Kunststoffprüfung:
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| Format: | Book |
|---|---|
| Language: | German |
| Published: |
München [u.a.]
Hanser
2005
|
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| Online Access: | Beschreibung für Leser Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XXXII, 706 S. Ill., graph. Darst. 25 cm |
| ISBN: | 3446220860 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen (Auswahl) XIX
Abkürzungsverzeichnis XXVII
Kurzzeichen für Kunststoffe XXXI
1 Einleitung 1
1.1 Zur Herausbildung der Kunststoffprüfung als Wissenschaftsdisziplin 1
1.2 Einflussgrößen auf die Kennwertermittlung 5
1.3 Einteilung der Methoden der Kunststoffprüfung 6
1.4 Normen und Regelwerke in der Kunststoffprüfung 8
1.5 Zusammenstellung der Normen 11
1.6 Literaturhinweise für die einzelnen Fachgebiete 12
2 Prüfkörperherstellung 15
2.1 Einführung 15
2.2 Prüfung an Formmassen 17
2.3 Herstellung von Prüfkörpern 18
2.3.1 Allgemeine Anmerkungen 18
2.3.2 Prüfkörperherstellung durch direkte Formgebung 20
2.3.2.1 Herstellung von Prüfkörpern aus thermoplastischen
Formmassen 20
2.3.2.2 Herstellung von Prüfkörpern aus duroplastischen
Formmassen 27
2.3.2.3 Herstellung von Prüfkörpern aus elastomeren
Werkstoffen 29
2.3.3 Prüfkörperherstellung durch indirekte Formgebung 30
2.3.4 Charakterisierung des Prüfkörperzustandes 32
2.4 Prüfkörpervorbereitung und Konditionierung 35
2.5 Zusammenstellung der Normen 38
2.6 Literatur 39
3 Bestimmung verarbeitungsrelevanter Eigenschaften 41
3.1 Formmassen 41
3.2 Bestimmung von Schüttguteigenschaften 42
Inhaltsverzeichnis
3.2.1 Schüttdichte, Stopfdichte, Füllfaktor 42
3.2.2 Rieselfähigkeit, Schüttwinkel, Rutschwinkel 44
3.3 Bestimmung von Fluideigenschaften 45
3.3.1 Rheologische Grundlagen 45
3.3.1.1 Viskosität NEWTON scher und nicht-NEWTON scher
Fluide
45
3.3.1.2 Temperatur-und Druckabhängigkeit der Viskosität 49
3.3.1.3 Moknasseneinfluss auf die Viskosität 49
3.3.1.4 Volumeneigenschaften 49
3.3.2 Messung Theologischer Eigenschaften 50
3.3.2.1 Rheometrie/Viskosimetrie 50
3.3.2.2 Rotationsrheometer 51
3.3.2.3 Kapillarrheometer 58
3.3.2.4 Dehnrheometer 69
3.3.3 Auswahl von Messmethoden zur Theologischen
Charakterisierung von Polymerwerkstoffen 72
3.4 Zusammenstellung der Nonnen 73
3.5 Literatur 74
4 Mechanische Eigenschaften von Kunststoffen 75
4.1 Grundlagen mechanischen Verhaltens 75
4.1.1 Mechanische Beanspruchungsgrößen 75
4.1.1.1 Spannung 75
4.1.1.2 Deformation 78
4.1.2 Werkstoffverhalten und Stoffgesetze 79
4.1.2.1 Elastisches Verhalten 80
4.1.2.2 Viskoses Verhalten 83
4.1.2.3 Viskoelastisches Verhalten 85
4.1.2.4 Plastisches Verhalten 91
4.2 Mechanische Spektroskopie 93
4.2.1 Experimentelle Bestimmung zeitabhängiger mechanischer
Eigenschaften 94
4.2.1.1 Statische Prüfverfahren 94
4.2.1.2 Dynamisch-Mechanische Analyse (DMA) 95
4.2.2 Zeit- und Temperaturabhängigkeit der viskoelastischen
Eigenschaften 103
4.2.3 Strukturelle Einflussgrößen auf die viskoelastischen
Eigenschaften 107
4.3 Quasistatische Prüfverfahren 108
4.3.1 Deformationsverhalten von Kunststoffen 108
