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Kunststoff-Wissen

Basiswissen

Kunststoff – Definition

Der Kunststoff ist ein künstlich hergestellter Werkstoff, der sich chemisch aus sogenannten Polymeren zusammensetzt und meist aus Erdölprodukten gewonnen wird. Kunststoffe sind wegen ihrer Eigenschaften (nicht-rostend, wasserfest, extrem haltbar, flexibel, isolierend usw.) besonders vielseitig verwendbar. Jeder Kunststoff ist bei einer bestimmten Temperatur formbar, das heißt plastisch, deshalb wird Kunststoff auch häufig Plastik genannt. Kunststoffe zerfallen und verrotten nicht wie organische Stoffe.

Wie wird Kunststoff hergestellt

Die Kunststoffproduktion beginnt mit dem Destillationprozess (der Aufspaltung von schwerem Erdöl in leichtere Gruppen, die als Fraktionen bezeichnet werden) in einer Ölraffinerie (nur etwa 4 % der weltweiten Erdölerzeugung wird von der Kunst- stoffindustrie verbraucht). Jede Fraktion ist eine Mischung aus Kohlenwasserstoff- Ketten (chemischen Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff), die sich in Grösse und Molekularstruktur unterscheiden. Eine dieser Fraktionen, das Naphtha, ist das entscheidende Element für die Kunststoffproduktion.

Ein thermischer Spaltvorgang, als cracking bezeichnet, zerlegt Naphtha in kleinere Kohlenwasserstoffmoleküle, wie Ethylen, Propylen und Butylen. Zwei wesentliche Verfahren werden zur Kunststoffproduktion eingesetzt: Polymerisation und Polykon- densation. Beide erfordern spezifische Katalysatoren.

In einem Polymerisierungsreaktor werden Monomere wie Ethylen und Propylen zu langen Polymerketten miteinander verknüpft. Jedes Polymer besitzt seine eigenen Eigenschaften, Struktur und Grösse, abhängig von den verschiedenen Arten der für sie verwendeten Ausgangsmonomere.

Durch die Auswahl des Ausgangsmaterials, das Herstellungsverfahren und die Beimischung von Additiven lassen sich technische Eigenschaften von Kunststoffen wie Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur-, Wärmeformbe- ständigkeit und chemische Beständigkeit in weiten Grenzen variieren. Kunststoffe werden zu Formteilen, Halbzeugen, Fasern oder Folien weiterverarbeitet.

Der Kunststoff wird in folgende Eigenschaften unterteilt:

Thermoplaste

Thermoplast ist zusammengesetzt aus den Wörtern thermos = warm und passo= bilden. Diese lassen sich im warmen Zustand, mehrfach wiederholbar, verformen.

Duroplaste

Duroplaste sind hart und in allen Richtungen eng vernetzt. Sie sind temperaturbe- ständig, nicht verformbar, nicht schmelzbar und unlöslich. Bei normaler Temperatur sind sie hart und spröde.

Elastomere

Elastomere sind räumlich vernetzte Kunstoffe, quellbar und gummielastisch. Das wesentliche Merkmal von Elastomeren ist, dass sie sich auf mindestens das Doppelte ihrer Länge dehnen lassen und beim Loslassen in ihren Ausgangs- zustand zurückkehren (Fachwort dafür: Gummielastizität).

Copolymerisation

Die Copolymerisation erzeugt „gemischte“ Kunststoffe

Eigenschaften von Kunststoffen

Duroplaste
Elastomere 
Thermoplaste 
Copolymerisation

Herstellung von Kunststoffen
Anwendungsbereiche von Kunststoffen
  • Verpackung
  • Bauen und Wohnen
  • Mobilität
  • Elektro / Elektronik
  • Landwirtschaft
  • Medizin
  • Sport

Kunststofflexikon

A

Acrylnitril-Butadien-Styrol

Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (Kurzzeichen ABS) ist ein synthetisches Terpolymer aus den drei unterschiedlichen Monomerarten Acrylnitril, 1,3-Butadien und Styrol und gehört zu den amorphen Thermoplasten. Die Mengenverhältnisse können dabei variieren von 15–35 % Acrylnitril, 5–30 % Butadien und 40–60 % Styrol.

Herstellung
ABS wird großtechnisch durch Pfropfcopolymerisation hergestellt,[5] es kann aber auch durch Blenden (Vermischen) der fertigen Polymere erfolgen. Bei den durch Pfropfcopolymerisation hergestellten ABS unterscheidet man das Emulsions- und In-Masse-Verfahren:

Emulsionsverfahren
Die Rohstoffe werden nach und nach der Polymerisation hinzugefügt. Dadurch entstehen Kondensate, welche entgast werden müssen. Die Butadienpartikel werden durch den Prozess zerkleinert und ergeben somit den für ABS typischen gelben Farbton.

In-Masse-Verfahren
Alle Rohstoffe werden gemeinsam durch alle Stufen der Polymerisation geführt. Es entstehen kaum Kondensate und die Entgasung entfällt auf ein Minimum. Die Butadienpartikel bleiben groß. Dadurch ist das ABS heller (besser für Selbsteinfärbung) und es enthält weniger Fremdstoffe (geringere Emissionen). Durch die größeren Butadienpartikel ist In-Masse-ABS bei geringerem Butadiengehalt schlagzäher.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Acrylnitril-Butadien-Styrol

Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Polymergemisch

Acrylester ist gleichmässig im SAN (Styrol-Acrylnitril)-Polymergerüst verteilt und durch die aufgepfropften SAN-Ketten damit verbunden.Witterungsbeständiger, transparenter Thermoplast.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Aminoplast

Aminoplaste (auch: Aminoharze oder Amidharze) sind relativ niedermolekulare, aushärtbare Kunstharze, die durch Polykondensation von Carbonylverbindungen (oft Formaldehyd) und Verbindungen mit NH-Gruppen, wie beispielsweise Harnstoff (Harnstoffharze, UF), Melamin (Melaminharze, MF) oder Dicyandiamid (Dicyandiamidharze, DD) gewonnen werden. Die Harze lassen sich als wässrige Lösungen (z.B. als Leimharze) oder als sprühgetrocknete Pulver als Formmasse verwenden. Durch Zusatz von Härtern werden die niedermolekularen Harze vernetzt und damit in unlösliche, unschmelzbare Duroplaste umgesetzt. Die Bezeichnung Aminoplast wird häufig sowohl für das noch auszuhärtende Vorprodukt als auch für das durchgehärtete Endprodukt verwendet.

Herstellung
Allgemein werden Aminoplaste durch Polykondensation von Formaldehyd mit Verbindungen, die zwei oder mehr Aminogruppen enthalten (z.B. Harnstoff, Thioharnstoff, Melamin, Cyanamid, Diaminohexan) hergestellt. Als Beispiel hier die Synthese von Harnstoff-Formaldehyd-Harz:

n Harnstoff + n Formaldehyd \longrightarrow Ausschnitt aus Aminoplastkette + n-1 Wasser

Diese Reaktion läuft in einem ersten Schritt über die Addition von Harnstoff unter Bildung von N-Hydroxymethylgruppen und anschließend ein Kettenwachstum über Polykondensation unter Wasserabspaltung. Diese Reaktion wird meist in basischer Lösung durchgeführt, da OH−-Ionen als Katalysator benötigt werden und sich unvernetzte Vorkondensate bilden. Die Vorkondensate sind mehrere Monate bei Raumtemperatur stabil.

Beim Aushärten unter sauren Bedingungen führt weitere Polykondensation der linear aufgebauten Kettenmoleküle des Harzes auch untereinander zu Verknüpfungen. Je mehr Formaldehyd hinzugefügt wurde, desto mehr Querverbindungen gibt es.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Aminoplast

Amorphe Struktur

Keine kristalline Struktur im mikroskopischen Bereich nachweisbar. Gegensatz zu teilkristalliner Struktur.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Anorganisches Polymer

Polymer ohne Kohlenstoffatome in der Hauptkette, z.B. Polydichlorphosphazen, Polydimethylsiloxan.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

B

Biokunststoff

Als Biokunststoff, Bioplastik (engl. bioplastics) oder Bio-basierter Kunststoff (engl. bio-based plastics; auch bio-basierte Kunststoffe oder „technische Biopolymere“) werden Kunststoffe bezeichnet, die auf Basis nachwachsender Rohstoffe erzeugt werden.

Der Begriff Biokunststoff ist nicht geschützt und wird nicht einheitlich verwendet. Nach einer alternativen Definition sind Biokunststoffe alle biologisch abbaubaren Kunststoffe unabhängig von ihrer Rohstoffbasis, welche alle Kriterien zum Nachweis der biologischen Abbaubarkeit und Kompostierbarkeit von Kunststoffen und Kunststoffprodukten erfüllen (bio-abbaubare Kunststoffe oder compostable plastics). Während die erste Definition nicht oder nur schwer abbaubare Kunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe einschließt, werden nach der zweiten Definition diese ausgeschlossen und biologisch abbaubare Kunststoffe auf Mineralölbasis mit eingeschlossen. Die Brockhaus-Enzyklopädie definiert Biokunststoffe als kunststoffanaloge Werkstoffe, die vollständig oder zu überwiegenden Anteilen aus Biopolymeren erzeugt und unter Anwendung der für Kunststoffe üblichen Verfahren modifiziert werden.

Abzugrenzen sind Biokunststoffe von anderen Biowerkstoffen wie den Verbundwerkstoffen, zu denen etwa die Wood-Plastic-Composites gehören und bei denen biogene Anteile (Holzmehl) mit fossilen Kunststoffen oder Biokunststoffen kombiniert werden, und naturfaserverstärkten Kunststoffen. Allerdings sind auch Mischformen wie naturfaserverstärkte Biokunststoffe denkbar und werden teilweise realisiert.

Biokunststoffe werden zu Formteilen, Halbzeugen oder Folien verarbeitet. Sie dienen entsprechend ihrer Abbaueigenschaften vor allem als Material für Verpackungen, Cateringprodukte, Produkte für den Garten- und Landschaftsbau, Materialien für den medizinischen Bereich und andere kurzlebige Produkte. Auf dem internationalen Kunststoffmarkt haben Biokunststoffe derzeit einen verhältnismäßig geringen Stellenwert, der sich Prognosen zufolge jedoch in den nächsten Jahren durch neu zu erschließende Produktfelder und ihre im Vergleich geringeren Rohstoffpreise deutlich erhöhen wird. Im Jahr 2004 stellten bei einem weltweiten Verbrauch von Kunststoffen von etwa 225 Millionen Tonnen pro Jahr die Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen mit rund 250.000 Tonnen einen Anteil von nur 0,1 Prozent dar, für die Zukunft wurden jedoch enorme Marktzugewinne für Biokunststoffe prognostiziert. 2008 wurde geschätzt, dass unter geeigneten Bedingungen etwa 10 % der gesamten Kunststoffproduktion mithin 70 % der Kunststoffverpackungen durch Bioplastikprodukte substituiert werden können. Im gleichen Jahr wurde für die USA ein jährliches Wachstum des Bedarfs an bioabbaubaren Kunststoffen von mehr als 15 % bis 2012 prognostiziert, der Gesamtbedarf sollte demnach von 350.000 t auf 720.000 t pro Jahr steigen.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Biokunststoff

Biopolymer

Ein Biopolymer (altgriech. βίος bíos ‚Leben‘ mit griechisch πολύ poly ‚viel‘ und μέρος méros ‚Teil‘) ist ein Polymer, das in der Zelle eines Lebewesens synthetisiert wird. In Form z. B. von Polysacchariden, Proteinen, Nukleinsäuren etc. dienen Biopolymere als Energiespeicher (Glykogen, Stärke), haben strukturelle Funktionen für die Zelle oder den gesamten Organismus (Fasern, Lipidmembranen), wirken im Stoffwechsel (Stoffaufnahme, -transport, Enzym, Exkretion), erkennen Zustände (Sensorik), bewirken Veränderungen (Muskulatur, Farbwechsel), wehren schädigende Einflüsse aktiv ab (Toxine, Immunologie), speichern oder vermitteln Information (genetisch, hormonell, ZNS).

Häufig wird der Begriff Biopolymer auch zur Unterscheidung von Werkstoffen benutzt. Hier wird auch von technischen Biopolymeren oder Biopolymerwerkstoffen gesprochen, um von nicht als Werkstoff nutzbaren Biopolymeren abzugrenzen. Eine einheitliche Definition für technische Biopolymere hat sich noch nicht etabliert. So werden darunter z. B. Werkstoffe zusammengefasst, die aus biogenen Rohstoffen (nachwachsenden Rohstoffen) bestehen und/ oder biologisch abbaubar sind (biogene und biologisch abbaubare Polymere). Darunter fallen also biobasierte Biopolymere, die biologisch abbaubar oder auch nicht biologisch abbaubar sind, als auch erdölbasierte Polymere, die biologisch abbaubar sind. Damit erfolgt eine Abgrenzung von den konventionellen, erdölbasierten Werkstoffen bzw. Kunststoffen, die nicht biologisch abbaubar sind, wie z. B. Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid (PVC).

Bei anderen Definitionen werden Erdölprodukte nicht zu den Biopolymeren (biogenen Polymeren) gezählt. Dagegen können sowohl native Polymere (z. B. Cellulose und Cellulosederivate) als auch biobasierte Kunststoffe, die durch umfassende chemische Veränderung der biogenen Rohstoffe hergestellt wurden (z. B. Polylactide (PLA) aus mit Hilfe der weißen Biotechnologie erzeugter Milchsäure), dazugezählt werden.

Ein verwandter Begriff ist Biokunststoff, der ebenfalls nicht einheitlich verwendet wird, und sich teilweise oder stark mit dem Begriff Biopolymer überschneidet. Auch hier wird die Vorsilbe Bio-, abhängig von der jeweiligen Definition, als biogen oder biologisch abbaubar verstanden.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Biopolymer

Blockpolymer

Polymer, dessen Moleküle aus linear verketteten Blöcken besteht. Die Blöcke sind im Polymermolekül direkt oder über eine Struktureinheit, die nicht Teil der Blöcke ist, verbunden.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

C

CardaFlex-Verfahren

Das CardaFlex-Verfahren ermöglicht es, Kunststoffteile mit hoher Präzision auf kontinuierliche Trägerstränge (textile Kordeln, Stahllitzen usw.) aufzuspritzen (Spritzgießen).

CardaFlex-Produkte werden vor allem als Antriebs-, Steuer- oder Verbindungs- elemente, Scharniersysteme oder als gegurtete Zuführung von Einzelteilen eingesetzt.

Quelle: http://wiki.ju.edu.jo/de/articles/c/a/r/CardaFlex_720a.html

Celluloseacetobutyrat

Gemischter Essig- und Buttersäureester der Cellulose.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Copolymer

Copolymere oder Heteropolymere sind Polymere, die aus zwei oder mehr verschiedenartigen Monomereinheiten zusammengesetzt sind. Damit bilden sie den Gegensatz zu Homopolymeren.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Copolymer

Copolymerisation

Die Copolymerisation ist eine Sonderform einer Polyreaktion. Sie unterscheidet sich von der „einfachen“ Polyreaktion dadurch, dass statt eines Monomers ein Gemisch von zwei oder mehreren chemisch unterschiedlichen Monomeren eingesetzt wird. Das Produkt der Copolymerisation ist ein Copolymer.

Allgemeines
Copolymerisation macht eine Vielzahl von Werkstoffen zugänglich. Durch Abstimmung der Art und Molverhältnisse der Monomeren im Polymer lassen sich viele Eigenschaften über einen weiten Bereich variieren. Eine wichtige Klasse sind die thermoplastischen Elastomere. Diese werden bei erhöhter Temperatur zu Thermoplasten und können wie diese einfach verarbeitet werden. Nach Erkalten zeigen sie wieder (gummi)elastische Eigenschaften. Auch Weichmachung (Innere Weichmachung) ist durch Copolymerisation erreichbar. Ein externer Weichmacher wird dann nicht mehr benötigt.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Copolymerisation

D

Dünnwand-Spritzgiessen

Das Dünnwand-Spritzgiessen ist ein Verfahren zur Herstellung von Verpackungen. Dieses Verfahren erfordert eine sehr hohe Leistungsdichte, die auch Spritz- giessmaschinen mit hohen Schliesskräften innerhalb kürzester Zeit bereitstellenmüssen.

Quelle: https://www.kunststoff-deutschland.com/html/dunnwand-spritzgiessen.html

Duroplast

Duroplaste, auch Duromere genannt, sind Kunststoffe, die nach ihrer Aushärtung nicht mehr verformt werden können. Duroplaste sind harte, glasartige Polymerwerkstoffe, die über chemische Hauptvalenzbindungen dreidimensional fest vernetzt sind. Die Vernetzung erfolgt beim Mischen von Vorprodukten mit Verzweigungsstellen und wird entweder bei Raumtemperatur mit Hilfe von Katalysatoren chemisch oder bei hohen Temperaturen thermisch aktiviert.

Herstellung
Duroplaste werden oft mittels Polykondensation hergestellt. Zur Herstellung von Duroplasten werden Polymerketten untereinander oder mit Monomeren vernetzt. Die Vernetzung der Bausteine wird mittels Wärme, Strahlung oder chemischen Additiven initiiert. Bei einem Aushärtungsprozess bilden sich hierbei lineare Kettenmoleküle, die sich auch untereinander dreidimensional vernetzen und dabei eine stabile Struktur bilden. Nach dem Aushärten können sie ihre Form nicht mehr verändern. Auf mechanische Einwirkung reagieren sie mit Rissen oder Sprüngen. Durch während der Polykondensation entstehende Spaltprodukte werfen Duroplaste anfangs oft Blasen. Zusätzlich neigen einige zum Schrumpfen, Springen und Zerbröseln. Letzteres liegt im Abbau von während der Herstellung entstehenden Eigenspannungen begründet.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Duroplast

Duroplastische Elastomere

Duroplastische Elastomere (Gummi-artige Polymerstrukturen) sind chemisch zu einem weit maschigen Raumnetzmolekül verknüpft, wodurch das Rückstellverhalten nach mechanischer Beanspruchung festgelegt ist. Daher weisen sie unterschiedliche Gummi-Elastizität auf.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Duroplast-Spritzgiessen

Das Duroplast-Spritzgiessen unterscheidet sich vom Thermoplast-Spritzgiessen in seinen Betriebsparametern. Duroplaste härten durch Einwirken von Wärme aus. Nach dem Aushärten ist ein erneutes Aufschmelzen nicht mehr möglich, nur ein Recycling. Die noch nicht ausgehärtete Masse muss deshalb mit einer vergleichsweisen niedrigen Temperatur (je nach Material ca. 30 bis 110 °C) in die Form, eingespritzt und dort durch eine höhere Temperatur (je nach Duroplast zwischen 130 °C und 250 °C) ausgehärtet werden.

Die aufbereitete Formmasse fliesst u. a. wegen der hohen Füllstoffanteile schlechter als Thermoplastschmelzen. Auf diese Besonderheiten muss der Spritzgiessvorgang abgestimmt werden.

Die Spritzgiessmaschine arbeitet mit einer Förderschnecke, die wenig Scherwärme erzeugt. Die erzielbaren Drücke betragen bis zu 2500 bar. Das Formteil wird heiss entformt. Angussloses Spritzgiessen ist mit Kaltkanalsyste-
men, dem Pendant zum Heisskanalsystem, bei dem der Anguss gekühlt und so eine Vernetzung verhindert wird, möglich.

