3 Verarbeitung von Kunststoffen

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1 3 Verarbeitung von n Verarbeitung von n 3.1 Urformverfahren Urformen = Herstellen eines festen Körpers aus einer formlosen Rohmasse Extrudieren = Strangpressen Extruder oder Schneckenpressen pressen feste (oder flüssige) Rohmassen durch eine Öffnung geformt aus (ähnlich einem Fleischwolf), so daß kontinuierlich ein Profil entsteht. Hierzu werden die Rohmassen erwärmt und meist durch eine Schnecke verdichtet, gemischt gefördert. Anwendungsbeispiel: Fensterprofil Abb.: Schneckenpresse zur Rohrherstellung aus Granulat und Extrusionsblasen Ein Extruder presst die Rohmasse in eine Hohlform, durch das anschließende Einblasen von Luft entsteht ein Hohlkörper, der die innere Form der Hohlform angenommen hat. Anwendungsbeispiel: Schalenkoffer Abb.: Extrusionsblasen Kalandrieren Kalander sind beheizte Walzen, zwischen denen Folien aus Kunststoff breitgewalzt und anschließend gleich geglättet, geprägt oder bedruckt werden. Anwendungsbeispiel: Kunstleder Abb.: Vierwalzenkalander Spritzgießen Die Rohmasse wird erwärmt und durch einen Extruder in ein Werkstück gepreßt, das die negative Form des so gepreßten Formteils bildet. Anwendungsbeispiel: Küchengeschirr Abb.: Spritzgießen

2 3 Verarbeitung von n Schäumen Die flüssige Rohmasse wird mit Luft oder anderen Treibmitteln beaufschlagt, so daß diese beim erstarrten Kunststoff (meist Elastomer) als Bläschen festgehalten werden. Anwendungsbeispiele: Schaummatten Gießen Bei Gießverfahren arbeitet man mit flüssigen Kunststoff-Harzen (Duroplasten). Hauptsächlich werden (polymerisierende) Polyester(UP)- und (polyaddierende) Epoxidharze(EP)) verwendet. Diesen werden Füllstoffe zugemischt, um Verzug im Bauteil zu vermeiden, der beim Aushärtungsprozeß durch Volumenschrumpfung entstehen kann. Außerdem sind die Füllstoffe wesentlich preisgünstiger als die Harze. Zusätzlich werden oft Härter zugemischt. Die vermischten Stoffe werden in Formen gegossen und erstarren dann bei Umgebungstemperaturen oder im Ofen. Anwendungsbeispiele: insbesondere im Bereich der Elektrotechnik bei der Herstellung von Isolatoren oder Transformatoren, beim Tränken von Spulenkörpern oder beim Imprägnieren von Wicklungen. Den pulvrigen Kunststoffharzen (Formmassen) werden 40 bis 60% organische oder anorganische Füllstoffe zugefügt. Holz, Gestein, Glasmehl, Zellulose u.a. werden als pulvrige, förnige, schuppige oder faserige Zuschläge beigemischt. Diese Zuschläge sind zum einen billiger als die Harzkomponente, zum anderen verringern sie die Härtezeiten und Aushärtungsschrumpfung, bewirken eine Erhöhung von Steifigkeit, Festigkit und Zähigkeit. Pressen Das Pressen ist das typische Verarbeitungsverfahren für duroplastische Formmassen, vergleichbar dem Spritzgießen thermoplastischer Formmassen. Hierbei werden aus Preis- und Verarbeitngsgründen vorwiegend die (mit Formaldehyd polykondensierenden) Phenol(PF)-, Harnstoff(UF)- und Melamin(MF)harze verwendet. Den pulvrigen Kunststoffharzen (Formmassen) werden 40 bis 60% organische oder anorganische Füllstoffe zugefügt. Holz, Gestein, Glasmehl, Zellulose u.a. werden als pulvrige, förnige, schuppige oder faserige Zuschläge beigemischt. Diese Zuschläge sind zum einen billiger als die Harzkomponente, zum anderen verringern sie die Härtezeiten und Aushärtungsschrumpfung. Zudem bewirken sie eine Erhöhung von Steifigkeit, Festigkit und Zähigkeit. Teilweise werden dieser Preßmasse aus Harz- und Füllstoffkomponenten noch spezielle Zusätze beigemischt. Bei Temperaturen zwischen 140 und 180 C und Drücken zwischen 140 und 1000 bar wird die Preßmasse in eine Hohlform gepreßt. Anwendungsbeispiel: technische/dekorative Schichtpreßstoffe (Preßspanplatten), mechanisch/thermisch belastete Formteile/Gehäuse, Gebrauchsgegenstände wie Gehäuse von Küchenmaschinen, Kunststeine an der Fassade Elektroteile

3 3 Verarbeitung von n Handlaminieren und -wickeln Verbundwerkstoffe werden aus einem Kunststoff (Thermoplast oder öfters Duroplast) und einem Verstärkungsmaterial (Fasern aus Glas, Kohlenstoff (Carbon) oder Aramid (Kunststoff)) hergestellt. Den Kunststoff im flüssigen, nicht ausgehärteten Zustand bezeichnet man dabei als Harz. Faserverstärkte werden bei der Herstellung einzelner, großflächiger und/oder komplex gestalteter Formteile von Hand laminiert. Anwendungsbeispiele: Boots- und Schiffskörper, Gehäuse Abb.: Handlaminieren Größere Hohlkörper werden meist durch Umwickeln eines Kerns mit harzgetränkten Fasern hergestellt. Anwendungsbeispiele: Rohre, Behälter, Silos, Tanks Abb.: Handwickeln Maschinelles Wickeln Beim Wickelverfahren werden die zuvor mit Harz getränkten Faserstränge (Rovings) auf einen sich drehenden Kern gewickelt. Die Vorrichtung zur Führung der Fasern (Fadenauge) wird dabei waagerecht verfahren. Durch die gute Automatisierung und Reproduzierbarkeit eignet sich dieses Verfahren für kompliziertere Bauteile und bei größeren Stückzahlen. Anwendungsbeispiele: Rohre, Druckbehälter Abb.: Maschinelles Wickeln

