Kunststoffe: Die Arten, ihre Verarbeitung

Kunststoffe: Die Arten, ihre Verarbeitung

 

Kunststoffe sind aus organischen Verbindungen (Basiselement Kohlenstoff) bestehende Werkstoffe. Als Ausgangsstoffe dienen Erdöl, Erdgas oder Kohle. Durch verschiedene Verfahren werden aus einfachen Molekülen langkettige Moleküle (Makromoleküle) mit verschiedenartigen Strukturen aufgebaut. Je nach Stuktur unterscheidet man die drei Kunststoffarten: Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere.

 

Zu den wichtigsten Eigenschaften zählen: geringe Dichte (0,9-2,0 kg/dm³), geringe Wärmeleitfähigkeit, sehr gute chemische Beständigkeit und, dass sie elektrische Isoliereigenschaften aufweisen.

 

 Kunststoffarten

 

Duroplaste bestehen aus langfädigen, engmaschig vernetzten Kunststoffmolekülen. Als Ausgangsstoffe dienen meist Epoxid-, Polyurethan- oder Polyesterharze, die bei der Herstellung flüssig oder pulverförmig vorliegen. Unter der Wirkung eines Härters und/oder durch Wärme und Druck verbinden sich die Makromoleküle an vielen Stellen. Beim Aushärten entsteht ein engmaschiges Netz (Duro = Hart). Duroplaste lassen sich durch Erwärmen nicht mehr erweichen, sondern zersetzen sich ab einer bestimmten Temperatur. Es entstehen reine oder im Verbund mit anderen Stoffen (Glas-, Kohlefaser) sehr feste und langlebige Produkte. Es werden z. B. Boote, Gehäuse und Karosserieteile aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) hergestellt. Besonders feste Verbindungen, die die Festigkeit von Stählen erreichen, werden aus carbonverstärktem Kunststoff hergestellt (z.B. Kolbenpleuel für Rennwagen).

 

Thermoplaste sind Kunststoffe, die ebenfalls aus sehr langen Molekülketten bestehen, aber gegenseitig keine Verbindungen und Vernetzungen eingehen. Bei normalen Temperaturen sind die Moleküle sehr eng verschlungen, der Kunststoff ist fest. Über einer bestimmten Temperatur (z. B. bei Polyethylen [PE] über 115 (C) werden die Kunststoffe erst teigig-verformbar und schließlich flüssig. Thermoplaste (Thermo = Wärme) lassen sich warm verformen, extrudieren, schweißen, pressen und gießen, wodurch sie kostengünstig zu verarbeiten sind. Weil zudem viele Thermoplaste Eigenschaften für viele verschiedene Verwendungszwecke bieten, stellen sie die meistverwendete Kunststoffart dar.

 

Elastomere bestehen aus Makromolekülen, die verknäult und an wenigen Stellen miteinander vernetzt sind. Aus diesem Grund sind diese Werkstoffe (z. B. Styrol- und Acryl-Butadien-Gummi, Silikongummi) außergewöhnlich elastisch. Man kann den Werkstoff um ein Vielfaches seiner Ausgangslänge auseinanderziehen und er zieht sich immer wieder auf das Ausgangsmaß zurück. Dieses Gummiverhalten ändert sich auch nicht bei Erwärmung. Vielen Kunststoffteilen werden Gummianteile zugemischt, um sie weniger zerbrechlich (schlagzäher) zu machen (z. B. Telefongehäuse aus Polystyrol [PS] mit Butadienanteilen).

 

 Verarbeitungsverfahren

 

Thermoplaste werden in rein physikalischen Verfahren verarbeitet. Das Formteil (Produkt) wird allein durch Umformen und Erstarren von zuvor aufgeschmolzenem Kunststoffgranulat oder -pulver hergestellt. Das Granulat oder Pulver wird in einem Extruder, der mit einer regelbarer Heizung versehen ist, aufgeschmolzen. Durch Dreh- und/oder Vorwärtsbewegungen der Extruderschnecke wird der aufgeschmolzene Kunststoff gleichmäßig (kontinuierlich) oder stoßweise (diskontinuierlich) dem weiterverarbeitenden Werkzeug zugeführt. Die wichtigsten weiterverarbeitenden Verfahren sind: Extrusion, Spritzgießen, Hohlkörperblasen, Folienblasen und Pressen. Bei der Extrusion wird die Kunststoffschmelze gleichmäßig durch ein Werkzeug mit formgebender Öffnung gedrückt. Auf diese Art werden z. B. Rohre, Profile oder Stäbe hergestellt. Beim Spritzgießen wird die Kunststoffschmelze unter hohem Druck portionsweise durch eine Düse in ein geschlossenes Werkzeug gespritzt, das zur Formgebung dient. Beim Hohlkörperblasen oder Blasenformen wird ein zuvor extrudiertes Schlauchstück im plastischen Zustand innerhalb des formgebenden Werkzeuges mithilfe von Druckluft aufgeblasen und gegen die Innenwände gedrückt. Es enstehen so Hohlkörper wie Flaschen oder Kanister. Zur Herstellung von Schlauchfolien, die zu Beuteln oder Folien weiterverarbeitet werden können, dient das Folienblasen. Dabei wird die Kunststoffschmelze kontinuierlich durch eine im Werkzeug befindliche Ringdüse gedrückt. Aus dem Werkzeug strömende Druckluft bläst den dünnwandigen Schlauch auf. Beim Pressen wird die Kunststoffschmelze portionsweise in ein Presswerkzeug gespritzt, wo sie unter hohem Druck geformt wird. Pressen dient zur Herstellung größflächiger, oftmals mit Matten oder Vliese verstärkter Teile. Neben diesen Verfahren sind noch das Kandalieren (Herstellung von Folien aus plastischem Kunststoff durch Walzen) und das Schäumen (Einbringen von Luftteilchen in den Kunststoff) von großer Bedeutung.