Kunststoff Glossar

Hier werden wichtige Begriffe und Verfahren aus dem Bereich Kunststoff, Kunststofftechnik und Kunststoff-Engineering erläutert.

Kunststofftechnik

Die wissenschaftliche Erprobung und Untersuchung der Eigenschaften von Kunststoffen ist das Arbeitsgebiet der Kunststofftechnik. Chemische, biologische oder physikalische Aspekte der verschiedenen Klassen von Kunststoffen werden evaluiert, um Neuentwicklungen oder Verbesserungen gewünschter Materialeigenschaften  voranzubringen. Dies umfasst auch die Optimierung von Verfahrensprozessen, die Anwendungen oder Einbringung neuer Verbindungsklassen (biogene Kunststoffe).

Kunststoff Engineering

Formenbau
Für die Herstellung von Gussteilen, Spritzgiessteilen oder Druckgießen werden Formen benötigt. Dies sind in der Serienproduktion Dauerformen, die meist aus Metall bestehen. Ein metallisches Formteil besteht in der einfachsten Variante aus Matrize (Negativ der Außenform) und Kern ( Innenform). Der dadurch gebildete Hohlraum wird als Kavität bezeichnet.


Spritzgießwerkzeuge-Aufbau

Die meisten Werkzeuge werden in Auswerferseite und Düsenseite unterteilt. Beide Hälfen zusammengeführt ergeben einen Hohlraum für den sogenannten Spritzling. Während der Produktion werden die beiden Hälfen zusammengeführt und dann das Material eingespritzt. Nach dem Abkühlprozess, dem Aushärten des Teiles und unter Druck und Hitze fahren die Hälfen auseinander und das Produkt wird mittels einer sog. Auswerfervorrichtung ausgeworfen. Je nach Aufbau wird dann eine sofortige Weiterverarbeitung in Kombination mit Robotern (z.B. Druckmaschine) vorgenommen.


Kunststoffgranulat

Der klassische Rohstoff für thermoplastische Kunststoffe ist das Kunststoffgranulat. Die Lieferung erfolgt meist als Schüttgutt und es ist in dieser Form durch seine Rieselfähigkeit optimal zu verarbeiten.


Mehrkomponenten-Spritzguss

Art des Spritzgießens, bei dem zwei oder mehr Spritzeinheiten in einer Spritzgießmaschine zusammenarbeiten, um ein Werkteil zu erzeugen. Verschiedene Techniken erlauben Produkte mit exakt abgegrenzten Komponenten. (Hart / Weich, verschiedene Farben, unterschiedliche Kunststoffe etc.)

 

Technische Kunststoffteile
Finden insbesondere in der Medizintechnik, in der Automobilindustrie und in der Elektrotechnik Anwendung.


Modelle
Modellerstellung; Bei der Neuherstellung von Formen, die in Gießereien/ Spritzguss verwendet werden, spricht man ebenfalls von "Modell". Sie dienen als Vorlage und Anschauungsobjekt für die spätere Gußform bzw. Spritzgießwerkzeug. Beispiele für derartige Modelle sind:

Urmodelle

Gießereimodelle

Funktionsmodelle

Designmodelle

Rapid Prototyping

Prototypen

3D-Druck

 


2-K-Teile,  3-K-Teile, 2-K-Spritzguss
zwei oder verschiedene Kunststofftypen oder Kunststoffmodifikationen werden zu einem Teil zusammengefügt.

 

Kunststoffe (Polymere)

Kunststoffe sind hochmolekulare Werkstoffe (Polymere), die heute fast ausschließlich synthetisch hergestellt werden.
Kunststoffe ist ein Überbegriff für

Ausgangsstoffe sind außer dem Erdöl noch Erdgas und Kohle als Träger von Kohlenstoff C.
Neuerdings kommen auch schon teilweise Pyrolyseöle aus Recyclinganlagen zur Anwendung.
Vielfältige Variationsmöglichkeiten bei der Herstellung von Kunststoffen ergeben große Verschiedenartigkeiten
der entstehenden Kunststoffe als:

Die Eigenschaften der Kunststoffe ergeben sich aus dem chemischen Aufbau (Bausteine) und der physikalischen Struktur, zum Beispiel lineare
oder verzweigte Kettenmoleküle, weit oder engmaschig vernetzte Raummoleküle.
Kunststoffe bringen gegenüber anderen Werkstoffgruppen zum Teil völlig neue Eigenschaften mit, die eine Verwirklichung bestimmter technischer
Probleme erst ermöglichen.
Denken wir dabei an solche wie:

 

Polymerisation

Die Vereinigung mehrerer oder vieler Moleküle zu einem größeren Molekül unter Aufspaltung mindestens einer Doppelbindung des Einzelmoleküls
Gruppen bezeichnet man als Polymerisation. Dabei entstehen keine Nebenprodukte. Werden gleiche Grundmoleküle zusammengefügt, so entstehen Homopolymerisate, bei zwei oder verschiedenen Grundmolekühlen spricht man
von Co- oder Terpolymeren. Polyethylen ist der in verschiedensten Modifikaten am häufigsten eingesetzte Kunststoff (ca. 82%)
Man unterscheidet nach der Herstellungstechnologie verschiedene Polymerisationsverfahren:

 

Suspensionspolymerisation

Auch noch Perlpolymerisation genannt, wird das Monomere in einem Dispergierungsmittel, in dem es nicht löslich ist, durch kräftiges Rühren
verteilt. Meistens nimmt man Wasser als Dispergierungsmittel.
Das Monomere, das im Wasser in Form einer Emulsion vorliegt, geht bei der Polymerisation in eine Suspension des Polymers über.
Die perlenförmigen Teilchen des Polymerisats haben einen Durchmesser von 0,1 mm. Die Wärme kann während der Polymerisation gut abgeführt werden.

 

Blockpolymerisation

Dabei wird das Monomer ohne Lösungs- oder Dispergierungsmittel polymerisiert. Die im Verlauf der Polymerisation entstehende Wärme kann nicht gleichmäßig abgeführt werden, da ein Rühren in dem immer zäher werdenden Polymerisat nicht möglich ist. Vorteilhaft ist aber die Abwesenheit von Fremdstoffen, die die Eigenschaften des Polymerisats,zum Beispiel Durchsichtigkeit, geringe Wasseraufnahme oder gutes Isoliervermögen negativ beeinflussen können.

 

Emulsionspolymerisation

Bei der Emulsionspolymerisation wird das Monomere in einem Dispergierungsmittel, in dem es löslich ist, unter Zuhilfenahme eines Emulgators (zum Beispiel Seife) durch Rühren verteilt.
Die Seife umhüllt die Tröpfchen des Monomeren. Aus den Tröpfchen austretende Moleküle des Monomeren werden von weiteren Seifenmolekülen in bestimmter Weise umgeben. In dieser Anordnung, Mizelle genannt, beginnt die Polymerisation. Eindiffundierende Moleküle des Monomeren, die aus den Tröpfchen nachgeliefert werden, vergrößern die Mizelle, die schließlich gesprengt wird. Das Endprodukt ist eine milchige Flüssigkeit, Latex genannt, aus der das Polymerisat ausgefällt werden kann. Die Teilchen haben eine geringere Größe (0.002 - - - - 0,01 mm). Ihnen haften noch Emulgatorreste an. Diese Reste bedingen, im Gegensatz zur Block- oder Suspensionspolymerisation, hygroskopische Eigenschaften und Trübungen.

 

Polykondensation

Ein weiteres Verfahren zur Kunststoffherstellung ist die Polykondensation.
Eine Kondensation im chemischen Sinn ist der Zusammentritt von zwei Molekülen zu einem neuen Molekül unter Austritt eines kleinen Moleküls. Verläuft die Kondensation über viele Moleküle hinweg, die sich zu einem Makromolekül vereinigen, dann spricht man von einer Polykondensation. Als kleine Moleküle treten zum Beispiel Wasser, Alkohole, Halogenkohlenwasserstoffe, Schwefelwasserstoffe, Ammoniak oder Wasserstoff aus. Ein Beispiel für eine derartige Reaktion ist die Bildung von Phenoplaste aus Phenol und Methanal (Formaldehyd).

