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essentials
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Essentials liefern aktuelles Wissen in konzentrierter Form. Die Essenz dessen, wor-auf es als „State-of-the-Art“ in der gegenwärtigen Fachdiskussion oder in der Praxisankommt. Essentials informieren schnell, unkompliziert und verständlich
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Essentials: Wissensbausteine ausWirtschaftundGesellschaft, Medizin, Psychologieund Gesundheitsberufen, Technik und Naturwissenschaften. Von renommier-ten Autoren der Verlagsmarken Springer Gabler, Springer VS, Springer Medizin,Springer Spektrum, Springer Vieweg und Springer Psychologie.
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Bernd Schröder
Kunststoffe für
IngenieureEin Überblick
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Dr.-Ing. Bernd SchröderAalenDeutschland
ISSN 2197-6708 ISSN 2197-6716 (electronic)ISBN 978-3-658-06398-6 ISBN 978-3-658-06399-3 (eBook)DOI 10.1007/978-3-658-06399-3
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Natio-nalbibliograe; detaillierte bibliograsche Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.deabrufbar.
Springer Vieweg© Springer Fachmedien Wiesbaden 2014Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwer-tung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigenZustimmungdesVerlags. Dasgilt insbesondere fürVervielfältigungen, Bearbeitungen, Über-setzungen, Mikroverlmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischenSystemen.
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Was Sie in diesem Essential nden können
• Kunststoffbezeichnungen• Kunststoffeigenschaften• Kunststoffanwendungsbereiche
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Vorwort
Dieses Werk ist ein Auszug aus „Springer Ingenieurtabellen“ von Ekbert HeringundBernd Schröder. DiesesBuch hatsich mitseinenPraxis-TabellenalsErgänzungzu „Hütte Das Ingenieurwissen“ bewährt. Das Werk wendet sich an Studierendeund Ingenieure.
In der Technik sind heutzutage neben den Metallen die Kunststoffe nicht mehrwegzudenken. Mit den zunehmenden Entwicklungen in der organischen Chemiehat sich ein riesiges Feld von Materialien ergeben, deren Eigenschaften sich in vielfältigerHinsichtden jeweils speziellenAufgabenihresEinsatzesnutzbarmachenlassen.
Die Kunststoffe werden mit ihren Bezeichnungen vorgestellt und den Kunst-stoffgruppen zugeordnet. Ausgesuchte Materialien sind mit ihren mechanischen,thermischen und elektrischenEigenschaften aufgelistet. In ihren Grundeigenschaf-ten werden die gängigen Duroplaste, Thermoplaste, Elastomere und Schäumebehandelt und übliche Anwendungsbereiche benannt.
VII
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2Kunststoffe
2.1 Einteilung
Kunststoffe bestehen im Wesentlichen aus organischen Stoffen. Bei der Herstellungwerden die Moleküle geeigneter niedermolekularer Verbindungen ( Monomere)durch eine chemische Synthese miteinander zu Makromolekülen verknüpft (Mole-küle mit sehr großer Anzahl von Atomen). Es entstehen hochpolymere Werkstoffe,Abb. 2.1.
Unter Polymer-Werkstoffen versteht man nicht nur Kunststoffe, sondern auchWerkstoffe aus Naturstoffen.
Kunststoffe werden nach DIN 7724 eingeteilt in (Tab. 2.1):• Thermoplaste: Unvernetzte Kunststoffe, die sich energie-elastisch verhalten und
bei Erwärmen erweichen oder schmelzen. Deshalb können sie gut verarbeitetwerden (z. B. Spritzgießen, Extrudieren, Schweißen).
• Thermoplastische Elastomere:Weitmaschig vernetzte, mehrphasige Kunststoffe,die bei einer bestimmten Temperatur erweichen oder schmelzen.
• Elastomere: Weitmaschig vernetzte Kunststoffe, die sich gummielastisch verhal-ten und bis zur Zersetzungstemperatur nicht schmelzbar sind.
• Duroplaste: Hochgradig vernetzt. Nicht schmelzbar und hart.
2.2 Herstellung
Kunststoffe werden aus Vorprodukten hergestellt. Dies sind meist Pulver oderGranulat (Formmassen). Bei bestimmten Temperaturen werden sie mit entspre-chenden Fertigungsverfahren (z. B. Pressen, Stranggießen oder Spritzgießen)
zum Formstoff bleibend verformt. Oft werden dem Formstoff aus Gründender technischen Anforderung oder aus wirtschaftlichen Gründen Füllstoffe
B. Schröder, Kunststoffe für Ingenieure, essentials, 3DOI 10.1007/978-3-658-06399-3_2, © Springer Fachmedien Wiesbaden 2014
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2.3 Normung 5
Vorprodukte
Kunstharze Formmassen
Reaktionsharze Härtbare Harze
flüssig fest
Laminierharze
Gießharze
Zusatzstoffe
FarbpigmenteGleitmittel u. a.
