 Teil 1) ( Charpy ) Identifizieren von Kunststoffen Identifizieren von Kunststoffen (Brandverhalten, Rußbildung, Geruch der Schwaden) (Brandverhalten, Rußbildung, Geruch der Schwaden) Beilsteinprobe Beilsteinprobe IR-Spektroskopie IR-Spektroskopie

3 Labor für Polymertechnik Vielzweck-Probekörper nach ISO 3167, gespritzt: Typ A, gepresst: Typ B Schulterprobe Typ 1A Schulterprobe Typ 5 Probekörper Typ 2 Folien / Tafeln

4 Labor für Polymertechnik Das Bruchverhalten der verschiedenen Kunststoffe ist nicht einheitlich, außerdem hängt es von der Belastungsgeschwindigkeit, der Temperatur, dem Spannungszustand sowie weiteren Einflußfaktoren ab. Spröde Kunststoffe zeigen unter Zugbeanspruchung den so genannten Trennbruch (Abb. 1), während zähe Kunststoffe durch Verformungsbruch versagen. Ist jedoch die Temperatur tief oder die Belastungsgeschwindigkeit hoch, so können auch zähe Kunststoffe sprödes Verhalten zeigen. Trennbruch spröder Kunststoffe Verformungsbruch zäh, verstreckbarer Kunststoffe Der Trennbruch ist praktisch verformungsfrei und verläuft senkrecht zur Belastungsrichtung bzw. zur größten Normalspannung.

5 Labor für Polymertechnik

6

7 PA 6SAN

8 Labor für Polymertechnik Zugversuch (EN ISO 527-1) (Tensile Test) Mechanisches Verhalten: spröde, zähelastisch, verstreckbar Kennwerte:Streckspannung Y, Zugfestigkeit M, Bruchspannung B Streckdehnung Y, Dehnung bei Zugfestigkeit M, Bruchdehnung B, E-Modul, Versuchsaufbau:Universalprüfmaschine (max. Prüfkraft 50 kN) mit Längenmessgerät, Keilspannbacken und Meßwerterfassungsprogramm Versuchsparameter: Anfangsmesslänge…………………………… lo = 50 mm Prüfgeschwindigkeit……………………… …………20 mm/min Prüfgeschwindigkeit bei E-Modul Bestimmung Probenform Schulterprobe A1……………………… Prüftemperatur [°C]………………… Auswertung:Spannung ; Dehnung ; E-Modul ;

9 Labor für Polymertechnik amorph, durchsichtig amorph (aber undurchsichtig durch Butadien) amorph, durchsichtig teilkristallin Kurzglasfaser teilkristallinMolekularstruktur Füllstoffe Rückleuchten, Außenspiegel, Bedienungs- Elemente, Scheinwerfer - Glasersatz, Schutzhelme, Stoßfänger, Ansaugkrümmer, Luftfiltergehäuse, Radkappe, Anwendungsbeispiele MPa1895MPa1410 MPa950 MPa8470MPa1935 MPa E-Modul E 3,5%125,8%5,5%183,7%2,6%190 % Bruchdehnung B 71MPa56,8MPa 28,6MPa 12,5MPa141,9MPa39,1 MPa Bruchspannung B -- 6,3%2,6%6,4%-24 % Streckdehnung y -- 51,9MPa 36,5MPa 15,4MPa - 52MPa Streckspannung y Typ a spröde Typ b - zäh mit Streckpunkt Typ c - zäh mit Streckpunkt Typ a spröde Typ b - zäh mit Streckpunkt typisches Spannungs - Dehnungsverhalten (schematische Skizze) 40,3540,0040,1537,1241,9242,23 Abmessungen Ao [mm²] PMMAPCABSPPEPDMPA GF 20PA 6 Wichtiger Kennwert für Funktion des Bauteils Mechanisches Verhalten

10 Labor für Polymertechnik

11 Steife und weiche Kunststoffe Nur für harte, spröde Kunststoffe Verfahren zur Bestimmung der Erweichungs- bzw. Wärmeformbeständigkeitstemperatur

12 Labor für Polymertechnik Bestimmung der Formbeständigkeit in der Wärme nach Martens Harte und spröde Kunststoffe

13 Labor für Polymertechnik Bestimmung der Vicat – Erweichungstemperatur Vicat Softening Temperature (VST) Weiche und zähe Thermoplaste

14 Labor für Polymertechnik HDT (ISO/R75) Heat Deflection Temperature Steife und weiche Werkstoffe HDT-A HDT-B HDT-C 1,8 MPa 0,45 MPa 8,0 MPa HDT-C HDT-A HDT-B 8 MPa 1,8 MPa 0,45 MPa Temperatur

