Definition eines Verbundwerkstoffs
Ein Faserverbundwerkstoff ist ein Mischwerkstoff, der in Allgemeinen aus zwei Hauptkomponenten besteht:
Aus den verstaerkenden Fasern
Einer bettenden Matrix (dem Füll- und Klebstoff zwischen den Fasern)
Sowie eine Interphase/Interface
Gute Eigenschaften der Fasern
Hohe Festigkeit (Ohne Versagen standhalten)
Hohe Steifigkeit (Form behalten)
Geringes spezifisches Gewicht
Schlechte Eigenschaften von Fasern
Brüchig/spröde
Geringe Knicksteifigkeit (Knicken:bükülme)
Gute Eigenschaften der Matrix
Übertraegt die Festigkeit bei Belastung quer zur Faser
Schützt die Fasern und dient als Stützstruktur
Schlechte Eigenschaften einer Matrix
Limitiert den Temperatureinsatzbereich(kullanılma alanı) des Verbunds
Der Matrixwerkstoff hat folgende wichtige Funktionen:
Fixierung der Fasern in der gewollten geometrischen Position
Schutz der Fasern von Einflüssen aus der Umgebung (z.B. Umwelteinflüssen)
Unterstützung der Fasern bei Druckbelastung (Stabilitaet)
Krafteinleitung auf die Fasern
Kraftübertragung zwischen den Fasern
Wechselwirkung zwischen Faser und Matrix
Hohe Bruchdehnung = dehnbar und zäh (katı)
Einteilung der Verbundwerkstoffe
3 Typen von Kunststoffen, die als Matrix Werkstoff in Composites Verwendung finden
Duroplaste
Elastomere
Thermoplaste
Epoxid Harze (EP)
Ungesättigte Polyester Harze (UP)
Vinylester Harze (VE)
Polyimide (PI)
Silikone
Polyurethane (PU)
Polyethylenterephthalat (PET)
Polybutylenterephthalat (PBT)
Polyamid (PA)
Polyphenylensulfid (PPS)
Polyetheretherketon (PEEK)
Kettenstruktur und Eigenschaften von Thermoplasten, Elastomeren und Duroplasten
Quellbar = şişebilen
Begriffsdefinitionen:
Polymer
Molekül
Monomer
Thermoplastische Moleküle sind…
2D-Ketten Molekül
Eigenschaften von amorph
Eigenschaften von teilkristallin
Ausbildung der kristallinen Struktur von Thermoplasten
Polymerketten liegen nahe beieinander und ordnen sich regelmäßig an, um starke Bindungen zu formen
Allgemeine Regel für die kristalline Strukturen von Thermoplasten
Langsames Herunterkühlen führt zu höherer Kristallinität
Kristallisationsgrad von Thermoplasten
Normalerweise 40-60 %
Thermoplasten gibt es als amorphe ( 0% Kristallinität) und als semikristalline Polymere
Einfluss auf mechanische Eigenschaften am Beispiel von PA (Thermoplast) führt ein hoher Grad an Kristallisation
Geringere Feuchtigkeitsabsorption
Verbesserte mechanische und elektrische Eigenschaften
Verbesserte Abriebfestigkeit (aşınma direci)
Einteilung der Thermoplaste
Pyramide
PP, PE, PEEK
Entstehung der thermoplastischen Polymeren
ungesaettigt: eine Doppelfachbindung C=C
Definition von Polyaddition
Definition
Entstehung
— vorausssetzung
von Polyolefine (Polyalkene)
Definition: Polyolefine sind teilkristalline Thermoplaste
Entstehung:
Polyaddition/Kettenwachstum
Polymer besteht aus Olefin-Monomeren (CnH2n) oder Alkenen
Reaktion: Hochdruck, Hohe Temperatur und Katalysator werden benötigt
Polyethylen PE
Art:
Monomer:
PE Unterformen:
Gebrauch:
Molekül:
Polyethylen ist eine Art von Polyolefine.
Polypropylen PP
Polypropylen ist eine Art von Polyolefin:
Polykondensation
Voraussetzung:
Funktionale Gruppe:
Kondensat:
Bsp.
Polyamide
Charakteristisch:
am häufigsten:
Im amorphen Teil der Molekülstruktur:
Amorphe Polymere PEI für
Glasübergangstemperatur
Schmelztemperatur
Erweichungstemperatur
Wiederverwertung von Thermoplasten, Faserverstärkten Thermoplasten
Was machen die Recycling und Alterung zu thermoplastischen Polymers?
Mechanische Eigenschaften thermoplastischer Verbundwerkstoffe
Vorteile thermoplastischer gegenüber duroplastischer Verbundmaterialien
Nachteile thermoplastischer gegenüber duroplastischer Verbundmaterialien
Verbesserung der Matrixverformbarkeit
Vorteile thermoplastischer gegenüber duroplastischer Verbundmaterialien:
Compression after Impact (CAI) Eigenschaften
Unbegrenzte Lagerzeit
Wiederverwendbar
Thermoformen
Schweißbar
Schnelle Verarbeitung ist möglich, kein exothermes Aushärten
Nachteile:
Kriechen des Materials
Hohe Prozesstemperaturen erforderlich
Hohe Prozessdrücke erforderlich
Kriechen: Verformung unter konstanter Last
Exothermes Aushärten: bir maddenin sertleşme sürecinin, çevreye ısı yayarak gerçekleştiğini ifade eder.