FüllstoffePulver, SchnitzelBahnen
Verstärkungs-materialFaser, MattenGewebe
duroplastisch thermoplastisch
Härtbare
Pressmassen
Reaktions-massen
Pulver
Granulate
Formgebung Formgebung
Formstoffe
Schichtstoffe Laminate
Pressteile Spritzgussteile
Halbzeug
Abb. 2.2 Herstellung der Kunststoff-Werkstoffe
(z. B. Holz, Papier- oder Textilschnitzel bzw. Glasfasern) zugegeben. Durch Zugabe von Kunstharzen wird der makromolekulare Endzustand der Kunststoffe erreicht(Abb. 2.2).
2.3 Normung
Kunststoffe werden durch festgelegte Buchstaben und Kurzzeichen charakterisiert.Für die Basis-Werkstoffe ist DIN EN ISO 1043 zuständig, für Kunststoff-FormteileDIN EN ISO 11469, siehe Tab. 2.2.
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6 2 Kunststoffe
Tab. 2.2 Bezeichnungen für KunststoffeBezeichnung Arta
ABS Acrylnitril – Butadien – Styrol TP
AMMA Acrylnitril – Methylmethacrylat TPASA Acrylnitril – Styrol – Acrylester TPCA Cellusloseacetat TPCAB Cellusloseacetobutyrat TPCAP Celluloseacetopropionat TPCF Kresol – Formaldehyd THCMC Carboxylmethylcellulose TPCN Cellulosenitrat TP
CP Cellulosepropionat TPCPE Chloriertes PE TPCS Casein THCSF Casein – Formaldehyd THEC Ethylcellulose TPEP Epoxid THEP-GF Glasfaserverstärkte Epoxidharze THEPDM Ethylen – Propylen – Dien – Gummi GEPM Ethylen – Propylen – Gummi GEVA Ethylen – Vinylacetat TPHDPE PE hoher Dichte TPLCP Flüssiges kristallines Polymer TPLDPE PE geringer Dichte TPLLDPE PE mit linear geringer Dichte TPMDPE PE mittlerer Dichte TPMF Melamin – Formaldehyd THPA Polyamid (Nylon) TP
PAI Polyamidimid TP/THPAN Polyacrylnitril THPAR Polyarylat TPPB Polybuten TPPBI Polybenzimidazol THPBT Polybutylenterephtalat TPPC Polycarbonat TPPCTFE Poly chlortriuorethylen TPPCT Polycyclohexyldimethylterephtalat TPPE Ployethylen TP
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2.3 Normung 7
Tab. 2.2 (Fortsetzung)Bezeichnung Arta
PEEK Polyetheretherketon TP
PEI Polyetherimid TPPEK Polyetherketon TPPES Polyethersulfon TPPET Polyethylenterephtalat (Polyester) TPPF Phenol – Formaldehyd THPI Polyimid THPIB Polyisobutylen TPPMMA Polymethylmetacrylat TPPOM Polyoxymethylen, Polyacetal TPPP Polypropylen TPPPO Polyphenylenoxid TPb
PPS Polyphenylensuld TPPS Polystyrol TPPSU Polysulfon TPPTFE Polytetrauorethylen (Teon) DPPUR Polyurethan TP/DPPVAC Polyvinylacetat TP
PVAL Polyvinylalkohol TPPVB Polyvinylbutyral TPPVC Polyvinylchlorid TPPVCA Polyvinylchloridacetat TPPVCC chloriertes Polyvinylchlorid TPPVC-P Weichmacherhaltiges PVC TPPVC-U Weichmacherfreies PVC TPPVDC Polyvinylidenchlorid TP
PVDF Polyvinylidenuorid TPPVF Polyvinyluorid TPPVP Polyvinylpyrrolidon DPPVFO Polyvinylformal TPSAN Styrol -Acrylnitril TPSB Styrol – Butadien TPSI Silicon DPSMA Styrol – Maleinsäureanhydrid TPUHMWPE Ultrahoch molekulares PE TPUF Harnstoff – Formaldehyd DP
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2.5 Duroplaste 9
T a
b .
