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