Mit dem Duroplast-Spritzgiessen können sehr grosse Wanddicken der Teile von bis zu 50 mm realisiert werden.

Anwendung
Ein typisches Anwendungsgebiet für Duroplaste (BMC) sind Fahrzeugschein- werfer, genauer deren Reflektoren, bei denen die gute Masshaltigkeit und Temperaturbeständigkeit von Duroplasten zum Tragen kommt. Bei Wanddicken bis ca. 4 mm allerdings sind die Zykluszeiten der Duroplastverarbeitung meist länger als die bei Thermoplasten, so dass Duroplaste, wenn auf ihre besonde-
ren elektrischen und mechanischen Qualitäten verzichtet werden kann, im Wirtschaftlichkeitsvergleich trotz ihres im Allgemeinen günstigeren Material-
preises meist gegenüber den Thermoplasten verlieren.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Spritzgiessen#Duroplast-Spritzgiessen

E

Elastomer

Elastomere (Sing. das Elastomer, auch Elaste) sind formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe, deren Glasübergangspunkt sich unterhalb der Einsatztemperatur befindet. Die Kunststoffe können sich bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen, finden aber danach wieder in ihre ursprüngliche, unverformte Gestalt zurück. Elastomere finden Verwendung als Material für Reifen, Gummibänder, Dichtungsringe usw. Die bekanntesten Elastomere sind die Vulkanisate von Naturkautschuk und Silikonkautschuk.

Eigenschaften
Konventionelle Elastomere sind nicht schmelzbar. Die sogenannten thermoplastischen Elastomere sind in bestimmten Temperaturbereichen aber thermoplastisch, wie etwa der Ersatz für Naturkorken in Weinflaschen.

Das besondere an Elastomeren ist, dass ihre Elastizität (anders als bei Metallfedern) nicht auf Anziehungskräften zwischen sich ändernden Atomabständen beruht, sondern ein statisch-dynamisches Gleichgewicht zwischen Ordnung und Entropie darstellt. Das Elastomer speichert daher keinerlei Spannenergie in sich selbst, sondern strahlt die beim Dehnen (und anderen Verformungen) zugeführte Energie als Wärme aus und erhöht stattdessen seine innere Ordnung. Wie ein Muskel benötigt es deshalb für erneutes Zusammenziehen Zufuhr von Energie, welche das Elastomer durch Brownsche Molekularbewegung der Umgebungswärme entnimmt.

Bei großer Kälte verlieren Elastomere ihre Kraft und können glashart gefrieren. Ein maßvolles Erhöhen der Temperatur erhöht erheblich die Spannkraft des Elastomers, da es ihm Energie zuführt, wodurch es Arbeit verrichten kann. Dieses Phänomen ist unter dem Namen Gough-Joule-Effekt bekannt. (Zu hohe Temperatur bewirkt jedoch Zersetzung.) Die Auslenkung ist dabei deutlich stärker als etwa die Wärmeausdehnung von Festkörpern und ähnelt eher dem mechanischen Verhalten von Gasen in einem Zylinder mit beweglichem Kolben. Man kann aus einem flexiblen Rad mit Speichen aus Gummibändern sogar eine simple Wärmekraftmaschine bauen; wird das Rad einseitig erwärmt, so verformt sich dessen Felge einseitig durch Zusammenziehen des Elastomers, wodurch sich das Rad durch Schwerpunktverlagerung in Rotation versetzt, da sich auf der kühleren Seite die Bänder wieder entspannen.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Elastomer

Elastomer-Spritzgiessen

Elastomere wie Naturkautschuk vulkanisieren analog zu den Duroplasten durch
den Einfluss von Wärme. Das Werkzeug muss also auch hier heisser als die Formmasse beim Einspritzvorgang sein. Eine Ausnahme bilden die thermo- plastischen Elastomere.

Das Spritzgiessen von Elastomeren erfolgt auf Schneckenspritzgiessmaschinen. Elastomere können in Form von rieselfähigen Pulvern oder bandförmig von einer speziellen Förderschnecke, die wenig Scherung in die plastifizierte Masse ein- bringt, eingezogen werden. Der Zylinder wird meist mit einer Flüssigkeit auf
ca 80 °C temperiert (Wassertemperierung), um Überhitzung zu vermeiden, was
ein vorzeitiges ausvulkanisieren des Elastomers zufolge hätte. Weiters stellt
auch das gratfreie Spritzgiessen von Elastomeren eine besondere Herausfor- derung dar, da Elastomere im Fliessbereich (genau so wie Duroplaste) sehr dünnflüssig sind, so ist auch der Aufwand bei der Werkzeuggestaltung etwas
höher als bei Thermoplastwerkzeugen.

Von den genannten Besonderheiten abgesehen, verläuft der Spritzgiessvor-
gang prinzipiell auch hier ähnlich wie beim Thermoplast-Spritzgiessen ab. Die Schnecke knetet und mischt die Formmasse, die dadurch homogen aufbereitet wird. Dadurch lässt sich z. B. gegenüber dem Pressen, bei dem durch die Wärmezufuhr von aussen eine inhomogene Temperaturverteilung entsteht, eine Qualitätsverbesserung der hergestellten Formteile erzielen. Einige mechanische Eigenschaften können bis zu 30 % höher liegen als bei gepressten Elastomeren.

Beim Strömen in der Düse und in den Angusskanälen entsteht Reibungswärme. Dies verkürzt die Vulkanisierzeit. Dadurch wird der Spritzgiessprozess besonders wirtschaftlich. Die hohe Materialviskosität macht relativ grosse Angussquerschnitte erforderlich. Auch bei Elstomeren sind Kaltkanalsysteme einsetzbar.

Man verwendet beim Elastomerspritzgiessen oft Spritzgiessmaschinen mit meh- reren Schliesseinheiten für mehrere Werkzeuge und unterschiedlicher Teile, da
die Vulkanisierzeit erheblich grösser ist als die Aufbereitungszeit in der Spritz- einheit.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Elastomer-Spritzgiessen#Elastomer-Spritzgiessen

Epoxidharz

Epoxidharze (EP-Harze) sind Kunstharze, die Epoxidgruppen tragen. Sie sind härtbare Harze (Reaktionsharze), die mit einem Härter und gegebenenfalls mit Zusatzstoffen zu einem duroplastischen Kunststoff umgesetzt werden können. Die Epoxidharze sind Polyether mit in der Regel zwei endständigen Epoxidgruppen. Die Härtungsmittel sind Reaktionspartner und bilden mit dem Harz den makromolekularen Kunststoff.

Die durch Vernetzung erzeugten Duroplaste besitzen gute mechanische Eigenschaften sowie eine gute Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit. Sie gelten daher als hochwertige, aber auch teure Kunststoffe. Sie werden u.a. als Reaktions- und Einbrennlacke, Klebstoffe, für Laminate, als Einbettmittel in der Metallographie und als Formmassen für Komponenten in der Elektrotechnik und Elektronik verwendet.

Verarbeitung
Wie bei allen Reaktionsharzen muss beim Anmischen von Reaktionsharzmassen normalerweise das stöchiometrische Harz-Härter-Verhältnis eingehalten werden – andernfalls verbleiben Teile von Harz oder Härter ohne Reaktionspartner. Bei einem zu hohen Anteil einer der beiden Komponenten bleiben unreagierte funktionelle Gruppen zurück und die Vernetzung ist unvollständig, was zu einem weicheren Produkt und zu klebrigen Oberflächen führt. Einige Epoxidsysteme sind jedoch ausdrücklich für eine Variation des Mischungsverhältnisses innerhalb enger Grenzen geeignet. Dadurch lassen sich Härte, Elastizität und andere Eigenschaften beeinflussen; so wird die Säurebeständigkeit durch einen höheren Anteil Epoxidharz erhöht. Eine inhomogene Mischung der Komponenten hat ähnlich negative Effekte wie ein falsches Verhältnis der Komponenten, da die Polyaddition nur unvollständig abläuft.

Die Polyaddition ist stark exotherm. Die entstehende Reaktionswärme kann so groß werden, dass es zum Brand kommt; zumindest können jedoch die Eigenschaften des Harzes durch die Überhitzung negativ beeinflusst werden. Für Bauteile mit großen Wanddicken sollten daher nur niedrigreaktive Harze verwendet werden.

Die Verarbeitungsdauer von Reaktionsharzmassen wird Topfzeit genannt. Sie hängt von der Verarbeitungstemperatur, der Einstellung der Reaktionsharzmassen und der Ansatzgröße ab. Übliche Topfzeiten liegen bei einigen Minuten bis hin zu mehreren Stunden. Während der Topfzeit steigt die Viskosität des Harzes in einer nichtlinearen Kurve immer weiter an, bis schließlich keine Verarbeitung mehr möglich ist. Die Angabe der Topfzeit ist in der Regel bei einem Harz/Härter-Ansatz von 100 g gemacht – das heißt: größere Verarbeitungsmengen haben eine wesentlich kürzere Verarbeitungszeit.

Eine Erwärmung des angemischten Harzes verringert die Viskosität und verbessert dadurch im Allgemeinen die Verarbeitbarkeit, verkürzt aber auch die Topfzeit. Niedrigreaktive Epoxidharze benötigen lange Härtezeiten und möglichst eine erhöhte Härtungstemperatur (30 °C bis 40 °C). Eine Erhöhung der Verarbeitungstemperatur um 10 °C bewirkt eine Halbierung der Topf- bzw. Aushärtezeit (RGT-Regel). Bei Bedarf können noch Beschleuniger (hochreaktive Härter) zugegeben werden, die die Reaktionszeit verkürzen. Epoxidharze können zur vollständigen Vernetzung und zum Erreichen einer höheren Wärmeformbeständigkeit nach der Aushärtung einer Warmhärtung unterzogen werden.

Beim Warmhärten (Temperung) steigt die Glasübergangstemperatur (Tg) der Matrix um ca. 20 °C bis 25 °C über die maximale Warmhärtungstemperatur an – dies ist der sogenannte Temperaturvorlauf. Raumtemperaturanhärtende Systeme härten bei Raumtemperatur teilweise mit einer sehr spröden Matrix – eine Härtung über 40 °C/5 h bis 6 h beseitigt diese und verbessert zusätzlich die mechanischen Eigenschaften.

Die Reaktionsharzmassen werden häufig mit niedrigviskosen Zusätzen modifiziert. Durch die niedrigere Viskosität der Reaktionsharzmasse wird eine bessere Penetration in poröse Werkstoffe (Tränkung von Geweben, Beschichtung von Beton) erreicht oder die Verarbeitbarkeit durch Spritzpressen (RTM-Verfahren) verbessert. Andererseits erlauben derartige Reaktionsharzmassen eine höhere Beladung mit Füllstoffen, woraus bei der Härtung ein geringerer Volumenschrumpf resultiert. Ebenfalls können die mechanischen Eigenschaften des gehärteten Harzes verbessert werden, ebenso die Ökonomie. Für diese Zwecke werden bevorzugt Glycidylether verwendet, da diese – im Gegensatz zu nicht reaktiven Verdünnern – kovalent an das Polymer gebunden werden und daher auch nicht migrieren können.

Gebräuchlich als Reaktivverdünner sind:

• Monoglycidylether – Glycidylether von einwertigen Phenolen oder Alkoholen
Monoglycidylether neigen dazu, die Polyaddition abzubrechen, da sie nur monofunktionell sind. Daher beeinträchtigen sie die Festigkeit und die Temperaturbeständigkeit, erhöhen aber die Flexibilität. Glycidylether von Phenolen wirken hier weniger nachteilig als Alkylglycidylether, werden aber toxikologisch ungünstiger beurteilt. Bei den Alkylglycidylethern werden langkettige (C12 – C14) wegen ihres niedrigen Dampfdrucks bevorzugt eingesetzt; sie lassen sich günstig aus Fettalkoholen herstellen.

• Polyglycidylether
Diese mehrfunktionellen Reaktivverdünner werden eingesetzt, wenn höhere Ansprüche an die mechanischen Eigenschaften gestellt werden. Da sie über mindestens zwei (wie der häufig eingesetzte Hexan-1,6-dioldiglycidylether) Epoxidgruppen verfügen, bewirken sie keinen Abbruch der Polyaddition.

Reaktionsharzmassen können mit Zuschlagstoffen (z. B. pyrogenem Siliciumdioxid) versehen werden, um sie thixotrop einzustellen. Dieses verdickte Harz kann als Füllmasse oder Klebstoff verwendet werden. Andere Zuschlagstoffe dienen als Füllmittel (Hohlkugeln aus Glas, Keramik oder Kunststoffen), um die Dichte des Harzes zu verringern, um die Griffigkeit bzw. Abrasionsbeständigkeit der Oberfläche zu verbessern (Quarzsand, Keramische Pulver) oder um die maximale Dauer-Betriebstemperatur zu steigern (Metallische Füllstoffe: Aluminium-, Eisen/Stahlpulver). Zuschlagstoffe (wie Aluminiumhydroxid) können das Brandverhalten von Epoxidharz positiv beeinflussen. Dies ist besonders beim Einsatz in Verkehrsmitteln wichtig.

Die chemische Schwindung bei der Polyaddition ist mit 0,5…5 % deutlich geringer als bei den ungesättigten Polyesterharzen. Sie kann mit geeigneten Zuschlagstoffen noch weiter verringert werden.

Verwendung
• Vielseitiger Konstruktions-Klebstoff, etwa im Bootsbau, Haushalt und Modellbau
• Speziell eingestellte Epoxidharze finden als Metallkleber Anwendung
• Mörtel auf Kunststoffbasis (Reaktionsharzmörtel)
• zur Produktion von Steinteppichen
• Gießharz zur Herstellung von Bauteilen im Gussverfahren
• Wird in Verbindung mit Glasfaser, Kohlenstofffaser und Aramidfaser beim Bau von modernen Hochleistungs-Segelflugzeugen, aber auch zunehmend bei großen Passagierflugzeugen (Kohlenstoff- bzw. Carbonfaser) als Faserverbundkunststoff eingesetzt
• Herstellung von Mineralgussgestellen für den Maschinenbau
• Industriefußboden; Betonbeschichtung; Betonreparatur
• Ionenaustauschersäulen (Chemie)
• Anstrich; schwerer Korrosionsschutz (Schiffbau, Stahlkonstruktionen)
• Abdichtung von Holzterrarien (Terrarientechnik), da ausgehärtet ungiftig
• Bindemittel für verschiedene Anstrichstoffe (Lacke), durch Kombination von
Phenolharzen entstehen Innenschutzlackierungen für Verpackungsmittel aller
Art, von Haarspraydosen bis zu Lebensmittelverpackungen (sogenannte
Goldlacke)
• Herstellung von wasserlöslichen Kunstharzen zur kathodischen Tauchlackie
-rung (KTL, Automobilbau)
• Sanierung von Rohren, insbes. Rohrinnensanierung (etwa von Trinkwasser-
leitungen, Fußbodenheizungen)
• Vergießen von elektrischen Bauteilen oder anderen Objekten zwecks Isolation
und Korrosionsschutz
• Leiterplattenmaterial wie FR-4 als Trägermaterial von elektronischen
Schaltungen
• Matrixmaterial für die Herstellung von Faserverbundbauteilen, unter anderem
für Luft- und Raumfahrt, für den Motorsport und für den Yachtbau; häufig auch
im Handlaminierverfahren
• Plastination
• Wird auf Kanten (coping) von Skateboardrampen für bessere Rutschfähigkeit
und als Schutz aufgebracht
• Trägermaterial in der Kunst.

Beim Bau von Bootsrümpfen hat Epoxidharz gegenüber manchen Polyesterharzen unter anderem den Vorteil, dass es Osmoseschäden ausschließt, selbst wenn Seewasser durch eine beschädigte Gelcoat-Schicht dringt und mit dem Werkstoff in Berührung kommt. Deshalb wird Epoxidharz auch zur Reparatur von Osmoseschäden an Polyesterharz-Bootsrümpfen verwendet.

Epoxidharz ist beim jetzigen Stand der Technik nicht recyclingfähig und die Stoffe zu dessen Herstellung werden überwiegend aus Erdöl gewonnen. Es laufen aber bereits Versuche, Epoxidharz auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu gewinnen. Ziel ist es, ein ungiftiges, geruchloses und nicht allergenes Epoxidharz zu entwickeln.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Epoxidharz

Ethylen-Propylen-Copolymer

Thermoplast mit elastischen Eigenschaften aus den beiden Monomeren in statistischer Verteilung im linearen Makromolekül. Wird die Polymerkette mit Maleinanhydrid gepfropft, entstehen bewährte Schlagmodifikatoren für die hydrophilen Polyamide.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Exjection / Extrusionsspritzgiessen

Das Exjection-Verfahren (auch: Extrusionsspritzguss) zählt zu den Spritzguss- sonderverfahren. Das Verfahren ist eine Kombination aus Extrusion und Spritzgiessen und dient zur Herstellung langer, dünnwandiger und strukturierter Bauteile, auch aus zähfliessenden Thermoplasten auf verhältnismässig kleinen Spritzgussmaschinen mit geringer Schliesskraft.

Der Grundgedanke von Exjection besteht darin, die beim Spritzguss norma- lerweise feststehende Formkavität durch den Formaufbau im Verhältnis zum Anspritzpunkt zu verschieben und dadurch die Bauteillänge vom erzielbaren Fliessweg zu entkoppeln. Damit wird es möglich aus den üblichen, hochviskosen Formmassen Bauteile und Komponenten ohne eine prozesstechnische Beschränkung der Bauteillänge zu fertigen.

Der Exjectionprozess
Nach dem Schliessen der Form auf der Spritzgiessmaschine beginnt der Exjec- tionprozess analog zum konventionellen Spritzgiessen mit dem Einspritzen in die Kavität aus dem voll aufdosierten Zylinder. Der Schlitten der Exjectionform steht
in der Ausgangsposition. Im Schlitten ist die gesamte Bauteilgeometrie einge-
formt, wobei das Formnest über die gesamte Länge des Anschnitts offen ist. Ein entsprechender Teil der Form auf der feststehenden Düsenseite der Form dichtet das Formnest partiell ab und wirkt als Extrusionswerkzeug mit Kalibriereinheit.

Über eine Düse und einen beheizten Düseneinsatz wird die Schmelze in die Kavität eingespritzt, füllt den Endbereich und fliesst vom Anschnitt weg in die offene Kavität. Es baut sich dabei ein Fülldruck von mehreren 100 bar an der Düse auf. Noch bevor die Schmelze den entsprechenden, teilweise variotherm beheizten, Bereich der Kavität verlässt und ins Freie tritt, beginnt sich der Schlitten entgegen der Spritzrichtung zu bewegen.

Der nachfolgende Einspritzvorgang läuft primär druckgeregelt ab, wobei die Fliessfrontgeschwindigkeit und Schlittenbewegung harmonisiert werden. Damit
eilt der Anschnitt der Fliessfront hinterher und es bildet sich auf Basis der Quell- strömung und der Viskosität der Schmelze ein gleichmässiges Druckprofil mit niedrigen Scherraten aus. Dieser Zustand ist quasistationär und daher bei kon- stantem Querschnitt unabhängig von der nachfolgenden Länge des herzustellen- den Bauteiles. Der Füllvorgang mit konstanten Prozessparametern vermeidet Bindenähte und hat eine gleichmässige Pigment- und Füllstoffverteilung im Bauteil zur Folge.

