Kunststoff-Kompendium

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1 Kunststoff-Kompendium Aufbau, Polymerisation, Verarbeitung, Eigenschaften, Anwendung der Thermoplaste, Elastomere, Duroplaste, Polymerlegierungen Dr. rer. nat. Dipl.-Chem. Adolf Franck Prof. Dipl.-Chem. Karlheinz Biederbick 3., überarbeitete Auflage Vogel Buchverlag

2 Inhaltsverzeichnis 1 Kunststoffe im Querschnitt Was ist ein Kunststoff? Definitionen Chemischer Aufbau Polymerisation Einteilung und Nomenklatur der Polymerisationsarten zur Kunst Stoffherstellung Additionspolymerisation als Kettenreaktion (APK) Radikalische Polymerisation von Vinylchlorid Anionische Polymerisation von Cyanoacrylat Kationische Polymerisation von Vinylether Stereospezifische Polymerisation von Propylen Struktur und Polymerisations neigung der C=C-Monomere Ionische Polymerisation von 1.8 Heterocyclen Additionspolymerisation als 2 Stufenreaktion (APS) Kondensationspolymerisation (KP) Polymerisation durch oxidative Kopplung Molmasse der Makromoleküle Copolymerisation Überwiegend lineare Ketten Pfropfcopolymerisation Allgemeine Erscheinungen bei der Polymerisation Zusammenfassender Vergleich der Polymerisationsarten Definitionen zur Nomenklatur der Polymere Deklination Kurzzeichen Trivialname Tn Monomereinheit ME (englisch: Monomeric unit) nach IUPAC Herkunftsbezogener Name hn Konstitutionelle Repetiereinheit KRE (englisch: Constitutional 2.3 repeating unit) nach IUPAC 44 Strukturbezogener Name sn nach IUPAC 44 Kunststoffgruppe Kg 44 Beispiele zur Nomenklatur 44 Moleküleigenschaften als Ursache der Werkstoffeigenschaften 49 Gestalt der Makromoleküle 49 Ordnung der Makromoleküle Nebenvalenzkräfte und ihr Einfluß auf das Verhalten der Kunststoffe. 52 Die Kunststoffgruppen: Thermoplaste - Elastomere - Duroplaste - Polymerlegierungen 53 Zusammenfassung der Werkstoffeigenschaften 56 Vergleich der Kunststoffe mit Metallen, Keramik und Glas Anwendung der Kunststoffe 60 Hartelastische Kunststoffe 60 Elastomere 68 Produktionsziffern 72 Technologie 75 Technologie der Polymerisation.. 75 Technologie der Kunststoff - Urformung 81 Hilfsstoffe für die Verarbeitung Lieferformen 82 Verarbeitung der Thermoplaste.. 83 Herstellung von Halbzeug - Extrudieren 84 Kalandrieren 86 Herstellung mehrschichtiger Bahnen 87 Spritzgießen 87 Pulvertechnik 91 Verarbeitung von Pasten 91 Verarbeitung aus Lösung 91 Verarbeitung der Duroplaste Verarbeitung der Kondensationsharze Verarbeitung der Reaktionsharze. 93 Verarbeitung der Elastomere Herstellung von Schaumstoffen Weiterverarbeiten und Nachbearbeiten von Kunststoffen 96

