Labor für Polymertechnik Praktikum Kunststofftechnik MB

Labor für Polymertechnik

Praktikum Kunststofftechnik MB

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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

• •

•


Vielzweck-Probekörper nach ISO 3167, gespritzt: Typ A, gepresst: Typ B

Schulterprobe Typ 1A

Schulterprobe Typ 5

Probekörper Typ 2 Folien / Tafeln


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.




PA 6 SAN


• 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 ;


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



Steife und weiche Kunststoffe Nur für harte, spröde Kunststoffe

Verfahren zur Bestimmungder

Erweichungs- bzw. Wärmeformbeständigkeitstemperatur


Bestimmung der Formbeständigkeit in der Wärme nach Martens

Harte und spröde Kunststoffe


Bestimmung der Vicat – ErweichungstemperaturVicat Softening Temperature (VST)

Weiche und zähe Thermoplaste


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


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


Bestimmung der

Schmelze–Massefließrate (MFR) und der Schmelze–Volumenfließrate (MVR)

(Melt Flow Rate) (Melt Volume Rate)

Gerät zur Bestimmung des MFR – MVR

Strukturviskoses Verhalten


Verarbeitungsverfahren von PE in Abhängigkeit der Dichte und der Schmelzemassefließrate

Tendenz für190/5

Ermittelt beiMFR 190 / 2,16

3

0,01


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



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


Prinzip

Die sinusförmige Krafteinwirkung F führt zu einer ebenfalls sinusförmigen, aber phasenverschobenen

Auslenkung (Verformung) x.

F: Kraft (Spannung)

x: Verformung(Deformation)


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 “


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°



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


Identifizieren von Kunststoffen

• Brandverhalten, • Rußbildung z.B. bei PS • Geruch der Schwaden, • Beilsteinprobe >>grüne Flammenfarbe, • IR-Spektroskopie

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