Praktikum Kunststofftechnik

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1 Praktikum Kunststofftechnik (Prof. Dr.-Ing. A. Horoschenkoff).1 Zugversuch (EN ISO 57-1) (Tensile Test) Praktikumstermin : Kunststoff-Prüfung I Mechanisches Verhalten: Kennwerte: spröde, zähelastisch, verstreckbar Streckspannung σ Y, Zugfestigkeit σ M, Bruchspannung σ B Streckdehnung ε Y, Dehnung bei Zugfestigkeit ε M, Bruchdehnung ε B, E-Modul Aufgabe: Kunststoffe: Ablauf: Charakterisierung des mechanischen Verhaltens der angegebenen Kunststoffe siehe Tabelle - Bestimmen der Probenabmessungen - Kraftanzeige auf Null stellen - Einspannen der Proben - Anfahren bis Vorlast und Anlegen des Längenmessgerätes - Bestimmen des E-Moduls im Dehnungsbereich von 0,05 bis 0,5% (Bereich linearer Verformung) - Bestimmung der Festigkeitskennwerte - Bewertung der Bruchflächen Universalprüfmaschine (max. Prüfkraft 50 kn) mit Längenmessgerät, Keilspannbacken und Messwerterfassungsprogramm Anfangsmesslänge l o [mm]... Prüfgeschwindigkeit [mm/min]... Prüfgeschwindigkeit bei E-Modul Bestimmung... Probenform...Schulterprobe... Prüftemperatur [ C]... Auswertung: Spannung σ = F A ; Dehnung l ε = ; E-Modul l O σ E = ; ε Welches Materialverhalten lässt sich durch eine Spiralfeder beschreiben? Welcher Messfehler tritt auf, wenn die Dehnung mit dem Traversenweg gemessen wird? Wofür ist die Kenntnis des E-Moduls erforderlich? Welchen Werkstoffkennwert betrachten Sie, um zu beurteilen, ob ein Kunststoff spröde oder zäh ist? Wie beeinflusst die Kurzfaserverstärkung des mechanische Verhalten? 1

2 Zusammenstellung der Ergebnisse: Abmessungen Ao [mm] PA 66 PA GF 35 PP-EPDM PC ABS PMMA typisches Spannungs - Dehnungsverhalten (schematische Skizze) Prinzipielles mechanisches Verhalten Streckspannung Streckdehnung Bruchspannung Bruchdehnung E-Modul Bruchspannung bezogenauf den Restquerschnitt σy εy σb εb E AR σb MPa MPa MPa MPa MPa MPa % % % % % % MPa MPa MPa MPa MPa MPa % % % % % % MPa MPa MPa MPa MPa MPa mm² mm² mm² MPa MPa MPa Spannungsverhältnis σb / σy Molekülstruktur Füllstoffe Anwendungsbeispiele Fahrzeug / Flugzeugbau Wärmeformbeständigkeit nach... [ C] MFR.../...g / 10 min MVR.../...cm³ / 10 min

3 . Prüfung der Wärmeformbeständigkeit..1 Wärmeformbeständigkeit nach Martens (DIN 53 46) (Determination of heat deflection temperature under load) Ablauf: Beim Martens-Verfahren wird ein rechteckförmiger Probestab bei 4-Pkt Biegebeanspruchung mit einer konstanten Biegespannung von 5 MPa belastet und zunehmend erwärmt. Die nach Absinken des Hebelarms um 6 mm gemessene Temperatur kennzeichnet die Formbeständigkeit. Aufgabe: Kunststoffe: Bestimmung der Wärmeformbeständigkeit siehe Tabelle Heizrate: < 50 C/h (möglichst konstante Temperaturverteilung in der Probe) Biegespannung σ = Schwerpunktsabs tan d l B M W g = 5MPa ; Widers tan dsmoment W σ bbh = 6G G GHlH + G l G G A A = bh 6 Versuchsergebnisse: Kunststoff Wärmeformbeständigkeit Nach Martens [ C] Vicat Erweichungstemp. [ C] PP PP/EPDM PE PA PS

