Polymere. Polymere im gummielastischen Zustand. Nicole Schai & Thomas Rölli Assistiert von Thomas Schweizer

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1 Polymere Polymere im gummielastischen Zustand Nicole Schai & Thomas Rölli Assistiert von Thomas Schweizer Laborbericht ETH Zürich 4. November 2011

2 INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS 1 ZUSAMMENFASSUNG EINLEITUNG POLYMERE THERMOFORMEN MEMORY EFFEKT HYPOTHESE MATERIAL UND METHODE THERMOFORMEN MEMORY EFFEKT RESULTATE THERMOFORMEN MEMORY EFFEKT FEHLERRECHNUNG DISKUSSION THERMOFORMEN MEMORY EFFEKT PROBLEME FAZIT QUELLEN LITERATUR WEBSITES ANHANG Seite 2 / 15

3 1. ABSTRACT 1 ZUSAMMENFASSUNG Die kristallinen und amorphen Eigenschaften von PP, PET, PS und PVC wurden mit einem Tiefziehverfahren gemessen. Aus den drei Polymeren wurden Becher mit aufgezeichnetem Raster gezogen und die Materialverziehung/ Materialdehnung gemessen. PVC und PP eigneten sich schlecht für den Tiefziehprozess. Messungen betreffend der Materialdicke waren nur schwer möglich, da das Polymer sehr stark gedehnt wurde. Die amorphe Struktur von PET (in amorphen Zustand verwendet) nd PS eigneten sich gut zum Thermoformen. Zusätzlich zur Eignung fürs Thermoformen wurden die Polymere auf Memory-Effekt überprüft. PET und PS zeigten einen starken Memory-Effekt auf und kehrten in ihre Ursprungsform zurück- PVC und PP blieben bei erneutem erhitzen unverändert. Seite 3 / 15

4 2. EINLEITUNG 2 EINLEITUNG Polymere sind Molekülketten, welche aus mehreren, teils verschiedenen (Copolymere) Monomeren aufgebaut sind. Dabei unterscheiden sich Polymere nicht hauptsätzlich durch die Kettenlängen, sondern durch die chemische Zusammensetzung und Vernetzung zwischen den Ketten. Verschiedene Polymertypen haben verschiedene Verknüpfungen. Bevor die einzelnen Polymertypen eingeführt werden, sollten einige Begriffe erklärt werden. Charakteristisch für Polymere ist die sogenannte Glasübergangstemperatur T g. Sie bezeichnet jene Temperatur, bei der die amorphen Hauptketten eines Polymeres erstarren (Dies muss nicht für Seitenketten gelten. Sie können auch eine tiefere Glassübergangstemperatur haben). Bei Temperaturen unterhalb der spezifischen Glassübergangstemperatur sind die meisten Polymere hart und spröde. Ausnahmen bilden Polymere, deren Seitenketten eine tiefere T g als diejenige der Seitenketten haben. Polymere mit einem kristallinen Anteil sogenannte teilkristalline Polymere verfügen zudem über eine Schmelztemperatur T m welche den Schmelzpunkt der Kristalliten bezeichnet. Wie Abb. 2 zeigt kann man zwischen fünf Temperaturzonen unterscheiden. Abbildung 1: Temperaturbereiche eines Polymers.T g= Glassübergangstemperatur, T m = Schmelztemperatur. Die Temperaturskala ist in verschiedene Bereiche Unterteilt. Das Polymer liegt in den Bereichen in unterschiedlichen Formen vor. [1] Bereich 1 (T < T g ) sind Polymere meist hart und spröde. Erreicht ein Polymer seine Glassübergangstemperatur, werden die amorphen Phasen beweglich (Bereich 2). Zwischen Glassübergangstemperatur und Schmelztemperatur liegt der entropieelastische Bereich. Wird ein Polymer in diesem Zustand gedehnt bewirken je nach Polymertyp Hauptvalenzbindungen (Gummi), Nebenvalenzbindungen (Verschlaufungen, amorphe Polymere) oder Kristalliten (teilkristalline Polymere) den Zusammenhalt der einzelnen Ketten. Dazwischen werden die Kettenstücke gestreckt und geordnet. Dadurch wird die Entropie verkleinert. Wird die applizierte Spannung gelöst kehren die Kettenabschnitte zurück in ihren ungeordneten Zustand, das Polymer kehrt in seine Ursprungsform zurück. Im Bereich 4 liegt die Schmelztemperatur bei welcher auch die kristalline Phase von teilkristallinen Polymeren schmilzt. [1] 2.1 Polymere Die Vernetzungspunkte von Gummi (Elastomere) sind von chemischer Natur. Sie können nicht aufgebrochen werden, ohne dass sich der Gummi zersetzt. Elastomere können nicht geschmolzen werden. Die T g von Gummi liegt unterhalb der Raumtemperatur (RT). Deshalb ist Gummi bei RT im entropieelastischen auch gummielastischen Zustand. Die chemischen Vernetzungen führen zu einer konstanten Verbindung. Im Unterschied zu Gummi sind die Verknüpfungen bei amorphen Polymeren physikalische Verbindungen. Die langen Polymerketten verschlaufen sich. Bei Temperaturen oberhalb der Glassübergangstemperatur bewegen sich die Ketten, jedoch beginnen vor allem bei erhöhten Temperaturen diese Verschlaufungen voneinander abzugleiten. Je höher die Temperatur oder angelegte Spannung desto schneller findet dieser Vorgang statt. Es kommt zu einem Fliessen des Materials. Eine dritte Gruppe bilden die teilkristallinen Polymere. Hier bilden Seite 4 / 15