Druckprofil im Exjection-Bauteil während der quasistationären Füllphase

Schlittengeschwindigkeit und Einspritzprofil werden über die Bauteillänge durch Vorgabewerte und Geschwindigkeitsprofile gesteuert. Regelgrösse ist dabei der Profilquerschnitt und die Bauteildicke, die in Abhängigkeit vom Spritzmaterial
und den Prozesstemperaturen die Abkühlgeschwindigkeit und damit die Schlittengeschwindigkeit bestimmen. Im gefüllten Querschnitt wird der, gleichzei-
tig auch als Nachdruck wirkende, Fülldruck mit seinem Maximum am Anschnitt aufgebaut. Je nach Viskosität der Schmelze, Füllgeschwindigkeit und Bau- teilwandstärke können Fülldrücke, und damit auch Nachdrücke, im Bereich von etwa 50 bar bis 200 bar gewählt werden. Eine gute Strukturabformung und das Vermeiden von Einfallstellen sind die direkte Folge dieses Zustandes. Der Druck ist im Formnest noch so lange wirksam, bis die Schmelze über die gesamte Wandstärke erstarrt ist. Jedes Volumenelement im Bauteil unterliegt so einem zeitabhängigen Nachdruckverlauf. Nach der Erstarrung verlässt die extrudierte Oberfläche die Kalibrierzone des Düseneinsatzes und tritt ins Freie.

Kurz bevor der Anschnitt das Ende der Kavität erreicht, wird die Geschwindig-
keit des Schlittens reduziert und dieser zum Stillstand gebracht. Durch einen konventionellen Spritzzyklus mit Einspritzen, Nachdrücken und Abkühlen wird der Endbereich des Bauteils gefüllt, ausgeprägt und zum Erstarren gebracht. Nach dem Aufdosieren der Plastifiziereinheit kann die Form geöffnet werden. Die Rückfahrbewegung des Schlittens in die Ausgangsposition wird noch für die Abkühlung genutzt, nachfolgend kann das Bauteil entformt, ausgeworfen und entnommen werden. Die Gesamtzykluszeit für den Exjectionprozess entspricht jener eines Spritzgussprozesses mit Kaskadensteuerung bei Füllung von einem Bauteilende.

Entwickler des Exjectionverfahrens
Das Exjectionverfahren wurde 2005 vom IB Steiner, einem österreichischen Ingenieurbüro mit den Schwerpunkten Bauteil- und Prozessentwicklung im Bereich der Kunststoffe, mit Sitz in Spielberg in der Steiermark, als Eigenentwicklung zum Patent angemeldet. Seit der Anmeldung wurde das Verfahren vom IB STEINER in enger Zusammenarbeit mit einer weiteren österreichischen Firma, der Hybrid Composite Products, bis zur Marktreife weiter entwickelt. Weitere Projektpartner mit Anteil an der Entwicklung des Verfahrens sind die Firmen Arburg und Engel Austria, beide weltweit tätige Hersteller von Spritzgiessmaschinen, sowie weitere Unternehmen aus der Kunststoffbranche wie der Anbieter von Normalien Hasco, die Firma Oerlikon Balzers als Spezialist im Bereich Oberflächenbeschichtung, Böhler Edelstahl als Anbieter von Werkzeugstählen sowie die Formenbauer CAD-Plast und Dema Engineering.

Das erste Mal wurde das Verfahren im Oktober 2007 auf der K2007, der weltweit grössten Kunststoffmesse, in Düsseldorf einem breiteren Publikum präsentiert und erregte in der Fachwelt grosses Interesse.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Exjection

Extruderschnecke

Extruderschnecke mit einem oder mehreren wendelförmigen Stegen, oft in verschie-denen Zonen mit unterschiedlichen Gangtiefen und gelegentlich anderen Steigun-gen unterteilt, üblicherweise mit einem zylindrischen Teil an einen und einer gewölb-ten oder spitzen Fläche am anderen Ende, um die geschmolzene Kunststoffmasse entlang des Zylinders zu bewegen.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Extrusionsblasverfahren

Ein dickwandiger Schmelzeschlauch wird taktweise vertikal nach unten ins Freie extrudiert. Damit er sich durch das Eigengewicht nicht in der Wandstärke verändert, sind sehr hochviskose Polymere mit hoher Schmelzefestigkeit erforderlich. In einer zweiteiligen Form wird der Schlauch aufgeblasen und nimmt dabei durch Abkühlen die Gestalt des gewünschten Hohlkörpers an. Anwendungen im Motorraum von Automobilen (z.B. mit PA).

Quelle: EMS-CHEMIE AG

F

Folienextrusion

Extrusionsverfahren, bei dem ein erwärmter Thermoplast durch eine Düse zu einer Folie geformt wird. (Breitschlitzdüsenextrusion).

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Formaldehyd

Formaldehyd [ˈfɔɐ̯m.aldehyːt, auch …ˈhyːt] ist der Trivialname für die chemische Verbindung Methanal, der einfachste Aldehyd. Der IUPAC-Name Methanal leitet sich vom Methan durch Anhängen des Suffix -al für Aldehyde ab. Der Trivialname Formaldehyd stammt von „formica“ ab, dem lateinischen Wort für Ameise, da Methanal durch Oxidation in Ameisensäure (Methansäure) überführt werden kann. Ein Polymer von Formaldehyd ist Paraformaldehyd, das unter anderem in der Zellbiologie genutzt wird.

Verwendung
Formaldehyd ist einer der wichtigsten organischen Grundstoffe in der chemischen Industrie und dient als Ausgangsstoff für viele andere chemische Verbindungen. Allein die BASF hat eine jährliche Produktionskapazität von etwa 500.000 Tonnen Formaldehyd; in der EU wurden im Jahr 2007 rund 4 Mio. t, weltweit etwa 21 Mio. t produziert.

Im Labor wird Formaldehyd unter anderem im Rahmen der Mannich-Reaktion und der Blanc-Reaktion eingesetzt. Da Formaldehyd wie alle Aldehyde ein starkes Reduktionsmittel ist, wurde er früher zur Keimabtötung verwendet (Formalintabletten). Formaldehyd findet unter anderem Anwendung bei der Herstellung von Farbstoffen, Arzneistoffen und bei der Textilveredelung („knitterfrei“).

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Formaldehyd

G

Gashinterdruck-Verfahren

Das Gashinterdruck-Verfahren (kurz GHD) ist ein spezialisiertes Spritzguss- verfahren, bei dem die Formgebung eines Formteils durch ein Gaspolster zwischen Formteil und Werkzeugwand unterstützt wird.

Verfahren
Das Gashinterdruck-Verfahren ähnelt dem Gasinnendruck-Spritzgiessen mit dem Unterschied, dass das Gas nicht in das Spritzgut selbst, sondern zwischen Werkzeugwand und Formteilaussenhaut eingebracht wird. Durch das Gaspolster wird das Formteil während der Abkühlung gestützt, so dass Einfallstellen vermieden werden können. Anwendung findet das Verfahren bei stark verrippten Formteilen, bei Formteilen mit partiellen Masseanhäufungen (z. B. Dome) sowie bei Formteilen mit langen Fliesswegen.

Vorteile
• hervorragende Oberflächenqualität
• spannungsarme Teile
• geringere Verzugsneigung
• Steifigkeitsmaximierung durch dickere Rippen (Rippeneinsparung)
• Reduzierung der Lunkerbildung
• Das Werkzeug ist auch weiterhin konventionell nutzbar.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Gashinterdruck-Verfahren

H

Heissgasschweissen

Druckschweissverfahren, bei dem die zu verbindenden Flächen durch einen Strom heisser Luft oder inerten Gases erweicht werden.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Heisskanalsystem

Als Heißkanal oder Heißkanalsystem wird bei der Verarbeitung von Kunststoffen, insbesondere beim maschinellen Spritzgießen von Thermoplasten eine besondere Bauart des Angusssystems bezeichnet, die gegenüber dem restlichen Spritzgusswerkzeug thermisch isoliert und höher temperiert ist.

Notwendigkeit / Nutzen
Beim Spritzgießen von Thermoplasten wird die Kunststoffschmelze vom Plastifizieraggregat der Spritzgießmaschine durch das Angusssystem in das Formnest (oder die Formnester) transportiert. Bei klassischen Spritzgießwerkzeugen ist das Angusssystem nicht thermisch vom Rest des Werkzeugs isoliert. Somit sind sowohl Werkzeug, als auch das darin befindliche Angusssystem, auf Temperaturen deutlich unterhalb der Verarbeitungstemperaturen des Kunststoffes temperiert.

Dadurch erstarrt der thermoplastische Kunststoff auch im Angusssystem während der Produktion eines Bauteils. Dadurch ergeben sich einige Nachteile für diese Art des Angusssystems. Der Anguss muss in der Regel vom Bauteil getrennt werden. Dies kann entweder durch zusätzliche Funktionselemente im Werkzeug oder nach der Entformung manuell bzw. maschinell geschehen. Nach der Abtrennung des Angusses kann eine Markierung am Bauteil verbleiben.

Ein Teil des Rohstoffes fließt nicht in das Produkt ein und muss entweder wiederverwertet (Recyclate) oder entsorgt werden. Außerdem erhöht sich durch den Anguss das Schussvolumen, es muss mehr Kunststoff plastifiziert werden als letztlich im Produkt vorhanden ist. Dies kann sowohl energetisch als auch in Bezug auf die notwendige Maschinenleistung eine Rolle spielen.

Bei einem Heißkanalsystem wird das Angusssystem thermisch vom Rest des Werkzeuges getrennt und separat beheizt, sodass die Kunststoffschmelze im Angusssystem permanent fließfähig bleibt. Dadurch kommt es zu keiner Erstarrung des Kunststoffes im Angusssystem, es verbleibt kein Anguss am Bauteil. Weiterhin können durch die Heißkanalsysteme auch längere Fließwege realisiert werden, weil der Druckverlust im Angusssystem nicht durch ein Abkühlen der Schmelze und der damit verbundenen Viskositätserhöhung vergrößert wird.

Nachteilig sind die höheren Investitionskosten, da das Werkzeug speziell für die Aufnahme eines Heißkanalsystems ausgelegt sein muss, das Heißkanalsystem selber Kosten verursacht und auch die Maschinen zur Steuerung bzw. Regelung des Systems angeschafft werden müssen. Demgegenüber stehen aber nicht selten – insbesondere bei teuren technischen Thermoplasten – deutliche Einsparungen beim Rohstoff sowie auch Einsparungen bei der Nachbearbeitung des Produktes.

Denselben Zweck bewirken auch Isolierkanalwerkzeuge, bei denen der Anguss so verbreitert ist, dass darin eine plastische Seele bestehen bleibt. Beim Duroplast- und beim Elastomer-Spritzgießen, wo der Kunststoff unter Temperatureinfluss aushärtet, werden entsprechend Kaltkanalsysteme eingesetzt.

Aufbau
Der Heißkanal endet in der Heißkanaldüse, welche den Übergang zwischen beheizter und unbeheizter Zone in einem Spritzgießwerkzeug darstellt. Die Heißkanaldüsen als auch der Verteiler werden auf das Temperaturfenster eingestellt in dem der Kunststoff plastisch verarbeitbar ist. Zur Regelung der Temperatur setzt man Heißkanalregelschränke ein, die permanent Soll- und Ist-Temperatur abgleichen und regeln.

Heißkanalsysteme werden hauptsächlich in offene oder geschlossene Systeme unterteilt. Bei geschlossenen Systemen kann der Anspritzpunkt durch eine besondere Technik verschlossen werden. Dies geschieht in der Regel durch eine Verschlussnadel, die durch eine getrennt ansteuerbare Mechanik, meist pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch betätigt werden kann.

Heißkanalsysteme sind oft Zukaufteile, werden also meist nicht vom Werkzeugmacher selbst angefertigt.

Quelle; Wikipedia,

Heisssiegeln

Verfahren, um zwei oder mehr Werkstoffschichten, wobei mindestens eine, eine thermoplastisch ist, miteinander zu verbinden. Durch Erwärmen der Berührungsstelle auf Schmelztemperatur und durch Druckanwendung wird die Verbindung optimiert.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Hochpolymer

Aus polymerer, relativ hochmolekularer Masse bestehender Stoff. Grundsätzlich wird ein lineares Polymer als hochpolymer betrachtet, wenn seine physikalischen Eigenschaften (insbesondere sein viskoelastisches Verhalten) nicht merklich mit der relativen Molekularmasse variiert. Der Begriff wird in der Umgangssprache zu Polymer gekürzt.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Homopolymer

Homopolymere sind Polymere, die aus nur einer (realen oder gedachten) Monomerart aufgebaut sind. Sie besitzen nur eine Wiederholeinheit:

Polymere wie Polyethylenterephthalat oder Polyamid 6.6, die zwingend aus zwei verschiedenen Monomeren hergestellt werden, werden meist als Homopolymere betrachtet, da sich jeweils nur eine charakteristische Wiederholeinheit ausbilden kann.

Homopolymere stehen im Gegensatz zu Copolymeren, die aus Monomeren unterschiedlicher Art aufgebaut sind. Es kann sich beispielsweise um ein statistisches Copolymer handeln:

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Homopolymer

I

In-Mold-Verfahren

Das In-Mold-Verfahren (oder In-Mould-Verfahren) findet vor allem beim Spritz- gießen, aber auch im Thermoformen als In-Mold-Labeling Anwendung. Dabei werden in das Thermoform- bzw. Spritzgießwerkzeug eingelegte Substrate wie Stoff, Papier, Holzfurnier oder beliebig bedruckte oder strukturierte Folien hinterspritzt. Dies gelingt relativ zuverlässig. Auf diese Weise entstehen in einem Arbeitsschritt anspruchsvolle Oberflächen.

Das In-Mold-Verfahren wird beim Bau von Sporthelmen (insbesondere Fahrrad-, Ski- und Snowboardhelmen) verwendet. Bei diesem Verfahren werden die
Schale und der Hartschaum miteinander verschweißt. Resultat ist eine vollstän-
dige Verbindung und sehr stabile Helmstruktur – die Sicherheit bei mechani-
scher Einwirkung (z. B. beim Sturz auf einen spitzen Gegenstand) liegt deutlich höher als bei nur (meist punktweise) verklebten Helmen. InMold-Helme sind zudem sehr viel leichter und langlebiger.

In der Verpackungsherstellung wird das Verfahren häufig auch In-Mold-Labeling (IML) genannt, da es hier zum Anbringen von Beschriftungsetiketten (engl. labels) dient. Es gibt auch ein so genanntes In-Mould Decoration Verfahren, wobei hier die Folie nicht in das Werkzeug eingelegt wird, sondern als ein Folienband mit Hilfe eines Motors senkrecht durch die Form hindurch rollt. Durch Sensoren werden die einzelnen Bilder positioniert. Dieses Verfahren weist eine wesentlich bessere Qualität als das In-Mould-Labeling Verfahren auf. Daher wird dieses Verfahren besonders bei hochpräzisen Formteilen, z. B. Mobilfunktelefonen, eingesetzt.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/In-Mold-Verfahren

Innendruck-Spritzgiessen

Innendruck-Spritzgiessen oder auch Fluidinjektionstechnik (FIT) ist ein spezia- lisiertes Spritzgussverfahren zur Herstellung hohler Werkstücke. Nach einem Arbeitsschritt des herkömmlichen Spritzgiessens bzw. nach einer definierter Teilfüllung der Gussform wird ein vorübergehender Füllstoff (Wasser oder iner-
tes Gas, in der Regel Stickstoff) so in eine teilgefüllte Form injiziert, dass es als inneres Formstück (Matrize) wirkt. Durch die Verdrängung der Schmelze aus der Mitte wächst zum einen ein Hohlraum und zum anderen wird die Schmelze an bzw. in die äussere Gussform gedrückt. Nach Erstarren der Schmelze entweicht das Fluid wieder.

Es ähnelt damit dem Sandwich-Verfahren beim Mehrkomponenten-Spritzgiessen.

Verfahren der Fluidinjektionstechnik

Gasinjektionstechnik:
Bei der Gasinjektionstechnik (GIT) oder auch Gasinnendruck-Spritzgiessen (GID) verdrängt das Gas die Schmelze und übernimmt mit Drücken bis maximal 300 bar die Restfüllung. Das Injizieren kann durch die Maschinendüse und damit durch das Angusssystem oder durch eine separate Injektionsnadel direkt in das Formteil in der Kavität erfolgen. Eine weitere Variante ist die vollständige Füllung der Kavität mit Schmelze und anschliessendem Ausblasen von Schmelze in eine Nebenkavität oder das Zurückblasen in den Schneckenzylinder.

Tendenziell bevorzugt man Gas immer dann, wenn Schwindung kompensiert werden soll, Masseanhäufungen nicht vermeidbar sind, Kanalquerschnitte sehr klein sind, Wasser nicht aus dem Bauteil entfernt werden kann oder die Baugrösse des Injektors ausschlaggebend ist.

Wasserinjektionstechnik
Das Wasserinjektionstechnik (WID), auch Wasserinnendruck-Spritzgiessen oder kurz WID genannt, ist prinzipiell gleich dem Gasinnendruck-Spritzgiessen mit dem Unterschied, dass statt Gas Wasser über einen sogenannten Injektor in ein Spritzgussbauteil eingeleitet wird. Längere Zeit scheiterte die technische Umsetzung an den anlagen- und betriebstechnischen Schwierigkeiten, die mit dem Medium Wasser verbunden sind (Dichtigkeit, Korrosion). Forschungsvorhaben am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen zeigten jedoch Wege für die praxisnahe Realisierung des Verfahren auf, so dass dieses Verfahren mittlerweile erfolgreich am Markt etabliert ist.

Vorteile, die sich durch die Verwendung von Wasser ergeben, sind die deutliche Reduzierung der Taktzeit (grössere Wärmekapazität des Wassers im Vergleich zu Stickstoff bei der GIT) und eine Verbesserung der Oberflächenstruktur, was insbesondere für Medienleitungen interessant ist.

Wasser kommt automatisch zum Zuge, wenn die Querschnitte und die Kanallänge in Abhängigkeit vom Material für die Gasinjektionstechnik zu gross werden und wenn bei unverstärkten Kunststoffen eine glatte, geschlossene Oberfläche gefordert ist, z. B. im Sanitärbereich. Im Allgemeinen spielt aber neben dem geringen Verzug die ebenfalls geringere erzielbare Restwanddicke eine zentrale Rolle.[1] Betriebswirtschaftlich gesehen stehen die wesentlich kürzeren Taktzeiten und die nicht anfallenden Gaskosten bei der Auswahl von Wasser im Vordergrund.[1] Bei grossen Stückzahlen kann dies zu einer Reduzierung der Investitionskosten um bis zu 50 % führen (Halbierung der Fertigungslinien aufgrund des Effizienzanstiegs jeder einzelnen Linie).

Auswahl des Verfahrens und kombinierte Gas- und Wasserinjektion[Bearbeiten]
Grundsätzlich haben diese beiden primären Verfahren ihr spezifisches Anwendungsgebiet, wobei dies überwiegend durch die Bauteilanforderung definiert wird. Im Übergangsbereich der Verfahrensauswahl entscheiden im Einzelfall die Gesamtkosten, die zu erwartende Stückzahl oder aber pragmatisch, welche Anlagentechnik bereits vorhanden ist.

