Fragen zu Kunststofftechnik - Ghibsy.de

Kunststofftechnik Fachhochschule Coburg Ghibsy Seehafer
Vorbereitung Fachbereich Maschinenbau
Eigenschaften und Verwendung von Kunststoffen
1. Welche typischen Eigenschaften haben die Kunststoffe?
- geringe Dichte
- elektrisch isolierend und wärmedämmend
- verschiedene mechanische Eigenschaften von weich oder elastisch bis hart und fest
- korrosionsfest und chemikalienbeständig
- gut formbar und bearbeitbar
- glatte, dekorative Oberfläche
2. Welche Eigenschaften begrenzen die Verwendung von Kunststoffen in der Technik?
- die geringe Wärmebeständigkeit
- die niedrige bis mittlere Festigkeit
- die Unbeständigkeit einiger Kunststoffe gegen Lösungsmittel
3. Beschreiben Sie die Bildung eines Polyethylen-Makromoleküls aus Ethylen-Molekülen?
Reaktionsfähige Ethylenmoleküle reagieren unter Aufhebung ihrer Doppelbindung miteinander und
reihen sich zu Makromolekülen aneinander.
4. Was versteht man unter einer Polymerisation?
Eine Polymerisation ist ein chemischer Vorgang, bei dem aus ungesättigten Molekülen Monomerart
durch Aufhebung der chemischen Doppelbindung Makromoleküle entstehen.
Bsp: PVC: Aus den ungesättigten Vinylchloridmolekülen entsteht durch Aufhebung der Doppelbindung
und Aneinanderreihung das Polyvinylchlorid-Makromolekül.
5. In welchen Gruppen teilt man Kunststoffe ein?
Die Kunststoffe teilt man in der Technik nach ihren mechanischen Eigenschaften in drei Gruppen ein:
Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere.
In der Chemie unterteilt man sie auch nach ihren Herstellungsverfahren in Polymerisate, Polykondensate
und Polyaddukte.
6. Warum sind Thermoplaste schweißbar, Duroplaste nicht?
Thermoplaste erweichen und schmelzen bei Erwärmung. Deshalb können sie durch Erwärmung der
Fügestellen zum Schmelzen und Zusammenschweißen gebracht werden. Duroplaste dagegen erweichen
und schmelzen nicht beim Erwärmen, sondern bleiben hart. Schweißverbindungen sind daher
bei Duroplasten nicht möglich.
Werden duroplastische Kunststoffe zu stark erwärmt, so verkohlen sie.
7. Warum können Thermoplaste leicht verarbeitet werden?
Thermoplaste können leicht verarbeitet werden, weil sie in der Wärme erweichen und damit leicht
umformbar und schweißbar sind.
Kunststoffbauteile aus Thermoplasten können durch Extrudieren und Spritzgießen urgeformt werden.
8. Nennen Sie fünf Thermoplaste mit Namen und Kurzbezeichnung.
- Polyethylen PE
- Polyvinylchlorid PVC
- Polystyrol PS
- Polyamide PA
- Polytetrafluorethylen PTFE
9. Welches sind typische Anwendungen von Hart -PVC bzw. Weich-PVC?
Typische Anwendungen von Hart-PVC sind: Rohre für Abwasser, Gehäuse für Apparate und Geräte,
Bauteilprofile, Fensterrahmen.
Typische Anwendungen von Weich-PVC sind: Flexible Schläuche, Schutzhandschuhe, die sog. Gummistiefel,
Kabelummantelungen, Fußbodenbeläge.
10. Was versteht man unter Polymerblends?
Polymerblends sind Mischkunststoffe aus mehreren Kunststoffsorten.
Bsp: Der ASA/PC-Blend ist ein Mischkunststoff aus dem copolymeren Kunststoff Acrylnitril/Styrol/Acrylester
und dem Kunststoff Polycarbonat.
11. Wozu werden Polyamide verwendet?
Aus Polyamiden werden z.B. Zahnräder, Lagerschalen, Kugellagerkäfige, Gleitschienenbeläge, Führungsrollen,
Kraftstofftanks gefertigt.
12. Warum nennt man die Duroplaste auch härtbare Kunststoffe bzw. Harze?
Man nennt sie aushärtbare Kunststoffe, weil die flüssigen Vorprodukte der Duroplaste durch Zugabe
eines Härters oder unter Druck und Hitze erst ihre entgültige feste Gestalt als Bauteil erhalten, d.h.
aushärten.
Man nennt sie wegen ihres baumharz-ähnlichen Aussehens auch Harze.
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13. In welchen Teilschritten erfolgt die Herstellung der Kunststoffe?
Zuerst werden aus den Ausgangsstoffen Erdöl oder Erdgas reaktionsfähige Vorprodukte hergestellt,
die dann in einem zweiten Produktionsprozess, z.B. durch Polymerisation, zu den Kunststoffen synthetisiert
werden.
14. Welche Eigenschaften haben die Thermoplaste beim Erwärmen und beim Abkühlen?
Thermoplaste erweichen bei Erwärmung und werden beim Abkühlen wieder hart. Sie sind deshalb
schmelz- und schweißbar.
