Inhaltsverzeichnis. 3 Der makromolekulare Aufbau der Kunststoffe Bindungskräfte und Aufbau von Polymerwerkstoffen 27

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1 1 Entwicklung und wirtschaftliche Bedeutung der Kunststoffe l 2 Hervorstechende Eigenschaften der Kunststoffe im Vergleich mit anderen Werkstoffen Einteilung der Kunststoffe Bezeichnung der Kunststoffe 13 3 Der makromolekulare Aufbau der Kunststoffe Bildung von Makromolekülen Einführende Darstellung im Aufbau und Eigenschaften Herstellung von Polymeren Thermoplaste Elastomere und Duroplaste Copolymerisate und Pfropfpolymerisate Ablauf der Bildungsreaktion 24 4 Bindungskräfte und Aufbau von Polymerwerkstoffen Hauptvalenzbindungen Zwischenmolekulare Kräfte (Nebenvalenzkräfte) Disperionskräfte Dipolkräfte Wasserstoffbrücken Ionenbindung Kräfte der Nebenvalenzbindungen Das Polymermolekül Molekülordnung Sterische Ordnung Taktizität Stellung der Doppelbindung in der Kette Verzweigungen (Molekülgestalt) Helix-Konformation Einfluß der Molekülgestalt Kristallisation Molekülgröße Messung der Molmasse Messung des Vernetzungsgrades Einlagerung von Fremdatomen Copolymerisation (Einbau in die Kette) Polymergemische 52 5 Verhalten in der Schmelze Fließeigenschaften Das Verhalten von Kunststoffschmelzen beim Scherfließen (phänomenologische Beschreibung) Der Schmelzindex Das Scherfließverhalten in stationärer Strömung als Funktion der Schergeschwindigkeit 56

2 VIII Inhaltsverzeichnis Erklärung des FliebVerhaltens mit der Theorie des freien Volumens und praktische Nutzanwendung Die repräsentative Schergeschwindigkeit Gefüllte Schmelzen Erwärmung infolge des Scherfließens Scherfließen - Anlaufen einer Strömung (instationäres Fließen) Vergleich des praktischen Verhaltens einiger Polymerschmelzen beim stationären Scherfließen Das Streckfließen (Dehnviskosität) Stationäres Dehnen Anlaufen einer Dehnströmung (instationäres Dehnen) Elastisches Verhalten von Schmelzen Erklärung des Deformationsverhaltens anhand mechanischer Modelle Die Relaxation als thermodynamische Reaktion Orientierung Halbwertszeiten der Relaxation Strangaufweitung Schmelzbruch Verhalten von Schmelzen unter langzeitiger Einwirkung von Wärme und Scherung Abkühlen aus der Schmelze und fester Zustand Abkühlen der Schmelzen von Thermoplasten Thermodynamischer Zustand Morphologische Struktur Kristallisation Kristallbildung, energetische Bedingung Thermische und athermische Keimbildung Homogene und heterogene Keimbildung Primär-, Sekundär- und Tertiärkeimbildung Keimbildung durch Nukleierung Kristallit-und Sphärolithbildung Berechnung der Kristallisationsgeschwindigkeit Andere Kristallitformen Gefügebeobachtung Verbindung an Struktur-und Phasengrenzen im Innern von Polymeren Elastisches Verhalten fester Kunststoffe Theorie des elastischen Verhaltens Viskoelastisches Verhalten Linear-und viskoelastisches Verhalten Bestimmung des Elastizitätsmoduls viskoelastischer Kunststoffe Der Torsionsschwingungsversuch Der Zeitstandzugversuch Der Kurzzeitzugversuch Die Zustandsbereiche im mechanischen (elastischen) Verhalten von Kunststoffen Amorphe Thermoplaste Teilkristalline Thermoplaste Versteckte Thermoplaste Vernetzte Polymere (Duroplaste und Elastomere) Nebenvalenzgele Gefüllte und verstärkte Kunststoffe Rohstoffe und Herstellung Die mechanischen Eigenschaften von gefüllten Kunststoffen Zusammenfassende Darstellung der Werkstoffzustände bei Hochpolymeren 140

