Kunststoffe Für Ingeniere - Bernd Schröder

8/18/2019 Kunststoffe Für Ingeniere - Bernd Schröder

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essentials


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Essentials liefern aktuelles Wissen in konzentrierter Form. Die Essenz dessen, wor-auf es als „State-of-the-Art“ in der gegenwärtigen Fachdiskussion oder in der Praxisankommt. Essentials informieren schnell, unkompliziert und verständlich

– als Einführung in ein aktuelles Thema aus Ihrem Fachgebiet– als Einstieg in ein für Sie noch unbekanntes Themenfeld– als Einblick, um zum Thema mitreden zu können.

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Essentials: Wissensbausteine ausWirtschaftundGesellschaft, Medizin, Psychologieund Gesundheitsberufen, Technik und Naturwissenschaften. Von renommier-ten Autoren der Verlagsmarken Springer Gabler, Springer VS, Springer Medizin,Springer Spektrum, Springer Vieweg und Springer Psychologie.


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Bernd Schröder

Kunststoffe für

IngenieureEin Überblick


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Dr.-Ing. Bernd SchröderAalenDeutschland

ISSN 2197-6708 ISSN 2197-6716 (electronic)ISBN 978-3-658-06398-6 ISBN 978-3-658-06399-3 (eBook)DOI 10.1007/978-3-658-06399-3

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Natio-nalbibliograe; detaillierte bibliograsche Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.deabrufbar.

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Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier

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Was Sie in diesem Essential nden können

• Kunststoffbezeichnungen• Kunststoffeigenschaften• Kunststoffanwendungsbereiche

V


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Vorwort

Dieses Werk ist ein Auszug aus „Springer Ingenieurtabellen“ von Ekbert HeringundBernd Schröder. DiesesBuch hatsich mitseinenPraxis-TabellenalsErgänzungzu „Hütte Das Ingenieurwissen“ bewährt. Das Werk wendet sich an Studierendeund Ingenieure.

In der Technik sind heutzutage neben den Metallen die Kunststoffe nicht mehrwegzudenken. Mit den zunehmenden Entwicklungen in der organischen Chemiehat sich ein riesiges Feld von Materialien ergeben, deren Eigenschaften sich in vielfältigerHinsichtden jeweils speziellenAufgabenihresEinsatzesnutzbarmachenlassen.

Die Kunststoffe werden mit ihren Bezeichnungen vorgestellt und den Kunst-stoffgruppen zugeordnet. Ausgesuchte Materialien sind mit ihren mechanischen,thermischen und elektrischenEigenschaften aufgelistet. In ihren Grundeigenschaf-ten werden die gängigen Duroplaste, Thermoplaste, Elastomere und Schäumebehandelt und übliche Anwendungsbereiche benannt.

VII


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2Kunststoffe

2.1 Einteilung

Kunststoffe bestehen im Wesentlichen aus organischen Stoffen. Bei der Herstellungwerden die Moleküle geeigneter niedermolekularer Verbindungen ( Monomere)durch eine chemische Synthese miteinander zu Makromolekülen verknüpft (Mole-küle mit sehr großer Anzahl von Atomen). Es entstehen hochpolymere Werkstoffe,Abb. 2.1.

Unter Polymer-Werkstoffen versteht man nicht nur Kunststoffe, sondern auchWerkstoffe aus Naturstoffen.

Kunststoffe werden nach DIN 7724 eingeteilt in (Tab. 2.1):• Thermoplaste: Unvernetzte Kunststoffe, die sich energie-elastisch verhalten und

bei Erwärmen erweichen oder schmelzen. Deshalb können sie gut verarbeitetwerden (z. B. Spritzgießen, Extrudieren, Schweißen).

• Thermoplastische Elastomere:Weitmaschig vernetzte, mehrphasige Kunststoffe,die bei einer bestimmten Temperatur erweichen oder schmelzen.

• Elastomere: Weitmaschig vernetzte Kunststoffe, die sich gummielastisch verhal-ten und bis zur Zersetzungstemperatur nicht schmelzbar sind.

• Duroplaste: Hochgradig vernetzt. Nicht schmelzbar und hart.

2.2 Herstellung

Kunststoffe werden aus Vorprodukten hergestellt. Dies sind meist Pulver oderGranulat (Formmassen). Bei bestimmten Temperaturen werden sie mit entspre-chenden Fertigungsverfahren (z. B. Pressen, Stranggießen oder Spritzgießen)

zum Formstoff bleibend verformt. Oft werden dem Formstoff aus Gründender technischen Anforderung oder aus wirtschaftlichen Gründen Füllstoffe

B. Schröder, Kunststoffe für Ingenieure, essentials, 3DOI 10.1007/978-3-658-06399-3_2, © Springer Fachmedien Wiesbaden 2014


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2.3 Normung 5

Vorprodukte

Kunstharze Formmassen

Reaktionsharze Härtbare Harze

flüssig fest

Laminierharze

Gießharze

Zusatzstoffe

FarbpigmenteGleitmittel u. a.

