Transcript Kunststofftechnik_Praktikum

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 1A
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
Der Trennbruch ist praktisch verformungsfrei
und verläuft senkrecht zur Belastungsrichtung
bzw. zur größten Normalspannung.
Labor für Polymertechnik
Verformungsbruch zäh, verstreckbarer Kunststoffe
Labor für Polymertechnik
Labor für Polymertechnik
PA 6
Labor für Polymertechnik
SAN
• Zugversuch (EN ISO 527-1)
(Tensile Test)
•
Mechanisches Verhalten: spröde, zähelastisch, verstreckbar
•
Kennwerte:
•
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:
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 c - zäh mit
Streckpunkt
Typ b - zäh mit
Streckpunkt
Typ a
spröde
typisches
Spannungs Dehnungsverhalten
(schematische Skizze)
Mechanisches Verhalten
Streckspannung
y
52MPa
-
15,4MPa
36,5MPa
51,9MPa
Streckdehnung
y
24 %
-
6,4%
2,6%
6,3%
Bruchspannung
B
39,1 MPa
141,9MPa
12,5MPa
Bruchdehnung
B
190 %
2,6%
183,7%
E
1935 MPa
8470MPa
teilkristallin
teilkristallin
Kurzglasfaser
Radkappe,
Ansaugkrümmer,
Luftfiltergehäuse,
E-Modul
Molekularstruktur
Füllstoffe
Anwendungsbeispiele
Labor für Polymertechnik
---
56,8MPa
71MPa
5,5%
125,8%
3,5%
950 MPa
1410 MPa
1895MPa
MPa
teilkristallin
amorph (aber
undurchsichtig
durch Butadien)
Stoßfänger,
28,6MPa
Außenspiegel,
BedienungsElemente,
amorph,
durchsichtig
Scheinwerfer Glasersatz,
Schutzhelme,
amorph,
durchsichtig
Rückleuchten,
Labor für Polymertechnik
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 und zähe Thermoplaste
Labor für Polymertechnik
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
Temperatur
Labor für Polymertechnik
HDT-C
HDT-A
HDT-B
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 ----
---- 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 ----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/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
Labor für Polymertechnik
Ermittlung des Erweichungsverhaltens und der Glasübergangstemperatur
im Torsionsschwingversuch (freie gedämpfte Schwingung)
Freie gedämpfte Schwingung
Probe
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  )
tan  =
E`
E“
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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.
Prinzip
Elastisches Material
= 0, cos0 =1, sin0 = 0
E* = E´
Viskoses Material
 = 90°, cos90 = 0, sin90 = 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
Labor für Polymertechnik
Schlagbiegeversuch (DIN EN ISO 179 Teil 1)
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Prüfenergie
Prüftemperatur
2 [J]
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
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Brandverhalten,
Rußbildung z.B. bei PS
Geruch der Schwaden,
Beilsteinprobe >>grüne Flammenfarbe,
IR-Spektroskopie
Labor für Polymertechnik