EKT 6. Fließ- und Verarbeitungsverhalten von Polymerschmelzen
Thorsten662
Was ist Rheologie?
Rheologie ist die Lehre vom Fließen und Deformation. Im Unterschied zur Elastizitätstheorie behandelt die Rheologie nur Vorgänge mit bleibender plastischer Verformung.
Wie lassen sich reale Stoffe einteilen und was ist deren Definition?
Festkörper: bauen alleine durch die Deformation im Inneren eine Spannung auf, die nach dem Aufbringen der Last die Deformation zum Stillstand kommen lässt.Fluide: werden mit fortschreitender Zeit immer weiter deformiert, solange eine Kraft wirkt.
Erläutern Sie zwei rheologische Phänomene.
Stahl, ein typischer elastischer Werkstoff, kann zum Fließen gebracht werden, wenn die Kräfte groß genug sind (z.B. Umformung von Karosserieteilen unter einer Presse).Wassertropfen reagiert elastisch, wenn der Deformationsprozess extrem schnell erfolgt (z.B. Wassertropfen, die schnell aus einer Düse geschossen auf eine Unterlage treffen, werden verflacht und dann momentan und vollständig rückverformt zur Kugelgestalt).
Was versteht man unter Scherfließen? Mit welchem Experiment lässt es sich veranschaulichen?
Newtonsches Zweiplattemodell:Wird eine Platte gegen eine andere (feststehende) Platte verschoben, gleiten die Flüssigkeitsschichten aufgrund der Wandhaftung aufeinander ab -> die Schmelze wird geschert.Dabei ist die Viskosität der Zusammenhang zwischen der Schubspannung und der Schergeschwindigkeit:
Zeichnen Sie die Fließkurven für Newtonsches Fluid und eines mit strukturviskosem Verhalten (typische für Kunststoffe).
Die Viskosität von Kunststoffen ist entscheidend für verschiedene Herstellungsverfahren. Kennzeichnen Sie die Verarbeitungsbereiche für die Extrusion und das Spritzgießen in einem Diagramm.
Welche Messgeräte zur Bestimmung der scherrheologischen Eigenschaften gibt es?
Absolute Rheometer: Alle Geräte mit denen sich aus den Messwerten Viskositätskurven bestimmen lassen werden absolute Rheometer genannt. Absolut bedeutet, dass Messungen unterschiedlicher Geräte miteinander vergleichbar sind, z.B. Kapillarrheometer und Rotationsrheometer. Nachteil solcher Geräte ist oft der relativ große Versuchsaufwand.Nicht-absolute Rheometer: Zu den nicht absoluten Messgeräten gehört das Schmelzindexmessgerät. Es ist aber wegen der einfachen Versuchsdurchführung und der schnellen Vergleichbarkeit weit verbreitet.
Was versteht man unter dem Schmelzindex (MFI) bzw. Volumenindex (MVI)?
Der Wert gibt an, wie viel Polymermasse bzw. -Volumen innerhalb einer festgelegten Zeit unter Belastung aus einem genormten Fließkanal ausläuft.Dementsprechend haben niederviskose Polymerschmelzen hohe MFI/MVI Werte und hochviskose Polymerschmelzen niedrige MFI/MVI Werte.
Erläutern Sie Aufbau und Funktion eines Schmelzindexmessgeräts.
Abmessungen von Düse, Kolben, Vorratszylinder und Gewichtsstücken sind genormtDie ausgeflossene Schmelzmasse wird in vorgegebenen Zeitabständen abgeschnitten und gewogen (MFI)alternativ wird das Schmelzvolumen aus dem Kolbenweg ermittelt (MVI)Um MFI oder MVI Werte vergleichen zu können, ist immer die Angabe von Prüftemperatur und -gewicht notwendig.Der Schmelzindex kann zu einem groben Vergleich verschiedener Materialien und zur Wareneingangskontrolle des Materials herangezogen werden.
Erläutern Sie Aufbau und Funktion eines Kapillarrheometers.
Aufbau ähnlich Schmelzindexmessgerät, jedoch kein gewichtsbelasteter Stempel, sondern mechanisch/hydraulisch steuerbar (-> Geschwindigkeit einstellbar)zusätzlich wird der Druck vor der Kapillare bestimmtaus dem Druckverlust und dem Volumenstrom kann die scheinbare Viskosität bestimmt werdenzur Bestimmung der wahren Viskosität muss der Einlaufdruckverlust kompensiert werden
Erläutern Sie Aufbau und Funktion eines Rotationsrheometers.
Im Gegensatz zu den Kapillarrheometern werden keine Druck-, sondern Schleppströmungen erzeugtZur Bestimmung der Schubspannung wird das Drehmoment verwendet und zur Bestimmung der Schergeschwindigkeit die DrehzahlDurch dynamische Versuche kann auch das elastische Verhalten der Schmelze bestimmt werden
Polymerschmelzen verhalten sich strukturviskos und viskoelastisch. Erläutern Sie diese Begriffe.
Strukturviskosität ist die Eigenschaft eines Fluids, bei hohen Scherkräften eine abnehmende Viskosität zu zeigen (scherverdünnendes Verhalten).Als Viskoelastizität bezeichnet man ein teilweise elastisches, teilweise viskoses Materialverhalten. Viskoelastische Stoffe vereinigen also Merkmale von Flüssigkeiten und Festkörpern in sich. Der Effekt ist zeit-, temperatur- und frequenzabhängig und tritt bei polymeren Schmelzen und Festkörpern wie z. B. Kunststoffen aber auch anderen Materialien auf.
Was versteht man unter Strangaufweitung?
Strangaufweitung ist die Vergrößerung des Durchmessers eines Flüssigkeitsstranges nach dem Durchtreten durch enge Öffnungen.Sie hat z.B. bei der Extrusion praktische Relevanz.Sie ist eine Folge der Relaxation von elastischer Deformation.Die Strangaufweitung ist umso größer, je weniger Zeit für eine Relaxation besteht (d.h. je kürzer der enge Querschnitt ist). da Nennen Sie einen Effekt der Fließinstabilitäten und erläutern Sie diesen.
Sharkskin entsteht am Düsenausgang durch Änderung des GeschwindigkeitsprofilsSharkskin kann vermindert werden durch: Abrunden des Düsenausgangs, Modifizierung der Düsenoberfläche mit PTFE, Zugabe von Additiven in das Polymer (PTFE, Bornitrid)Ein Zusammenhang zwischen der Sharkskinausbildung und den Fließeigenschaften des Polymers ist bislang unbekannt.
Tags: Kunststofftechnik Rheologie
Folders: Description: Fragen zum 6. Kapitel aus dem Skript zur Vorlesung "Einführung in die Kunststofftechnik" an der TU Darmstadt.