Diese Eigenschaften beruhen auf dem molekularen Aufbau der Thermoplaste: Sie bestehen aus fadenförmigen
Makromolekülen oder Vernetzungsstellen.
15. Welchen inneren Aufbau haben die Duroplaste?
Duroplaste bestehen aus engmaschig miteinander vernetzten Makromolekülen.
Die Vernetzungsstellen sind unlösbar. Deshalb sind die Duroplaste durch Erwärmen nicht erweichbar
sowie nicht schmelz- und schweißbar.
16. Welches sind die besonderen Eigenschaften der Elastomere?
Sie sind gummielastisch, d.h. sie lassen sich um mehrere hundert Prozent dehnen und nehmen nach
Entlastung ihre ursprüngliche Form wieder an.
Sie sind nicht warm umformbar und nicht schweißbar.
17. Wie ändert sich die Festigkeit der Kunststoffe beim Erwärmen?
Thermoplaste werden beim Erwärmen weich und sogar flüssig.
Duroplaste behalten ihre ursprüngliche Festigkeitseigenschaften fast unverändert bei.
Elastomere zeigen einen etwas deutlicheren Festigkeitsabfall als Duroplaste; sie werden aber auch
nicht flüssig.
Alle Kunststoffe werden beim Überschreiten der Zersetzungstemperatur zerstört.
18. Welches sind die gebräuchlichsten Thermoplaste?
Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polycarbonate (PC), Polyamide
(PA), Acrylglas (PMMA), Polytetrafluorethylen (PTFE).
Häufig sind die Kunststoffe nur unter ihrem Handelsnamen bekannt, ohne dass ihr eigentlicher chemischer
Name bekannt wird, wie z.B. Plexiglas für Acrylglas, Teflon oder Hostaflon für PTFE.
19. Welche Eigenschaften hat Polyethylen?
Polyethylen (PE) gibt es als Weich-PE und als Hart-PE. Weich-PE ist weich und flexibel, Hart-PE ist
steifer, aber noch flexibel. Beide PE-Sorten sind säure- und laugenbeständig.
Polyethylen wird wegen seiner Chemikalienbeständigkeit und guten Formbarkeit zu Behältern aller
Art, zu Rohren und Folien verarbeitet.
20. Welche Bauteile werden aus Polyamid (PA) gefertigt?
Aus Polyamid werden Bauteile gefertigt, die hoher Belastung ausgesetzt werden können und eine
gleitfähige, abriebfeste Oberfläche haben müssen: Lagerschalen, Gleitschienen, Steuernocken,
Zahnräder, Keilriemenscheiben, Schutzhelme, Lauf- und Führungsrollen.
21. Welche besonderen Eigenschaften hat Polytetrafluorethylen (PTFE)?
Es ist temperaturbeständig bis 280°C, besonders chemikalienfest und hat eine gleitfähige Oberfläche.
Auch von Lösungsmitteln wird PTFE nicht angegriffen.
22. Welche Eigenschaften unterscheiden Duroplaste von den Thermoplasten?
Duroplaste sind nach dem Aushärten nicht mehr erweichbar, deshalb nicht spanlos umformbar und
nicht schweißbar.
Sie werden von Lösungsmitteln nicht angelöst und quellen nur schwach bei langandauernder Lösungsmitteleinwirkung.
23. Welche besonderen Eigenschaften haben Epoxidharze?
Epoxidharze sind im flüssigen Zustand gut vergießbar und besitzen eine außerordentlich gute Haftfähigkeit
mit anderen Stoffen.
Sie werden deshalb zu Klebstoffen verarbeitet sowie als Einbettmasse für Elektroteile und glasfaserverstärkte
Kunststoffe verwendet.
24. Was sind Thermoplaste?
Kunststoffe, die beim Erwärmen weich werden.
25. Welche Kunststoffe entwickelt beim Überhitzen das stechend riechende, giftige Chlorgas?
Polyvinylchlorid (PVC)
26. Welche Aussage trifft für Thermoplaste und Duroplaste zu?
Sie zerfallen bei Einwirkungstemperaturen über 300°C
27. Welche besondere Eigenschaften haben Silikone?
Sie sind Wasser abstoßend und verhältnismäßig hoch temperaturbeständig.
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Verarbeitung von Kunststoffen
1. Welche Urformverfahren gibt es für Thermoplaste bzw. Duroplaste?
Urformverfahren für Thermoplaste sind Extrudieren und Spritzgießen, für thermoplastische Schaumstoffe
zusätzlich Schäumen.
Urformverfahren für Duroplaste sind Formpressen, Spritzpressen, Schäumen und in begrenzten Maß
auch Spritzgießen.
Besondere Urformverfahren für Thermoplaste sind das Extrusionsblasen für Hohlkörper wie z.B. Fässer
oder Tanks, das Folienblasen zur Herstellung von Folien und das Kalandrieren (Warmwalzen) von
Kunststoffbahnen.
