Verfügbarkeit: Kunststofftechnik

Kunststofftechnik: Einführung und Grundlagen

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Bonten, Christian 1969- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	München Hanser [2020]
Ausgabe:	3., aktualisierte Auflage
Schlagworte:	Kunststofftechnik Werkstoffkunde Kunststoff Biopolymere Produktentwicklung Recycling Umwelt Verarbeitungstechnik Werkstofftechnik FBKTGESA: Gesamtdarstellungen FBLEHR: Lehrbuch KUST2020 Lehrbuch
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XX, 506 Seiten Illustrationen, Diagramme 25 cm
ISBN:	9783446464711 3446464719

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adam_text	INHALT VORWORT ...................................................................................................... V VORWORT ZUR 3. AUFLAGE ........................................................................................ V VORWORT ZUR 1. AUFLAGE ............................................................................................ VI DER AUTOR: PROF. CHRISTIAN KONTEN ......................................................... IX HINWEISE ZUR BENUTZUNG DES BUCHES ...................................................... XI 1 EINLEITUNG ....................................................................................... 1 1.1 KUNSTSTOFF - WERKSTOFF DER MODERNE ........................................................ 1 1.2 EINSATZGEBIETE VON KUNSTSTOFFEN .............................................................. 5 1.3 KUNSTSTOFFE UND DESIGN .............................................................................. 8 1.4 LITERATURVERZEICHNIS .................................... 11 2 GRUNDLAGEN ...................................................................................... 13 2.1 VON MONOMER ZU POLYMER - GRUNDLAGEN DER POLYMERCHEMIE .............. 13 2.1.1 HERKUNFT DER MONOMERE ................................................................ 13 2.1.2 POLYMERSYNTHESE ................................................................................ 16 2.1.2.1 POLYMERISATION .................................................................. 16 2.1.2.2 COPOLYMERISATION (SONDERFORM DER POLYMERISATION) ... 19 2.1.2.3 POLYKONDENSATION ............................................................. 20 2.1.2.4 POLYADDITION ...................................................................... 21 2.1.3 DIE MOLMASSE VON POLYMEREN ........................................................ 22 2.1.4 BINDUNGSKRAEFTE UND BROWN * SCHE MOLEKULARBEWEGUNG .............. 28 2.1.4.1 INNERMOLEKULARE CHEMISCHE BINDUNGEN ........................ 28 2.1.4.2 INTERMOLEKULARE PHYSIKALISCHE BINDUNGEN .................... 30 2.1.4.3 BROWN * SCHE MOLEKULARBEWEGUNG - BEWEGLICHKEIT DER POLYMERKETTEN .................................................................. 33 2.1.5 MECHANISMEN DER ERSTARRUNG UND UNTERTEILUNG DER POLYMERE .. 34 2.1.6 PRIMAERSTRUKTUR VON POLYMEREN: KONSTITUTION UND KONFIGURATION ................................................................................... 38 2.1.7 SEKUNDAER- UND TERTIAERSTRUKTUREN VON POLYMEREN: KONFORMATION ................................................................................... 39 2.1.7.1 AMORPHE STRUKTUREN ........................................................ 41 2.1.7.2 KRISTALLINE STRUKTUREN ...................................................... 42 2.1.7.3 EINFLUSS DER PRIMAERSTRUKTUR ............................................ 42 2.1.7.4 UEBERSTRUKTUREN ................................................................ 45 2.1.8 POLYMERE - ROHSTOFF NICHT NUR FUER KUNSTSTOFFE ............................ 49 2.2 GRUNDLAGEN DER KRAFTUEBERTRAGUNG ........................................................... 50 2.2.1 WICHTIGE BEGRIFFE ............................................................................. 50 2.2.1.1 FESTIGKEIT .......................................................................... 50 2.2.1.2 STEIFIGKEIT .......................................................................... 50 2.2.1.3 ZAEHIGKEIT .......................................................................... 50 2.2.1.4 SPANNUNGS-DEHNUNGS-DIAGRAMME ............................... 51 2.2.2 ZUSTANDSBEREICHE VON KUNSTSTOFFEN ............................................... 54 2.2.2.1 GLASUEBERGANGSTEMPERATUR T G ......................................... 55 2.2.2.2 KRISTALLITSCHMELZTEMPERATUR T M ..................................... 56 2.2.2.3 ZUSTANDSBEREICHE VERNETZTER POLYMERE ......................... 57 2.2.3 MECHANISCHE ERSATZMODELLE ........................................................... 58 2.3 KUNSTSTOFF UND KUNSTSTOFFTECHNIK - BEGRIFFSBESTIMMUNG ...................... 62 2.4 LITERATURVERZEICHNIS ................................................................................... 