Gottfried W. Ehrenstein. Polymer Werkstoffe. Struktur - Eigenschaften - Anwendung. 3. Auflage

Gottfried W. Ehrenstein Polymer Werkstoffe Struktur - Eigenschaften - Anwendung 3. Auflage

Inhalt Vorwort zur 3. Auflage.......................................... VI Vorwort zur 2. Auflage.......................................... VII Abkürzungen und Formelzeichen................................ XIII Liste der verwendeten Formelzeichen................................ XIII Abkürzungen der verwendeten Kunststoffe............................ XVII Andere Abkürzungen.............................................. XX 1 Technische Entwicklung Marktübersicht und Prognose..... 1 1.1 Marktübersicht Kunststoffe..................................... 1 1.2 Neue Entwicklungen Kunststoffe................................. 7 1.3 Neue Verarbeitungstechniken................................... 13 1.4 Image....................................................... 21 1.5 Preise und Struktur............................................ 23 2 Allgemeine Charakterisierung der Polymer-Werkstoffe....... 27 2.1 Strukturprinzipien............................................ 27 2.2 Zustandsbereiche............................................. 31 2.3 Verformungsverhalten......................................... 35 3 Aufbau der Polymer-Werkstoffe.............................. 41 3.1 Struktur der Makromoleküle.................................... 41 3.2 Haupt- und Nebenvalenzbindungen.............................. 48 3.2.1 Hauptvalenzbindungen................................... 50 3.2.2 Nebenvalenzbindungen................................... 51 3.2.2.1 Dipol-Dipol-Kräfte................................. 51 3.2.2.2 Induktionskräfte.................................. 53 3.2.2.3 Dispersionskräfte................................. 53 3.2.2.4 Wasserstoffbrückenbindung........................ 53

X Inhalt 3.3 Reaktion vom Monomeren zum Polymeren........................ 55 3.3.1 Polymerisation.......................................... 59 3.3.1.1 Polymerisationsarten............................... 60 3.3.1.2 Polymerisationsverfahren........................... 62 3.3.2 Polykondensation........................................ 65 3.3.3 Polyaddition............................................ 68 3.3.4 Vergleich Polymerisation Polykondensation Polyaddition... 69 3.3.5 Molekulargewicht....................................... 70 3.3.5.1 Verteilung des Molekulargewichts.................. 70 3.3.5.2 Mittelwerte für das Molekulargewicht................ 72 3.3.5.3 Beeinflussung der Eigenschaften.................... 73 4 Struktur der Polymer-Werkstoffe............................ 81 4.1 Homogene Polymer-Werkstoffe.................................. 81 4.1.1 Amorpher Zustand....................................... 81 4.1.2 Kristalliner Zustand...................................... 83 4.1.2.1 Keimbildung..................................... 89 4.1.2.2 Kristallwachstum................................. 93 4.1.2.3 Kristalline Überstrukturen......................... 102 4.1.2.4 Schmelz-und Kristallisationstemperatur.............. 115 4.1.3 Vernetzter Zustand....................................... 118 4.1.3.1 Duroplaste....................................... 118 4.1.3.2 Elastomere....................................... 124 4.2 Heterogene Polymer-Werkstoffe.................................. 125 4.2.1 Kautschukmodifizierte Styrolpolymerisate................... 127 4.2.1.1 Aufbau.......................................... 127 4.2.1.2 Crazebildung..................................... 130 4.2.1.3 Wirkungsmechanismus der Zähigkeitserhöhung....... 136 4.2.2 Weichmachung.......................................... 141 4.2.2.1 Äußere Weichmachung............................ 142 4.2.2.2 Innere Weichmachung............................. 145 4.3 Heterogene Verbundwerkstoffe.................................. 146 4.3.1 Faserverstärkte Kunststoffe............................... 146 4.3.2 Füll- und Verstärkungswirkung (mit Prof. Dr.-Ing. J. Kabelka)... 153 4.3.2.1 Belastung in Faserrichtung.......................... 158 4.3.2.2 Belastung senkrecht zur Faserrichtung............... 165 4.3.3 Nanoskalige Verbundwerkstoffe............................ 174 4.3.4 Funktionale Füllstoffe.................................... 174