2. Wie arbeitet ein Extruder?
Der Extruder ist eine stetig arbeitende Schneckenstrangpresse. Sie drückt die plastifizierte Kunststoffmasse
durch eine Profildüse. Dort tritt die Kunststoffmasse als endloser Strang aus und erstarrt
in der Abkühlstrecke.
3. Beschreiben Sie die Arbeitsweise einer Spritzgießmaschine.
In einer Spritzgießmaschine wird die Kunststoffmasse im Plastifizierzylinder erwärmt und durch dadurch
weich gemacht. Beim Spritzhub drückt der Kolben des Stoßzylinders die Plastifizierschnecke
nach vorn und spritzt die weiche Kunststoffmasse in den Werkzeughohlraum. Nach dem Erstarren
der Kunststoffmasse öffnet das Werkzeug und das Werkstück wird ausgeworfen.
4. Welches sind die bevorzugten Verbindungstechniken bei Gehäusen aus Kunststoff?
Bauteile in Kunststoffgehäusen oder Teile von Kunststoffgehäusen werden bevorzugt durch
Schnappverbindungen oder durch Schraubverbindungen miteinander gefügt.
Fest sitzende Metallteile, wie Gewindebuchsen, Lagerschalen und Wellenzapfen werden durch Eingießen
unlösbar im Gehäuse verankert.
5. Welche Kunststoffe lassen sich schlecht kleben?
Schlecht oder praktisch nicht verklebbare sind die Kunststoffe Polyethylen (PE), Polypropylen (PP),
und Polytetrafluorethylen (PTFE).
6. Wie schweißt man Kunststoffrohre?
Kunststoffrohre können geschweißt werden durch: Reibschweißen, Heizelementschweißen, Heißgasschweißen.
7. Bestimmen Sie die Kunststoffart eines Kunststoffbauteils: Aussehen weiß, gummiartig, Verhalten
beim Anzünden: wird nicht flüssig, nicht entzündbar, bildet weißen Rauch, Rauchschwa-
den sind geruchlos. Silikongummi
Kunststoffart Aussehen, Eigenschaften,
Verhalten beim Geruch der
Thermoplaste (T), Duroplaste (D) Anzünden
Schwaden
Polyethylen (PE), glatte, wachsartige Oberfläche, kaum entzündbar, schwach para-
Polypropylen (PP) biegsam bis steif (T) tropft ab.
finartig
Polyvinylchlorid (PVC) Hart-PVC: hart, unzerbrechlich brennt in der Flamme, nach Salzsäure,
Weich-PVC: gummiartig (T) erlischt außerhalb. typischer Beigeruch
Silikonharze, Silikon- milchig weiß, zähfest bis
kaum entzündbar, geruchslos
gummi
gummiweich (D) weißer Rauch
8. Welche 3 typischen Verformungsverhalten zeigen die verschiedenen Kunststoffsorten?
Es gibt bei Kunststoffen drei typische Verformungsbereiche:
- Hartsprödes Verformungsverhalten
- weich-elastisches Verformungsverhalten mit ausgeprägter Streckgrenze
- Gummielastisches Verformungsverhlten
9. Welche Eigenschaften der Kunststoffe wird mit dem Zeitstand-Zugversuch geprüft?
Mit dem Zeitstand-Zugversuch wird das so genannte „Kriechen“ der Kunststoffe geprüft. Da runter
versteht man eine bleibende Verlängerung unter einer relativ geringen, aber über einen langen Zeitraum
wirkende Kraft.
10. Welches sind typische Extrudererzeugnisse?
Profile, Platten, Rohre und Stangen aus thermoplastischen Kunststoffen.
In nachgeschalteten Schneidvorrichtungen werden die Teile dann auf die gewünschte Länge zugeschnitten.
11. Wozu dient das Spritzgießen?
Durch Spritzgießen werden kompliziert geformte Thermoplast-Bauteile geringer bis mittlerer Größe in
einem Arbeitsgang gefertigt.
Typische Spritzgussteile sind z.B. Eimer, Bierkästen, Gehäuse für Kleingeräte, Zahnräder.
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12. Welche Kunststoff-Bauteile werden durch Warmluftumformen hergestellt?
Durch Warmluftumformen werden meist großformatige, dünnwandige Bauteile aus thermoplastischen
Kunststoffen hergestellt. Z.B. Kühlschrankverkleidungen, Badewannen.
13. Was muss bei der maschinellen spanenden Bearbeitung von Kunststoffen beachtet werden?
Kunststoffe haben eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit als Metalle. Die geeigneten Spanungsbedingungen
und Kühlverfahren, die von den Herstellern angegeben werden, sind anzuwenden.
Im Allgemeinen ist bei hoher Schnittgeschwindigkeit und geringem Vorschub zu arbeiten.
Zu verwenden sind Spanwerkzeuge mit besonderer Schneidengeometrie.
14. Welche Fügeverfahren gibt es für Kunststoffe?
Die Kunststoffe können durch Schrauben und Schnappverbindungen sowie durch Nieten, Eingießen
und teilweise durch Kleben verbunden werden.
Die thermoplastischen Kunststoffe können zusätzlich geschweißt werden.