64 3 KUNSTSTOFF-WERKSTOFFTECHNIK .......................................................... 67 3.1 VERHALTEN IN DER SCHMELZE - FLIESSEIGENSCHAFTEN UND DEREN MESSUNG . 68 3.1.1 STROEMUNGSMECHANISCHE GRUNDLAGEN ............................................. 69 3.1.2 EINFLUESSE AUF DAS FLIESSVERHALTEN ................................................... 76 3.1.3 DAS KONZEPT DER REPRAESENTATIVEN VISKOSITAET ................................ 81 3.1.4 DEHNUNG VON SCHMELZE ................................................................... 84 3.1.5 STRANGAUFWEITUNG UND SCHRUMPF ................................................... 86 3.1.6 RHEOMETRIE - DIE MESSUNG DER FLIESSEIGENSCHAFTEN .................... 88 3.1.6.1 DIE MESSUNG DES SCHMELZEMASSEFLIESSRATE MFR ......... 89 3.1.6.2 DAS HOCHDRUCK-KAPILLARRHEOMETER ............................... 91 3.1.6.3 ROTATIONSRHEOMETER .......................................................... 92 3.1.6.4 DEHNRHEOMETER ................................................................ 97 3.2 VERHALTEN ALS FESTKOERPER - FESTKOERPEREIGENSCHAFTEN UND DEREN MESSUNG ....................................................................................................... 98 3.2.1 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN VON KUNSTSTOFFEN ............................... 100 3.2.1.1 DER ZUGVERSUCH .................................................................... 100 3.2.1.2 DER SCHNELLZERREISSVERSUCH .................................................. 103 3.2.1.3 ZEIT- UND TEMPERATUREINFLUSS AUF DAS MECHANISCHE VERHALTEN .......................................................................... 104 3.2.1.4 DER ZEITSTANDVERSUCH ...................................................... 107 3.2.1.5 DER SCHWINGVERSUCH ........................................................ 109 3.2.1.6 DER BIEGEVERSUCH .............................................................. 112 3.2.2 PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN .......................................................... 114 3.2.2.1 ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN .............................................. 114 3.2.2.2 MAGNETISCHE EIGENSCHAFTEN ............................................ 117 3.2.2.3 OPTISCHE EIGENSCHAFTEN .................................................... 118 3.2.2.4 AKUSTISCHE EIGENSCHAFTEN .............................................. 125 3.2.3 WERTE FUER DEN WAERME-UND STOFFAUSTAUSCH .................................. 127 3.2.3.1 SPEZIFISCHE ENTHALPIE H .................................................. 128 3.2.3.2 SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET C P ...................................... 129 3.2.3.3 DICHTE P ............................................................................ 132 3.2.3.4 WAERMELEITFAEHIGKEIT A ...................................................... 133 3.2.3.5 WAERMEAUSDEHNUNGSKOEFFIZIENT A .................................. 136 3.2.3.OE TEMPERATURLEITFAEHIGKEIT A ............................................... 137 3.2.3.7 WAERMEEINDRINGZAHL B ...................................................... 139 3.2.3.8 STOFFTRANSPORT .................................................................... 139 3.3 BEEINFLUSSUNG DER EIGENSCHAFTEN DURCH ZUSATZSTOFFE ........................... 144 3.3.1 VERSTAERKUNGSSTOFFE - AKTIVE ZUSATZSTOFFE .................................... 144 3.3.1.1 DIE FASERN UND DAS PRINZIP DER VERSTAERKUNG ............... 148 3.3.1.2 DIE AUFGABEN DER MATRIX ................................................ 151 3.3.1.3 KRAFTUEBERTRAGUNG DES FASERKUNSTSTOFFVERBUNDS ...... 152 3.3.1.4 DEFEKTE IN FASERKUNSTSTOFFVERBUNDEN ............................ 156 3.3.1.5 NANOPARTIKEL ALS AKTIVE ZUSATZSTOFFE .............................. 160 3.3.2 FUNKTIONS-ZUSATZSTOFFE - ADDITIVE ................................................ 162 3.3.2.1 VISKOSITAETSVERAENDERNDE ZUSATZSTOFFE - FLIESSHILFSMITTEL ................................................................ 162 3.3.2.2 WEICHMACHER .................................................................... 163 3.3.2.3 ZUMISCHUNG ANDERER POLYMERE - BILDUNG VON POLYMERBLENDS .................................................................. 165 3.3.2.4 SCHLAGZAEHMODIFIZIERER .................................................... 165 3.3.2.5 KEIMBILDNER (NUKLEIERUNGSMITTEL) ................................ 167 3.3.2.6 HAFTVERMITTLER .................................................................. 168 3.3.2.7 LEITFAEHIGE ZUSATZSTOFFE .................................................... 169 3.3.3 FUELLSTOFFE - INAKTIVE ZUSATZSTOFFE .................................................. 170 3.4 VON POLYMER ZU KUNSTSTOFF - EINFUEHRUNG IN DIE KUNSTSTOFF-AUFBEREITUNG ............................................................................ 