Praktikum Kunststofftechnik MB

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1 Praktikum Kunststofftechnik MB
Labor für Polymertechnik

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

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

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. Labor für Polymertechnik

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7 Labor für Polymertechnik
PA 6 SAN Labor für Polymertechnik

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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 ; Labor für Polymertechnik

9 Mechanisches Verhalten Wichtiger Kennwert für
PA 6 PA GF 20 PPEPDM ABS PC PMMA Abmessungen Ao [mm²] 42,23 41,92 37,12 40,15 40,00 40,35 typisches Spannungs - Dehnungsverhalten (schematische Skizze) Typ b - zäh mit Streckpunkt Typ a spröde Typ c - zäh mit Streckpunkt Typ c - zäh mit Streckpunkt Typ b - zäh mit Streckpunkt Typ a spröde Mechanisches Verhalten Streckspannung y 52MPa - 15,4MPa 36,5MPa 51,9MPa -- Streckdehnung y 24 % - 6,4% 2,6% 6,3% -- Bruchspannung B 39,1 MPa 141,9MPa 12,5MPa 56,8MPa 71MPa 28,6MPa Bruchdehnung B 190 % 2,6% 183,7% 5,5% 125,8% 3,5% E-Modul E 1935 MPa 8470MPa 950 MPa 1410 MPa 1895MPa MPa amorph, durchsichtig teilkristallin Kurzglasfaser teilkristallin amorph (aber undurchsichtig durch Butadien) amorph, durchsichtig Molekularstruktur Füllstoffe teilkristallin Anwendungsbeispiele Außenspiegel, Bedienungs- Elemente, Scheinwerfer Glasersatz, Schutzhelme, Radkappe, Ansaugkrümmer, Luftfiltergehäuse, Stoßfänger, Rückleuchten, Wichtiger Kennwert für Funktion des Bauteils Labor für Polymertechnik

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

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

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

14 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 ,8 MPa ,45 MPa Temperatur Labor für Polymertechnik

15 Harte und spröde Kunststoffe Weiche und zähe Thermoplaste
Wärmeformbeständigkeit nach Martens [°C] Harte und spröde Kunststoffe 4 Punkt – Biegung Vicat Erweichungstemperatur Weiche und zähe Thermoplaste 1 mm Eindringtiefe HDT 1,8 Steife und weiche Werkstoffe 3 Punkt – Biegung PVC in Luft 70°C ---- keine Messung ---- PS in Luft 90°C PE in Luft °C !! ungeeignetes Verfahren !! in Luft °C Vicat B 50 °C/h mit 50 N PP im Ölbad 100 °C Vicat A 120 °C/h mit 10 N im Ölbad 153 °C Vicat B 120 °C/h mit 50 N PC im Ölbad °C PC GF30 ---- keine Messung ----- im Ölbad °C Labor für Polymertechnik

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

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

18 Bestimmung der Schmelze–Massefließrate (MFR) und der Schmelze–Volumenfließrate (MVR)
Gerät zur Bestimmung des MFR - MVR Versuchsbedingungen Dichte des Kunststoffs [23°] g/cm3 0,958 Eingestellte Prüftemperatur °C 190 Masse des Belastungsgewichts kg 5 Zeitintervall zum Abschneiden der Probestücke min 1 Schmelze-Volumenfließrate MVR / 5 cm3/10min 1,55 Schmelze-Massefließrate MFR / 5 g/10min 1,18 Ergebnisse Labor für Polymertechnik

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

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

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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 “ Labor für Polymertechnik

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Prinzip Elastisches Material = 0, cos0 =1, sin0 = 0 E* = E´ Viskoses Material  = 90°, cos90 = 0, sin90 = 1 E* = E´´ 0° bis 90° 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. Labor für Polymertechnik

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25 Schlagbiegeversuch (DIN EN ISO 179 Teil 1)
Prüfenergie 2 [J] Prüftemperatur Raumtemperatur und °C Versuchsergebnisse: PP PP-EPDM Prüftemperatur 23 °C - 40 °C Prüfquerschnitt der Probe ohne Kerb 24 mm ² Prüfquerschnitt der Probe mit Kerb 16,2 mm ² Schlagzähigkeit N 9,5 [kJ/m²] Kerbschlagzähigkeit 3,21 [kJ/m²] 1,48 [kJ/m²] Labor für Polymertechnik

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