4 3 Verarbeitung von n Faser-Harzspritzen Beim Faser-Harzspritzen werden die Fasern (Rovings) geschnitten und mit Druckluft auf eine Form geblasen. Gleichzeitig werden das Harz (flüssiger Kunststoff) und die erforderlichen Komponenten (wie Härter und Beschleuniger) auf die Form gespritzt. Das Verfahren wird in gasdichten Kabinen mit Robotern und teilweise auch manuell eingesetzt. Häufig werden dabei umweltschädliche Dämpfe (z.b. Styrolgase) freigesetzt. Anwendungsbeispiele: Unterseite von Duschtassen und Badewannen Abb.: Faser-Harzspritzen Wirbelsintern Mit diesem Verfahren erhält man einen Oberflächenschutz insbesondere bei Metallen. Man benötigt eine Wirbelschicht d.h. ein Kunststoffpulver-Fluid-Gemisch, das flüssigkeits-ähnlichen Eigenschaften hat, so daß die Pulverteilchen sich frei bewegen können. Dies erreicht man durch Einblasen eines Fluids -meist Luft- in das Kunststoffpulver. Der zu beschichtende Gegenstand wird erwärmt und dann kurz in die Wirbelschicht eingetaucht, so daß der Kunststoff an der Oberfläche verschmilzt. Anwendungsbeispiel: Fahrradkörbchen 3.2 Bearbeiten lassen sich häufig ähnlich verarbeiten wie Holz oder Metalle. Mögliche Bearbeitungsverfahren: Zeichnen, Anreißen mit Stift oder Anrei nadel Schneiden, Scheren, Ritzbrechen (bei dünnen Platten) Sägen von Hand oder maschinell Bohren mit kleiner Drehzahl Feilen mit feiner Metallfeile Schleifen, Polieren mit Schleifpapier und Polierpaste

5 3 Verarbeitung von n Umformen Durch Umformverfahren wird die Form von Thermoplasten verändert. Der Kunststoff wird erwärmt, in die gewünschte Form gebracht und abkühlen gelassen, so daß er wieder seine ursprüngliche Festigkeit erhält. Beispiele von verwendeten Umformverfahren: Biegen/Abkanten Zum Biegen und Abkanten mu der Kunststoff mit einem Hei luftgebläse oder an einem Heizspiegel erwärmt werden. Hilfreich sind hier Vorrichtungen mit den gewünschten Formen, Kurvenkrümmungen u.s.w. Abb.: Herstellen eines gekrümmten Rohres Tiefziehen a) Zum Tiefziehen = Zugdruckumformen bedarf es eines Stempels d.h. einer Form (und evtl. einer Gegenform). Der erwärmte Kunststoff (Folie oder Platte) wird mit dem Stempel durch einen Ziehring gedrückt, wobei Material nachrutschen kann, so da eine gleichmä ige Wanddicke entsteht. Abb.: Tiefziehen mit Stempel b) In der Industrie werden Platten oft durch pneumatisches Tiefziehen = Vakuumziehen warmverformt. Hierbei werden die Kunststoffplatten durch Unterdruck (Vakuum) in die gewünschte Form gesaugt. Abb.: Vakuumziehen c) Am modernsten für große Ziehtiefen ist ein kombiniertes Verfahren mit Stempel und Preßluft. Dabei wird der erwärmte Kunststoff zunächst mit einem Stempel nach unten in die Form vorgezogen, abschließend drückt Preßluft das Material fest in die Form. Abb.: Tiefziehen mit Stempel Abb.: Tiefziehen mit Preßluft

6 3 Verarbeitung von n Fügen Fügen bedeutet Verbinden. Hierzu gibt es mehrere Möglichkeiten: Schrauben: einfach herzustellende Verbindungen die auch wieder lösbar sind Nieten: einfach herzustellen, kann notfalls wieder gelöst werden Kleben: je nach Kunststoff müssen unterschiedliche Klebststoffe verwendet werden. Dabei entstehen z.t. giftige oder feuergefährliche Dämpfe (freiwerdende Lösemittel). Schweißen ist bei vielen Thermoplasten möglich: - Beim Warmgasschweißen werden die zu verbindende Stellen der Kunststoffteile mit einem Heißluftgebläse erwärmt und unter Druck mit einem Zusatzwerkstoff (Schweißzusatzstab aus gleichem Stoff) zusammen gefügt. Abb.: Warmgasschweißen - Beim Heizelementschweißen werden die zu verbindenden Flächen der Kunststoffteile direkt an einem Heizelement (Schweißspiegel) erwärmt, bis die Oberfläche die Schweißtemperatur erreicht hat. Dann werden die Kunststoffteile zusammengepre t und unter Druck abkühlen gelassen. Abb.: Heizelementschweißen - Mit dem Wärmeimpulsgerät lassen sich Folien (z.b. Gefrierbeutel) verschweißen, indem die Folien in der Schweißzange kurze Zeit unter Druck erwärmt werden. Abb.: Wärmeimpulsschweißen