2 . 3
E i g e n s c h a f t e n e i n z e l n e r K u n s t s t o f f e ( a l l e A n g a b e n s i n d R i c h t w e r t e )
E i g e n s c h a f t e n
V L D P E
L L D P E
L D P E
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P P
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H o c h -
s c h l a g -
f e s t e s
P V C
P V C C
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P V C
D i c h t e
[ k g / m
3 ]
9 0 0 b i s
9 1 5
9 1 5 b i s
9 3 5
9 1 8 b i s
9 3 0
9 4 5 b i s
9 6 5
9 0 0 b i s
9 1 5
1 . 3 9 0
1 . 3 8 0
1 . 5 4 0
1 . 2 0 0
M e c
h a n i s c h e E i g e n s c h a f t e n ( b e i 2 0 ◦ C )
B i e g e f e s t i g k e i t
[ N / m m
2 ]
< 1 0
< 1 5
8 b i s 1 5
2 0 b i s
3 0
4 0 b i s
4 5
8 0 b i s
1 1 0
5 0
9 0 b i s
1 2 0
B r u c h d e h n u n g
[ % ]
6 0 0 b i s
8 0 0
4 0 0 b i s
8 0 0
2 0 0 b i s
6 0 0
2 5 0 –
>
5 0 0
> 4 5 0
2 0 b i s
5 0
6 0 b i s
7 0
c a . 7
0
> 3 5 0
D r u c k f e s t i g k e i t
[ N / m m
2 ]
1 0 b i s
1 5
2 2 b i s
3 2
8 0
1 1 0
7 0 b i s
8 0
E - M o d u l
[ N / m m
2 ]
5 0 b i s
1 0 0
9 0 b i s
6 0 0
1 5 0 b i s
1 . 1 0 0
7 0 0 b i s
1 7 5 0
1 . 2 5 0 b i s
2 . 2 0 0
3 . 0 0 0
2 . 5 0 0
8 0 0
5 0 b i s
1 0 0
Z u g f e s t i g k e i t
[ N / m m
2 ]
1 0 b i s
1 3
8 b i s
1 8
9 b i s
2 8
2 5 b i s
3 4
3 0 b i s
4 0
5 0 b i s
6 0
2 3 b i s
4 0
5 5 b i s
6 5
1 6 b i s
2 5
R e i b u n g s k o e f -
z i e n t z u S t a h l
( t r o c k e n )
> 1 , 3
> 1 , 3
0 , 1 7 b i s
1 , 5
0 , 2
5 b i s
0 , 3
0
0 , 5
0 , 5 5
0 , 5
T h e r m i s c h e E i g e n s c h a f t e n
A u f w e i c h u n g -
s p u n k t [ ◦ C ]
6 0 b i s
7 0
8 5 b i s
1 3 0
8 2 b i s
1 0 0
1 2 0 b i s
1 3 0
9 0
8 0
5 5 b i s
7 5
1 0 5
5 0 b i s
6 0
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10 2 Kunststoffe
T a
b .
2 . 3
( F o r t s e t z u n g )
E i g e n s c h a f t e n
V L D P E
L L D P E
L D P E
H D P E
P P
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s c h l a g -
f e s t e s
P V C
P V C C
W e i c h
P V C
S c h m e l z p u n k t
[ ◦ C ]
1 2 0 b i s
1 3 0
1 2 0 b i s
1 3 0
1 0 5 b i s
1 2 0
1 2 5 b i s
1 3 5
1 6 0 b i s
1 6 5
a m o r p h
a m o r p h
a m o r p h
a m o r p h
L i n e a r e r A u s d e h -
n u n g s k o e f z i e n t ,
p a r a l l e l [ ◦ C −
1 ]
2 0 0 b i s
2 5 0 ×
1 0 −
6
2 0 0 ×
1 0 −
6
1 5 0 ×
1 0 −
6
8 0 ×
1 0 − 6
1 0 0 ×
1 0 −
6
6 0 b i s
8 0 ×
1 0 −
6
1 0 0 ×
1 0 −
6
Z u l ä s s i g e
T e m p e r a t u r [
◦ C ]
- m a x . (
u n b e l a s t e t ) 7 0
7 0
7 0
9 0
1 3 0
7 0
7 0
1 0 0
5 0
- m i n
. ( u n b e l a s t e t )
− 9 5 /
− 1 3 0
− 9 5 /
− 1 3 0
− 2 0 /
− 9 0
− 9 0 /
− 1 4 0
− 2 0
− 1 0
− 3 0
− 1 0
0
E l e k t r i s c h e E i g e n s c h a f t e n
D i e l e k t r i z i t ä t -
s k o n s t a n t e
ε r
2 , 3
2 , 3
2 , 3
2 , 3
2 , 4
3 , 3
3 , 7 b i s
3 , 8
3 , 5
> 6 , 5
D i e l e k t r i s c h e r
V e r l u s t f a k t o r t a n δ
0 , 0 0 0 3
0 , 0 0 0 3
0 , 0 0 0 3
0 , 0 0 0 4
0 , 0 0 0 5
0 , 0 2 b i s
0 , 0 4
0 , 0 2 b i s
0 , 0 4
0 , 0 1
0 , 0 1
D u r c h s c h l a g -
s p a n n u n g
[ k V / m m ]
8 0
8 0
8 0
8 0
7 5
4 0
5 0
2 0
2 4 b i s 3 0
O b e r ä c h e n -
w i d e r s t a n d [ ]
0 , 1 ×
1 0 1 5 0 , 1 ×
1 0 1 5 0 , 1 ×
1 0 1 5
0 , 1 ×
1 0 1 5
> 1 0 ×
1 0 1 2 1 0 ×
1 0 1 2
1 0 1 2
1 0 1 2
0 , 1 ×
1 0 1 2
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2.5 Duroplaste 11
T a
b .