5 2. INTRODUCTION Kristalliten die Verknüpfungspunkte zwischen den einzelnen Ketten. Sie haben jedoch die Eigenschaft, dass sie nicht schon bei der Glassübergangstemperatur (meist über RT) aufbrechen, sondern erst beim Schmelzpunkt. Teilkristalline Polymere können bei RT auch quasi vollständig amorph auftreten. Diesen Effekt erhält man, wenn die Schmelze schnell abgekühlt wurde und keine Zeit blieb, sodass sich Kristalliten hätten ausbilden können. PET wird meist in einem solch erzwungenen amorphen Zustand eingesetzt. [1] 2.2 Thermoformen Beim Thermoformen werden Polymere im gummielastischen Zustand verformt und durch schnelles Abkühlen in einer gewollten Form eingefroren. Durch ein Vakuum wird die erwärmte Polymerfolie in die gewollte Form gezogen. Durch das Berühren der kalten Formschalle wird die Folie schnell unter die Glassübergangstemperatur abgekühlt. Die Hauptketten erstarren und die Folie behält die Form. Amorphe Polymere müssen ca. 50 C über die T g erhitzt werden. Wird die Temperatur zu hoch gewählt gleiten die Verschlaufungen der Ketten zu schnell voneinander ab. Das Material vermag die Spannung des Verformens nicht zu halten und beginnt zu gliessen. Teilkristallinen Polymeren müssen wesentlich stärker, nämlich 100 C über der Glassübergangstemperatur, erhitzt werden. Dies ist nötig, um einen Teil der Kristalliten aufzubrechen und die benötigte Elastizität zu erreichen. Auch hier ist die gewählte Temperatur entscheidend. Zu hohe Temperaturen nahe am Schmelzpunkt lassen das Polymer fliessen, zu tiefe Temperaturen nahe der Glassübergangstemperatur verhindern das Verformen. Zum Thermoformen eignen sich nur amorphe und teilkristalline Kristalle ohne chemische Vernetzung und Thermostabilität. Duromere mit dreidimensionaler chemischer Vernetzung zersetzen sich schon vor der benötigten Verformungstemperatur, Elastomere haben eine Glassübergangstemperatur unter RT. Die Hauptketten sind also bei RT beweglich. Grundsätzlich eignen sich amorphe Polymere besser zum Thermoformen als teilkristalline Polymere. Sie sind schon bei leicht erhöhten Temperaturen komplett verformbar. Im Gegensatz dazu ist es schwierig, die richtige Temperatur für das Thermoformen von teilkristallinen Polymeren zu finden. Es muss einen Kompromiss zwischen Stabilität und Beweglichkeit gefunden werden. Teilkristalline Polymere im quasi komplett amorphen Zustand dürfen beim Thermoformen nicht zu stark erhitzt werden. Bei einer Temperatur genau zwischen T g und T m bilden sich Kristalliten am schnellsten aus. Das Material wird trübe. [1] 2.3 Memory Effekt Werden verformte Polymere erneut über T g erwärmt springen sie aufgrund des Gewinnen von höherer Entropie wieder in ihre Ursprungsform zurück. Dies geschiet nur, wenn die Verschlaufungen noch nicht zu stark voneinander abgegleitet sind. Bei teilkristallinen Polymeren kann dieser Effekt weniger beobachtet werden, das die Verknüpfungspunkte (Kristalliten) aufgebrochen werden mussten um eine Verformung überhaupt möglich zu machen. 2.4 Hypothese PP (Polypropylen, teilkristallin) wird sich schlecht thermoformen lassen, ein Memoryeffekt wird nicht erkennbar sein. Im Gegensatz dazu wird PS (Polystyrene, amorph) sehr einfach zu verarbeiten sein und bei erneutem Erwärmen wieder zurückverformen. PET (Polyethylenterephtalat, teilkristallin, liegt aber amorph vor) wird sich ähnlich gut verformen lassen wie PS, jedoch wird der Memory Effekt durch gebildete Kristalliten gehemmt sein. PVC (Polyvinylchlorid, amorph) ist zwar amorph aber zudem polar. Die Temperatur für das Thermoformen muss zur Überwindung dieser Kräfte höher gewählt werden. Dies führt zu einem stärkeren Abgleiten der Ketten und verringertem Memory Effekt. Page 5/ 15

