Einführung und Grundlagen

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1 Christian Bonten Kunststofftechnik Einführung und Grundlagen HANSER

2 Inhalt Vorwort Der Autor: Prof. Christian Bonten Hinweise zur Benutzung des Buches V vii vm 1 Einleitung Kunststoff - Werkstoff der Moderne Einsatzgebiete von Kunststoffen, Kunststoffe und Design 8 2 Grundlagen Von Monomer zu Polymer Herkunft der Monomere Polymersynthese, Polymerisation Copolymerisation (Sonderform der Polymerisation) Polykondensation Polyaddition Die Molmasse von Polymeren Bindungskräfte und Brown'sche Molekularbewegung Innermolekulare chemische Bindungen Intermolekulare physikalische Bindungen Brown'sche Molekularbewegung - Beweglichkeit der Polymerketten Mechanismen der Erstarrung und Unterteilung der Polymere Primärstruktur von Polymeren: Konstitution und Konfiguration Sekundär- und Tertiärstrukturen von Polymeren: Konformation Amorphe Strukturen Kristalline Strukturen Einfluss der Primärstruktur Überstrukturen Polymere - Rohstoff nicht nur für Kunststoffe Grundlagen der Kraftübertragung Wichtige Begriffe Festigkeit 46

3 Steifigkeit Zähigkeit Spannungs-Dehnungs-Diagramme Zustandsbereiche von Kunststoffen Glasübergangstemperatur T g Kristallitschmelztemperatur T m Zustandsbereiche vernetzter Polymere Mechanische Ersatzmodeile Kunststoff und Kunststofftechnik - Begriffsbestimmung 57 3 Kunststoff-Werkstofftechnik Verhalten in der Schmelze - Fließeigenschaften und deren Messung Strömungsmechanische Grundlagen Einflüsse auf das Fließverhaiten Das Konzept der repräsentativen Viskosität 76 ^3.1.4 Dehnung von Schmelze Strangaufweitung und Schrumpf Rheometrie - die Messung der Fließeigenschaften Die Messung des Schmelzeindex MFI Das Hochdruck-Kapillarrheometer Rotationsrheometer Dehnrheometer Verhalten als Festkörper - Festkörpereigenschaften und deren Messung Mechanische Eigenschaften von Kunststoffen Der Zugversuch r Der Schnellzerreißversuch Zeit- und Temperatureinfluss auf das mechanische Verhalten Der Zeitstandversuch Der Schwingversuch Der Biegeversuch \ Physikalische Eigenschaften Elektrische Eigenschaften Magnetische Eigenschaften Optische Eigenschaften Akustische Eigenschaften Werte für den Wärme-und Stoffaustausch Spezifische Enthalpie h Spezifische Wärmekapazität c p Dichte p Wärmeleitfähigkeit A Wärmeausdehnungskoeffizient a Temperaturleitfähigkeit a Wärmeeindringzahl b Stofftransport Beeinflussung der Eigenschaften durch Zusatzstoffe Verstärkungsstoffe - Aktive Zusatzstoffe Die Fasern und das Prinzip der Verstärkung 139

4 Die Aufgaben der Matrix Kraftübertragung des Faserkunststoffverbunds Defekte in Faserkunststoffverbunden Nanopartikel als aktive Zusatzstoffe Funktions-Zusatzstoffe - Additive Fließhilfsmittel Weichmacher Zumischung anderer Polymere - Bildung von Polymerblends Schlagzähmodifizierer Keimbildner (Nukleierungsmittel) Haftvermittler Füllstoffe - Inaktive Zusatzstoffe Von Polymer zu Kunststoff - Einführung in die Kunststoff-Aufbereitung Der Doppelschneckenextruder Verfahrenstechnik Charakteristische Kennwerte 165 ' Zusatzaggregate Prozess, Struktur, Eigenschaften - Beeinflussung im Verarbeitungsprozess Eigenspannungen Orientierung von Makromolekülen Orientierung von Fasern Kristallisation Bildung einer Makrostruktur: Schäumen von Kunststoffen ' Veränderungen mit der Zeit - Einblick in die Alterung von Kunststoffen Alterungsursachen Alterungsvorgänge Mechanische Alterungsmechanismen Physikalische Alterungsmechanismen Chemische Alterungsmechanismen Wirkweise von Alterungstabilisatoren Alterungserscheinungen Charakterisierung des Alterungsfortschritts Kurzdarstellung einiger wichtiger Kunststoffe Kunststoff-Verarbeitungstechnik Extrusion Extruderschnecke und Zylinder, Der Hochleistungsextruder Helibar Rohr-und Profilextrusion Platten-und Flachfolienextrusion Blasfolien-und Schlauchextrusion Extrusions-Blasformen Co-Extrusion Spritzgießen Der Spritzgießprozess Das Plastifizieraggregat 276

