VEK Antwoorden op de meerkeuzetoetsen Indien een materiaal voldoet aan het tijd-temperatuur superpositie principe betekent dat: De invloed van een temperatuursverandering op de kruipcurve van een materiaal een verschuiving is langs de logaritmische tijd-as bij gelijkblijvende vorm van de curve. Kalanderen is een proces waarmee: Plaatmateriaal of dikke folies worden gemaakt. Een craze is: Een fibrillaire zone in de tip van een belaste scheur. Twee typen PE (polyetheen) hebben dezelfde MFI (Melt Flow Index), maar verschillende dichtheden. Dit betekent dat ze verschillen in: E-modulus Kristallijn rooster De smeltindex (E: Melt Flow Indez, MFI) van PE of PP is een maat voor: De viscositeit van de smelt (lage viscositeit is beter te verwerken) De (gemiddelde) lengte van de polymeerketens. Het (globale) gemiddelde moleculairgewicht. Necking is: Het optreden van een locale insnoering in een trekstaafje (van een taai materiaal) bij rekken groter dan het zwichtpunt. Rubberelastisch gedrag is een gevolg van: Afname van de entropie-inhoud van het materiaal bij deformatie. SBS-rubber is een blokcopolymeer van styreen en butadieen. De fasenstructuur is als volgt: Continue fase polystyreen, disperse fase polybutadieen. Bij kristallisatie van kunststoffen betekent homogene nucleatie of –kiemvorming dat: Kristalkiemen met kritische afmetingen zich spontaan vormen in de afkoelende smelt. Kristalliniteit in een kunststof is te herkennen door: Het Röntgen diffractiepatroon te bepalen. Fysische veroudering van een amorfe, harde kunststof is een gevolg van: Inwerking van licht en zuurstof. Kruip ten gevolge van belasting met een constante last. De elasticiteitsmodulus van een rubber wordt in sterke mate bepaald door: Het aantal vernettingspunten (‘crosslinks’) per volume-eenheid. Bij verhoging van het moleculairgewicht van een (thermoplastisch) polymeer Neemt de viscositeit van de polymeer smelt toe. Wordt het materiaal taaier. Verhogen van het moleculairgewicht van een thermoplastische kunststof veroorzaakt: Moeilijker verwerking en betere (mechanische) producteigenschappen. Een typerende (“apparent”) viscositeit voor een polymeer bij verwekingstemperatuur is:
1000 Pa.s Kunststoffen, versterkt met (lange) glasvezels leveren moeilijkheden bij construeren vanwege: Te grote stijfheid. In een sterk verdunde ideale oplossing is de afstand S tussen de uiteinden van een polymeermolecuul met een polymerisatiegraad p gegeven door (C is een constante): S = c * √p S = c * p2 Bijna alle behuizingen van elektronica (TV, audio, computers, etc) en van elektrische huishoudelijke apparatuur zijn van kunststof. Dit is vanwege: De grote vrijheid van vormgeving plus de mogelijkheid in een complex product functies te integreren. Een blokcopolymeer is herkenbaar aan: Het optreden van 2 glasovergangstemperaturen Tg en Tg2, die overeenkomen met de glasovergangstemperaturen van de betreffende homoploymeren. Het vloeigedrag van polymere smelten wordt (o.a.) beschreven d.m.v. de “schijnbare viscositeit” (E: apparent viscosity). Dit gebeurt omdat: De smelt zich niet-Newtons gedraagt. Hiernaast is een mechanisch analogon van een viscoelastisch materiaal afgebeeld. De relaxatietijd τ van dit materiaal is: τ = η/G Moleculaire oriëntatie is van grote invloed op: De mechanische eigenschappen van het materiaal. Lineair visco-elastisch gedrag is van toepassing: Bij alle kunststoffen bij kleine deformaties. Bij alle kunststoffen in vaste toestand bij deformaties tot ca. 0.5% Dit is de structuurformule van: PMMA
CH3 -CH2-CC=O O CH3
Een semi-kristallijn polymeer vertoont zijn grootste kristallisatiesnelheid bij een temperatuur: Ongeveer halverwege Tg en Tm. De (homogene) kiemvormingssnelheid bij (semi-)kristallijne polymeren is het grootste: Juist boven Tg. De groeisnelheid van een polymeerkristal is het grootste: Juist onder Tm. Het gewichtsgemiddelde moleculairgewicht van een polymeer, Mw, kan worden bepaald door middel van: Lichtverstrooiingsmetingen. LDPE en HDPE verschillen van elkaar in: Kristalliniteit.
