DOMININGHAUS - Kunststoffe

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1 VDI-Buch DOMININGHAUS - Kunststoffe Eigenschaften und Anwendungen von Hans Domininghaus, Peter Elsner, Peter Eyerer, Thomas Hirth erweitert, überarbeitet DOMININGHAUS - Kunststoffe Domininghaus / Elsner / Eyerer / et al. schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG Thematische Gliederung: Materialwissenschaft: Polymerwerkstoffe Springer 2008 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN

2 Inhalt Kunststoffübersicht (synthetische Kunststoffe) XXV 1 Einführung in Polymer Engineering Einteilungen Einteilung der Werkstoffe Einteilung der Kunststoffe Einteilung der Verbundwerkstoffe Hauptmerkmale von Kunststoffen (in Anlehnung an DIN 7724) Wirtschaftliche Bedeutung der Kunststoffe Wirtschaftsdaten zu Thermoplasten Wirtschaftsdaten zu Duroplasten Wirtschaftsdaten zu Elastomeren Preisspanne für Kunststoffe Literatur Kapitel Synthese (Herstellung, Erzeugung) von Kunststoffen Übersicht Polymerisation Zuordnung von Kunststoffen zu Polymerisationsarten Polymerisationen Additionspolymerisation Kettenreaktion (im deutschen Sprachraum früher: Polymerisation) Einflüsse der Polymerisation auf die Werkstoffeigenschaften Duroplaste (technische Harze) Abgewandelte Naturstoffe Kunststoffe auf Cellulosebasis Kunststoffe auf Proteinbasis Kunststoffe auf Ligninbasis Kunststofferzeugung (verfahrenstechnische Prozesse).. 33 Literatur Kapitel Eigenschaften von Kunststoffen in Bauteilen Aufbau der Kunststoffe Chemische Ordnungszustände

3 VIII Inhalt Physikalische Ordnungszustände Mechanische Eigenschaften Temperaturabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften Verformungsverhalten von Kunststoffen Verhalten bei Zugbelastung Mechanische Dämpfung Zeitabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften Weitere physikalische Eigenschaften Chemische Eigenschaften Beständigkeit gegen Chemikalien/Medien Alterung und Beständigkeit von Kunststoffen Schutzmaßnahmen gegen Alterungsvorgänge Zusatzstoffe für Kunststoffe Literatur Kapitel Verarbeitung (Urformen) von Kunststoffen zu Bauteilen Aufbereitung und Zusatzstoffe (Additive) Verarbeitung von Kunststoffschmelzen Fließeigenschaften von Schmelzen Verformungsverhalten von Schmelzen Verarbeitung von Thermoplasten Spritzgießen Extrudieren Verarbeitungstechniken thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe Verarbeitung von thermoplastischen Elastomeren Verarbeitung von Elastomeren Formgebung (Rohlingsverarbeitung) und Vernetzung (Vulkanisation) Verarbeitung von Duroplasten Verarbeitungsprinzip Typisierung von Duroplasten (härtbare Formmassen) Einteilung der Verarbeitungsverfahren Verarbeitungseinflüsse auf Bauteileigenschaften Bauteileigenschaften Einflüsse des Verfahrens und des Kunststoffes auf die Bauteileigenschaften Thermoplaste und thermoplastische Elastomere: Molekül-Orientierungen Literatur Kapitel Kunststoffe und Bauteile Umwelt und Recycling Kreislaufwirtschaft und Recycling Bauteil-Wiederverwendung Möglichkeiten der werkstofflichen Kreislaufführung. 148

4 Inhalt IX Rohstoffliche Kreislaufführung Verbrennung Verbrennungskonzepte und -aggregate Verbrennung in Kraftwerken Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen Ausblick Umweltbewertung und -bilanzierung von Kunststoffen Ganzheitliche Bilanzierung Literatur Kapitel Ausblick zu Polymer Engineering Werkstoffherstellung, Synthese Werkstoffeigenschaften Verarbeitung, Verfahrenstechnik Werkzeugtechnik Konstruktion, Berechnung Oberflächentechnik Qualitätsmanagement Serienfertigung Umweltaspekte, Recycling, Entsorgung Ausbildung Literatur Kapitel Synthetische Kunststoffe Thermoplastische Polymere Polyolefine (PO) Polyethylen (PE) PE-LD und PE-HD PE-LLD PE-UHMW Polyethylen-Modifikationen Vernetztes Polyethylen (PEX) Chlorierte Polyolefine Chloriertes Polyethylen (PE-C) (thermoplastisches Elastomer) Vernetzte chlorierte Polyolefine (PE-CX) Sulfochloriertes Polyethylen Phosphorylierung, Sulfophosphorylierung, Sulfierung, Oxidation Copolymere des Ethylens Ethylen/Vinylacetat-Copolymere (EVAC) Ethylen/Vinylalkohol-Copolymere (EVOH) Ethylen/Ethylacrylat-Copolymere (EEAK) Ethylen/Methacrylat-Copolymere (EMA) Ethylen/Acrylsäure-Copolymere (EAA)

