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Welche Verhalten werden im Hinblick auf das mechanische Verhalten unterscheiden?
- Elastisches Verhalten
- Energieelastizität
- Entropieelastizität
- Viskoses Verhalten
- Viskoelastisches Verhalten
- linear
- nicht linear
- Plastisches Verhalten
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Zeige die dynamischen, mechanischen Eigenschaften eines amorphen Thermoplasts in Abhängigkeit von der Zeit (Diagramm)!
Wofür stehen...?
E‘
E‘‘
tan δ
 - E‘ – Speichermodul
- E‘‘ – Verlustmodul
- tan δ – Verlustfaktor
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Über was für einen Zeitraum finden die gezeigten Viskositätsänderungen bei einem amorphen Thermoplasten i.d.R. statt?
Was bedeutet dies? Lösung?
- Zeitbereich von 15 bis 20 Dekaden
- Da dieser große Bereich nur in Teilen experimentell zugänglich ist, werden Untersuchungen zur Charakterisierung des viskoelastischen Verhaltens häufig in Abhängigkeit von der Temperatur gemacht. Entsprechend der Zeit-Temperatur-Äquivalenz ist es möglich, das gesamte Spektrum der viskoelastischen Eigenschaften bei einer konstanten Beanspruchungszeit bzw. Frequenz in einem Temperaturverlauf zu erfassen.
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Welcher Versuch eignet sich zur Prüfung der thermischen Abhängigkeit vom mechanischen Verhalten?
Torsionsschwingversuch
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Erkläre Aufbau und Ablauf des Torsionsschwingversuches!
- Probekörper in ein sogenanntes Torsionspendel eingespannt
- Pendel wird um 3° ausgelenkt und vollführt dann eine freie Schwingung
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Was ist beim Torsionsschwingversuch zu beobachten?
- Aufgrund der inneren mechanischen Dämpfung der Kunststoffe ist eine gedämpfte Sinusschwingung zu beobachten
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Trage den Zusammenhang zwischen dem Schubmodul G, Speichermodul G‘ und Verlustmodul G‘‘ auf!
Wie berechnet man das logarithmische Dekrement der Dämpfung?
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Was ist der mechanische Verlustfaktor?
Der mechanische Verlustfaktor d ist ein Maß dafür, wie viel der mechanisch aufgewendeten Arbeit bei einem Belastungsvorgang bei der Entlastung nicht mehr zurückgewonnen werden kann. Er charakterisiert somit das Dämpfungsverhalten des Werkstoffs
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Trage das log. Dekrement über der Temperatur auf (bliebiger Kunststoff)!
Erkläre den Verlauf!
- Der G-Modul sinkt mit steigender Temperatur, das Material wird also „flexibler“.
- Der Verlustfaktor steigt mit steigender Temperatur, das Materialwird also „gummiartiger“
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Zeige das thermische Verhalten eines amorphen Thermoplasts, indem du Zugfestigkeit und Bruchdehnung über der Tempeartur aufträgst!
- Bei Raumtemperatur im Glaszustand oft spröde
- Die physikalischen Eigenschaften sind isotrop
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Zeige das thermische Verhalten eines teilkristallinen Thermoplasts, indem du
Zugfestigkeit und Bruchdehnung über der Tempeartur aufträgst!
- Die Festigkeit und Zähigkeit erhalten teilkristalline Kunststoffe durch die Kristallite
- Zuerst lösen sich die amorphen Strukturen und dann die Kristallite
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Zeige das thermische Verhalten eines Duroplasts, indem du Zugfestigkeit und Bruchdehnung über der Tempeartur aufträgst!
- Bei Raumtemperatur hart und oft spröde
- Leichte Erweichung bei steigender Temperatur
- Eng vernetzte Makromoleküle können nicht voneinander abgleiten
- Duroplaste zersetzen sich ohne zu schmelzen
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Zeige das thermische Verhalten eines Elastomers, indem du Zugfestigkeit und Bruchdehnung über der Tempeartur aufträgst!
- Aufbau aus weitmaschig vernetzten Molekülen
- Unterhalb der Glastemperatur hartelastisch (amorphe Bereiche sind fest)
- Oberhalb der Glastemperatur gummielastisch (Abgleiten der Ketten in den amorphen Bereichen möglich)
- Elastomere zersetzen sich ohne zu schmelzen
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Welchen Einfluss hat der Vernetzungsgrad auf die dynamisch, mechanischen Eigenschaften?
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Was ist der Vernetzungsgrad?
Wie wird er bestimmt?
In welchen Größenordnungen liegt er bei welchen Kunststoffen?
- Maß für die Vernetzung eines Polymerwerkstoffes
- Der Vernetzungsgrad ist der Quotient aus der Molzahl vernetzter Grundbausteine und den insgesamt vorhandenen Grundbausteinen.