FüllstoffePulver, SchnitzelBahnen

Verstärkungs-materialFaser, MattenGewebe

duroplastisch thermoplastisch

Härtbare

Pressmassen

Reaktions-massen

Pulver

Granulate

Formgebung Formgebung

Formstoffe

Schichtstoffe Laminate

Pressteile Spritzgussteile

Halbzeug

Abb. 2.2 Herstellung der Kunststoff-Werkstoffe

(z. B. Holz, Papier- oder Textilschnitzel bzw. Glasfasern) zugegeben. Durch Zugabe von Kunstharzen wird der makromolekulare Endzustand der Kunststoffe erreicht(Abb. 2.2).

2.3 Normung

Kunststoffe werden durch festgelegte Buchstaben und Kurzzeichen charakterisiert.Für die Basis-Werkstoffe ist DIN EN ISO 1043 zuständig, für Kunststoff-FormteileDIN EN ISO 11469, siehe Tab. 2.2.


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6 2 Kunststoffe

Tab. 2.2 Bezeichnungen für KunststoffeBezeichnung Arta

ABS Acrylnitril – Butadien – Styrol TP

AMMA Acrylnitril – Methylmethacrylat TPASA Acrylnitril – Styrol – Acrylester TPCA Cellusloseacetat TPCAB Cellusloseacetobutyrat TPCAP Celluloseacetopropionat TPCF Kresol – Formaldehyd THCMC Carboxylmethylcellulose TPCN Cellulosenitrat TP

CP Cellulosepropionat TPCPE Chloriertes PE TPCS Casein THCSF Casein – Formaldehyd THEC Ethylcellulose TPEP Epoxid THEP-GF Glasfaserverstärkte Epoxidharze THEPDM Ethylen – Propylen – Dien – Gummi GEPM Ethylen – Propylen – Gummi GEVA Ethylen – Vinylacetat TPHDPE PE hoher Dichte TPLCP Flüssiges kristallines Polymer TPLDPE PE geringer Dichte TPLLDPE PE mit linear geringer Dichte TPMDPE PE mittlerer Dichte TPMF Melamin – Formaldehyd THPA Polyamid (Nylon) TP

PAI Polyamidimid TP/THPAN Polyacrylnitril THPAR Polyarylat TPPB Polybuten TPPBI Polybenzimidazol THPBT Polybutylenterephtalat TPPC Polycarbonat TPPCTFE Poly chlortriuorethylen TPPCT Polycyclohexyldimethylterephtalat TPPE Ployethylen TP


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2.3 Normung 7

Tab. 2.2 (Fortsetzung)Bezeichnung Arta

PEEK Polyetheretherketon TP

PEI Polyetherimid TPPEK Polyetherketon TPPES Polyethersulfon TPPET Polyethylenterephtalat (Polyester) TPPF Phenol – Formaldehyd THPI Polyimid THPIB Polyisobutylen TPPMMA Polymethylmetacrylat TPPOM Polyoxymethylen, Polyacetal TPPP Polypropylen TPPPO Polyphenylenoxid TPb

PPS Polyphenylensuld TPPS Polystyrol TPPSU Polysulfon TPPTFE Polytetrauorethylen (Teon) DPPUR Polyurethan TP/DPPVAC Polyvinylacetat TP

PVAL Polyvinylalkohol TPPVB Polyvinylbutyral TPPVC Polyvinylchlorid TPPVCA Polyvinylchloridacetat TPPVCC chloriertes Polyvinylchlorid TPPVC-P Weichmacherhaltiges PVC TPPVC-U Weichmacherfreies PVC TPPVDC Polyvinylidenchlorid TP

PVDF Polyvinylidenuorid TPPVF Polyvinyluorid TPPVP Polyvinylpyrrolidon DPPVFO Polyvinylformal TPSAN Styrol -Acrylnitril TPSB Styrol – Butadien TPSI Silicon DPSMA Styrol – Maleinsäureanhydrid TPUHMWPE Ultrahoch molekulares PE TPUF Harnstoff – Formaldehyd DP


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2.5 Duroplaste 9

T a

b .

2 . 3

E i g e n s c h a f t e n e i n z e l n e r K u n s t s t o f f e ( a l l e A n g a b e n s i n d R i c h t w e r t e )

E i g e n s c h a f t e n

V L D P E

L L D P E

L D P E

H D P E

P P

H a r t

P V C

H o c h -

s c h l a g -

f e s t e s

P V C

P V C C

W e i c h

P V C

D i c h t e

[ k g / m

3 ]

9 0 0 b i s

9 1 5

9 1 5 b i s

9 3 5

9 1 8 b i s

9 3 0

9 4 5 b i s

9 6 5

9 0 0 b i s

9 1 5

1 . 3 9 0

1 . 3 8 0

1 . 5 4 0

1 . 2 0 0

M e c

h a n i s c h e E i g e n s c h a f t e n ( b e i 2 0 ◦ C )

B i e g e f e s t i g k e i t

[ N / m m

2 ]

< 1 0

< 1 5

8 b i s 1 5

2 0 b i s

3 0

4 0 b i s

4 5

8 0 b i s

1 1 0

5 0

9 0 b i s

1 2 0

B r u c h d e h n u n g

[ % ]

6 0 0 b i s

8 0 0

4 0 0 b i s

8 0 0

2 0 0 b i s

6 0 0

2 5 0 –

>

5 0 0

> 4 5 0

2 0 b i s

5 0

6 0 b i s

7 0

c a . 7

0

> 3 5 0

D r u c k f e s t i g k e i t

[ N / m m

2 ]

