Geboten wird eine Zusammenfassung des Moduls Werktsoffprüfung (WSPR) der HAW Hamburg. Dabei werden alle relevanten Inhalte der beiden Teile Werktsoffprüfung von Polymeren und Werktsoffprüfung von Metallen sowie die Laborinhalte thematisiert, indem zu allen Themen Fragen mit Antworten zur Selbst�...
METALLE UND ALLGEMEINE FRAGEN..............................................................................................16
Polymere
1. Erklären Sie den grundlegenden Aufbau und die Verbindungen eines Polymers.
Polymere bestehen aus Makromolekülen, die kettenförmig angeordnet sind. Im
Gegensatz zu den Metallen gibt es keinen vollkristallinen Aufbau sondern amorphe
Phasen und gegebenenfalls teilkristalline Bereiche. Die Struktur wird dabei durch den
Abstand der Ketten gesteuert. Diese sind sterisch oder ataktisch angeordnet.
Die Verbindungen innerhalb der Kette werden durch Hauptvalenzbindungen
(kovalente Bindungen) erzeugt, die Bindung zwischen mehreren Ketten basiert
lediglich auf den schwächeren Nebenvalenzbindungen (Dipol-Dipol-Kräfte,
Dispersionskräfte, H-Brückenbindungen).
2. Erklären Sie die Taktizität eines Polymers.
Die Taktizität gibt an, wie Seitenketten eines Polymers an der Hauptkette angeordnet
sind. Sie können dabei in, vor oder hinter der Ebene der Hauptkette im Raum liegen,
wobei man von isotaktischen, syndiotaktischen und ataktischen Polymeren spricht.
3. Erläutern Sie, weshalb ein einheitliches Stoffgesetzt für Polymere nicht ermittelt werden
kann.
Polymere weisen ein vielfältiges Verhalten auf von harten und spröden Werkstoffen
bis hin zu weichen elastischen Werkstoffen. Deshalb verwendet man eine begrenzte
Einteilung in folgendes Verhalten:
ï‚· Elastisches
o Vollständig reversibel
ï‚· Viskoses
o Irreversible Deformation
o Tritt bei Polymerschmelzen durch Abgleiten der Molekülketten auf
, ï‚· Viskoelastisches
o Bei allen Polymeren
o Reversibler und irreversibler Verformungsanteil
o Zeitabhängigkeit durch Retardation und Relaxation
ï‚· Plastisches
o Reversible und irreversible Verformung folgen aufeinander
o Unterhalb der Fließgrenze elastisches Verhalten
o Oberhalb der Fließgrenze plastisches Verhalten
o Bei Thermoplasten zu beobachten
4. Erklären die die Begriffe Entropie- und Energieelastizität.
Energieelastizität basiert auf vollständig reversiblem Verhalten, sodass die
Atomabstände und Bindungswinkel gemäß dem Hook’schen Gesetz zurückgestellt
werden. Sie tritt bei Polymeren bei kleinen und schnellen Verformungen bei tiefen
Temperaturen auf. Damit ist der 1. Hauptsatz der Thermodynamik erfüllt.
Entropieelastizität basiert auf thermodynamischer Reversibilität und dem Streben
nach einem Entropiemaximum, sodass es zu einer zeitlichen Verzögerung kommt. Sie
tritt bei Elastomeren oder langkettigen Thermoplasten oberhalb der Glastemperatur
auf. Damit ist der 2. Haupsatz der Thermodynamik erfüllt.
5. Erklären Sie das Zeit-Temperatur-Verschiebungsgesetz.
Polymere verhalten sich stark zeit- und temperaturabhängig durch molekulare
Umlagerungsvorgänge und sinkende Nebenvalenzkräfte. Das Zeit-Temperatur-
Verschiebungsgesetz erlaubt das Vorhersagen des Langzeitverhaltens, da sich nur die
Geschwindigkeit der Umlagerungsprozesse ändert. Somit sind Messungen in kürzeren
Zeiträumen möglich.
6. Welchen Einfluss haben die Verarbeitungsbedingungen der Polymere auf die
Kennwertermittlung?