weinig.
Aantal zijketens: LDPE heeft een hoofdketen met veel zijtakken. HDPE met
Dichtheid. De conformatie van een polymeermolecuul in een sterk verdunde theta-oplossing wordt bepaald door: De maximale entropie van het systeem. Het vloeigedrag van polymeer smelten (verband tussen de afschuifspanning τ en de afschuifsnelheid δγ/δt) is volgens curve:
Slagvast PS (polystyreen) is: Een composietmateriaal van PS en een rubber. Bij de constructie van een “mastercurve” wordt gebruik gemaakt van: Het tijd-temperatuur superpositie principe. De “powerlaw” voor de beschijving van het visceuze gedrag van polymere smelten kan mathematisch worden geschreven als: τ = k * γn η = c * ‘γ n-1 Fysische veroudering van amorfe polymeren bij temperaturen beneden Tg berust op: Geleidelijke toename van de dichtheid. Toevoeging van glasvezels aan een kunststof leidt tot een verhoging van: De elasticiteitsmodulus. De zuurstofindex is: Een maat voor de brandbaarheid van een kunststof. Tan δ is gedefinieerd als: De verliesmodulus gedeeld door de opslagmodulus, bepaald bij een dynamisch evenwicht. Een toenemende mate van fysische veroudering veroorzaakt bij een amorfe, harde kunststof: Afname van de kruipsnelheid tgv belasting met een constante last. Het begrip tacticiteit bij een polymeer heeft betrekking op: De stereometrische plaatsing van zijgroepen aan de hoofdketen. Tacticiteit is een begrip dat betekenis heeft in het geval van: Polymeren met zijgroepen De bijzondere eigenschappen van “supervezels” (Kevlar, Twaron, Dyneema): een eatreem hoge sterkte en modulus, berusten op: Hoge mate van oriëntatie van de ketens in de vezelrichting. De juiste formule voor het aantal-gemiddelde moleculairgewicht Mn is: Σ (ni * Mi ) / Σni Vernette of “gecrosslinkte” materialen zijn: Vaste stoffen.
Een polymeer van voldoende hoog moleculairgewicht bezit boven Tg een zgn. rubberplateau: een temperatuurtraject met bijna constante modulus, waar het materiaal rubberelastische eigenschappen bezit. De lengte van het rubberplateau is de grootte van het temperatuurstraject, de hoogte is de waarde van de modulus in dit gebied. Verhoging van het moleculairgewicht van het polymeer leidt tot: Verlenging van het rubberplateau. Veer-dempermodellen worden veel gebruikt om de mechanische eigenschappen van kunststoffen te modelleren. Dit is echter slechts geldig binnen een beperkt gebied, nl: Het lineair visco-elastische gebied. Verhogen van het moleculairgewicht van een thermoplastische kunststof veroorzaakt: Moeilijker verwerking en betere (mechanische) producteigenschappen. PP (polypropeen) is: Iso-tactisch Een stof bestaande uit lineaire ketenmoleculen is: Een thermoplast Bij buitentoepassingen hebben kunststoffen vooral last van: Zonlicht PMMA, PS is een amorf polymeer. Het is dus: Atactisch Een craze is een fenomeen dat optreedt bij: Scheurgroei in thermoplastische kunststoffen. Kunststof glijlagers worden gemaakt (o.a.) van: Poly-(tetrafluoretheen), (ook wel teflon). Rubber in autobanden is gemengd met een aanzienlijke