Werkstoffe und Kreisläufe (Fach) / Kunststoffe (Lektion)

Kunststoffe

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• Allgemeine Definition für Kunststoffe Sammelbezeichnung für alle Werkstoffe, die aus kleineren Ausgangsstoffen (Monomere) zu größeren Makromolekülen (Polymere) synthetisiert werden.Grundlage fast aller KS Kohlenstoff C, daneben O, H, N.
• Wie ergibt sich die Bezeichnung der Kunststoffe bzw. Einteilung nach: nach Herkunft der Ausgangsstoffe:-KS aus pflanzlichen oder tierischen Rohstoffen-KS aus Erdöl- oder Kohlederivaten nach Temperaturverhalten:-Thermoplaste-Duroplaste nach elastischem Verhalten-Elastomere
• Nenne allgemeine Eigenschaften der Kunststoffe niedrige Dichte (0,8 - 1,8 kg/dm3) sehr geringe elektrische Leitfähigkeit mechan. Festigkeit meist gering bis mäßig bis auf Ausnahmen geringe Wärmebeständigkeit feuchtigkeitsunempfindlich im allg. widerstandsfähig gegen Säuren und Laugen, bei organ. Lösungsmitteln unterschiedliches Verhalten physiologische Wirkung bei vielen KS indifferent, bei einigen problematisch
• Wodurch werden die Eigenschaften der Kunststoffe beeinflusst? - gezielten Aufbau der Makromoleküle- Kombination verschiedener KS- Kombination von KS mit anderen Werkstoffen (Glasfasern, Textilfasern, Metallen)- Einsatz von Zusatzstoffen im KS (Füll- und Farbstoffe, Weichmacher, Stabilisatoren)- Nachbehandlung (mech., chem., Bestrahlung)
• Nenne die Grundreaktionen zum Aufbau von Kunststoffen? Was sind die Ausgangsstoffe? Ausgangsstoffe: feste, flüssige, gasförmige Monomere Polymerisation Polykondensation Polyaddition
• Was passiert bei der Polymerisation von Kunststoffen? Was sind Abwandlungen der Homopolymerisation? Was ist der Polymerisationsgrad? chemische Verknüpfung ungesättigter Monomere durch Aufspaltung von Mehrfachbindungen (Polyäthen) oder von ringförmigen Verbindungen (Lactam → Polyamid) Polymerisate (Produkte der Polymerisation): stets Thermoplaste, keine Beiprodukte oder Reststoffe z.B. PE, PP, PVC, PS (Styropor), PTFE (Teflon) Abwandlungen der Homopolymerisation: -Copolymerisation (Monomerengemisch)-stereospezifische Polymerisation (räumliche Anordnung der Seitenketten)-Pfropfpolymerisation (Hauptkette eines Polymers mit Seitenketten eines anderen Polymers) Polymerisationsgrad: durchschnittliche Anzahl Monomere für ein Makromolekül.
• Was passiert bei der Polykondensation? Wie entstehen Thermo- und Duroplasten? Beispiele für beide Gruppen nennen. stufenweiser Aufbau von Polymeren unter Abspaltung niedermolekularer Reaktionsprodukte (Wasser, Ammoniak, Alkohol, Chlorwasserstoff) Monomere mit bifunktionellen Gruppen: Thermoplaste (fadenförmig)z.B. Polyamide, Polycarbonate (Macrolon), gesättigte Polyester (Diolen, Trevira) Monomere mit oligofunktionellen Gruppen: Duroplaste (vernetzt) z.B. Melaminharze (Resopal), Phenolformaldehyd (Bakelit), ungesättigte Polyester, Silikone Stufenreaktion bietet sich an, um Vorprodukte zu haben, die sich warmformen oder durch Zusatzstoffe verbessern lassen
• Was passiert bei der Polyaddition? Beispiele für Thermo- und Duroplasten Stufenreaktion der bi- oder oligofunktionellen Gruppen von Monomeren ohne Abspaltung von niedermolekularen Stoffen. Umlagerung von Atomen (meist H) von funktioneller Gruppe des einen Monomers zu der des anderen Monomers. je nach Vernetzung: Thermoplastz.B. chlorierte Polyäther oder Duroplastez.B. Epoxidharze, Polyurethane (je nach Einstellung auch gummielastisch, Schaum hart, weich)
