labor für polymertechnik praktikum kunststofftechnik mb
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Labor für Polymertechnik
Praktikum Kunststofftechnik MB
Labor für Polymertechnik Labor für Polymertechnik
Praktikum Kunststofftechnik Praktikum Kunststofftechnik MBMB
• ZugversuchZugversuch
• Wärmeformbeständigkeit nach MartensWärmeformbeständigkeit nach Martens
• Wärmeformbeständigkeit nach HDT Wärmeformbeständigkeit nach HDT
• Bestimmung der Vicat – ErweichungstemperaturBestimmung der Vicat – Erweichungstemperatur
• Schmelz- und Fließverhalten von ThermoplastenSchmelz- und Fließverhalten von Thermoplasten
• Torsionsschwingversuch (EN ISO 6721-1 und -2)Torsionsschwingversuch (EN ISO 6721-1 und -2)
• DMTA DMTA (Dynamische mechanische thermische Analyse)(Dynamische mechanische thermische Analyse)
• Schlagbiegeversuch (DIN EN ISO 179 Teil 1) Schlagbiegeversuch (DIN EN ISO 179 Teil 1) ( Charpy )( Charpy )
• Identifizieren von KunststoffenIdentifizieren von Kunststoffen (Brandverhalten, Rußbildung, Geruch der Schwaden)(Brandverhalten, Rußbildung, Geruch der Schwaden)
• BeilsteinprobeBeilsteinprobe
• IR-SpektroskopieIR-Spektroskopie
• •
•
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
Labor für Polymertechnik
Das Bruchverhalten der verschiedenen Kunststoffe ist nicht einheitlich, außerdem hängt esvon der Belastungsgeschwindigkeit, der Temperatur, dem Spannungszustandsowie 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 verformungsfreiund verläuft senkrecht zur Belastungsrichtungbzw. zur größten Normalspannung.
Labor für Polymertechnik
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Labor für Polymertechnik
PA 6 SAN
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..................1................................• Probenform...........3.........Schulterprobe .......................A1………………………• Prüftemperatur................................................................23..[°C]…………………
Auswertung: Spannung ; Dehnung ; E-Modul ;
Labor für Polymertechnik
amorph, durchsichtig
amorph (aber undurchsichtig
durch Butadien)
amorph, durchsichtig
teilkristallinteilkristallinKurzglasfaser
teilkristallinMolekularstrukturFüllstoffe
Rückleuchten, Außenspiegel,Bedienungs-
Elemente,
Scheinwerfer - Glasersatz,Schutzhelme,
Stoßfänger,Ansaugkrümmer,Luftfiltergehäuse,
Radkappe,Anwendungsbeispiele
MPa1895MPa1410 MPa950 MPa8470MPa1935 MPaE-Modul E
3,5%125,8%5,5%183,7%2,6%190 %Bruchdehnung B
71MPa56,8MPa28,6MPa
12,5MPa141,9MPa39,1 MPaBruchspannung B
--6,3%2,6%6,4%-24 %Streckdehnung y
--51,9MPa36,5MPa15,4MPa -52MPaStreckspannung y
Typ aspröde
Typ b - zäh mit Streckpunkt
Typ c - zäh mit Streckpunkt
Typ c - zäh mit Streckpunkt
Typ aspröde
Typ b - zäh mit Streckpunkt
typischesSpannungs -
Dehnungsverhalten(schematische Skizze)
40,3540,0040,1537,1241,9242,23Abmessungen Ao [mm²]
PMMAPCABSPPEPDMPA GF 20PA 6
Mechanisches Verhalten
Labor für Polymertechnik
Labor für Polymertechnik
Steife und weiche Kunststoffe Nur für harte, spröde Kunststoffe
Verfahren zur Bestimmungder
Erweichungs- bzw. Wärmeformbeständigkeitstemperatur
Labor für Polymertechnik
Bestimmung der Formbeständigkeit in der Wärme nach Martens
Harte und spröde Kunststoffe
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Bestimmung der Vicat – ErweichungstemperaturVicat Softening Temperature (VST)
Weiche und zähe Thermoplaste
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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
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Kunststoff
Wärmeformbeständigkeitnach Martens
[°C]Harte und spröde Kunststoffe
4 Punkt – Biegung
VicatErweichungstemperatur
[°C]Weiche und zähe Thermoplaste
1 mm Eindringtiefe
HDT 1,8Wärmeformbeständigkeit
[°C]Steife und weiche
Werkstoffe
3 Punkt – Biegung
PVC in Luft 70°C ---- keine Messung ---- ---- keine Messung ----
PS in Luft 90°C ---- keine Messung ---- ---- keine Messung ----
PE in 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 ---- ---- keine Messung ---- im Ölbad 118 °C
PC GF30 ---- keine Messung ----- ---- keine Messung ---- im Ölbad 133 °C
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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
Verarbeitungsverfahren von PE in Abhängigkeit der Dichte und der Schmelzemassefließrate
Tendenz für190/5
Ermittelt beiMFR 190 / 2,16
3
0,01
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Bestimmung der
Schmelze–Massefließrate (MFR) und der Schmelze–Volumenfließrate (MVR)
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 ..190 / 5 cm3/10min 1,55
Schmelze-Massefließrate MFR ..190 / 5 g/10min 1,18
Gerät zur Bestimmung des MFR - MVR
Versuchsbedingungen
Ergebnisse
Labor für Polymertechnik
Labor für Polymertechnik
Ermittlung des Erweichungsverhaltens und der Glasübergangstemperatur im Torsionsschwingversuch (freie gedämpfte Schwingung)
Temperier-kammer
Probe
Schwung-masse
G* = G´ + i G´´
An
Dämpfungln
An+1
Am
plitu
de
Zeit t
Komplexer Modul G*Speichermodul G´Verlustmodul G´´
Freie gedämpfte Schwingung
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Prinzip
Die sinusförmige Krafteinwirkung F führt zu einer ebenfalls sinusförmigen, aber phasenverschobenen
Auslenkung (Verformung) x.
F: Kraft (Spannung)
x: Verformung(Deformation)
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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 “
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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°
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Schlagbiegeversuch (DIN EN ISO 179 Teil 1)• Prüfenergie 2 [J]• Prüftemperatur Raumtemperatur und - 40 °C
Versuchsergebnisse:
PP PP-EPDM
Prüftemperatur Prüftemperatur
23 °C - 40 °C 23 °C - 40 °C
Prüfquerschnitt der Probe ohne Kerb
24 mm ² 24 mm ² 24 mm ² 24 mm ²
Prüfquerschnitt der Probe mit Kerb
16,2 mm ² 16,2 mm ² 16,2 mm ² 16,2 mm ²
Schlagzähigkeit N 9,5 [kJ/m²] N N
Kerbschlagzähigkeit 3,21 [kJ/m²] 1,48 [kJ/m²] N N
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Identifizieren von Kunststoffen
• Brandverhalten, • Rußbildung z.B. bei PS • Geruch der Schwaden, • Beilsteinprobe >>grüne Flammenfarbe, • IR-Spektroskopie