Christian Hopmann, Walter Michaeli
Einführung in die Kunststoffverarbeitung
Vorwort zur achten Auflage
7
Vorwort zur siebten Auflage
9
Vorwort zur sechsten Auflage
10
Vorwort zur fünften Auflage
10
Vorwort zur vierten Auflage
11
Vorwort zur dritten Auflage
11
Die Autoren
13
Kurzzeichen für Polymere
15
Inhalt
19
1 Einleitung
25
Literatur
26
2 Aufbau und Einteilung der Kunststoffe
27
2.1 Aufbau der Kunststoffe
27
2.1.1 Herstellung von Kunststoffen
28
2.1.1.1 Polymerisation
28
2.1.1.2 Polykondensation
35
2.1.1.3 Polyaddition
36
2.1.2 Bindungskräfte in Polymeren
38
2.2 Einteilung der Kunststoffe
40
2.2.1 Thermoplaste
41
2.2.2 Duroplaste und Elastomere
44
2.2.3 Copolymere und Polymergemische
46
2.2.4 Zuschlagstoffe
47
2.3 Biopolymere
48
Literatur
50
3 Physikalische Eigenschaften der Kunststoffe
51
3.1 Thermische Werkstoffeigenschaften
51
3.1.1 Dichte
51
3.1.2 Thermische Ausdehnung
53
3.1.3 Wärmeleitfähigkeit
54
3.1.4 Spezifische Wärmekapazität
55
3.2 Fließeigenschaften von Polymerschmelzen
58
3.2.1 Newtonsche und nicht-newtonsche Fluide
59
3.2.2 Ansätze zur Beschreibung des strukturviskosen Fließverhaltens der Schmelze
61
3.2.2.1 Potenzansatz nach Ostwald und de Waele
61
3.2.2.2 Carreau-Ansatz
63
3.2.3 Einfluss der Temperatur auf das Fließverhalten
63
3.2.4 Messung viskoser Fließeigenschaften
65
3.2.4.1 Kapillarrheometer
66
3.2.4.2 Rotationsrheometer
70
3.2.4.3 Schmelzindexmessung
71
3.3 Elastische Eigenschaften von Polymerschmelzen
73
3.3.1 Normalspannungen
74
3.3.2 Zeitabhängiges Verhalten
74
3.4 Abkühlen aus der Schmelze
74
3.4.1 Amorph erstarrende Thermoplaste
75
3.4.2 Teilkristallin erstarrende Thermoplaste
75
3.4.3 Nukleierung
78
3.4.4 Bestimmung des Kristallisationsgrades
79
3.5 Morphologie erstarrter Thermoplaste
80
3.5.1 Amorph erstarrte Thermoplaste
81
3.5.2 Teilkristallin erstarrte Thermoplaste
83
Literatur
85
4 Werkstoffkunde der Kunststoffe
87
4.1 Allgemeines zum Werkstoffverhalten
87
4.2 Spannungs-Dehnungs-Verhalten
90
4.2.1 Kurzzeit-Verhalten
90
4.2.2 Stoßartige Beanspruchung
92
4.2.3 Verhalten bei langzeitiger und ruhender Beanspruchung
93
4.2.4 Schwingende Beanspruchung
95
4.3 Eindruck-, Verschleiß- und Reibverhalten
96
4.3.1 Härte
96
4.3.2 Abrieb
99
4.3.3 Reibverhalten
99
4.4 Elektrisches Verhalten
100
4.4.1 Dielektrisches Verhalten
100
4.4.2 Elektrische Leitfähigkeit
102
4.4.3 Durchschlagfestigkeit
102
4.4.4 Elektrostatische Aufladung
103
4.5 Optisches Verhalten
104
4.5.1 Brechung und Dispersion
104
4.5.2 Transparenz
104
4.5.3 Glanz
105
4.5.4 Farbe
105
4.6 Akustisches Verhalten
107
4.7 Verhalten gegen Umwelteinflüsse
109
4.7.1 Widerstandsfähigkeit gegen Medien
109
4.7.2 Spannungsrissbeständigkeit
111
4.7.3 Diffusion und Permeation
112
4.7.4 Bewitterung
113
4.7.5 Biologisches Verhalten