171 3.4.1 DER DOPPELSCHNECKENEXTRUDER ...................................................... 172 3.4.2 VERFAHRENSTECHNIK .......................................................................... 173 3.4.3 CHARAKTERISTISCHE KENNWERTE ......................................................... 177 3.4.4 ZUSATZAGGREGATE ............................................................................... 178 3.5 PROZESS, STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN - BEEINFLUSSUNG IM VERARBEITUNGSPROZESS ................................................................................. 181 3.5.1 EIGENSPANNUNGEN ........................................................................... 182 3.5.2 ORIENTIERUNG VON MAKROMOLEKUELEN ............................................... 183 3.5.3 ORIENTIERUNG VON FASERN ................................................................. 186 3.5.4 KRISTALLISATION ................................................................................... 187 3.5.5 BILDUNG EINER MAKROSTRUKTUR: SCHAEUMEN VON KUNSTSTOFFEN .... 187 3.6 VERAENDERUNGEN MIT DER ZEIT - EINBLICK IN DIE ALTERUNG VON KUNSTSTOFFEN ............................................... 189 3.6.1 ALTERUNGSURSACHEN ......................................................................... 190 3.6.2 ALTERUNGSVORGAENGE ........................................................................... 191 3.6.2.1 MECHANISCHE ALTERUNGSMECHANISMEN .......................... 191 3.6.2.2 PHYSIKALISCHE ALTERUNGSMECHANISMEN ........................... 192 3.6.2.3 CHEMISCHE ALTERUNGSMECHANISMEN .............................. 194 3.OE.2.4 WIRKWEISE VON ALTERUNGSTABILISATOREN .......................... 196 3.6.3 ALTERUNGSERSCHEINUNGEN ................................................................. 197 3.6.4 CHARAKTERISIERUNG DES ALTERUNGSFORTSCHRITTS .............................. 198 3.7 KURZDARSTELLUNG EINIGER WICHTIGER KUNSTSTOFFE ....................................... 201 3.8 POLYETHYLEN (PE) ......................................................................................... 205 3.9 POLYPROPYLEN (PP) ....................................................................................... 206 3.10 ETHYLEN-PROPYLEN-(DIEN)-COPOLYMERE (EPDM) ......................................... 207 3.11 POLYVINYLCHLORID (PVC) ............................................................................... 210 3.12 POLYSTYROL (PS) ............................................................................................. 212 3.13 STYROL-BUTADIEN-STYROL-COPOLYMERE (SBS) ................................................. 214 3.14 STYROL-ACRYLNITRIL-COPOLYMERE (SAN) ......................................................... 215 3.15 ACRYLNITRIL-BUTADIEN-STYROL-COPOLYMERE (ABS) ....................................... 218 3.16 ACRYLNITRIL-STYROL-ACRYLESTER-COPOLYMERE (ASA) ..................................... 219 3.17 POLYAMID (PA) ............................................................................................. 222 3.18 POLYBUTYLENTEREPHTHALAT (PBT) ................................................................... 228 3.19 POLYETHYLENTEREPHTHALAT (PET) ................................................................... 229 3.20 POLYCARBONAT (PC) ....................................................................................... 232 3.21 POLYMETHYLMETHACRYLAT (PMMA) ............................................................... 234 3.22 POLYOXYMETHYLEN (POM) ............................................................................. 236 3.23 POLYTETRAFLUORETHYLEN (PTFE) ..................................................................... 239 3.24 POLYETHERETHERKETON (PEEK) ....................................................................... 240 3.25 POLYETHERSULFON (PES) UND POLYSULFON (PSU) .......................................... 242 3.26 POLYPHENYLENSULFID (PPS) ........................................................................... 244 3.27 CELLULOSEDERIVATE ......................................................................................... 246 3.28 POLYHYDROXYALKANOATE (PHA) ..................................................................... 248 3.29 POLYLACTID (PLA) ........................................................................................... 249 3.30 THERMOPLASTISCHES POLYURETHAN (TPE-U, AUCH TPU) ....................................................................................... 251 3.31 POLYURETHAN (PUR) ..................................................................................... 252 3.32 EPOXIDHARZE (EP) ......................................................................................... 