Manchmal stellt sich die Frage: Was ist eigentlich der Unterschied zwischen dem Begriff Polymer und dem Begriff Kunststoff? Das Wort „Polymer“ kommt aus dem Griechischen – „Poly“ bedeutet viele, und „Meros“ bedeutet Teil. Der Begriff Polymer benennt also die Gruppe aller Stoffe, die aus vielen sich wiederholenden Grundbausteinen (Monomere) bestehen, Polymere sind organische Makromoleküle. Die Reaktion die ein Polymer bildet wird Polymerisation genannt.
Polyethylen ist ein teilkristalliner Kunststoff und wird häufig mit seiner Abkürzung PE bezeichnet. Es ist der am häufigsten genutzte Kunststoff – mehr als 60 Millionen Tonnen werden jährlich weltweit produziert. Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE) wurde im Jahr 1939 vom britischen Chemiekonzern ICI auf dem Markt eingeführt.
Polyamid ist ein teilkristalliner technischer Kunststoff, die Kurzbezeichnung lautet PA. Es gibt verschiedene Arten von Polyamid, von denen PA6 und PA66 am häufigsten vorkommen. Polyamid war der erste technische Kunststoff, der auf den Markt gebracht wurde. Er ist auch mengenmäßig der wichtigste technische Kunststoff, da PA in der Automobilindustrie häufig eingesetzt wird.
Thermoplastische Elastomere (TPE) sind weiche Thermoplaste mit einem niedrigen E-Modul und hoher Zähigkeit. Sie werden auch als thermoplastische Kautschuke bezeichnet. Die Zähigkeit wird manchmal – wie bei Kautschuk – mit Shore A oder Shore D angegeben. Ihre chemische Struktur besteht aus thermoplastischen Hartsegmenten und elastischen Weichsegmenten. Der entscheidende Unterschied zu herkömmlichem Kautschuk ist, dass die Molekülketten nicht oder nur gering vernetzt sind. Die meisten TPEs sind in zahlreichen Anwendungen eine kostengünstige Alternative zu Kautschuk, da sie für Verfahren wie Spritzgießen, Extrusion oder Blasformen geeignet sind. Kautschuk bietet jedoch Vorteile wie eine höhere Elastizität und geringere Stauchung unter konstanter Last. Thermoplastische Elastomere eignen sich sehr gut für das Materialrecycling, auch die Verbrennung zur Energiegewinnung ist eine weitere Möglichkeit.
In der Alltagssprache nennen wir diese Materialien „Hochleistungspolymere“, also Kunststoffe mit herausragenden Eigenschaften. Welche Qualitäten sind erforderlich, wenn man Materialien, die zu dieser Kategorie gehören, entwickelt?
Auf den ersten Blick scheint der Titel dieses Kapitels mehrdeutig. Ist damit gemeint, wie Kunststoff sich auf unsere Umwelt auswirkt? Oder wie verschiedene Umweltfaktoren Kunststoffe beeinflussen? Wir werden beide Aspekte berücksichtigen.
Dieses Kapitel beschreibt die Polymerisation von Thermoplasten und wie sich ihre Eigenschaften durch die Verwendung verschiedener Additive steuern lassen.
In diesem Kapitel werden die Eigenschaften von Thermoplasten behandelt, die von Konstrukteuren und Produktentwicklern oft verlangt werden, wenn sie nach einem Material für ein neues Produkt suchen oder wenn sie Anforderungen der Industrie oder gesetzliche Vorgaben, beispielsweise im Bereich elektrische Eigenschaften oder Brandverhalten, erfüllen müssen.
Um Informationen über die verschiedenen Kunststoffmaterialien zu erhalten, ist es empfehlenswert, die Websites der Rohstoffhersteller oder unabhängige Materialdatenbanken im Internet zu besuchen. In diesem Kapitel finden Sie drei der weltweit führenden Datenbanken: CAMPUS und Material Data Center des europäischen Unternehmens M-Base sowie Prospector Materials Database der USamerikanischen Firma UL IDES. Der große Vorteil der Datenbanken ist, dass man die Materialdaten unabhängig vom Hersteller vergleichen kann, da alle Materialien in den Datenbanken genau in der gleichen Weise geprüft werden.