3 IX 7 Die mechanische Tragfähigkeit von Kunststoffteilen (Kunststoffteile unter mechanischer Belastung, Verhalten und Dimensionieren) Allgemeines Das Verhalten von (unverstärkten) Kunststoffen unter Dehndeformation Homogene, isotrope oder mit harten Füllstoffpartikeln gefüllte Kunststoffe im linearviskoelastischem Bereich Homogene, isotrope oder mit harten Füllstoffpartikeln gefüllte Kunststoffe im Dehnbereich oberhalb der Linearitätsgrenze bis zum Bruch Kunststoffe mit eingelagerten weichen Füllstoffen Festigkeitsrechnung gegen Überschreiten des linear-viskoelastischen Bereiches Statische Kurz- und Langzeitbelastung Kennwerte Rechnung Festigkeitsrechnung gegen Bruch unter Dehndeformationen (Zugspannungen) Statische Belastung Kennwerte für statische Belastungen Festigkeitsrechnung gegen Bruch Versagen unter dynamischer (Schwing-)Beanspruchung im Dehnbereich Festigkeitsberechnung gegen schwingende Belastung mit Dehndeformationen Versagen unter Stoß Festigkeitsrechnung gegen Stoß Praktische Stoßprüfung Die Tragfähigkeit von langfaserverstärkten Kunststoffen Faserarten, Herstellung Der Mechanismus der Tragfähigkeit Verhalten von Kunststoffbauteilen bei Druckspannungen (Schalen, Platten, Stäbe) Reibung und Verschleiß Reibung Verschleiß Thermische Eigenschaften Stoffwerte Wärmeleitfähigkeit Wärmeübergang Die spezifische Wärme Dichte Wärmeausdehnung Temperaturleitzahl und Wärmeeindringzahl Glastemperatur (Einfriertemperatur) Die Messung kalorischer Daten Thermische Zersetzung von Kunststoffen Wärmeformbeständigkeit Die Vicat-Temperatur Die Heat-Distortion-Temperatur Die Thermoanalyse Die Differential-Thermoanalyse (DTA) Differential-Scanning - Calorimetrie (DSC) Thermomechanische Analyse (TMA) Thermische Ausdehnung (Dilatometrie) Penetration Thermogravimetrie (TGA) 195

4 X Inhaltsverzeichnis 9 Eelektrische Eigenschaften Dielektrisches Verhalten Dielektrizitätszahl Erklärung der Polarisation Dielektrische Verlustzahl Praktischer Einsatz Elektrisch-mechanische Analogie Elektrische Leitfähigkeit Elektrischerwiderstand Physikalische Ursachen der Volumenleitfähigkeit Elektrischer Durchschlag Die elektrostatische Aufladung Magnetische Eigenschaften Magnetisierbarkeit Magnetische Resonanz Optische Eigenschaften Allgemeines Wellenlängenabhängigkeit der Brechnungszahl (Dispersion des Lichtes) Durchlässigkeit (Transmission) und Absorption Doppelbrechung Reflexion, Glanz Farbmessung Lichtstreuung in Mehrphasenkunststoffen Messung der Temperatur von Kunststoffoberflächen Akustisches Verhalten Grundlagen Schalldämmung und Schalldämpfung Schalldämmung (Schallreflexion) Schalldämpfung (Schallabsorption) Lösungen und Mischungen Polymerlösungen Polymergemische Oberflächenspannung (Oberflächenenergie) Stofftransportvorgänge (Sorption, Diffusion, Desorption und Permeation) Einführung Löslichkeit von Gasen und Dämpfen in Polymerwerkstoffen Diffusion von Gasen in Polymerwerkstoffen Permeation von Gasen und Dämpfen durch Kunststoffe 13.5 Diffusion von Flüssigkeiten durch Kunststoffe Das mechanische Tragverhalten unter physikalischer Einwirkung von spannungsrißerzeugenden Umgebungsmedien Der chemische Abbau von Polymeren Thermodynamik von Abbaureaktionen Abbaumechanismen Einwirkungen von Chemikalien Allgemeines 262

5 XI Beständigkeit gegen Chemikalieneinwirkung Zersetzungsmechanismen bei PVC Stabilisierung Stabilisierung von PVC Wirkung elektromagnetischer Korpuskularstrahlung Lichteinwirkung Andere Strahlungsformen Änderung der Struktur und der Eigenschaften Witterungseinflüsse Biologische Einwirkung Thermischer Abbau Brennbarkeit 272 (4.6.2 Verbesserung des Brandverhaltens Physiologische Wirkung (Wirkung auf den Menschen) Weiterführende Literatur Leichtverständliche Einführung in die Kunststofftechnik Sammelwerke, Lehr-, und Fachbücher Kunststofftechnische Wörterbücher und Lexika Normen, Richtlinien, Merkblätter Dissertationen der RWTH-Aachen 278 Literatur 279 Stichwortverzeichnis 281 Anlage A1: Vom Schmelzindex zur Viskositätsfunktion Falttafel