Technologie der Kunststoffe E-Book

Christian Hopmann

• Herausgeber: Hanser, Carl
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2015

Seitenzahl: 178

Beschreibung

Das vorliegende Lern- und Arbeitsbuch führt in die Welt der Kunststoffe ein. Es informiert auf leicht verständliche Weise über das gesamte Themengebiet der Kunststoffe, von den chemischen Grundlagen über die Verarbeitungsverfahren bis hin zur Abfallproblematik und der Frage des Recyclings von Kunststoffen.Leitfragen zu Beginn jeder Lektion helfen dem Leser, diese gezielt zu bearbeiten; Erfolgskontrollen am Ende jeder Lektion ermöglichen eine Überprüfung des Gelernten. Durch die didaktisch-methodische Konzeption des Buches wird ein selbstgeregeltes Lernen ermöglicht, wodurch das Buch den Anforderungen einer modernen Berufsausbildung gerecht wird.Das Buch wurde mit den letzten Auflagen sowie der hier vorliegenden 4. Auflage fachlich, technisch sowie didaktisch neu überarbeitet.

Leseprobe

Christian HopmannWalter Michaeli Helmut Greif Leo Wolters

Technologie der Kunststoffe

Lern- und Arbeitsbuch für die Aus- und Weiterbildung

4., aktualisierte Auflage

Die Autoren:

Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann, Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), Aachen

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Walter Michaeli, ehemals Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), Aachen

Dr. Helmut Greif M. A., AGIT GmbH, Aachen

Dipl.-Ing. Leo Wolters, Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), Aachen

Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autoren und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen – oder Teilen davon – entsteht.

Ebenso übernehmen Autoren und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen­ und Markenschutz­Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) – auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung – reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.

© 2015 Carl Hanser Verlag Münchenwww.hanser-fachbuch.de

Lektorat: Ulrike WittmannHerstellung: Der Buchmacher, Arthur Lenner, München Umschlagdesign: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk

ISBN 978-3-446-44233-7 E-Book ISBN 978-3-446-44817-9

Verwendete Schriften: SourceSansPro und SourceCodePro (Lizenz) CSS-Version: 1.0

Inhalt

Titelei

Impressum

Inhalt

Vorwort

Arbeiten mit dem Lern- und Arbeitsbuch

Einführung

Lektionen

Leitfragen

Vorwissen

Themenkreis

Erfolgskontrollen

Beispiel: „Optische Datenträger“ (CD, CD-ROM, DVD, Blue-Ray-Disk)

Kunststoff ‒ ein künstlicher Stoff?

Kunststoffe ‒ Teil unseres Alltags

Kunststoffe ‒ vielseitige Werkstoffe

Kunststoffe ‒ junge Werkstoffe

1 Grundlagen der Kunststoffe

1.1 Was sind „Kunststoffe“?

1.2 Woraus macht man Kunststoffe?

1.3 Wie teilt man Kunststoffe ein?

1.4 Wie werden Kunststoffe bezeichnet?

1.5 Welche physikalischen Eigenschaften haben Kunststoffe?

Kunststoffe sind leicht

Kunststoffe lassen sich leicht verarbeiten

Kunststoffe lassen sich gezielt in ihren Eigenschaften optimieren

Kunststoffe haben eine niedrige Leitfähigkeit

Kunststoffe sind beständig gegen viele Chemikalien

Kunststoffe sind durchlässig

Kunststoffe sind wiederverwertbar

Weitere Eigenschaften von Kunststoffen

Erfolgskontrolle zur Lektion 1

2 Rohstoffe und Polymersynthese

2.1 Rohstoffe für Kunststoffe

2.2 Monomere und Polymere

2.3 Synthese des Polyethylens

Erfolgskontrolle zur Lektion 2

3 Lektion: Polymersyntheseverfahren

3.1 Polymerisation

Doppelbindung im Monomer

Bildung der Makromoleküle

Copolymerisation

3.2 Polykondensation

3.3 Polyaddition

Erfolgskontrolle zur Lektion 3

4 Lektion: Bindungskräfte in Polymeren

4.1 Bindungskräfte innerhalb von Molekülen

4.2 Zwischenmolekulare Bindungskräfte

4.3 Einfluss der Temperatur

Erfolgskontrolle zur Lektion 4

5 Einteilung der Kunststoffe

5.1 Bezeichnung der Kunststoffgruppen

5.2 Thermoplaste

Amorphe Thermoplaste

Teilkristalline Thermoplaste

5.3 Vernetzte Kunststoffe (Elastomere und Duroplaste)

Elastomere

Thermoplastische Elastomere (TPE)

Duroplaste

5.4 Be- und Verarbeitungsverfahren

5.5 Formgebungsverfahren thermoplastischer Kunststoffe

Erfolgskontrolle zur Lektion 5

6 Lektion: Formänderungsverhalten von Kunststoffen

6.1 Verhalten von Thermoplasten

6.2 Amorphe Thermoplaste

6.3 Teilkristalline Thermoplaste

6.4 Verhalten von vernetzten Kunststoffen

Erfolgskontrollen zur Lektion 6

7 Zeitabhängiges Verhalten von Kunststoffen

7.1 Verhalten von Kunststoffen unter Last

7.2 Einfluss der Zeit auf das mechanische Verhalten

7.3 Rückstellverhalten von Kunststoffen

7.4 Temperatur- und Zeitabhängigkeit von Kunststoffen

Erfolgskontrolle zur Lektion 7

8 Physikalische Eigenschaften

8.1 Dichte

8.2 Wärmeleitfähigkeit

8.3 Elektrische Leitfähigkeit

8.4 Lichtdurchlässigkeit

8.5 Materialkennwerte von Kunststoffen

Erfolgskontrolle zur Lektion 8

9 Lektion: Grundlagen der Rheologie

9.1 Rheologie

Schubspannung

Schergeschwindigkeit

Viskosität

9.2 Fließ- und Viskositätskurven

9.3 Fließverhalten von Kunststoffschmelzen

Newtonsche und nicht-newtonsche Flüssigkeiten

Strukturviskose Flüssigkeiten

9.4 Schmelzeindex

Erfolgskontrolle zur Lektion 9

10 Lektion: Aufbereitung von Kunststoffen

10.1 Überblick

10.2 Zusatzstoffe und Dosieren

Zusatzstoffe (Additive)

Dosieren

10.3 Mischen

Kaltmischen

Heißmischen

10.4 Plastifizieren

10.5 Granulieren

10.6 Zerkleinern

Erfolgskontrolle zur Lektion 10

11 Lektion: Extrusion

11.1 Grundlagen

11.2 Extrusionsanlagen

Der Extruder

Trichter

Schnecke

Zylinder

Temperiersystem

Verarbeitete Materialien

Arbeitsprinzip des Extruders

Werkzeuge

Verdränger- oder Dornhalterwerkzeuge

Breitschlitzverteilerwerkzeuge

Nachfolgeeinrichtungen

11.3 Coextrusion

11.4 Extrusionsblasformen

Erfolgskontrolle zur Lektion 11

12 Lektion: Spritzgießen

12.1 Grundlagen

12.2 Spritzgießmaschine

Spritzeinheit

Schließeinheit

Maschinenbett und Schaltschrank

12.3 Werkzeug

Entformungssystem

Angusssystem

12.4 Verfahrensablauf

Dosieren

Einspritzen

Fließvorgänge im Werkzeug

Abkühlvorgang

12.5 Weitere Spritzgießverfahren

Fluidinjektionstechnik

Spritzgießen von Duroplasten und Elastomeren

Erfolgskontrolle zur Lektion 12

13 Lektion: Faserverstärkte Kunststoffe (FVK)

13.1 Werkstoffe

13.2 Verfahrensablauf

13.3 Handwerkliche Verarbeitungsverfahren

Handlaminieren

13.4 Maschinelle Verarbeitungsverfahren

Faser-Harzspritzen

Wickeln

Pressen

Pultrusion

Erfolgskontrolle zur Lektion 13

14 Lektion: Kunststoffschaumstoffe

14.1 Beschaffenheit von Schaumstoffen

Grundlagen

Kunststoffe zum Verschäumen

Härte von Schaumstoffen

14.2 Herstellung von Schaumstoffen

Grundlagen

Technische Ausführungen

Niederdruckverfahren

Hochdruckverfahren

Erfolgskontrolle zur Lektion 14

15 Lektion: Thermoformen

15.1 Grundlagen

15.2 Verfahrensschritte

15.3 Technische Anlagen

Erfolgskontrolle zur Lektion 15

16 Lektion: Schweißen von Kunststoffen

16.1 Grundlagen

16.2 Verfahrensschritte

16.3 Schweißverfahren

Heizelementschweißen

Heizelementstumpfschweißen

Wärmeimpulsschweißen

Warmgasschweißen

Reibschweißen

Rotationsreibschweißen

Ultraschallschweißen

Laserstrahlschweißverfahren

Erfolgskontrolle zur Lektion 16

17 Lektion: Mechanische Bearbeitung von Kunststoffen

17.1 Grundlagen

17.2 Technische Verfahren

17.2.1 Sägen

17.2.2 Fräsen

17.2.3 Bohren

17.2.4 Drehen

17.2.5 Schleifen und Polieren

Erfolgskontrolle zur Lektion 17

18 Kleben von Kunststoffen

18.1 Grundlagen

18.2 Einteilung der Klebstoffe

18.2.1 Physikalisch abbindende Klebstoffe

18.2.2 Chemisch abbindende Klebstoffe (Reaktionsklebstoffe)

18.3 Die Ausführung der Klebung

Herstellung passender Fügeflächen

Reinigen und Entfetten der Fügeflächen

Vorbehandlung der Fügeflächen

Auftragen des Klebstoffs

Abwarten bis der Klebstoff verbindungsfähig ist

Fügen und Fixieren der zu verklebenden Teile

Aushärten des Klebstoffs

Entfernung der Fixierung von den geklebten Teilen

18.4 Erfolgskontrolle zur Lektion18

19 Lektion: Kunststoffabfälle

19.1 Kunststoffabfälle und deren Wiederverwendung

19.2 Kunststoffe in Produktion und Verarbeitung

19.3 Kunststoffprodukte und ihre Lebensdauer

19.4 Abfallvermeidung und Abfallverwertung

Erfolgskontrolle zur Lektion 19

20 Lektion: Recycling von Kunststoffen

20.1 Wiederverwertung von Kunststoffabfällen

20.2 Werkstoffliches Recycling

20.3 Rohstoffliches Recycling

20.4 Energetische Verwertung

Erfolgskontrolle zur Lektion 20

21 Qualifizierung in der Kunststoffverarbeitung

21.1 Kunststoffausbildung in der Industrie

Kunststoffberufe

21.2 Kunststoffausbildung im Handwerk

22 Weiterführende Literatur

23 Glossar

24 Lösungen

Antworten zu den Erfolgskontrollen

Vorwort

Wir freuen uns, dass Sie sich für den Kauf dieses Buches entschieden haben, welches mit dieser Auflage gleichzeitig auch neu als E-Book auf dem Markt erschienen ist.

Die Basis dieses Buches entstand vor etwas mehr als 40 Jahren im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojektes mit dem Ziel nach geeigneten Methoden der Wissensvermittlung am Beispiel der Kunststofftechnologie zu suchen und diese zu entwickeln. Im Jahre 1976 erschien eine erste Auflage als Lernprogramm Technologie der Kunststoffe, welches vom Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen unter der Beteiligung des Instituts für Erziehungswissenschaft der RWTH Aachen gemeinsam entwickelt wurde.

Die Herausgeber waren Prof. Georg Menges (Leiter des Instituts für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen), Prof. Johannes Zielinski (Direktor des Instituts für Erziehungswissenschaft der RWTH Aachen) sowie Ulrich Porath als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Kunststoffverarbeitung.

Das Vorwort der ersten Auflage im Jahre 1976 begann mit der Aussage:

„Kunststoffe sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Wir nehmen diesen Werkstoff ganz selbstverständlich zur Hand, ohne uns mit ihm näher auseinandergesetzt zu haben….“

Diese Aussage gilt heute, nahezu 40 Jahre später umso mehr, da der Werkstoff Kunststoff in nahezu allen Lebensbereichen Anwendungsgebiete erschlossen hat und auch zukünftig weitere erschließen wird.

Die vorliegende überarbeitete Neuauflage des Lern- und Arbeitsbuches verfolgt nach wie vor das gleiche Ziel, dem Leser in die Welt der Kunststoffe einzuführen und die wesentlichen Grundlagen zum Werkstoff und zur Be- und Verarbeitung zu vermitteln. Das Buch wurde mit den letzten Auflagen sowie mit der hier vorliegenden Auflage fachlich, technisch sowie pädagogisch neu überarbeitet. An dieser Stelle sei allen, die an den Überarbeitungen der verschiedenen Auflagen mitgewirkt haben, Dr. Johannes Thim, Hans Kaufmann, Prof. Walter Michaeli sowie Franz-Josef Vossebürger herzlich gedankt.