1 0 b i s

1 5

2 2 b i s

3 2

8 0

1 1 0

7 0 b i s

8 0

E - M o d u l

[ N / m m

2 ]

5 0 b i s

1 0 0

9 0 b i s

6 0 0

1 5 0 b i s

1 . 1 0 0

7 0 0 b i s

1 7 5 0

1 . 2 5 0 b i s

2 . 2 0 0

3 . 0 0 0

2 . 5 0 0

8 0 0

5 0 b i s

1 0 0

Z u g f e s t i g k e i t

[ N / m m

2 ]

1 0 b i s

1 3

8 b i s

1 8

9 b i s

2 8

2 5 b i s

3 4

3 0 b i s

4 0

5 0 b i s

6 0

2 3 b i s

4 0

5 5 b i s

6 5

1 6 b i s

2 5

R e i b u n g s k o e f -

z i e n t z u S t a h l

( t r o c k e n )

> 1 , 3

> 1 , 3

0 , 1 7 b i s

1 , 5

0 , 2

5 b i s

0 , 3

0

0 , 5

0 , 5 5

0 , 5

T h e r m i s c h e E i g e n s c h a f t e n

A u f w e i c h u n g -

s p u n k t [ ◦ C ]

6 0 b i s

7 0

8 5 b i s

1 3 0

8 2 b i s

1 0 0

1 2 0 b i s

1 3 0

9 0

8 0

5 5 b i s

7 5

1 0 5

5 0 b i s

6 0


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10 2 Kunststoffe

T a

b .

2 . 3

( F o r t s e t z u n g )


V L D P E

L L D P E

L D P E

H D P E

P P

H a r t

P V C

H o c h -

s c h l a g -

f e s t e s

P V C

P V C C

W e i c h

P V C

S c h m e l z p u n k t

[ ◦ C ]

1 2 0 b i s

1 3 0

1 2 0 b i s

1 3 0

1 0 5 b i s

1 2 0

1 2 5 b i s

1 3 5

1 6 0 b i s

1 6 5

a m o r p h

a m o r p h

a m o r p h

a m o r p h

L i n e a r e r A u s d e h -

n u n g s k o e f z i e n t ,

p a r a l l e l [ ◦ C −

1 ]

2 0 0 b i s

2 5 0 ×

1 0 −

6

2 0 0 ×

1 0 −

6

1 5 0 ×

1 0 −

6

8 0 ×

1 0 − 6

1 0 0 ×

1 0 −

6

6 0 b i s

8 0 ×

1 0 −

6

1 0 0 ×

1 0 −

6

Z u l ä s s i g e

T e m p e r a t u r [

◦ C ]

- m a x . (

u n b e l a s t e t ) 7 0

7 0

7 0

9 0

1 3 0

7 0

7 0

1 0 0

5 0

- m i n

. ( u n b e l a s t e t )

− 9 5 /

− 1 3 0

− 9 5 /

− 1 3 0

− 2 0 /

− 9 0

− 9 0 /

− 1 4 0

− 2 0

− 1 0

− 3 0

− 1 0

0

E l e k t r i s c h e E i g e n s c h a f t e n

D i e l e k t r i z i t ä t -

s k o n s t a n t e

ε r

2 , 3

2 , 3

2 , 3

2 , 3

2 , 4

3 , 3

3 , 7 b i s

3 , 8

3 , 5

> 6 , 5

D i e l e k t r i s c h e r

V e r l u s t f a k t o r t a n δ

0 , 0 0 0 3

0 , 0 0 0 3

0 , 0 0 0 3

0 , 0 0 0 4

0 , 0 0 0 5

0 , 0 2 b i s

0 , 0 4

0 , 0 2 b i s

0 , 0 4

0 , 0 1

0 , 0 1

D u r c h s c h l a g -

s p a n n u n g

[ k V / m m ]

8 0

8 0

8 0

8 0

7 5

4 0

5 0

2 0

2 4 b i s 3 0

O b e r ä c h e n -

w i d e r s t a n d [ ]

0 , 1 ×

1 0 1 5 0 , 1 ×

1 0 1 5 0 , 1 ×

1 0 1 5

0 , 1 ×

1 0 1 5

> 1 0 ×

1 0 1 2 1 0 ×

1 0 1 2

1 0 1 2

1 0 1 2

0 , 1 ×

1 0 1 2


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2.5 Duroplaste 11

T a

b .