15 Labor für Polymertechnik Kunststoff Wärmeformbeständigkeit nach Martens [°C] Harte und spröde Kunststoffe 4 Punkt – Biegung Vicat Erweichungstemperatur [°C] Weiche und zähe Thermoplaste 1 mm Eindringtiefe HDT 1,8 Wärmeformbeständigkeit [°C] Steife und weiche Werkstoffe 3 Punkt – Biegung PVCin Luft 70°C---- keine Messung ---- PSin Luft 90°C---- keine Messung ---- PEin Luft 25°C !! ungeeignetes Verfahren !! in Luft 84 °C Vicat B 50 °C/h mit 50 N---- keine Messung ---- PP---- keine Messung ---- im Ölbad 100 °C Vicat A 120 °C/h mit 10 N---- keine Messung ---- PP---- keine Messung ---- im Ölbad 153 °C Vicat B 120 °C/h mit 50 N---- keine Messung ---- PC---- keine Messung ---- im Ölbad 118 °C PC GF keine Messung keine Messung ----im Ölbad 133 °C

16 Labor für Polymertechnik Bestimmung der Schmelze–Massefließrate (MFR) und der Schmelze–Volumenfließrate (MVR) (Melt Flow Rate) (Melt Volume Rate) Gerät zur Bestimmung des MFR – MVR Strukturviskoses Verhalten

17 Labor für Polymertechnik Verarbeitungsverfahren von PE in Abhängigkeit der Dichte und der Schmelzemassefließrate Tendenz für 190/5 Ermittelt bei MFR 190 / 2,16 3 0,01

18 Labor für Polymertechnik Bestimmung der Schmelze–Massefließrate (MFR) und der Schmelze–Volumenfließrate (MVR) Dichte des Kunststoffs [23°] g/cm 3 0,958 Eingestellte Prüftemperatur°C 190 Masse des Belastungsgewichtskg 5 Zeitintervall zum Abschneiden der Probestücke min 1 Schmelze-Volumenfließrate MVR..190 / 5cm 3 /10min 1,55 Schmelze-Massefließrate MFR..190 / 5 g/10min 1,18 Gerät zur Bestimmung des MFR - MVR Versuchsbedingungen Ergebnisse

19 Labor für Polymertechnik

20 Ermittlung des Erweichungsverhaltens und der Glasübergangstemperatur im Torsionsschwingversuch (freie gedämpfte Schwingung) Temperier- kammer Probe Schwung- masse G* = G´ + i G´´ A n Dämpfung ln A n+1 Amplitude Zeit t Komplexer Modul G* Speichermodul G´ Verlustmodul G´´ Freie gedämpfte Schwingung

21 Labor für Polymertechnik Prinzip Die sinusförmige Krafteinwirkung F führt zu einer ebenfalls sinusförmigen, aber phasenverschobenen Auslenkung (Verformung) x. F: Kraft (Spannung) x: Verformung (Deformation)

22 Labor für Polymertechnik Daraus resultiert ein komplexer Modul, abhängig von der Verformungsart als E*, G*, K* oder L* bezeichnet. Speichermodul (E´): gibt die Steifigkeit eines Werkstoffs an und ist proportional zur maximal während einer Belastungsperiode gespeicherten Arbeit Verlustmodul: (E´´) ist proportional zur Arbeit, die während einer Belastungs- periode im Material abgegeben wird. Er ist ein Maß für die bei einer Schwingung nicht wiedergewinnbare, (z.B. in Wärme) umgewandelte Schwingungsenergie. Verlustfaktor: (tan ) kennzeichnet die mechanische Dämpfung oder innere Reibung eines viskoelastischen Systems. Ein hoher Verlustfaktor bedeutet ein hoher nichtelastischer Verformungsanteil, ein niedriger Verlustfaktor kennzeichnet ein mehr elastisches Material. tan = E ` E

23 Labor für Polymertechnik Prinzip Würde sich die Probe elastisch wie eine Feder verhalten, wären Krafteinwirkung und Auslenkung in Phase. Polymere verhalten sich viskoelastisch, das heißt, Krafteinwirkung und Auslenkung sind phasenverschoben. Elastisches Material = 0, cos0 =1, sin0 = 0 E* = E´ Viskoses Material = 90°, cos90 = 0, sin90 = 1 E* = E´´ 0° bis 90°

24 Labor für Polymertechnik

25 Schlagbiegeversuch (DIN EN ISO 179 Teil 1) Prüfenergie 2 [J] Prüftemperatur Raumtemperatur und - 40 °C Versuchsergebnisse: PPPP-EPDM Prüftemperatur 23 °C- 40 °C23 °C- 40 °C Prüfquerschnitt der Probe ohne Kerb 24 mm ² Prüfquerschnitt der Probe mit Kerb 16,2 mm ² SchlagzähigkeitN9,5 [kJ/m²]NN Kerbschlagzähigkeit 3,21 [kJ/m²]1,48 [kJ/m²]NN

26 Labor für Polymertechnik Identifizieren von Kunststoffen Brandverhalten, Rußbildung z.B. bei PS Geruch der Schwaden, Beilsteinprobe >>grüne Flammenfarbe, IR-Spektroskopie


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