15. Welche Kunststoffe lassen sich gut kleben?
Gut verklebbar sind: Polyvinylchlorid (PVC), Acrylglas (PMMA), Polystyrol (PS), Polycarbonate (PC),
Epoxydharze (EP), Polyurethane (PU).
16. Wozu dient der Zeitstand-Zugversuch?
Der Zeitstand-Zugversuch dient zur Prüfung des Verformungsverhaltens (Kriechverhaltens) von Werkstoffen
unter einer lang wirkenden Dauerlast.
Das Kriechen des Werkstoffs ist bei Raumtemperatur beson ders bei Kunststoffen sowie bei Metallen
bei hoher Temperatur zu berücksichtigen.
17. Welche Eigenschaft wird mit der Vicat-Prüfung ermittelt?
Mit der Vicat -Prüfung wird die Formbeständigkeit von Kunststoffen bei erhöhten Temperaturen geprüft.
Die gemessene Vicat-Erweichungstemperatur VST B/50 ist ein Maß für den Temperatur-
Einsatzbereich eines Kunststoffes.
18. Welche Bauteile können nicht durch Extrudieren hergestellt werden?
Bohrmaschinengehäuse zum Beispiel.
19. Welche Kunststoffe eignen sich besonders gut für das Spritzgießen?
überwiegend Thermoplaste
20. Welche Vorteile hat das Spritzgießen?
Kostengünstige Fertigung komplizierter Bauteile in einem Arbeitsgang
21. Welche Kunststoffe können geschäumt werden?
Polystyrol (PS) und Polyurethan (PU)
22. Welche Wärmequelle ist zum Schweißen von Thermoplasten nicht geeignet?
Propangasflamme
Verbundwerkstoffe
1. Welche Vorteile haben Verbundwerkstoffe gegenüber Einzelwerkstoffen?
Verbundwerkstoffe haben den Vorteil, dass in einem Werkstoff die vorteilhaften Eigenschaften mehrerer
Werkstoffe vereinigt sind. Dadurch lassen sich Werkstoffeigenschaften erzielen, die ein Einzelwerkstoff
nicht haben kann.
2. Was sind GFK bzw. CFK?
Das Kurzzeichen GFK bedeutet Glasfaserverstärkte Kunststoffe.
CFK sind Kohlenfaserverstärkte Kunststoffe. Es handelt sich dabei um Verbundwerkstoffe aus Glasfasern
oder Kohlenstofffasern mit einer Kunststoffbindung.
3. Welche Herstellungsverfahren gibt es für GFK?
- Laminieren von Hand und mit Maschinen
- Faserharzspritzen
- Nasswickeln von Rohren und Behältern
- Profilziehen
- Schleudern von Rohren und Behältern
- Vorgemischte Verbund-Pressmassen werden durch Formpressen, Spritzpressen und Spritzgießen
verarbeitet
- Vorgefertigte Verbundlaminate werden durch Vakuumtiefziehen geformt
4. Welche Arten von Verbundwerkstoffen gibt es?
Man unterscheidet faserverstärkte und teilchenverstärkte Verbundwerkstoffe sowie Schichtverbundwerkstoffe
und Strukturverbunde.
Die faserverstärkten Verbundwerkstoffe enthalten zur Verstärkung Fasern, bei den teilchenverstärkten
Verbundwerkstoffen sind Teilchen eingelagert. Die Schichtverbundwerkstoffe und die Strukturverbunde
sind aus mehreren Schichten zusammengesetzt.
5. Welche Eigenschaften haben glasfaserverstärkte Kunststoffe?
Hohe Zugfestigkeit geringe Dichte
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Alte Prüfungsfragen:
Grundlagen Kunststoffe
1. Erläutern Sie charakteristische Merkmale von Kunststoff.
Kunststoffe haben geringe Dichten, sind festigkeitsmäßig flexibel, haben niedrige Verarbeitungstemperaturen
usw.
2. Vergleichen Sie die Erwärmungsvorgänge von Metallen und Kunststoffen unter dem Blickwinkel
der thermischen Atombewegung.
Metalle: Schwingende Metallatome im kristallinen Verband führen zu den eindeutigen Phasenübergängen,
fest ⇔ flüssig ⇔ gasförmig
Kunststoffe: Bewegungsmöglichkeit der Atome im Makromolekül ist stark eingeschränkt. Sie ist abhängig
von der thermischen Beweglichkeit der Makromoleküle selbst. ⇒ Übergangsbereiche.
3. Beschreiben Sie die Polyaddition in ihrem Grundablauf. Zeigen sie an einem Beispiel mit Hilfe
der chemischen Strukturformel die Bildung eines Thermoplasten.
Der Begriff Polyaddition kennzeichnet eine chemische Reaktion bei der verschiedenartige Moleküle
(Monomere) ohne Abspaltung von Nebenprodukten zu Makromolekülen verbunden werden.