2 . 3
( F o r t s e t z u n g )
E i g e n s c h a f t e n
V L D P E
L L D P E
L D P E
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P P
H a r t
P V C
H o c h -
s c h l a g -
f e s t e s
P V C
P V C C
W e i c h
P V C
S p e z i s c h e r
W i d e r s t a n d
[ · m ]
0 , 1 ×
1 0 2 1 0 , 1 ×
1 0 2 1 0 , 1 ×
1 0 2 1 0
, 1 ×
1 0 2 1
5 0 ×
1 0 1 8
0 , 5 ×
1 0 1 8 1 0 1 8
8 ×
1 0 1 5
5 0 ×
1 0 1 2
W a s s e r a u
f n a h m e
( b e i 2 0 ◦ C )
- b e i r e l a t i v e r
F e u c h t i g k e i t
5 0 %
0 , 1
0 , 1
0 , 1
0 , 1
1 , 0
0 , 2
0 , 2
0 , 2
- b e i
U n t e r t a u c h e n
1 , 0
3 , 5
3 , 0
E i g e n s c h a f t e n
P S
A B S
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g e g o s -
s e n
P M M A
e x t r u -
d i e r t
S M A
P C
P O M
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P A 6
D i c h t e
[ k g / m
3 ]
1 . 0 5 0
b i s
1 . 1 5 0
1 . 0 4 0
b i s
1 . 0 7 0
1 . 1 8 0
1 . 1
8 0
1 . 1 7 0
1 . 2 0 0
1 . 4 1 0
1 . 3 8 0
1 . 1 3 0
m e c
h a n i s c h e E i g e n s c h a f t e n ( b e i 2 0 ◦ C )
B i e g e f e s t i g k e i t
[ N / m m
2 ]
8 0
5 5 b i s
8 0
1 4 0
1 1 0
4 5
7 5
1 1 0
4 0
3 0
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2.5 Duroplaste 13
T a
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2 . 3
( F o r t s e t z u n g )
E i g e n s c h a f t e n
P S
A B S
P M M A
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d i e r t
S M A
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P A 6
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. ( u n b e l a s t e t )
− 1 0
− 7 0
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1 0 0
− 4 0
− 1 0 0
− 7 0
e l e k t r i s c h e E i g e n s c h a f t e n
D i e l e k t r i z i t ä t s k o n -
s t a n t e
ε r
2 , 4 b i s
2 , 6
3 , 2
3 , 5
3 , 5
3 , 0
4 , 0
3 , 4
4 , 0
d i e l e k t r i s c h e r
V e r l u s t f a k t o r t a n δ
0 , 0 0 0 4
0 , 0 2 b i s
0 , 0 3
0 , 0 2 b i s
0 , 0 6
0 , 0 4
0 , 0
0 7 0 , 0 0 1
0 , 0 0 2
0 , 0 2
D u r c h s c h l a g s p a n -
n u n g [ k V / m m ]
2 0 0
1 5 0
3 0
3 0
2 0 0
4 0
6 0
8 0
O b e r ä c h e n w i d -
e r s t a n d [ ]
1 0 1 5
0 , 0 1 ×
1 0 1 5 n i c h t
m e s s b a r
n i c h t
m e s s b a r
1 0 0 ×
1 0 1 5
>
1 0 1 5 0 , 0 1 ×
1 0 1 5 0 , 6 ×
1 0 1 5 0 , 0 1 ×
1 0 1 5
s p e z i s c h e r
W i d e r s t a n d [
· m ]
> 1 0 0 ×
1 0 1 5 1 0 1 5
> 1 0 0 ×
1 0 1 5
> 1 0 0 ×
1 0 1 5
1 0 1 8
1 0 1 8
1 0 1 5
0 , 2 ×
1 0 1 5 1 0 1 5
W a s s e r a u
f n a h m e
( b e i 2 0 ◦ C )
- b e i r e l a t i v e r
F e u c h t i g k e i t 5 0 %
0 , 1
3 , 5
0 , 2
0 , 3
0 , 1
3 , 5
- b e i U n t e r t a u c h e n 0 , 1 5
9 , 0
0 , 4
0 , 3
0 , 4
0 , 3
9 , 0
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T a
b .
2 . 3
( F o r t s e t z u n g )
E i g e n s c h a f t e n
P A 6 . 6
P A 4 . 6
P P O / P S
( N o r y l )
P T F E
P S U
P E E K
L C P
D i c h t e [ k g / m
3 ]
1 . 1 4 0
1 . 1 8 0
1 . 0 6 0
2 . 1 5 0
1 . 2 4 0
1 . 2 8 0
0 . 1 4 0 0
m e c
h a n i s c h e E i g e n s c h a f t e n ( b e i 2 0 ◦ C )
B i e g e f e s t i g k e i t [ N / m m
2 ]
8 0
1 5 0
9 5
1 7 0
1 4 0
B r u c h d e h n u n g [ % ]
2 0 0
8 0
2 0
3 5 0 b i s
5 5 0
5 0 b i s 1 0 0
5
4 b i s
8
D r u c k f e s t i g k e i t [ N / m m
2 ]
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4 0
1 0 0
1 2 0
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E - M o d u l [ N / m m
2 ]
2 . 0 0 0
3 . 3 0 0
2 . 5 0 0
4 0 0 b i s
6 0 0
2 . 5 0 0
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2 0 . 0
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Z u g f e s t i g k e i t [ N / m m
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R e i b u n g s k o e f z i e n t z u S t a h l ( t r o c k e n )
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A u f w e i -
c h u n g s p u n k t [ ◦ C ]
2 0 0
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1 3 0
1 8 5
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2 8 5
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3 2 7
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3 3 4
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7 3 ×
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1 0 −
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1 0 − 6
6 0 ×
1 0 −
6
5 0 ×
1 0 −
6
1 0 ×
1 0 −
6
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2.5 Duroplaste 15
T a
b .