• Definition & Eigenschaften Thermoplast lineare verknüpfte, evtl. schwach verzweigte, jedoch räumlich nicht durch starke chemische Bindung vernetzte Makromoleküle. Erweichen beim Erwärmen, Fadenmoleküle in sich und gegeneinander bis zur plastischen Fließfähigkeit beweglich warmformbar beim Abkühlen wieder fest unter Beibehalten der Form. Dabei streckenweise gebündelt (teilkristallin [parallele Ausreichtung; beständiger als amorphe]) oder eng verfilzt (amorph [ohne Ordnung; EIgenschaften ähnlich Elastomere]) angeordnet. Vorgang beliebig wiederholbar schweißbar mit bestimmten Lösungsmitteln lös- oder quellbar. ⇒Anordnung der Makromoleküle zueinander bestimmen Eigenschaften und Temperaturgrenzen (nach unten: erstarren der amorphen Bereiche; nach oben: schmelzen der kristallinen Bereiche) des Gebrauchsbereichs.Stichworte: Struktur der Monomere, Taktizität im Makromolekül
• Definition Duroplast -Eigenschaften -Thermisches Verhalten -Herstellung räumlich stark vernetzte Makromoleküle zersetzen sich beim Erhitzen nicht löslich evtl. quellbar amorph glasig hart nicht schweißbar Sprödigkeit ist durch Füllstoffe (Gesteins-, Holzmehl, Fasermaterialien) zu vermindern. Thermisches Verhalten Thermoplaste mit Glas vergleichbar Duroplaste mit Keramik, Beton vergleichbar Herstellung von Formstücken meist über lösliche oder thermoplastische Vorprodukte, die erst in Form aushärten, auch Einwirkung vernetzend wirksamer Härter auf reaktionsfähige Thermoplaste (ungesättigte Polyester) möglich
• Definition & Eigenschaften Elastomer Unterschied zu "thermoplastischen Elastomeren"? Makromoleküle aus verknäulten Molekülketten sehr weitmaschig vernetzt bei Krafteinwirkung Dehnung bis zu mehreren 100 % durch Streckung der Knäuel, bei Nachlassen der Kraft wieder Knäuelung nicht schmelzbar nicht schweißbar begrenzt löslich quellbar Unterschied "echter" Elastomere zu thermoplastischen Elastomeren, die durch physikalische Kräfte lose vernetzt und gummielastisch (Weichmachereffekt) sind: thermoplastische Elastomere verlieren Elastizität bei Erwärmung.
• Häufigkeit der Verwendung: Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere Thermoplaste aufgrund einfacher Herstellung und Verarbeitung 3/4 der Anwendungen, Elastomere und Duroplaste nur 1/4. ⇒ Fester Zustand der KS nicht mit klassischen Werkstoffen vergleichbar, die fast alle kristallin vorliegen
• Welche Mechanismen finden bei der Kunststoffverarbeitung Anwendung? Erläutern sie die Mechanismen Urformung Spritzgießen, Extrudieren, Pressen, Gießen, Kalandrieren aus thermoplastischer Schmelze zu Thermoplasten (evtl. anschließende Vernetzung zum Duroplast oder Elastomer) Fertigung von Werkstücken oder Halbzeugen aus formlosen Ausgangsstoffen (Gase, Flüssigkeiten, Pasten) Umformung Warmformung durch Formstanzen, Streckformen, Tiefziehen, Abkanten, Biegen (bestehender Stoffverband bleibt erhalten, nur Formänderung) Produkt: thermoplastische Halbzeuge (evtl. anschließende Vernetzung zum Duroplast oder Elastomer) Recken von Folien, Fasern Schrumpfen von vorher gereckten Halbzeugen mechanische Bearbeitung Spanend: Bohren, Drehen, Fräsen, Hobeln, Gravieren, Schnitzen (bei Kunststoffen selten, da aufwendig und teuer) Trennend: Sägen, Schlagtrennen, Stanzen, Schneiden, Brechen (schlechte Wärmeleitfähigkeit muss berücksichtigt werden, um Warmverformungen zu vermeiden) Oberflächenbehandlung: Schleifen, Polieren Verbinden Unlösbar: Kleben, Schweißen, Nieten Lösbar: Verschraubung, Klammen, Schnappverbindung
• Nenne Verfahren zur maschinellen KS-Verarbeitung mit Beispielen für die entsprechenden Erzeugnisse Extrudieren: Profile, Rohre, Tafeln, Folien, Kabel- und Profilummantelung Kalandrieren: Folien, Bahnen Beschichten: kunststoffbeschichtetes Gewebe, Papier, Holz, Bleche Spritzgießen: Formteile, Schüsseln, Behälter, Flaschenkästen, Zahnräder, Gehäuse Pressen: Formteile, Tafeln, Blöcke, Profile Extrusionsblasformen: Hohlkörper Rotationsformen: Hohlkörper Schäumen: Blöcke, Tafeln, Bahnen, Formteile Gießen: Folien, Blöcke, Formteile, Beschichtung Warmformen: Tiefziehen von Bechern, Verpackungen, Wannen, Bootskörpern
• Nenne Verfahren zur manuellen KS-Verarbeitung mit Beispielen für die entsprechenden Erzeugnisse Gießen: Formteile, Einbettungen Schaumgießen: Hohlraumverfüllungen, Beschichtungen, Groß-Formteile Verstärken: Formteile, Beschichtungen, Auskleidungen Warmformen: Biegen von Rohren, handwerkliche Warmformung