Der Grundablauf der Polyaddition erfolg durch den Platzwechsel eines H-Atoms von einem Monomer
zum anderen. Bsp: T: Lineares Polyurethan, D: Polyurethan, Epoxidharze
4. Beschreiben Sie die technische Ausführungen der Polymerisation (Problem?)
Der Begriff Polymerisation kennzeichnet eine chemische Reaktion, bei der gleiche niedermolekulare
Verbindungen (Monomere), die Doppelbindungen enthalten, zu Makromolekülen vereinigt werden.
Bsp: Polyäthylen (PE), PVC, PS, PP
Sie verläuft in 3 Schritten: Startreaktion, Kettenbildung, Kettenabbruch.
Schwierig ist die genaue Temperaturführung während des Gesamtablaufes, da der Kunststoff der
entsteht eine schlechte Wärmeleitfähigkeit hat und keine hohen Temperaturen aushält. (Temperatur-
Führung)
5. Erläutern Sie die Modelle von „Maxwell“ und „Voigt-Kelvin“ durch Wort und Bild. Welches
Kunststoffverfahren wird mit ihrer Hilfe dargestellt?
Das Scherfließverhalten. Spannungsrelaxation (Maxwell) Kriechen (Voigt -Kelvin) Seite 19
6. Stellen Sie mit Hilfe von Diagrammen die Temperatur Abhängigkeit von Schubmodul und
Dämpfung für folgende Kunststoffe dar:
a. Amorphe Thermoplaste
b. Teilkristalline Thermoplaste
c. Duroplaste
d. Elastomere
Seite 15
7. Welche Möglichkeiten hat man, die Festigkeitswerte von Kunststoffen zu erhöhen?
Festigkeiten und Elastizitätsmoduki lassen sich durch das Einbringen von Verstärkungsmaterialien (⇒
Verbundwerkstoffe) in weiten Bereichen verändern.
8. Worin liegt die Begründung für den geringen Energieaufwand bei der Herstellung von Kunststoffprodukten
im Vergleich zu metallenen Konkurrenz-Produkten?
Kunststoffe haben niedrige Verarbeitungstemperaturen ⇒ niedrige energetische Fertigungskosten.
(Abgeleitet aus der geringen Temperaturbelastbarkeit)
9. Definieren Sie den Begriff Polykondensation.
Der Begriff Polykondensation kennzeichnet eine chemische Reaktion bei der niedermolekulare Verbindungen
(Monomere) unter Abspaltung eines Nebenproduktes zu Makromolekülen verknüpft
werden.
10. Skizzieren Sie ein Beispiel für die prinzipielle Bildung von Kettenmolekülen. Seite 9
11. Skizzieren Sie ein Beispiel für die prinzipielle Bildung einer räumlichen Vernetzung. Seite 9
12. Was bedeutet die Unterbrechung auf der thermischen Zwischenstufe?
Man unterbricht die Synthese auf der Kettenförmigen thermoplastischen Zwischenstufe.
Lagert, bzw. versendet diese Halbzeuge/Rohmaterialien.
Beim Endverbraucher wird unter Anwendung von Druck und Temperatur eine thermoplastische
Formgebung durchgeführt, während dieser die Ausbildung der Vernetzungsbrücken stattfindet.
13. Was muss im Hinblick auf die Vorprodukte beachtet werden?
Die Halbzeuge/Vorprodukte die zum Endverbraucher gelangen, und erst während der Formgebung
unter Druck und Wärme aushärten sind nur begrenzt lagerfähig. (Gefahr: schlechte Aushärtung)
14. Was verbinden sie mit der Modellvorstellung Reißverschluss?
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15. Stellen Sie graphisch der Bestimmung des Schmelzpunktes von Metallen die Bestimmung der
Glasübergangstemperatur von Thermoplasten gegenüber. Seite 12
16. Im Nachfolgenden sind zwei Rohdiagramme gegeben, die sie anhand ihrer Temperaturbänder
zunächst identifizieren sollen. Darauf hin zeichnen Sie in jedes Diagramm für den passenden
Kunststoff den Verlauf von jeweils Zugfestigkeit und Bruchdehnung. Seite 14
17. Stellen Sie das Fließverhalten Newtonscher, strukturviskoser und dilatanter Flüssigkeiten bzw.
Schmelzen dar. Seite 18
18. Wie werden Kunststoffschmelzen eingeordnet?
linearer Zusammenhang: Newtonsches Fließen
progressiv: dilatantes Fließen
degressiv: viskoses Fließen
19. Welche maschinentechnische Auswirkung hat diese Einordnung?
Thermoplastschmelzen verhalten sich strukturviskos, d.h. bei höheren Verformungsgeschwindigkeiten
benötigt man weniger Kraft (Gerechnet wird im thermischen, maschinentechnischen Ansatz aber mit
Netonschen Fließen: Belastungsreserve!)
20. Aus welchen beiden Grundelementen setzen sich die Modelle zur Erklärung des Deformationsverhaltens
von Polymeren zusammen und welche Verhaltensweisen sollen diese darstellen?