5 X Inhalt Ethylen/Butylarcrylat-Copolymere (EBA) Abbaubare Polyethylene und andere Kunststoffe Literatur Kapitel Polypropylen (PP) Synthese und Compoundierung Synthese Struktur und Morphologie Compound und Blend Eigenschaften Thermo-Mechanische Eigenschaften Beständigkeit und Sperrfähigkeit Elektrische, optische, akustische Eigenschaften Verarbeitung und Anwendung Urformen Umformen Fügen Veredelung Gesundheit und Umwelt Handelsnamen Literatur Kapitel Polybuten-1 (PB) Polyisobutylen (PIB) Poly-4-methylpenten-1 (PMP) Andere aliphatische Polyolefine Ionomere Cycloolefinpolymere (COC) Verbundwerkstoffe auf Basis Kohlenstoff-Poyolefine. 314 Literatur Kapitel Vinylpolymere Polyvinylchlorid (PVC) Synthese und Compoundierung Synthese Struktur Rohstoffeigenschaften Additive und Zuschlagstoffe Compound und Blend Eigenschaften Thermo-Mechanische Eigenschaften Beständigkeiten und Sperrfähigkeit Elektrische und optische Eigenschaften Sonstige Eigenschaften Verarbeitung und Anwendung Urformen Pastenverarbeitung Schäumen Bearbeiten Fügen

6 Inhalt XI Veredelung Anwendungsbeispiele Sicherheit, Umwelt und Recycling Sicherheit Recycling Sortiment Lieferformen Typisierung Handelsnamen Literatur Kapitel Polyvinylchlorid-Modifikationen Erhöhung der Schlagzähigkeit Höhere Wärmeformbeständigkeit Modifikationen mit speziellen PVC-Typen PVC-Modifikationen mit VC-VAc-Copolymeren PVC-Modifikationen mit speziellen E-PVC-Typen Oberflächenmodifizierung mit hochmolekularem PVC PVC-Modifikation mit kautschukreichen PVC-Pfropfpolymeren Barriereeigenschaftsänderungen mit Mehrschichtfolien PVC-Naturfaser-Verbunde Styrolpolymere (PS) Styrol-Homopolymere (PS) Styrol-Copolymere Schlagzähmodifizierte Polystyrole Styrol/Butadien-Pfropfcopolymere (SB) Styrol/Butadien/Styrol-Blockcopolymere (SBS) Thermoplastische Styrol/Butadien-Elastomere (SBS-TE) Styrol/a-Methylstyrolcopolymere (S/MS) Styrol/Acrylnitrilcopolymere (SAN) SAN-Modifikationen Acrylnitril/Polybutadien/Styrolpfropfpolymere (ABS) Propfcopolymere aus MMA, SB und ABS (MABS) Polymerblends aus (ABS + PC) Acrylnitril/Styrol/Acrylester-Pfropfcopolymere (ASA) Polymerblends aus ASA und Polycarbonat (ASA + PC) Literatur Kapitel Polyacrylate Polyacrylnitril (PAN) Synthese und Compoundierung Synthese Struktur und Morphologie Eigenschaften Acrylnitril-Copolymere mit geringer Gasdurchlässigkeit (Barriere-Kunststoffe) Styrol/Acrylnitrilcopolymer SAN Acrylnitril-Methyl-Acrylat-Copolymerisate

