Fertigungstechnik

Fertigungstechnik
Einführung in die Kunststofftechnik

Du musst Dir in kurzer Zeit einen Überblick über die wichtigsten Eigenschaften von Kunststoffen verschaffen? In diesem Beitrag geben wir dir eine schnelle Einführung in die Kunststofftechnik!

Fließgebiete und Kunststofftechnik – eine Übersicht

Kunststoffe begleiten dich durch den Alltag: ob morgens als Käseverpackung beim Frühstück oder abends als Behältnis deiner Zahncreme – mittlerweile sind sie überall! Als Teilgebiet der Fertigungstechnik, befasst sich die Kunststofftechnik mit geeigneten Verarbeitungsverfahren für Kunststoffe. Im Zentrum der Überlegungen dazu steht, wo und wie die Kunststoffe später angewendet werden. Deine Käseverpackung muss sich zum Beispiel steifer als die formflexible Tube deiner Zahncreme verhalten. Neben der Anwendung und der Form des Produkts, berücksichtigt man in der Fertigungstechnik auch die Stückzahl, die produziert werden soll. Das Produkt soll schließlich wirtschaftlich hergestellt werden.

Eigenschaften von Kunststoffen

Um geeignete Verfahren auszuwählen, sollte man zunächst über ein paar grundlegende Eigenschaften von Kunststoffen Bescheid wissen. Um diese nachvollziehen zu können, unterteilt man sie in drei Gruppen: Thermoplaste mit linearen oder verzweigten Kettenmolekülen,  Elastomere, die nur schwach vernetzt sind und Duroplaste, die eine stark vernetzte Struktur besitzen.

Kunststofftechnik Thermoplaste Elastomere Duroplaste Zuschlagstoffe viskoelastisch
Thermoplaste, Elastomere und Duroplaste

Je nachdem, zu welcher Gruppe ein Kunststoff gehört, weißt er für sein Schubmodul G, das dir Informationen über seine elastische Verformung gibt, eine andere Kurve auf.

Aus diesem Diagramm kannst Du eine weitere wichtige Eigenschaft herauslesen: Kunststoffe lassen sich durch das Ändern der Temperatur und Variieren der Druckkraft beeinflussen. Wenn ein Kunststoff das Fließgebiet erreicht, dann ist er so stark verformt, dass er sich nicht mehr in seinen Ausgangszustand zurückbewegt, wenn die Belastung entfernt wird. Je nach Stärke der Vernetzung, besitzt der Kunststoff sozusagen viele oder wenige Ärmchen, die die Molekülketten zusammenhalten. Wenn er anfängt zu fließen, dann sind die Ärmchen so weit auseinandergerissen, dass sie die Ketten nicht mehr erreichen. Ein Duroplast, der viele Ärmchen besitzt, muss also mit mehr Kraft belastet werden um zu fließen, als ein Thermoplast!

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Schubmodul G

Die Zuschlagstoffe

Möchte man bestimmte Eigenschaften des Materials modifizieren, dann gibt man sogenannte Zuschlagstoffe hinzu. Das können sowohl lösliche Zusätze sein, die chemisch und physikalisch Einfluss nehmen, als auch unlösliche Feststoffe oder Gase, die verstärkend oder volumenerhöhend auf den Kunststoff einwirken. Allgemein gilt für diese Werkstoffklasse, dass sie über eine geringe Dichte verfügt! Ihr Bereich bewegt sich zwischen  Null Komma Acht Gramm pro Kubikzentimeter und Zwei Komma Drei Gramm pro Kubikzentimeter. Verglichen mit Stahl ist das sehr gering. Er liegt ungefähr bei Sieben Komma Acht Gramm pro Kubikzentimeter. Reine Kunststoffe, die nicht mit Füll-oder Verstärkungsmaterial versehen sind, haben zudem eine hohe Wärmeausdehnung. Das heißt, dass sie bei Erhöhung der Temperatur ihre Geometrie verändern und beim Abkühlen wieder schrumpfen.

Kunststofftechnik Thermoplaste Elastomere Duroplaste Zuschlagstoffe viskoelastisch
Zuschlagstoffe

Die wichtigsten Verhaltensweisen

Um den Kunststoffen abschließend noch einen Stempel zu verpassen, der sie in der Welt der Werkstoffe eindeutig identifiziert, fassen wir die wichtigsten Verhaltensweisen zusammen und geben ihnen eine Bezeichnung.

Kunststofftechnik Thermoplaste Elastomere Duroplaste Zuschlagstoffe viskoelastisch
Verhaltensweisen von viskoelastischen Werkstoffen

Kunststoffe gehören zu den viskoelastischen Werkstoffen. Das heißt, dass ihr Verhalten bei äußerer Beeinflussung zeitabhängig ist. Hältst Du die Last auf den Kunststoff konstant, wird er sich mit der Zeit stärker verformen. Bei einer gleichbleibenden Verformung hingegen, nimmt die Spannung mit der Zeit ab. Man nennt das Relaxieren oder Erholen. Dieses zeitabhängige Verhalten erhält einen Turbo und beschleunigt, wenn die Temperatur erhöht wird. Um ganz genau zu sein, handelt es sich bei Kunststoffen schließlich um nicht- lineare viskoelastische Werkstoffe. Es ist also ganz entscheidend, wie hoch die Beanspruchung ist. Verdoppelst Du zum Beispiel die Spannung in der gleichen Zeit, dann ist die Verformung nicht doppelt so hoch, sondern deutlich höher als das!

Mit diesem Basiswissen zu Kunststoffen kannst Du dich jetzt an das nächste Video zu den Verfahren der Kunststofftechnik wagen, die diese Materialien unter Berücksichtigung ihres Verhaltens verarbeiten.

Und jetzt aufgestanden vom Frühstückstisch, es geht gleich weiter!

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