Bei manchen Anwendungen reichen die bekannten Standardverfahren der Fluidinjektion nicht mehr aus. Hier steht dann eine wachsende Zahl von Sonderverfahren zur Verfügung, wie beispielsweise die Kombination von Wasser- und Gasinjektion in einem Bauteil. Bereiche mit grösseren Querschnitten (z. B. Griffe) werden mit Fluidinjektionstechnik ausgeformt, zur Schwindungskompe- nsation an Rippen aber simultan Gasinjektionstechnik eingesetzt. Typische Anwendungsfälle sind Verkleidungen mit rückseitigen Rippen und Griffberei-
chen, Türtaschen, Motorrad-, Roller- und Gepäckträger.

Verwendung
Durch das Entfernen nicht benötigten Materials aus dem Bauteilkern und dem nahezu ohne Druckverlust von innen wirkenden Nachdruck durch das Fluid sind neue Designs und eine sonst nicht erreichbare Qualität der Bauteile, insbesondere ihrer Oberfläche, möglich. Die gezielte Hohlraumbildung, die bereits bei der Formteilkonstruktion berücksichtigt werden muss, ermöglicht bei vergleichbarer Steifigkeit der Formteile erhebliche Materialeinsparungen und ergibt dadurch wirtschaftlichere und zugleich leichtere Designvariationen gegenüber dem normalen Spritzgiessen. Zusätzlich ergeben sich kürzere Taktzeiten durch die schnellere Abkühlung durch die Wasser- bzw. Gasinjektion.

Die Verwendungsmöglichkeiten des Verfahrens erstrecken sich nicht nur auf herkömmliche thermoplastische Werkstoffe. Es ist für nahezu alle Formmassen mit Quellflussverhalten anwendbar. Dies trifft auf die meisten Thermoplaste, eine grosse Anzahl Duroplaste und auch viele Elastomere zu.

Besonders geeignete Formteile zur Anwendung des Innendruck-Spritzgiessens
sind z. B. lange, dickwandige Teile, wie Handgriffe oder auch PKW-Türinnen- module. Diese Teile zeichnen sich durch sehr grosse Wandstärken aus. Man ist
so in der Lage, Kunststoffteile mit sehr grossen Wandstärken ohne Einfallstellen
in einem Arbeitsgang herzustellen. Damit ist eine Materialersparnis bis ca. 50 % möglich. Es können sich dabei auch deutlich kürzere Taktzeiten durch kürzere Kühlzeiten aufgrund der geringeren Wandstärken ergeben. Zweiteilige Produkte, die bisher nach dem Spritzvorgang zusammengeklebt oder verschweisst wurden, sind in einem Arbeitsgang herstellbar.

Weitere Vorteile:
• Reduzierung der Schliesskraft (nicht unbedingt)
• Realisierung von langen Fliesswegen
• Bessere Oberfläche im Vergleich zu geschäumten Teilen
• Zum Teil einfachere Werkzeugkonstruktionen

Nachteile:
• Zusätzliche Kosten
• Empirische Ermittlung der Einstellparameter
• Loch am Injektionspunkt
• Festigkeit/Dichtigkeit beim Versiegeln oft ungenügend

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Innendruck-Spritzgiessen

K

Keramikspritzguss

Der Keramikspritzguss (englisch ceramic injection moulding, CIM) ist ein endkonturnahes Formgebungsverfahren für Technische Keramik nach dem Prin-
zip des plastischen Formens. Es bietet nahezu uneingeschränkte Möglichkeiten
in der Formgebung. So können anspruchsvolle Geometrien wie dünne Wandstärken und kleinste Bohrungen endformgerecht umgesetzt werden (auch Gewinde).

Das Keramikspritzgussverfahren ist für die Massenfertigung komplizierter Teile geeignet und zeichnet sich durch hohe Produktivität und gute Automatisierungs- möglichkeiten aus.

Prozess
Durch Zugabe organischer Bindersysteme wird beim keramischen Spritzguss eine Arbeitsmasse, der sogenannte Feedstock, hergestellt. Die präzise Einstellung der Fliessfähigkeit des keramischen Feedstocks über das Bindersystem ermöglicht eine ausgezeichnete Prozesssicherheit bei der Formgebung. Beim Spritzguss bilden die Werkzeugkavitäten die Bauteilkontur vollständig ab. Es wird beim Füllen der Kavität immer dieselbe Menge Material eingespritzt. Das Bindersystem wird vor dem Sinterprozess, der abschliessenden Temperaturbehandlung, wieder aus dem geformten Bauteil entfernt. Dies erfolgt in einem zweistufigen Entbinderungsprozess.

Herstellungsprozess

Materialaufbereitung
Die in der Regel hochreinen Rohstoffpulver werden mit einem organischen Bindersystem unter Temperatureinwirkung (vorzugsweise) in Knetern homogen vermischt. Anschliessend erfolgt eine weitere Homogenisierung auf sogenannten Schwerwalzen. Am Ende der Aufbereitung liegt ein Granulat ähnlich wie beim Kunststoffspritzguss vor.

Formgebung
Beim Keramikspritzguss wird eine Arbeitsmasse, der sogenannte Feedstock, durch Zugabe organischer Binder zu dem keramischen Ausgangsrohstoff,
einem feinen Pulver, hergestellt. Diese Masse kann ähnlich wie beim Kunststoffspritzguss weiterverarbeitet werden. Die einzelnen chemischen Komponenten dieses Bindersystems müssen gewährleisten, dass

• durch Erhitzen des Feedstocks in der Spritzgussmaschine das Material ausreichend fliessfähig wird und so unter hohem Druck in eine oder Mehr- fachkavitäten eingespritzt werden kann und

• der Rohling in der Form wieder erstarrt und ausreichende Festigkeit für das Ausbringen aus dem Werkzeug und weiterem Handling ausserhalb der Maschine aufweist.

Der keramische Feedstock muss also hinsichtlich Fliessfähigkeit über das Bindersystem präzise eingestellt werden, damit eine ausgezeichnete Prozess- sicherheit bei der Formgebung erreicht wird. Anschliessend erfolgt das Füllen
der Kavität: Es wird immer dieselbe Menge Material eingespritzt, sodass eine gleich bleibende Verdichtung gewährleistet ist. Vorteil ist, dass der Schwund
beim Sintern auf eine minimale Schwankung eingegrenzt werden kann.

Es folgt die thermische Behandlung, die die Stufen „Entbindern“ und „Sintern“ umfasst.

Das Bindersystem muss vor dem eigentlichen Sinterprozess wieder aus dem geformten Bauteil entfernt werden. Dies erfolgt in einem Entbinderprozess, der
ein- oder zweistufig sein kann. Würde ein gespritztes Bauteil direkt dem Sinter- prozess zugeführt werden, steigt das Risiko, dass der Binderaustrieb das Bau-
teil in der Aufheizphase zerstören würde. Gerade bei kleinen, filigranen und sehr komplexen Bauteilen lässt sich dieser Entbinderprozess sehr effektiv gestalten.

Entbinderung
Unter Entbinderung ist die Brandvorbereitung zu verstehen. Die nach dem Spritzgiessen hergestellten Grünlinge enthalten neben den keramischen Pulver- mischungen noch Feuchte und organische Bindemittel oder andere Hilfsstoffe. Im ersten Schritt des zweistufigen Entbinderungsprozesses wird eine wasserlösliche Komponente des Binders in wässrigem Medium herausgelöst. Dadurch wird eine offene Porosität erzeugt, über die im zweiten Schritt der Restbinder thermisch ausgetrieben wird. Das thermische Entbindern (auch Ausheizen bzw. Verglühen) der Formlinge wird mit einem Temperatur-Zeit-Programm bis 400 Grad Celsius durchgeführt. Ziel ist es, die in den Arbeitsmassen enthaltenen organischen Binder möglichst schonend zu entfernen. Dem Entbindern folgt das Sintern als Fertigungsschritt.

Sinterung
Unter Sintern ist die abschliessende Temperaturbehandlung zu verstehen, bei der aus dem Rohstoff der eigentliche keramische Werkstoff entsteht. Auf diesem
Weg lassen sich aus Keramik-Grünlingen keramische Bauteile in einem hochautomatisierbaren Prozess sehr präzise fertigen. Die keramische Bindung und damit die hohe Festigkeit erhält man erst durch das Brennen bei hohen Temperaturen. Der Brand lässt somit erst den eigentlichen keramischen Werkstoff entstehen. Die Vorgänge beim Sintern keramischer Körper sind sehr komplex (Mehrstoffsysteme) und laufen je nach Zusammensetzung, Reinheit, Korngrösse, Packungsdichte und Brennatmosphäre unterschiedlich schnell ab. Beim Brand findet eine Verfestigung und Verdichtung der Produkte statt, die sich auch in einer Abnahme der Porosität äussert. Dieser Prozess bewirkt insgesamt eine Volumenabnahme, die so genannte Brennschwindung. Diese kann für verschiedene keramische Werkstoffe sehr unterschiedlich sein. Ähnlich wie beim Trocknen benötigen keramische Produkte beim Brennen definierte Zeiten und eine geeignete Atmosphäre. Nichteinhaltung führt zu erhöhten inneren Spannungen, zu Fehlern am Werkstück oder zu unzureichenden Eigenschaften. Speziell unterstützte Sinterverfahren. Bei einigen keramischen Werkstoffen lassen sich durch speziell unterstützte Sinterverfahren besondere Werkstoffvarianten erzeugen:

• Heisspressen (HP) dient zur Herstellung von Bauteilen mit annähernd theoreti- scher Dichte und ist ein Sintervorgang, der durch einen Pressvorgang unterstützt wird.
• Heissisostatisches Pressen (HIP) verleiht vorzugsweise kleinen Bauteilen
höchste Dichte durch Verwendung von isostatischem Gasdruck bis 3.000 bar
bei der jeweiligen Sintertemperatur bis 2.000 °C.

Folgeprozesse/Endbearbeitung
Durch abtragende Endbearbeitungsverfahren können engste Toleranzen realisiert werden. Keramische Bauteile werden beim Brand linear bis zu 30 Prozent kleiner. Durch diesen hohen Schwund lassen sich in der Fertigung nicht auf Anhieb engste Toleranzen erzeugen. In der Endbearbeitung oder auch Hartbearbeitung können diese hohen Ansprüche in puncto Genauigkeit bis in den Bereich von 1/1000 mm erzeugt werden.

Wegen der grossen Härte der keramischen Werkstoffe kommen überwiegend Diamantwerkzeuge für die abtragende Endbearbeitung zum Einsatz. Zu den Folgeprozessen gehören:

Schleifen: Keramik weist unter allen Werkstoffen eine sehr hohe Härte auf und kann daher nur mit härtesten Stoffen geschliffen werden. Diamantscheiben oder -pasten sowie Korund, Siliziumcarbid und Borcarbid sind geeignet.

Trennschleifen: Bei diesem Fertigungsverfahren wird die Form des Werkstückes durch Abtrennen bestimmter Werkstoffteilchen vom Ausgangswerkstück verändert.
Honen: Das Honen ist auch unter dem Begriff Kreuzschleifen bekannt. In einem Arbeitsgang werden exzellente Geometriegenauigkeit, hohe Oberflächengüte bei hoher Zerspanleistung und damit kostengünstiger Produktion vereint.

Läppen: Das Läppen gilt als Produktions- bzw. Endbearbeitungsverfahren, bei dem das Spanen mit losem, in einer Flüssigkeit oder Paste verteiltem Korn erfolgt. Charakteristisch für geläppte Oberflächen sind ungerichtete Bearbeitungsspuren.

Polieren: Vor dem Polieren werden die Bauteile oft geläppt oder geschliffen. Mit dem Polieren werden ausschliesslich höchste Oberflächengüten bis zum Spiegelglanz erzeugt.

Ultraschallschwingläppen: Das Ultraschallschwingläppen ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide, das nicht zur Feinbearbeitung, sondern zur Herstellung geometrisch komplexer Bauteile dient.

Wasserstrahlschneiden: Das Trennen oder Schneiden des keramischen Rohlings erfolgt beim Wasserstrahlschneiden über einen Wasserstrahl unter sehr hohem Druck; 3.000 bar und mehr können erreicht werden. Das Wasserstrahlschneiden ist vor allem für flache und nicht zu dicke Strukturen, z. B. Substrate, geeignet.

Sandstrahlen: Das Strahlen (auch Sandstrahlen) wird eingesetzt, um Grate zu entfernen oder Oberflächen zu bearbeiten. Oberflächen können mit dieser Behandlungsmethode z. B. gezielt „mattiert“ werden.

Lasern: Mittels Laserbearbeitung lassen sich z. B. Beschriftungen auf keramische Bauteile sehr schnell und gut haltbar aufbringen. Das Schneiden oder Bohren von Keramik ist ebenso möglich, aber ein langwieriger Prozess und wird relativ selten eingesetzt. Einer der Vorteile der Laserbearbeitung ist die Möglichkeit, kleinste und sehr präzise Bohrungen in Keramik anzubringen.

Glasieren: Glasuren bieten wirksamen Schutz, vor allem gegen mechanische Einwirkungen und Verunreinigungen. Neben weissen und den farblosen Glasuren gibt es eine Vielzahl kunden- und produktspezifischer farbiger Varianten. Sie sichern den betreffenden Produkten eine attraktive, design- und firmenspezifische Alleinstellung.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Keramikspritzguss

Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff

Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (KFK), auch carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder englisch carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP), umgangssprachlich verkürzt auch Carbon oder Karbon, ist ein Verbundwerkstoff, bei dem Kohlenstofffasern in eine Kunststoff-Matrix, meist Epoxidharz, eingebettet sind. Der Matrix-Werkstoff dient zur Verbindung der Fasern sowie zum Füllen der Zwischenräume. Es sind auch andere Duroplaste oder auch Thermoplaste als Matrixwerkstoff möglich und gebräuchlich.

CFK kommt besonders dort zum Einsatz, wo für eine geringe Masse und gleichzeitig hohe Steifigkeit die erhöhten Kosten in Kauf genommen werden. Bekannte Beispiele sind Fahrradrahmen oder Angelruten.

Beschreibung
CFK besteht aus Kohlenstofffasern, die in eine Matrix aus Kunststoff eingebettet sind. Dabei profitieren die mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Verbunds vor allem von der Zugfestigkeit und der Steifigkeit der Kohlenstofffasern. Die Matrix verhindert, dass sich die Fasern unter Belastung gegeneinander verschieben. Dazu muss die Matrix auf der Faser haften, ansonsten versagen die Bauteile durch Faser-pull-out.

Die Festigkeit und die Steifigkeit eines aus CFK hergestellten Materials sind in Faserrichtung wesentlich höher als quer zur Faserrichtung. Quer zur Faser ist die Festigkeit geringer als bei einer unverstärkten Matrix. Deshalb werden z.T. einzelne Faserlagen in verschiedenen Richtungen verlegt. Die Faserrichtungen werden vom Konstrukteur festgelegt, um eine gewünschte Festigkeit und Steifigkeit zu erreichen. Die gesamte Auslegung eines Bauteils wird meist mittels Berechnung nach der klassischen Laminattheorie unterstützt.

Kohlenstofffasern haben im Vergleich zu Werkstoffen wie Stahl eine deutlich geringere Dichte (~ Faktor 4,3). Zusätzlich sind sie in Faserrichtung, je nach Fasertyp, etwas (ca. 10-15 %) oder sogar deutlich (ungefähr Faktor 2) steifer als Stahl. Auf diese Weise entsteht ein sehr steifer Werkstoff, der sich besonders für Anwendungen mit gerichteter Hauptbelastungsrichtung eignet, bei denen es auf eine geringe Masse bei gleichzeitig hoher Steifigkeit ankommt. Häufig müssen Faserverbund-Bauteile, um dieselben Kräfte wie ein entsprechendes Metall-Bauteil auszuhalten, voluminöser entworfen werden, was den Gewichtsvorteil reduziert.

Anwendungen
Bauteile aus faserverstärkten Materialien sind teuer in der Herstellung verglichen mit Metallbauteilen gleicher Belastbarkeit. Daher kommen sie vor allem in Bereichen zum Einsatz, in denen ihre Vorteile (meist Gewichtseinsparung) ein mindestens entsprechend hohes Kosten-Einspar-Potential bewirken:

• Luft- und Raumfahrt;
• teilweise im Fahrzeugbau;
• im Bauwesen wird CFK als Bewehrung von Betonbauteilen verwendet oder
in Form von Lamellen oberflächlich oder in Schlitze auf die Bauteiloberfläche
geklebt, um Bauwerke zu verstärken.

Mitunter wird die Gewichtseinsparung auch durch andere Interessen gestützt, wie z. B. bequemere Handhabung oder langsamere Ermüdung des Benutzers:

• Sportgeräte wie Fahrradrahmen, Speedskates, Tennisschläger und Angelru-
ten.
• Sportpfeile
• Im Flugmodellbau wird CFK sowohl als Verstärkung (z.B. Tragflächenholm)
wie auch als Material zum Bau von besonders hochwertigen und leistungs-
fähigen Flugmodellen verwendet.

Von einigen Automobilherstellern werden vor allem aus ästhetischen Gründen Elemente der Fahrzeuginnenausstattung aus Carbon oder in Carbon-Optik angeboten.

Quelle; Wikipedia,
https://de.wikipediaorg/wiki/Kohlenstofffaserverstärkter_Kunststoff

Kresol-Formaldehyd-Harz (CF)

Phenoplast, der durch Polykondensation von Kresol mit Formaldehyd erhalten wird.
Quelle: EMS-CHEMIE AG

Kunststoff

Als Kunststoffe (umgangssprachlich Plastik, Plast oder Plaste, selten Techno- polymer) bezeichnet man Werkstoffe, die hauptsächlich aus Makromolekülen bestehen.

Wichtige Merkmale von Kunststoffen sind ihre technischen Eigenschaften, wie Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur-, Wärmeformbestän- digkeit und chemische Beständigkeit, die sich durch die Wahl der Makromoleküle, Herstellungsverfahren und in der Regel durch Beimischung von Additiven in weiten Grenzen variieren lassen. Kunststoffe werden bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften in drei großen Gruppen unterteilt: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere.

Kunststoffe werden zu Formteilen, Halbzeugen, Fasern oder Folien weiterverar- beitet. Sie dienen als Verpackungsmaterialien, Textilfasern, Wärmedämmung, Rohre, Bodenbeläge, Bestandteile von Lacken, Klebstoffen und Kosmetika, in
der Elektrotechnik als Material für Isolierungen, Leiterplatten, Gehäuse, im Fahr- zeugbau als Material für Reifen, Polsterungen, Armaturenbretter, Benzintanks und vieles mehr. In Wirtschaftsstatistiken werden Chemiefasern, Kunstharze in Lack- und Klebstoffen oft von anderen Kunststoffen getrennt ausgewiesen.

Die jeweiligen Makromoleküle eines Kunststoffes sind Polymere und daher aus wiederholenden Grundeinheiten aufgebaut. Die Größe der Makromoleküle eines Polymers variieren zwischen einigen tausend bis über eine Million Grundeinheiten. Beispielsweise besteht der Polymer Polypropylen (Kurzzeichen PP) aus sich vielfach wiederholenden Propyleneinheiten. Die Polymere können unverzweigte, verzweigten oder vernetzten Moleküle sein.