2 . 3



V L D P E

L L D P E

L D P E

H D P E

P P

H a r t

P V C

H o c h -

s c h l a g -

f e s t e s

P V C

P V C C

W e i c h

P V C

S p e z i s c h e r

W i d e r s t a n d

[ · m ]

0 , 1 ×

1 0 2 1 0 , 1 ×

1 0 2 1 0 , 1 ×

1 0 2 1 0

, 1 ×

1 0 2 1

5 0 ×

1 0 1 8

0 , 5 ×

1 0 1 8 1 0 1 8

8 ×

1 0 1 5

5 0 ×

1 0 1 2

W a s s e r a u

f n a h m e

( b e i 2 0 ◦ C )

- b e i r e l a t i v e r

F e u c h t i g k e i t

5 0 %

0 , 1

0 , 1

0 , 1

0 , 1

1 , 0

0 , 2

0 , 2

0 , 2

- b e i

U n t e r t a u c h e n

1 , 0

3 , 5

3 , 0


P S

A B S

P M M A

g e g o s -

s e n

P M M A

e x t r u -

d i e r t

S M A

P C

P O M

P E T

P A 6

D i c h t e

[ k g / m

3 ]

1 . 0 5 0

b i s

1 . 1 5 0

1 . 0 4 0

b i s

1 . 0 7 0

1 . 1 8 0

1 . 1

8 0

1 . 1 7 0

1 . 2 0 0

1 . 4 1 0

1 . 3 8 0

1 . 1 3 0

m e c


B i e g e f e s t i g k e i t

[ N / m m

2 ]

8 0

5 5 b i s

8 0

1 4 0

1 1 0

4 5

7 5

1 1 0

4 0

3 0


19/36


20/36

2.5 Duroplaste 13

T a

b .

2 . 3



P S

A B S

P M M A

g e g o s s e n

P M M A

e x t r u -

d i e r t

S M A

P C

P O M

P E T

P A 6

- m i n


− 1 0

− 7 0

− 4 0

− 4 0

− 2 0

−

1 0 0

− 4 0

− 1 0 0

− 7 0

e l e k t r i s c h e E i g e n s c h a f t e n

D i e l e k t r i z i t ä t s k o n -

s t a n t e

ε r

2 , 4 b i s

2 , 6

3 , 2

3 , 5

3 , 5

3 , 0

4 , 0

3 , 4

4 , 0

d i e l e k t r i s c h e r

V e r l u s t f a k t o r t a n δ

0 , 0 0 0 4

0 , 0 2 b i s

0 , 0 3

0 , 0 2 b i s

0 , 0 6

0 , 0 4

0 , 0

0 7 0 , 0 0 1

0 , 0 0 2

0 , 0 2

D u r c h s c h l a g s p a n -

n u n g [ k V / m m ]

2 0 0

1 5 0

3 0

3 0

2 0 0

4 0

6 0

8 0

O b e r ä c h e n w i d -

e r s t a n d [ ]

1 0 1 5

0 , 0 1 ×

1 0 1 5 n i c h t

m e s s b a r

n i c h t

m e s s b a r

1 0 0 ×

1 0 1 5

>

1 0 1 5 0 , 0 1 ×

1 0 1 5 0 , 6 ×

1 0 1 5 0 , 0 1 ×

1 0 1 5

s p e z i s c h e r

W i d e r s t a n d [

· m ]

> 1 0 0 ×

1 0 1 5 1 0 1 5

> 1 0 0 ×

1 0 1 5

> 1 0 0 ×

1 0 1 5

1 0 1 8

1 0 1 8

1 0 1 5

0 , 2 ×

1 0 1 5 1 0 1 5

W a s s e r a u

f n a h m e

( b e i 2 0 ◦ C )

- b e i r e l a t i v e r

F e u c h t i g k e i t 5 0 %

0 , 1

3 , 5

0 , 2

0 , 3

0 , 1

3 , 5

- b e i U n t e r t a u c h e n 0 , 1 5

9 , 0

0 , 4

0 , 3

0 , 4

0 , 3

9 , 0


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14 2 Kunststoffe

T a

b .

2 . 3



P A 6 . 6

P A 4 . 6

P P O / P S

( N o r y l )

P T F E

P S U

P E E K

L C P

D i c h t e [ k g / m

3 ]

1 . 1 4 0

1 . 1 8 0

1 . 0 6 0

2 . 1 5 0

1 . 2 4 0

1 . 2 8 0

0 . 1 4 0 0

m e c


B i e g e f e s t i g k e i t [ N / m m

2 ]

8 0

1 5 0

9 5

1 7 0

1 4 0

B r u c h d e h n u n g [ % ]

2 0 0

8 0

2 0

3 5 0 b i s

5 5 0

5 0 b i s 1 0 0

5

4 b i s

8

D r u c k f e s t i g k e i t [ N / m m

2 ]

1 1 0

1 1 5

4 0

1 0 0

1 2 0

8 0

E - M o d u l [ N / m m

2 ]

2 . 0 0 0

3 . 3 0 0

2 . 5 0 0

4 0 0 b i s

6 0 0

2 . 5 0 0

3 . 7 0 0

8 . 0 0 0 b i s

2 0 . 0

0 0

Z u g f e s t i g k e i t [ N / m m

2 ]

7 0

8 0

6 5

2 5 b i s 3 5

5 0 b i s

6 0

9 2

1 4 0

R e i b u n g s k o e f z i e n t z u S t a h l ( t r o c k e n )

0 , 3

0 , 3

0 , 4 5

0 , 1

0 , 6

0 , 4

0 , 4

t h e r m i s c h e E i g e n s c h a f t e n

A u f w e i -

c h u n g s p u n k t [ ◦ C ]

2 0 0

2 7 0

1 3 0

1 8 5

S c h m e l z p u n k t [ ◦ C ]

2 5 5

2 8 5

2 3 0 b i s

3 1 5

3 2 7

2 6 0

3 3 4

2 8 0 b i s

4 1 0 a

l i n e a r e r A u s d e h -

n u n g s k o e f z i e n t , p a r a l l e l [ ◦ C − 1 ]

8 0 ×

1 0 −

6

7 3 ×

1 0 −

6

6 0 ×

1 0 −

6

6 0 ×

1 0 − 6

6 0 ×

1 0 −

6

5 0 ×

1 0 −

6

1 0 ×

1 0 −

6


22/36

2.5 Duroplaste 15

T a

b .