Feder-Dämpfer-System (Feder = elastisches Element, Dämpfer = viskoses Element)
21. Beschreiben Sie durch Graphiken und knappe Erklärung folgende, bei der Zugbeanspruchung
von Thermoplasten auftretende Effekte:
a. Relaxation
b. Kriechen
Relacation: Sie bauen Stress ab ⇒ Spannungsrelaxation (Maxwell-Modell). Nach aufbringen einer
Belastung in Form einer Dehnung erfolgt ein zeitlich verzögerter Spannungsabbau.
Kriechen: Sie werden immer länger ⇒ Kriechen (Voigt-Kelvin-Modell). Nach aufbringen einer Belastung
in Form einer Spannung erfolgt eine zeitlich zunehmende Dehnung.
22. Unterscheiden sie zwischen gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen.
gesättigte Kohlenwasserstoffe besitzen eine Einfachbindung, ungesättigte eine Doppelbindung.
23. Welche Bedeutung kommt diesem Unterschied in Hinblick auf die Molekül-Beweglichkeit zu?
Doppelbindungen verhindern Drehbewegungen, Einfachbindungen sind frei drehbar.
24. Unterbauen Sie Ihre Aussage durch räumliche Skizzen.
25. Definieren Sie durch Wort und Bild folgende Molekülanordnungen:
a. Kristalliner ungeordneter Zustand
b. Kristalliner gestreckter Zustand
c. Lamellen von teilkristallisiertem Polyethylen mit amorphen Deckschichten
d. Sphärolitke (mit vergrößertem Ausschnitt)
26. Was sind Weichmacher?
Weichmacher setzten die zwischenmolekularen Bindekräfte im Kunststoff und damit seine Härte herab.
27. Beschreiben Sie (mit Skizze) zwei vom Prinzip her verschiedene Weichmacher-Typen.
Äußere Weichmacher: bestehen aus niedermolekularen Stoffen, die das Kettenmolekül selbst nicht
verändern.
Innere Weichmacher; Diese bestehen aus höhermolekularen Stoffen, die in das Kettenmolekül eingebaut
werden.
28. Komplettieren Sie das Rohdiagramm durch den temperaturabhängigen Verlauf des E-Moduls
bei amorphen Thermoplasten.
a. Markieren Sie die Zustandsbereiche und geben sie die molekulare Deutung der sich
abspielenden Vorgänge an.
b. Geben Sie in einem Diagramm den schematischen Viskositätsverlauf vernetzbarer
Formmassen an.
c. Was bedeuten die einzelnen Kurven?
d. Was lässt sich aus einer solchen Darstellung ablesen?
29. Wie wird der Schmelzindex bestimmt?
30. Was bedeutet PMMA, PF und EP?
a. Wie lautet die Zuordnung zu den Synthese Verfahren?
31. Definieren Sie mit Hilfe von Skizzen und Stichworten die Begriffe Mizelle und Makromoleküle.
32. Beschreiben Sie, wenn möglich mit Skizzen, die drei Mechanismen des Kettenabbruchs.
a. Welche Eigenschaft erschwert die Durchführung dieses Syntheseverfahrens?
33. Was versteht man unter dem Memory -Phänomen?
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Schäumen
1. Worauf ist die Saugfähigkeit von Badeschwämmen zurückzuführen?
Auf die Zellstruktur. Es gibt offenzellige und gemischtzellige Schaumstoffe. Badeschäume haben offenzellige
Strukturen. Wasser kann sich in en Zellen zwischenlagern.
2. Unterscheiden Sie zwischen folgenden Treibmitteln: (physikalisch – chemisch)
Physikalisch: Funktioniert nach dem Prinzip der Änderung des Aggregatzustandes beim Siedepunkt.
Chemisch: Funktioniert nach dem Prinzip der thermischen Zersetzung in die entsprechenden individuellen
Temperaturbereiche unter Abspaltung von Gasen.
3. Unterscheiden Sie zwischen 2 Arten von Schaumstoffen
gleichmäßige Zellstruktur oder Kerngeschäumt mit kompakter Randzone
4. Wie vollzieht sich schematisch die Herstellung der Schaumstoffe im Hinblick auf die Verfahrensmöglichkeiten?
Kunststoffe (Thermoplastschmelzen, blähfähige Einzelteilchen, reaktionsfähige flüssige Ausgangsstoffe)
+ Treibmittel (physikalisch oder chemisch) ⇒ Schäumprozess
⇒ a) Schaumstoff-Halbzeug (Blockware)
⇒ b) Schaumstoff-Formteil (Fertigware)
5. Wie verläuft beim EPS-Verfahren während des Vorschäumens die Schüttdichte in Abhängigkeit
von der Zeit? Welche Vorgänge laufen dabei ab?
EPS-Verfahren: Vorschäumen, Zwischenlagern, Fertigschäumen, Formen
Die blähfähigen Kügelchen die 1-7% Pentan als Treibmittel enthalten werden durch
Zuführung von Dampf in sog. Rührgefäße expandiert. Durch die Wasserdampfbeaufschlagung
siedet das Pentan und die Kügelchen blähen sich zu kleinen Hohlkugeln
auf, bis die sog. minimale Schüttdichte erreicht ist. Wird die
Wasserdampfbeaufschlagung über die optimale Zeit ausgedehnt, dann sinkt die
Gasabgabe bzw. Platzen die Hohlkugeln. Die Kügelchen werden kleiner bzw. ziehen
sich zusammen ⇒ Schüttdichte wird größer.