Inhaltsverzeichnis
XI
4.3.2 Zugversuch an Kunststoffen 115
4.3.2.1 Theoretische Grandlagen des Zugversuches 115
4.3.2.2 Der konventionelle Zugversuch 119
4.3.2.3 Erweiterte Aussagemöglichkeiten des Zugversuches 128
4.3.3 Weiterreißversuch 134
4.3.4 Druckversuch an Kunststoffen 136
4.3.4.1 Theoretische Grundlagen des Druckversuches 136
4.3.4.2 Durchführung und Auswertung des Druckversuches 140
4.3.5 Biegeversuch an Kunststoffen 145
4.3.5.1 Theoretische Grundlagen des Biegeversuches 145
4.3.5.2 Der genormte Biegeversuch 151
4.4 Schlagartige Beanspruchung 156
4.4.1 Einführung 156
4.4.2 Schlagbiegeversuch und Kerbschlagbiegeversuch 157
4.4.3 Schlagzugversuch und Kerbschlagzugversuch 163
4.4.4 Fallbolzenversuch und Durchstoßversuch 166
4.5 Ermüdungsverhalten 169
4.5.1 Allgemeine Grundlagen 169
4.5.2 Experimentelle Ermittlung des Ermüdungsverhaltens 171
4.5.3 Planung und Auswertung von Ermüdungsversuchen 176
4.5.4 Einflussgrößen auf das Ermüdungsverhalten und die
Lebensdauervorhersage von Kunststoffen 178
4.6 Statisches Langzeitverhalten 180
4.6.1 Allgemeine Grandlagen 180
4.6.2 Zeitstandzugversuch 182
4.6.3 Zeitstandbiegeversuch 190
4.6.4 Zeitstanddruckversuch 191
4.7 Härteprüfverfahren 192
4.7.1 Grundlagen der Härteprüfung 192
4.7.2 Konventionelle Härteprüfverfahren 195
4.7.2.1 Prüfverfahren zur Ermittlung von Härtewerten nach
Entlastung 195
4.7.2.2 Prüfverfahren zur Ermittlung von Härtewerten unter
Last 197
4.7.2.3 Sonderverfahren 201
4.7.2.4 Vergleichbarkeit von Härtewerten 201
4.7.3 Instrumentierte Härteprüfung 203
4.7.3.1 Grandlagen der Messmethodik 203
4.7.3.2 Werkstoffkenngrößen der instrumentierten
Härteprüfung 205
XII Inhaltsverzeichnis
4.7.3.3 Anwendungsbeispiele 208
4.7.4 Korrelationen der Mikrohärte mit Streckgrenze und
Zähigkeit 210
4.8 Reibung und Verschleiß 214
4.8.1 Einleitung 214
4.8.2 Grundlagen von Reibung und Verschleiß 216
4.8.2.1 Reibungskräfte 216
4.8.2.2 Temperaturerhöhung als Folge der Reibung 217
4.8.2.3 Verschleiß als Systemeigenschaft 217
4.8.2.4 Verschleißmechanismen und Transferfilmbildung 218
4.8.3 Verschleißprüfung und Verschleißkenngrößen 219
4.8.3.1 Ausgewählte Modell-Verschleißprüfungen 221
4.8.3.2 Verschleißkenngrößen und deren Ermittlung 222
4.8.3.3 Verschleißkenngrößen und deren Darstellung 224
4.8.4 Ausgewählte experimentelle Ergebnisse 224
4.8.4.1 Einfluss des Gegenpartners 224
4.8.4.2 Einfluss von Füllstoffen 226
4.8.4.3 Einfluss der Belastungsparameter 228
4.8.4.4 Eigenschaftsvorhersage mittels neuronaler Netze 230
4.8.5 Abschließende Bewertung 231
4.9 Zusammenstellung der Normen 232
4.10 Literatur 237
5 Zähigkeitsbewertung mit bruchmechanischen Methoden 243
5.1 Einführung 243
5.2 Stand und Entwicklungstendenzen 244
5.3 Grundaussagen bruchmechanischer Konzepte 246
5.3.1 Linear-elastische Bruchmechanik (LEBM) 246
5.3.2
Crack Tip Opening Displacement- (CTOD-)
Konzept 250
5.3.3 J-Integral-Konzept 254
5.3.4 Risswiderstands- (R-) Kurven-Konzept 255
5.4 Experimentelle Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte 257
5.4.1 Quasistatische Beanspruchung 257
