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Verarbeitung von Kunststoffen

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Verarbeitung von Kunststoffen

Kunststoffe sind heutzutage allgegenwärtig. Man benutzt sie zu unterschiedlichsten Zwecken. Ob in Verpackungen, Kleidung, Elektronikgeräten oder Folie – Kunststoff kann vielfältig eingesetzt werden. Dabei fällt auf, dass es verschiedene Arten von Kunststoffen gibt, denn das Hartplastik in Flaschen und das weiche Plastik aus Folien unterscheidet sich sehr. Dementsprechend müssen die verschiedenen Kunststoffe auch anders verarbeitet werden, damit die gewünschte Konsistenz und die gewünschten Eigenschaften bei dem Kunststoff auch so eintritt.

Definition von Kunststoffen

Zuerst muss dir klar werden, was Kunststoffe überhaupt sind.

Kunststoffe sind aus Erdöl produzierte Polymere. Polymere sind viele verkettete Makromoleküle, die aus gleichartigen Monomeren bestehen. Diese Monomere können dabei als Kette aneinander gelagert sein, welche nochmals kleinere Seitenketten haben können oder auch in einer netzartigen Struktur auftauchen.

Verarbeitung von Kunststoffen Polymer-Strukturen StudySmarterAbbildung 1: Polymer-Strukturen

Die Kettenlänge von Kunststoffen variiert zwischen einigen tausend bis über eine Million monomere organische Moleküleinheiten.

Zudem kann man Kunststoffe in drei große Gruppen einteilen. Es gibt die Thermoplaste, welche komplett unverzweigte oder sehr wenig verzweigte Monomerketten besitzen. Die zweite Gruppe sind Elastomere. Diese haben nur sehr weitmaschig verzweigte Polymere. Duroplasten bilden die letzte Gruppe, in der die Polymere sehr engmaschig aufgebaut sind.

Generell sind Kunststoffe gekennzeichnet durch ihre

  • thermische und elektrische Isolierung
  • Flexibilität,
  • begrenzte Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten.

Verarbeitung von Kunststoffen – Methoden

In folgender Abbildung kannst du dir ein Bild davon machen, wie die verschiedenen Verfahren eingeteilt werden. Die wichtigsten und am häufigsten angewendeten Verfahren werden im folgenden Abschnitt genauer erklärt.

Verarbeitung von Kunststoffen Verarbeitungsverfahren Methoden StudySmarterAbbildung 2: Einteilung der Verarbeitungsverfahren von Kunststoffen

Urformverfahren bei Kunststoff

Dieses Prinzip heißt Urformen, da hier mit der Urform des Kunststoffes gearbeitet wird. Wenn man formlose Stoffe wie Pulver oder Ähnliches zum Herstellen fester, geometrischer Körper verwendet, handelt es sich um ein Urformverfahren. Mit einem solchen Verfahren werden Formteile wie Gehäuseteile, Rohre und Becher hergestellt. Diese Verfahren sind für die früher auch Spritzmassen genannten Thermoplaste die bedeutendste Art der Formgebung. Sie erfordern auch keine Nachbearbeitung der so hergestellten Formteile. Die Duroplaste lassen sich ausschließlich durch Urformverfahren verarbeiten.

Die verschiedenen Verfahren in der Urformung kann man in kontinuierlich und diskontinuierlich einteilen.

Kontinuierliche Verfahren beim Urformen

Kontinuierliche Verfahren werden genutzt, um lange, unterbrechungsfreie Formen herzustellen. Beispiele dafür sind Schläuche, Folien und Ähnliches.

Extrusion

Beim Extrudieren wird das geschmolzene Material durch Düsen gepresst.

Mit ringförmigen Düsen entstehen Rohre bzw. Schläuche. Man kann auch direkt Fertigprodukte wie Elektrokabel produzieren, indem durch die Mitte der Düse kontinuierlich ein Draht zugeführt wird. Sogar Fensterprofile mit unterschiedlichen Hohlräumen lassen sich in einem einzigen Arbeitsgang herstellen. Aus schlitzförmigen Düsen werden Platten extrudiert.

Derart erzeugte Platten werden oft weiterverarbeitet, indem man sie erneut durch Erwärmen erweicht, über eine Form zieht und entweder durch Druck oder ein Vakuum in die gewünschte Form bringt. Auf diese Weise sind Becher, Wannen oder sogar Bootskörper herstellbar. Erwärmt man z.B. einen Joghurtbecher auf seine Glasübergangstemperatur, erinnert sich das Formteil an seine ursprüngliche Form und wird wieder zu einer flachen Platte.

Die Glasübergangstemperatur ist die Temperatur, bei der Thermoplasten flexibel werden.

Kalandrieren

Das Kalandrieren wird zum Herstellen von Folien genutzt. Dabei wird der Kunststoff geschmolzen und in einen dünnen Spalt zwischen zwei Walzen gegossen, welche sich in entgegengesetzte Richtungen drehen.

Die Walzen sind dabei erwärmt, um den Kunststoff flexibel zu halten. Weitere Walzen, welche danach geschaltet sind, kümmern sich um die genauen Einzelheiten (Dicke, Form oder Ähnliches) der entstandenen Kunststoffplatte.