7 XII Inhalt Eigenschaften Verarbeitung Handelsnamen Polymethylmethacrylat (PMMA) Synthese und Compoundierung Eigenschaften Thermo-mechanische Eigenschaften Beständigkeit und Sperrfähigkeit Elektrische, optische, akustische Eigenschaften Verarbeitung und Anwendung PMMA/ABS Blends Polymethylmethacrylimid (PMMI) MBS-Polymerisat Polymethacryl/Imid (PM/I) Synthese und Compoundierung Die Herstellung von ROHACELL Eigenschaften Literatur Kapitel Polyacetal (POM) Literatur Kapitel Fluorkunststoffe Polytetrafluorethylen (PTFE) Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylencopolymer (FEP) Tetrafluorethylen/Ethylencopolymer (E/TFE) Polytrifluorchlorethylen (PCTFE) Polyvinlyfluorid (PVF) Polyvinylidenfluorid (PVDF) Thermoplastische Fluorelastomere Literatur Kapitel Polykondensate Thermoplastische Polykondensate Polyamide (PA) Allgemeine Stoffbeschreibung Nomenklatur Aliphatische Polyamide Struktur und allgemeine Eigenschaften Eigenschaften Verarbeitung Sicherheit, Umwelt und Recycling Partiell aromatische Polyamide Polyarylamide: Arylamid PA MXD Allgemeine Stoffbeschreibung, Synthese und Struktur Eigenschaften Verarbeitung Polyamid 6/6T

8 Inhalt XIII Allgemeine Stoffbeschreibung, Struktur und allgemeine Eigenschaften Eigenschaften Beständigkeit Elektrische Eigenschaften Verarbeitung Polyphthalamid PPA Allgemeine Stoffbeschreibung, Struktur und allgemeine Eigenschaften Thermo-Mechanische Eigenschaften Beständigkeit Verarbeitung Weitere partiell aromatische Polyamide Eigenschaften Modifizierte Polyamide Flexible Polyamide Verarbeitung Anwendungsbeispiele Co-Polyamide Verarbeitung Thermoplastische Polyamid-Elastomere PA 12-Elastomere Allgemeine Stoffbeschreibung, Synthese und Struktur Thermo-Mechanische Eigenschaften Verarbeitung PA 11-Elastomer Allgemeine Stoffbeschreibung, Synthese und Struktur Guss-Polyamide und Polyamid-RIM-Systeme Allgemeine Eigenschaften Allgemeine Stoffbeschreibung, Synthese und Struktur Verarbeitung Gusspolyamid Allgemeine Stoffbeschreibung Verarbeitung von e-carpolactam zu PA G Gusspolyamid 6/12 (Copolymerisation) Allgemeine Stoffbeschreibung Elastomermodifiziertes Gusspolyamid 6 (Nyrim ) Allgemeine Stoffbeschreibung Verarbeitung Anwendungsbeispiele Gusspolyamid Allgemeine Stoffbeschreibung Verarbeitung von Laurinlactam zu PA 12-G Polymermodifizierte Polyamide Allgemeine Stoffbeschreibung Verarbeitung Sortiment

9 XIV Inhalt Literatur Kapitel bis Thermoplastische Polyester Polycarbonat (PC) Verarbeitung und Anwendung Urformen Spritzgießen PC-Cokondensate Bisphenol A-Copolycarbonate Blockpolymeristion Entwicklungstrends bei aromatischen Polycarbonaten Polycarbonate für laseroptische Datenspeicherung Polycarbonate für Lichtwellenleiter Erhöht wärmebeständige PC-Cokondensate (PEC) Erhöht schlagzähe PC-Cokondensate Polycarbonatblends Polycarbonat + Styrolcopolymerblends (PC+ABS)-, (PC+ASA)- und (PC+SEBS)-Blends Polycarbonat+Polybutylenterephthalat-Blends (PC+PBT) Literatur Kapitel Polyalkylenterephthalate Polyethylenterephthalat (PET) Synthese Eigenschaften Struktur und Morphologie Merkmale von teilkristallinem PET Thermische und Mechanische Eigenschaften Beständigkeiten Elektrische, optische und akustische Eigenschaften Verarbeitung und Compounding Additive und Zuschlagstoffe Verarbeitungsbedingte Polymer-Abbaumechanismen Verarbeitung und Anwendung Bestimmung der intrinsischen Viskosität Feuchtegehaltmessung Trocknung Thermoplastische Verarbeitung von PET Urformen Umformen, Fügen und Trennen Spanende Verarbeitung Veredelung Verschäumen von PET Anwendungsbeispiele Sicherheit, Umwelt und Recycling Verarbeitung, Arbeitsplatz