5.4.2 Instrumentierter Kerbschlagbiegeversuch 261
5.4.2.1 Prüfanordnung 261
5.4.2.2 Einhaltung experimenteller Bedingungen 263
5.4.2.3 Typen von Schlagkraft-Durchbiegungs-Diagrammen -
Optimierung der Diagrammform 265
5.4.2.4 Spezielle Näherungsverfahren zur Bestimmung
von J-Werten 267
Inhaltsverzeichnis XIII
5.4.2.5 Anforderungen an die Prüfkörpergeometrie 270
5.4.3 Instrumentierter Fallversuch 272
5.5 Anwendungen in der Werkstoffentwicklung 274
5.5.1 Bruchmechanische Zähigkeitsbewertung von modifizierten
Kunststoffen 274
5.5.1.1 Teilchengefüllte Kunststoffe 274
5.5.1.2 Faserverstärkte Kunbststoffe 278
5.5.1.3
Blends
und Copolymere 283
5.5.2 Anwendung des instrumentierten Schlagzugversuches zur
Erzeugnisbewertung 289
5.5.3 Berücksichtigung des Bruchverhaltens bei der
Werkstoffauswahl und Dimensionierung 293
5.6 Zusammenstellung der Normen 295
5.7 Literatur 296
6 Prüfung physikalischer Eigenschaften 299
6.1 Thermische Eigenschaften 299
6.1.1 Einleitung 299
6.1.2 Wärmeleitfähigkeitsbestimmung 301
6.1.3. Dynamische Differenz-
Thermoanalyse
(DSC) 305
6.1.4 Thermogravimetrische Analyse (TG
A
) 311
6.1.5 Thermomechanische Analyse
(TMA)
ЗІЗ
6.2 Optische Eigenschaften 317
6.2.1 Einführung 317
6.2.2 Reflexion und Brechung 318
6.2.2.1 Gerichtete und diffuse Reflexion 318
6.2.2.2 Brechzahlbestimmung 319
6.2.3 Dispersion 323
6.2.4 Polarisation 324
6.2.4.1 Optische Aktivität 324
6.2.4.2 Polarisationsoptische Bauelemente 325
6.2.4.3 Polarisationsoptische Untersuchungsverfahren 327
6.2.5 Transmission, Absorption und Reflexion 334
6.2.6 Glanz, Innere Remission und Trübung 335
6.2.7 Farbe 339
6.2.8 Transparenz und Durchsichtigkeit 343
6.2.9 Infrarotspektroskopie 347
6.2.10 Lasertechnik 349
6.2.11 Prüfung auf die Konstanz optischer Werte 350
XIV
Inhaltsverzeichnis
6.3
Elektrische und dielektrische Eigenschaften
352
6.3.1 Einleitung
352
6.3.2 Physikalische Grundlagen
355
6.3.3 Elektrische Leitfähigkeit und Widerstand
359
6.3.3.1 Durchgangswiderstand
359
6.3.3.2 Oberflächenwiderstand
362
6.3.3.3 Isolationswiderstand
363
6.3.3.4 Messverfahren
364
6.3.3.5 Kontaktierung und Prüfkörpervorbereitung
367
6.3.4 Dielektrische Eigenschaften und dielektrische Spektroskopie
368
6.3.4.1 Relaxationsprozesse
369
6.3.4.2 Wechselstromleitfähigkeit
377
6.3.4.3 Breitbandige dielektrische Messtechnik
379
6.3.5 Spezielle technische Prüfverfahren
386
6.3.5.1 Elektrostatische Aufladung
386
6.3.5.2 Elektrische Festigkeit
389
6.3.5.3 Kriechstromfestigkeit und Lichtbogenfestigkeit
393
6.4
Zusammenstellung der Normen
396
6.5
Literatur
399
7 Bewertung der Spannungsrissbeständigkeit
405
7.1
Allgemeine Bemerkungen zum Versagen von Kunststoffen
in aggressiven Medien
405
7.2
Prüfung der Süannunesrissbeständiekeit
409
7.2.1 Prüfmethoden zur Bestimmung der umgebungsbedingten
Spannungsrissbildung 409
7.2.2 Beispiele zur Bewertung der Spannungsrissbeständigkeit mit
standardisierten Prüfverfahren 413
7.2.3 Bruchmechanische Prüfmethoden 418
7.3 Modellbetrachtungen zum Versagen von Polymeren in
Medien durch Spannungsrisse 422