253 3.33 MELAMINFORMALDEHYDHARZ (MF) ................................................................. 255 3.34 PHENOL-FORMALDEHYD- ODER PHENOLHARZ (PF) ............................................. 256 3.35 HARNSTOFF-FORMALDEHYDHARZ (UF) ............................................................... 257 3.36 UNGESAETTIGTES POLYESTERHARZ (UP) ............................................................. 258 3.37 LITERATURVERZEICHNIS ................................................................................... 259 4 KUNSTSTOFF-VERARBEITUNGSTECHNIK ................................................ 263 4.1 EXTRUSION ..................................................................................................... 264 4.1.1 EXTRUDERSCHNECKE UND ZYLINDER ..................................................... 265 4.1.2 DER HOCHLEISTUNGSEXTRUDER HEILBAR ............................................ 273 4.1.3 ROHR-UND PROFILEXTRUSION ............................................................... 275 4.1.4 FLACHFOLIEN-UND PLATTENEXTRUSION ................................................. 281 4.1.5 SCHLAUCH-UND BLASFOLIENEXTRUSION ................................................. 282 4.1.6 EXTRUSIONS-BLASFORMEN ................................................................... 284 4.1.7 CO-EXTRUSION ..................................................................................... 285 4.2 SPRITZGIESSEN ................................................................................................. 288 4.2.1 DER SPRITZGIESSPROZESS ..................................................................... 290 4.2.2 DAS PLASTIFIZIERAGGREGAT ................................................................. 293 4.2.3 DIE SCHLIESSEINHEIT MIT SPRITZGIESSWERKZEUG ................................ 296 4.2.3.1 RHEOLOGISCHE AUSLEGUNG ................................................... 299 4.2.3.2 THERMISCHE AUSLEGUNG .................................................... 300 4.2.4 EINFLUSS DES SPRITZGIESSPROZESSES AUF DIE EIGENSCHAFTEN DES BAUTEILS ....................................................................................... 303 4.2.5 VORSTELLUNG EINIGER SONDERVERFAHREN ............................................. 306 4.2.5.1 SPRITZPRAEGEN ..................................................................... 307 4.2.5.2 THERMOPLASTSCHAUM-SPRITZGIESSEN .................................. 308 4.2.5.3 KASKADEN-SPRITZGIESSEN ..................................................... 309 4.2.5.4 SPRITZGIESSCOMPOUNDIEREN ............................................... 310 4.2.5.5 MEHR-KOMPONENTEN-VERFAHREN ........................................ 311 4.2.5.6 SANDWICH-SPRITZGIESSEN ..................................................... 313 4.2.5.7 FLUIDINJEKTIONSTECHNIKEN ................................................. 315 4.2.5.8 HINTERSPRITZTECHNIK ........................................................... 317 4.2.5.9 SPRITZSTRECK-BLASFORMEN ................................................... 318 4.2.5.10 VARIOTHERME WERKZEUGTEMPERIERUNG ............................ 320 4.3 VERARBEITUNG VON VERNETZENDEN KUNSTSTOFFEN ........................................ 321 4.3.1 PRESSEN ............................................................................................. 323 4.3.2 TRANSFERPRESSEN ............................................................................... 325 4.3.3 SPRITZGIESSEN ..................................................................................... 325 4.3.4 VERARBEITUNG VON POLYURETHAN ...................................................... 326 4.4 TECHNOLOGIE DER FASERKUNSTSTOFFVERBUNDE .............................................. 331 4.4.1 HANDLAMINIEREN UND FASERSPRITZEN .............................................. 332 4.4.2 PRESSEN VON SMC UND GMT ........................................................... 333 4.4.3 PULTRUSION VON ENDLOSFASERN ........................................................... 336 4.4.4 ARBEITEN MIT PREPREGS ..................................................................... 338 4.4.5 HARZINJEKTIONSVERFAHREN ................................................................. 339 4.4.6 DREIDIMENSIONALE FASERKUNSTSTOFFVERBUNDSTRUKTUREN ................ 341 4.5 WEITERVERARBEITUNG ..................................................................................... 343 4.5.1 THERMOFORMEN ................................................................................. 343 4.5.2 MECHANISCHE BEARBEITUNG VON KUNSTSTOFFEN ................................ 351 4.5.3 SCHWEISSEN ......................................................................................... 354 4.5.3.1 HEIZELEMENTSCHWEISSEN ..................................................... 356 4.5.3.2 ULTRASCHALLSCHWEISSEN ...................................................... 