10 Inhalt XV Brandverhalten Produkte Recycling Werkstoffliches Recycling Rohstoffliches Recycling Energetisches Recycling Handelsnamen Lieferformen Literatur Kapitel Polybutylentherephthalat (PBT) Synthese und Compoundierung Synthese Struktur und Morphologie Compound und Blend Eigenschaften Thermo-Mechanische Eigenschaften Verhalten bei langzeitiger statischer Beanspruchung Verhalten bei schwingender Beanspruchung, Biegewechselfestigkeit Reibungs- und Verschleißverhalten Thermische Eigenschaften Verhalten bei kurzzeitiger Temperatureinwirkung Beständigkeit und Sperrfähigkeit Wärmealterungsbeständigkeit Elektrische, optische und akustische Eigenschaften Brennverhalten Prüfungen Verhalten gegenüber Chemikalien Verhalten bei Bewitterung Verarbeitung und Anwendung Urformen Spritzguss Extrusion Fügen Kleben Schweißen Spanende Bearbeitung Veredelung Lackieren, Metallisieren, Beschriften Gesundheit und Umwelt Sicherheitsvorkehrungen bei der Verarbeitung Angaben zur Toxikologie, Vorschriften Lebensmittelrechtliche Bestimmungen Lagerung und Transport Entsorgung Recycling

11 XVI Inhalt Handelsnamen Literatur Thermoplastische Polyesterelastomere (TPE-E) Polyethylenterephthalat als Barrierekunststoff Polyarylate (Polyarylester) Eigenverstärkende teilkristalline Polymere (LCP) LCP und Technische Kunststoffe ein Vergleich Polyarylether Polyphenylenether (PPE mod ) (substituiert, modifiziert) = Polyphenylenetherblends Blend aus Polyamid und Polyphenylenether (mod.) (PA+ PPE mod ) Polyarylsulfon und -sulfid Polysulfon (PSU) Synthese und Compoundierung Synthese Struktur und Morphologie Compound und Blend Eigenschaften Thermo-Mechanische Eigenschaften Thermische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Beständigkeit und Sperrfähigkeit Elektrische, optische Eigenschaften Elektrische Eigenschaften Optische Eigenschaften Verarbeitung und Anwendung Urformen Umformen Fügen Schweißen Kleben Lösbare Verbindungen Veredelung Gesundheit und Umwelt Handelsnamen Polyethersulfon (PESU) Synthese und Compoundierung Synthese Struktur und Morphologie Compound und Blend Eigenschaften Thermo-Mechanische Eigenschaften Thermische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Beständigkeit und Sperrfähigkeit Elektrische, optische Eigenschaften

12 Inhalt XVII Elektrische Eigenschaften Optische Eigenschaften Verarbeitung und Anwendung Urformen Umformen Fügen Veredelung Gesundheit und Umwelt Handelsnamen Polyphenylensulfid (PPS) Synthese und Compoundierung Synthese Struktur und Morphologie Compound und Blend Eigenschaften Thermo-Mechanische Eigenschaften Thermisches Verhalten Mechanisches Verhalten Beständigkeit und Sperrfähigkeit Chemikalienbeständigkeit Witterungsbeständigkeit Brennbarkeit Wasseraufnahme und Hydrolysebeständigkeit Elektrische, optische und akustische Eigenschaften Elektrische Eigenschaften Verarbeitung und Anwendung Beispiele für Anwendungen von PPS Urformen Spritzgießen Extrusion Umformen Thermoformen Spanende Bearbeitung Fügen Schweißen Kleben Schnapp- und Schraubverbindungen Veredeln Lackieren Bedrucken Metallisieren Beschriften mittels Laserstrahlen Gesundheit und Umwelt Handelsnamen Polyetherketone Aromatische Polyetherketone (PEK, PEEK) Aliphatische Polyetherketone (PEK)

13 XVIII Inhalt Hochwärmebeständige duro- und thermoplastische Polykondensate und Polyaddukte Polyimide (PI) Klassisches Polyimid (PI) Copolyimide Poly-oxadiazo-benzimidazol Polybenzimidazol (PBI) Gemischt ein- und zweibindige Polymere Polybismaleinimid Polyamidimid (PAI) Polyetherimid (PEI) Polyesterimid Literatur Kapitel Duroplastische Polykondensate Phenolharze (Phenoplaste, PF-Harze) Allgemeines Historie Chemie Novolake Resole Herstellung Umwelt Rohstoffe Recycling Anwendungen von Phenolharzen Härtbare PF-Formmassen Struktur und allgemeine Eigenschaften Aufbereitung / Compoundierung Verarbeitung Holzwerkstoffe Laminate Dämmstoffe Mineralwolle Phenolharzschäume Schleifmittel Reibbeläge Feuerfestmaterialien Kohlenstoffbauteile Textilvlies Coatings Gummi Gießerei Sonstige Anwendungen Zukunft Harnstoff/Formaldehyd-Kunststoffe (Aminoplaste) (UF) Härtbare UF-Formmassen