2 . 3
( F o r t s e t z u n g )
E i g e n s c h a f t e n
P A 6 . 6
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1 6 0
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2 6 0
2 6 0
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− 6 0
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D i e l e k t r i z i t ä t -
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a a b h ä n g i g v o n d e r A r t
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16 2 Kunststoffe
Tab. 2.4 Eigenschaften der Duroplaste (je nach Füllstoff und Menge)Eigenschäften PF MF UFElastizitätsmodul N/mm2 5500 bis 15.000 5000 bis 12.000 5000 bis 10.000
Zugfestigkeit N/mm2 15 bis 50 20 bis 50 25 bis 50Druckfestigkeit N/mm2 100 bis 240 140 bis 250 180 bis 240Biegefestigkeit N/mm2 50 bis 70 40 bis 80 50 bis 80Formbeständigkeitnach MARTENS
◦ C 125 bis 150 120 bis 130 100
Spez.Durchgangswi-derstand
cm 108 bis 1012 108 bis 1011 1011
Dielektrizitätszahl – 4 bis 15 5 bis 10 5 bis 7
DielektrischerVerlustfaktor
– 0,03 bis 0,1 0,1 bis 0,3 0,1
Durchschlagfestigkeit kV/mm 50 bis 200 50 bis 150 100 bis 150
Harnstoff-Formaldehyd-Kunststoffe (UF) Farblos, auch für hellgefärbte Ob- jekte verwendbar. Empndlicher für Umgebungs- und Temperatureinüsse alsPhenol-Formaldehyd-harze. Ebenfalls für elektrotechnische Artikel, Schubladen,Toilettenbrillen. Für thermische Isolationen geschäumt. Auch als Kleberbasis.
Melamin-Formaldehyd-Kunststoffe (MF) Hochwertiger Duroplast, hauptsäch-lich für elektrotechnische Artikel, Beschichtung von dekorativem Plattenmaterial(Möbel), Behausung und Kleberarten.
Faserverstärkte Kunststoffe (Composits, GFK) Werden Duroplaste mit Fa-sern verstärkt, dann ergeben sich verbesserte mechanische Eigenschaften. In derZugrichtung kann der Elastizitätsmodul (E-Modul), abhängig vom gewählten Fa-sertyp, um den Faktor 20 bis 50 und die Zugfestigkeit bis maximal 25 zunehmen.Die verstärkten Duroplaste sind wegen ihrer hohen Steifheit und Festigkeit pro Ge-wichtseinheit als Konstruktionswerkstoffe sehr begehrt. Die Verbindung zwischender Matrixund den Fasern ist von entscheidender Bedeutung und wirdhäug durchdas Auftragen einer Verbindungsschicht auf den Fasern verbessert (Tab. 2.5).
Als Matrixmaterialien kommen in Frage:
• ungesättigte Polyester aus Glykolen und Maleinsäure, vernetzt mit Styrol.• Epoxide aus Biphenol A und Epichlorhydrin, vernetzt mit Diaminen.
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2.6 Thermoplaste 17
Tab. 2.5 Eigenschaften von GFK-KunststoffenEigenschatten UP-GF EP-GFGasgehalt % 30 60 65 50 65
Elastizitätsmodul N/mm2
9000 bis12.000 19.000 28.000 11.000 18.000 bis30.000Zugfestigkeit N/mm2 120 bis
160340 630 230 340 bis
750Druckfestigkeit N/mm2 140 270 400 220 320 bis
600Biegefestigkeit N/mm2 130 bis
160350 550 280 420 bis
500Bruchdehnung % 2 2
Als Fasermaterialien werden eingesetzt:
• Glas, Kohlenstoff, Aramide und keramische Fasern.
Anwendungen: Schiffsbau (Polyester mit Glas oder Aramiden), Automobilin-dustrie (SMC, BMC), Luft- und Raumfahrt (Epoxide mit Kohlenstoff- oderAramidverstärkung), Skier und Angelruten (Epoxide mit Kohlenstoffverstärkung).
2.6 Thermoplaste
Thermoplaste sind wiederholt plastisch formbar, schmelzbar und können ge-schweißt werden (Tab. 2.6).
Während der Bearbeitung treten verschiedene Zustandsbereiche auf, sieheAbb. 2.3 und Abb. 2.4.
Cellulose und Cellulosederivate Regenerierte Cellulose aus Cellulose:Anwendungen: Rayon (Kunstseide), Cellophan, Textilfasern und Schwämme.
Cellulose-Ester:
• Nitratester : Lacke, Folien.• Acetat- und Propionatester (abhängig vom Substitutionsgrad): Fasern, Lacke,
Folien, Fotolme.
