Diese Studienarbeit soll die Möglichkeiten zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten behandeln. Dabei soll auf die Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, sowie die möglichen Einsatzgebiete der „verbesserten“ Thermoplaste eingegangen werden. Des Weiteren werden die mechanischen Eigenschaften der Thermoplasten mit denen von Aluminium und Stahl verglichen. Der Abschluss ist eine Auswahlhilfe der Thermoplasten.
Thermoplaste sind eine Unterart der Kunststoffe. Die Kunststoffe werden unterteilt in Elastomere, Duroplaste und Thermoplaste. Diese drei Arten der Kunststoffe unterscheiden sich in ihrem chemischen Aufbau und ihren daraus resultierenden physischen und thermischen Eigenschaften. Elastomere sind Kunststoffe, welche eine feste, elastische Masse besitzen. Duroplaste besitzen dagegen eine harte, spröde und nicht schmelzbare Masse. Die Thermoplaste zeichnen sich durch eine chemische Beständigkeit, Zähigkeit und Isoliereigenschaften aus.
Die Thermoplaste zeichnen sich innerhalb der Polymere durch lineare oder verzweigte Ketten von Makromolekülen aus. Diese Makromoleküle werden untereinander ausschließlich durch sekundäre Bindungskräfte zusammengehalten. Durch diese Molekülketten kann es nie zu einer vollständigen Kristallisation des Thermoplasts kommen. Die Struktur eines Thermoplasts ist damit entweder amorph oder teilkristallin. Diese Strukturen sind auch außerhalb des Thermoplasts erkennbar.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1. Studienarbeitsthema
1.2. Definition Thermoplaste
2. Thermoplaste
2.1. Chemischer Aufbau
2.2. Mechanische Eigenschaften
2.3. Anwendungsgebiete
2.4. Grenzen der Thermoplaste
2.5. Hochleistungskunststoffe
3. Stahl
3.1. Chemischer Aufbau von Stahl
3.2. Mechanische Eigenschaften von Stahl
3.3. Anwendungen von Stahl
3.4. Grenzen von Stahl
4. Aluminium
4.1. Chemischer Aufbau von Aluminium
4.2. Mechanische Eigenschaften von Aluminium
4.3. Anwendungen von Aluminium
4.4. Grenzen von Aluminium
5. Vergleich der mechanischen Eigenschaften
6. Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten
6.1. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
6.1.1. Kunststoffadditive
6.1.2. Chemische Vernetzung durch Peroxide
6.1.3. Strahlenvernetzung
6.2. Anwendungsgebiete der mechanisch verbesserten Thermoplaste
6.3. Grenzen der verbesserten Thermoplaste
7. Auswahlhilfe für ausgewählte Kunststoffe
8. Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Studienarbeit analysiert die Möglichkeiten zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten im Vergleich zu metallischen Werkstoffen wie Stahl und Aluminium. Ziel ist es, aufzuzeigen, wie durch spezifische Additive oder Vernetzungsverfahren die Einsatzbereiche für Thermoplaste in technisch anspruchsvollen Umgebungen erweitert werden können, und eine entsprechende Auswahlhilfe für die Praxis bereitzustellen.
- Vergleich der mechanischen Werkstoffeigenschaften (Thermoplaste, Stahl, Aluminium)
- Modifikation von Thermoplasten durch Additive und Verstärkungsmittel
- Chemische und physikalische Verfahren zur Vernetzung (Peroxid, Strahlenvernetzung)
- Anwendungsgebiete und Grenzen der modifizierten Thermoplaste
- Entscheidungshilfe für die werkstoffgerechte Additivauswahl
Auszug aus dem Buch
6.1. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
Die Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten können aufteilt werden in externe und interne Verfahren. Die internen Verfahren sind das Hinzufügen von Kunststoffadditiven. Die externen Verfahren sind Verfahren, wodurch der Kunststoff durch eine chemische Vernetzung mit Peroxiden oder einer Strahlenvernetzung verbesserte Eigenschaften erhält.