 

Polyaddition

Ein weiteres Verfahren der Makromolekülherstellung, oft als unechte Polymerisation oder kondensierende Polymerisation bezeichnet, ist die Polyaddition. Auch hier erfolgt eine Vereinigung von Molekülen einfacher organischer Verbindungen zu einem Makromolekül, ohne das ein Nebenprodukt entsteht. Der Unterschied zur Polymerisation besteht darin, dass durch Wanderung von Wasserstoffatomen im Molekül, neue Bindungen entstehen.

 

Elastomere

Sie bestehen meist aus weitmaschig vernetzten Kettenmolekülen. Die Anzahl der Verknüpfungspunkte ist abhängig von der Anzahl an mehrfunktionellen
Gruppen in den Ausgangsmonomeren und beeinflusst die Elastizität. Die weitmaschige Vernetzung erfolgt bei der Formgebung und wird beim Gummi als Vulkanisation bezeichnet. Thermoplastische Elastomere TPE sind physikalisch vernetzt und können deshalb wie Thermoplaste verarbeitet werden.

 

Duroplaste

Duroplaste bestehen aus engmaschig, räumlich vernetzten Molekülstrukturen. Die Vernetzung erfolgt bei der Formgebung. Diese Werkstoffe sind dann nach der Formgebung nicht mehr schmelzbar und daher nicht schweißbar und nur noch spannend bearbeitbar.

 

Füllstoffe und Verstärkungsstoffe

Füllstoffe sind kleine Partikel in unterschiedlichen Dimensionen wie Fasern und Kugel aus organischen und anorganischen Stoffen.
Sie dienen als Streckmittel (Extender), als Fließverbesserer, zur Erhöhung der Steifigkeit, zur Schwindungsreduktion, zur Verbesserung des
Gleitverhaltens usw.

 

Strukturen und Zustandsbereiche der Makromoleküle

Je nach Art der Makromolekülverknüpfung unterscheidet man:

Amorphe Thermoplaste
Sie bestehen aus langen Kettenmolekülen, die sich bei ihrer Bildung ineinander verschlingen und verfilzen. Wegen ihres unsymmetrischen Aufbaus bzw. großen Seitengruppen kristallisieren sie nicht.
Sind dadurch meist glasklar und haben gute optische Eigenschaften

Teilkristalline Thermoplaste
Sie haben teilweise besonders geordnete Molekülbereiche, die als kristalline Bereiche bezeichnet werden. Solche Ordnungszustände sind bei symmetrischem und weitgehend linearem Molekülaufbau möglich, wie zum Beispiel beim Polyethylen. Durch die Kristallisation sind teilkristalline Thermoplaste im allgemeinen opak.

 

 

 

 

 

Kunststoffverarbeitung

Folgende Techniken und Methoden werden häufig in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt:

 

Anspritzpunkt
Als Anspritzpunkt bezeichnet man den am Bauteil entstehenden Punkt, an dem der Kunststoff in das Werkzeug bzw. die Formnester gepresst wurde. Je nach Art der Kunststoffverarbeitung muss der Anguss dann noch manuell vom Bauteil getrennt werden. Über sog. Heißkanalsysteme kann ein Anguss eingespart werden. Sinnvoll vor allem bei hohen Stückzahlen und bestimmten Werkstoffen.


Heißkanalsystem
Eine spezielle Art des Anguss-Systems wird beim maschinellen Spritzgießen als Heißkanal bzw. -System bezeichnet. Hier wird im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren das Anguss-System höher bzw. anders temperiert bzw. thermisch isoliert als das restliche Spritzgieß-Werkzeug. Gegenüber einem Kaltkanal verbleibt beim Heißkanal die Temperatur in der Schmelze bis zum Einspritzen, was das Verhältnis Wandstärke zu Fließweg besser werden lässt. Ein Heißkanal-Nadelverschluss-System sorgt für eine automatische Abtrennung des Angusses vom Bauteil.