3 2.3.1 Warmformen von thermoplastischem Halbzeug Kunststoffschweißen (Thermoplaste) Kunststoffe als Klebstoffe und das Verkleben von Kunststoffen Spanende Bearbeitung von Kunststoffen Oberflächenbearbeitung Mechanisches Fügen Kunststoffe und Umwelt Polymere mit reiner Kohlenstoff- Hauptkette Polyalkene (Polyolefine) Polyethylen PE, PE-LD, PE-HD, PE-HMW Aufbau Verzweigungen und Kristallinität Molmasse Eigenschaften Verarbeitung und Anwendung von Polyethylen PE, PE-UHMW Copolymere des Ethylens PE-LLD, E/VA, E/BA, E/EA, E/AS, E/VK, E/TFE Mischung von Polyethylen mit anderen Polymeren Chemische Abwandlung des PE: PE-C, CSM, PE-V Polypropylen PP Aufbau Polymerisation Allgemeine Eigenschaften von PP Verarbeitung und Anwendung von Polypropylen Copolymere und Polyblends E/P-B, EPDM, EPM, EPTE PolybutenPB Polymethylpenten PMP Polyisobutylen PIB Synthesekautschuke Konstitution der ungesättigten Kautschuktypen Polymerisation Emulsionspolymerisation Stereospezifische Polymerisation Lösungspolymerisation Verarbeitung der Rohpolymerisate Vorbereitung des Kautschuks Vulkanisation Verarbeitung von Kautschukemulsionen (Latex) Butadien-Elastomer BR Styrol/Butadien-ElastomerSBR Acrylnitril-Butadien-Elastomer = NitrilkautschukNBR Isopren/Elastomer IR oder NR Isopren/Isobutylen-Copolymer = Butylkautschuk IIR Chlorbutadien-Elastomer CR Cyclopenten-Elastomer CPR Geschichte der Kautschuksynthese Styrolpolymerisate Polystyrol PS Copolymere des Styrols und Polyblends Allgemeines Statistische Copolymere SAN, A/S/ VK, S/AS, B/S Pfropfcopolymere und Polyblends als schlagzähe amorphe Thermoplaste S/B, ABS, MBS, MABS, ASA, ACS, AES, E/S Dreiblockcopolymere als thermoplastische Elastomere S/B/S, S/I/S, S/EBM/S Verarbeitung und Anwendung von Polystyrolkunststoffen Polystyrolschaum (expandierbares Polystyrol) PS/E Galvanisieren von ABS Polymerisate von Styrolabkömmlingen Halogenhaltige Polymere Allgemeines Poly(vinylchlorid) PVC Aufbau Eigenschaften Hart-PVC = PVC ohne Weichmacherzusatz PVC-U Weich-PVC = PVC mit Weichmacherzusatz PVC-P Abwandlungsmöglichkeiten des PVC, Überblick Weichmacher und daraus hergestelltes Weich-PVC Polyblends mit PVC als schlagzähe PVC-Typen (PVC+VC/AC), (PVC+E/VA), (PVC+MBS), (PVC+PE-C), (PVC+ABS) Pfropfcopolymere als schlagzähe PVC-Typen VC/E/VA, VC/ACM Statistische Copolymere VC/VAC, VC/S, VC/AN, VC/VDC Chemische Abwandlung: Nachchloriertes PVC = PVC-C Verarbeitung des Hart-PVC Verarbeitung des Weich-PVC Anwendung von PVC Poly(vinylidenchlorid) PVDC Poly(tetrafluorethylen) PTFE Poly(trifluorchlorethylen) PTFCE Poly(vinylidenfluorid) PVDF

4 3.4.7 Poly(vinylfluorid) PVF Fluorhaltigc Copolymere FEP, ETFE,PFA,AF Fluorcarbon-Elastomere FCM Poly(vinylether) PVE Poly(vinylester) und Folgeprodukte Poly(vinylacetat) PVAC Poly(vinylpropionat) PVPR Poly(vinylalkohol) PVAL Poly(vinylacetale)PVFM,PVB Acrylpolymerisate Poly(acrylsäureester) (Acrylharze) und Copolymerisate ACM, ASA Poly(methacrylsäuremethylester) PMMA, A/MMA, MBS Poly(acrylnitril) PAN Poly(vinylidencarbonitril) PVDN Poly(cyanoacrylat) PCYA Poly(methacrylimid)-Schaumstoff Poly(acrylamid) Poly(vinylamine) Poly(vinylcarbazol) PVK Poly(vinylpyrrolidon) PVP Poly(vinylpyridin) PVPD Elektrisch leitfähige Kunststoffe Ferromagnetischer Kunststoff Wirkung von energiereichen Strahlen Polymere mit Heteroatomen in der Hauptkette Polyamide Produktübersicht und Nomenklatur Herstellung der Polyamide Polymerisationsarten Kondensationspolymerisation von Diaminen und Dicarbonsäurcn Verfahrenstechnik der