4 .. Bestimmung der Vicat-Erweichungstemperatur (ISO 306) (Determination of Vicat softening temperature) Ablauf: Die Probe wird durch einen Stift mit 1mm Stirnfläche mit 5 kg in einer Prüfkammer, die gleichmäßig aufgeheizt wird, belastet. Die Temperatur, bei der die Spitze 1 mm in die Oberfläche eingedrungen ist, wird als Vicat-Erweichungstemperatur bezeichnet. Kunststoff: Aufgabe: PE Bestimmen Sie die Vicat-Erweichungstemperatur Belastungsgewicht [kg]. Aufheizrate [ C/h].. Versuchsergebnis: Siehe Tabelle..1 Für welche Kunststoffe ist der Martens-Versuch geeignet? Für welche Kunststoffe ist der Vicat-Versuch geeignet? Wie beeinflußt die Aufheizrate die Wärmeformbeständigkeit? 4

5 .3 Schmelz- und Fließverhalten von Thermoplasten (EN ISO 1133) Determination of the melt mass-flow rate (MFR) and the volume-flow rate (MVR) Kunststoff: Aufgabenstellung: PE-HD Untersuchen Sie, ob die Viskosität des vorliegenden PE-HD zur Herstellung eines Kraftstofftanks im Extrusionsblasformverfahren geeignet ist. Der Zylinder hat einen genormten Durchmesser von 9,55 mm. Das Belastungsgewicht wird so gewählt, dass die ausfließende Masse in einer Messzeit von 10 min zwischen 0,5 gr und 40 gr liegt. Versuchsauswertung: tref m MFR( T, m) = ; t A tref l 47 l MVR( T, m) = = ; FRR = t t t ref = die Bezugszeit in s; (10 min = 600 s) t = Zeitintervall für das Abschneiden in s m = das Belastungsgewicht in kg T = Prüftemperatur in C A = Querschnittsfläche des Kolbens l = Kolbenweg in cm MFR( T1 / m1 ) MFR( T / m ) Versuchsergebnisse: Versuchsbedingungen Ergebnisse Dichte des Kunststoffs gr/cm 3 Eingestellte Prüftemperatur C Masse des Belastungsgewichts kg Zeitintervall zum Abschneiden der Probestücke min Schmelze-Volumenfließrate MVR.../... cm 3 /10min Schmelze-Massefließrate MFR.../... g/10min Fließratenverhältnis FFR 5

6 Verarbeitungsverfahren von PE in Abhängigkeit der Dichte und der Schmelzemassefließrate nach Firmenunterlage BASF Verarbeitung von Polyolefinen.. dε Was beschreibt die Formel τ = η? dt Was versteht man unter Strukturviskosität? 6

7 .4 Schmelz- und Härteverhalten von Duromeren Anmerkung: Das Schmelzindex-Prüfgerät ist im Prinzip nicht zur Prüfung von Duromeren Kunststoffen vorgesehen, sondern dient nach Norm (EN ISO 1133) ausschließlich zur Prüfung von bestimmten Thermoplasten. Aus der Aufzeichnung des Kolbenweg-Zeit-Diagramms bei ansteigender Temperatur lassen sich insbesondere bei Kondensationsharzkunststoffen für die Verarbeitung und Aushärtung wichtige Erkenntnisse gewinnen. Kunststoff: Aufgabenstellung: Phenolharz (Holzmehl gefüllt) Charakterisierung des Reaktionsverhaltens Vergleichbar mit Versuch.3, jedoch mit verschlossener Düse Heizrate [ C/min]... Versuchsauswertung: Vernetzungsversuch Beginn des Beginn der Vernetzung Ende der Aushärtung Aufschmelzens C C C Welche Eigenschaften haben Phenolharze? Wie wirkt sich ein Vorwärmen des Pulvers auf das Aushärteverhalten aus? Was versteht man unter Polykondensation? 7