hoeveelheid roet. Dit is om: De band slijtvast, en bestand tegen weersinvloeden te maken. De dispersiegraad D = Mw/Mn is een ruwe maat voor: De breedte van de moleculairgewichtsverdeling. De bruikbaarheid van het materiaal voor folie blazen. De relaxatietijd van een materiaal is: De tijd waarin – bij constante deformatie – de spanning tot een fractie 1/e afgenomen is. HIPS ( High Impact Polystyrene – slagvast polystyreen) is (meestal) een blokcopolymeer van styreen en butadieen. De fasenstructuur is als volgt: Continue fase polystyreen, disperse fase polybutadieen. In de bouw worden kunststoffen (vooral) toegepast vanwege hun gunstige: Isolatie eigenschappen Met een “rubberplateau” wordt bedoeld: Een temperatuursgebeid juist boven Tg waar hoog-moleculaire polymeren rubberelastisch gedrag vertonen en waar de modulus nagenoeg temperatuursonafh. Tan δ is een maat voor: De visceuze dissipatie door het materiaal bij (cyclische) belasting.
Aan een rubber wordt tijdens verwerking zwavel toegevoegd om: De rubber te vernetten (“crosslinking”). In een dynamische karakterisering van de visco-elastische eigenschappen worden bepaald: De opslag- en verliesmodulus. Welke van de volgende polymeren is (semi-) kristallijn? Polyamide (PA, nylon) De aanwezigheid van een secondaire glasovergang in een kunststof kan het gevolg zijn van: Beweeglijkheid van zijgroepen of korte ketendelen. Ontmenging treedt op in een mengsel van 2 polymeren indien de karakteristiek van de vrij enthalpie vs de samenstelling: Een buigpunt vertoont. Oriëntatie in een kunststof veroorzaakt: Toename van de elasticiteitsmodulus in de oriëntatierichting. Toegevoegde glijmiddelen zijn bedoeld om: De verwerking van de kunststof te vergemakkelijken. De (schijnbare of apparent) viscositeit van een kunststofsmelt wordt verhoogd door: Afname van de deformatie snelheid De atomen in de hoofdketen van een polymeermolecuul zijn verbonden door: Covalente bindingen. Door middel van GPC (Gel Permeatie Chromatografie) bepaalt men: De moleculairgewichtsverdeling van het polymeer. Rioleringen zijn tegenwoordig bijna altijd van kunststof (meestal PVC). Dit is vanwege De gunstige corrosie-eigenschappen van het materiaal. De conformatie die een polymeerketen aanneemt in een sterk verdunde oplossing is die van een bolvormige kluwen (‘random coil’). De (theoretische) dichtsheidsverdeling van de ketensegmenten binnen deze bol is als volgt: Maximaal in het middelpunt, naar buiten toe asymptotisch naar nul naderend. Hier is weergegeven de structuurformule van: PS CH2 – CH – CH CH CH CH CH CH Een random copolymeer is herkenbaar aan: Het optreden van 1 glasovergangstemperatuur tussen Tg1 en Tg2 in. Korte glasvezels worden (soms) aan polymeren toegevoegd om: De stijfheid te verhogen. Thermoplasten zijn als zodanig herkenbaar aan: Het overgaan in een hoog-visceuze vloeistof bij temperatuursverhoging.
Hier staan 4 grafieken van het specifiek volume van een materiaal, v, tegen de temperatuur. Welke is van toepassing op PS ( polystyreen)?