Inhalt XI 5 Thermisch-Mechanische Zustandsbereiche.................. 181 5.1 Energieelastischer Bereich...................................... 184 5.2 Gummi- oder entropieelastischer Bereich.......................... 187 5.3 Glasübergang................................................. 192 5.4 Fließbereich.................................................. 197 5.5 Einfluss der Molekülstruktur auf die Erweichungs- und Schmelztemperatur............................................ 199 6 Mechanisches Verhalten.................................... 207 6.1 Allgemeines Verformungsverhalten.............................. 207 6.1.1 Mechanische Eigenschaften............................... 209 6.1.1.1 Linear-viskoelastisches Verhalten.................... 214 6.1.1.2 Festigkeitskennwerte.............................. 216 6.1.1.3 Verformungskennwerte............................ 220 6.1.1.4 Temperatur...................................... 224 6.1.1.5 Wasseraufnahme................................. 228 6.1.1.6 Zähigkeit........................................ 230 6.1.2 Langzeitverformungsverhalten............................. 233 6.1.3 Nichtlineares Verformungsverhalten........................ 239 6.1.3.1 Amorphe Thermoplaste............................. 239 6.1.3.2 Teilkristalline Thermoplaste......................... 240 6.1.4 Mehrachsige Beanspruchung (mit Prof. Dr.-Ing. J. Kabelka)..... 248 6.1.4.1 Unverstärkte Kunststoffe............................ 249 6.1.4.2 Verstärkte Kunststoffe............................. 252 6.2 Orientierungen und Eigenspannungen............................ 259 6.2.1 Orientierungen.......................................... 259 6.2.1.1 Eingefrorene, irreversible Molekülorientierungen...... 260 6.2.1.2 Schrumpfkräfte................................... 264 6.2.1.3 Füllstofforientierungen............................ 266 6.2.2 Eigenspannungen........................................ 267 6.2.2.1 Wärme-Eigenspannungen.......................... 268 6.2.2.2 Nachdruck-Eigenspannungen....................... 271 6.2.2.3 Einbettungs-Eigenspannungen...................... 271 6.2.2.4 Strukturbedingte Eigenspannungen.................. 272 7 Alterung und Stabilisierung................................. 275 7.1 Alterung..................................................... 275 7.2 Thermische Belastung......................................... 278 7.2.1 Formbeständigkeit in der Wärme............................ 278

XII Inhalt 7.2.2 Wärmebeständigkeit...................................... 283 7.2.3 Temperatur-Zeit-Grenzen.................................. 283 7.2.4 Abbau während der Verarbeitung........................... 287 7.3 Stabilisierung................................................. 289 8 Kurzübersicht einiger Kunststoffe........................... 293 9 Literatur.................................................... 333 Index........................................................... 343

2 Allgemeine Charakterisierung der Polymer-Werkstoffe In diesem Kapitel werden die wichtigsten Eigenschaften und Kennzeichen der Kunststoffe sowie die damit verbundenen Begriffe erläutert, um den größeren Zusammen hang kurz gefasst darzustellen. In späteren Kapiteln werden die in diesem Abschnitt vorgestellten Themen ausführlich behandelt. 2.1 Strukturprinzipien Unter Polymer-Werkstoffen oder Kunststoffen versteht man allgemein Werkstoffe, die im Wesentlichen aus vergleichsweise einfachen, makromolekularen organi schen Verbindungen bestehen. Diese werden synthetisch oder auch durch Umwandlung von Naturprodukten hergestellt. Makromoleküle (E: macromolecules) bestehen aus vielen, meist kettenförmig aneinander gereihten, häufig wiederkehrenden Monomereinheiten (E: monomer units). Die Zahl der zu einem Makromolekül gebundenen Monomeren (E: monomers) ist so groß, dass durch das Entfernen oder Hinzufügen eines weiteren Moleküls die Eigenschaften des Polymeren nicht signifikant geändert werden. Die Anzahl der gebundenen Atome beträgt mehr als 1000, daraus resultieren Molekulargewichte von 10 4 bis 10 7 g /mol. Die meisten Kunststoffe bestehen nur aus einer oder zwei Monomerarten und werden als sog. Homo- bzw. Copolymere bezeichnet. Der Begriff Makromolekül kennzeichnet den Aufbau aus einer Vielzahl kovalent gebundener Monomere, der Begriff Polymer (E: polymer) die natürliche oder synthe tische organische Stoffart. Der Begriff Kunststoff (E: plastic) betont stärker den Charakter des fertigen, synthetisierten Werkstoffs, aus dem Formteile in speziellen Fertigungsverfahren hergestellt werden, und weniger den Aufbau und die dazu notwendigen Reaktionen. Der Begriff Polymer-Werkstoff (E: polymeric material) fasst die Begriffe Polymer und Kunststoff inhaltlich zusammen. In der einfachsten Form werden Monomere faden- oder kettenförmig aneinander gereiht. Das Bild der Kette (E: chain) trifft die Struktur des Makromoleküls insofern, als es den Aufbau aus einzelnen, gegeneinander bedingt beweglichen