14 Inhalt XIX Technische Harnstoffharze Melamin/Formaldehyd-Kunststoffe (MF) Härtbare MF-Formmassen Modifizierte MF-Formmassen Härtbare Melamin/Phenol/Formaldehyd- Formmassen Technische Melaminharze Ungesättigte Polyesterharze (UP) Synthese und Compoundierung Synthese Struktur und Morphologie Compound und Blend Eigenschaften Thermo-Mechanische Eigenschaften Beständigkeit und Sperrfähigkeit Elektrische, optische, akustische Eigenschaften Verarbeitung und Anwendung Urformen Umformen Bearbeiten Fügen Veredeln Anwendungsbeispiele Sicherheit, Umwelt und Recycling Sortiment Literatur Kapitel Verwandte Reaktionsharz-Formmassen Alkydharz-Formmassen Polydiallylphthalat-Formmassen (PDAP) Silicone (SI) Einleitung Herstellung Müller-Rochow-Synthese Siliconöle Siliconharze RTV-2 Siliconkautschuke RTV-1 Siliconkautschuke HTV-Siliconkautschuke Zusammenfassung der Eigenschaften der Silicone Markt und Anwendungen für Silicone Literatur Kapitel Härtbare Siliconharz-Formmassen Literatur Kapitel Polyaddukte Duroplastische Polyaddukte Epoxidharze (EP) Technische Epoxidharze

15 XX Inhalt Prepregs Duroplaste als Hochleistungswerkstoffe mit günstigem Preis/Leistungsverhältnis Vernetzte Polyurethane (PUR) Isocyanatharze Polyurethan-Gießharz PUR-Integralschaumstoffe Thermoplastische Polyurethan-Elastomere (TPE-U) Thermoplastische Polyaddukte Lineare Polyurethane Literatur Kapitel Elastomere Marktwirtschaftliche Betrachtungen Compounding Füllstoffe Alterungsschutz Weichmacher Vernetzungssysteme Schwefelvernetzung Peroxidvernetzung Verarbeitung Elastomere Werkstoffeigenschaften Medieneinfluss Temperatur Umwelt und Gesundheit Polymere Naturkautschuk (NR) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Butadien-Kautschuk (BR) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) Struktur

16 Inhalt XXI Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Chlorbutadien-Kautschuk (CR) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Hydrierter Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (HNBR) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Butyl-Kautschuk (IIR) und halogenierter Butyl-Kautschuk (XIIR) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Ethylenoxid-Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Acrylat-Kautschuk (ACM) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen

17 XXII Inhalt Ethylen-Acrylat-Kautschuk (AEM) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Fluor-Kautschuk (FKM) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Perfluor-Kautschuk (FFKM) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Silikonkautschuke Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Polyurethan (AU, EU) Struktur Eigenschaften Verarbeitung Anwendung Handelsnamen Chemikalienbeständigkeit der Polymere Literatur Spezialkunststoffe Abgewandelte Naturstoffe Stärke und Derivate Literatur Kapitel Polymilchsäure (PLA) Literatur Kapitel Polyhydroxyfettsäuren (PHF) Literatur Kapitel Cellulose und Cellulosederivate Vulkanfiber (VF)

18 Inhalt XXIII Kunststoffe aus abgewandelter Cellulose Celluloseester aus anorganischen Säuren Cellulosenitrat (CN) Celluloseester aus aliphatischen Carbonsäuren Celluloseacetat (CA) Cellulosepropionat (CP) Celluloseacetobutyrat (CAB) Literatur Kapitel Thermoplaste auf Ligninbasis Literatur Kapitel Duroplaste auf Basis nachwachsender Rohstoffe Polyurethane (mit Polyolen auf Basis natürlicher Öle/Fette) Epoxyacrylate auf Basis nachwachsender Rohstoffe Weitere Duroplaste und Duroplastanteile auf Basis pflanzlicher Fette und Öle Literatur Kapitel Elektrisch leitfähige Polymere Intrinsisch leitfähige Polymere Elektrisch leitfähige gefüllte Polymere Eigenschaften Elektrisch leitfähige beschichtete Polymere Literatur Kapitel Anhang Kurzzeichen für Kunststoffe, Tabellenverzeichnis Kunststoffkennwerte, Tabellenverzeichnis Datenbanken Handelsnamenverzeichnis Kunststoffverzeichnis Sachverzeichnis