TG Welke van de volgende polymeren is geheel amorf? PC, PS Twee verschillende polymeren kunnen slechts zelden een ideaal mengsel vormen (dwz. In elkaar oplossen). Dat komt door: De geringe mengentropie. Bij polymeren kennen we kristallijne smeltpunten en glasovergangen. Het verschil tussen deze twee begrippen heeft te maken met een van de volgende punten: Een kristallijn smeltpunt is een overgang tussen een geordende structuur en een chaotische structuur, een glasovergang is de overgang tussen een starre en een dynamische situatie. De aanwezigheid van een secondaire glasovergang in een kunststof kan het gevolg zijn van: De aanwezigheid van een tweede polymere fase. De glasovergang bij temperatuursverhoging bij een polymeer heeft te maken met: Een sterke verandering in de beweeglijkheid van (delen van) de polymeerketens. De slagvastheid van een brosse kunststof is te verbeteren door: Een hoeveelheid rubber in te mengen. Een polymeer gedraagt zich lineair viscoelastisch wanneer Het voldoet aan het Bolzmann Superpositie principe. Kenmerkend voor een scheurgroei in brosse polymere materialen is het optreden van: Een craze: dit is een fibrillaire zone aan de scheurtip. Polymere smelten zijn visco-elastisch. De elastische component komt (o.m.) tot uiting in: Het zwellen van een extrudaat bij het verlaten van de spuitmond (‘die-swell’). Een polymeer heeft de structuur: B-B-B-B-B B-B-B-B | | A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A Een entcopolymeer Een thermische stabilisator is en additief dat wordt toegevoegd om: Een kunststof te beschermen tegen degradatie tijdens verwerking. Nagenoeg alle kunststoffen zijn brandbaar. Een (niet brandbare) uitzondering vormt: PTFE (Poly-tetrafluotetheen) Bij oplopende temperatuur is het optreden van een glasovergang bij een polymeer te herkennen aan: Het optreden van een sprong in de (lineaire) uitzettingscoëfficiënt.
Het mechanisch gedrag van kunststoffen op zeer lange termijn onder praktijkomstandigheden kan worden bepaald door metingen Bij hogere temperaturen en kortere tijden. Met anisotropie wordt bedoeld: Sommige eigenschappen variëren met de richting in een materiaal. De zwichtspanning van een taaier kunststof kan worden gemeten door middel van een trekproef. Verlagen van de treksnelheid in dit experiment leidt tot: Verhoging van de zwichtspanning. Bij een grote rek (λ = 5 of meer) neemt de tangentmodulus van natuurrubber sterk toe. Dit is een gevolg van: Kristallisatie onder invloed van oriëntatie. Atactische plaatsing van zijgroepen aan de hoofdketen leidt tot: Een amorf materiaal. Een belangrijke reden voor toepassing van kunststoffen in allerhande artikelen is: De flexibiliteit in vormgevingstechnieken. Construeren in (lange-)vezelversterkte kunststoffen is lastig. Dat komt doordat: Het materiaal anisotroop is. Men kan de moleculairgewichtsverdeling (Eng MWD – Moleculair Weight Distribution) van een polymeer bepalen door middel van: GPC (Gel Permeatie Chromatografie). De specifieke viscositeit ηsp van een polymeer, opgelost in een oplosmiddel is gedefineerd als: ηsp = η – η0 / η0 Bij een mengsel van 2 polymeren geeft de grafiek van de thermodynamische potentiaal ∆G (vrije enthalpie of Gibbs-potentiaal) vs samenstelling veel informatie over het menggedrag van deze twee stoffen. In dit verband wordt met de binodaal bedoeld: De raakpunten met een lijn die de curve van ∆G vs samenstelling op 2 plaatsen raakt. Men kan oriëntatie in een materiaal karakteriseren door: De bepaling van de E-modulus in verschillende richtingen. Een kunststof is: Een synthetisch polymeer waaraan hulpstoffen zijn toegevoegd. De ‘nulviscositeit’ η0, van een polymere smelt is gedefinieerd als: η0 = τ / γ ( γ’=1) Vulcanisatie van rubber is: Toevoegen van zwavel waardoor vernetting (‘crosslinking’) ontstaat. Een meer-fasen blend van 2 amorfe polymeren is te herkennen aan: Twee Tg’s, die overeenkomen met de Tg’s van beide polymeren in zuivere toestand. Precisie-onderdelen met zeer nauwe maat-toleranties worden slechts zelden uitgevoerd in kunststof. Dit komt omdat: Kunststof onderdelen met de tijd (langzaam) krimpen en van vorm veranderen.