2 . 3



P A 6 . 6

P A 4 . 6

P P O / P S

( N o r y l )

P T F E

P S U

P E E K

L C P

z u l ä s s i g e T e m p e r a t u r [

◦ C ]

- m a x . (

u n b e l a s t e t )

1 6 0

1 6 0

9 0

2 6 0

1 5 0

2 6 0

2 6 0

- m i n


− 6 0

− 6 0

− 2 0

− 1 0 0

− 4 0

− 1 0 0

− 1 0 0

e l e k t r i s c h e E i g e n s c h a f t e n

D i e l e k t r i z i t ä t -

s k o n s t a n t e

ε r

4 , 0

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a a b h ä n g i g v o n d e r A r t


23/36

16 2 Kunststoffe

Tab. 2.4 Eigenschaften der Duroplaste (je nach Füllstoff und Menge)Eigenschäften PF MF UFElastizitätsmodul N/mm2 5500 bis 15.000 5000 bis 12.000 5000 bis 10.000

Zugfestigkeit N/mm2 15 bis 50 20 bis 50 25 bis 50Druckfestigkeit N/mm2 100 bis 240 140 bis 250 180 bis 240Biegefestigkeit N/mm2 50 bis 70 40 bis 80 50 bis 80Formbeständigkeitnach MARTENS

◦ C 125 bis 150 120 bis 130 100

Spez.Durchgangswi-derstand

cm 108 bis 1012 108 bis 1011 1011

Dielektrizitätszahl – 4 bis 15 5 bis 10 5 bis 7

DielektrischerVerlustfaktor

– 0,03 bis 0,1 0,1 bis 0,3 0,1

Durchschlagfestigkeit kV/mm 50 bis 200 50 bis 150 100 bis 150

Harnstoff-Formaldehyd-Kunststoffe (UF) Farblos, auch für hellgefärbte Ob- jekte verwendbar. Empndlicher für Umgebungs- und Temperatureinüsse alsPhenol-Formaldehyd-harze. Ebenfalls für elektrotechnische Artikel, Schubladen,Toilettenbrillen. Für thermische Isolationen geschäumt. Auch als Kleberbasis.

Melamin-Formaldehyd-Kunststoffe (MF) Hochwertiger Duroplast, hauptsäch-lich für elektrotechnische Artikel, Beschichtung von dekorativem Plattenmaterial(Möbel), Behausung und Kleberarten.

Faserverstärkte Kunststoffe (Composits, GFK) Werden Duroplaste mit Fa-sern verstärkt, dann ergeben sich verbesserte mechanische Eigenschaften. In derZugrichtung kann der Elastizitätsmodul (E-Modul), abhängig vom gewählten Fa-sertyp, um den Faktor 20 bis 50 und die Zugfestigkeit bis maximal 25 zunehmen.Die verstärkten Duroplaste sind wegen ihrer hohen Steifheit und Festigkeit pro Ge-wichtseinheit als Konstruktionswerkstoffe sehr begehrt. Die Verbindung zwischender Matrixund den Fasern ist von entscheidender Bedeutung und wirdhäug durchdas Auftragen einer Verbindungsschicht auf den Fasern verbessert (Tab. 2.5).

Als Matrixmaterialien kommen in Frage:

• ungesättigte Polyester aus Glykolen und Maleinsäure, vernetzt mit Styrol.• Epoxide aus Biphenol A und Epichlorhydrin, vernetzt mit Diaminen.


24/36

2.6 Thermoplaste 17

Tab. 2.5 Eigenschaften von GFK-KunststoffenEigenschatten UP-GF EP-GFGasgehalt % 30 60 65 50 65

Elastizitätsmodul N/mm2

9000 bis12.000 19.000 28.000 11.000 18.000 bis30.000Zugfestigkeit N/mm2 120 bis

160340 630 230 340 bis

750Druckfestigkeit N/mm2 140 270 400 220 320 bis

600Biegefestigkeit N/mm2 130 bis

160350 550 280 420 bis

500Bruchdehnung % 2 2

Als Fasermaterialien werden eingesetzt:

• Glas, Kohlenstoff, Aramide und keramische Fasern.

Anwendungen: Schiffsbau (Polyester mit Glas oder Aramiden), Automobilin-dustrie (SMC, BMC), Luft- und Raumfahrt (Epoxide mit Kohlenstoff- oderAramidverstärkung), Skier und Angelruten (Epoxide mit Kohlenstoffverstärkung).

2.6 Thermoplaste

Thermoplaste sind wiederholt plastisch formbar, schmelzbar und können ge-schweißt werden (Tab. 2.6).

Während der Bearbeitung treten verschiedene Zustandsbereiche auf, sieheAbb. 2.3 und Abb. 2.4.