28 2 Allgemeine Charakterisierung der Polymer-Werkstoffe Elementen kennzeichnet. Ein lineares Makromolekül strebt ohne Behinderung z. B. durch andere Makromoleküle eine regellos geknäulte Gestalt nach Art des Fadenknäuels (E: coil) an. An der Hauptkette (E: backbone) eines linearen Makromoleküls sind mehr oder weniger regelmäßig seitlich anstelle von einzelnen zum Monomer gehörenden Atomen, chemisch andersartige Atome oder Moleküle 1, die sog. Substituenten (E: substituent), angebunden. Die Substituenten weisen einen von der Hauptkette abweichenden Aufbau auf. Ist der Aufbau der seitlich angeordneten Atomgruppen mit dem der Hauptkette identisch, spricht man von Verzweigungen (E: branching). Substituenten können die Hauptkette und den Verbund der Makromoleküle untereinander verfestigen, versteifen oder auch lockern und beweglicher machen. Der Zusammenhalt der einzelnen Atome eines Makromoleküls kommt durch che mische Bindekräfte zustande. Untereinander sind Makromoleküle physikalisch oder chemisch gebunden (E: physically or chemically bonded). Chemisch untereinander gebundene Makromoleküle werden als vernetzte (E: crosslinked) Makromoleküle bezeichnet. Darüber hinaus gibt es immer physikalische Bindungen, die die makromolekularen Ketten untereinander im Verbund zusammenhalten, die aber auch zwischen den einzelnen Teilen eines Makromoleküls wirken. Einzelne Makromoleküle in Knäuelform durchdringen sich. Dabei sind Verhakungen und Verschlaufungen (E: intertwined molecular chains) unvermeidlich. Obwohl diese verschieblich sind, halten sie die Makromoleküle zusammen. Die chemischen Bindekräfte sind bis zu drei Zehnerpotenzen fester als die physikalischen. Physikalische Bindungen sind durch Wärme, Lösemittel und mechanische Kräfte reversibel lösbar, während die Lösung der festeren chemischen Bindungen schwerer und nur durch deren Zerstörung vonstatten geht und damit irreversibel ist. Werden lediglich physikalische Bindungen gelöst, bleiben die chemischen erhalten und damit der Werkstoff in seiner Art. In Bild 2.1 sind unverzweigte lineare, verzweigte, vernetzte und verschlaufte Makromoleküle schematisch dargestellt. linear verzweigt vernetzt verschlauft Bild 2.1 Lineare, verzweigte, vernetzte und verschlaufte Makromoleküle (Schema) 1) genauer Atomgruppen, da sie keine selbstständigen Moleküle sind

2.1 Strukturprinzipien 29 H H 109 C 0,254 nm 0,154 nm Bild 2.2 Kalottenmodell eines Abschnitts eines linearen Polyethylen-Makromoleküls (PE-HD); real müsste die Kette etwa zehnmal so lang sein rechts oben schematische Darstellung des Kettenaufbaus von PE [11] rechts unten Knäuel [12] Anschaulich lässt sich die Kettenstruktur eines Makromoleküls durch aneinander gefügte Kugeln darstellen. Der Radius dieser Kugeln entspricht dem sog. Van-der- Waals-Radius (E: Van-der-Waals radius) eines Atoms (näheres in Abschn. 3.2.2 und Bild 3.9), wobei sich die Kugeln aufgrund der starken gegenseitigen Anziehung durch chemische Bindekräfte im Makromolekül etwas überschneiden. Polyethylen (PE) hat von allen Kunststoffen die einfachste chemische Struktur. Bild 2.2 links zeigt das Kalottenmodell eines Polyethylen-Makromoleküls (PE), das in Wirklichkeit etwa zehnmal so lang sein müsste. An die zickzackförmig aneinander gereihten schwarzen Kohlenstoffatome sind seitlich weiße Wasserstoffatome gebunden. Tatsächlich liegt das Makromolekül ohne Behinderung z. B. durch andere Makromoleküle nicht langgestreckt, sondern zusammengeknäuelt vor, Bild 2.2 rechts unten. Bild 2.2 rechts oben zeigt die räumliche Anordnung der Atome im Polyethylenmolekül anhand eines Molekülmodells. Thermoplaste (E: thermoplastics) bestehen aus physikalisch untereinander gebundenen linearen oder verzweigten Makromolekülen. Bei Raumtemperatur sind sie hart und erweichen bei Erwärmung bis in einen plastischen Zustand, in dem sie vergleichsweise leicht verformt werden können. Der Vorgang ist reversibel, d. h., beim Abkühlen erstarren sie wieder. In Thermoplasten können sich lineare Makromoleküle ohne oder mit regelmäßig angeordneten, nicht zu sperrigen Substituenten in mikroskopischen Bereichen gleichmäßig parallel zueinander lagern und Kristallite 2 bilden. Polymer-Werkstoffe mit kristallinen Bereichen enthalten 2) Kristallit = kleines einzelnes Kristallkorn mit unregelmäßiger Oberfläche, oft im Wachstum behindert