Mit diesem Verfahren werden vor allem Folien, dünne Platten oder auch Bodenbeläge hergestellt.

Verarbeitung von Kunststoffen Kalandrier-Verfahren StudySmarterAbbildung 3: Kalandrier-Verfahren

Blasformen

Beim Blasformen werden hauptsächlich Hohlkörper, wie Flaschen hergestellt. Dabei wird zunächst, wie beim extrudieren, der erhitze, flüssiger Kunststoff in eine Düse gefüllt. Danach wird die Flüssigkeit dann in eine Form gespritzt, in welcher eine Druckluftdüse sitzt. Durch das Einblasen von Luft wird der Kunststoff an die Seiten der Form gepresst und verteilt sich dort gleichmäßig. Im Inneren der Form entsteht damit ein einfacher Hohlraum.

Verarbeitung von Kunststoffen Blasformen StudySmarterAbbildung 4: Blasformen

Diskontinuierliche Verfahren beim Urformen

Bei den diskontinuierlichen Verfahren werden einzelne, abgeschlossene Objekte hergestellt. Die Herstellung wird also nicht fortlaufend durchgeführt, sondern immer einzeln für jedes entstehende Objekt.

Spritzgießen

Hier wird der Kunststoff zunächst wieder bis zur Schmelztemperatur erhitzt, damit der Kunststoff nun als Flüssigkeit vorliegt. Das Spritzgießen erlaubt die Herstellung auch komplizierter Formteile mit hoher Qualität. Dabei wird das erhitzte Kunststoffgemisch zunächst verdichtet, sodass sich keinerlei Luft mehr in dem Kunststoff befindet. Danach spritzt die Maschine den flüssigen Kunststoff in eine Form, wo dieser dann abkühlt und somit erhärtet. Dann muss der Kunststoff nur noch aus der Form gelöst werden und damit ist das Produkt auch schon fertig.

Gießen

Dieses Verfahren wird ausschließlich bei Duroplasten angewendet. Hier werden verschiedene Ausgangsstoffe gemischt, die dann in eine Form gegossen werden. Die Mischung polymerisiert zu einem Kunststoff, der dann aushärtet. So entsteht dann die feste, gewünschte Form.

Rotationsformen

Das Verfahren des Rotationsformens wird auch Rotationsguss oder Rotationsgießen genannt. Dabei wird geschmolzenes Kunststoffgranulat in eine sich drehende Form gegeben. Durch die Rotation verteilt sich die Masse gleichmäßig und verfestigt sich. Je nach Ausführung des rotierenden Werkzeugs ist es auch möglich, Werkstücke mit unterschiedlichen Wandstärken herzustellen. Rotationsformen werden beispielsweise verwendet, um Versandbehälter und größere Gehäuse sowie Möbel, Armaturenbretter und Spielzeug herzustellen.

Verarbeitung von Kunststoffen Rotationsformen StudySmarterAbbildung 5: Rotationsformen

Schäumen

Mit dem Schäumen wird Schaumstoff hergestellt. Dazu gibt es insgesamt drei verschiedene Verfahren: das chemische, physikalische und mechanische Treibverfahren.

Beim chemischen Verfahren werden bei der Polymerisation Gase freigesetzt, die den Kunststoff aufschäumen. Das physikalische Verfahren funktioniert mit einer Reaktionsmischung, die in eine niedrig siedende Flüssigkeit gegeben wird. Diese verdampft im Laufe der Polymerisation und bildet dabei typische Gasblasen, die wiederum eine schaumartige Struktur erzeugen.

Beim letzten Verfahren, dem mechanischen Verfahren, wird eine Kunststoffschmelze gerührt, während Gas in die Schmelze eingeblasen wird. Auch das löst wieder das Aufschäumen des Kunststoffes aus.

Fügeverfahren

Kleben

Das Kleben ist ideal zum Verbinden von Duroplasten und Elastomeren. Für die Kunststoffverarbeitung von Thermoplasten bietet sich eher das Schweißen an. Grundvoraussetzung ist, dass der zu verklebende Kunststoff polar ist. Man unterscheidet physikalisch abbindende Klebstoffe und Reaktionsklebstoffe. Bei den physikalisch abbindenden Klebern ist der Klebstoff in einem organischen Lösungsmittel gelöst. Verdampft das Lösemittel, härtet der Klebstoff, bei dem es sich meist um ein Harz handelt, aus. Bei Reaktionsklebstoffen führt eine chemische Reaktion zur Aushärtung (Zweikomponentenkleber).

Durch dieses Verfahren kann Kunststoff zudem auch mit wesensfremden Materialien, wie Holz oder Glas verbunden werden.

Schweißen

Um Kunststoff schweißen zu können, muss das Material schmelzfähig sein. Diese Eigenschaft hat nur Thermoplaste, daher ist nur diese Art von Kunststoff zum Schweißen geeignet. Zum Aufschmelzen des Materials kann man verschiedene Wärmequellen verwenden, wie elektrische Induktionsheizungen für das sogenannte Heizelementschweißen, heiße Druckluft für das Heißgasschweißen und Licht oder Laserstrahlung für das Strahlungsschweißen.