- Der Vernetzungsgrad liegt bei Duroplasten zwischen 70% - 90% und bei Elastomeren zwischen 5% (Weichgummi) -15% (Hartgummi).
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Nenne Einflüsse auf die Temperaturabhängigkeit des Speichermoduls (3)!
Zeige anhand eines Diagrams wie sie sich auswirken!
- Molmasse
- Vernetzungdichte
- Kristallisationsgrad
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Charakterisiere quasistatische Prüfverfahren und nenne Anwendungen!
- Dehngeschwindigkeiten von ca. 10-5 bis 10-1s-1 wobei der Bruch des Probekörpers oder die festgelegte Beanspruchungsgrenze in einer ökonomisch vertretbaren Zeitspanne erreicht werden.
- Die Beanspruchung erfolgt langsam, stoßfrei und stetig ansteigend bis zum Bruch.
- Verwendung:zur Ermittlung von Werkstoffkennwerten bzw. –kennfunktionen
- Qualitätssicherung
- Vorauswahl von Kunststoffen in der Konstruktion
- Schadensfallanalyse
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Aus welchen Anteilen setzt sich die Gesamtverformung bei quasistatischen Prüfverfahren zusammen?
- Elastische Verformung
- Linear-viskoelastische Verformung
- Nichtlinear-viskoelastische Verformung
- Plastische Verformung
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Trage die Spannung über die Dehnung bei einem quasistatischen Prüfverfahren auf und erkläre die auftretenden Bereiche!
- I. Hooke´scher Bereich :σ = Eε
- II. Viskoelastischer Bereich:
- Linear viskoelastischer Bereich: σ = σ(t) = ε E(t)
- Nicht-linear viskoelastischer Bereich: σ = σ(t, ε) = ε E(t, ε)
- III. Irreversibler Bereich: Bei hohen Verstreckungen treten Crazebildungen auf (Fehlstellen, aber noch keine Risse)
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Wie tritt die Elastische Verformung bei welchen Kunststoffen auf (quasistat. Prüfverfahren)?
- Beschrieben durch das HOOK´sche Gesetz
- Bei unverstärkten Thermoplasten grundsätzlich sehr gering (<0,1%)
- Bei Duroplasten oder hochverstärkten Thermoplasten bis zu 40% der Bruchspannung
- Dominantes Verhalten bei unidirektional verstärkten Faserverbundwerkstoffen
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Was ist Linear-viskoelastische Verformung (quasistat. Prüfverfahren)?
Im Vergleich mit metallischen Werkstoffen tritt bei Kunststoffen selbst bei kleinen Verformungen und anwendungstechnisch relevanten Temperaturen ein mechanisch reversibles, aber zeitabhängiges Deformationsverhalten auf, das Viskoelastizität genannt wird.
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Betrachtet man den folgenden Belastungsfall, so lässt sich für den Hookschen Bereich an einem Körper aus Metall was für eine Reaktion feststellen?
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Betrachtet man den gleichen Belastungsfall für einen Probekörper aus Kunststoff, ergibt sich was für eine Reaktion?
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Welche Zusammenhänge gelten für den linear-elastischen Körper (Feder)?
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Welche Zusammenhänge gelten für linear viskoses Verhalten (Dämpfer)?
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Was ist das Voigt-Modell?
- Das Voigt-Modell beschreibt das linear retardiert elastische Verhalten
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Was erhält man beim Voigt-Modell bezüglich der Scherung nach dem Loslassen einer zuvor aufgebrachten Scherung (samt Formel)?
- Kriecherholung: Entlastet man nun das Voigt-Modell (sprich t > t1) so erhält man analog zur mathematischen Beschreibung des Kriechens:
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Was ist das Maxwell-Modell?
- Durch Kombination des Dämpfers mit der Feder (serielle Schaltung) kommt man zum Maxwell-Modell.
- Bei der Reihenschaltung sind die Kräfte, die Schubspannungen von Feder und Dämpfer gleich; die Deformationen (Scherung γN und γH) beider Elemente addieren sich zur Gesamtdeformation (Gesamtscherung γ)
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Was ist das Maxwell-Voigt-Modell?
- Das Maxwell-Voigt-Modell beschreibt das viskoelastische Verhalten von Kunststoffkörpern
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Wie lautet die mathematische Beschreibung der Scherung im Maxwell-Voigt-Modell?
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Wie wirken sich Retardations-, Zeit- und Relaxationseinflüsse auf die bei quasistatischen Prüfverfahren ermittelten Kennwerte aus?
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Was wirkt sich wie zusätzlich auf das Prüfergebnis der quasistatischen Prüfverfahren aus?
- Zusätzlich beeinflussen die Prüftemperatur und die Beanspruchungszeit das Ergebnis
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