Kunststoffe werden oft mit Additiven modifiziert, um die an sie gestellten Anforderungen zu erfüllen [Georg Abts, 2016, S.155]. Aufgrund des Einsatzes von Kunststoffen in der Technik, entstehen auch die Anforderungen an diese. Die Additive, welche den Kunststoffen beigefügt werden können die mechanischen, thermischen und elektrischen Werte sowie das Brandverhalten der Kunststoffe beeinflussen. Auch kann das Aussehen eines Kunststoffes durch Additive wie Färbemittel beeinflusst werden. In den nachfolgenden Abschnitten werden nur die Additive betrachtet, die sich auf die mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten auswirken. Im Folgenden werden beispielhaft ausgewählte Füllstoffe, welche eine mechanische Eigenschaftsverbesserung der Thermoplaste hervorrufen, dargestellt.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Definition der Zielsetzung der Arbeit, die sich mit den Möglichkeiten zur mechanischen Eigenschaftsverbesserung von Thermoplasten befasst.
2. Thermoplaste: Erläuterung der chemischen Struktur und der mechanischen Eigenschaften, die den Einsatz von Thermoplasten begrenzen.
3. Stahl: Analyse der chemischen Zusammensetzung und der mechanischen Kennwerte von Stahl im Maschinenbau.
4. Aluminium: Untersuchung der mechanischen Eigenschaften und Einsatzgrenzen dieses Leichtmetalls.
5. Vergleich der mechanischen Eigenschaften: Gegenüberstellung von Stahl, Aluminium und Thermoplasten hinsichtlich Dichte, Zugfestigkeit, Streckgrenze, Elastizitätsmodul und Härte.
6. Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten: Detaillierte Darstellung von Modifikationsmöglichkeiten durch Additive und Vernetzungsverfahren sowie deren Auswirkungen auf die Anwendungsfelder.
7. Auswahlhilfe für ausgewählte Kunststoffe: Zusammenfassende Matrix zur Unterstützung bei der Auswahl geeigneter Additive in Abhängigkeit von den geforderten Anforderungsprofilen.
8. Fazit: Zusammenfassende Bewertung der Ergebnisse und Bestätigung der Leistungsfähigkeit vernetzter Thermoplaste als Leichtbaualternative.
Schlüsselwörter
Thermoplaste, Kunststoffadditive, Stahl, Aluminium, Strahlenvernetzung, Peroxidvernetzung, mechanische Eigenschaften, Leichtbau, Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul, Polymervernetzung, Füllstoffe, Werkstoffvergleich, Kunststoffmodifikation, Eigenschaftsverbesserung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Studienarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie die mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten verbessert werden können, um sie in anspruchsvolleren Anwendungsgebieten einsetzbar zu machen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die Schwerpunkte liegen auf dem Materialvergleich zwischen Kunststoffen und Metallen, den Modifikationsmöglichkeiten durch Additive und verschiedenen Vernetzungsverfahren.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Das Ziel ist die Erarbeitung eines Überblicks über Verfahren zur mechanischen Verbesserung von Thermoplasten und die Bereitstellung einer Auswahlhilfe für ingenieurtechnische Anwendungen.
Welche wissenschaftliche Methode wird in dieser Arbeit verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer vergleichenden Literatur- und Datenanalyse sowie der systematischen Gegenüberstellung mechanischer Kennwerte verschiedener Werkstoffklassen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische Einführung in die Werkstoffeigenschaften, einen detaillierten Vergleich von Metallen mit Kunststoffen sowie die Darstellung der Modifikationstechniken.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen zählen Thermoplaste, Strahlenvernetzung, mechanische Eigenschaften, Kunststoffadditive und Leichtbau.
Warum ist die Strahlenvernetzung für Thermoplaste besonders vorteilhaft?
Durch die Strahlenvernetzung können die mechanische Festigkeit und die thermische Beständigkeit gezielt verbessert werden, ohne die Grundstruktur des Kunststoffes bei der Formgebung negativ zu beeinträchtigen.
Welchen Nachteil haben Hochleistungskunststoffe laut Autor im Vergleich zu Standard-Thermoplasten?
Der Hauptnachteil liegt in den deutlich höheren Herstellkosten und dem größeren Energiebedarf bei der Verarbeitung bzw. Umformung.
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- Dennis Ekkert (Author), 2018, Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/517950