Die Polymere können aus Naturstoffen gewonnen oder rein synthetisch sein. Synthetische Polymere werden durch Kettenpolymerisation, Polyaddition oder Polykondensation aus Monomeren oder Prepolymeren erzeugt. Halbsynthetische Kunststoffe entstehen durch die Modifikation natürlicher Polymere (vorwiegend Zellulose zu Zelluloid), während andere biobasierte Kunststoffe wie Polymilchsäure oder Polyhydroxybuttersäure durch die Fermentation von Zucker oder Stärke hergestellt werden.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Kunststoff

Kunststoffverarbeitung

Die Kunststoffverarbeitung bezeichnet die Fertigung von Formteilen, Halbzeugen, Fasern oder Folien aus Kunststoffen, die von der chemischen Industrie, meist als Granulat (Masterbatch), Pulver, Folien oder Platten, geliefert werden.

Die Fertigungsverfahren werden in Deutschland nach DIN 8580 eingeteilt. Für die Kunststoffverarbeitung sind insbesondere Urform-, Umform- und Fügeverfahren bedeutsam.

Urformverfahren
Als Urformen bezeichnet man das Herstellen fester geometrischer Körper, wie Formteile (Rohre, Gehäuseteile für Fernseher, Becher und unzählige andere) aus formlosen Stoffen, wie Schmelzen oder Pulver. Diese Verfahren sind für Thermoplaste (früher daher Spritzmassen genannt) die wichtigste Art der Formgebung. Eine Nachbearbeitung kann in den meisten Fällen unterbleiben. Für Duroplaste (früher Pressmassen genannt) sind nur Urform- aber keine Umformverfahren einsetzbar.

Spritzgießen
Schema und Temperaturen für den Spritzguss von Polypropylen
Beim Spritzgießen wird der Kunststoff aus einem Plastifiziergerät (erwärmt den Kunststoff auf Schmelztemperatur) in einen Hohlraum (Formwerkzeug) gespritzt, in welchem er erst verdichtet wird und dann erkaltet. Das Formteil wird dann automatisch ausgeworfen. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass auch kompliziertere Formteile voll automatisiert sehr schnell in hohen Stückzahlen produziert werden können. Ein Nachteil sind die hohen Stückkosten für die Formwerkzeuge.

Extrusion
Beim Extrudieren gelangt der Kunststoff durch einen Trichter in einen Zylinder, wird aufgeschmolzen, homogenisiert und verdichtet, um dann mittels einer Schnecke durch eine Düse gepresst zu werden. Diese Anlage wird Extruder genannt. Extruder werden zur Fertigung von Profilen, Rohren, Platten, Textilfasern (Schmelzspinnen), Masterbatches (Farbkonzentrate) verwendet.

Kalandrieren
Beim Kalandrieren geschieht die Formgebung des Kunststoffs mittels einer Serie von Walzen. Es wird vor allem für die Herstellung von Folien, dünnen Platten, Bodenbelägen verwendet.

Rotationsformen
Das Rotationsformen, auch Rotationsguss oder Rotationssinterverfahren genannt, ist ein spezielles Produktions-Verfahren, um große hohle nahtlose Kunststoff-Teile herzustellen. Bei der Herstellung lagert sich geschmolzenes Kunststoff-Granulat beim Abkühlen an den Innenflächen der rotierenden Form ab. Durch die Beschaffenheit des Rotationswerkzeugs lassen sich verschiedene Wandstärken auch innerhalb einer einzigen Form realisieren. Anwendungsgebiete sind unter anderem große Gehäuse und Transportbehälter, aber auch Armaturenbretter, Möbel und Spielzeug werden teilweise mit Rotationsgießen hergestellt.

Schäumen
Die Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen lassen sich in drei Kategorien einteilen:

• Chemisches Treibverfahren: Die das Material aufschäumenden Gase werden bei der Polymerisation frei. (z. B. PU-Schäume)
• Physikalisches Treibverfahren: Der Reaktionsmischung werden niedrig siedende Flüssigkeiten zugesetzt, die im Verlauf der Polymerisation verdampfen und so die typischen Gasblasen bilden. (z. B. Schaumpolystyrol)
• Mechanisches Treibverfahren: In eine Schmelze des Kunststoffs wird unter Rühren ein Gas eingeblasen.

Spritzblasformen
Beim Blasformen wird ein Thermoplast-Vorformling in einer Form aufgeblasen. Durch die Druckluft legt er sich innen an die Form an und hält diese beim Erkalten. Dieses Verfahren dient vor allem zur Herstellung von Flaschen, Fässern, Autotanks, etc.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Kunststoffverarbeitung

L

Leiterpolymer

Polymer mit doppelreihiger Hauptkette.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Liquid Crystal Polymers

Hochtemperaturschmelzendes Thermoplast von hoher Kristallinität, wobei diese eine verstärkende Wirkung für die Zugfestigkeit in uniaxialer Richtung hat. Als Hochleistungskunststoff mit hoher Wärmebeständigkeit ist es ein aromatischer Polyester.

Lösungspolymerisation

Polymerisation, bei der das in einem Lösungsmittel gelöste Monomer zu einem Polymer reagiert, das im Lösungsmittel löslich sein kann oder ausfällt.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

M

Makromolekül

Makromoleküle (Riesenmoleküle) sind sehr große Moleküle, die aus sich wiederholenden, gleichen oder unterschiedlichen Struktureinheiten (formale Grundbausteine) bestehen und eine hohe Molekülmasse haben. Die Grundbausteine sind meist Atomgruppen, können aber auch Atome sein. Die Massen der Grundbausteine sind im Vergleich zur Molekülmasse sehr klein. In der technischen Chemie werden diese Grundbausteine Konstitutionelle Repetiereinheit genannt. Üblicherweise wird von Makromolekülen gesprochen, wenn die Molekülmasse über 10.000 g·mol-1 liegt. Der Begriff Makromolekül wurde 1922 von Hermann Staudinger eingeführt.

Makromolekulare Stoffe
Mehrere Reihen von natürlichen und synthetischen chemischen Substanzen bestehen aus Makromolekülen. Diese Makromolekularen Stoffe sind in der Regel Mischungen von Makromolekülen mit ähnlicher chemischen Zusammensetzung bzw. Struktur und nur ähnlich großen Molekülmassen. Sie sind damit polydispers und haben eine Molmassenverteilung. Praktisch sind die Makromoleküle eines makromolekularen Stoffs in ihrem Verhalten gleich, da – wegen der Größe des Moleküls – ein Hinzufügen oder Wegnehmen von Struktureinheiten keine Auswirkung auf die Eigenschaft des Makromoleküls hat.

Einige Makromolekularen Stoffe bestehen aus weitgehend identischen Makromolekülen und mit einheitlicher Molmasse. Sie sind damit monodispers. Bei einigen natürlichen, monodispersen makromolekularen Stoffe, wie bei bestimmten Proteinen (Enzyme), sind die biochemischen Eigenschaften des Makromoleküls – im Gegensatz zur allgemeinen Regel – hoch abhängig von der Zusammensetzung und der Feinstruktur des Makromoleküls.

Weitgehend Synonym zu „Makromolekularen Stoffen“ werden oft die Worte Polymere (Hochpolymere) oder Biopolymere verwendet. Auch mit dem Wort Kunststoffe sind im Endeffekt Makromolekulare Stoffe gemeint. Diese Stoffe sind Arbeitsgebiet der Makromolekularen Chemie.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Makromolekül

Mehrkomponenten-Spritzgiessen

Das Mehrkomponenten-Spritzgiessen dient der Herstellung von Spritzgussteilen, die aus zwei oder mehreren verschiedenen Kunststoffen bestehen. Im einfachsten Fall unterscheiden sich die Kunststoffe nur durch die Farbe, um so ein bestimmtes Design zu erzielen. Es können aber auch unterschiedliche Werkstoffe und damit unterschiedliche Eigenschaften gezielt kombiniert werden.

Es existieren verschiedene Verfahren, denen allen gemeinsam ist, dass Spritzgiessmaschinen mit zwei oder auch mehreren Spritzeinheiten aber nur einer Schliesseinheit benötigt werden. Die Teile können damit kostengünstig mit nur einem Werkzeug in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Die Spritzeinheiten müssen harmonierend arbeiten, aber immer unabhängig voneinander steuerbar sein. Die Komponenten können durch eine einzige Spezialdüse eingespritzt oder an verschiedenen Stellen ins Werkzeug eingebracht werden..

Anwendungen

Mehrfarben-Spritzgiessen
Hierbei werden unterschiedliche Farben des gleichen Werkstoffs in einem Teil verarbeitet. Anwendung findet dies z. B. bei mehrfarbigen Autorückleuchten.

Mehrrohstoff-Spritzgiessen
In diesem Prozess werden unterschiedliche Werkstoffe in einem Teil verarbeitet, um z. B. eine Hart-Weich-Verbindung zu erzielen. Beispiele sind Verschlusskappen mit angespritzten Weichdichtungen oder Tastaturen, bei denen der Druckpunkt mit einer angespritzten Silikon­dichtung erzielt wird.

Die Kunststoffe sollten eine gewisse Haftung zueinander aufweisen wie PP/PE, PMMA/PS, CA/ABS und PC/ABS, sofern beim Fertigteil eine feste Verbindung der Komponenten untereinander notwendig ist (Verbund-Spritzgiessen).

Montage-Spritzgiessen
Ein anderer Anwendungsfall ist die Herstellung von Baugruppen bei denen sich die einzelnen Komponenten gegeneinander bewegen können. Hierbei verschweissen die Komponenten nicht miteinander, sondern schwinden beim Erkalten unterschiedlich frei, so dass sich ein Spiel zwischen den Komponenten ergibt (IMA – In Mould Assembling). Bei der Verarbeitung werden nicht aneinander haftende Komponenten bevorzugt. Diese Technik ermöglicht die Herstellung von Spritzgussbauteilen mit Scharnier- oder Gelenkfunktion, beispielsweise beim Luftausströmer im Auto oder bei Spielzeugfiguren (Playmobil). Die aufwändige Montage der Einzelteile entfällt.

Mehrkomponenten-Verfahren mit scharf getrennten Komponenten

Hierbei entstehen Teile mit streng getrennten Komponentenbereichen. Es wird zunächst ein unfertiger Vorspritzling erzeugt, der dann in einem weiteren Schritt
mit einer anderen Schmelze überspritzt wird. Das Verfahren wird daher auch Overmoulding genannt. Meist ist die Teilgeometrie für die Auswahl der jeweiligen Technik bestimmend.

Umsetztechnik
Der Vorspritzling wird nach dem ersten Spritzvorgang in eine neue Werkzeug- kavität mit Platz für den Vorspritzling und die neue Komponente mit Hilfe eines Handlinggeräts, Roboters oder Bedienperson umgesetzt. Anwendung: Sichtscheiben in Gerätegehäuse

Dreh-/Verschiebetechnik
Das Werkzeug (meist nur eine Hälfte) wird nach dem ersten Spritzvorgang in eine neue Lage gedreht oder verschoben und der Vorspritzling in der neuen Lage mit einer weiteren Düse überspritzt. Anwendung: Zahnbürsten (Drehen oder verschieben), Teile mit hartem Träger und weicher Oberfläche. Mehrfarbige Lichtscheiben von modernen Fahrzeugen.

Kernrückzugtechnik
Ein Kern wird im Werkzeug zurückgezogen, um Platz für die neu hinzukommende Komponente zu schaffen. Anwendung: Gerätegehäuse mit verschiedenfarbigen Bereichen.

Mehrkomponenten-Verfahren mit ineinander verlaufenden Komponenten

Werden alle Komponenten eingespritzt, ohne dass die erste zuvor erstarren kann, entstehen unscharfe Grenzen.

Sandwich-Verfahren
Bei diesem Verfahren entstehen meist Teile, bei denen die im Inneren liegende Komponente nicht sichtbar ist, weil sie vom Aussenmaterial vollständig umhüllt wird. Typischerweise wird bei diesem Verfahren häufig Recyclingmaterial als unsichtbare Komponente eingesetzt. Das Innenmaterial kann auch schaumfähig sein. Als Aussenhaut wird dann hochwertiges Material eingesetzt.

Beim Sandwich-Spritzgiessen wird der Quellfluss der Massen beim Einströmen in die Werkzeugkavität (Formnest) genutzt. Die Schmelzen füllen die Höhlung vom Anschnitt her nacheinander. Die zuerst einströmende Formmasse legt sich kontinuierlich an die Wand, wohin sie zuletzt von der im Innern strömenden zweiten Komponente geschoben wird. Zwei Spritzeinheiten arbeiten auf einen Spritzkopf zusammen, der es je nach Steuern durch Ventile oder Mehrfach-Verschlussdüsen gestattet, die Massen aus allen Spritzeinheiten beliebig einströmen zu lassen. Der Quellfluss sorgt dafür, dass dieses vollständige einander Umhüllen der Komponenten bis zu den kleinsten Wanddicken einwandfrei gelingt. Der Anguss kann durch die erste Komponente versiegelt werden.

Beim Innendruck-Spritzgiessen wird als innere Komponente ein Gas, meist Stickstoff, oder Wasser verwendet. Das Fluid entweicht nach dem Erstarren der äusseren Komponente, es entsteht also ein Hohlkörper.

Koinjektion
Bei der Koinjektion werden die Komponenten im Gegensatz zum vorher beschriebenen Sandwich-Verfahren nicht nacheinander, sondern gleichzeitig in die gleiche Kavität eingespritzt.

Marmorierung
Farbige Kunstblumenblätter und künstlicher Schmuck sind Beispiele für marmo- rierte Teile. Hierbei sind die wechselnden Komponenten (meist handelt es sich um den gleichen Werkstoff jedoch in unterschiedlichen Farben – es müssen aber auf jeden Fall gut verträgliche Werkstoffe sein) auch an der Oberfläche sichtbar. Dies wird durch intermittierend einsetzende Spritzaggregate erreicht.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Mehrkomponenten-Spritzgiessen

Melamin-Formaldehyd-Harz (MF)

Durch Polykondensation von Melamin mit Formaldehyd oder mit einer Verbindung, die Methylenbrücken bilden kann, entsteht dieser Aminoplast.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Melaminharz

Melaminharze (Melamin-Formaldehyd-Kondensationsharze, DIN-Kurzzeichen: MF) sind Kunstharze (Kondensationsharze), die auf den Verbindungen Melamin und Formaldehyd basieren und zu den Aminoplasten zählen. Nach dem Durchhärten über eine Polykondensation bilden die Harze duroplastische Kunststoffe. Neben den klassischen Melamin-Formaldehyd-Kondensationsharzen werden auch modifizierte Melaminharze, wie Melamin-Phenol-Formaldehyd-Harze (DIN-Kurzzeichen: MPF) und Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harze (DIN-Kurzzeichen: UMF) hergestellt.

Eigenschaften
Die Eigenschaften von Melaminharzen sind deutlich von den Zuschlägen abhängig. Sie sind im Vergleich zu anderen Duroplasten gut witterungs- und lichtbeständig. Sie sind dauerhaft thermisch (80–130 °C) und mechanisch recht stabil und sind mittelgute elektrische Isolatoren. Sie neigen jedoch zur Rissbildung wegen Nachschwindung.

Verwendung
Melaminharze werden zur Herstellung von Formteilen mit Füllstoffen (40–50 %) für elektrische Isolierteile, Schalterteile, Essgeschirr, Beschläge von Kochgeschirr verwendet. Als Schichtpressstoffe, beispielsweise mit Papier, Glasfasern oder Baumwollgewebe, werden sie für Möbel- und Türbeschichtungen verwendet. Vorkondensate werden als Leim- oder Lackharze (Einbrennlacke) genutzt.

Modifizierte Melaminharze
• Melamin-Phenol-Formaldehyd-Harze (MPF)
• Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harze (UMF)
• Melamin-Polyester
• MUPF-Leim

Handelsnamen
• MF: Basotect, Melopas, Textolite
• MPF: Bakelite
• Schichtpressstoffe: Resopal, Resonit, SprelaCart

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Melaminharz

Metallfolienhinterspritzen

Metallfolienhinterspritzen ist ein spezielles Spritzgussverfahren, bei dem eine Metallfolie geprägt und mittels eines Haftsystems mit Kunststoff verbunden wird. Dabei wird die Metallfolie mit einer Dicke bis 0,3 mm in das Spritzgiesswerkzeug eingelegt, mit Kunststoff hinterspritzt und geprägt, so dass ein Kunststoffteil mit Metallüberzug entsteht.

Anwendung
Die Hybrid-Technologie dient der Kombination der Vorteile von Metall und Kunststoff in einem Formteil mittels Verbundkonstruktion. Auch für dekorative Anwendungen bietet sich die Kombination dieser Werkstoffe an, um eine Preis- und Gewichtsreduktion im Vergleich zu klassischen Technologien zu realisieren.

Zur Steigerung der Marktattraktivität von Produkten zum Beispiel aus der Elektro-, Kleinelektro-, Haushalts- oder Automobilindustrie geht der Trend zunehmend zu individuellem Design und mehr Exklusivität. Metallische Oberflächen spielen hier eine grosse Rolle, so dass das Hinterspritzen von Metallfolien zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die Metallfolien bilden die Oberfläche des Bauteils und verleihen die Optik und Haptik von Metall. Der Kunststoff bildet den Unterbau. Durch den Spritzgiessprozess ist es möglich, Funktionen und Prozesse zu integrieren, wie zum Beispiel das Einbringen von Schnapphaken oder Befestigungsdomen. Da die Metallfolien sehr dünn sind, können durch den Spritzdruck gleichzeitig Werkzeugoberflächenstrukturen auf die Formteiloberfläche abgeformt werden. Hierdurch ergeben sich neue Designmöglichkeiten.

Ablauf
Zunächst muss die Metallfolie zugeschnitten und mit einem Haftsystem versehen werden. Die Folie wird dann in das Werkzeug eingelegt und dieses geschlossen. Der dann hinter der Folie eingespritzte Kunststoff drückt diese in die Kavität. Danach erfolgt ein Prägeprozess durch den Werkzeugteil hinter der Folie, wodurch die Folie vollends die Kontur des Werkzeuges annimmt. Nach dem Entformen muss noch der Folienrand entfernt werden, wenn dieser nicht schon beim Prägen ausgestanzt wurde.

Das Verfahren kann somit als Kombination aus Hinterspritzen und Spritzprägen betrachtet werden.

Metallfolie
Die Metallfolie wird je nach Anwendung in einer Dicke von 0,1 mm bis 0,3 mm eingesetzt. Ist die Folie dünner als 0,1 mm, kann der Cool-Touch-Effekt nicht mehr wie gewünscht realisiert werden und grössere Umformungen führen zum Reissen der Metallfolie. Wird eine Folie dicker als 0,3 mm eingesetzt, so können feine Abformungen, speziell bei Edelstahl, kaum mehr abgeformt werden. Grundsätzlich gilt auch, dass mit Edelstahl wesentlich grössere Umformgrade realisiert werden können, da die Bruchdehnung mehr als doppelt so gross ist. Je nach Folienanbieter kann die Metallfolie mit Haftsystem und oder Schutzfolie bezogen werden.