Retardatiemetingen ( of: kruipexperimenten) zijn experimenten waarbij: Bij een constante spanning de deformatie wordt gevolgd in de tijd. Twee polymeren zijn in iedere samenstelling in elkaar oplosbaar, indien de karakteristiek van de vrije enthalpie vs de samenstelling: Een maximum vertoont. Een minimum vertoont. Een andere term voor rubberelasticiteit is: Entropie-elasticiteit. Plastic (wegwerp-) koffiebekertje worden gemaakt door middel van: Vacuumvormen. De juiste formule voor het gewichts-gemiddelde moleculairgewicht Mw, is: Σi (ni * Mi 2 ) / Σi (ni * Mi) Bij toepassingen waarbij aan de kunststof (lange-duurs) sterkte-eisen worden gesteld, is het van belang te letten op: Het (gemiddelde) moleculairgewicht van de kunststof De hiernaast weergegeven structuurformule is van: - CH2 – CH – Cl Polyvinylchloride De grootte van een spuitgietmachine wordt vooral bepaald door: Het geprojecteerd oppervlak van het te maken product (geprojecteerd op de vaste plaat). Indien δ de fasehoek is tussen opgelegde belasting en resulterende deformatie bij cyclische belasting, dan geldt voor een elastisch materiaal: δ = 0º Indien δ de fasehoek is tussen opgelegde belasting en resulterende deformatie bij cyclische belasting, dan geldt voor een visceus materiaal: δ = 90º Indien δ de fasehoek is tussen opgelegde belasting en resulterende deformatie bij cyclische belasting, dan geldt voor een visco-elastisch materiaal: 0º < δ < 90º Die-swell is een fenomeen dat optreedt bij: Extrusie. Flacons of flessen voor shampoo, vaatwasmiddel ed worden gemaakt door middel van: Extrusie-blazen. Oriëntatie van een heldere thermoplastische kunststof (PS, PMMA) veroorzaakt (o.a.): Ontstaan van optische dubbelbreking. Het (gemiddelde) moleculairgewicht van een vernette rubber is Nagenoeg oneindig hoog. De elasticiteitsmodulus van een harde kunststof zoals PS of PMMA wordt (vooral) bepaald door: Secondaire bindingen, vooral Van der Waals bindingen.
Men kan inwendige (of thermische-) spanningen in een kunststofplaat meten door: De mate van dubbele breking van licht te meten. De zwichtspanning (gemeten via een trekproef) van een (taaie) kunststof kan worden verhoogd door: De treksnelheid te verlagen. Hergebruik (‘recycling’) van kunststoffen uit huishoudelijk afval is een moeilijk probleem. Dit komt omdat: De verschillende typen plastic slecht mengen waardoor producten die eruit gemaakt worden van slechte kwaliteit zijn. Waterleidingbuizen zijn tegenwoordig bijna altijd van kunststof (meestal PVC). Dit is vanwege: De gunstige corrosie-eigenschappen van het materiaal. De eenheidscel van het kristalrooster van een (semi-kristallijn) polymeer bevat: Een geheel aantal monomeereenheden. Ten gevolge van oriëntatie in een semi (kristallijn) materiaal Neemt de kristalsmelttemperatuur Tm toe. Een polymeer kent een aantals- en een gewichtsgemiddelde moleculairgewicht Mn en Mw. Is Mw altijd groter dan Mn? In een grafiek van kruip-isochronen staan langs de assen uitgezet: De spanning vs de deformatie. Een brosse kunststof zoals polystyreen of PMMA bezwijkt bij overbelasting Via een scheurgroeimechanisme waarbij lokaal een fibrillaire vloeizone, de craze, wordt gevormd. Een amorf, thermoplastisch polymeer van voldoende