114
4.7.6 Brandverhalten
114
4.8 Gebrauchstauglichkeit und Qualitätssicherung
115
Literatur
116
5 Aufbereitung von Kunststoffen
123
5.1 Einleitung
123
5.2 Aufgaben in der Aufbereitung
123
5.2.1 Lagern und Fördern
124
5.2.2 Dosieren
124
5.2.3 Mischen
126
5.2.3.1 Diskontinuierliche Aufbereitungsmaschinen
126
5.2.3.2 Kontinuierliche Aufbereitungsmaschinen
128
5.2.4 Granulieren
131
5.3 Zuschlagstoffe
131
5.3.1 Verarbeitungshilfsmittel
131
5.3.2 Stabilisatoren
132
5.3.3 Antistatika
132
5.3.4 Elektrisch leitfähige Füllstoffe
133
5.3.5 Flammschutzmittel
133
5.3.6 Treibmittel
133
5.3.7 Festigkeit und Steifigkeit herabsetzende Zuschlagstoffe
133
5.3.8 Festigkeit und Steifigkeit erhöhende Zuschlagstoffe
134
Literatur
134
6 Verarbeitungsverfahren für Kunststoffe
135
6.1 Extrusion
135
6.1.1 Der Extruder
136
6.1.1.1 Der Einschneckenextruder
137
6.1.1.2 Die Schnecke
140
6.1.1.3 Konventionelle Einschneckenplastifizierextruder
142
6.1.1.4 Der fördersteife Einschneckenextruder
144
6.1.1.5 Der Plastifiziervorgang im Einschneckenextruder
145
6.1.1.6 Der Doppelschneckenextruder
147
6.1.1.7 Extruderzylinder
149
6.1.2 Weitere Anlagenkomponenten
150
6.1.2.1 Extrusionswerkzeug
150
6.1.2.2 Kalibrierung/Kühlung und Abzug
153
6.1.2.3 Anlagenbeispiele
154
6.1.3 Coextrusion
155
6.2 Extrusionsblasformen und Streckblasen
156
6.2.1 Extrusionsblasformen
157
6.2.1.1 Der Verfahrensablauf
157
6.2.1.2 Die Maschine
159
6.2.1.3 Das Mehrfachblasformen
164
6.2.1.4 Coextrusionsblasformen
164
6.2.1.5 3D-Blasformen
165
6.2.1.6 Saugblasen
165
6.2.2 Streckblasen
166
6.2.2.1 Vorformlingsherstellung
167
6.2.2.2 Verfahren aus erster und zweiter Wärme
167
6.2.2.3 Vor- und Nachteile des Streckblasverfahrens
168
6.3 Spritzgießen
168
6.3.1 Maschine und Verfahrensablauf
168
6.3.1.1 Verfahrensablauf
169
6.3.1.2 Maschinenaufbau
170
6.3.1.3 Kenndaten der Maschine
172
6.3.2 Baugruppen
173
6.3.2.1 Plastifiziereinheit
173
6.3.2.2 Schließeinheit
181
6.3.2.3 Werkzeug
184
6.3.2.4 Werkzeugtemperierung
188
6.3.2.5 Maschinenbett und Steuereinheit
189
6.3.3 Sonderverfahren
189
6.3.3.1 Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG)
190
6.3.3.2 Mehrkomponenten-Spritzgießen
193
6.3.3.3 Kaskadenspritzgießen
196
6.3.3.4 Spritzprägen
197
6.3.3.5 Hinterspritztechnik
199
6.3.3.6 Schmelzkerntechnik
200
6.4 Herstellung von Formteilen aus duroplastischen Pressmassen
200
6.4.1 Der Werkstoff „Duroplastische Pressmasse“
200
6.4.2 Das Pressverfahren
202
6.4.3 Verfahrensvarianten
205
6.5 Elastomerverarbeitung
206
6.5.1 Rohstoffe und Mischungen
207
6.5.1.1 Kautschukpolymere
207
6.5.1.2 Verstärkende Füllstoffe
208
6.5.1.3 Vernetzungssystem
209
6.5.2 Mischungsherstellung
210
6.5.3 Formgebung von Elastomeren
211
6.5.3.1 Extrusion und kontinuierliche Vulkanisation von Elastomeren