Haftsystem
Das Haftsystem ermöglicht einen Verbund zwischen Metallfolie und Kunststoff. Ohne geeignete Haftsysteme für die jeweiligen Metallfolien und Kunststofftypen wäre die Metallfolientechnik im Spritzgiessen nicht zu realisieren. Als Haftsysteme werden meistens Haftlacke oder Haftfolien verwendet.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Metallfolienhinterspritzen

Monomer

Monomere (altgriechisch μόνος monos ‚ein‘, ‚einzel‘ und μέρος meros ‚Teil‘, ‚Anteil‘) sind niedermolekulare, reaktionsfähige Moleküle, die sich zu unverzweigten oder verzweigten Polymeren zusammenschließen können. Monomere können Einzelsubstanzen, aber auch Gemische unterschiedlicher Verbindungen sein. Im ersten Fall bilden sich Homopolymere, im zweiten Copolymere.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Monomer

N

Naturfaser-Spritzguss

Der Naturfaser-Spritzguss als eine Art des Thermoplast-Spritzgiessens ist ein Verarbeitungsverfahren für naturfaserverstärkte Kunststoffe. Er hat in den letzten Jahren auf Grund von technischen Entwicklungen und intensiven Forschungs- arbeiten an wirtschaftlicher Bedeutung gewonnen. Durch seine hohe geometrische Gestaltungsfreiheit im Vergleich zum Fliess- und Formpressen und das daraus resultierende breite Anwendungsspektrum gilt der Spritzguss neben der Extrusion als eines der vielversprechendsten Verarbeitungsverfahren für naturfaserverstärkte Kunststoffe.

Granulate und Verarbeitungsbedingungen
Die verwendeten Kunststoffe müssen bei für Naturfasern unkritischen Tempe- raturen verarbeitbar sein. Dies entspricht einem Temperaturbereich von etwa 175–190 °C, abhängig von der verarbeiteten Faserart, wobei auch Tempera-
turen bis etwas über 200 °C kurzzeitig tolerierbar sind. Höhere Verarbeitungs- temperaturen führen zur Faserdegradation und zur Entstehung von unangeneh-
men Gerüchen. Durch die geringeren Temperaturen sinkt jedoch auch der Energiebedarf und die Zykluszeiten können verkürzt werden, zudem eignen sich
die Granulate durch die geringen Temperaturen auch zum Hinterspritzen von dekorativen Bauteilen.

Für industriell hergestellte Spritzgussgranulate werden häufig Polypropylen oder Polyethylen eingesetzt, es kommen aber auch Biopolymere wie zum Beispiel PLA oder auch Lignin zur Anwendung. Das Spektrum der eingesetzten Naturfasern ist breit. Es werden sowohl in Europa heimische Fasern wie Flachs und Hanf als auch subtropische und tropische Fasern wie Sisal, Kenaf oder Bambus verwendet. Eine eigenständige Gruppe innerhalb dieser Werkstoffe sind holzfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe, die sogenannten Wood Plastic Composites (WPC).

Der Faseranteil beträgt in der Regel 20–40 %. Höhere Faseranteile führen in Kombination mit den relativ geringen Temperaturen zu einer Reduktion des Schmelzflusses, was zu einer unvollständigen Füllung des Werkzeugs oder zu einer ungleichmässigen Faserverteilung führen kann.

Eine weitere Besonderheit im Vergleich zu konventionellen Spritzgussgranulaten, die bei der Verarbeitung von Naturfaser-Spritzgussgranulaten beachtet werden muss, ist der hydrophile Charakter der Fasern. Infolgedessen müssen die Granulate vor der Verarbeitung sorgfältig getrocknet werden. Die Granulate sind auf gängigen Spritzgussmaschinen problemlos verarbeitbar, jedoch muss bei der Dimensionierung der Werkzeuge bedacht werden, dass Naturfaser-Spritzgussgranulate eine geringere Schwindung aufweisen als klassische Granulate. Im Vergleich zu gefüllten oder glasfaserverstärkten Polymeren (GFK) sorgen die Naturfasergranulate für eine deutliche geringere Abrasion in der Schnecke und im Werkzeug.

Eigenschaften und Anwendungen
Die mechanischen Eigenschaften hängen stark von der verwendeten Faser und deren Qualität ab. WPC-Granulate, bei denen der Holzanteil eher den Zweck eines Füll- denn eines Verstärkungsmaterials einnimmt, weisen deutlich geringere Steifigkeiten und Festigkeiten auf als die anderen Fasergranulate. Diese erreichen teilweise das Niveau von glasfaserverstärkten Kunststoffen und weisen deutlich bessere Eigenschaften auf als unverstärkte oder gefüllte Kunststoffe. Durch den Einfluss der Naturfasern steigt auch die Temperaturbeständigkeit der Werkstoffe. Allerdings weisen Werkstoffe aus Naturfaser-Spritzguss im Vergleich mit konventionellen Werkstoffen eine deutlich geringere Schlagzähigkeit auf.

Ein Problem der Naturfaser-Spritzguss-Granulate ist der mit 1,30–3,30 Euro pro kg (Stand: 2009) vergleichsweise hohe Preis. Jedoch wird davon ausgegangen, dass dieser durch steigende Produktionsmengen im Laufe der nächsten Jahre etwas sinken wird.

Als Anwendung kommen vor allem Bauteile mit komplexen Geometrien in Frage, die in grossen Stückzahlen produziert werden, wie zum Beispiele Gehäuse- oder Verschalungsteile für Elektrogeräte oder aber Kleinteile wie CD- und DVD-Trays, Einwegbesteck und Kugelschreiber. Es gibt auch bereits erste Anwendungen im Möbel- und Haushaltssektor. Auch in der Automobilindustrie wurden erste Bauteile aus Naturfaser-Spritzguss zur Anwendung gebracht.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Naturfaser-Spritzguss

O

Oligomer

Ein Oligomer (von griechisch ὀλίγοι oligoi ‚Wenige‘ und μέρος méros ‚Teil‘) ist ein Molekül, das aus mehreren strukturell gleichen oder ähnlichen Einheiten aufgebaut ist. Bei einer größeren Anzahl von Einheiten spricht man von einem Polymer. Das Unterscheidungskriterium nach IUPAC ist, ob eine kleine Änderung der Zahl der Einheiten schon eine deutliche Änderung der Eigenschaften bewirkt. Der Vorgang der Bildung von Oligomeren wird als Oligomerisierung bezeichnet.

Eine einzelne Einheit heißt Monomer. Ein Oligomer mit zwei, drei, vier … Einheiten heißt Dimer, Trimer, Tetramer usw. (siehe griechische Zahlwörter).

Sind alle Untereinheiten identisch, spricht man von einem Homomer, bei verschiedenen von einem Heteromer.

Oligomere treten unter anderem im Verlauf der Polymerisation auf (siehe z. B. Harnstoffharz) oder umgekehrt bei der Spaltung von Polymeren (siehe z. B. Verdauungsenzym)

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Oligomer

P

Perlpolymerisation

Polymerisation, bei der das Monomer in relativ grossen Tröpfchen in Wasser oder anderen geeigneten Flüssigkeiten dispergiert ist. Dadurch entsteht ein perlförmiges Polymer.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Pfropfcopolymerisation

Bei der Pfropfcopolymerisation handelt es sich um eine Technik zur Darstellung von Polymeren, deren Hauptkette Ausgangspunkt für weitere Ketten eines anderen Monomertyps bildet. So entsteht ein Copolymer, an dessen Hauptkette sich kammartig Ketten eines weiteren Monomertyps anschließen. Damit besteht eine weitere Möglichkeit, Kunststoffe mit neuen definierten Eigenschaften zu entwickeln

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Pfropfcopolymerisation

Pfropfpolymer

Polymer, an dessen Molekülen in die Hauptkette eine oder mehrere Blöcke als Seitenketten gebunden sind. Dabei haben diese Seitenketten andere strukturelle Kennzeichen als die Hauptkette.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Phenoplast

Phenoplaste (DIN-Kurzzeichen: PF) sind duroplastische Kunststoffe, die auf Basis von Phenolharzen durch Aushärtung hergestellt werden. Phenolharze (PF-Harze, Phenol-Formaldehyd-Harze) sind Kunstharze (Reaktionsharze), die durch Polykondensation aus Phenolen und Aldehyden hergestellt werden. Wichtige Ausgangsstoffe zur Herstellung der Harze sind Phenol und Formaldehyd.

Geschichte
Phenoplaste zählen zu den ersten Kunststoffen. Der erste im großen Maßstab produzierte Phenoplast ist das 1907 von Leo Hendrik Baekeland erfundene Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharz, das unter dem Warenzeichen Bakelit vermarktet und jahrzehntelang in vielen Bereichen eingesetzt wurde. Phenoplaste sind wegen ihrer Temperaturbeständigkeit, Oberflächenhärte und dem günstigen Preis auch heute die wichtigsten Duroplaste.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Phenoplast

Polyacrylat (PAK)

Polymer eines Acrylsäureesters, eines Homologen oder eines substituierten Derivates von Acrylsäuren. Formmasse besteht zur Hauptsache aus Polyacrylaten.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Polyaddition

Polyaddition (auch Additionspolymerisation genannt) ist eine Polyreaktion, die über einzelne voneinander unabhängige Additionsreaktionen Polymere (Kunststoffe) bildet. Polyaddition erfolgt als Stufenwachstumsreaktion über Moleküle mit niedrigen Polymerisationsgraden, also Dimere, Trimere und Oligomere, die untereinander neue Addukte bilden. Erst bei annähernd vollständigen Umsätzen bildet sich das Polymer, wie bei der Polykondensation und im Gegensatz zur Kettenpolymerisation. Eine Polyaddition kann nur erfolgen, wenn die Monomere zwei oder mehr funktionelle Gruppen tragen. Die Produkte der Polyaddition werden Polyaddukte genannt. Polyaddition ist nicht synonym mit dem englischen Begriff „addition polymerization“

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polyaddition

Polyamide

Polyamide (Kurzzeichen PA) sind lineare Polymere mit sich regelmäßig wiederholenden Amidbindungen entlang der Hauptkette. Die Amidgruppe kann als Kondensationsprodukt einer Carbonsäure und eines Amins aufgefasst werden. Die dabei entstehende Bindung ist eine Amidbindung, die hydrolytisch wieder spaltbar ist.

Polyamide werden wegen ihrer hervorragenden Festigkeit und Zähigkeit oft als Konstruktionswerkstoffe verwendet. Gute chemische Beständigkeit besteht gegenüber organischen Lösungsmitteln, doch können sie leicht von Säuren und oxidierenden Chemikalien angegriffen werden.

Die Bezeichnung Polyamide wird üblicherweise als Bezeichnung für synthetische, technisch verwendbare thermoplastische Kunststoffe verwendet und grenzt diese Stoffklasse damit von den chemisch verwandten Proteinen ab. Fast alle bedeutsamen Polyamide leiten sich von primären Aminen ab, denn die sich wiederholende Einheit besteht aus der funktionellen Gruppe –CO–NH–. Daneben existieren auch Polyamide von sekundären Aminen (–CO–NR–, R = organischer Rest). Als Monomere für die Polyamide werden besonders Aminocarbonsäuren, Lactame und/oder Diamine und Dicarbonsäuren verwendet.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polyamide

Polyarylat

Amorpher Thermoplast, basierend auf Tere- und Isophthalsäure und Bisphenol A in der Polymerkette, ist ein witterungsbeständiger, teilaromatischer Polyester.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Polyblend

Als Polyblend oder auch Polymerblend bezeichnet man Mischungen aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Polymeren. Die Eigenschaften der so entstehenden Kunststoffe unterscheiden sich deutlich von denen der Ursprungspolymere. Bei dieser rein physikalischen Mischung entstehen keine neuen chemischen Bindungen zwischen den Makromolekülen.

Erkennung
Polyblends werden im Kurzzeichen durch ein zwischen die Bestandteile gesetztes „+“ oder „/“-Zeichen gekennzeichnet. Im Gegensatz dazu werden bei Copolymeren fortlaufende Buchstabenfolgen verwendet.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polyblend

Polyether

Polymer, das in der Kette die wiederholte Struktureinheit des Ethertypus (-0-) aufweist.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Polyethylen (PE)

Polyethylen wird hauptsächlich in drei unterschiedlichen Qualitäten hergestellt: HD-PE (High-Density-PE), LLD-PE (Linear-Low-Density-PE), LD-PE (Low-Density-PE). HD-PE wird mittels Ziegler-Natta-Katalysatoren synthetisiert, seine Ketten zeigen einen sehr hohen Ordnungs- und niedrigen Verzweigungsgrad. Diese können sich daher im Festkörper effizient anordnen, so dass ein teilkristallines Material entsteht, dessen Dichte höher ist als die von LD-PE (beide weisen aber eine Dichte auf, die geringer ist als die von Wasser). Es wird zur Fertigung von Flaschen, Getränkekästen, Fässern, Batteriegehäusen, Eimern, Schüsseln, etc. verwendet. LD-PE wird unter hohem Druck in der Gasphase polymerisiert, in LLD-PE werden 1-Buten, 1-Hexen und 1-Octen einpolymerisiert, um so einen kontrollierten Verzweigungsgrad zu erzeugen. Beide Varianten weisen so einen geringen kristallinen Anteil und einen hohen oder mittleren Verzweigungsgrad auf. Das Material besitzt hervorragende filmbildende Eigenschaften und wird vor allem zur Herstellung von Verpackungsfolien für Zigarettenpäckchen, CDs, Bücher, Papiertaschentücher, etc. sowie Tragetaschen verwendet.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polyethylen

Polyethylenterephthalat

Polyethylenterephthalat (Kurzzeichen PET) ist ein durch Polykondensation hergestellter thermoplastischer Kunststoff aus der Familie der Polyester. PET hat vielfältige Einsatzbereiche und wird unter anderem zur Herstellung von Kunststoffflaschen (PET-Flaschen), Folien und Textilfasern verwendet. Die weltweite Produktion liegt bei 40 Millionen Tonnen im Jahr.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften
PET ist polar, wodurch starke zwischenmolekulare Kräfte vorhanden sind. Das Molekül ist zudem linear ohne Vernetzungen aufgebaut. Beides sind Voraussetzungen für teilkristalline Bereiche und Fasern. Durch diese Bereiche ergibt sich auch eine hohe Bruchfestigkeit und Formbeständigkeit bei einer Temperatur über 80 °C. Die Schlagzähigkeit ist jedoch gering, das Gleit- und Verschleißverhalten gut. Die Glasübergangstemperatur liegt bei etwa 80 °C. In den teilkristallinen Zustand (C-PET) geht PET bei etwa 140 °C über. Die Elementarzelle ist triklin {a = 4,56 nm, b = 5,94 nm, c = 10,75 nm, a = 98,5°, ß = 118°, ? = 112°}. Die Dichte von amorphem PET (A-PET) beträgt 1,33–1,35 g·cm³ und von teilkristallinem C-PET 1,38–1,40 g·cm³. Im Vergleich zu C-PET besitzt A-PET eine etwas geringere Steifigkeit und Härte, aber eine höhere Schlagzähigkeit. Die Dichte der kristallinen Bereiche ist abhängig von der Dauer und der Temperatur der Festphasenpolykondensation, die zur Erzielung höhermolekularer PET-Güten standardmäßig durchgeführt wird. Der Kristallisationsgrad übersteigt 70 % kaum. Der Schmelzpunkt liegt (abhängig vom Kristallisationsgrad und vom Polymerisationsgrad) zwischen 235 und 260 °C.

Bei starkem Erhitzen zieht sich eine durch Blasen hergestellte Flasche aus PET – ähnlich wie vakuumgezogene Joghurtbecher aus PS – teilweise wieder zusammen.

Chemische Eigenschaften
Gegen den Angriff starker anorganischer Säuren, insbesondere Schwefelsäure oder Salpeter- und Salzsäure, ist PET unbeständig. Getränkeflaschen dürfen allerdings schon wegen der Verwechslungsgefahr nicht mit Chemikalien oder anderen nicht-trinkbaren Flüssigkeiten gefüllt werden.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polyethylenterephthalat

Polyhydroxybuttersäure

Das Biopolymer Polyhydroxybuttersäure (andere Bezeichnungen: Polyhydroxybutyrat, PHB, Poly-(R)-3-hydroxybutyrat, P(3HB)) ist ein Polyhydroxyalkanoat (PHA) und gehört zur Stoffgruppe der thermoplastischen Polyester. Es wurde zuerst im Jahre 1925 von dem französischen Mikrobiologen Maurice Lemoigne isoliert und charakterisiert. PHB wird in einer Vielzahl von Mikroorganismen als Speicherstoff angereichert, darunter Cupriavidus necator und Bacillus megaterium.

Eigenschaften
• Schmelzpunkt ca. 175 °C
• Zugfestigkeit 20-31 MPa (ähnlich wie Polypropylen)
• Glasübergangstemperatur 15 °C
• Wasserunlöslich und relativ stabil gegen Hydrolyse (im Gegensatz zu den
meisten anderen Biopolymeren)
• Permeabel für Sauerstoff
• resistent gegen ultraviolette Strahlen
• wenig resistent gegenüber Säuren und Laugen
• gut löslich in Chloroform und Dichlormethan, mäßig in 1,2-Dichlorethan
und Anilin
• nicht toxisch und biokompatibel und daher für medizinische Anwendungen
geeignet
• biologisch abbaubar

Industrielle Nutzung
PHB kann nach der Isolierung aus den Bakterienzellen thermoplastisch verarbeitet werden. Es ist ein aus erneuerbaren Rohstoffen fermentativ herstellbarer Polyester, mit Eigenschaften ähnlich denen des petrochemisch erzeugten Kunststoffs Polypropylen (PP). Die fermentative Synthese kann auf Basis von Zucker und Stärke erfolgen, ist jedoch auch aus anderen Nährstoffen wie Glycerin und Palmöl möglich.

PHB wurde bislang nicht großtechnisch umgesetzt, weltweit kündigten zahlreiche Firmen an, in die PHB-Produktion einzusteigen bzw. ihre Produktion auszuweiten. Problematisch sind zurzeit noch die relativ hohen Produktionskosten, die immer noch über denen der petrochemisch synthetisierten Kunststoffe liegen und die Materialeigenschaften (Brüchigkeit) von PHB. Es gibt verschiedene Ansätze die Produktionskosten zu senken. Bereits in den 1980er Jahren wurden die drei Gene, die für die PHB-Produktion verantwortlich sind, von Alcaligenes eutrophus auf gentechnischem Wege in das leichter manipulierbare E. coli transferiert. Des Weiteren wurden an der Michigan State University PHB-Gene auf Gartenkresse übertragen. Die transgenen Pflanzen produzierten bis zu 14 % PHB in der Trockenmasse der Blätter.