30 2 Allgemeine Charakterisierung der Polymer-Werkstoffe immer zusätzlich amorphe Gebiete, in denen die Makromoleküle nicht geordnet werden können, man nennt sie daher teilkristallin (E: semicrystalline). Darüber hinaus gibt es amorphe (E: amorphous) Thermoplaste. Duroplaste und mit wenigen Ausnahmen Elastomere sind ebenfalls amorph. Duroplaste (E: thermosets) entstehen während der Verarbeitung durch Reaktion mehrerer Komponenten, d. h. Harz und Härter sowie gegebenenfalls Beschleuniger und weitere Additive. Dabei kann der Härter oder auch ein Lösungsmittel in das Harz-Netzwerk mit eingebaut werden. Die Ausgangsstoffe sind Monomere oder auch Oligomere (E: oligomers, aus wenigen Monomeren bestehend) und daher meist flüssig bzw. plastisch formbar. Sie weisen also niedrigere Viskositäten auf als geschmolzene, aus Makromolekülen bestehende Thermoplaste. Der endgültige feste Werkstoff, der vernetzte Duroplast, besteht dann aus chemisch engmaschig untereinander gebundenen Makromolekülen mit einer Vernetzungsdichte von bis zu 1 Vernetzung pro 20 Atome der Hauptkette. Neben den vorgehend beschriebenen chemischen Bindungen wirken auch physikalische Bindekräfte. Bei Raumtemperatur sind Duroplaste hart. Durch Erwärmen können zusätzlich die physikalischen Bindungen erweichen und dadurch die Steifig keit der Duroplaste um zwei Zehnerpotenzen herabsetzen. Ein plastischer Zustand kann durch Erwärmen wegen der nicht lösbaren chemischen Bindungen zwischen den Makromolekülen auch bei temperaturbedingtem Erweichen der physikalischen Bindungen nicht mehr erreicht werden. Elastomere (E: elastomers) bestehen aus chemisch weitmaschig untereinander gebun denen Makromolekülen. Die Vernetzungsdichte schwach vernetzter Elastomere beträgt etwa 1 Vernetzung pro 1000 Atome der Hauptkette. Zusätzlich wirken Verschlaufungen und physikalische Bindungskräfte. Die gegenüber den Vernetzungen weniger festen Verschlaufungen wirken sich nur dann auf das mecha nische Verhalten aus, wenn die Vernetzungsdichte gering ist. Ob Elastomere je nach Temperatur hart oder zäh verformbar sind, bestimmen die physi kalischen Bindekräfte, die bei Raumtemperatur gewöhnlich erweicht sind. Infolgedessen weisen die Elastomere ein gummiähnliches Verhalten auf. Ein plastischer Zustand kann durch Erwärmen aufgrund der chemischen Vernetzungen ebenfalls nicht mehr erreicht werden. Thermoplastische Elastomere (E: thermoplastic elastomers) sind Thermoplaste, die sich aufgrund ihres molekularen Aufbaus ähnlich wie Elastomere verhalten. Sie sind unter Einwirkung von Wärme schmelzbar, was eine hohe Gestaltungsfreiheit bei der Verarbeitung zulässt, aber auch den Einsatz bei erhöhten Temperaturen begrenzt. Elastomere können harte und weiche Kettenabschnitte aufweisen, die sich in moleku laren Bereichen so arrangieren, dass z. B. die Hartsegmente innerhalb der Elastomere besonders einheitliche und damit fester zusammenhaltende Bereiche,