Die Verarbeitung beeinflusst wesentlich die Orientierung der Molekülketten.
Dementsprechend sind die Polymerkennwerte nur für spezielle
Verarbeitungszustände aussagefähig. Somit ist die Übertragung auf andere Polymere
erschwert.
Wesentliche Eigenschaften sind zum Beispiel:
,  Kristallisation je Abkühlung
o Langsame Abkühlung führt zu wenigen großen Keimen
o Kristalline Bereiche verbessern die mechanischen Eigenschaften
ï‚· Orientierung
o Parallele Ausrichtung der Molekülketten in amorphen Bereichen
o Physikalische Bindungskräfte steigen an
o Entsteht durch Formgebung z. B. Extrusion, Spritzgießen oder biaxiales
Folienrecken
o Streckspannung wird linear zur Verstreckgeschwindigkeit erhöht
o Thermischer Schrumpf stellt Orientierung zurück
 Bei Erwärmung tritt der Memory Effekt auf
 Molekülketten werden beweglich, um in den Ausgangszustand
zurückzukehren
 Orientierungsrelaxation tritt bei Beibehaltung der Geometrie
auf (Retardation bei ungehinderter Rückstellung)
ï‚· Klima
7. Erklären Sie die thermische Deformationsanalyse (TDA).
 Orientiertes Polymer wird erwärmt
 Schrumpfung setzt in schwächer verstreckte Richtung als erstes ein
 Gussfolie ohne Orientierung weist lediglich Wärmedehnung auf
 Es handelt sich um ungehinderte Rückstellung
8. Erklären Sie die thermische Spannungsanalyse (TSA).
 Eingespannte Polymere werden erwärmt
 Wärmedehnung kompensiert Streckkräfte und gleichen diese vollständig aus
ï‚· Anisotropes Verhalten zeigt sich bei vorheriger Orientierung
ï‚· Die Geometrie wird beibehalten
9. Erklären Sie den Einfluss der Dehngeschwindigkeit auf die Verformung eines Polymers.
 E-Modul sinkt mit zunehmender Zeit, da Molekülketten mehr Zeit zum Abgleiten
haben
 Mit Zunahme der Dehngeschwindigkeit spröderes und steiferes Verhalten
10. Erklären Sie den Einfluss der Temperatur auf die Verformung eines Polymers.
,  E-Modul sinkt mit zunehmender Temperatur, da Molekülketten durch verringerte
Nebenvalenzkräfte leichter abgleiten
 Mit abnehmender Temperatur spröderes und steiferes Verhalten
11. Erklären Sie typische Prüfkörper für Polymere und deren Herstellung.
ï‚· Direkte Formgebung
o Spritzgießen
o Formpressen
o Gießen
ï‚· Indirekte Formgebung
o Extrusion
o Stanzen
o Spanen
 Scherung durch Fließvorgänge bei der Herstellung
 Vielzweckprüfkörper als Ausgang für weitere Prüfkörper
 Faserverstärkung ist wesentlicher Einflussfaktor durch die Anisotropie
o Spritzen in Achsenrichtung erhöht Steifigkeit
o Spanen in Achsenrichtung erhöht Steifigkeit aber weniger als beim Spritzen
o Verarbeitung quer zur Achsenrichtung senkt Steifigkeit
12. Erklären Sie das Grundprinzip der quasistatischen Prüfverfahren.
 Die Beanspruchung erfolgt langsam, stoßfrei und ansteigend bis zum Bruch
 Verwendet werden Universalprüfmaschinen
ï‚· Beispiele:
o Zugversuch
 Wesentliche Kennwerte für Dimensionierung
 Löffelstab für duktile Werkstoffe
 Zur Bestimmung des E-Moduls langsame Dehngeschwindigkeit,
erhöhte für spröde Werkstoffe
o Weiterreißversuch
o Biegeversuch
13. Erklären Sie das Konzept des Sekantenmoduls.
ï‚· E-Modul der Polymere muss nach Einlaufbereich (Setzen und Rutschen der Probe)
und vor plastischer Einschnürung ermittelt werden
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