7.4 Einflussgrößen auf das Spannungsrissverhalten 426
7.4.1 Vernetzung 426
7.4.2 Mohnasse und Molmassenverteilung 427
7.4.3 Verzweigungen 428
7.4.4 Kristalline Bereiche 429
7.4.5 Molekülorientierung 431
7.4.6 Physikalisch-chemische Wechselwirkungsvorgänge 434
7.4.7 Viskosität des Umgebungsmediums 440
7.4.8 Einfluss der Prüfkörperdicke 446
Inhaltsverzeichnis
XV
7.4.9
Einfluss der Temperatur
447
7.5
Zusammenstellung der Normen und Richtlinien
451
7.6
Literatur
452
8 Zerstörungsfreie Kunststoffprüfung
455
8.1
Einleitung
455
8.2
Zerstörungsfreie Prüfung mit elektromagnetischen Wellen
457
8.2.1
Röntgenstrahlung
457
8.2.1.1 Projektionsverfahren mittels Absorption
458
8.2.1.2 Compton-Rückstreuung
460
8.2.1.3 Röntgen-Refraktometrie
461
8.2.2
Spektralbereich des sichtbaren Lichts
464
8.2.2.1 Dickenmessung an transparenten Bauteilen
464
8.2.2.2 Spannungsoptik an transparenten Bauteilen
464
8.2.2.3 Konfokale Laserscanmikroskopie
465
8.2.2.4 Streifenprojektion zur Konturerfassung
467
8.2.2.5 Interferometrische Verfahren
468
8.2.3
Thermographie
473
8.2.4
Mikrowellen
474
8.2.5
Dielektrische Spektroskopie
478
8.2.6
Wirbelstrom
479
8.3
Zerstörungsfreie Prüfung mit elastischen Wellen
481
8.3.1
Elastische Wellen bei linearem Werkstoffverhalten
482
8.3.1.1 Ultraschall
482
8.3.1.2 Mechanische Vibrometrie
492
8.3.2
Elastische Wellen bei nichtlinearem Werkstoffverhalten
497
8.3.2.1 Grundlegendes zu elastischen Wellen im
nichtlinearen Werkstoff
497
8.3.2.2 Nichtlinearer Luftultraschall
497
8.3.2.3 Nichtlineare Vibrometrie
500
8.4
Zerstörungsfreie Prüfung mit dynamischem Wärmetransport
503
8.4.1
Externe Anregung
503
8.4.1.1 Wärmeflussthermographie mit nichtperiodischem
Wärmetransport
503
8.4.1.2
Thermographie mit
periodischem Wärmetransport
505
8.4.2
Interne Anregung
509
8.4.2.1
Thermographie mit
Anregung durch elastische
Wellen
509
8.4.2.2
Thermographie mit
anderen internen
Anregungsarten
514
XVI Inhaltsverzeichnis
8.5 Ausblick 514
8.6 Literatur 516
9 Hybride Verfahren der Kunststoffdiagnostik 521
9.1 Zielstellung 521
9.2 Zugversuch, Schallemissionsprüfung und Videothermographie 523
9.3 Zugversuch und Laserextensometrie 526
9.4 Bruchmechanik und Zerstörungsfreie Prüfung 531
9.5 Literatur 535
10 Prüfung von Verbundwerkstoffen 537
10.1 Einführung 537
10.2 Theoretischer Hintergrund 539
10.2.1 Anisotropie 539
10.2.2 Elastische Eigenschaften von Laminaten 540
10.2.3 Einfluss von Feuchtigkeit und Temperatur 540
10.2.4 Laminattheorie und Hauptsatz nach
St. VENANT
541
10.2.5 Anwendung bruchmechanischer Konzepte für FVW 542
10.3. Prüfkörperherstellung 545
10.3.1 Laminatherstellung 545
10.3.2 Prüfkörpervorbereitung für unidirektionale Beanspruchung 547
10.4 Bestimmung des Faservolumengehaltes 548
10.5 Mechanische Prüfmethoden 550
10.5.1 Zugversuche 550
10.5.2 Druckversuche 553
10.5.3 Biegeversuche 557
10.5.4 Interlaminare Scherfestigkeit 560
10.5.5 Schubversuche 561
10.5.5.1 ± 45° Off-Axis Zugversuch 562
10.5.5.2 10° Off-Axis Zugversuch 563
10.5.5.3
Two-
und
Three-Rail
Scherversuche 564
10.5.5.4 Iosipescu Schubversuch 566
10.5.5.5 Plate-Twist Schubversuch 567