6. Was passiert beim RSG Verfahren nach dem Füllen im Werkzeug?
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Schütt- Optimum
dichte
Durch die freigesetzte Wärme die bei der Reaktion entsteht wird flüssiges Treibmittel gasförmig und
bläht das flüssige Gemisch auf. Bei Drücken zwischen 3-6 bat wird das Werkzeug vollständig ausgefüllt,
wobei durch die niedrigen Wandtemperaturen sich das Gemisch verdichtet, die Randzellen fallen
zusammen.
7. Zeichnen Sie den Verlauf des Raumgewichts über dem Querschnitt eines nach dem RSG
Verfahren hergestellten Teiles. Bestimmen Sie das mittlere Raumgewicht.
Aufarbeitung der Rohstoffe zum verarbeitungsfähigen Kunststoff
- Schnecken
1. Beschreiben Sie die Förderwirkung einer Schnecke mit Hilfe des Zweiplattenmodels.
2. Welche wichtige Bedingung muss in jedem Fall erfüllt sein, damit die Schmelzenausbringung
„stimmt“ (Begründung!).
Die Schmelze wird durch die Schneckenreaktion mitgeschleppt, d.h. der Nutzanteil G s überwiegt.
3. Kennen Sie noch eine weitere „maschinenbauliche“ Störung? (Definition, Auswirkung)
Leckströmung G L. Wirkt im Spalt zwischen Extruder und Schnecke.
4. Definieren Sie mit Hilfe einer Skizze eines Schneckenkanals vier geometrische Grundgrößen
und beschreiben Sie ihren Einfluss auf den Extrusionsvorgang.
D = Zylinderinnerdurchmesser ⇒ Kenngröße L/D-Verhältnis
Gangsteigung, Gangbreite, Gangtiefe, Spalt zwischen Schnecke und Zylinder
Schleppströmung G = h * n * D 2
Druckströmung: G = p * h * D / (η * L)
5. Woraus ergibt sich die Notwendigkeit der Entgasung?
Lufteinschlüsse des eingezogenen Gutes, Vermeidung con Wasserdampfbildung infolge von Oberflächenfeucht.
6. Worin besteht das Prinzip der Entgasung?
Zwei koaxial miteinander verbundene Dreizonenschnecken bauen im Mittelabschnitt den Schmelzendruck
so herab, das Gasanteile abgesaugt werden.
7. Skizzieren Sie eine Entgasungsschnecke.
8. Ordnen sie der Skizze das Druckprofil zu.
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- Kalibrierung
9. Was ist Kalibrierung?
Kalibrieren bedeutet dass die Extrudate im festen Zustand maßhaltig sind, d.h. die Funktions-
(Anschluss-)Maße müssen stimmen.
10. Welche Extrudat-Partien werden kalibriert?
Innen- und Aussen(rohr)kalibrierung
11. Welche Voraussetzung muss in Hinblick auf Kunststoff erfüllt sein? (Extrudat-Kalibrierung)
Der Lamellenabstand wird größer da beim Durchlaufen das Rohr/Schlauch immer fester wird, und
somit die Gefahr zwischen die Lamellen gedrückt zu werden abnimmt.
12. Skizzieren Sie den Stützkörper einer Vakuum-Kühltank-Kalibrierung.
13. Unter welchen Randbedingungen wird eine solche Kalibrierung eingesetzt?
Bei kleinen Röhrchen großer Länge
14. Stellen sie beim Extrudieren von Rohren die Druckluftkalibrierung der Vakuumkalibrierung mit
Hilfe von Skizzen gegenüber.
- Extruder
15. Was unterscheidet den staren Extruder von einem weichen Extruder (Diagramm)?
Ein Extruder dem die Kunststoffeigenschaften egal sind und der in der Lage ist auch bei hohen WZ-
Innendrücken hohe Austragsleistung zu bringen ist das angestrebte Ziel.
16. Wie erklären Sie sich beim Extrudieren mit einem drosselbaren Werkzeug folgende Effekte:
a. mit zunehmender Schneckendrehzahl
i. steigt der Werkzeuginnendruck
ii. sinkt die Massetemperatur
b. mit kleiner werdenden Drosselquerschnitt steigen
i. sowohl der Werkzeuginnendruck
ii. als auch die Massetemperatur
17. Skizzieren Sie einen Rohrkopf mit allen erforderlichen Einzelheiten.
18. Benennen Sie die Elemente und beschreiben Sie ihre Funktion.
Spritzgießen
1. Definition: Spritzgießen
Unter Spritzgießen versteht man das diskontinuierliche Fertigen von Formteilen in einem Arbeitsgag,
aufgehend von pulver- oder granulatförmiger Kunststoffmasse. Gefertigt werden komplizierte Teile,
wobei die Nacharbeit meistens entfallen kann.