6 3. MATERIAL UND METHODE 3 MATERIAL UND METHODE Es wurden vier verschiedene Kunststoffe auf deren Thermoformabilität getestet. Dazu gehörten PP (Polypropylene), PVC (Polyvinylchlorid), PS (Polystyrene) und PET (Polyethylenterephthalat. Hierfür wurden dünne Platten auf die geeignete Temperatur erwärmt und in eine Becherform gezogen. Die Dehnung wurde anhand eines aufgemalten Rasters gemessen. Zudem wurden alle Materialien auf einen Memory Effekt überprüft. 3.1 Thermoformen Anhand von DSC Graphen wurde für jedes Polymer die geeignete Temperatur für das Thermoformen bestimmt. Die dünnen Polymerplatten wurden in einen Metallrahmen eingespannt und auf die negative Becherform luftdicht gelegt. Mit einem Infrarotstrahler wurde das Material durchgehend regelmässig erwärmt und die Temperatur mittels eines Laserthermometers laufend überprüft. Sobald die gewählte Temperatur erreicht wurde, wurde das angelegte Vakuum im Vakuumtank langsam gelöst. Die Polymerfole wurde in die negative Becherform hineingezogen. Durch das Berühren der kalten Formschale kühlte sich das Material schnell ab. Um die gewählten Temperaturen zu überprüfen wurde mit jeder Sorte Polymer einige Male geübt. Zudem wurde so die geeignete Tiefziehgeschwindigkeit ermittelt. Tabelle 1 zeigt die ermittelten Werte für Tiefziegeschwindigkeit und Thermoformtemperatur. Tabelle 1: gewählte Temperatur in Grad Celsius und Tiefziehgeschwindigkeit für verschiedene Polymertypen. Polymer Typ T m [ C] T g [ C] Temperatur [ C] Tiefziehgeschw. PP teilkristallin schnell PVC amorph mittel PS amorph schnell PET teilkristallin schnell Pro Polymersorte wurden drei Platten mit einem 1cm x 1cm Raster versehen. Dieser wurde mit einem wasserfesten Folienschreiber aufgezeichnet. Die Folien wurden so eingespannt, dass die Rasterlinien nach der Verformung auf der Becheraussenseite zu liegen kamen. Die Folien wurden mit den ermittelten Werten thermogeformt. Dabei wurde versucht, jede der drei Folien mit den gleichen Parametern zu formen. Mit einer Metallschere wurde der geformte Becher entlang der verzogenen Rasterlinien in zwei gleichmässige Stücke geteilt. Die Verziehung der Linien wurde an verschiedenen Punkten entlang der Schnittkante gemessen (L i ). Mit einem Mikrometer wurde zudem die Folienstärke genau zwischen den vermessenen Gitterpunkten (d i ) und der unverformten Randstelle (d 1 ) festgehalten. Die Dehnung ε wurde auf zwei verschiedene Arten berechnet. Zum einen über die Verzerrung der Länge (L) der Quadrate (1), zum anderen über den Unterschied der Foliendicke (d) (2). ε =!!!!!!! (1) ε =!!!! 1 (2) Seite 6 / 12

