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Werkstoffe 10 - Kunststoffe

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Kunststoffe - Typen, Aufbau, Eigenschaften; Kunststoffverarbeitung & -additive; Kunststoffprüfung

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  • WERKSTOFFE 10 Dr. Bernd Stange-Grneberg, Juni 2014

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    10. KUNSTSTOFFE

    10.1. GRUNDLAGEN

    10.2. VOM ERDL ZUM MONOMER

    10.3. POLYMERISATIONSMECHANISMEN

    10.4. KUNSTSTOFFVERARBEITUNG

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    10.5. POLYMERADDITIVE

    10.6. KUNSTSTOFFPRFUNG

    10.7. TYPISCHE VERTRETER

    10.8. SONDERTHEMEN

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    empfehlenswerte Zusatzliteratur:

    KUNSTSTOFFKUNDE, SCHWARZ/EBELING (Hrsg., 2007), Vogel

    Fachbuch, 9.Aufl., ISBN 978-3-8343-3105-2, 29,80

    KUNSTSTOFFVERARBEITUNG, SCHWARZ/EBELING/FURTH (2005),

    Vogel Fachbuch, ISBN 978-3-8343-3037-6, 29,80

    KUNSTSTOFFTECHNIK FACHKUNDE, Arbeits-

    kreis Kunststofftechnik (2009), Europa-Lehr-

    mittel, 1. Aufl., ISBN 978-3-8085-1380-4

    46,00

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    ein Blick zurck

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    Kunststoffe (KS) gehren aufgrund ihrer

    Vielseitigkeit zu den wichtigsten Werkstoffen

    unserer Zeit ( Kunststoff-Zeitalter)

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    Produktion: ca. 11,2 Mill. Tonnen (Stahlproduktion: 48,5 Mill. Tonnen)

    Produktion nach Kunststoffarten:

    Kennzahlen (2007)

    etwa 1/4

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    Verarbeitung: ca. 12,5 Mill. Tonnen

    Verarbeitung nach Branchen:

    Kennzahlen (2007)

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    Verarbeitung nach Kunststoffarten:

    Kennzahlen (2007)

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    Verarbeitung nach Branchen & Kunststoffarten:

    Kennzahlen (2007)

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    Kunststoffverbrauch:

    Kennzahlen (2007)

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    Einordnung der Kunststoffe in die Werkstoffsystematik:

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    Styropor in Ethylacetat

    Vergleich

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    Vergleich

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    Grundlagen

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    Grund-lagen

    Kunststoffe sind organische Verbindungen, die aus Makro-

    moleklen aufgebaut sind. Ausgangsstoffe sind Erdl/Erdgas,

    Kohle/Koks und Sand ( Silicone).

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    halbsynthetische Kunststoffe

    Bildung durch Modifikation makromolekularer Naturstoffe

    vollsynthetische Kunststoffe

    Bildung aus niedermolekularen Verbindungen (Monomeren)

    Unterteilung nach Herkunft der Edukte:

    Grund-lagen

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    halbsynthetische Kunststoffe

    Bildung durch Modifikation makromolekularer Naturstoffe

    Celluloid (1867)

    Ebonit (1859)

    Galalith (1897)

    Gummi (1839)

    Grund-lagen

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    vollsynthetische Kunststoffe

    Bildung aus niedermolekularen Verbindungen (Monomeren)

    Prinzip: Monomere Polymer

    Bsp.: H2C=CH2 [ CH2-CH2 ]

    Ethylen (Ethen) Polyethylen (PE)

    Polymerisationsgrad : groer Einflu auf Eigenschaften eines Polymers

    Polyreaktion

    Polymerisation

    Grund-lagen

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    KS sind keine einheitlichen Verbindungen, sondern besitzen eine Molekl-

    massen-Verteilung:

    Polymer 1 ist einheitlicher als Polymer 2

    Polymer 1 ist qualitativ hochwertiger

    Grund-lagen

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    Monomere knnen bifunktionell oder trifunktionell sein:

    kettenfrmiges Polymer

    verzweigtes/vernetztes Polymer

    Grund-lagen

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    Beispiele:

    bifunktionelle Monomere trifunktionelle Monomere

    Terephtalsure

    Ethandiol (Ethylenglykol)

    Maleinsure

    Phloroglucin

    Grund-lagen

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    Unterscheidung nach Polymeraufbau:

    Homopolymere eine einzige Monomer-Einheit, z.B. Polyethylen (PE), Polystyrol (PS), Polyoxymethylen (POM)

    Copolymere versch. Monomer-Einheiten, z.B.