2.2 Zustandsbereiche 31 sog. Domänen, aber auch festere Kristallstrukturen bilden können. Zwischen dem thermoplastisch geprägten Verhalten, d. h. leicht aufschmelzbar, und dem chemisch fest vernetzten, d. h. nicht schmelzbaren Zustand, gibt es daher bei den thermoplastischen Elastomeren ein breites Spektrum in der Struktur und den Eigen schaften. 2.2 Zustandsbereiche Der Begriff Zustandsbereich drückt aus, dass sich die Eigenschaften eines Werkstoffs im Hinblick auf seine Verarbeitung und Anwendung über einen größeren Temperaturbereich in ihrem Charakter nur wenig ändern und ausreichend genau definiert und beschrieben werden können. Dieses gilt sowohl für eine kennzeichnende Messgröße als auch für die molekularen und strukturellen Ursachen. Die Zustandsbereiche (E: ranges of state) werden auch als Aggregatzustände (E: aggregate states) bezeichnet. Bei Kunststoffen unterscheidet man zwischen: energieelastischem oder festem Zustand, auch Glaszustand, gummi- oder entropieelastischem Zustand, Fließ- oder Schmelze-Zustand. Zwischen diesen Zustandsbereichen gibt es zwei, sich über einen Temperaturbereich erstreckende Übergangsbereiche, den Glasübergangsbereich (Erweichungs- oder Einfrierbereich) und den Schmelzbereich (nur bei Thermoplasten). Je nach Betrachtung der Kunststoffe als Werkstoff für gebrauchstaugliche Anwendungen oder aus der Sicht der Verarbeitung erfolgt die Beschreibung von tiefen Temperaturen ausgehend in Richtung Erweichung und Schmelzen oder vom schmelzeflüssigen Zustand ausgehend in Richtung Einfrieren und Festwerden. Kunststoffe erweichen bei Wärmezufuhr stufenartig. Im energieelastischen Zustand (E: elastic energy state) sind Kunststoffe fest. Bei tiefen Temperaturen zeigen sie ein glasähnliches, sprödes Verhalten, der E-Modul liegt hoch. Verformungen beruhen weitgehend auf Änderungen der intermolekularen Atomabstände oder der Valenz winkel. Umlagerungen von Molekülabschnitten, Drehungen der C-C-Bindungen, besonders der Hauptkette, Abgleiten von Verschlaufungen oder Gestaltsänderungen sind praktisch nicht möglich. Im gummi- oder entropieelastischen Zustand (E: plastic or elastic entropy state) verhalten sich Kunststoffe gummiähnlich und zäh. Dabei ist zwischen dem Verhalten

Index Symbole 4-Parameteransatz 233 4-Parameter-Modell 36, 38, 212 A Abbau mechanisch 287 thermisch 287 Abbruchreaktion 59 Abgangsmoleküle 65 Abrieb 75 ABS 127, 219, 240 Abschirmung 175 Abspaltung 277 Additive Fertigung 19 f. Aerosole 63 Aggregatzustand 31, 73, 81 alternierend 58 Alterung 275 äußere 275 chemisch 275 innere 275 physikalisch 275 Aluminium 2 Aluminiumoxid 10, 178 amorph 102, 188, 196 Antioxidantien 291 Aramid 149 Aramidfasern 148, 224 Arbeitsaufnahme 230 Argon 288 ASA 130 Ätzen 97, 106 Aufblasverhältnis 103 Aushärtegrad 123 Automobilbau 22 B Bakelit 2 Beanspruchungsgeschwindigkeit 209 Bemessungsspannung 217, 251 Beschäftigungszahl 25 Biegebelastung 218, 219 Biegefestigkeit 218 bifunktionell 60 Bimodalität 58, 79 Bindung 30 Hauptvalenz- 48, 118 intermolekular 49 intramolekular 49 kovalent 50 Nebenvalenz 48 Bindungsabstand 51 Bindungsachsen 44, 45 Bindungsenergie 48, 49, 51 Bindungskräfte 49 Biopolymere 10 Blasformen 75 Blend 126 Boltzmann 214 Bornitrid 10, 178 Bruchdehnung 33, 75, 220, 222 Bruchfestigkeit 38, 249 Bruchmechanik 233 Bruchspannung 217 C CaCO 3 157 CAMPUS 217 C-Faser 149 Copolymerisat Block- 58 Pfropf- 58 random 58 Copolymerisation 58 Copolymerisieren 145 Crack 135 Craze 239, 241 Crazebildung 130, 239 D Dämpfer 212 dehnen 91 Dehnströmung 91, 103, 115 Dehnströmungen 260 Dehnung kritische 224 Dehnungen zulässige 222 Dehnungsrelaxation 210 Dehnungsvergrößerung 165