Dieses Kapitel behandelt die Qualitätsangaben der Kunststoff-Rohstoffproduzenten, die verschiedenen Materialfehler, die ein Verarbeiter vorfinden kann, sowie die Testverfahren, die verwendet werden können, um diese Fehler zu analysieren.
Spritzgießen ist die vorherrschende Methode für die Kunststoffverarbeitung und eignet sich zur Herstellung sowohl von thermoplastischen als auch duroplastischen Teilen. Dieses Kapitel behandelt jedoch nur das Spritzgießen von Thermoplasten.
Im Allgemeinen führt das Spritzgießen zu komplett fertigen Teilen. Korrekt eingefärbte Teile können sofort verwendet oder mit anderen Komponenten montiert werden. Es gibt jedoch auch Möglichkeiten, das Spritzgussteil durch Oberflächenbehandlung weiter zu veredeln. Normalerweise werden Oberflächenbehandlungen eingesetzt, um den ästhetischen Wert zu verbessern, aber manchmal werden sie auch benötigt, um Funktionsanforderungen zu erfüllen.
In diesem Kapitel werden verschiedene Arten von Werkzeugen vorgestellt und im nächsten Kapitel werden sie detailliert beschrieben. Wenn Sie einen Einrichter aus der Spritzgießbranche fragen, welche Werkzeugarten häufig verwendet werden, wird die Antwort wahrscheinlich lauten: „Normale Werkzeuge und Heißkanalwerkzeuge“. Heißkanalwerkzeuge werden im nächsten Kapitel besprochen.
In Kapitel 11 wurden Probleme beschrieben, die in Spritzgussteilen aufgrund von Mängeln des Kunststoffmaterials auftreten können. In diesem Kapitel werden Probleme behandelt, die entweder durch fehlerhafte Werkzeuggestaltung oder unsachgemäße Bauteilauslegung entstehen. In Kapitel 29 werden prozessbezogene Probleme beschrieben.
Im vorigen Kapitel wurden verschiedene Prototypen-Werkzeuge beschrieben. In diesem Kapitel werden Methoden vorgestellt, mit denen Prototypen oder Kleinserien ohne Werkzeuge aus Metall erzeugt werden können.
Die meisten Spritzgießbetriebe verwenden Computer-basierte Software, um die Kosten von Spritzgussteilen zu berechnen. Leider haben die Einrichter der Spritzgießmaschinen sehr selten Einblick in die Software oder die Möglichkeit, eine solche zu verwenden, obwohl sie ein großes Potenzial haben, die Kosten zu beeinflussen, indem sie die Spritzgieß-Parameter einstellen.
Dieses Kapitel wurde in Zusammenarbeit mit Talent Plastics AB entwickelt. Die kompetenten Mitarbeiter in Göteborg und Alstermo in Schweden haben Informationen und Bilder zur Verfügung gestellt, die bei der Erstellung des Kapitels von entscheidender Bedeutung waren.
Blasformen ist ein vollständig automatisierter Prozess, mit dem thermoplastische Hohlkörper produziert werden können. Es gibt zwei Hauptvarianten. Die erste ist die Extrusion eines Schlauchs, der als „Vorformling“ bezeichnet wird, in eine Kavität zwischen zwei Werkzeughälften (siehe Bild 21.1 (1)). In der zweiten Abbildung wird, ein spritzgegossener „Vorformling“ erwärmt und in der Kavität aufgeblasen. Die meisten PET-Getränkeflaschen werden auf diese Weise hergestellt.