Man kann auch Reibung verwenden, um Wärme zu erzeugen. Beim Hochfrequenzschweißen reiben Moleküle aneinander und auch beim Reibschweißen erzeugt die mechanische Reibung, die zum Schweißen erforderliche Wärme.

Verarbeitung von Kunststoffen - Das Wichtigste auf einem Blick!

  • Kunststoffe bestehen aus Polymeren und können in linearer, verzweigter und vernetzter Form vorkommen
  • Es gibt drei Arten von Kunststoffen: Duroplaste, Elastomere und Thermoplaste
  • Das erste Verarbeiten von Kunststoff in Form von Granulat oder Pulver heißt Urformen
  • Alle anderen Formen der Verarbeitung, bei denen die Kunststoffe nur noch verbunden werden, kann man in Umformen, Fügen und Veredeln unterteilen
  • Die wichtigsten Formen der Urformung sind: Extrusion, Kalandrieren, Blasformen, Spritzgießen, Gießen, Rotationsformen und Schäumen
  • Die wichtigsten Formen des Umformens sind: Kleben und Schweißen

Häufig gestellte Fragen zum Thema Verarbeitung von Kunststoffen

Kunststoffe lassen sich durch viele Verfahren umformen, die Wichtigsten sind dabei das Schweißen und das Kleben.

Der Rohstoff für Kunststoff besteht aus Erdöl und wird in Form von Granulat oder Pulver verarbeitet.

Die gängigsten Verfahren zur Verarbeitung von Kunststoff sind Extrusion, Kalandrieren, Blasformen, Spritzgießen, Gießen, Rotationsformen und Schäumen.

Thermoplaste bestehen aus komplett unverzweigten Polymeren und sind schmelzfähig, weshalb Thermoplaste die einzigen Kunststoffe ist, die man schweißen kann.

Finales Verarbeitung von Kunststoffen Quiz

Frage

Wie sieht die Struktur von Elastomeren aus?

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Antwort

Elastomere sind weitmaschig verzweigte Polymere.

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Frage

Was versteht man unter dem Urformen?

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Antwort

Das Urformen beinhaltete alle Verfahren, in denen man mit der Urform des Kunststoffes arbeitet, also mit Granulat oder Pulver.

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Frage

Welche Produkte stellt man mit dem Kalandrieren her?


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Antwort

Folien und Platten

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Frage

Wie heißen die drei verschiedenen Kunststoffarten?


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Antwort

Die drei Kunststoffarten sind Duroplasten, Thermoplasten und Elastomere.

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Frage

Wie äußert sich die Grundform von Kunststoff?


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Antwort

Die Grundformen von Kunststoff sind in Pulver- oder Granulatform.

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Frage

Was passiert bei der Extrusion?


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Antwort

Bei der Extrusion wird Kunststoff erhitzt und so durch eine Drüse gepresst.

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Frage

Was wird passiert beim Kalandrieren?


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Antwort

Beim Kalandrieren wird Kunststoff geschmolzen und durch mehrere entgegensetzt laufende Walzen gepresst.

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Frage

Was passiert beim Blasformen?


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Antwort

Beim Blasformen wird Kunststoff erhitzt und in eine Form gegeben. In dem Kunststoff führt eine Druckluftdrüse Luft hinzu, sodass ein Hohlraum in dem Kunststoff entsteht und der Kunststoff die Form füllt.

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Frage

Was passiert bei dem Spritzgießen?


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Antwort

Beim Spritzgießen wird erhitzter Kunststoff in einer Form gespritzt, wo dieser dann aushärtet und entformt werden kann.

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Frage

Was passiert beim Gießen?


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Antwort

Beim Gießen werden verschiedene Komponenten des Kunststoffes in einer Form zusammengefügt, wodurch eine chemische Reaktion entsteht, die den Kunststoff aushärten lässt.

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Frage

Was passiert beim Rotationsformen?


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Antwort

Beim Rotationsformen wird erhitzter Kunststoff in eine sich rotierende Form gegeben, wodurch sich der Kunststoff gleichmäßig an die Innenwände der Form verteilt und dort aushärtet.

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Frage

Was passiert beim Schäumen?


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Antwort

Beim Schäumen wird in flüssigem Kunststoff Gas zugegeben, wodurch dieser Blasen bildet und in dieser Form aushärtet. Die resultierende Form ist dabei der Schaum.

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Frage

Was sind die beiden wichtigsten Formen des Umformens?


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Antwort

Die beiden wichtigsten Formen des Umformens sind Kleben und Schweißen.

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Frage

Welches ist die einzige Kunststoffart die sich schweißen lässt?


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Antwort

Die einzige zu schweißende Kunststoffart ist der Kunststoff der Thermoplasten.

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Frage

Welche Methode wird verwendet, um Elastomere und Duroplasten zu verbinden?


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Antwort

Zur Verbindung von Elastomeren und Duroplasten wird die Methode des Klebens verwendet.

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