PHB wird auch, mit weiteren Bestandteilen vermischt, als PHB-Blend verwendet. Dabei können z. B. durch den Zusatz von Celluloseacetaten besondere Materialeigenschaften erreicht werden. Die Palette der Eigenschaften von PHB-Blends erstreckt sich von Klebern bis Hartgummi. Statt Celluloseacetat sind auch Stärke, Kork und anorganische Materialien als Zusätze denkbar. Die Vermischung mit günstigen Zusatzstoffen (Celluloseacetat ist ein preisgünstiges Abfallprodukt aus der Zigarettenfilterproduktion) wirkt sich auch günstig auf die Produktionskosten von PHB-Blends aus. Mittelfristig lassen sich nach Angaben zahlreicher Forscher damit die Herstellungskosten bis in den Bereich Erdöl-basierter Plastikmaterialien absenken.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polyhydroxybuttersäure

Polykondensation

Polykondensation ist eine vielfach ablaufende Kondensationsreaktion, die Monomere in Polymere (Kunststoffe) überführt. Damit ein Monomer an der Reaktion teilnehmen kann, muss es mindestens zwei funktionelle Gruppen besitzen, die besonders reaktionsfähig sind (z. B. –OH, –COOH, –NH2, –CHO …). Dabei werden in der Regel Monomeren verschiedener Art (z. B. Diole und Dicarbonsäuren, die zu Estern kondensieren) miteinander umgesetzt. Polykondensation verläuft stufenweise (Stufenwachstumsreaktion), über stabile, aber weiterhin reaktionsfähige Zwischenprodukte (Oligomere). Die Oligomere reagieren untereinander und bilden schließlich ein Makromolekül. Die Produkte werden Polykondensate genannt. Neben Kunststoffen gibt es auch eine ganze Reihe natürliche Polymere, z. B. Polykieselsäuren, die durch Polykondensation entstehen.

Im Gegensatz zur Polymergewinnung durch Kettenpolymerisation oder Polyaddition wird bei der Polykondensation mindestens ein Nebenprodukt frei. Diese Nebenprodukte (z. B. Wasser, Ammoniak, niedrige Alkohole, Chlorwasserstoff) müssen kontinuierlich abgeführt werden, sonst stoppt die Polykondensation aus thermodynamischen Gründen bei zu niedrigem Polymerisationsgrad.

Im Gegensatz zur Kettenpolymerisation, die über Kettenwachstum erfolgt, muss der Reaktionsumsatz bei Polykondensation mindestens 99 % betragen, um ein Polykondensat hoher molarer Masse zu bekommen. Weiterhin muss das Verhältnis der eingesetzten Mengen an jeweiligem Monomer so exakt wie möglich dem durch die Reaktion vorgegebenen stöchiometrischen Verhältnis angepasst werden, sonst gelangt man zu einem Punkt, an dem alle Oligomere die gleichen aktiven Enden besitzen und nicht mehr miteinander reagieren können (Carothers-Gleichung).

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polykondensation

Polylactide / Polymilchsäure

Polylactide, die auch Polymilchsäuren (kurz PLA, vom englischen Wort polylactic acid) genannt werden, sind synthetische Polymere, die zu den Polyestern zählen. Sie sind aus vielen, chemisch aneinander gebundenen Milchsäuremolekülen aufgebaut.

Erstmals beschrieben wurden Polylactide 1845 von Théophile-Jules Pelouze. Bei dem Versuch, Milchsäure durch Erhitzen und Entfernung von Wasser aufzureinigen, beobachtete er eine Kondensation der Milchsäuremoleküle und die Bildung von Oligomeren und Polymeren.[3] Wallace Hume Carothers, ein Mitarbeiter von DuPont, entwickelte 1932 ein Verfahren zur Herstellung von Polylactiden aus Lactiden, das 1954 von DuPont patentiert wurde.[4]

Aus PLA können durch Wärmezufuhr verformbare Kunststoffe (Thermoplaste) hergestellt werden. Polylactid-Kunststoffe sind biokompatibel.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polylactide

Polymerisationsgrad

Als Polymerisationsgrad wird die Anzahl der Monomereinheiten in einem Polymermolekül bezeichnet. Er ist identisch mit dem Quotienten der molaren Masse des Polymers und der molaren Masse seiner Wiederholeinheit. Die genaue Zahl kann, außer bei Proteinen, meist nur ein Mittelwert über die betrachtete Probe sein. Nur durch einen streng kontrolliert stufenweisen Aufbau (wie bei Proteinen) können Makromoleküle mit völlig einheitlicher Polydispersität erhalten werden.

Die Polydispersität technischer Polymere schwankt zwischen 1,1 (anionische Polymerisation, kontrollierte radikalische Polymerisation), zwei (ideale stufenweise Polyaddition) und bis zu 10 für Prozesse mit uneinheitlicher Kinetik bzw. Abbruchreaktionen (häufig bei kationischer, radikalischer und koordinativer Polymerisation).

Der Absolutwert des Polymerisationsgrades ist ebenfalls stark prozessabhängig. Bei der Anionik kann z. B. dieser über einen großen Bereich (über die Anzahl der Initiatormoleküle) relativ exakt eingestellt werden; bei anderen Reaktionswegen hängt er sehr stark von der genauen Stöchiometrie oder etwa von der Abfuhr des Kondensats ab.

Der Polymerisationsgrad einer Probe wird meist über ihre molare Masse bestimmt. Dazu gibt es eine Reihe von Methoden, z. B. die GPC, einige Verfahren zur Bestimmung der kolligativen Eigenschaften (wie etwa Kryoskopie, Dampfdruckosmose, …), des Weiteren Viskosimetrie, Lichtstreuung usw. Noch weitere Methoden sind technisch von Bedeutung, welche allerdings eine genaue Kalibrierung am Probensystem erfordern. Zu erwähnen ist hier die Melt-Flow-Index-Methode. So erhöht sich z. B. die Viskosität einer Kunststoffschmelze mit zunehmendem Polymerisationsgrad, der mittlere Wert kann mit der MFI-Methode indirekt (d. h. relativ zu einem chemisch vergleichbaren Standard) ermittelt werden.

Der Polymerisationsgrad sowie die raumgeometrische Verteilung der Monomere im Molekül (d. h. die stereochemische Anordnung der Molekülzweige) besitzen großen Einfluss auf die physikalischen und besonders auf die mechanischen Eigenschaften eines Polymers.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polymerisationsgrad

Polylactide / Polymilchsäure

Polylactide, die auch Polymilchsäuren (kurz PLA, vom englischen Wort polylactic acid) genannt werden, sind synthetische Polymere, die zu den Polyestern zählen. Sie sind aus vielen, chemisch aneinander gebundenen Milchsäuremolekülen aufgebaut.

Erstmals beschrieben wurden Polylactide 1845 von Théophile-Jules Pelouze. Bei dem Versuch, Milchsäure durch Erhitzen und Entfernung von Wasser aufzureinigen, beobachtete er eine Kondensation der Milchsäuremoleküle und die Bildung von Oligomeren und Polymeren.[3] Wallace Hume Carothers, ein Mitarbeiter von DuPont, entwickelte 1932 ein Verfahren zur Herstellung von Polylactiden aus Lactiden, das 1954 von DuPont patentiert wurde.[4]

Aus PLA können durch Wärmezufuhr verformbare Kunststoffe (Thermoplaste) hergestellt werden. Polylactid-Kunststoffe sind biokompatibel.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polylactide

Polyphenylenether (PPE)

Polyphenylenether ist ein aromatischer Polyether mit der Ethergruppe (-O-) zwischen den Methyl-substituierten Benzolringen. Als Polykondensat ist es oberhalb von 100O C nicht beständig. Im Handel ist es daher nur als Polyblend (Gemisch) mit Polystyrol oder Polyamid.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Polyphenylensulfid (PPS)

Polyphenylensulfid ist ein linearer, hochkristalliner Thermoplast mit S-Brücken zwischen den Benzolringen im Makromolekül. Bei verzweigten Typen kann durch thermische Nachbehandlung eine duroplastische Struktur erzielt werden. PPS weist mit Glasfasern verstärkt Dauertemperatur-Beständigkeiten bis 240 C auf und findet Anwendungen in der Elektronik- und Automobilindustrie.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Polyphthalamid HT-PA

Polyphthalamid HT-PA ist eine Gruppe von Hochtemperatur-Polyamiden, her- gestellt aus den aromatischen Monomeren Terephthalsäure und Isophthalsäure (HOOC-C6H4 – COOH) und Hexamethylendiamin (6 C-Atome), z.B. PA 6T/6I mit höchster Temperaturbeständigkeit unter den Polyamiden. Sie sind neue Produkte für Automobil- und Elektroteile.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Polypropylen (PP)

Polypropylen wird fast ausschließlich auf metallkatalytischem Wege hergestellt, da nur das so erhaltene kristalline Material kommerziell verwertbare Eigenschaften aufweist. Es handelt sich um einen sehr harten, festen und mechanisch belastbaren Kunststoff mit der geringsten Dichte aller Massenkunststoffe. Aufgrund dieser Eigenschaften hat es teilweise bereits Metallwerkstoffe verdrängt. Wie bei dem rechts abgebildeten Deckel zeigt es außerdem den sogenannten Filmscharniereffekt, d. h., es kann durch einen dünnen Film Gehäuse und Deckel miteinander verbinden, ohne aufgrund der Biegebelastung zu brechen. Ein erheblicher Teil des weltweit hergestellten Polypropylens wird für Lebensmittelverpackungen aufgewendet.

Weitere Anwendungsgebiete sind:
• Automobilindustrie: als Material für Luftfiltergehäuse, Spoiler, Scheinwerfer-
gehäuse, Sitzbezüge und Gaspedale.
• Bauwesen: Gartenmöbel, Toilettendeckel, Kunstrasen, Möbelscharniere, etc.
• Sonstiges: Brillenetuis, Koffer, Schulranzen, sterilisierbare medizinische
Geräte.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polypropylen

Polystyrol (PS)

Polystyrol wird überwiegend als amorpher Thermoplast hergestellt, durch neuere Entwicklungen gibt es aber mittlerweile auch kristallines Polystyrol, dieses hat aber geringere Bedeutung. Beide Varianten zeichnen sich durch geringe Feuchtigkeitsaufnahme, gute Verarbeitbarkeit und sehr gute elektrische Eigenschaften aus. Sie unterscheiden sich in ihrer Schlagfestigkeit. Nachteile sind seine Neigung zur Spannungsrissbildung, die geringe Wärmebeständigkeit, Entflammbarkeit und seine Empfindlichkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln. Mittels Kohlenstoffdioxid bei der Polymerisation aufgeschäumtes Polystyrol wird unter anderem als Styropor vertrieben.

Anwendungsgebiete:
• Elektrotechnik: als Isolierung von elektrischen Kabeln, Material für Gehäuse,
(als High Impact Polystyrene (HIPS)), Schalter, etc.
• Bauindustrie: als Dämmstoff (Schaumpolystyrol)
• Verpackungen: Schaumpolystyrol, Verpackungsfolien, Joghurtbecher, etc.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polystyrol

Polysulfon (PSU)

Polysulfon gehört zu den hochwärmebeständigen, amorphen Thermoplasten und enthält zwischen den teilaromatischen Strukturen der Polymerkette Sulfon (-SO 2-) und Ether (-O-)- Gruppierungen. Es weist eine gute Wärmeformbeständigkeit und Hydrolysestabilität mit Sterilisierbarkeit in Heissluft und Dampf auf.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Polyurethan (PU/PUR)

Die Eigenschaften von Polyurethanen können durch Wahl der Isocyanat- oder Urethan-haltigen Monomerkomponenten sehr stark in ihrer Elastizität variiert werden. So werden sehr elastische PUR-Textil-Fasern (Elastan) aus Polyestern und Urethan-haltigen Polyestern hergestellt, ebenso dienen Urethan-haltige Polymere als Zusatz in Lacken und Materialien für Leiterplatten (Bectron).

Die bekannteste Anwendung dürften Polyurethanschaumstoffe sein. Sie dienen
als Matratzen, in Autositzen, Sitzmöbeln, Dämmmaterial, Schwämmen, etc. Auch hier können mittels der Wahl der Einzelkomponenten die genauen Materialeigenschaften eingestellt werden.

Die wichtigste Anwendung ist wohl für den Rostschutz der Auto-Karosserien verantwortlich. Auf den blanken Eisenkarossen werden Hydroxygruppen-haltige und Urethangruppen-haltige Einzelpolymere abgeschieden. Bei 120–160 °C werden diese dann untereinander vernetzt, es bildet sich eine überall gleichdicke rostverhindernde Polymerschicht auf dem Eisen.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polyurethane

Polyvinylalkohol (PVOH)

Polymer des hypothetischen Vinylalkohols. Praktisch wird es durch Hydrolyse von Polyvinylacetat, erhalten.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Polyvinylchlorid (PVC)

Polyvinylchlorid galt aufgrund des ungewöhnlich hohen Chloranteils, und der damit bei der Verbrennung entstehenden Nebenprodukte wie Chlorgas und Chlorwasserstoff (Salzsäure), lange Zeit als umweltschädlichster Kunststoff. Zudem ist das zur Herstellung benötigte Vinylchlorid krebserregend. Inzwischen führt man jedoch den Chloranteil auch als positiven Aspekt an (Einsparung von Rohöl). Man unterscheidet generell zwischen Hart-Polyvinylchlorid und durch Zusatz von Weichmachern hergestelltes Weich-Polyvinylchlorid. Hart-PVC ist ein amorpher Thermoplast und besitzt eine hohe Steifigkeit und Härte. Es ist extrem schwer entflammbar, kann in der Hitze eines bestehenden Brandes allerdings Chlorwasserstoff und Dioxine freisetzen. Es zeigt eine sehr gute Beständigkeit gegen Säuren, Basen, Fette, Alkohole und Öle. Aus diesem Grund wird es auch vor allem zur Herstellung von Abwasserrohren und Fensterprofilen eingesetzt. Gravierende Nachteile sind seine sehr geringe Wärmebeständigkeit, es kann dauerhaft nur bis 65 °C und kurzfristig bis 75 °C eingesetzt werden, und seine Neigung zum „Weißbruch“ beim Biegen. Weich-PVC ist ein gummielastischer, lederähnlicher Thermoplast. Wichtige Anwendungen sind die Herstellung von Bodenbelägen, Dichtungen, Schläuchen, Kunstleder, Tapeten, Dachbahnen, Wood-Plastic-Composite-Produkte etc.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Polyvinylchlorid

Prepolymer

Prepolymer, gelegentlich auch Präpolymer geschrieben, ist in der Regel eine Sammelbezeichnung für reaktive Oligomere, die zur Herstellung von Polymeren (Makromolekülen) dienen.[1][2] Sie sind Vorprodukte, die im Gegensatz zum Endprodukt noch löslich oder schmelzbar sein können. Prepolymere erlauben die Herstellung von Blockcopolymeren oder eine formgebende Verarbeitung, bevor eine Vernetzung bei fortschreitender Polymerisation zu einem duroplastischen Zustand führt. Oft sind zwei Prepolymere, die in Zukunft ein Polymer bilden sollen, so angelegt, dass ein Prepolymer mindestens zwei identische reaktive Funktionalitäten (beispielsweise ein Diiosocyanat) des einen Typs, das andere Prepolymer zwei Funktionalitäten eines geeigneten Reaktionspartners (beispielsweise ein Diol) trägt und erst nach Mischung der Prepolymere zum Endprodukt (hier ein Polyurethan) führt.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Prepolymer

Pulverformverfahren

Allgemeine Bezeichnung für drucklose Formverfahren, bei denen trockene, schmelzbare Pulver an einer Werkzeugwand in gleichmässiger Schicht aufgeschmolzen werden.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

R

Recken

Verfahren, um eine thermoplastische Platte, eine Folie, ein Rohr oder eine Faser zu dehnen, um den Querschnitt zu verringern und die physikalischen Eigenschaften durch Orientierung zu verbessern.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Rotationsgiessen

Verfahren, um aus flüssigen Kunstharzen oder geschmolzenen Thermoplasten Hohlkörper herzustellen, wobei ein Werkzeug eine Beschickung des Harzes enthält und bei relativ niedriger Geschwindigkeit um eine oder mehrere Achsen gedreht wird, bis das Harz die Formhöhlung gleichmässig bedeckt, worauf es mit geeigneten Mitteln gehärtet wird.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Rotationsschmelzen

Verfahren, analog dem Rotationsgiessen, bei dem trockene, schmelzbare feine Pulver auf die Formhöhlung verteilt geschmolzen und abgekühlt werden.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

S

Schleudergiessen

Herstellverfahren für hohle zylindrische Teile, wobei ein Formwerkzeug, das ein flüssiges Monomer oder Prepolymer oder eine Polymerdispersion enthält, mit hoher Geschwindigkeit um eine Achse dreht, während das Polymer mit geeigneten Mitteln, wie Wärmezufuhr, polymerisiert, aushärtet und abkühlt.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Silikon

Kunststoff aus Polymeren, deren Hauptpolymerkette alternierend aus Silicium – und Sauerstoffatomen besteht.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Spritzgiessen

Das Spritzgießen (oft auch als Spritzguss oder Spritzgussverfahren bezeichnet) ist ein Urformverfahren, das hauptsächlich in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt wird. Dabei wird mit einer Spritzgießmaschine der jeweilige Werkstoff verflüssigt (plastifiziert) und in eine Form, dem Spritzgießwerkzeug, unter Druck eingespritzt. Im Werkzeug geht der Werkstoff durch Abkühlung oder eine Vernetzungsreaktion wieder in den festen Zustand über und wird nach dem Öffnen des Werkzeuges als Fertigteil entnommen. Der Hohlraum, die Kavität, des Werkzeuges bestimmt dabei die Form und die Oberflächenstruktur des fertigen Teiles. Es sind heute Teile im Gewichtsbereich von wenigen Zehntel Gramm bis zu einer Größenordnung von 150 kg herstellbar.

Mit diesem Verfahren lassen sich direkt verwendbare Formteile in großer Stückzahl kostengünstig herstellen. Die Kosten für das Werkzeug machen einen großen Teil der notwendigen Investitionen aus. Dadurch ist selbst bei einfachen Werkzeugen die Schwelle der Wirtschaftlichkeit erst bei einigen tausend Teilen erreicht. Andererseits können die Werkzeuge für die Herstellung von bis zu einigen Millionen Teilen verwendet werden.

Das Spritzgießen, insbesondere erweiterte spezielle Verfahren, erlaubt eine nahezu freie Wahl von Form und Oberflächenstruktur wie z. B. glatte Oberflächen, Narbungen für berührungsfreundliche Bereiche, Muster, Gravuren und Farbeffekte. Zusammen mit der Wirtschaftlichkeit macht dies das Spritzgießen zum weitverbreitetsten Verfahren zur Massenherstellung von Kunststoffteilen in praktisch allen Bereichen.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Spritzgiessen

Spritzgiessmaschine

Eine Spritzgießmaschine (vollständig Kunststoffspritzgießmaschine, kurz oft SGM genannt) ist eine Maschine, die aus Kunststoff in Granulat- oder Schnurform direkt verwendbare Kunststoffteile herstellt. Dazu wird in der Spritzeinheit die benötigte Formmasse aufbereitet und in ein Werkzeug gespritzt, das eine Negativform (Kavität) des gewünschten Kunststoffteils darstellt. Je nach verwendetem Verfahren (Thermoplast-Spritzgießen, Duroplast-Spritzgießen oder dem Elastomer-Spritzgießen) werden verschiedene Bauteile der Maschine beheizt oder temperiert.