344 Index Dehnungsversagenshypothese 222 Depolymerisation 276 Dichte 75 Dipol-Dipol-Kräfte 51 Dispersionen 63 Dispersionskräfte 53 DMA 183, 192, 193 DOS 142 Druckbelastung 219 Druckfestigkeit 218 Druckverfestigung 15 DSC 116, 117, 192, 193 Duroplaste 30, 118, 184, 188, 205, 272 Dyneema-Faser 12 E ebener Spannungszustand 253 E-Glas 149 Eigenspannung 133, 165, 270 Druck- 269 Eigenspannungen 189, 267 Eigenverstärkung 12, 114 Einfrierbereich 34 Einsatzgrenze 18 Einschnürungen 246, 247 Elastizitätsmodul 137, 220 Elastomere 30, 184, 205, 259 thermoplastische 30, 125 elektrisch leitend 149 Elektronegativität 52 elektrostatisch 176 Elektr. spez. Widerstand 149 E-Modul 75, 157, 269 Kriech- 212, 214, 220 Kristallit- 104 makroskopischer Matrix- 104 Nullpunkts- 221 Sekanten- 220, 221 ltangenten- 220, 221 Emulsionen 63 Energie innere 45, 84, 85, 94 energieelastisch 35 Energieelastizität 32 Entorientierung 261 Entropie 34, 84, 94, 124 entropieelastisch 35 Entropieelastizität 32 EP 121 Erweichungsbereich 34 Erweichungstemperatur 199 Ethan 44 Extender 153 Extrapolation 235, 275 Extruder 63, 79 Extrusion 75 F Fadenknäuel 28 Faltenkeim 94 Faltenkeime 102 Faltung 245 Faltungen 87 Faltungsbögen 94 Fasergehalt Volumenanteil 156, 162 Fasern 104 Faserorientierung 163, 169 Faserstoffe 1 Feder 212 Fernordnung 81 Ferrite 179 Festigkeit 250 Fibrillen 245 Findley 233 Findley-Ansatz 234 Fließen 36, 213, 214 Fließlinien 263 Fließverfestigung 78 Flüssigkristalle 115 Folien 247 Formteileigenschaften 232 Fransenkeim 94 freies Volumen 32, 82, 192, 193 Füllgrad 9 Füllstoffe 153, 268 elektrisch leitend 8, 178 funktionale 8 f., 174, 178 magnetisierbar 8, 179 thermisch leitend 8, 178 Funktionalität 65 G Gelpunkt 121 Glasfasern 147, 48 Gewichtsanteil 163 Volumenanteil 163 Glaskugeln 154 glaskugelverstärkt 155 Glasübergang 122, 183 Glasübergangsbereich 31, 182 Glasübergangstemperatur 34, 138, 146, 187, 203, 224, 228 Grenzfläche 131, 158, 159 Grenzflächenspannung 115 Grenzschicht 96, 97, 158 Grundbaustein 55 Grundniveau 262 Grundwerkstoff 112 GTI 286 H Haftung 160, 165 Haftvermittler 147 HALS 290 Härter 69, 119

Index 345 Hartphase 137 Hauptdehnungshypothese 223 Hauptkette 28 Helix 47 Hilfsstoffe 1 homogen 241 Homopolymerisation 56 Hookesches Gesetz 207 Hybrid-Verfahren 13 I Image 21 Induktionskräfte 53 Inertgas 284 inhomogenen 241 In-Mould Forming 13 innere Energie 34 innermolekular 84 intermolekular 84, 199 Ion 59 isochron 237 K Kalotten 29 Kalthärtung 120 Kautschuk 1, 127 Keimbildung druckinduziert 92 strömungsinduziert 91 Keimbildungsenthalpie 89, 90 Keimbildungsgeschwindigkeit 92, 93 Keime Faltungs- 90 Fransen- 90 heterogen, sekundär oder thermisch 89 homogen, primär oder athermisch 89 Keimgröße 90 Kerbschlagzähigkeit 230 Kerbspannung 137, 162 Kette 27 Kettenorientierung 192 Kettenspaltung 277, 287 Kettenverzweigung 78 Kinken 96, 195 Knäuel 82, 259 Kohlenstoff-Fasern 148, 151, 152 komplexer Modul 182 Konfiguration 41 Konformation 41 Konstitution 41 Kopf-Schwanz-Bindung 56 Kriechen 211, 214 Kristallisation Dehnungs- 124 Kristallisationsgeschwindigkeit 92, 93 Kristallisationsgrad 75, 87, 95, 101, 117, 202 Kristallisationstemperatur 20, 116, 198 Kristallisieren 198 Kristallit 29 Kristallitwachstumgsgeschwindigkeit 93 kritische Faserlänge 160, 161 kritisches Faservolumen 163 Kunststoff 1, 27 Ingenieur- 5 Technische/Ingenieur 4 Kunststoffe duktil 250 spröde 250 Standard/Massen- 4 Kunststoff-Metall-Hybride 13 kurzglasfaserhaltig 266 Kurzglasfasern 154, 159, 164 kurzglasfaserverstärkt 169 L Lamellen 92, 99, 102 f. Laminat 254 Längenausdehnungskoeffizient 269 Langkettenverzweigung 77 Lasersintern 19 Leitfähigkeit, elektrisch 175 Lichtschutzmittel 290 luftfeucht 186, 225, 228 M Magnete 179 Makromolekül 2, 27, 98 Maßhaltigkeit 15, 95 Mattenlaminat 164 mechanische Formbeständigkeit 278 Mehrkomponententechnik 13 Melaminharz 200 mesogen 115 Metallocen-Katalysatoren 12, 58 Methylaluminoxan 12 MFR 73, 75, 288 Mikrobrownsche Bewegung 182, 187, 195 Mizelle 64 Molekulargewicht 68, 70, 72, 79 enge Verteilung 71 Massenmittelwert 72 Verteilung 70 Zahlenmittelwert 72 Molekülorientierung 189, 259 Molenbruch 146