7 3. MATERIAL UND METHODE 3.2 Memory Effekt Von jeder Folie wurde ein Becher auf die selbe Art und Weise hergestellt, wie die drei vermessenen Becher. Mit einem Heissluftföhn wurde der Becher nach Auskühlen erneut erwärmt (T=140 C). Dabei wurde überprüft, ob sich das Material zurückzieht oder nicht. Es handelt sich hierbei um eine rein qualitative Messung. Mögliche Rückverformungen wurden rein visuell festgestellt. Seite 7 / 12

8 4. RESULTATE 4 RESULTATE 4.1 Thermoformen Tabelle 2: Tabelle mit allen Resultaten beim Themoformen, do: Dicke vor Thermoformen, di: Dicke nach Thermoformen, l: Durchmesser des Rasters nach Thermoformen l [cm] d! [µm] d! [µm] Temp. [ C] Tiefzieh PVC mittel PVC mittel PVC schnell PS schnell PS schnell PS schnell PET schnell PET schnell PET schnell PP schnell PP 2 PP 3 In der Tabelle 2 sind alle Resultate die beim Thermoformen gemacht wurden zusammengestellt. Bei PP konnte nur eine brauchbare Probe hergestellt werden. Die verschiedenen Spalten in l[cm] stehen für die verschiedenen Rastervierecke die gemessen werden konnten. Bei PVC konnten nur wenige Raster gemessen werden, da sie zum Teil nicht mehr erkennbar waren. Bei PET und PS konnten schöne Becher hergestellt werden. Bei PP und PVC dagegen waren die Becher nur sehr dünnwandig und unregelmässig. 12 Cauchy- Dehnung 10 Cauchy- Dehnung ε PVC 1 PVC 2 PVC 3 PS 1 PS 2 PS 3 PET 1 PET 2 PET 3 PP 1 PP 2 PP 3 Proben Abbildung 2: Darstellung der Cauchy-Dehnung bei allen gemachten Proben. Seite 8 / 12

9 4. RESULTATE In Abbildung 2 ist die Cauchy-Dehnung aller brauchbaren Proben abgebildet. Berechnet wurden die Werte mit der Cauchy-Dehnungs-Formel: ε =!!!!!!!. Für L! wurde der Mittelwert jeder Probe von l[cm] aus der Tabelle 2 genommen. Für L! wurde die Ursprüngliche Grösse des Rasters von 1cm genommen. Zu beachten ist, dass bei PP nur eine Probe hergestellt werden konnte. Für PP ist also nur PP 1 vorhanden Dehnung Dehnung ε PVC 1 PVC 2 PVC 3 PS 1 PS 2 PS 3 PET 1 PET 2 PET 3 PP 1 PP 2 PP 3 Proben Abbildung 3: Dehnung der Proben, berechnet anhand der Foliendicke In Abbildung wurde wiederum die Dehnung der Proben errechnet. Dieses Mal anhand der Foliendicke und der Formel: ε =!!!! 1. Die Werte für d! und d! wurden aus Tabelle 2 entnommen. Auch dieses Mal ist zu beachten, dass bei PP nur eine Probe gemacht wurde. 4.2 Memory Effekt Bei PP und PVC war keine Veränderung beim Erwärmen festzugestellen. Bei PS und PET zog sich die Becherform in ähnlichem Masse zusammen. Die ursprüngliche Becherform war danach nur noch ansatzweise erkennbar. 4.3 Fehlerrechnung Messfehler: Thermometer: +/ C Heissluftföhn: +/- 0.5 C Mikrometer: +/- 0.5 m Seite 9 / 12