Kunststoff-Extrusion

Bei dem Extrusion genannten Vorgang werden Kunststoffe durch eine Düse gepresst. Der Pressvorgang erfolgt kontinuierlich (Strang). Dazu wird der Kunststoff zunächst durch einen Extruder, dies können Ein- (bei Polyolefinen wie Polyethylen, Polypropylen) oder Zweischnecken-Extruder (wandgleitende Substanzen, z.B. PVC) sein, mittels Heizung und innerer Reibung aufgeschmolzen und homogenisiert. Hier wird auch der benötigte Druck für das Durchfließen der Düse erzeugt. Nach Austritt aus dem Profilwerkzeug, dem Formgebungsteil, tritt das Profil in den ersten Kühlabschnitt, der so genannten Kalibrierung. Das Kalibriersystem, meist eine Vakuumkalibrierung, kühlt das Profil ab. Das Anlegen von Vakuum ermöglicht eine Nachformwirkung. Meist folgen noch eine oder mehrere Kühlstrecken, oft Wasserbäder oder Sprühkanäle, bei Eigenspannungen werden auch Luftkanäle zur Kühlung verwendet. Die zur Herstellung der Profilwerkzeuge notwendigen Daten sind schwer zu berechnen, hier fließen empirische Werte mit ein.


Spritzgiessen

Beim Spritzgießen werden Formteile in großen Stückzahlen hergestellt. Es wird meist in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt, teilweise jedoch auch mit Holz- bzw. dessen Ersatzstoffe. Die Spritzgießwerkzeuge ermöglichen die Herstellung aufwendig geformter Teile in unterschiedlichsten Grössen. Der Kavität genannte Hohlraum des Werkzeuges bestimmt Form und Oberflächenbeschaffenheit des fertigen Spritzgussteils. Aufgrund der hohen Kosten des Werkzeugs lohnt sich der Einsatz i.d.R. erst bei grösseren Stückzahlen. Flexible Spritzpartner bieten bei entsprechender Bezahlung auch Kleinserien ab z.B. 5 St. an. Beim Vorgang selbst wird der Kunststoff aufgeschmolzen (plastifiziert) und unter hohem Druck in das Werkzeug eingespritzt. Vorstellbar ist dies vergleichbar einem "Fleischwolf", bei dem der viskosere, aufgewärmte Kunststoff mittels einer sog. Schnecke durch das Aggregat unterschiedliche Temperaturzonen durchwandert. Danach wird die Masse über die sog. Düse ins Werkzeug eingespritzt. Dieses besteht aus einem beweglichen (sog. Ausfwerferseite) und einem unbeweglichen Teil (sog. Düsenseite). Nach Abkühlen des Kunststoffes durch das Temperiersystem und Trennung der beiden Werkzeugteile wird das entstandene Spritzgussteil durch Vorrichtungen in der beweglichen Hälfte (z.B mit einer Stiftmimik oder auch durch eine Hydraulik) ausgeworfen. Danach wird das Werkzeug wieder geschlossen und der Zyklus beginnt von vorne. Damit ist ein sog. Schuss vollzogen. Je nach Auslegung des Werkzeugs kommt dabei dann das x-fache an Gutstück aus der Form. Die Lebenszeitgarantien für Werkzeuge sind sehr unterschiedlich. Sehr gute Partner bieten 500.000 Schuss oder mind. 5 Jahre Lebenszeit, je nachdem, was zuerst erreicht ist, Sollte hiernach Verschleiss auftreten, kann dieser i.d.R. mittels Reparatur ausgeglichen werden. Auch hiernach sollte, beiderseits hilfreich, eine konkrete Schusszahl bis zu erneuten fallweisen Einigungen festgelegt werden.  


Farbgranulat/ Masterbatch

Um das Kunststoffgranulat und somit das fertige Teil ggf. noch einzufärben verwendet man in der Regel ein Farbgranulat (auch Masterbatch genannt), welches dem Rohmaterial in den meisten Fällen mit ca. 1 – 3% Dosierung zugemischt wird. Bei speziellen Anwendungen bzw. Materialien können auch flüssige Farbmittel zum Einsatz kommen.