346 Index Monomere 27 Morphologie 208 N Nachdruck 271 Nachhärtung 120 Nachkristallisation 95 Nachschwindung 101 Nahordnung 81, 96 Nanopartikel 10, 174 Nanoskalige Verbundwerkstoffe 174 nass 186, 225, 228 Nebenerweichungsbereich 184 Nebenvalenzkräften 144 Netzmittel 239 Netzwerk 119 interpenetrierend 82 Netzwerkstruktur 200 Normalspannungsfließzonenbildung 239 NR 33 O Oberflächenspannungen 89, 90, 131, 148 Oligomere 30 Orbital 41 Orientierungen 260 einfrieren 261 Orthorhombisch 86 orthotrop 255 P PA 6 33, 54, 147, 228, 279 PA 6-GF 286 PA 66 111, 200, 223, 228, 234, 284, 286 PA 66-GF 286 PAN 151 PB 242 PBT 39, 153 PC 216, 232, 279, 289 PE 29, 46, 74, 77, 78, 79, 105, 117, 242, 243, 245 PEmPE 59, 77 PEPE-HD 75, 234, 238 PEPE-LD 103 Perkoklationsschwelle 9, 175 PES 176 PET 103 PF 66 Pfropfkomponente 129 Phase 32, 81 Phasenwinkel 182 Phenolharz 120 Platzwechsel 194 PMMA 133, 135 Polarisation 106 Polyaddition 59, 68 Polybenzimidazol 201 Polyeder 105 Polyimid 201 Polyinsertion 59 Polykondensation 59, 65, 68 Polymer 27 Polymerblend 126 Polymerisation 59 ionisch 61 radikalisch 60 Polymerisationsgrad 45, 55, 68, 71 Polymerisationsverfahren Emulsions- 64 Fällungs- 63 Lösungs- 63 Substanz- 62 Suspensions- 63 Polymer-Weichmacher 142, 143 Polymer-Werkstoff 27 Polymer-Werkstoffe 1 POM 106, 234 PP 75, 106, 288 Preise 23 f. Produktion 2 Prognose 7 PS 136, 199, 240, 262 PTFE 46 PUR 54, 125 PVC 33, 52, 141, 142, 145 E-PVC 64 S-PVC 63, 144 weich 143 Q Querkontraktionszahl 136, 140, 157, 240 R Radikal 59 Randschicht 169 Recken 264 Reckgrad 265 Recycling 76 Reibungszahl 19 Relaxation 185, 214 Relaxationsmodul 214 Relaxationszeit 37, 185, 210 Reptation 131, 197 Resit 67 Resitol 67 Resol 67 Restverformungsarbeit 231 Retardation 211, 214 Retardationsmodul 214 Retardationszeit 37 Ringbildungsreaktionen 277 Rissbildungsgrenze 167 Rohre 238 Rostebene 54 Rotationswinkel 45 RTI 286 Rückfaltungen 54 Ruß 176