10 5. DISKUSSION 5 DISKUSSION 5.1 Thermoformen Das ermittlen der optimalen Temperaturen für das Thermoformen war bei den vier verschiedenen Polymeren unterschiedlich aufwändig und schwierig. Bei PET und PS war der Wert schnell gefunden. Leichtes varieren bei den Temperaturen hatten bei diesen beiden Polymeren keine grossen Auswirkungen auf das Resultat. Bei den anderen Beiden (PP und PVC) war das Ermitteln allerdings deutlich schwieriger. Bereits eine kleine Temperaturänderungen konnten grosse Unterschiede beim Resultat bewirken. War die Temperatur zu tief, konnte das Material nicht verformt werden. Wurde die Temperatur zu hoch gewählt, bekam die Form Löcher. Trotz vieler Misserfolge wurde dann doch noch ein brauchbares Resultat erziehlt. Nun zum eigentlichen Versuch. Allgemein kann man sagen, dass alle vier Polymere beim Erhitzen in den entropieelastischen Zustand überführt wurden. Das Material wurde dadurch weich und verformbar. Durch das erzeugte Vaakum wurden die Folien an die Wand der Becherform gezogen. Da die Becherwand wesentlich kühler als die erhitzten Polymere war, külten die Polymerplatten schnell ab. Die Zeitspanne des Abkühlens reichte für die Polymerketten nicht aus, um sich in den Zustand der höchsten Entropie zurückzuversetzen. Der amorphe Teil des Polymeres wurde so in diesem Zustand eingefrohren und die erzeugt Form blieb erhalten. Es zeigte sich schnell, dass sich PET und PS besser für das Thermoformen eignet als PVC und PP. PS eignet sich gut, da es amorph vorliegt. Auch ist der Bereich zwischen T g und T m relativ gross, dadurch lässt sich PS gut thermoformen. Bei PET ist das ganze allerdings etwas komplizierter. PET liegt normalerweise nicht im amorphen Zustand. Trotzdem konnte PET gut verformt werden. PET kann aber duch eine spezielle Behandlung in den amorphen Zustand gesetzt werden. Beim bearbeiteten PET im Versuch muss es sich also um PET im amorphen Zustand gehandelt haben. Wenn man die Tabelle 1 und 2 zur Hand zieht kann man zudem erkennen, dass die gewählten Temperaturen ca. 50 C über T g liegen. Dies ist optimal beim Thermoformen. Wie schon erwähnt konnte man PP und PVC nur sehr schlecht verformen. Bei PP ist der Grund schnell ersichtlich. PP liegt teilkristallin vor. Als das PP-Blättchen die gewünschte Temperatur erreicht hatte und das Material durch das Vakuum in die Form gezogen wurde, verhinderten die Kristalle im PP die elastische Verformung. Aus diesem Grund kam es zu Löchern und zu nur sehr dünnen Becherwänden. Bei PVC sollte es dageben besser gehen. Da PVC amorph vorliegt sollte sich dieses Material gut thermoformen lassen. Dem war aber nicht so. Ein möglicher Grund dafür könnte die zu hoch gewählte Temperatur (siehe Tabelle 1 und 2) sein. PVC befindet sich bei 220 C bereits in der Schmelze. Beim Tiefziehen glitten die Polymerketten ab und dies führte zu Löchern und wiederum zu nur sehr dünnen Becherwänden. Aus der Tabelle 1 ist zudem ersichtlich, dass T g und T m (im Vergleich zu den anderen Polymeren) eng beieinander liegen. Somit ist die Toleranz bei der Temperatur nicht so hoch wie bsw. bei PET. Die Interpretation der Dehnung präsentiert sich als sehr schwierig. Bei PP und PVC ist keine Tendenz zu erkennen. Gründe dafür sind, dass bei PP nur eine brauchbare Probe gemacht werden konnte und dass bei PVC die Wände zu dünn waren, als dass man einen genauen Wert messen konnte (siehe auch 5.3 Probleme). Auch bei PS und PET ist die genaue Interpretation der Resultate nicht ganz möglich. In diesen beiden Fällen schwanken die Werte für der Dehnung allerdings nicht so stark wie bei PVC. Bei der Cauchy-Dehnung (siehe Abbildung 2) sind die beiden Werte von PET und PS auf dem gleichen Niveau. Tendenziell ist die Dehnung von PS einwenig grösser als bei PET. Wenn man die Dehnung anhand der Foliendicke zur Hand zieht, zeigt sich ein ganz anderes Bild. Nun ist die Dehnung von PET um ein mehrfaches grösser als bei PS. Dies entzieht sich allerdings Seite 10 / 12

