Praktikum Kunststofftechnik MB Labor fr Polymertechnik Praktikum Kunststofftechnik
Praktikum Kunststofftechnik MB Labor für Polymertechnik
Praktikum Kunststofftechnik MB • Zugversuch • Wärmeformbeständigkeit nach Martens • Wärmeformbeständigkeit nach HDT • Bestimmung der Vicat – Erweichungstemperatur • Schmelz- und Fließverhalten von Thermoplasten • Torsionsschwingversuch (EN ISO 6721 -1 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
Vielzweck-Probekörper nach ISO 3167, gespritzt: Typ A, gepresst: Typ B Schulterprobe Typ 1 A Schulterprobe Typ 5 Probekörper Typ 2 Folien / Tafeln 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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PA 6 Labor für Polymertechnik SAN
• Zugversuch (EN ISO 527 -1) (Tensile Test) • Mechanisches Verhalten: spröde, zähelastisch, verstreckbar • Kennwerte: • Versuchsaufbau: Universalprüfmaschine (max. Prüfkraft 50 k. N) mit Längenmessgerät, Keilspannbacken und Meßwerterfassungsprogramm • Versuchsparameter: • • • Anfangsmesslänge……………… lo = 50 mm Prüfgeschwindigkeit…………… 20 mm/min Prüfgeschwindigkeit bei E-Modul Bestimmung. . . . 1. . . . Probenform. . . 3. . Schulterprobe . . . A 1…………… Prüftemperatur. . . . 23. . [°C]………………… Auswertung: Streckspannung Y, Zugfestigkeit M, Bruchspannung B Streckdehnung Y, Dehnung bei Zugfestigkeit M, Bruchdehnung B, E-Modul, Spannung ; Dehnung ; E-Modul ; Labor für Polymertechnik
Abmessungen Ao [mm²] PA 6 PA GF 20 PPEPDM ABS PC PMMA 42, 23 41, 92 37, 12 40, 15 40, 00 40, 35 Typ b - zäh mit Streckpunkt Typ a spröde Typ c - zäh mit Streckpunkt Typ b - zäh mit Streckpunkt Typ a spröde typisches Spannungs - Dehnungsverhalten (schematische Skizze) Mechanisches Verhalten Streckspannung y 52 MPa - 15, 4 MPa 36, 5 MPa 51, 9 MPa Streckdehnung y 24 % - 6, 4% 2, 6% 6, 3% Bruchspannung B 39, 1 MPa 141, 9 MPa 12, 5 MPa Bruchdehnung B 190 % 2, 6% 183, 7% E 1935 MPa 8470 MPa 950 MPa E-Modul --- 56, 8 MPa 71 MPa 5, 5% 125, 8% 3, 5% 1410 MPa 1895 MPa amorph (aber undurchsichtig durch Butadien) amorph, durchsichtig 28, 6 MPa Molekularstruktur Füllstoffe Anwendungsbeispiele teilkristallin Kurzglasfaser Radkappe, Ansaugkrümmer, Luftfiltergehäuse, Labor für Polymertechnik teilkristallin Stoßfänger, Außenspiegel, Bedienungs. Elemente, amorph, durchsichtig Scheinwerfer - Rückleuchten, Glasersatz, Schutzhelme,
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Verfahren zur Bestimmung der Erweichungs- bzw. Wärmeformbeständigkeitstemperatur Steife und weiche Kunststoffe Labor für Polymertechnik Nur für harte, spröde Kunststoffe
Bestimmung der Formbeständigkeit in der Wärme nach Martens Harte und spröde Kunststoffe Labor für Polymertechnik
Bestimmung der Vicat – Erweichungstemperatur Vicat Softening Temperature (VST) Weiche Labor für Polymertechnik und zähe Thermoplaste
HDT (ISO/R 75) 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 Temperatur Labor für Polymertechnik 8 MPa 1, 8 MPa 0, 45 MPa
Kunststoff Wärmeformbeständigkeit nach Martens [°C] Harte und spröde Kunststoffe Vicat Erweichungstemperatur [°C] Weiche und zähe Thermoplaste HDT 1, 8 Wärmeformbeständigkeit [°C] Steife und weiche Werkstoffe 4 Punkt – Biegung 1 mm Eindringtiefe 3 Punkt – Biegung PVC in Luft 70°C ---- keine Messung ---- PS in Luft 90°C ---- 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 ---- im Ölbad 118 °C PC GF 30 ---- keine Messung ----Labor für Polymertechnik ---- keine Messung ---- im Ölbad 133 °C
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 3 Tendenz für 190/5 Ermittelt bei MFR 190 / 2, 16 0, 01 Labor für Polymertechnik
Bestimmung der Schmelze–Massefließrate (MFR) und der Schmelze–Volumenfließrate (MVR) Gerät zur Bestimmung des MFR - MVR Versuchsbedingungen Ergebnisse Labor für Polymertechnik Dichte des Kunststoffs [23°] g/cm 3 0, 958 Eingestellte Prüftemperatur °C 190 Masse des Belastungsgewichts kg 5 Zeitintervall zum Abschneiden der Probestücke min 1 Schmelze-Volumenfließrate MVR. . 190 / 5 cm 3/10 min 1, 55 Schmelze-Massefließrate MFR. . 190 / 5 g/10 min 1, 18
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Ermittlung des Erweichungsverhaltens und der Glasübergangstemperatur im Torsionsschwingversuch (freie gedämpfte Schwingung) Probe Amplitude Freie gedämpfte Schwingung Temperierkammer Schwungmasse Zeit t An Dämpfung L = ln --- An+1 G* = G´ + i G´´ Komplexer Modul G* Speichermodul G´ Verlustmodul G´´ Labor für Polymertechnik
Prinzip F: Kraft (Spannung) x: Verformung (Deformation) Die sinusförmige Krafteinwirkung F führt zu einer ebenfalls sinusförmigen, aber phasenverschobenen Auslenkung (Verformung) x. 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 Belastungsperiode im Material abgegeben wird. Er ist ein Maß für die bei einer Schwingung nicht wiedergewinnbare, (z. B. in Wärme) umgewandelte Schwingungsenergie. Verlustfaktor: (tan ) E` tan = E“ 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. • Labor für Polymertechnik
Prinzip Elastisches Material = 0, cos 0 =1, sin 0 = 0 E* = E´ Viskoses Material = 90°, cos 90 = 0, sin 90 = 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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Schlagbiegeversuch (DIN EN ISO 179 Teil 1) • • Prüfenergie Prüftemperatur 2 [J] Raumtemperatur und - 40 °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 [k. J/m²] N N Kerbschlagzähigkeit 3, 21 [k. J/m²] 1, 48 [k. J/m²] N N Labor für Polymertechnik
Identifizieren von Kunststoffen • • • Brandverhalten, Rußbildung z. B. bei PS Geruch der Schwaden, Beilsteinprobe >>grüne Flammenfarbe, IR-Spektroskopie Labor für Polymertechnik
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