360 4.5.3.3 VIBRATIONSREIBSCHWEISSEN ................................................ 362 4.5.3.4 LASERSCHWEISSEN ................................................................. 363 4.5.4 KLEBEN ................................................................................ 364 4.5.5 FUEGEN DURCH SCHNAPPVERBINDUNGEN, SCHRAUBEN UND NIETEN ... 369 4.5.6 BESCHICHTEN VON KUNSTSTOFFEN ......................................................... 372 4.5.6.1 BESCHICHTETE BAUTEILE ...................................................... 372 4.5.6.2 BESCHICHTUNGSVERFAHREN ................................................... 376 4.6 LITERATURVERZEICHNIS ................................................................................... 380 5 PRODUKTENTWICKLUNG MIT KUNSTSTOFFEN ....................................... 383 5.1 KUNSTSTOFFE ALS KONSTRUKTIONSWERKSTOFFE ................................................ 384 5.1.1 KUNSTSTOFFSPEZIFISCHE ALLEINSTELLUNGSMERKMALE .......................... 384 5.1.2 WERKSTOFFVORAUSWAHL ....................................................................... 388 5.2 GEOMETRISCHE UNTERTEILUNG VON PRODUKTEN ............................................ 390 5.2.1 GROSSFLAECHIGE PRODUKTE .................................................................... 390 5.2.2 GEHAEUSEARTIGE PRODUKTE ................................................................. 391 5.2.3 BEHAELTERARTIGE PRODUKTE ................................................................. 392 5.2.4 KOMPLEXE PRODUKTE ......................................................................... 392 5.2.5 FUNKTIONSSPEZIFISCHE PRODUKTE ..................................................... 393 5.2.6 BEDEUTUNG FUER DIE WAHL DES VERARBEITUNGSVERFAHRENS .............. 393 5.3 KONSTRUIEREN MIT KUNSTSTOFFEN ................................................................. 395 5.3.1 ANFORDERUNGEN AN PRODUKTE UND FUNKTIONEN ................................ 396 5.3.2 NUTZEN DER GESTALTUNGSFREIHEIT - INTEGRATION VON FUNKTIONSELEMENTEN ....................................................................... 399 5.3.3 NUTZUNG DER GESTALTUNGSFREIHEIT - ERHOEHUNG DES FLAECHENTRAEGHEITSMOMENTS ............................................................... 404 5.3.4 WERKSTOFFGERECHTES KONSTRUIEREN ................................................... 407 5.3.5 FERTIGUNGSGERECHTES KONSTRUIEREN ................................................. 418 5.3.6 BEANSPRUCHUNGSGERECHTES KONSTRUIEREN ..................................... 421 5.3.6.1 DIMENSIONIERUNG GEGEN EINE ZULAESSIGE SPANNUNG .... 424 5.3.6.2 DIMENSIONIERUNG GEGEN EINE KRITISCHE DEHNUNG ........ 426 5.3.6.3 DIMENSIONIERUNG GEGEN DEN ZEITEINFLUSS - LEBENSDAUERVORHERSAGE ................................................... 429 5.3.7 KURZZUSAMMENFASSUNG DER KUNSTSTOFFGERECHTEN KONSTRUKTION . 432 5.4 NUTZEN VON PROTOTYPEN IN DER PRODUKTENTWICKLUNG .............................. 434 5.4.1 RAPID PROTOTYPING ........................................................................... 434 5.4.1.1 STEREOLITHOGRAPHIE (SLA) ................................................. 435 5.4.1.2 SELEKTIVES LASERSINTERN (SLS) ......................................... 437 5.4.1.3 LAMINATED OBJECT MANUFACTURING (LOM) ...................... 437 5.4.1.4 3D-PRINTING (3D-P) ............................................................. 438 5.4.1.5 STRANGABLEGEVERFAHREN (FDM ODER FFF) ........................ 439 5.4.2 RAPID TOOLING ................................................................................... 441 5.4.2.1 GIESSVERFAHREN ................................................................... 442 5.4.2.2 LASERSINTERN VON WERKZEUGEN ........................................ 445 5.4.3 WAHL EINES PROTOTYPVERFAHRENS ..................................................... 446 5.4.3.1 ANFORDERUNGEN AN DEN PROTOTYP .................................... 446 5.4.3.2 PROTOYPEN FUER GROSSFLAECHIGE PRODUKTE UND FUER GEHAEUSEARTIGE PRODUKTE ................................................... 447 5.4.3.3 PROTOYPEN FUER BEHAELTERARTIGE PRODUKTE .......................... 449 5.4.3.4 PROTOYPEN FUER KOMPLEXE PRODUKTE .................................. 450 5.5 LITERATURVERZEICHNIS ................................................................................... 451 6 KUNSTSTOFFE UND UMWELT ............................................................... 453 6.1 KUNSTSTOFFABFAELLE ......................................................................................... 453 6.2 SIND KUNSTSTOFFE GIFTIG? ............................................................................... 459 6.3 BIOPOLYMERE UND BIOKUNSTSTOFFE ............................................................... 463 6.3.1 BIOABBAUBARE KUNSTSTOFFE ............................................................... 