 

Kunststoff Veredelung

Techniken und Methoden der Kunststoff-Veredelung:
 
Siebdruck
Der Siebdruck ist ein Druckverfahren, bei dem die Druckfarbe mittels eines Gummirakel durch ein feinmaschiges Gewebe hindurch auf das zu bedruckende Material gedruckt wird. An den Stellen des Gewebes, wo dem Druckbild entsprechend keine Farbe gedruckt werden soll, werden die Maschenöffnungen des Gewebes durch eine Schablone farbundurchlässig gemacht.
 
 
Tampondruck
Der Tampondruck ist ein indirektes Tiefdruckverfahren, bei dem die Druckfarbe durch einen elastischen Tampon aus Silikonkautschuk von der Druckform auf den zu bedruckenden Artikel übertragen wird.
Es ist eines der wichtigsten Verfahren zum Bedrucken von Kunststoffkörpern und damit unter anderem in der Werbemittelbranche von großer Bedeutung.
 
 
Trockenoffsetdruck
Der sogenannte „Trockenoffsetdruck“ ist ein indirektes Druckverfahren, das nur vom Namen her mit dem meist bekannten „Offsetdruck“ verwandt und eher mit dem klassischen Buchdruck/Hochdruck vergleichbar ist. Grundlage ist immer eine Druckplatte, auf der die zu druckenden Elemente erhaben und die nichtdruckenden Elemente vertieft sind. Beim Auftragen der Farbe auf die Druckplatte werden dann nur die erhaben Stellen eingefärbt. Die Farbe wird anschließend von der Druckplatte auf ein Gummituch gepresst und von dort auf den zu bedruckenden Artikel übertragen.
 

Klischee
Hier werden Kunststoff- oder Metallplatten mit einer lichtempfindlichen Schicht versehen. Mittels eines Negativfilms wird das zu druckende Motiv dann auf die Platten aufbelichtet. Die unbelichteten Schichtpartien bleiben wasserlöslich, die belichteten Partien härten dabei dann aus. Bei Metallklischees wird beim anschließenden Ätzvorgang der nicht zu druckende Bereich durch Materialabtrag vertieft, während der belichtete und zu druckende Teil erhöht bleibt.

  
Fotodruck
Der Fotodruck (Digitaldruck) bezeichnet ein Druckverfahren, bei dem das Druckbild vom Computer direkt an die Druckmaschine gesendet wird, ohne dass Siebe oder Klischees in der Vorstufe benötigt werden. Bei diesem Druckverfahren können fotorealistische Drucke auf Becher, Sportflaschen oder andere Artikel umgesetzt werden.

 
Ultraschallschweißen
Thermoplastische Kunststoffe und Metalle werden mit diesem Verfahren zusammengefügt, verbunden. Die mechanischen Schwingungen, die durch den Ultraschall eines Hochfrequenzgenerators erzeugt werden, generieren die benötigte Wärme.


Heizelementschweißen
Mehrstufenverfahren, bei dem die Teile erwärmt und dann gefügt werden. Die benötigte Wärme wird durch ein Heizelement erzeugt.
 
 
Lasergravur
Bei bestimmten Werkstoffen kann durch Zugabe von Additiven in gewissem Umfang auch unterschiedliche Farben erzielt werden.
  
 
Inmould oder inmold
Spritzgießverfahren, bei dem beliebige Substrate oder Folien hinterspritzt werden.
( Textilhinterspritzen, Folienhinterspritzen )
 
  
IML
In Mould Labeling, im Bereich Verpackung verwendeter Begriff für Inmould Spritzgiessverfahren. 
 
  
IMD
In Mould Dekoration, hier wird eine Folie  kontinuierlich und automatisiert zu - und abgeführt.
( Folienband ). Es weißt eine besonders gute Qualität der Erzeugnisse auf.
( Etikettenhinterspritzen, Blasformetikettieren )
 
 
 
 
 
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