Spritzgießmaschinen bestehen generell aus zwei Teilen: Der Spritzeinheit oder auch Plastifiziereinheit, die das Rohmaterial aufbereitet und unter Druck in das Werkzeug einspritzt, und der Schließeinheit, die das Werkzeug (auch Form) aufnimmt und es öffnet und schließt.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Spritzgiessmaschine

T

Terpolymer

Ein Terpolymer ist ein Kunststoff, der durch Polymerisation von drei verschiedenen Monomeren hergestellt wird. Terpolymere werden beispielsweise durch Aufpfropfen eines dritten Monomers auf ein Dimer aus zwei unterschiedlichen Monomeren (Pfropfcopolymerisation), Massenpolymerisation oder auch statistische Copolymerisation von drei Monomeren hergestellt.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Terpolymer

Thermoplast

Thermoplaste (Singular: der Thermoplast, von altgriechisch: θερμός thermós = warm, heiß und πλάσσειν plássein = bilden, formen), auch Plastomere genannt, sind Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich (thermo-plastisch) verformen lassen. Dieser Vorgang ist reversibel, das heißt, er kann durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand beliebig oft wiederholt werden, solange nicht durch Überhitzung die sogenannte thermische Zersetzung des Materials einsetzt. Darin unterscheiden sich Thermoplaste von den Duroplasten und Elastomeren. Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal ist die Schweißbarkeit von Thermoplasten.

Aufbau und Einteilung
Thermoplaste sind aus wenig oder nicht verzweigten, also linearen Kohlenstoffketten aufgebaut, die nur durch schwache physikalische Bindungen miteinander verbunden sind. Diese Bindungskräfte sind wirksamer, wenn die Ketten parallel ausgerichtet sind. Solche Bereiche nennt man kristallin, im Gegensatz zu amorphen (ungeordneten) Bereichen, in denen die Makromoleküle verknäult vorliegen.

Einteilung der thermoplastischen Kunststoffe.
Thermoplaste lassen sich bezüglich mechanischer, thermischer und chemischer Eigenschaften in die Gruppen Standardkunststoffe, technische Kunststoffe und Hochleistungskunststoffe einteilen. Dies ist allerdings keine chemische, sondern eine anwendungsbezogene, ingenieurstechnische Einteilung.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Thermoplast

Thermoplastische Elastomere

Thermoplastische Elastomere (gelegentlich auch Elastoplaste genannt; Kurzzeichen TPE) sind Kunststoffe, die sich bei Raumtemperatur vergleichbar den klassischen Elastomeren verhalten, sich jedoch unter Wärmezufuhr plastisch verformen lassen und somit ein thermoplastisches Verhalten zeigen.

Eigenschaften
„Normale“ Elastomere sind chemisch weitmaschig vernetzte Raumnetzmoleküle. Die Vernetzungen können ohne Zersetzung des Materials nicht gelöst werden.

Thermoplastische Elastomere sind Werkstoffe, bei denen elastische Polymerketten in thermoplastisches Material eingebunden sind. Sie lassen sich in einem rein physikalischen Prozess in Kombination von hohen Scherkräften, Wärmeeinwirkung und anschließender Abkühlung verarbeiten. Obwohl keine chemische Vernetzung durch eine zeit- und temperaturaufwendige Vulkanisation, wie bei den Elastomeren, notwendig ist, haben die hergestellten Teile aufgrund ihrer besonderen Molekularstruktur doch gummielastische Eigenschaften. Erneute Wärme- und Scherkrafteinwirkung führt wieder zur Aufschmelzung und Verformung des Materials. Das bedeutet aber zugleich, dass die TPE weit weniger thermisch und dynamisch belastbar sind als Standard-Elastomere. Die TPE sind also kein „Nachfolge-Produkt“ konventioneller Elastomere, sondern eine interessante Ergänzung, die die Verarbeitungsvorteile der Thermoplaste mit den Werkstoffeigenschaften der Elastomere verbindet.

Thermoplastische Elastomere haben in Teilbereichen physikalische Vernetzungspunkte (Nebenvalenzkräfte oder Kristallite), die sich bei Wärme auflösen, ohne dass sich die Makromoleküle zersetzen. Daher lassen sie sich wesentlich besser verarbeiten als normale Elastomere. So können auch Kunststoffabfälle wieder eingeschmolzen und weiter verarbeitet werden.

Dies ist allerdings auch der Grund dafür, dass sich die Werkstoffeigenschaften von thermoplastischen Elastomeren nichtlinear über Zeit und Temperatur verändern. Die beiden wesentlichen messbaren physikalischen Werkstoffeigenschaften sind der Druckverformungsrest und die Spannungsrelaxation. Gegenüber Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) besitzen sie im Kurzzeitverhalten schlechtere Materialeigenschaften, außerdem ist der Rohstoff teurer. Im Langzeitverhalten kehrt sich das Bild gegenüber EPDM allerdings um.

Da der Verarbeitungsprozess im Prinzip dem der thermoplastischen Kunststoffe gleicht, sind ähnlich kurze Zykluszeiten möglich. In der Herstellung gewinnen thermoplastische Elastomere vermehrt Anwendung in Karosseriedichtungen von Automobilen sowie in Bauelementen. Sie können extrudiert, spritzgeformt oder auch blasgeformt werden und werden in der Regel gebrauchsfertig bezogen.

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Thermoplastische_Elastomere

Thermoplast-Spritzgießen

Die heute übliche Schneckenkolbenspritzgießmaschine besteht aus zwei Einheiten: der Spritzeinheit oder auch Plastifiziereinheit, welche den Kunststoff plastifiziert, aufbereitet und dosiert, und der Schließeinheit, die das Formwerkzeug schließt, zuhält und wieder öffnet.

Die Spritzeinheit setzt sich im Wesentlichen aus einem waagrechten Zylinder, dem Plastifizierzylinder und einer darin befindlichen Schnecke zusammen. Die Schnecke rotiert und kann auch axial im Zylinder bewegt werden. An einem Ende des Plastifizierzylinders befindet sich der Einfülltrichter zum Beschicken mit dem Rohmaterial, am anderen befindet sich eine verschließbare Düse, die den Übergang zur Schließeinheit darstellt.

Die Schließeinheit besteht aus dem Formwerkzeug selbst, das in zwei Hälften getrennt werden kann. Die Hälften sind auf zwei Aufspannplatten montiert, von denen die eine, die Düsenseite, starr und der Düse der Spritzeinheit zugewandt ist. Die andere, die Auswerferseite, ist beweglich. Sie kann hydraulisch oder elektromechanisch von der Düsenseite wegbewegt oder mit Kraft auf sie gepresst werden.

Spritz- und Schließeinheit müssen entsprechend dem Werkstoff, Bauteil und Prozess temperiert werden. Da die beiden Einheiten unterschiedliche Temperaturen aufweisen, können sie, außer bei Heißkanalsystemen, zur thermischen Trennung voneinander wegbewegt werden.

Bis 1956 verwendete man Kolbenspritzgießmaschinen.

Verfahrensablauf

Plastifizieren und Dosieren
Der thermoplastische Kunststoff rieselt in Form eines Granulats in die Gänge der rotierenden Schnecke ein. Das Granulat wird Richtung Schneckenspitze gefördert und durch die Wärme des Zylinders und die Friktionswärme, die beim Zerteilen und Scheren des Materials entsteht, erwärmt und aufgeschmolzen. Die Schmelze sammelt sich vor der Schneckenspitze, da die Düse zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist. Da die Schnecke axial beweglich ist, weicht sie durch den Druck zurück, auch schraubt sie sich ähnlich einem Korkenzieher aus der Masse heraus. Die Rückwärtsbewegung wird durch einen Hydraulikzylinder oder elektrisch gebremst, so dass sich in der Schmelze ein Staudruck aufbaut. Dieser Staudruck in Verbindung mit der Schneckenrotation verdichtet und homogenisiert das Material.

Die Schneckenposition wird gemessen und sobald sich eine für das Werkstückvolumen ausreichende Materialmenge angesammelt hat, ist der Dosiervorgang beendet und die Schneckenrotation wird eingestellt. Ebenso wird die Schnecke aktiv oder passiv entlastet, so dass die Schmelze dekomprimiert wird.

Einspritzen
In der Einspritzphase wird die Spritzeinheit an die Schließeinheit gefahren, mit der Düse angedrückt und die Schnecke rückseitig unter Druck gesetzt. Dabei wird die Schmelze unter hohem Druck (meist zwischen 500 und 2000 bar) durch die geöffnete Düse und den Anguss bzw. das Angusssystem des Spritzgießwerkzeugs in den formgebenden Hohlraum gedrückt. Die Rückstromsperre verhindert dabei ein Zurückströmen der Schmelze Richtung Einfülltrichter.

Während des Einspritzens wird versucht, ein möglichst laminares Fließverhalten der Schmelze zu erreichen. Das heißt, die Schmelze wird im Werkzeug dort, wo sie die gekühlte Werkzeugwand berührt, sofort abgekühlt und bleibt erstarrt „kleben“. Die nachrückende Schmelze wird durch den dadurch verjüngten Schmelzkanal mit noch höherer Geschwindigkeit und noch mehr Scherdeformation gedrückt und vorne an der Schmelzfront zum Rand hin dehndeformiert. Es überlagert sich Wärmeabfuhr über die Werkzeugwand und Wärmezufuhr durch Schererwärmung. Die hohe Einspritzgeschwindigkeit erzeugt in der Schmelze eine Schergeschwindigkeit, welche die Schmelze leichter fließen lässt. Dennoch ist ein stets schnelles Einspritzen nicht anzustreben, denn durch die hohe Schergeschwindigkeit wird auch der Molekülabbau verstärkt. Auch die Oberfläche, das Aussehen und der Orientierungszustand werden durch die Einspritzphase beeinflusst.

Nachdrücken und Abkühlen
Da das Werkzeug kälter (typischerweise 20 bis 120 °C) als die Kunststoffmasse (typischerweise 200 bis 300 °C) ist, kühlt die Schmelze in der Form ab und erstarrt bei Erreichen des Gefrierpunktes. Das Abkühlen geht einher mit einer Volumenschwindung, die sich nachteilig auf Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität des Werkstückes auswirkt. Um diese Schwindung teilweise zu kompensieren, wird auch nach Füllung der Form ein reduzierter Druck aufrechterhalten, damit Material nachfließen und die Schwindung ausgleichen kann. Dieses Nachdrücken kann solange erfolgen, bis der Siegelpunkt erreicht ist, also der Anguss erstarrt ist.

Nach Beendigung des Nachdrückens kann die Düse geschlossen werden und in der Spritzeinheit bereits der Plastifizier- und Dosiervorgang für das nächste Formteil beginnen. Das Material in der Form kühlt in der Restkühlzeit weiter ab, bis auch die Seele, der flüssige Kern des Werkstückes, erstarrt ist und eine zum Entformen hinreichende Steifigkeit erreicht ist.

Die Spritzeinheit kann dann von der Schließeinheit wegbewegt werden, da kein Kunststoff mehr aus dem Anguss austreten kann. Dies dient dazu, einen Wärmeübergang von der wärmeren Düse auf den kälteren Anguss zu verhindern.

Entformen
Zum Entformen öffnet sich die Auswerferseite der Schließeinheit und das Werkstück wird durch in die Kavität hineindringende Stifte ausgeworfen und fällt entweder herunter (Schüttgut) oder wird durch Handlinggeräte aus dem Werkzeug entnommen und geordnet abgelegt oder gleich einer Weiterverarbeitung zugeführt.

Der Anguss muss entweder durch separate Bearbeitung entfernt werden oder wird beim Entformen automatisch abgetrennt. Auch angussloses Spritzgießen ist mit Heißkanalsystemen, bei denen das Angusssystem ständig über der Erstarrungstemperatur bleibt und das enthaltene Material somit für den nächsten Schuss verwendet werden kann, möglich.

Nach dem Entformen schließt sich das Werkzeug wieder und der Zyklus beginnt von neuem.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Spritzgiessen#Duroplast-Spritzgiessen

Transparente Polyamide

Transparente Polyamide sind Polyamide mit Seitengruppen in der Polymerkette und Copolyamide mit unterschiedlicher Struktur zwischen den Amidgruppen. Sie sind auch in höheren Wandstärken klar durchsichtig und weisen keine kristalline Struktur wie Standardpolyamide auf. Dieser amorphe Zustand ist auf die geringe Anzahl oder das Fehlen von zwischenmolekularen Kräften, den sogenannten Wasser-brücken-Valenzen, zurückzuführen. Sie haben wie andere amorphe technische Kunststoffe ( Polycarbonat = PC und Polymethylmethacrylat = PMMA=Acrylglas) keine Schmelztemperatur, sondern gehen beim sogenannten Glasumwandlungs-punkt langsam in den Zustand einer thermoplastisch verarbeitbaren Schmelze über.

Als Alternative zu Glas sind die transparenten Polyamide nicht zerbrechlich, leichter und mit geringeren Energieaufwand herstellbar. Gegenüber Plexiglas (Acrylglas) haben sie eine höhere Wärmeformbeständigkeit und eine bessere Beständigkeit mit Chemikalien und gegenüber Polycarbonat ( PC ) eine geringere Neigung zu Spannungskorrosionsrissen. Die Glasumwandlungstemperaturen liegen je nach Typ bei Temperaturen bis 1600C. Sie weisen eine hohe Steifigkeit und Oberflächenhärte mit guter Wärmeformbeständigkeit auf. Die Beständigkeit gegen Chemikalien,Detergentien, Öle, Benzin und vielen Lösungsmittel ist anderen transparenten unststoffen überlegen. Der Erhalt der Transparenz selbst nach 1 Jahr Behandlung in siedenden Wasser, die Geschirrspülmaschinenfestigkeit und die Oberflächenkratzbeständigkeit, zusammen mit einer wirtschaftlichen Verarbeitkeit im Spritzgiess- und Extrusionsverfahren, haben den transparenten Polyamiden viele Anwendungen im technischen Bereich erschlossen.

Sie nehmen aus der Umgebung nur sehr wenig Feuchtigkeit auf und sind daher dimensionsstabil. Die mechanischen Eigenschaften verändern sich in einem weiten Temperaturbereich nur sehr wenig und auch bei höheren Temperaturen zeigen sie eine geringere Kriechneigung als PA6 oder PA12.

Anwendungen sind tranparente Abdeckungen und Gehäuseteile für die Elektronik-industrie, Klarsichtscheiben, Schaugläser, Flüssigkeitsstandanzeiger, Durchfluss-messer, Filter- und Pumpengehäuse, Gasfeuerzeugtanks und Brillengestelle. Durch die Zulassung von TR 55 durch die amerikanische Behörde FDA ( Food and Drug Administration) und die Wasserbehörden in USA, D und UK für den Kontakt mit Lebensmitteln und Trinkwasser ist dieser technische Kunststoff physiologisch innert und wird auch in der Lebenmittelindustrie und für Sanitäreinrichtungen eingesetzt.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

U

UF-Harz (Harnstoff-Formaldehyd)

Durch Polykondensation beider Komponenten entsteht ein dünnflüssiges Harz, das durch Pressen und Spritzgiessen bei 150 O C unter weiterer Wasserab- spaltung zu vernetzten, harten Duroplast führt. UF-Harze haben u.a. grosse Bedeutung als Lackharze, Leim und Klebstoffe, Isolierstoffe, Schichtpressstoffe und Hartschaumstoffe erlangt.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Ungesättigter Polyester (UP)

Durch ungesättigte Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen in der Polymerkette gekennzeichnete Polyester, die mit einem Monomer oder Prepolymer vernetzt werden.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

V

Verstärkter Kunststoff

Kunststoff mit eingebetteten hochfesten Fasern, um gegenüber dem Basisharz oder dem Thermoplast stark erhöhte Festigkeitseigenschaften zu erhalten.

Quelle: EMS-CHEMIE AG

Vulkanisation

Die Vulkanisation ist ein 1839 von Charles Goodyear entwickeltes chemisch-technisches Verfahren, bei dem Kautschuk unter Einfluss von Zeit, Temperatur und Druck gegen atmosphärische und chemische Einflüsse sowie gegen mechanische Beanspruchung widerstandsfähig gemacht wird.

Verfahren
Zur Vulkanisation wird eine Kautschukmischung, bestehend aus Rohkautschuk, Schwefel oder schwefelspendenden Stoffen wie z. B. Dischwefeldichlorid (S2Cl2), Katalysatoren (zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit werden z. B. 2-Mercaptobenzothiazol oder Tetramethylthiuramdisulfid sowie Zinkoxid und Fettsäuren verwendet)und Füllstoffen erhitzt. Vulkanisiert wird heutzutage meist mit 1,8 bis 2,5 % Schwefel und einer Temperatur von 120 bis 160 °C. Dabei werden die langkettigen Kautschukmoleküle durch Schwefelbrücken vernetzt. Hierdurch gehen die plastischen Eigenschaften des Kautschuks bzw. der Kautschukmischung verloren, der Stoff wird mittels des Verfahrens der Vulkanisation vom plastischen in einen elastischen Zustand überführt.

Der bei diesem Verfahren entstehende Gummi hat gegenüber dem Ausgangsprodukt dauerelastische Eigenschaften, kehrt bei mechanischer Beanspruchung jeweils wieder in seine Ursprungslage zurück, hat eine höhere Reißfestigkeit, Dehnung und Beständigkeit gegenüber Alterung und Witterungseinflüssen.

Die Elastizität des Gummiwerkstoffs ist abhängig von der Anzahl der Schwefelbrücken. Je mehr Schwefelbrücken vorhanden sind, desto härter ist der Gummi. Die Anzahl der Schwefelbrücken ist wiederum abhängig von der zugesetzten Schwefelmenge und der Dauer der Vulkanisation.

Bei Alterung des Gummis werden die Schwefelbrücken durch Sauerstoffbrücken ersetzt; der Gummi wird brüchig und porös.

Neben der klassischen Schwefelvulkanisation erfolgt die Vernetzung von Kautschuken häufig auch mittels Peroxiden, Metalloxiden oder energiereicher Strahlung. Da die Vulkanisation mit Schwefel die Anwesenheit von Doppelbindungen erfordert, kommen besonders bei Kautschuken, die keine Doppelbindungen enthalten (z. B. EPM, EVA), diese Verfahren zum Einsatz. Metalloxide kommen u. a. bei der Vernetzung von Chloropren-Kautschuk zum Einsatz. Verbindungen wie Dibutylamin beschleunigen die Vulkanisation. Der Verlauf der Vulkanisation kann mit einem Prüf- bzw. Messgerät, dem Vulkameter oder auch einem einfachen Rheometer, gemessen und graphisch dokumentiert werden.

Die Vulkanisation von Chloropren-Kautschuk bzw. Neopren (CR-Kautschuk) erfolgt unter Verwendung von Metalloxiden (insbesondere MgO und ZnO, manchmal auch PbO). Darüber hinaus wird aufgrund anderer Verarbeitungsfaktoren (hauptsächlich ‚Scorch‘ oder ‚Versengen‘, wobei dies die vorzeitige Vernetzung von Kautschuken aufgrund des Einflusses von Wärme ist) die Auswahl von Beschleunigern durch andere Parameter geregelt. Die meisten herkömmlich verwendeten Beschleuniger sind problematisch, wenn CR-Kautschuke gehärtet werden. Als wichtigster Beschleuniger wird dafür Ethylenthioharnstoff (ETU) eingesetzt. Diese Substanz ist zwar ein hervorragender und bewährter Katalysator für Polychloropren, aber sie ist als fortpflanzungsgefährdend eingestuft. Die Europäische Gummiindustrie hat das Forschungsprojekt SafeRubber[4] gestartet, um eine sicherere Alternative zur Verwendung von ETU zu entwickeln.

Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Nitrilkautschuk (NBR) können auch rein thermisch vulkanisiert werden (Thermovulkanisation).

Quelle; Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Vulkanisation

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