464 6.3.2 BIOBASIERTE KUNSTSTOFFE ................................................................... 468 6.3.3 VON BIOPOLYMER ZU BIOKUNSTSTOFF - AUFBEREITUNG VON BIOPOLYMEREN ................................................................................... 473 6.4 RESSOURCENSCHONUNG MIT KUNSTSTOFFEN ..................................................... 475 6.4.1 HERKUNFT DES BEGRIFFES DER NACHHALTIGKEIT ................................ 475 6.4.2 DER BRUNDTLAND-BERICHT UND DAS KYOTO-PROTOKOLL ........................ 475 6.4.3 RESSOURCENSCHONUNG MIT KUNSTSTOFFEN ......................................... 478 6.4.4 REGENERATIVE ENERGIEERZEUGUNG MIT KUNSTSTOFFEN ...................... 483 6.5 FAZIT ............................................................................................................. 486 6.6 LITERATURVERZEICHNIS ................................................................................... 487 A ANHANG: EMPFEHLUNGEN ZUR ABFASSUNG EINER BACHELOR-/MASTERARBEIT AM IKT ................................................... 489 A.L UNTERSCHIEDLICHER ANSPRUCH AN EINE BACHELOR-, MASTER- UND DOKTORARBEIT ................................................................................................. 489 A.2 WISSENSCHAFTLICHE METHODEN ...................................................................... 490 A.2.1 QUELLEN-UNTERSUCHENDE METHODEN ................................................. 490 A.2.2 THEORETISCHE METHODEN ................................................................... 490 A.2.3 EMPIRISCHE METHODEN ..................................................................... 491 A.3 WISSENSCHAFTLICHE ARBEIT ............................................................................ 492 A.4 BACHELOR- ODER MASTERARBEIT ........................................................................ 493 A.4.1 ZUM TITEL DER ABSCHLUSSARBEIT ....................................................... 493 A.4.2 ZUM INHALT DER ARBEIT ..................................................................... 493 A.4.2.1 ZUSAMMENFASSUNG .......................................................... 494 A.4.2.2 EINLEITUNG .......................................................................... 494 A.4.2.3 HAUPTTEIL ............................................................................ 494 A.4.2.4 SCHLUSSBEMERKUNGEN ...................................................... 496 A.4.2.5 ANHANG .............................................................................. 496 A.4.3 ZUM UMFANG DER ARBEIT ................................................................. 496 A.4.4 ZUM SCHREIBSTIL DER ARBEIT ............................................................. 496 INDEX .......................................................................................................... 499
adam_txt	INHALT VORWORT . V VORWORT ZUR 3. AUFLAGE . V VORWORT ZUR 1. AUFLAGE . VI DER AUTOR: PROF. CHRISTIAN KONTEN . IX HINWEISE ZUR BENUTZUNG DES BUCHES . XI 1 EINLEITUNG . 1 1.1 KUNSTSTOFF - WERKSTOFF DER MODERNE . 1 1.2 EINSATZGEBIETE VON KUNSTSTOFFEN . 5 1.3 KUNSTSTOFFE UND DESIGN . 8 1.4 LITERATURVERZEICHNIS . 11 2 GRUNDLAGEN . 13 2.1 VON MONOMER ZU POLYMER - GRUNDLAGEN DER POLYMERCHEMIE . 13 2.1.1 HERKUNFT DER MONOMERE . 13 2.1.2 POLYMERSYNTHESE . 16 2.1.2.1 POLYMERISATION . 16 2.1.2.2 COPOLYMERISATION (SONDERFORM DER POLYMERISATION) . 19 2.1.2.3 POLYKONDENSATION . 20 2.1.2.4 POLYADDITION . 21 2.1.3 DIE MOLMASSE VON POLYMEREN . 22 2.1.4 BINDUNGSKRAEFTE UND BROWN * SCHE MOLEKULARBEWEGUNG . 28 2.1.4.1 INNERMOLEKULARE CHEMISCHE BINDUNGEN . 28 2.1.4.2 INTERMOLEKULARE PHYSIKALISCHE BINDUNGEN . 30 2.1.4.3 BROWN * SCHE MOLEKULARBEWEGUNG - BEWEGLICHKEIT DER POLYMERKETTEN . 33 2.1.5 MECHANISMEN DER ERSTARRUNG UND UNTERTEILUNG DER POLYMERE . 34 2.1.6 PRIMAERSTRUKTUR VON POLYMEREN: KONSTITUTION UND KONFIGURATION . 38 2.1.7 SEKUNDAER- UND TERTIAERSTRUKTUREN VON POLYMEREN: KONFORMATION . 39 2.1.7.1 AMORPHE STRUKTUREN . 41 2.1.7.2 KRISTALLINE STRUKTUREN . 42 2.1.7.3 EINFLUSS DER PRIMAERSTRUKTUR . 42 2.1.7.4 UEBERSTRUKTUREN . 45 2.1.8 POLYMERE - ROHSTOFF NICHT NUR FUER KUNSTSTOFFE . 49 2.2 GRUNDLAGEN DER KRAFTUEBERTRAGUNG . 50 2.2.1 WICHTIGE BEGRIFFE . 50 2.2.1.1 FESTIGKEIT . 50 2.2.1.2 STEIFIGKEIT . 50 2.2.1.3 ZAEHIGKEIT . 50 2.2.1.4 SPANNUNGS-DEHNUNGS-DIAGRAMME . 51 2.2.2 ZUSTANDSBEREICHE VON KUNSTSTOFFEN . 54 2.2.2.1 GLASUEBERGANGSTEMPERATUR T G . 55 2.2.2.2 KRISTALLITSCHMELZTEMPERATUR T M . 56 2.2.2.3 ZUSTANDSBEREICHE VERNETZTER POLYMERE . 57 2.2.3 MECHANISCHE ERSATZMODELLE . 58 2.3 KUNSTSTOFF UND KUNSTSTOFFTECHNIK - BEGRIFFSBESTIMMUNG . 62 2.4 LITERATURVERZEICHNIS . 64 3 KUNSTSTOFF-WERKSTOFFTECHNIK . 67 3.1 VERHALTEN IN DER SCHMELZE - FLIESSEIGENSCHAFTEN UND DEREN MESSUNG . 68 3.1.1 STROEMUNGSMECHANISCHE GRUNDLAGEN . 