- Lexikon
- Chemie Abitur
- 10 Anwendungen der Chemie
- 10.1 Werkstoffe
- 10.1.3 Verarbeitung von Kunststoffen
- Verfahren der Kunststoffverarbeitung
Verfahren der Kunststoffverarbeitung
Thermoplastische Kunststoffe, die meist als Pulver oder Granulat vorliegen, werden zur Verarbeitung über den Erweichungspunkt hinaus erwärmt und dann in Formen gegossen, in denen sie zu Festkörpern erstarren. Duroplaste müssen schon bei der Synthese in Form gebracht werden.
Um einen kontinuierlichen Nachschub an Plast sicherzustellen, wird ein Extruder eingesetzt, der im Prinzip wie ein Fleischwolf arbeitet. Eine sich drehende beheizte Schnecke schmilzt den Kunststoff auf, homogenisiert und verdichtet ihn. An der Spitze tritt er in ein angeschlossenes Werkzeug, in die Form aus, dessen Konstruktion typisch für das jeweilige Verfahren ist.
Das Werkstück behält durch sofortige Kühlung die gewünschte Form.
Extrudieren
Beim Extrudieren wird das geschmolzene Material durch Düsen gepresst. Mit ringförmigen Düsen entstehen Rohre bzw. Schläuche. Man kann auch direkt Fertigprodukte wie z. B. 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 Vakuum in die gewünschte Form bringt. Auf diese Weise sind Becher, Wannen oder gar Bootskörper herstellbar.
Erwärmt man z. B. einen Jogurtbecher auf seine Glasübergangs-temperatur (Temperatur, bei der der Thermoplast in den flexiblen Zustand übergeht), erinnert sich das Formteil an seine ursprüngliche Form und wird wieder zu einer flachen Platte.
Spritzgießen
Das Spritzgießen erlaubt die Herstellung auch komplizierter Formteile mit hoher Qualität. Die Maschine besteht aus einer Spritzeinheit (Extruder mit hin- und her beweglicher Schnecke), die die Polymerschmelze durch die Vorwärtsbewegung der Schnecke in das Werkzeug ausstößt, und einer Schließeinheit. Letztere öffnet und schließt das Werkzeug, in dessen Hohlraum das Polymermaterial eingespritzt wird. Während die Schnecke zurückfährt, öffnet sich das Werkzeug und das Formteil wird entnommen.
Zur Gewinnung von Formteilen, die mit Matten oder Vliesen verstärkt sind spritzt man den Plast in ein offenes Werkzeug, das sich dann schließt und so das Material unter hohem Druck (Pressen) in die gewünschte Form bringt.
Blasformen
Beim Blasformen wird zunächst ein Schlauchstück in ein Werkzeug extrudiert, in welches dann Druckluft eingeblasen wird. So können Hohlkörper wie Flaschen, Kanister etc. hergestellt werden. Mit Hilfe einer offenen ringförmigen Düse sind auch Folien machbar (Folienblasen). Dazu wird ein dünnwandiges Schlauchstück geformt, das dann mittels der durch das Werkzeug strömenden Druckluft aufgeblasen wird.
Kalandrieren
Das Kalandrieren (franz. calandre; Wäschemangel) dient ebenfalls zur Foliengewinnung. Hier schmilzt man die Kunststoffmasse im Spalt zwischen zwei sich gegeneinander drehenden erwärmten Walzen kontinuierlich auf. Weitere, nachgeschaltete Walzen sorgen für die zusätzliche Homogenisierung und steuern die Dicke des entstehenden endlosen breiten Folienbandes. Auf diese Weise werden vor allem Platten und Folien, aber auch Bodenbeläge und Kunstleder gefertigt.
Schäumen
Schaumstoffe gewinnt man entweder durch Aufschäumen der weichen plastifizierten Kunststoffmasse mittels eines Treibgases oder direkt, wenn während der Polymerisation Nebenreaktionen ablaufen, bei denen gasförmige Produkte entstehen. Letzteres findet man insbesondere bei den Polyurethanschäumen.
Kleben
Beim Schweißen, z. B. von PE- oder PVC- Folien, erwärmt man die zu verbindenden Kunststoffe entweder mit einem Heißluftstrahl oder elektrisch. Die sich berührenden Kunststoffflächen werden dabei flüssig und fließen ineinander.
Will man jedoch Flächen verkleben, benötigt man spezielle Kleber. Das sind in der Regel hochviskose Substanzen, die meist erst durch Wärmeeinwirkung in höhermolekulare Produkte übergehen und dann fest werden. Man unterscheidet Haftkleber und Festkleber.
Haftkleber erzielen ihre Wirkung durch hohe Adhäsionskräfte (Haftung durch zwischenmolekulare Wechselwirkungen an der Grenzfläche) und geringe Kohäsionskräfte (innerer Zusammenhalt der Klebstoffmoleküle).
So entstehen weiche und bewegliche Verklebungen.
Festkleber eignen sich eher für starre und feste Verklebungen, da sie neben starken Adhäsionskräften auch starke Kohäsionskräfte aufweisen.
Verarbeitung duroplastischer Kunststoffe
Da Duroplaste nicht wärmeformbar sind, müssen sie bereits bei der Synthese in die gewünschte Form gebracht werden. Dazu bringt man unvernetzte, meist pulverförmig vorliegende Vorprodukte direkt in eine Form. Je nach Bedarf können noch Zusatz- oder Farbstoffe zugesetzt werden. Dort werden sie unter Wärme- oder Katalysatoreinfluss zum duroplastischen Endprodukt ausgehärtet. Auf diese Weise können auch metallische Werkstoffe oder Fasern mit den Duroplasten verbunden werden. So sind glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) in vielfältiger Form für den Kraftfahrzeug, Flugzeug oder Schiffsbau leicht produzierbar.
Pressen
Zur Herstellung von Formgegenständen aus Duroplasten, werden mitunter auch Pressen verwendet. Hier wird das Pulver in der Presse gesintert und härtet dabei gleichzeitig aus.
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