2. Prinzipieller Arbeitsablauf Spritzgießen (Block Darstellung)
Werkzeug schließen ⇒ Einspritzen, Druckaufbau ⇒ Dosieren, Plastifizieren (Härten, Duroplaste) (Abkühlen
Thermoplaste)⇒Werkzeug öffnen ⇒ Entformen (⇒ Nachbearbeitung) ⇒ Werkzeug säubern
3. In welche Teilvorgänge zerfällt die Vorbereitung der Spritzgussmasse?
Plastifizierung des Kunststoffes (Pulver oder Granulat) bis zur notwendigen Fließtemperatur.
Durchlaufbau, um die Schmelze in kurzer Zeit in das geschlossene Werkzeug zu spritzen.
4. Warum hat sich das Prinzip der Kolbenspritzgießmaschine nicht durchgesetzt?
Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffe ist es schwierig, eine gleichmäßig
durchwärmte (thermisch homogene) Schmelze zu erhalten.
5. Aufgabe einer Schließeinheit während eines während eines Spritzgießvorganges?
Verfahren, Zuhalten, Verriegeln gegen die Werkzeugauftriebskraft
6. Welche Kräfte sind bei der Schließeinheit zu berücksichtigen?
Schließkraft (anfänglich), Auftriebskraft, Zuhaltkraft
7. Betriebsschaubild einer Schließeinheit (Federdiagramm). Seite 44
8. Realisierung durch das Modell Federsystem (Kniehebel). Seite 44
9. Skizzieren und beschreiben sie die Funktion von
a. Schiebeverschlussdüse und
b. Nadelverschlussdüse
Schiebeverschlussdüse: Düse, die durch die Vorschubbewegung des Zylinders betätigt wird.
Nadelverschlussdüse: Düse, die sich durch den zu Beginn des Einspritzens im Plastifizierzylinder aufbauenden
Massedrucks öffnet.
10. Welche Aufgaben muss ein Anguss erfüllen?
Ein optimales Angussystem muss so gestaltet sein, dass Schmelze gleichen Druckes und gleicher
Temperatur die Formnester gleichzeitig und gelichmäßig füllt.
11. Skizzieren Sie drei verschiedene Angüsse und ordnen Sie diese verschiedene Rillegeometrien
zu. Seite 49
12. Erläutern sie den Spritzgießvorgang mit Hilfe des Druckverlaufs im Werkzeug (Diagramm mit
Beschreibung der einzelnen Stationen) Seite 46
J:\Kunststofftechnik\Fragen zu Kunststofftechnik.doc
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Kunststofftechnik Fachhochschule Coburg Ghibsy Seehafer
Vorbereitung Fachbereich Maschinenbau
weitere Fragen
1. Beschreiben Sie durch Skizze und Wort ein Mischwalzwerk.
a. Welche kinematische Voraussetzung muss für eine einwandfreie Funktion geben
sein?
b. Nennen sie 4 Vorteile dieses Verfahrens.
M. dienen zum Fertigmischen bevor es z.B. zum Extrudieren geht (Einsatz: elastomere Kabelisolierungen).
Das Aufgabegut staut sich vor der Walzenöffnung und bildet den sog. Knet.
Durch Scher- und Knetwirkung im Walzenspalt sowie durch eine ev. Walzenheizung wird das Mischgut
plastifiziert und durchgeknetet.
Vorteile: Einfachheit, visuelle Kontrollmöglichkeiten, Eignung auch für kleine Chargen, geringer Reinigungsaufwand.
2. Beim Rohrextrudieren benötigt der Rohrkopf zwecks Kompression ein bestimmtes Drucktrittsprofil.
a. Entwerfen Sie ein geeignetes Drucktrittsprofil
b. Ordnen Sie diesem Profil den Verlauf der Querschnittsfläche zu.
c. Was erkennen Sie aus diesem Doppeldiagramm?
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3. Skizzieren sie ein Rheometer und beschreiben Sie stichwortartig seine Funktion.
a. Zeichnen Sie in das folgende Rohdiagramm eine charakteristische Schubspannungs-
Zeit-Kurve vernetzbarer Formmassen und entnehmen Sie dieser Kurve wichtige
Kennwerte.
Seite 16
4. Wozu dienen Gleichlaufvorrichtungen?
5. Nach welchem Prinzip arbeiten Hammermühlen, wozu dienen sie und wie sind sie aufgebaut?
6. Zeigen sie dabei drei Varianten von Flachlegevorrichtungen (Wirk Unterschiede).
7. Beschreiben und skizzieren Sie das Prinzip der Wanddickenregulierung.
8. Muss das Korrekturglied für Schwerkrafteinfluß SE in dr Formel für den Schubmodul (Torsionsschwinggerät)
G = J 2 * f 2 * Fg * Fα - SE bei Messungen auf der Zugspitze größer oder kleiner
sein als bei Messungen in Cuxhaven? Warum?
9. Skizzieren Sie schematisch ein Torsionsschwinggerät und erläutern sie seine Elemente.
a. Wozu dient es und was sind die korrespondierenden Größen?
b. Welche gerätetechnische Randbedingungen sind vorgegeben?
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