69 3.1.2 EINFLUESSE AUF DAS FLIESSVERHALTEN . 76 3.1.3 DAS KONZEPT DER REPRAESENTATIVEN VISKOSITAET . 81 3.1.4 DEHNUNG VON SCHMELZE . 84 3.1.5 STRANGAUFWEITUNG UND SCHRUMPF . 86 3.1.6 RHEOMETRIE - DIE MESSUNG DER FLIESSEIGENSCHAFTEN . 88 3.1.6.1 DIE MESSUNG DES SCHMELZEMASSEFLIESSRATE MFR . 89 3.1.6.2 DAS HOCHDRUCK-KAPILLARRHEOMETER . 91 3.1.6.3 ROTATIONSRHEOMETER . 92 3.1.6.4 DEHNRHEOMETER . 97 3.2 VERHALTEN ALS FESTKOERPER - FESTKOERPEREIGENSCHAFTEN UND DEREN MESSUNG . 98 3.2.1 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN VON KUNSTSTOFFEN . 100 3.2.1.1 DER ZUGVERSUCH . 100 3.2.1.2 DER SCHNELLZERREISSVERSUCH . 103 3.2.1.3 ZEIT- UND TEMPERATUREINFLUSS AUF DAS MECHANISCHE VERHALTEN . 104 3.2.1.4 DER ZEITSTANDVERSUCH . 107 3.2.1.5 DER SCHWINGVERSUCH . 109 3.2.1.6 DER BIEGEVERSUCH . 112 3.2.2 PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN . 114 3.2.2.1 ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN . 114 3.2.2.2 MAGNETISCHE EIGENSCHAFTEN . 117 3.2.2.3 OPTISCHE EIGENSCHAFTEN . 118 3.2.2.4 AKUSTISCHE EIGENSCHAFTEN . 125 3.2.3 WERTE FUER DEN WAERME-UND STOFFAUSTAUSCH . 127 3.2.3.1 SPEZIFISCHE ENTHALPIE H . 128 3.2.3.2 SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET C P . 129 3.2.3.3 DICHTE P . 132 3.2.3.4 WAERMELEITFAEHIGKEIT A . 133 3.2.3.5 WAERMEAUSDEHNUNGSKOEFFIZIENT A . 136 3.2.3.OE TEMPERATURLEITFAEHIGKEIT A . 137 3.2.3.7 WAERMEEINDRINGZAHL B . 139 3.2.3.8 STOFFTRANSPORT . 139 3.3 BEEINFLUSSUNG DER EIGENSCHAFTEN DURCH ZUSATZSTOFFE . 144 3.3.1 VERSTAERKUNGSSTOFFE - AKTIVE ZUSATZSTOFFE . 144 3.3.1.1 DIE FASERN UND DAS PRINZIP DER VERSTAERKUNG . 148 3.3.1.2 DIE AUFGABEN DER MATRIX . 151 3.3.1.3 KRAFTUEBERTRAGUNG DES FASERKUNSTSTOFFVERBUNDS . 152 3.3.1.4 DEFEKTE IN FASERKUNSTSTOFFVERBUNDEN . 156 3.3.1.5 NANOPARTIKEL ALS AKTIVE ZUSATZSTOFFE . 160 3.3.2 FUNKTIONS-ZUSATZSTOFFE - ADDITIVE . 162 3.3.2.1 VISKOSITAETSVERAENDERNDE ZUSATZSTOFFE - FLIESSHILFSMITTEL . 162 3.3.2.2 WEICHMACHER . 163 3.3.2.3 ZUMISCHUNG ANDERER POLYMERE - BILDUNG VON POLYMERBLENDS . 165 3.3.2.4 SCHLAGZAEHMODIFIZIERER . 165 3.3.2.5 KEIMBILDNER (NUKLEIERUNGSMITTEL) . 167 3.3.2.6 HAFTVERMITTLER . 168 3.3.2.7 LEITFAEHIGE ZUSATZSTOFFE . 169 3.3.3 FUELLSTOFFE - INAKTIVE ZUSATZSTOFFE . 170 3.4 VON POLYMER ZU KUNSTSTOFF - EINFUEHRUNG IN DIE KUNSTSTOFF-AUFBEREITUNG . 171 3.4.1 DER DOPPELSCHNECKENEXTRUDER . 172 3.4.2 VERFAHRENSTECHNIK . 173 3.4.3 CHARAKTERISTISCHE KENNWERTE . 177 3.4.4 ZUSATZAGGREGATE . 178 3.5 PROZESS, STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN - BEEINFLUSSUNG IM VERARBEITUNGSPROZESS . 181 3.5.1 EIGENSPANNUNGEN . 182 3.5.2 ORIENTIERUNG VON MAKROMOLEKUELEN . 183 3.5.3 ORIENTIERUNG VON FASERN . 186 3.5.4 KRISTALLISATION . 187 3.5.5 BILDUNG EINER MAKROSTRUKTUR: SCHAEUMEN VON KUNSTSTOFFEN . 187 3.6 VERAENDERUNGEN MIT DER ZEIT - EINBLICK IN DIE ALTERUNG VON KUNSTSTOFFEN . 189 3.6.1 ALTERUNGSURSACHEN . 190 3.6.2 ALTERUNGSVORGAENGE . 191 3.6.2.1 MECHANISCHE ALTERUNGSMECHANISMEN . 191 3.6.2.2 PHYSIKALISCHE ALTERUNGSMECHANISMEN . 192 3.6.2.3 CHEMISCHE ALTERUNGSMECHANISMEN . 194 3.OE.2.4 WIRKWEISE VON ALTERUNGSTABILISATOREN . 196 3.6.3 ALTERUNGSERSCHEINUNGEN . 197 3.6.4 CHARAKTERISIERUNG DES ALTERUNGSFORTSCHRITTS . 198 3.7 KURZDARSTELLUNG EINIGER WICHTIGER KUNSTSTOFFE . 201 3.8 POLYETHYLEN (PE) . 205 3.9 POLYPROPYLEN (PP) . 206 3.10 ETHYLEN-PROPYLEN-(DIEN)-COPOLYMERE (EPDM) . 207 3.11 POLYVINYLCHLORID (PVC) . 210 3.12 POLYSTYROL (PS) . 212 3.13 STYROL-BUTADIEN-STYROL-COPOLYMERE (SBS) . 214 3.14 STYROL-ACRYLNITRIL-COPOLYMERE (SAN) . 215 3.15 ACRYLNITRIL-BUTADIEN-STYROL-COPOLYMERE (ABS) . 218 3.16 ACRYLNITRIL-STYROL-ACRYLESTER-COPOLYMERE (ASA) . 219 3.17 POLYAMID (PA) . 222 3.18 POLYBUTYLENTEREPHTHALAT (PBT) . 228 3.19 POLYETHYLENTEREPHTHALAT (PET) . 229 3.20 POLYCARBONAT (PC) . 232 3.21 POLYMETHYLMETHACRYLAT (PMMA) . 234 3.22 POLYOXYMETHYLEN (POM) . 236 3.23 POLYTETRAFLUORETHYLEN (PTFE) . 239 3.24 POLYETHERETHERKETON (PEEK) . 240 3.25 POLYETHERSULFON (PES) UND POLYSULFON (PSU) . 242 3.26 POLYPHENYLENSULFID (PPS) . 244 3.27 CELLULOSEDERIVATE . 246 3.28 POLYHYDROXYALKANOATE (PHA) . 248 3.29 POLYLACTID (PLA) . 249 3.30 THERMOPLASTISCHES POLYURETHAN (TPE-U, AUCH TPU) . 251 3.31 POLYURETHAN (PUR) . 252 3.32 EPOXIDHARZE (EP) . 253 3.33 MELAMINFORMALDEHYDHARZ (MF) . 255 3.34 PHENOL-FORMALDEHYD- ODER PHENOLHARZ (PF) . 256 3.35 HARNSTOFF-FORMALDEHYDHARZ (UF) . 257 3.36 UNGESAETTIGTES POLYESTERHARZ (UP) . 258 3.37 LITERATURVERZEICHNIS . 259 4 KUNSTSTOFF-VERARBEITUNGSTECHNIK . 263 4.1 EXTRUSION . 264 4.1.1 EXTRUDERSCHNECKE UND ZYLINDER . 265 4.1.2 DER HOCHLEISTUNGSEXTRUDER HEILBAR . 273 4.1.3 ROHR-UND PROFILEXTRUSION . 275 4.1.4 FLACHFOLIEN-UND PLATTENEXTRUSION . 281 4.1.5 SCHLAUCH-UND BLASFOLIENEXTRUSION . 282 4.1.6 EXTRUSIONS-BLASFORMEN . 284 4.1.7 CO-EXTRUSION . 285 4.2 SPRITZGIESSEN . 288 4.2.1 DER SPRITZGIESSPROZESS . 