Eine wichtige Aufgabe von Konstrukteuren und Projektingenieuren ist die Auswahl des richtigen Materials für ihre Anwendungen. Wenn Kunststoffe als Material in Frage kommen, ist diese Aufgabe besonders schwierig, denn es gibt hunderte von verschiedenen Polymeren und Tausende von verschiedenen Kunststoffqualitäten zur Auswahl. Das richtige Material zu finden, erfordert Wissen, Erfahrung (eigene oder den Zugriff auf die Erfahrung anderer) und manchmal ein bisschen Glück.
Das Pflichtenheft unterscheidet sich von Produkt zu Produkt, je nachdem, wofür es verwendet wird. Für einen Pfannenwender sind Hitzebeständigkeit und Lebensmittelzulassung Schlüsselanforderungen. Für die Keule eines Hallenhockeyschlägers sind Zähigkeit und die Fähigkeit, die Keule nachträglich umzuformen, die wichtigsten Eigenschaften. In diesem Abschnitt werden die meisten Eigenschaften behandelt, die im Pflichtenheft von thermoplastischen Produkten enthalten sein sollten. Dabei sollte beachtet werden: je strenger die Anforderungen an ein Produkt sind, desto teurer ist die Herstellung.
Die Bauteilgestaltung mit Kunststoff ist eine Wissenschaft für sich und über dieses Thema wurde schon viel geschrieben. In diesem Kapitel sollen einige der wichtigsten Regeln vorgestellt werden, die ein Konstrukteur im Auge behalten sollte, wenn er ein neues Produkt aus Kunststoff entwickelt.
Die meisten Konstrukteure versuchen, ihre Kunststoff-Produkte so einfach wie möglich zu gestalten und gleichzeitig alle notwendigen Funktionen zu integrieren. Das Produkt sollte vorzugsweise komplett und fertig aus dem Werkzeug kommen. Manchmal kann es aber – aus Funktionalität- oder Kostengründen – notwendig sein, das Produkt aus zwei oder mehreren Teilen herzustellen, die zu einem späteren Zeitpunkt zusammengebaut werden.
In diesem Kapitel werden die wichtigsten Spritzgießparameter behandelt, welche die Qualität der Formteile beeinflussen. Dabei ist es sehr wichtig, systematisch vorzugehen und eine gute Dokumentation zu pflegen.
Die Entwicklungen sowohl in der Verfahrenstechnik als auch bei den Thermoplasten haben zu neuen Anwendungen wie Metallersatz, Elektronik und Medizintechnik geführt. Gleichzeitig haben sich die Anforderungen an die Kunststoffkomponenten hinsichtlich des Werkstoffverhaltens, des Aussehens und anderer Eigenschaften erhöht. Geringste Abweichungen von den Anforderungen und Spezifikationen müssen unverzüglich thematisiert werden. Für viele Verarbeiter ist eine fehlerfreie Produkte (Null-Toleranz) das Ziel, während der Ausschuss bei hoher Maschinenauslastung weniger als 0,5% betragen soll.
In den vorangegangenen Kapiteln haben wir uns mit Fehlern beschäftigt, die durch schlechtes Material verursacht werden. In diesem Kapitel werden wir prozessbedingte Fehler diskutieren.
Die Statistische Prozesskontrolle ist eine Methode, die seit langem in der Fertigungsindustrie verwendet wird, um die Qualität der hergestellten Produkte zu verbessern. Bei der Produktion von Kunststoffprodukten wird sie noch nicht in großem Maßstab (Stand 2014) eingesetzt. SPC kommt in Spritzgießbetrieben jedoch zunehmend zum Einsatz. Dieses Kapitel bietet eine Orientierung zu den Prinzipien und unterschiedlich verwendeten Konzepten. Zu diesem Kapitel hat Nielsen Consulting (www.nielsenconsulting.se), ein schwedisches Beratungsunternehmen, das auf SPC-Ausbildung spezialisiert ist, mit Text und Bildern beigetragen.
Die folgenden Unternehmen haben mit Informationen und/oder Bildern zu diesem Buch beigetragen und sind sehr zu empfehlen, falls Sie weitere Informationen benötigen:
