Kunststoffhandbuch für Dummies

Thomas Kümmer

• Verlag: Wiley-VCH
• Jahr: 2020
• ISBN drucken: 9783527714001
• eBook-ISBN: 9783527828012
• Auflage: 1
• Thema: Technik & Maschinenbau
• Thema: Werkstoffwissenschaft

Nachteile ein Kunststoff in Ihrem ganz besonderen Anwendungsfall hat? Dieses Buch führt Sie in das umfassende Thema Kunststoffe ein. Sie finden alle wichtigen Informationen zu Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren, auch zu den noch weniger gebräuchlichen. Chemischer Aufbau und Werkstoff-Kenndaten verstehen sich von selbst. Doch was noch viel wichtiger ist: Hier erfahren Sie, was Sie mit dem jeweiligen Kunststoff anfangen können und welche Kunststoffe sich für welchen Anwendungsfall eignen. Das Buch enthält die besten Hinweise eines Praktikers im Umgang mit Kunststoffen. So können Sie ressourcenschonend und gewinnbringend arbeiten. Inklusive zwei Online-Bonuskapitel!

Teil III

Werkstoffeigenschaften

IN DIESEM TEIL …

• Typische Werkstoffeigenschaften, die Sie auch in Datenblättern finden werden
• Deren Bedeutung
• Wie man sie messen kann

Kapitel 6

Mechanische Eigenschaften

IN DIESEM KAPITEL

• Die weite Welt der Festigkeitslehre bezogen auf Kunststoffe
• Typische Messverfahren in dieser Welt

Das Interessanteste an einem Werkstoff, aus dem ein Gegenstand hergestellt werden soll, sind sicherlich die mechanischen Eigenschaften. Wieviel Zug oder Druck hält das Material aus? Und wie verformt sich das Bauteil, wenn eine Kraft von außen darauf einwirkt? Auf jeden Fall gibt es umso weniger Verformung, je größer die Fläche ist, auf welche die Kraft wirkt. Das können Sie sich ganz einfach vor Augen führen, indem Sie aus Knetmasse eine Kugel formen, diese auf eine ebene Fläche, beispielsweise eine Tischplatte legen und auf die Knetkugel etwas Schweres setzen. Die Kugel wird plattgedrückt. Allerdings nur bis zu einer bestimmten Höhe und nicht weiter. Das Gewicht haben Sie nicht verändert und die Knetmasse ist nicht härter geworden. Also bleibt als einzige Erklärung, warum die Kugel nicht weiter plattgedrückt wird: die Kontaktfläche ist größer geworden. Und damit verteilt sich das Gewicht auf eine größere Fläche. Um die Größe der Kontaktfläche zu berücksichtigen, muss die Kraft F in Bezug zu dieser Fläche A gebracht werden. Und schon haben Sie die Definition der Zug- oder Druckspannung σ (sigma):

Formel 6.1: Definition der Zug- oderDruckspannung

Wenn die Kraft wirkt, verformt sich also das Bauteil. Allerdings hängt die Größe der Verformung auch ab von der Länge, an der die Kraft ziehen kann. Nehmen Sie ein Gummiband und hängen Sie etwas dran, nicht zu schwer, nicht zu leicht. Dann dehnt sich das Gummiband um meinetwegen einen Zentimeter. Knoten Sie zehn Gummibänder aneinander und hängen Sie das gleiche Teil dran, dann dehnt sich jedes Gummiband um einen Zentimeter, der gesamte Strang dehnt sich somit um zehn Zentimeter! Um das zu berücksichtigen, wurde die Deformation ε (epsilon) definiert:

Formel 6.2: Definition der Deformation

Δl ist die absolute Länge der Deformation und l ist die Länge des Teils, an der die Kraft zieht (oder auf die sie drückt).

Im Prinzip geht es bei den Verformungen aufgrund mechanischer Belastung also immer um den Zusammenhang von Spannung σ und Dehnung ε.

Die Spannung und die Dehnung können auf dreierlei Art und Weise voneinander abhängen:

1. Linear-elastisch
2. Viskos
3. Plastisch

Linear-elastisches Verhalten

Wird auch Hookesches Verhalten genannt, zu Ehren von Robert Hooke, einem englischen Universalgelehrten des 17. Jahrhunderts, der genau dieses Verhalten als erster beschrieben hat. Hier ist die Verformung proportional zur einwirkenden Kraft. Je mehr Kraft wirkt, umso mehr verformt sich der Körper. Wichtig zur Abgrenzung gegenüber den anderen beiden Verhalten: Wird die Kraft ganz weggenommen, geht auch die Verformung ganz weg. Symbolisch dargestellt wird dieses Verhalten mittels einer stark vereinfacht gezeichneten Spiralfeder (siehe Abbildung 6.1).

Abbildung 6.1: Symbolbild Hookescher Körper

Kenngröße des Hookeschen Verhaltens ist der Elastizitätsmodul mit dem Formelzeichen E. Und hier die Formel, die den Zusammenhang zwischen äußerer Kraft F und Längenänderung Δl beschreibt:

Formel 6.3: Deformation als Funktion der Spannung, linear-elastisches Verhalten

A bezeichnet die Querschnittsfläche des Bauteils senkrecht zur Zugkraft F. Und l steht für die Ausgangslänge des Bauteils.

Wie Sie anhand Formel 6-3 erkennen können, herrscht nicht nur allgemein proportionaler, sondern sogar ein linearer Zusammenhang zwischen Verformung und wirkender Kraft. Die Energie, die zum Verformen aufgewendet wurde, wird beim Entformen wieder vollständig abgegeben, der belastete Körper federt wieder vollständig in seine ursprüngliche Gestalt zurück.

Dies ist das übliche Verhalten von Metallen (solange man im linear-elastischen Bereich der Verformung bleibt). Kunststoffe verhalten sich allerdings (je nach Anwendungsfall leider oder zum Glück) nicht so linear-elastisch wie Metalle. Das Verhalten von Kunststoffen unter Belastung kann viskoe...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Inhaltsverzeichnis
• Über den Autor
• Einführung
• Teil I: Und jedem Zauber wohnt ein Anfang inne
• Teil II: Drum prüfe, wer sich ewig bindet
• Teil III: Werkstoffeigenschaften
• Teil IV: Flexibel muss man sein
• Teil V: Gelobt sei, was hart macht
• Teil VI: Eine andere Sicht der Dinge
• Teil VII: Top-Ten-Teil
• Index
• End User License Agreement