290 4.2.2 DAS PLASTIFIZIERAGGREGAT . 293 4.2.3 DIE SCHLIESSEINHEIT MIT SPRITZGIESSWERKZEUG . 296 4.2.3.1 RHEOLOGISCHE AUSLEGUNG . 299 4.2.3.2 THERMISCHE AUSLEGUNG . 300 4.2.4 EINFLUSS DES SPRITZGIESSPROZESSES AUF DIE EIGENSCHAFTEN DES BAUTEILS . 303 4.2.5 VORSTELLUNG EINIGER SONDERVERFAHREN . 306 4.2.5.1 SPRITZPRAEGEN . 307 4.2.5.2 THERMOPLASTSCHAUM-SPRITZGIESSEN . 308 4.2.5.3 KASKADEN-SPRITZGIESSEN . 309 4.2.5.4 SPRITZGIESSCOMPOUNDIEREN . 310 4.2.5.5 MEHR-KOMPONENTEN-VERFAHREN . 311 4.2.5.6 SANDWICH-SPRITZGIESSEN . 313 4.2.5.7 FLUIDINJEKTIONSTECHNIKEN . 315 4.2.5.8 HINTERSPRITZTECHNIK . 317 4.2.5.9 SPRITZSTRECK-BLASFORMEN . 318 4.2.5.10 VARIOTHERME WERKZEUGTEMPERIERUNG . 320 4.3 VERARBEITUNG VON VERNETZENDEN KUNSTSTOFFEN . 321 4.3.1 PRESSEN . 323 4.3.2 TRANSFERPRESSEN . 325 4.3.3 SPRITZGIESSEN . 325 4.3.4 VERARBEITUNG VON POLYURETHAN . 326 4.4 TECHNOLOGIE DER FASERKUNSTSTOFFVERBUNDE . 331 4.4.1 HANDLAMINIEREN UND FASERSPRITZEN . 332 4.4.2 PRESSEN VON SMC UND GMT . 333 4.4.3 PULTRUSION VON ENDLOSFASERN . 336 4.4.4 ARBEITEN MIT PREPREGS . 338 4.4.5 HARZINJEKTIONSVERFAHREN . 339 4.4.6 DREIDIMENSIONALE FASERKUNSTSTOFFVERBUNDSTRUKTUREN . 341 4.5 WEITERVERARBEITUNG . 343 4.5.1 THERMOFORMEN . 343 4.5.2 MECHANISCHE BEARBEITUNG VON KUNSTSTOFFEN . 351 4.5.3 SCHWEISSEN . 354 4.5.3.1 HEIZELEMENTSCHWEISSEN . 356 4.5.3.2 ULTRASCHALLSCHWEISSEN . 360 4.5.3.3 VIBRATIONSREIBSCHWEISSEN . 362 4.5.3.4 LASERSCHWEISSEN . 363 4.5.4 KLEBEN . 364 4.5.5 FUEGEN DURCH SCHNAPPVERBINDUNGEN, SCHRAUBEN UND NIETEN . 369 4.5.6 BESCHICHTEN VON KUNSTSTOFFEN . 372 4.5.6.1 BESCHICHTETE BAUTEILE . 372 4.5.6.2 BESCHICHTUNGSVERFAHREN . 376 4.6 LITERATURVERZEICHNIS . 380 5 PRODUKTENTWICKLUNG MIT KUNSTSTOFFEN . 383 5.1 KUNSTSTOFFE ALS KONSTRUKTIONSWERKSTOFFE . 384 5.1.1 KUNSTSTOFFSPEZIFISCHE ALLEINSTELLUNGSMERKMALE . 384 5.1.2 WERKSTOFFVORAUSWAHL . 388 5.2 GEOMETRISCHE UNTERTEILUNG VON PRODUKTEN . 390 5.2.1 GROSSFLAECHIGE PRODUKTE . 390 5.2.2 GEHAEUSEARTIGE PRODUKTE . 391 5.2.3 BEHAELTERARTIGE PRODUKTE . 392 5.2.4 KOMPLEXE PRODUKTE . 392 5.2.5 FUNKTIONSSPEZIFISCHE PRODUKTE . 393 5.2.6 BEDEUTUNG FUER DIE WAHL DES VERARBEITUNGSVERFAHRENS . 393 5.3 KONSTRUIEREN MIT KUNSTSTOFFEN . 395 5.3.1 ANFORDERUNGEN AN PRODUKTE UND FUNKTIONEN . 396 5.3.2 NUTZEN DER GESTALTUNGSFREIHEIT - INTEGRATION VON FUNKTIONSELEMENTEN . 399 5.3.3 NUTZUNG DER GESTALTUNGSFREIHEIT - ERHOEHUNG DES FLAECHENTRAEGHEITSMOMENTS . 404 5.3.4 WERKSTOFFGERECHTES KONSTRUIEREN . 407 5.3.5 FERTIGUNGSGERECHTES KONSTRUIEREN . 418 5.3.6 BEANSPRUCHUNGSGERECHTES KONSTRUIEREN . 421 5.3.6.1 DIMENSIONIERUNG GEGEN EINE ZULAESSIGE SPANNUNG . 424 5.3.6.2 DIMENSIONIERUNG GEGEN EINE KRITISCHE DEHNUNG . 426 5.3.6.3 DIMENSIONIERUNG GEGEN DEN ZEITEINFLUSS - LEBENSDAUERVORHERSAGE . 429 5.3.7 KURZZUSAMMENFASSUNG DER KUNSTSTOFFGERECHTEN KONSTRUKTION . 432 5.4 NUTZEN VON PROTOTYPEN IN DER PRODUKTENTWICKLUNG . 434 5.4.1 RAPID PROTOTYPING . 434 5.4.1.1 STEREOLITHOGRAPHIE (SLA) . 435 5.4.1.2 SELEKTIVES LASERSINTERN (SLS) . 437 5.4.1.3 LAMINATED OBJECT MANUFACTURING (LOM) . 437 5.4.1.4 3D-PRINTING (3D-P) . 438 5.4.1.5 STRANGABLEGEVERFAHREN (FDM ODER FFF) . 439 5.4.2 RAPID TOOLING . 441 5.4.2.1 GIESSVERFAHREN . 442 5.4.2.2 LASERSINTERN VON WERKZEUGEN . 445 5.4.3 WAHL EINES PROTOTYPVERFAHRENS . 446 5.4.3.1 ANFORDERUNGEN AN DEN PROTOTYP . 446 5.4.3.2 PROTOYPEN FUER GROSSFLAECHIGE PRODUKTE UND FUER GEHAEUSEARTIGE PRODUKTE . 447 5.4.3.3 PROTOYPEN FUER BEHAELTERARTIGE PRODUKTE . 449 5.4.3.4 PROTOYPEN FUER KOMPLEXE PRODUKTE . 450 5.5 LITERATURVERZEICHNIS . 451 6 KUNSTSTOFFE UND UMWELT . 453 6.1 KUNSTSTOFFABFAELLE . 453 6.2 SIND KUNSTSTOFFE GIFTIG? . 459 6.3 BIOPOLYMERE UND BIOKUNSTSTOFFE . 463 6.3.1 BIOABBAUBARE KUNSTSTOFFE . 464 6.3.2 BIOBASIERTE KUNSTSTOFFE . 468 6.3.3 VON BIOPOLYMER ZU BIOKUNSTSTOFF - AUFBEREITUNG VON BIOPOLYMEREN . 473 6.4 RESSOURCENSCHONUNG MIT KUNSTSTOFFEN . 475 6.4.1 HERKUNFT DES BEGRIFFES DER NACHHALTIGKEIT . 475 6.4.2 DER BRUNDTLAND-BERICHT UND DAS KYOTO-PROTOKOLL . 475 6.4.3 RESSOURCENSCHONUNG MIT KUNSTSTOFFEN . 478 6.4.4 REGENERATIVE ENERGIEERZEUGUNG MIT KUNSTSTOFFEN . 483 6.5 FAZIT . 486 6.6 LITERATURVERZEICHNIS . 487 A ANHANG: EMPFEHLUNGEN ZUR ABFASSUNG EINER BACHELOR-/MASTERARBEIT AM IKT . 489 A.L UNTERSCHIEDLICHER ANSPRUCH AN EINE BACHELOR-, MASTER- UND DOKTORARBEIT . 489 A.2 WISSENSCHAFTLICHE METHODEN . 490 A.2.1 QUELLEN-UNTERSUCHENDE METHODEN . 490 A.2.2 THEORETISCHE METHODEN . 490 A.2.3 EMPIRISCHE METHODEN . 491 A.3 WISSENSCHAFTLICHE ARBEIT . 492 A.4 BACHELOR- ODER MASTERARBEIT . 493 A.4.1 ZUM TITEL DER ABSCHLUSSARBEIT . 493 A.4.2 ZUM INHALT DER ARBEIT . 493 A.4.2.1 ZUSAMMENFASSUNG . 494 A.4.2.2 EINLEITUNG . 494 A.4.2.3 HAUPTTEIL . 494 A.4.2.4 SCHLUSSBEMERKUNGEN . 496 A.4.2.5 ANHANG . 496 A.4.3 ZUM UMFANG DER ARBEIT . 496 A.4.4 ZUM SCHREIBSTIL DER ARBEIT . 496 INDEX . 499
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