Eigenschaften von Kurz- und Endlosfaserverstärkung
Anisotrope: Richtungsabhängigkeit einer Eigenschaft
Eigenspannung von thermoplastischen Verbundwerkstoffen
Definition: Eigenspannung sind Spannungen innerhalb eines Materials, die unabhängig von äußeren Kräften und Temperaturgradienten auftreten.
Entstehung: Ungleichgewicht zwischen der thermischen Expansion der Faser und der Matrix während des Abkühlens (Schrumpfung der Matrix)
Anwendung von Thermoplaste als Hochleisungskunststoffe
Vorteil
Anwendung von Thermoplasten als Konstruktionskunststoffe
Stoßstange: araba tamponu
Anwendung von Thermoplasten als Standardkunststoffe
Naturfaserverstärkte Thermoplaste (Matten, Vliese)
Innenausstattung des Mercedes
Motivation:
Kosteneffizient
Hohe Designfreiheit
Vorteile von Duroplasten
Hohe E-Modul: höheren Widerstand gegenüber einer elastischen Verformung
Hoher E-Modul aufgrund der starken Vernetzung
Kaum Kriechen
Hohe thermische und chemische Stabilität
Einfache Prozessführung aufgrund niedriger Viskosität
Nachteile von Duroplasten
schmilzt nicht ——> nicht schweißbar
relativ spröde, ohne weitere Modifikation (Additive Fasern etc.) nicht als Strukturwerkstoff verwendbar
Recycling nur bedingt möglich (Zermahlen)
Strukturwerkstoff: zum Tragen von schweren Lasten
Als Duroplastische Matrixsysteme:
Der hohe Vernetzungsgrad führt zu einem hohen:
Eigenschaft:
Als Duroplastische Matrixsysteme
Eigenschaft
Schlagzähigkeit = darbe dayanıklılığı
Abriebfest: aşınmaya dayanıklı
Synthese durch Polyadditions-/ Copolymerisationsreaktion mit einem Härter
Polyurethan (PU)
Schlagzäh: darbeye dayanıklı
Epoxid Harze
Wofür verwendet
Gruppe
Typen
Synthese von Bisphenol A Epoxid Harz
Aushärten eines Duroplasten
(Aushärten: sertleştirme)
a) Beginn der Härtung mit Monomeren
b) Lineares Wachstum und Verzweigung der Molekülketten
c) Bildung eine gelartigen aber noch unvollständigen Netzwerkes
d) Vollständig ausgehärteter Duroplast
Anwendung von Epoxid Harze
Epoxid Harze werden hauptsächlich in Strukturbauteilen aus Verbundwerkstoffen bei Luft- und Raumfahrt Anwendungen sowie in der Automobilindustrie verwendet.
Vorteile von Epoxid Harze
Geringer Schrumpf (boyut değiştirme) während der Aushärtung —-> Herstellung von Bauteilen mit hohen Toleranzen
Exzellente Faser-Matrix-Anhaftung
Gute Ermüdungsfestigkeit
Elektrisch isolierend
Ermüdungsfestigkeit: langsam oluşan Schädigungsprozess unter Umgebungseinflüssen
Nachteil von Epoxid Harze
Teurer als UP-Harze
Aushärtezeit ist länger als bei UP-Harzen
Verarbeitung nur mit Schutzausrüstung
Härter
Netzwerk
Phase
Voraussetzung
Einfluss des Mischungsverhältnisses auf die Materialeigenschaften
Das Mischungsverhältnis von Harz und Härter beeinflusst die mechanischen und thermischen Eigenschaften des ausgehärteten Duroplasten.
Glasübergangstemperatur und Biegemodul ⬇️ sinken mit erhöhtem Härteranteil ⬆️
Tg: vom starren in einen flexibleren, gummiartigen Zustand übergehen.
Biegemodul:= Elastizitätsmodul, wie steif (katı) ein Material ist.
Härter artınca madde daha ekastik ve kırılgan olmaya başlıyor.
Wärmefluss während des Aushärtens
Die Aushärtereaktion ist exotherm (ısı veren).
Der Wärmefluss während des Aushärtens hängt von der Temperatur ab.
Wichtig zu wissen: Verwendung von Harz System
! Die Temperaturregulierung ist genau zu beachten
! Große Harzmengen vermeiden
(Explosion öder Verbrennung olur)
Exotherm steigt mit Temperatur
Typen von Fasern
Kohlenstofffasern
Glasfasern
Naturfasern
Polymerfasern
Keramik-/ Metallfasern
Definition von Biopolymer
a) besteht aus biobasierten(nachwachsenden) Rohstoffen und/oder
b) verfügt über eine biologische Abbaubarkeit
Biobasiert: nachwachsende Rohstoffe
Radikalische Kettenwachstumsreaktion
Arten von Polymerisation
Radikalische Kettenwachstumsreaktion/ Polyolefine
Polymer besteht aus:
Was sind für die Reaktion benötigt?
Schritte der Radikalischen Kettenwachstumsreaktion
Last changed10 months ago