hoog moleculairgewicht bezit boven Tg een zgn. rubberplateau: een temperatuurtraject met bijna constante modulus, waar het materiaal rubberelastische eigenschappen bezit. Dit gedrag wordt veroorzaakt door: Door de lengte van de ketens ontstaan verstrengelingen (“entanglements”). Een kunststof is zelfdovend onder atmosferische omstandigheden indoen de zuurstofindex Groter dan 20% is. Met het Tijd-temperatuur Superpositie principe wordt bedoeld dat: Bij verschillende temperaturen dezelfde deformatie mechanismen werkzaam zijn, maar dat de snelheid ervan temperatuursafhankelijk is. De juiste formule voor het z-gemiddelde moleculairgewicht, Mz, is: Σ (ni * Mi3)/ Σ (ni * Mi2) De serie-grootte van een kunststof spuitgietproduct is (over het algemeen) ongeveer: Ca. 1.000.000 stuks Vernette of ‘gecrosslinkte’materialen zijn in ieder geval: Rubbers De dichtheid van nagenoeg alle kunststoffen is:
Tussen ca. 800 en 1500 kg/m3 Soms wordt er aan een kunststof houtmeel toegevoegd. Dit is om: De prijs te verlagen. Hier is weergegeven de structuurformule van: - CH2-OPOM Bij spuitgieten wordt na het vullen van de matrijs nog gedurende een zekere tijd druk gehandhaafd op de kunststofsmelt: het zgn nadrukken. Dit is om: Volume-afname van het afkoelende product door thermische krimp te compenseren. PP (polypropeen) is een isotactisch polymeer. Dit betekent dat: Het (semi-) kristallijn is. In vliegtuigen worden meer en meer vezelversterkte kunststoffen toegepast. De reden is: Gewichtsbesparing. Dynamische metingen zijn experimenten waarbij: Een periodieke harmonische deformatie wordt gevolgd in de tijd. Een copolymeer, opgebouwd uit de herhalingseenheden A en B, ziet er als volgt uit: -A-B-A-A-B-B-A-B-A-A-B-B-B-A-A-B-A-A-B-A-A-B-B-A-A-A-B-B-A-A-B-A-B-BRandom copolymeer? Extrusie is een verwerkingsproces waamee (onder andere) wordt gemaakt:
Spaghetti
De opslagmodulus van een viscoelastisch materiaal is een maat voor: De hoeveelheid elastisch opgeslagen energie bij cyclische belasting. Voor extrusie en voor spuitgieten worden (meestal) niet dezelfde materialen gebruikt. Ze verschillen in: Viscositeit: voor spuitgieten is een lagere viscositeit gewenst als voor extruderen. Bij kristallisatie van kunststoffen betekent heterogene nucleatie of –kiemvorming dat: Kristallen beginnen te groeien vanaf reeds aanwezige deeltjes zoals talk. Thermoharders zijn als materiaal te herkennen aan: Het ontbreken van een smeltpunt bij opwarmen. Welke van de volgende procesparameters heeft de grootste invloed op de kostprijs van een spuitgietproduct? Cyclustijd. Een copolymeer, opgebouwd uit de herhalings-eenheden A en B ziet er als volgt uit: -A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B-A-A-A-A-A Blokcoploymeer Vacuumvormen is een proces dat (bij amorfe kunststoffen) plaats vindt bij: Bij temperaturen in het gebied van het rubber-plateau. Een polymeer is: Een kunststof waaraan hulpstoffen zijn toegevoegd. Bij buitentoepassingen van Pe of PP (bijv. als kratten voor dranken of land- en tuinbouwprodukten) wordt het materiaal aangepast door:
Een extra hoeveelheid UV-stabilisator toe te voegen. Intrinsieke viscositeit van een polymeer, opgelost in een oplosmiddel is gedefinieerd als: Π = ( π – π0 ) / π0