Polymerisation von Lactamen Hydrolytisch-kationische Polymerisation der Lactame Anionische Polymerisation der 4.7 Lactame Allgemeine Eigenschaften der aliphatischen Polyamide Abgewandelte Polyamidarten PA6-3-T(PA+PE),PTPA Verarbeitung der PA Spritzgießverfahren Extrusion Anionische Substanzpolymerisa tion von Lactam direkt im Form Werkzeug (Reaktionsformgießen Guß-PA) Anfärben Anwendung Herstellung von PA-Folien Herstellung und Anwendung von PA-Fasern 184 Lacke, Beschichtungen, Klebstoffe 184 Lineare Polycarbamate (Polyurethane) PUR, PCA 185 Lineare Polyester 185 Herstellung 185 Polytercphthalate 186 Chemisch einheitliche Polyterephthalate PET, PBT, PTMT 186 Blockcopolymere als thermoplastische Elastomere ETR 187 Polycarbonate PC, (PC+ABS), (PC+PBT) 188 Polycaprolacton 189 Polyoxymethylen (Polyacetal) POM 189 Polyether 190 Herstellungsprinzip 190 Polyethylenoxid PEOX 190 Polypropylenoxid PPOX 190 Polyadditionsprodukte von Ethylenoxid und Propylenoxid an Amine, Alkohole, Phenole usw Polyether-block-amid PEBA Thermoplast-Formmassen 191 PEBA für das Reaktionsspritzgießen 193 Chlorepoxypropan-Elastomer CO, ECO, ETER 193 Phenoxyharz 193 Hochtemperaturfeste Kunststoffe 194 Polymere mit reiner Kohlenstoffhauptkette 194 Polymere mit aliphatisch gebundenen Heteroatomen in der Hauptkettc (PS+PPE), PPE, PSU, PESU,PPS,PPSU 194 Polymere mit Heterocyclen in der Hauptkette PMI, PI, PESI, PEI Polymere mit Leiterkonfiguration. 201 Kunststoffe zur Hochtemperaturablation 202 Vernetzte Kondensations- und Additionspol) mere 203 Klassische Kondensationsharze Übersicht 203 Phenoplaste PF 203 Produktübersicht 203 Vorkondensation 203 Härtung 204 Verarbeitung der Vorkondensate. 204 Aminoplaste UF, MF 205 Vernetzte Polyester 206 Ungesättigte Polyester UP, VE Produktübersicht 206

5 Härtung Eigenschaften Verarbeitung Glasfaserverstärkte Kunstharze Polyesterharze (meist ungesättigt) als Lacke Epoxyharze (früher: Epoxidharze) EP Produktübersicht und Nomenklatur Synthese des Ausgangsharzes Kalthärtung mit Polyaminen Härtung durch ionische Polymerisation von Epoxygruppen Warmhärtung Abgewandelte EP Verarbeitung, Verwendung Eigenschaften der EP Vernetzte Polycarbamate (Polyurethane) PUR, PCA, PIR, PHTA Nomenklatur und Produktübersicht Verarbeitung der Vorprodukte in einem Schritt (Reaktionsharze) Allgemeines Gieß-, Streich- und Spachtelmassen Schaumstoffe Polyurethan-Injektionsmassen Polyurethanlacke und -klebstoffe Einkomponentensysteme Verarbeitung über Voraddukte PUR-Elastomer PUR-Hartelastomer Thermoplastisches PUR-Elastomer Vulkanisierbares PUR-Elastomer Zelliges PUR-Elastomer Elastomere Fäden Methylmethacrylat-Reaktionsharz Alkylensulfid-Elastomere Triazinharze Furanharze Polysiloxane (Silicone) und andere Polymere mit anorganischer Hauptkette Aufbau und Eigenschaften der Polysiloxane SI Synthese der Polysiloxane Siloxanprodukte Siloxanharze Hartschaum Siloxankautschuk SIR Vernetzte hochmolekulare Polydimethylsiloxane Bor-Siloxan-Elastomere Siloxanöle Siloxanpasten-Silo\;inlctlc Siloxandispersionen und -lösungen Organisch