Kunststofftechnik Verfahren II
Du hast Begriffe wie Duroplast und Elastomer bereits gehört, aber weißt noch nicht, wie man aus diesen Kunststoffen ein Bauteil anfertigt? Dann bist Du hier genau richtig.
Inhaltsübersicht
Verarbeitung von Pressmassen
Duroplastische Kunststoffe liegen meist in Form sogenannter Press- oder Formmassen vor. Diese sind ein Gemisch aus Füllstoffen und einer weiteren Komponente, die als „Harz“ bezeichnet wird. Genauer gesagt, handelt es sich um Polykondensationsharze, deren häufigste Ausgangsstoffe Phenol und Melamin sind. Die Polykondensation ist eine Reaktion, bei der sich Monomere mit reaktionsfähigen Stellen zu längeren Makromolekülen verknüpfen.
Am Beispiel der Polykondensation von Phenol und Formaldehyd siehst du, dass bei der Reaktion ein niedermolekulares Nebenprodukt entsteht. Dieses nennt man Kondensat. Das gebildete Makromolekül heißt hier Formaldehydharz. Erinnerst Du dich zurück an die Einführung in die Kunststofftechnik, weißt du jetzt auch, weshalb Duroplaste eine vernetzte Makromolekülstruktur besitzen! Wird diese vorvernetzte Pressmasse in eine Werkzeugvorrichtung zum Urformen gegeben, dann bewirkt das Erwärmen, dass sich der Vernetzungsprozess, die Polykondensation, fortsetzt. Diese Reaktion läuft so lange ab, bis der Duroplast unschmelzbar und unlöslich ist.
Duroplastische Pressmassen
Insgesamt kannst du dir für die Verarbeitung einer duroplastischen Pressmasse folgende Schritte merken: Bevor die Masse in das Werkzeug eingefüllt werden kann, muss sie erwärmt werden. Um danach im Werkzeug eine optimale Verteilung der Masse zu erreichen, wird sie noch weiter verflüssigt und entlüftet, damit der Kondensatdampf entweichen kann. Jetzt kann das Werkzeug arbeiten und das Bauteil urformen. Der letzte Schritt im Werkzeug ist das Abkühlen und Aushärten. Nachdem das Bauteil ausgeworfen wurde, kann es in die Endbearbeitung und entgratet werden. All diese Schritte setzt eine automatisierte Pressanlage um, die das Spritzgussverfahren nutzt, um die Pressmasse zu formen.
Polymergruppen
Jetzt wollen wir uns den Elastomeren widmen. Verschaffen wir uns dafür erst einmal einen Überblick über Kautschukpolymere. Dieser Ausgangsstoff wird zu Beginn mit weiteren Substanzen wie Füllstoffen, Weichmachern, Kleinchemikalien und Vernetzungssystemen so gemischt, dass ein Kunststoff nach Maß entsteht. Die Polymere werden dabei je nach Zusammensetzung in vier Gruppen eingeteilt: Die Rubber-Typen, deren Kautschuk Doppelbindungen in der Hauptkette enthält, die Methylen-Typen, die eine gesättigte Hauptkette enthalten, die Q-Typen oder Silikonkautschuke und zu guter Letzt die U-Gruppe oder Polyurethankautschuke.
Der Kautschuk-Innenmischer
Um die gewünschte Kunststoffzusammensetzung zu erhalten, werden die Ausgangssubstanzen zu Beginn in einen Kautschuk- Innenmischer gegeben, der durch die Kombination von Pressen und Kneten eine gleichmäßige Masse erzeugt. Um das charakteristische elastische Verhalten eines Elastomers zu erhalten, muss der zu Beginn noch thermoplastische Kautschuk durch einen Vulkanisationsprozess geführt werden. Meistens wird durch die Zugabe von Schwefel und Wärme die Vernetzungsreaktion ausgelöst.
Bei der Vulkanisation bilden sich Schwefelbrücken zwischen den Kautschukmolekülen aus, die für die Härte des Gummis ausschlaggebend sind. Dieser Prozess wird in einem Kautschuk- beziehungsweise Stiftextruder umgesetzt. Das Zusammenspiel aus Schnecke und den Stiften im Inneren ermöglicht gleichzeitig die Durchmischung, Temperierung und Umwälzung der Kunststoffmasse. Ist die Vulkanisation abgeschlossen, kann die Pressmasse durch die Düse des Extruders als Masse oder als Fütterstreifen weiter zum nächsten Verarbeitungsschritt gebracht werden. Die dafür in Frage kommenden Verfahren sind auch hier wieder Pressen oder Spritzgießen. Wenn du dich fragst, wie und aus was man eigentlich Schaumstoffe herstellt, dann verschafft dir die Polyurethan Verarbeitung den nötigen Durchblick!
Da Du jetzt über die wichtigsten Verarbeitungsschritte von Duroplasten und Elastomeren Bescheid weißt, kannst Du hinter dieses Thema entspannt einen Haken machen.