211
6.5.3.2 Herstellung elastomerer Formteile
214
6.6 Verarbeitung von Polyurethanen
216
6.6.1 Schaumbildungsprozess
218
6.6.2 Anlagentechnik zur Verarbeitung reaktiver Polyurethane
219
6.6.3 RIM-Verfahren
223
6.7 Faserverstärkte Kunststoffe
224
6.7.1 Materialien
226
6.7.2 Bauteilkonstruktion und -auslegung
229
6.7.3 Verarbeitungsverfahren für Faserverbundkunststoffe
230
6.7.3.1 Handlaminierverfahren
231
6.7.3.2 Faserspritzen
232
6.7.3.3 Prepregverarbeitung, Tapelegen, Autoklavieren
233
6.7.3.4 Faserwickeln
233
6.7.3.5 Pultrusionsverfahren
235
6.7.3.6 Harzinjektionsverfahren (Resin Transfer Moulding, RTM)
236
6.7.3.7 Harzinfusionsverfahren (Resin Infusion, RI)
238
6.7.3.8 Spaltimprägnierverfahren
239
6.7.3.9 Umformen endlosfaserverstärkter Thermoplaste
241
6.7.3.10 Pressen langfaserverstärkter Kunststoffe
244
6.7.4 Prozesssimulation bei der Pressverarbeitung
251
6.8 Kalandrieren
252
6.9 Verarbeitung durch Gießen
257
6.9.1 Gießen
258
6.9.2 Schüttsintern
259
6.9.3 Schleudergießen (Rotationsformen)
260
6.9.4 Foliengießen
261
6.9.5 Umgießen
261
6.9.6 Imprägnieren
261
Literatur
262
7 Weiterverarbeitungstechniken für Kunststoffe
271
7.1 Thermoformen
271
7.1.1 Maschinen
272
7.1.2 Verfahrensschritte
274
7.2 Schweißen von Kunststoffen
279
7.2.1 Heizelementschweißen (HE-Schweißen)
283
7.2.1.1 Direkte Heizelement-Schweißverfahren
283
7.2.1.2 Indirekte HE-Schweißverfahren
287
7.2.2 Warmgasschweißen
288
7.2.2.1 Fächelschweißen (Runddüse)
289
7.2.2.2 Ziehschweißen (Schnellschweißen)
289
7.2.2.3 Warmgas-Überlappschweißen
289
7.2.2.4 Extrusionsschweißen
290
7.2.2.5 Heißgasschweißen
290
7.2.3 Reibschweißverfahren
291
7.2.3.1 Verfahren mit äußerer Reibung
291
7.2.3.2 Verfahren mit innerer Reibung
292
7.2.4 Strahlungsschweißverfahren
294
7.2.4.1 Heizelementstrahlungsschweißen
294
7.2.4.2 Infrarotschweißen
295
7.2.4.3 Laserstrahlschweißen
295
7.2.4.4 Laserdurchstrahlschweißen
295
7.2.5 Induktionsschweißen (Elektromagnetisches Schweißen)
298
7.3 Kleben von Kunststoffen
298
7.3.1 Mechanismus der Klebung
299
7.3.2 Einteilung der Klebstoffe
300
7.3.2.1 Physikalisch abbindende Klebstoffe
301
7.3.2.2 Chemisch abbindende Klebstoffe (Reaktionsklebstoffe)
301
7.3.3 Werkstoffeinflüsse auf die Klebbarkeit von Kunststoffen
302
7.3.4 Verfahrensablauf beim Kleben
303
7.4 Mechanische Bearbeitung
305
7.4.1 Sägen
306
7.4.2 Fräsen
308
7.4.3 Schleifen und Polieren
309
7.4.4 Bohren
310
7.4.5 Drehen
312
Literatur
314
8 Recycling von Kunststoffen
317
8.1 Einleitung
317
8.2 Aufbereitung von Kunststoffabfällen
321
8.3 Werkstoffliche Verwertung von Kunststoffabfällen
323
8.4 Rohstoffliche Verwertung
326
8.5 Energetische Verwertung
328
8.6 Abschließende Bemerkungen
329
Literatur
329
Index
333
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