Cellulose und Cellulosederivate Regenerierte Cellulose aus Cellulose:Anwendungen: Rayon (Kunstseide), Cellophan, Textilfasern und Schwämme.

Cellulose-Ester:

• Nitratester : Lacke, Folien.• Acetat- und Propionatester (abhängig vom Substitutionsgrad): Fasern, Lacke,

Folien, Fotolme.


25/36


26/36

2.6 Thermoplaste 19

Abb. 2.4 Zustandsbereiche und Formgebungsmöglichkeiten von Thermoplasten (GT :Glasübergangs-Temperatur, KST : Kristallit-Schmelztemperatur, ST : Schmelztemperatur,ZT : Zersetzungstemperatur)

Cellulose-Ether:

• Methylcelluslose: Verdickungsmittel in Lebensmittel, Bestandteil von Kosmetik,Coating-Material für pharmazeutische Produkte.

• Ethylcellulose: Anwendung in Farben, Lacke, Tinte und Firnis.• Hydroxyethylcellulose: Farben, Kleber.• Carboxymethylcellulose: in Verdickungsmitteln, Waschmitteln, Farben.

Polyethylen (LDPE,LLDPE,HDPE, UHMWPE) Erhältlichin Blasfolien-, (Blas-)extrusions- und Spritzgussqualität. Die Blasfolien werden beispielsweise als Tü-ten, Schrumpffolien (eventuell mehrschichtig), Lebensmittelverpackungen undLandbau-folien verwendet. Die Blasextrusionstypen werden zur Herstellung vonFlaschen und Fläschchen verwendet. Übrige Extrusionsgrade werden als Coa-tingmaterialien, diverse Leitungstypen und Abwasserrohre (inkl. Zusatzteile),Benzintanks, Kabelummantelungen und Filmeeingesetzt. Mittels des Spritzgießenswerden Produkte wie Kappen, Getränkekästen oder kleine Container verarbeitet.


27/36

20 2 Kunststoffe

Tab. 2.7 Eigenschaften von PVC-KunststoffenEigenschaften PVC PVC-E PVC-SZugfestigkeit N/mm2 > 3000 2000 bis 3000 2000 bis 3000

Bruchdehnung % 500 bis 600Formbeständigkeitnach VICAT

◦ C > 40 10 bis 50 10 bis 20

spez. Durchgangs-widerstand

cm > I015 > 1015 > 1016

Dielektrizitätszahl – 2,7 bis 3,5dielektrischerVerlustfaktor

– 0,02 bis 0.03 (gedeckt)0,013 bis 0,015 (transparent)

Durchschlagfestigkeit kV/mm 20 bis 40

Polystyrol (PS) PS ist porös, erweicht bei 70◦ C; schlagbeständiges PS(erhältlichdurch Copolymerisation mit Acrylnitril, Butadien oder SBR) ist bis 90◦ C brauch-bar. Es wird angewendet in Haushaltsgeräten, Fliesen, Schalen, Kaffeebecher,Wegwerfverpackungen, Kühlschrankeinrichtungen, Schreibwaren.

Polyvinylchlorid (PVC) Hart PVC (PVC-U): enthält keine hinzugefügten Weich-macher (hornähnlich, ziemlich porös).

Weiches PVC (PVC-P): plastische Ausführung mit 20 bis 70 MassenprozentWeichmacher.

PVC ist nicht brennbar, verformbar bei etwa 130◦ C und löst sich ab 170◦ C bis180◦ C auf. PVC lässt sich gut kleben. Es ist in Form von verschiedenen Copo-lymeren zur Erhöhung der Schlagbeständigkeit, Niedrigtemperaturzähigkeit undgeringe Empndlichkeit gegenüber Umwelteinüssenerhältlich: beispielsweise mitchloriertem PVC, Acrylestern oder EVA.

Anwendung in verschiedenen Rohrtypen (mit CE-Kenn-zeichnung): in Elek-troinstallationen, Wasserleitungen, Gasleitungen, Innen- und Außenabüsse,Drainagerohre etc. Weiches PVC wird vor allem in Schläuchen, Folien in derBauindustrie (Dachbau) und der Lebensmittelverpackungsindustrie und für Folienzur Fertigstellung von Möbeln angewendet. Es ist auch in Form von Platten u. a.für Bodenbeläge, Wände, Dächer, Leisten und Rollläden erhältlich. Eigenschaftensind in Tab. 2.7 aufgeführt.

Polymethylmetacrylat (PMMA) Glasklare undgefärbte, ebene oder gewellte Plat-te, Rohr, als Lichtkuppel in runder, viereckiger oder rechteckiger Form und

als Waschbecken, Beleuchtungsornamente. Wird auch als Augenlinsenmaterial,Lineale und Schablonen verwendet (Tab. 2.8).


28/36

2.6 Thermoplaste 21

Tab. 2.8 Eigenschaften von PMMA- und PC-KunststoffenEigenschaften PMMA PC

Formmasse gegossen Cop.

