Ballistische Schutzwesten

1. Materialien Grundkurs

Hier wird den Schüler(innen) einen Text präsentiert, in dem es um Schutzwesten für Polizisten geht. Solche ballistischen Schutzwesten bestehen aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV). In diesem Werkstoff sind sehr stabile Kunststoff-Fasern, so genannte Verstärkungsfasern, in einen etwas weicheren und flexibleren Kunststoff eingebettet, der als Matrix bezeichnet wird.

Diese Matrix besteht aus einem Copolymer aus α-Methylstyrol und einem Polyester-Präpolymer:

Die Verstärkungsfasern bestehen meistens aus Polyaramid oder Hochleistungs-Polyethen:

Im Gegensatz zu normalen Polyethen ist das Hochleistungs-Polyethan völlig unverzweigt, besteht also aus sehr langen Ketten.

Bei der Herstellung der Verstärkungsfasern werden die Kunststoffe mechanisch gestreckt, so dass kristalline Bereiche mit parallelen Molekülketten entstehen. Die so hergestellten Fasern werden dann in die weichere Matrix eingebettet.

Zusatzinformationen

Hier werden die Schüler(innen) über den Kristallisationsgrad eines Kunststoffes sowie über die Zugfestigkeit informiert. Eine Tabelle zeigt den Kristallisationsgrad und die Zugfestigkeit von Polyaramid und verschiedenen Polyethen-Sorten:

2. Aufgabenstellung Grundkurs

Aufgabe 1

1. Hier sollen die Schüler(innen) angeben, aus welchen Monomeren sich das Polyester-Präpolymer zusammensetzt (6 Punkte).
2. Die Bildung des Präpolymers soll dann mit Strukturformel-Reaktionsgleichungen erläutert werden (10 Punkte).
3. Schließlich soll erklärt werden, wie sich die Ausbeute der Polymerbildung steuern lässt (6 Punkte).

Aufgabe 2

1. Die Bildung von Poly-α-methylstyrol aus alpha-Methylstyrol soll erklärt werden, dabei soll ein organisches Peroxid als Starter eingesetzt werden (6 Punkte).
2. Die Teilschritte der Reaktion sollen angegeben werden (6 Punkte).
3. Dann soll begründet werden, warum in Schutzwesten nicht Poly-α-methylstyrol eingesetzt wird, sondern ein Copolymer aus α-Methylstyrol und dem Polyester-Präpolymer (6 Punkte).

Aufgabe 3

1. Hier sollen die zwischenmolekularen Wechselwirkungen im Polyaramid und im Hochleistungs-Polyethen verglichen werden (12 Punkte).
2. Dabei soll auch erklärt werden, wie Verzweigungen in den Polymeren die zwischenmolekularen Wechselwirkungen beeeinflussen (4 Punkte).
3. Schließlich soll diskutiert werden, welche Vorteile der Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) gegenüber einer ausschließlichen Verwendung von Verstärkungsfasern hat (4 Punkte).

3. Leistungskurs-Version

Materialien

Die fachspezifischen Vorgaben unterscheiden sich nicht von denen der GK-Version! In den Zusatzinformationen werden zusätzlich die Strukturformeln von Benzol und Propen gezeigt, außerdem die Strukturformel von Cumol C₆H₅-CH-(CH₃)₂.

Aufgabenstellung

Aufgabe 1

Diese Aufgabe ist identisch mit der GK-Aufgabe

Aufgabe 2

Hier soll die Synthese von Cumol aus Benzol und Propen erläutert werden, und zwar in Einzelschritten und unter Angabe des Reaktionstyps. Auch ein mögliches Nebenprodukt soll genannt werden.

Aufgabe 3

ist nahezu identisch mit der Aufgabe 2 der GK-Version.

Aufgabe 4

ist nahezu identisch mit der Aufgabe 3 der GK-Version.