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2.6 Thermoplaste 19
Abb. 2.4 Zustandsbereiche und Formgebungsmöglichkeiten von Thermoplasten (GT :Glasübergangs-Temperatur, KST : Kristallit-Schmelztemperatur, ST : Schmelztemperatur,ZT : Zersetzungstemperatur)
Cellulose-Ether:
• Methylcelluslose: Verdickungsmittel in Lebensmittel, Bestandteil von Kosmetik,Coating-Material für pharmazeutische Produkte.
• Ethylcellulose: Anwendung in Farben, Lacke, Tinte und Firnis.• Hydroxyethylcellulose: Farben, Kleber.• Carboxymethylcellulose: in Verdickungsmitteln, Waschmitteln, Farben.
Polyethylen (LDPE,LLDPE,HDPE, UHMWPE) Erhältlichin Blasfolien-, (Blas-)extrusions- und Spritzgussqualität. Die Blasfolien werden beispielsweise als Tü-ten, Schrumpffolien (eventuell mehrschichtig), Lebensmittelverpackungen undLandbau-folien verwendet. Die Blasextrusionstypen werden zur Herstellung vonFlaschen und Fläschchen verwendet. Übrige Extrusionsgrade werden als Coa-tingmaterialien, diverse Leitungstypen und Abwasserrohre (inkl. Zusatzteile),Benzintanks, Kabelummantelungen und Filmeeingesetzt. Mittels des Spritzgießenswerden Produkte wie Kappen, Getränkekästen oder kleine Container verarbeitet.
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20 2 Kunststoffe
Tab. 2.7 Eigenschaften von PVC-KunststoffenEigenschaften PVC PVC-E PVC-SZugfestigkeit N/mm2 > 3000 2000 bis 3000 2000 bis 3000
Bruchdehnung % 500 bis 600Formbeständigkeitnach VICAT
◦ C > 40 10 bis 50 10 bis 20
spez. Durchgangs-widerstand
cm > I015 > 1015 > 1016
Dielektrizitätszahl – 2,7 bis 3,5dielektrischerVerlustfaktor
– 0,02 bis 0.03 (gedeckt)0,013 bis 0,015 (transparent)
Durchschlagfestigkeit kV/mm 20 bis 40
Polystyrol (PS) PS ist porös, erweicht bei 70◦ C; schlagbeständiges PS(erhältlichdurch Copolymerisation mit Acrylnitril, Butadien oder SBR) ist bis 90◦ C brauch-bar. Es wird angewendet in Haushaltsgeräten, Fliesen, Schalen, Kaffeebecher,Wegwerfverpackungen, Kühlschrankeinrichtungen, Schreibwaren.
Polyvinylchlorid (PVC) Hart PVC (PVC-U): enthält keine hinzugefügten Weich-macher (hornähnlich, ziemlich porös).
Weiches PVC (PVC-P): plastische Ausführung mit 20 bis 70 MassenprozentWeichmacher.
PVC ist nicht brennbar, verformbar bei etwa 130◦ C und löst sich ab 170◦ C bis180◦ C auf. PVC lässt sich gut kleben. Es ist in Form von verschiedenen Copo-lymeren zur Erhöhung der Schlagbeständigkeit, Niedrigtemperaturzähigkeit undgeringe Empndlichkeit gegenüber Umwelteinüssenerhältlich: beispielsweise mitchloriertem PVC, Acrylestern oder EVA.
Anwendung in verschiedenen Rohrtypen (mit CE-Kenn-zeichnung): in Elek-troinstallationen, Wasserleitungen, Gasleitungen, Innen- und Außenabüsse,Drainagerohre etc. Weiches PVC wird vor allem in Schläuchen, Folien in derBauindustrie (Dachbau) und der Lebensmittelverpackungsindustrie und für Folienzur Fertigstellung von Möbeln angewendet. Es ist auch in Form von Platten u. a.für Bodenbeläge, Wände, Dächer, Leisten und Rollläden erhältlich. Eigenschaftensind in Tab. 2.7 aufgeführt.
Polymethylmetacrylat (PMMA) Glasklare undgefärbte, ebene oder gewellte Plat-te, Rohr, als Lichtkuppel in runder, viereckiger oder rechteckiger Form und
als Waschbecken, Beleuchtungsornamente. Wird auch als Augenlinsenmaterial,Lineale und Schablonen verwendet (Tab. 2.8).
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2.6 Thermoplaste 21
Tab. 2.8 Eigenschaften von PMMA- und PC-KunststoffenEigenschaften PMMA PC
Formmasse gegossen Cop.