Elastizitätsmodul N/mm2

2000 bis3000 2000 1500 1000

Zugfestigkeit/Streckspannung1

N/mm2 50 bis 80 80 90 60 bis 701

Druckfestigkeit N/mm2 120 bis 135 140 140 80 bis 85Biegefestigkeit/Grenzbiegespannung1

N/mm2 00 bis 140 135 165 90 bis 1051

Formbeständigkeitnach VICAT

◦ C 80 bis 110 125 95 145 bis 165

1Der erste Festigkeitskennwert gilt für PMMA, der zweite für PC

Acrylnitril – Butadien – Styrol (ABS) Ist in sehr schlagbeständiger Form erhält-lich und weist nach Bearbeitung eine makellose Oberäche auf. Gute chemischeResistenz und mechanische Eigenschaften, jedoch schlechte Beständigkeit ge-gen UV-Licht und Wettereinüsse. Es kann sehr gut eingefärbt oder metallisiertwerden. Es kommt in vielen Modikationen vor. Spritzgussanwendungen: Behau-sungen, Sicherheitshelme, Spielzeug, Griffe von Koffern, Föne. Als extrudierte

Folien oder Platten für Koffer, Kleidungsmaterialien, Prole (Ski, Surfbrett),Bestandteile von Lastkraftwagenfahrerkabinen angewendet.

Polyethylen (PE) PE kann sehr vielseitig eingesetzt werden und ist sehr leichtzu verarbeiten. Die Bezeichnung folgt DIN EN ISO 1872. PE ist beständig gegenwässrige Säuren, Laugen, Alkohol, Öl und Benzin. Von konzentrierten Säuren undHalogenen wird es angegriffen.

Polypropylen (PP) PPnimmtbezüglichdesProduktionsvolumenunterdenTher-moplasten nachPEund PVC den dritten Rangein. Esweist attraktive Eigenschaftenauf (hohe Schlagfestigkeit , gute chemische Resistenz , leichte Bearbeitbarkeit ) undwird häug in anspruchsvollen Anwendungsbereichen eingesetzt. Es ist auch alsCopolymer erhältlich (mit hohen Schlagfestigkeiten). Es ist besser zu leimen alsPE. Es wird vor allem bei Spritzgussanwendungen eingesetzt: u. a. Bestandteile von Haushaltsgeräten, Küchenartikel, Spielzeug, Antennenbestandteile, Kappen,Scharniere. Als Extrusionsprodukt wird es auch in der pharmazeutischen Industrie(Fläschchen) und in der Automobilindustrie (z. B. Bestandteile von Armaturen) verwendet (Tab. 2.9).


29/36

22 2 Kunststoffe

Tab. 2.9 Eigenschaften von PE- und PP-KunststoffenEigenschaften PE-LD PE-HD PPElastizitätsmodul N/mm2 150 bis 300 600 bis 1000 1100 bis 1300

Streckspannung N/mm2 8 bis 10 20 bis 30 32 bis 37Dehnung beiSireckspannung

% 20 12 bis 15 12 bis 16

Reißdehnung % > 400 > 500 600Formbeständigkeitnach VICAT

◦ C < 40 60 bis 65 90 bis 100

Kristallitschmelzbereich ◦ C 105 bis 110 130 bis 135 155 bis 165spez. Durchgangs-widerstand

cm 1016

Dielektrizitätszahl – 2,3dielektrischerVerlustfaktor

– 0,0002 bis 0,0007

Durchschlagfcstigkeit kV/mm 110 150 100

Tab. 2.10 Eigenschaften von PA-KunststoffenEigenschaften PA 6 PA 66 PA 610 PA 11 PA 12Elastizitätsmodul N/mm2 1400 2000 1500 1000 1600

Streckspannung N/mm2

40 65 40 70 45Bruchdehnung % 200 150 500 500 300Formbeständigkeitnach VICAT

◦ C > 180 > 200 170 170 165

spez.Durchgangswi-derstand

cm 1015

Dielektrizitätszahltrocken/feucht

– 4/7 4/6 3/4 3/4 4/4

dielektrischerVerlustfaktortrocken/feucht

– 0,03/0,3 0,02/0,15 0,03/0,2 0,03/0,06 0,04/0,09

Polyamid (PA) Wegen ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften werdensie als Konstruktionswerkstoffe im Maschinenbau eingesetzt. PA besitzt eine hoheFestigkeit , große Zähigkeit und einen starken Widerstand gegen Verschleiß. Es istAusgangsmaterial für hoch belastbare Maschinenelemente (Tab. 2.10).


30/36

2.8 Gummi (Elastomere) 23

2.7 Kunststoff-Prüfungen

Kunststoffe habenfürbestimmteAnwendungen denierteEigenschaftenvorzuwei-

sen. In einem Überblick sind diese Eigenschaften zusammengestellt (Tab. 2.11).

2.8 Gummi (Elastomere)

Naturgummi(NG) − 60 ◦ C bis+ 60◦ CVorteile: Hohe Schlagelastizität, kalte Flexibilität, Rissfestigkeit und Verschleißbe-ständigkeit.

Nachteile: Schlechte Gasdichtheit und Anfälligkeit für chemische Flüssigkeiten.Angewandt in LKW-Reifen und dort, wo eine hohe Dehnbarkeit verlangt wird:Ballons, (chirurgische) Handschuhe, Textilkleidung, Transportbänder.