5 4.2.3 Die Schließeinheit mit Spritzgießwerkzeug Rheologische Auslegung Thermische Auslegung Einfluss des Spritzgießprozesses auf die Eigenschaften des Bauteils Vorstellung einiger Sonderverfahren Variotherme Werkzeugtemperierung Spritzprägen Thermoplastschaum-Spritzgießen Kaskaden-Spritzgießen Spritzgießcompoundieren Mehr-Komponenten-Verfahren Sandwich-Spritzgießen Fluidinjektionstechniken Hinterspritztechnik Spritzstreck-Blasformen Verarbeitung von vernetzenden Kunststoffen Pressen 303 v Transferpressen Spritzgießen Verarbeitung von Polyurethan Technologie der Faserkunststoffverbunde Handlaminieren und Faserspritzen Pressen von SMC und GMT Pultrusion von Endlosfasern Arbeiten mit Prepregs Harzinjektionsverfahren Dreidimensionale Faserkunststoffverbundstrukturen Weiterverarbeitung Thermoformen Mechanische Bearbeitung von Kunststoffen Schweißen Heizelementschweißen 334 ' Ultraschallschweißen Vibrationsreibschweißen ' 'Laserschweißen Kleben Fügen durch Schnappverbindungen, Schrauben und Nieten Beschichten von Kunststoffen Beschichtete Bauteile Beschichtungsverfahren Produktentwicklung mit Kunststoffen Kunststoffe als Konstruktionswerkstoffe Kunststoffspezifische Alleinstellungsmerkmale Werkstoffvorauswahl 363

6 5.2 Geometrische Unterteilung von Produkten Großflächige Produkte Gehäuseartige Produkte Behälterartige Produkte Komplexe Produkte Funktionsspezifische Produkte Bedeutung für die Wahl des Verarbeitungsverfahrens Konstruieren mit Kunststoffen Anforderungen an Produkte und Funktionen Nutzen der Gestaltungsfreiheit - Integration von Funktionselementen Nutzung der Gestaltungsfreiheit - Erhöhung des Flächenträgheitsmoments Werkstoffgerechtes Konstruieren Fertigungsgerechtes Konstruieren Beanspruchungsgerechtes Konstruieren Dimensionierung gegen eine zulässige Spannung Dimensionierung gegen eine kritische Dehnung 398 ^5.3.7 Lebensdauervorhersage Kurzzusammenfassung der kunststoffgerechten Konstruktion Nutzen von Prototypen in der Produktentwicklung Rapid Prototyping Stereolithographie (SLA) Selektives Lasersintern (SLS) Laminated Object Manufacturing Fused Deposition Modeling (FDM) D-Printing (3-D-P) Rapid Tooling Space Puzzle Molding Gießverfahren Lasersintern Wahl eines Prototypverfahrens Anforderungen an den Prototyp Protoypen für großflächige Produkte und für gehäuseartige Produkte Protoypen für behälterartige Produkte Protoypen für komplexe Produkte ^ Kunststoffe und Umwelt Kunststoffabfälle Sind Kunststoffe giftig? Biopolymere und Biokunststoffe Bioabbaubare Kunststoffe Biobasierte Kunststoffe Von Biopolymer zu Biokunststoff - Aufbereitung von Biopolymeren Ressourcenschonung mit Kunststoffen Der Brundtland-Bericht und das Kyoto-Protokoll 446

7 6.4.2 Ressourcenschonung mit Kunststoffen Regenerative Energieerzeugung mit Kunststoffen Fazit 455 A Empfehlungen zur Abfassung einer Bachelor-/Masterarbeit am IKT 459 A.l Unterschiedlicher Anspruch an eine Bachelor-, Master- und Doktorarbeit 459 A.2 Wissenschaftliche Methoden 460 A.2.1 Quellen-untersuchende Methoden 460 A.2.2 Theoretische Methoden 460 A.2.3 Empirische Methoden 461 A.3 Wissenschaftliche Arbeit 462 A.4 Bachelor- oder Masterarbeit 463 A.4.1 Zum Inhalt der Arbeit 463 A Zusammenfassung 463 A Einleitung 464 A Hauptteil 464 A Schlussbemerkungen 465 A Anhang 465 A.4.2 Zum Umfang der Arbeit 466 A.4.3 Zum Schreibstil der Arbeit 466 Index 469 \