Elastizitätsmodul N/mm2
2000 bis3000 2000 1500 1000
Zugfestigkeit/Streckspannung1
N/mm2 50 bis 80 80 90 60 bis 701
Druckfestigkeit N/mm2 120 bis 135 140 140 80 bis 85Biegefestigkeit/Grenzbiegespannung1
N/mm2 00 bis 140 135 165 90 bis 1051
Formbeständigkeitnach VICAT
◦ C 80 bis 110 125 95 145 bis 165
1Der erste Festigkeitskennwert gilt für PMMA, der zweite für PC
Acrylnitril – Butadien – Styrol (ABS) Ist in sehr schlagbeständiger Form erhält-lich und weist nach Bearbeitung eine makellose Oberäche auf. Gute chemischeResistenz und mechanische Eigenschaften, jedoch schlechte Beständigkeit ge-gen UV-Licht und Wettereinüsse. Es kann sehr gut eingefärbt oder metallisiertwerden. Es kommt in vielen Modikationen vor. Spritzgussanwendungen: Behau-sungen, Sicherheitshelme, Spielzeug, Griffe von Koffern, Föne. Als extrudierte
Folien oder Platten für Koffer, Kleidungsmaterialien, Prole (Ski, Surfbrett),Bestandteile von Lastkraftwagenfahrerkabinen angewendet.
Polyethylen (PE) PE kann sehr vielseitig eingesetzt werden und ist sehr leichtzu verarbeiten. Die Bezeichnung folgt DIN EN ISO 1872. PE ist beständig gegenwässrige Säuren, Laugen, Alkohol, Öl und Benzin. Von konzentrierten Säuren undHalogenen wird es angegriffen.
Polypropylen (PP) PPnimmtbezüglichdesProduktionsvolumenunterdenTher-moplasten nachPEund PVC den dritten Rangein. Esweist attraktive Eigenschaftenauf (hohe Schlagfestigkeit , gute chemische Resistenz , leichte Bearbeitbarkeit ) undwird häug in anspruchsvollen Anwendungsbereichen eingesetzt. Es ist auch alsCopolymer erhältlich (mit hohen Schlagfestigkeiten). Es ist besser zu leimen alsPE. Es wird vor allem bei Spritzgussanwendungen eingesetzt: u. a. Bestandteile von Haushaltsgeräten, Küchenartikel, Spielzeug, Antennenbestandteile, Kappen,Scharniere. Als Extrusionsprodukt wird es auch in der pharmazeutischen Industrie(Fläschchen) und in der Automobilindustrie (z. B. Bestandteile von Armaturen) verwendet (Tab. 2.9).
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22 2 Kunststoffe
Tab. 2.9 Eigenschaften von PE- und PP-KunststoffenEigenschaften PE-LD PE-HD PPElastizitätsmodul N/mm2 150 bis 300 600 bis 1000 1100 bis 1300
Streckspannung N/mm2 8 bis 10 20 bis 30 32 bis 37Dehnung beiSireckspannung
% 20 12 bis 15 12 bis 16
Reißdehnung % > 400 > 500 600Formbeständigkeitnach VICAT
◦ C < 40 60 bis 65 90 bis 100
Kristallitschmelzbereich ◦ C 105 bis 110 130 bis 135 155 bis 165spez. Durchgangs-widerstand
cm 1016
Dielektrizitätszahl – 2,3dielektrischerVerlustfaktor
– 0,0002 bis 0,0007
Durchschlagfcstigkeit kV/mm 110 150 100
Tab. 2.10 Eigenschaften von PA-KunststoffenEigenschaften PA 6 PA 66 PA 610 PA 11 PA 12Elastizitätsmodul N/mm2 1400 2000 1500 1000 1600
Streckspannung N/mm2
40 65 40 70 45Bruchdehnung % 200 150 500 500 300Formbeständigkeitnach VICAT
◦ C > 180 > 200 170 170 165
spez.Durchgangswi-derstand
cm 1015
Dielektrizitätszahltrocken/feucht
– 4/7 4/6 3/4 3/4 4/4
dielektrischerVerlustfaktortrocken/feucht
– 0,03/0,3 0,02/0,15 0,03/0,2 0,03/0,06 0,04/0,09
Polyamid (PA) Wegen ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften werdensie als Konstruktionswerkstoffe im Maschinenbau eingesetzt. PA besitzt eine hoheFestigkeit , große Zähigkeit und einen starken Widerstand gegen Verschleiß. Es istAusgangsmaterial für hoch belastbare Maschinenelemente (Tab. 2.10).
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2.8 Gummi (Elastomere) 23
2.7 Kunststoff-Prüfungen
Kunststoffe habenfürbestimmteAnwendungen denierteEigenschaftenvorzuwei-
sen. In einem Überblick sind diese Eigenschaften zusammengestellt (Tab. 2.11).
2.8 Gummi (Elastomere)
Naturgummi(NG) − 60 ◦ C bis+ 60◦ CVorteile: Hohe Schlagelastizität, kalte Flexibilität, Rissfestigkeit und Verschleißbe-ständigkeit.
Nachteile: Schlechte Gasdichtheit und Anfälligkeit für chemische Flüssigkeiten.Angewandt in LKW-Reifen und dort, wo eine hohe Dehnbarkeit verlangt wird:Ballons, (chirurgische) Handschuhe, Textilkleidung, Transportbänder.
Styrolbutadiengummi (SBG) − 30◦ C bis+ 70◦ CDer wichtigste synthetische Gummi mit sehr hoher Verschleißbeständigkeit . Wirdin Schuhsohlen verarbeitet, dient fürKabelum-mantelung, Dichtungen, Autoreifenund Fußbodenbelag.