11 5. DISKUSSION jeglicher Logik. Womöglich hätte man die Dicke an unterschiedlichen Punkten messen und anhand dieser Werte den Mittelwert ermitteln sollen. Damit wäre man vielleicht zu aussagekräftigeren Resultaten gekommen. 5.2 Memory Effekt Gleich auffallend ist, dass nur die beiden Polymeren (PET, PS), die sich gut thermoformen liessen, einen Memory Effekt aufzeigten. Die Erklärung für dieses Phänomen des Memory Effekts liegt in der Entropieelastizität. Bei der Formänderung, die durch das Vakuum hervorgerufen wurde, wurden die verschlauften Polymere (amorpher Teil) in die länge gezogen. Wurde das Polymer nun langsam abgekühlt zogen sich die Polymerketten langsam wieder zusammen um so die ursprüngliche Position (vor der Verformung) wieder einzunehmen. Grund dafür ist, dass das System eine höchst mögliche Entropie erreichen möchte. Wenn die Polymerketten langgezogen sind, ist die Entropie tiefer als wenn sie dies nicht sind. Deshalb nehmen die Polymerketten wieder die ursprüngliche Position ein (wenn sie beweglich sind) und erreichen so die höchst möglich Entropie. Im Versuch wurden die Polymere aber aprupt abgekühlt, so dass die Zeit nicht ausreichte, damit sich die Polymere wieder zusammenziehen hätten können. Die Form wurde gewissermassen eingefrohren. Als das Material wieder erhitzt wurde, wurden die Polymerketten wieder beweglich und die alte Form wurde wieder eingenommen. Dies funktionierte bei PS und PET. PP und PVC mussten nahe an den Schmelzpunkt erhitzt werden, damit sie verformt werden konnten. Aus diesem Grund begannen die Polymerketten abzugleiten. Als Folge dessen, konnte die ursprüngliche Form nicht mehr angenommen werden. 5.3 Probleme Die Resultate der Dehnungen müssen mit grosser Vorsicht interpretiert werden. Einerseits war das eingezeichntete Raster auf den Polymeren teils nur sehr schwach erkennbar und andererseits war das Messen der Foliendicke fast unmöglich. Nach dem Tiefziehen waren die Folien sehr dünn (vorallem PVC und PP), dies machte das exakte Messen äusserst schwierig. Die Resultate bei PP und PVC sind nicht vollends zufriedenstellend. Die Zeit um einen schönen Becher aus PP und PVC herzustellen hat nicht ausgereicht. 5.4 Fazit Abschliessend kann man sagen, dass sich PET und PS unter diesen Versuchsbedingungen besser für die Thermoformung eignen als dies PVC und PP tun. Auch der Memory Effekt ist nur bei PET und PS nachweisbar. Seite 11 / 12