Styrolbutadiengummi (SBG) − 30◦ C bis+ 70◦ CDer wichtigste synthetische Gummi mit sehr hoher Verschleißbeständigkeit . Wirdin Schuhsohlen verarbeitet, dient fürKabelum-mantelung, Dichtungen, Autoreifenund Fußbodenbelag.

Butylgummi (BG) − 30◦ C bis+ 120◦ C

Synthetisches Gummi, ein Copolymerisat von Isobutan und Isopren. Hat einesehr hohe Gasdichtheit , hat Bestand gegen Kälte und Einwirkung von Sau-erstoff . Anwendung vor allem in Innenreifen und Transportbändern und inKabelummantelungen.

Neoprengummi (CG) − 60◦ C bis+ 90◦ C Mittlere chemische Resistenz , vor allem für Mineralöle. Flammdämmend und sehr wetterfest . Anwendungin Schläuchen (Öltransport), in Dächern undalsBauprole.

Silicongummi (M . . . Q, Si) − 60◦ C bis+ 250◦ C

Flexibilität über ein sehr großes Temperaturgebiet. Großer Widerstand gegen Alte-rung durch UV-Licht und Ozon. Sehr gute elektrische Isolation. Anwendung in derKühltechnik, Elektrotechnik, Kabel- und Flugzeugindustrie.

Ethylen – Propylen – Diengummi − 50◦ C bis+ 150◦ C (EPM/EPDM)Sehr hochwertiger synthetischer Gummityp mit hoher Resistenz gegen Chemikali-en, UV-Strahlung und Wettereinüsse (ausreichende Stabilisation vorausgesetzt).Wird auch in Mischungen, beispielsweise mit PP geliefert. Anwendungen alsschlagfestes Material für Stoßstangen. Auch für Dichtungen in Automobilen und

Bauprole.


31/36

24 2 Kunststoffe

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> 1 8 5

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F ä r b u n g O b e r f l ä c h e


32/36

2.8 Gummi (Elastomere) 25

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26 2 Kunststoffe

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34/36

2.9 Kunststoff-Schäume 27

Thermoplastische Elastomere − 30 ◦ C bis> + 120◦ CStyrol–Butadien–Styrol (SBS) Blockcopolymere, thermoplastische Polyurethaneund Polyester. Können als Thermoplaste ohne einzelne Vulkanisationsschritte ver-

arbeitet werden. Hohe Elastizität und hoher Reibungskoefzient. Anwendungen vor allem in der Schuhindustrie, in der Automobilindustrie, für Schläuche und indiversen Haushaltsartikeln.

2.9 Kunststoff-Schäume

Diese Kunststoff-Schäume mit meist geschlossenen Zellen werden in der Bauindu-

strie in vorgefertigter Form als Platten, Schalen, Streifen, Granulate, aber auch alsin situ geformte Schäume eingesetzt. Vor Ort fertiggestellter (nur thermohärtend)Schaum wird beispielsweise in Hohlräumen verwendet.

Polystyrolschaum 12kg/m3 bis 60 kg/m3Weiß mit geschlossener Zellenstruktur. Preisgünstiges Material für Kontaktschal-lisolation, Wärmeisolation, als Zugabematerial für leichtgewichtigen Beton undWegwerfverpackungen für „Fast-food“.

PVC-Schaum 40kg/m3

Cremefarben bis hellgelb mit geschlossener Zellstruktur oder gemischt (rechtkostspielig), aber mit geschlossener Zellstruktur und gut dampfdicht.

Polyurethanschaum 20kg/m3 bis 100kg/m3Weiß bis grau gefärbt. Hartschaumarten mit überwiegend geschlossenen Zel-len, weiche Arten sowohl mit offenen als auch mit geschlossenen Zellen. Wirdhauptsächlich in der Bau- und der Automobilindustrie eingesetzt.

Phenolformaldehydschaum 20 kg/m3 bis 100 kg/m3Orange bis (dunkel)braun gefärbter Schaum mit 50 % bis 70 % geschlossenen Zel-len, hohe Festigkeit, aber porös. Für kurze Zeit bis zu 250◦ C brauchbar. Nimmtrelativ viel Wasser auf. Kommt in vorgefertigter Form vor, wird aber auch in situ verarbeitet.

Harnstoffformaldehydschaum 30kg/m3 bis 50 kg/m3Mit offener Zellstruktur und ebenso mit recht hoher Wasseraufnahme. Vor al-lem für thermische Isolation von Dächern und Leitungen, für Schallisolation undHohlraumfüllung.

SandwichplattenWerden häug mit Polystyrol- und Polyurethanschaum verarbeitet. Oft mitAußenschichten von PVC oder PE und mit glasfaserverstärktem Polyesterharz.


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Was Sie aus diesem Essential mitnehmen

können

• Bezeichnungen für Kunststoffe

• Eigenschaften vonKunststoffen (Duroplaste, Thermoplaste, Elastomere, Schäu-me)

• Gebräuchliche Einsatzgebiete und Einsatzbereiche von Kunststoffen

B. Schröder, Kunststoffe für Ingenieure, essentials, 29DOI 10.1007/978-3-658-06399-3, © Springer Fachmedien Wiesbaden 2014


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Literatur

Hering E, Schröder B (2013) Springer Ingenieurtabellen. Springer, Berlin

Kunststoffe Für Ingeniere - Bernd Schröder

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