10.5.5.6 Torsion dünnwandiger Rohre 568
10.6 Bruchmechanische Prüfmethoden 569
10.6.1 Experimentelle Prüfung von FVW 569
10.6.2 Spezielle Priifkörperformen 570
10.6.2.1 Prüfkörper für Mode I-Beanspruchung 570
10.6.2.2 Prüfkörper für Mode II-Beanspruchung 572
10.6.2.3
Mixed
Mode-Prüfkörper 575
Inhaltsverzeichnis XVII
10.6.3 Bruchmechanische Kennwerte von FVW 577
10.7 Spezifische Prüfmethoden 579
10.7.1 Edge-Delamination Test (EDT) 579
10.7.2 Boeing
Open-Hole
Compression
Prüfung 580
10.8 Schälfestigkeit biegeweicher Laminate 581
10.9 Schlagbeanspruchung und Schadenstoleranz 582
10.10 Zusammenstellung der Normen und Richtlinien 586
10.11 Literatur 589
11 Technologische Prüfverfahren 591
11.1 Wärmeformbeständigkeit 591
11.1.1 Grundlagen und Definitionen 591
11.1.2 Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur
HDT und der VICAT-Erweichungstemperatur 592
11.1.3 Anwendungsbeispiele zur Aussagefähigkeit der
VICAT- und HDT-Prümng 595
11.2 Brandverhalten 599
11.2.1 Einleitung 599
11.2.2 Stufen eines Brandes und Brandparameter 602
11.2.3 Brandprüfungen 604
11.2.3.1 Neigung zu Schwelbrand 605
11.2.3.2 Entzündbarkeit 606
11.2.3.3 Flammenausbreitung 610
11.2.3.4 Wärmefreisetzung 613
11.2.3.5 Feuerbeständigkeit 615
11.2.3.6 Löschbarkeit 615
11.2.4 Die Anwendung des
Cone-
Kalorimeters zur Charakterisierung
des Brandverhaltens 615
11.3 Bauteilprüfung 622
11.3.1 Einführung 622
11.3.2 Basisprüfmethoden 623
11.3.2.1 Allgemeines 623
11.3.2.2 Prüfung äußerer Merkmale 623
11.3.2.3 Prüfung von Werkstoffeigenschaften 625
11.3.2.4 Prüfung der Gebrauchstauglichkeit 628
11.3.3 Prüfung von Kunststoffrohren 629
11.3.3.1 Qualitätssicherung bei Kunststoffrohren 629
11.3.3.2 Prüfung des Zeitstandinnendrucks von
Kunststoffrohren 631
XVIII
Inhaltsverzeich
η
is
11.3.4 Prüfung von Kunststoffbauteilen für Anwendungen im
Automobilbau
634
11.3.4.1 Anforderungen an die Prüfung
634
11.3.4.2 Mechanische Prüfungen
634
11.3.4.3
Permeations-
und Emissionsprüfungen
636
11.3.5 Prüfung von Kunststoffbauteilen für Anwendungen im
Bauwesen
639
11.3.5.1 Einleitung
639
11.3.5.2 Prüfung von Sandwichelementen
640
11.3.5.3 Prüfung von Kunststoffmantelrohren
643
11.4
Implantatprüfung
648
11.4.1 Einführung
648
11.4.2
Push-Out Test
an Implantaten
650
11.4.3 Prüfung des Einsatzverhaltens von pharyngo-trachealen
Stimmprothesen
653
11.4.4 Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von
humanem Knorpel
656
11.5
Zusammenstellung der Normen
659
11.6
Literatur
662
12 Mikroprüftechnik
665
12.1
Einführung
665
12.2
Kennwertermittlung an Mikroprüfkörpern
669
12.2.1 Mikrozugprüfung
669
12.2.2 Bruchmechanische Untersuchungen mit Hilfe von
miniaturisierten
Compact
Tension (CTJ-Prüfkörpern
673
12.3
Nano-Eindringprüfung
676
12.4
Prüfmethoden auf dem Weg in die Nanowelt
678
12.4.1 Berührungslose Verschiebungsfeldbestimmung durch digitale
Bildkorrelation (Grauwertkorrelationsanalyse)
678
12.4.2 In-situ-Deformationsmessungen im Atomkraftmikroskop (AFM
) 680
12.5
Literatur
685
Sachwortverzeichnis 687
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