modifizierte Keramik Dämpfe von Methylsilanen Fluorsiloxane Polyfluorsiloxane FSIR Andere Polymere mit anorganischer Hauptkette Abgewandelte Naturprodukte Kunststoffe auf der Grundlage der Cellulose C Regenerierte Cellulose Pergamentpapier Kupferoxidammoniakverfahren Viskoseverfahren Celluloseester Cellulosenitrat CN Organische Celluloseester Eigenschaften, Anwendung Celluloseether MC Kunststoffe auf Proteinbasis Naturkautschuk und Abwandlungsprodukte NR Polymerisate aus ungesättigten Naturölen Ionenaustauscher (Austauscherharze) Eigenschaften der Kunststoffe Kennwerte Mechanische Eigenschaften Molmasse, Fließverhalten und verarbeitungstechnische Eigenschaften Thermische Kennwerte Physikalisch-chemische Kennwerte, Verhalten gegen äußere Einflüsse Elektrische Kennwerte Flammfestigkeit Beständigkeit von Kunststoffen Beständigkeit gegen Bewitterung Beständigkeit gegen Säuren, Laugen, Heißwasser Spannungsrißbildung in Abhängigkeit von Spannung, Medium und Temperatur Permeation beim Kunststoff- Kraftstoff-Behälter (KKB) Praktische Beständigkeitseinstufung und ihre Begründung Die Kunststoffgruppen, ihre Zustandsbereiche und thermischen Daten Teilkristalline Thermoplaste Zustandsbereiche und Übergangstemperaturen

6 Welche Folgen ergeben sich aus der 10.7 Lage der Übergangstemperaturen? Herkunft und Bedeutung thermodynamischer Daten Schmelzwärme und 11.1 Kristallinitätsgrad Dichte und Kristallinitätsgrad Kennzeichnung der Wendelstruktur (Helix) Kristallisationsgeschwindigkeit Homogene amorphe Thermoplaste Chemisch weitvernetzte 11.5 Elastomere Thermisches Verhalten Chemischer Aufbau und Beständigkeit Duroplaste Reaktionsharze und daraus hergestellte Formstoffe Härtbare Formmassen und daraus hergestellte Duroplaste Polymerlegierungen Definition Warum lösen sich verschiedene Polymere meist nicht ineinander? Schlagzähe Thermoplaste und ihr Wirkungsmechanismus Thermoplastische Elastomere Verbundwerkstoffe mit Kunststoffen Warum Verbundwerkstoffe? Wirkung als Folge der chemischen 12 Natur des Verstärkungsstoffs (VS) Geometrie des Verstärkungsstoffs 13 im Hinblick auf Wirkung und Verarbeitbarkeit Haftvermittler Selbstverstärkende flüssig- 15 kristalline Polymere LCP 316 Zusammenfassung der Kunststoffgruppen 319 Kunststoffeigenschaften in Tabellen 323 Erläuterungen zur Kunststoff- Datenbank CAMPUS 324 Kunststoffkennwerte aus der Datenbank CAMPUS 325 Elastizitätsmodul E 339 Streckspannung S oder Zugfestigkeit Z 342 Formbeständigkeit 346 Elektrische Durchschlagsfestigkeit. 348 Eigenschaften von verstreckten, hochfest hergestellten Fasern Folien 353 Eigenschaftwerte von Duroplasten 355 Duroplaste aus härtbaren Formmassen (Preßmassen) 356 Eigenschaftswerte von Elastomeren 357 Schaumstoffe 358 Mechanische Eigenschaften bei Dauerschwingbelastung 359 Optische Brechzahlen 359 Verarbeitungstemperaturen und Schwindung von Kunststoffen Zusammenfassung: Eigenschaften wichtiger Kunststoffe in Stichworten 361 Formelzeichen 363 Weiterführende Literatur 367 Kurzzeichen der Kunststoffe Stichwort- und Abkürzungsverzeichnis