Butylgummi (BG) − 30◦ C bis+ 120◦ C
Synthetisches Gummi, ein Copolymerisat von Isobutan und Isopren. Hat einesehr hohe Gasdichtheit , hat Bestand gegen Kälte und Einwirkung von Sau-erstoff . Anwendung vor allem in Innenreifen und Transportbändern und inKabelummantelungen.
Neoprengummi (CG) − 60◦ C bis+ 90◦ C Mittlere chemische Resistenz , vor allem für Mineralöle. Flammdämmend und sehr wetterfest . Anwendungin Schläuchen (Öltransport), in Dächern undalsBauprole.
Silicongummi (M . . . Q, Si) − 60◦ C bis+ 250◦ C
Flexibilität über ein sehr großes Temperaturgebiet. Großer Widerstand gegen Alte-rung durch UV-Licht und Ozon. Sehr gute elektrische Isolation. Anwendung in derKühltechnik, Elektrotechnik, Kabel- und Flugzeugindustrie.
Ethylen – Propylen – Diengummi − 50◦ C bis+ 150◦ C (EPM/EPDM)Sehr hochwertiger synthetischer Gummityp mit hoher Resistenz gegen Chemikali-en, UV-Strahlung und Wettereinüsse (ausreichende Stabilisation vorausgesetzt).Wird auch in Mischungen, beispielsweise mit PP geliefert. Anwendungen alsschlagfestes Material für Stoßstangen. Auch für Dichtungen in Automobilen und
Bauprole.
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24 2 Kunststoffe
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1 , 0 . . . 1 , 1
3
> 1 8 5
~ 2 6 5
8/18/2019 Kunststoffe Für Ingeniere - Bernd Schröder
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2.9 Kunststoff-Schäume 27
Thermoplastische Elastomere − 30 ◦ C bis> + 120◦ CStyrol–Butadien–Styrol (SBS) Blockcopolymere, thermoplastische Polyurethaneund Polyester. Können als Thermoplaste ohne einzelne Vulkanisationsschritte ver-
arbeitet werden. Hohe Elastizität und hoher Reibungskoefzient. Anwendungen vor allem in der Schuhindustrie, in der Automobilindustrie, für Schläuche und indiversen Haushaltsartikeln.
2.9 Kunststoff-Schäume
Diese Kunststoff-Schäume mit meist geschlossenen Zellen werden in der Bauindu-
strie in vorgefertigter Form als Platten, Schalen, Streifen, Granulate, aber auch alsin situ geformte Schäume eingesetzt. Vor Ort fertiggestellter (nur thermohärtend)Schaum wird beispielsweise in Hohlräumen verwendet.
Polystyrolschaum 12kg/m3 bis 60 kg/m3Weiß mit geschlossener Zellenstruktur. Preisgünstiges Material für Kontaktschal-lisolation, Wärmeisolation, als Zugabematerial für leichtgewichtigen Beton undWegwerfverpackungen für „Fast-food“.
PVC-Schaum 40kg/m3
Cremefarben bis hellgelb mit geschlossener Zellstruktur oder gemischt (rechtkostspielig), aber mit geschlossener Zellstruktur und gut dampfdicht.
Polyurethanschaum 20kg/m3 bis 100kg/m3Weiß bis grau gefärbt. Hartschaumarten mit überwiegend geschlossenen Zel-len, weiche Arten sowohl mit offenen als auch mit geschlossenen Zellen. Wirdhauptsächlich in der Bau- und der Automobilindustrie eingesetzt.
Phenolformaldehydschaum 20 kg/m3 bis 100 kg/m3Orange bis (dunkel)braun gefärbter Schaum mit 50 % bis 70 % geschlossenen Zel-len, hohe Festigkeit, aber porös. Für kurze Zeit bis zu 250◦ C brauchbar. Nimmtrelativ viel Wasser auf. Kommt in vorgefertigter Form vor, wird aber auch in situ verarbeitet.
Harnstoffformaldehydschaum 30kg/m3 bis 50 kg/m3Mit offener Zellstruktur und ebenso mit recht hoher Wasseraufnahme. Vor al-lem für thermische Isolation von Dächern und Leitungen, für Schallisolation undHohlraumfüllung.
SandwichplattenWerden häug mit Polystyrol- und Polyurethanschaum verarbeitet. Oft mitAußenschichten von PVC oder PE und mit glasfaserverstärktem Polyesterharz.
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Was Sie aus diesem Essential mitnehmen
können
• Bezeichnungen für Kunststoffe
• Eigenschaften vonKunststoffen (Duroplaste, Thermoplaste, Elastomere, Schäu-me)
• Gebräuchliche Einsatzgebiete und Einsatzbereiche von Kunststoffen
B. Schröder, Kunststoffe für Ingenieure, essentials, 29DOI 10.1007/978-3-658-06399-3, © Springer Fachmedien Wiesbaden 2014
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Literatur
Hering E, Schröder B (2013) Springer Ingenieurtabellen. Springer, Berlin