Index 347 S SAN 39, 127, 136, 262, 263 SB 128, 138, 223 Schädigung 257 Schädigungsanalyse 256 Schädigungsarbeit 231 Scherband 241 Scherbänder 239 Schergeschwindigkeit 78 Scherströmungen 91, 103, 169, 260 Scherverformung 239 Schlagzähigkeit 230 Schmelzbereich 31, 34 Schmelze 82 Diagramm isochron 235 unterkühlte, eingefrorene 82 Schmelzetemperatur 115 Schmelzindex 73, 288 Schmelztemperatur 115, 116, 198, 199, 202, 224 Schrumpffolien 265 Schrumpfkompensatoren 272 Schrumpfung 261, 265 Schubfestigkeit 219 Schubmodul 33, 202 Schubspannung 255 Schubspannungsfließzonenbildung 239 Schweißen 80, 112 Schwindung 101 Seitenketten 76 Seltene Erden 179 Shale-Gas/Schiefergas 3 Shish-Kebab-Struktur 113, 244 SMC 168 Spacer 115 Spannung 249 Spannungs-Dehnungs- Spannungs-Dehnungs- Kurve 223, 226, 227, 229 Spannungsrelaxation 210 Spannungsrissbeständigkeit 79 Spannungsrissbildung 271 Spannungsrisse 269 Speichermodul 182 spez. Wärmekapazität 188 Sphärolithe 88, 97 deformiert 112 Zone der mittleren 112 Spritzdruck 271 Spritzgießen 62, 75, 116, 266, 271 spröde 209, 239 Spröd-Zäh-Übergang 232 Stahl 2 statistisch 58 Staudinger 2, 55 Stereolithographie 19 Strahlenvernetzung 17 Streckdehnung 220, 222 Streckgrenze 38, 247 Streckspannung 217, 249 Struktur 208 Struktureinheiten 54 Strukturelement 55 Strukturviskosität 59, 78 Stufenhärtung 120 Styrol 119 Substituenten 28 Suspensionen 63 T Taktizität 58 ataktisch 57 isotaktisch 56 syndiotaktisch 56 teilkristallin 87, 188, 196 Temperatur 209 Temperaturleitfähigkeit 177 TEP 286 thermischer Ausdehnungskoeffizient 190, 268, 269 thermischer Längenausdehnungskoeffizient 188 differentieller 191 mittlerer 189 Thermoelaste 202 thermo-oxidativ 123 Thermoplaste 31, 29, 183 amorph 30, 183, 204, 223 teilkristallin 30, 183, 204, 223 thermotrop 115 TI 285 Tie-Moleküle 100 TKP 142 Topfzeit 121 transkristalline Front 112 Trennwirkung 144 Tribologie 114 Triklin 86 trocken 186, 225, 228 Tsai-Wu-Kriterium 256 TTT-Diagramm 122 U Übergangsbereich 33 Übertragungswirkung 143, 144 UD-Schicht 254 UD-Verbund 162, 254 Umlagerungen 207 Umsatz 68 Underwriters Laboratories 286 UP 33, 76, 119, 121, 147, 157

348 Index V Valenzwinkel 36, 43, 83 Van-der-Waals -Radius 29, 44, 45, 50 Verbindungsmoleküle 54, 79, 91 Verbundwerkstoff 146 Verformung elastisch 35, 36, 37, 210, 213 elastisch-plastisch 214 elastisch-viskos 214 linear-viskoelastisch 37, 214, 238 nichtlinear-viskoelastisch 214 plastisch 213 relaxierend 35, 37, 210 viskoelastisch 35, 37, 210, 213 viskos 35, 36, 210, 213 Vergleichsdehnung 224, 248 Vergleichsspannung 248 Verhakungen 28, 82, 197 Verlustfaktor 182 Verlustmodul E 182 vernetzen 119 Vernetzung 28, 30, 123, 129, 277 Vernetzungsdichte 30, 124 Vernetzungsgrad 76, 129, 200 Vernetzungspunkte 124 Versagenshypothesen 249 Versagenskriterien 249 Versagenskriterium HMH 219 HMH-Kriterium 252 konisch 251 Mohr 251 parabolisch 251 Schubspannung 219 Verschlaufungen 28, 82, 182, 197 Verschleißkoeffizient 19 Verstärken 155 Verstrecken 247 Verstreckgrad 247 Verträglichmacher 126 Verzweigungen 28, 77, 78 Vinylverbindung 56 Viskosität 73, 74, 77, 78 Volumenaufweitung 137 Volumenausdehnungskoeffizienten 191 Vorgeschichte 208 W Wachstumsreaktion 59 Wärmeausdehnungskoeffizient 150, 152, 177 Wärmebeständigkeit 283 Wärmekapazität 177 Wärmeleitfähigkeit 10, 177, 188 Wärmeleitung 118 Warmhärtung 120 Warmlagerung 284 Wasser 148 Wasseraufnahme 228 Wasserstoff 50 Wasserstoffbrücken 53, 54, 200, 228 Weichmacher 143 Weichmachung äußere 141 innere 141 Weißbruch 138 Werkstoffeigenschaften 232 Werkzeug 263 Werkzeugbedeckung 169 Werkzeugoberflächentemperatur 101 Werkzeugtemperatur 260 X x %-Dehnspannung 217 x %-Dehnung 222 Z zäh 209, 239 Zähigkeit 79, 222, 230 Zeitfestigkeit 267 Zeitstandfestigkeit 267 Zeitstandfestigkeitskurven 235 Zeitstandschaubild 235 Zugbelastung 219 Zugfestigkeit 38, 74, 217 Zusatzwerkstoff 112 Zustandsbereich 31, 33 energieelastisch 31, 184, 191 entropieelastisch 187, 191 Fließ 197 Fließ/Schmelze 31 gummi/entropieelastisch 31 Zwischenfaserbrüche 257