• Nenne modifizierte Naturstoffe (+Einsatz) Celluloid CN (andere: CA, CP, CAB)⇒Massivwerkstoff für Toilettenartikel, Brillengestelle, Puppen, als Folie für sehr reißfeste Filme, als Schaumstoff, Textile Materialien Kasein-KS⇒Knöpfe, Schnallen, Kugelschreiber
• Nenne Thermoplaste (+Verwendung) PE (Polyethen) LD-PE (low density PE) HD-PE (high density PE)⇒Folien, Verpackungsmaterial, Lager- und Transportbehälter, Rohre, Kabelisolierungen, Haushaltsgegenstände PP (Polyporpylen)⇒Rohrleitungen, Verpackungsbehälter, Textilfasern, Maschinenteile, weniger dünne Folien Inomere⇒Verpackungen, PM-Verarbeitung PVC (Polyvenylchlorid)⇒Baubereich: Rohre, Rolläden, Fußböden; Elektro: Isolierung; Verpackung: Bahälter, Folien, Schläuche, Regenbekleidung PAVC (Venylpolimerisat)⇒Betonversiegelung, Lacke, Farben, Alles-Kleber PS (Polystyrol)⇒Verpackungsstoff, Gehäuse von Geräten der U-Elektronik Styrol-Polymere (SB, SAN, ABS)⇒Telefongehäuse, Schutzhelm PMMA (Acrylgläser)⇒Beleuchtung, Rohre, Sicherheitsglas PTFE (Polytetrafluoräthylen)⇒Gleitlager, Isolierungen, Fasern, Dichtungen PA (Polyamide)⇒Maschinenbau (Kleinteile), Verpackung (Folien), Medizin (Infusionsspritzen), Textilfasern PC (Polycarbonate)⇒einbruchhemmende Verglasung, Lichtkuppeln PETP, PBTP (Polyäthylen(butylen)terephtalat)⇒Glasfaserverstärkung, Elektrogehäuse, Maschinenelemente
• Nenne Beispiele für Duroplaste (+Verwendung) PF (Phenol-Formaldehyd)⇒Formteile Elektroindustrie, als Klebe- und Bindemittel für Schichtpreßstoffe mit Holz, Papier, Gewebe UF (Aminoplaste)⇒Elektroinstallationsmaterial, Toilettensitze aus Preßmassen, Holzoberflächenveredelung MF (Melamin-formaldehydharze)⇒Elektroinstallation (sichtbare Teile), Schichtpreßstoffe (beschichtete Spanplatten), Campinggeschirr, Klebstoffe, Lacke UP (ungesättigte Polyester)⇒Harze zur Beschichtung von Beton, Holz, Binde-, Abdichtmittel, Elektro-Großteile, Bootskörper, Karosserieteile, Badewannen, Schutzhelme, Angelruten EP (Epoxidharze)⇒Harze als Beschichtung, Klebstoff, Korrosionsschutz, Bodenbeläge, Reparaturmassen, elektrische Gießharze, Modellbau, glasfaserverstärkte Kunststoffe PUR (Polyurethane)⇒Isolationsmaterial (Kühlschränke), Bodenbeläge, Möbelbauelemente,Schwämme, Badematten, Matratzen, Baukleber, Verpackungsschaumstoffe
• Nenne Beispiele für Elastomere (+Verwendung) Naturkautschuk Synthetikkautschuk-Buna-S (Butadien-Styrol-Copolymerisat)⇒Reifenindustrie, Förderbänder, Schuhsohlen, technische Gummiwaren-Buna-SS (Butadien-Styrol-Copolymerisat)⇒weniger elastisch, sehr widerstandsfähig, kältebeständig, günstige elektrische Eigenschaften-(Per)Buna(n)-N (Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat)⇒Treibstoffschläuche, Ölförderung-Perbunan-C (Chlorkautschuk)⇒Förderbänder, Kabelmäntel, Schutzkleidung, technischer Schaumgummi-Butylkautschuk⇒Innenlagen von Schläuchen, Reifen Silikone-Siliconöle⇒Hydraulikflüssigkeit, Transformatoren-, Schalteröl, Trenn-, Schmieröl-Siliconharze⇒Isolierung von Elektrobauteilen, Bindemittel für Farben, Schicht-, Preßstoffe-Silicon-Kautschuk⇒Dichtungsmaterialien verschiedenster Art, Schläuche, Katheter (Medizin)
• Allgemeine Unterschiede Synthese-/ Natur-Kautschuk Synthese-Kautschuk ist: wärmebeständiger abriebfester chemisch widerstandsfähiger fester schwerer zu bearbeiten, jedoch für hochelastische, besonders weiche Artikel wird immer noch zumindest anteilmäßig Naturkautschuk verwendet.
• Vor- und Nachteile von Kunststoff als Getränkeverpackung? Vorteile Lichtschutz beim Tetrapak mit PE-Beschichtung möglich hohe mechanische Festigkeit Transparenz Wärmeformbeständigkeit (dadurch sterilisierbar) sehr geringe Durchlässigkeit für Gase und Aromastoffe Mehrweg mit 25 bis 30 Umläufen Nachteile meistens Einweg lange Wege → Recycling in Asien Migration möglich

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