12 6. QUELLEN 6 QUELLEN 6.1 Literatur [1] STUDIENGANG MATERIALWISSENSCHAFT ETH ZÜRICH SKRIPT VERSUCH 1: POLYMERE IM GUMMIELASTISCHEN ZUSTAND 6.2 Websites [1] [3] SUBTECH (2010) DIMITRI KOPELIOVICH ( ) WIKIPEDIA - BAUSTAHL ( ) Seite 12 / 12

13 7. ANHANG 7 ANHANG Kontrollfragen: 1. Warum werden Elastomere vernetzt? Durch die Vernetzung wird eine vollständige Rückverformung des Materials bei Verformung garantiert. Zudem verfügen verzetzte Elastomere über einen ausgeprägten Memory-Effekt 2. Nennen Sie zwei Bedingungen, dass ein Kunststoff schmelz- oder erweichbar ist? Der Kunststoff darf keine Hauptvalenzbindungen haben und die Schmelztemperatur muss unter der Zersetzungstemperatur liegen. 3. Was versteht man unter Entropieelastizität? Sind Polymerketten durch Haupt- und/oder Nebenvalenzbindungen (Verschlaufungen) miteinander verknüpft, werden die Ketten zwischen den Fixpunkten gestreckt und aufgereiht. Dadurch wird die Entropie verringert. Um diese wieder zu erhöhen, zieht sich das Material wieder zusammen. 4. Warum schnappen thermogeformte Teile nach Entfernen des Vakuums nicht in ihre ursprüngliche Form zurück, wie eine Gummifolie das tun würde? Durch die erhöhte Temparatur beim Thermoformen haben sich die Polymerketten, welche nur durch Nebenvalenzbindungen und Kistalliten zusammengehalten wurden, neu angeordnet. Durch das schnelle Abkühlen wurden die Ketten in dieser Position eingefrohren. 5. Was verhindert kurzzeitig das Fliessen eines amorphen Polymers im entropieelastischen Zustand? Die einzelnen Ketten eines amorphen Polymers werden durch Nebenvalenzbindungen und Verschlaufungen zusammengehalten. Es ist eine physikalische Vernetzung. Diese Verschlaufungen gleiten nur langsam voneinander ab, abhängig von angelegter Spannung und Temperatur. 6. Wie bestimmen Sie die Temperatur, bei der ein Polymer thermogeformt werden kann? Die Temperatur muss sicher oberhalb der Glassübergangstemperatur liegen, damit die Ketten beweglich sind. Sie sollte aber nicht zu nahe am Schmelzpunkt (TP) liegen, sonst fliessen die Polymere zu schnell. 7. Was passiert beim Thermoformen, wenn die Temperatur zu hoch / zu tief ist? zu hoch: Das Material schmilzt/ fliesst zu schnell und es entstehen Löcher in der Folie. zu tief: Es passiert nichts, resp. das Material kann nicht vollständig verformt werden. 8. Was eignet sich grundsätzlich besser zum Thermoformen, AP oder TP? Warum? Amorphe Polymere eignen sich besser. Bei TP bilden Kristalliten bis zu hohen Temperaturen Fixpunkte und sind dadurch nur schlecht verformbar. Amorphe Polymere hingegen können über eine weite Temperaturspannweite elastisch verformt werden. 9. Warum schrumpft ein wiedererwärmtes Thermoformteil in seine ursprüngliche Form zurück? Schuld daran ist der Memoryeffekt. Beim Erwärmen werden die amorphen Strukturen wieder beweglich. Die Verschlaufungen, welche nicht abgerutscht sind, wirken wieder als Fixpunkte und die gestreckten Polymerketten ziehen sich zurück in den ursprünglichen Zustand (Erhöhung der Entropie) 10. Wie gross ist typischerweise der Schubmodul eines Polymers und eines Gummis? Gummi: 10 MPa, Polymer: 1-2 GPa Seite 13 / 12