Wir wünschen Ihnen viel Spaß beim Lernen und Arbeiten mit dieser neuen Auflage.

Die Autoren September, 2015

Arbeiten mit dem Lern- und Arbeitsbuch

Einführung

Das vorliegende Buch „Technologie der Kunststoffe“ führt in die Welt der Kunststoffe ein. Die Verwendung des Plurals „Kunststoffe“ statt der singulären Form „Kunststoff“ zeigt schon, dass wir es mit einer Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe zu tun haben, die sich in ihrem Verhalten unter Wärmeeinfluss oder in ihrer Verarbeitbarkeit deutlich voneinander unterscheiden können. Sie werden aber alle der Werkstoffklasse der Kunststoffe zugeordnet, weil sie synthetisch hergestellt sind, was so viel heißt wie neu zusammengesetzt und somit in dieser Form nicht in der Natur vorkommen.

Lektionen

Das Lernbuch „Technologie der Kunststoffe“ ist in Lerneinheiten unterteilt, die als Lektionen bezeichnet werden. Jede Lektion umfasst einen geschlossenen Themenkreis. Die einzelnen Lektionen sind etwa gleich lang und sind so angelegt, dass sie vom Lernenden in einer Lernsequenz bearbeitet werden können.

Leitfragen

Die Leitfragen zu Beginn einer jeden Lektion sollen dem Lernenden helfen, mit bestimmten Fragen an den Lernstoff heranzugehen, die er, nachdem er die Lektion durchgearbeitet hat, beantworten kann.

Vorwissen

Die Lektionen müssen nicht in einer bestimmten Reihenfolge bearbeitet werden. Jeder Lektion ist deshalb eine Info zugeordnet, aus dem hervorgeht, welche Lektionen oder Inhalte zum Verstehen der vorliegenden Lektion wichtig sind.

Themenkreis

Die Lektionen lassen sich jeweils übergeordneten Themenbereichen zuordnen. Zu Beginn einer jeden Lektion ist deshalb vermerkt, zu welchem Themenkreis die vorliegende Lektion gehört.

Erfolgskontrollen

Die Erfolgskontrollen am Ende eines jeden Kapitels dienen dazu, das erarbeitete Wissen zu überprüfen. Von der vorgegebenen Antwortauswahl ist die richtige Antwort auszuwählen und in den im Text vorgesehenen Freiraum einzutragen. Die Richtigkeit der Antworten kann mit Hilfe der Lösungen, die am Ende des Buches zu finden sind, überprüft werden. Falls die ausgewählte Antwort falsch war, sollte der entsprechende Sachverhalt ein weiteres Mal durchgearbeitet werden.

Beispiel: „Optische Datenträger“ (CD, CD-ROM, DVD, Blue-Ray-Disk)

Um das Verständnis für Kunststoffe zu erhöhen und das Denken in Zusammenhängen zu verbessern, wurde als Beispiel ein Formteil aus Kunststoff ausgewählt, das sich in vielen Lektionen des Buches wiederfindet. An diesem Produkt wird gezeigt, warum zum Beispiel ein bestimmter Kunststoff zur Herstellung von „Optischen Datenträgern“, wie etwa die CD besonders gut geeignet ist und auch gefragt, ob sich dieser Kunststoff wiederverwerten lässt.

Zusätzliche Informationen: Literatur, Glossar, Berufsbild. Der Anhang liefert für den interessierten Leser ergänzendes Material zu den Kunststoffen. Anhand der ausgewählten Literaturliste kann er sich über weiterführende Fachliteratur informieren. Das Glossar soll zu einem einheitlichen Verständnis der verwendeten Begriffe beitragen, und es kann als eine Art Kurz-Lexikon verwendet werden. Die Informationen zum Berufsbild der/des „Verfahrensmechaniker/Verfahrensmechanikerin für Kunststoff- und Kautschuktechnik“ sowie Werkstoffprüfer/Werkstoffprüferin Fachrichtung Kunststoff bieten die Möglichkeit, sich genauer über die Aufgaben dieser Kunststoffberufe und die unterschiedlichen Fachrichtungen sowie über die Weiterbildungsmöglichkeiten und Aufstiegschancen in diesem Berufsbereich zu informieren.

Kunststoff ‒ ein künstlicher Stoff?

1Grundlagen der Kunststoffe