    Polyethylenterephtalat (PET), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)

    Grund-lagen

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    Copolymere versch. Monomer-Einheiten, z.B.

    Polyethylenterephtalat (PET), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)

    Grund-lagen

    Mglichkeiten der

    Copolymerisation

    statistische

    Anordnung

    alternierende

    Anordnung

    Block-

    Copolymer

    Pfropf-

    Copolymer

    A B A

    A

    A

    A

    A A

    A A

    A A A

    A B B B

    B

    B B B

    B

    B

    B

    B

    B

    B B B

    B

    B

    B

    B A

    A A

    A

    A

    A

    A

    A A A A

    A

    A

    A

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    wiederkehrende Anordnung von Seitenketten in einem Polymer

    beeinflut den rumlichen Aufbau und damit die Eigenschaften

    Grund-lagen

    Taktizitt

    gleichmiger

    Aufbau

    bevorzugte Ausbildung

    einer Kristallstruktur

    Mglichkeiten

    von Taktizitt isotaktisch ataktisch syndiotaktisch

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    alle Seitenketten auf derselben Seite der Polymerkette

    mit R = CH3: isotaktisches Polypropylen (PP-I/PP-H)

    Grund-lagen

    isotaktisch

    Taktizitt

    ataktisch statistische Anordnung der Seitenketten

    mit R = CH3: ataktisches Polypropylen (PP-R)

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    alternierende Anordnung der Seitenketten

    Grund-lagen

    syndiotaktisch

    Taktizitt

    mit R = CH3: syndiotaktisches Polypropylen (PP-S)

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    technologische Einteilung

    Einteilung nach Aufbau und Eigenschaften

    chemische Einteilung

    Einteilung nach chem. Her-kunft bzw. Reaktionstyp

    Grund-lagen

    Einteilung der KS-Typen

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    technologische Einteilung

    Thermo-plaste

    Duro- plaste

    Elasto-mere

    thermoplastische Elastomere

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    lineare/wenig verzweigte Polymere aus bifunktionellen Monomeren

    lslich in bestimmten Lsemitteln

    schmelzbar:

    hart elastisch plastisch flssig

    reversible Prozesse

    technologische Einteilung

    Grund-lagen

    Thermo-plaste

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    keine geordneten Strukturen der Polymerketten

    transparente Werkstoffe

    berwiegend hart, sprde

    Bsp.: PS, PVC, PMMA, PC

    Grund-lagen

    technologische Einteilung Thermo-

    plaste

    amorphe Thermoplaste

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    Grund-lagen

    technologische Einteilung Thermo-

    plaste

    amorphe Thermoplaste thermisches Verhalten

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    partielle parallele Anordnung der Polymerketten

    transluzente/opake Werkstoffe

    vorwiegend schlagzh

    Bsp.: PE, PP, POM, PTFE

    auch: KS mit geringer Kristallisa-

    tionsneigung (PET)

    Grund-lagen

    technologische Einteilung Thermo-

    plaste

    teilkristalline Thermoplaste

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    Grund-lagen

    technologische Einteilung Thermo-

    plaste

    teilkristalline Thermoplaste thermisches Verhalten

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    durus, lat.: hart

    engmaschig vernetzte Polymere aus mehrfunktionellen Monomeren

    nicht schmelzbar

    Erhalt der Festigkeit beim Erhitzen ( Form-

    gebung erfolgt mit Vernetzung: Urformung)

    Bsp.: Epoxidharze, PE-Harze, MF

    Grund-lagen

    technologische Einteilung Duro-plaste

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    Grund-lagen

    technologische Einteilung Duro-plaste

    thermisches Verhalten

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    umgangssprachlich: Gummi

    lineare, stark miteinander verknuelte Polymere mit geringem Verzwei-

    gungsgrad

    bei Krafteinwirkung: gummi-elastisches Ver-

    halten

    wenig Vernderung beim Erhitzen

    Bsp.: NR, BR, SBR, NBR

    Grund-lagen

    technologische Einteilung Elasto-mere

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    Sommerreifen: ET

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