Einführung in die Kunststofftechnik

• Entformungsschrägen (Anzug) in allen Richtungen, mindestens 0,5°
• zusätzlich für strukturierte Oberflächen 1,5° pro 0,02 mm Rauhtiefe
• Hinterschneidungen vermeiden, da sonst die Werkzeuge komplexer und damit teurer werden
• möglichkeit der Zwangsentformung! Grenzwerte für zulässige Dehnung beachten

Entwicklung von Spritzgießprodukten mit geringsten Herstellkoste durch minimierung von Wanddicke, Zykluszeit und Werkstoffeinsatz unter der Berücksichtigung der Wechselwirkung von Bauteilgestalt, Werkstoff und Fertigung!

1. Gestaltoptimierung mit FEM
2. Simulation der Herstellung (Machbarkeits-FEM)
3. Übernahme der Fertigungs- und Betriebseinflüsse in die Stoffgesetze
4. Prognose des Betriebsverhaltens (Lebensdauer-FEM)

1. Alphatische Kohlenwasserstoffe niedrige Olefine
2. Polymersynthese
3. Kunststoff-Neuware
4. Kunststoff-Anwendung
5. Kunststoff-Abfall
6. Pyrolyse, Hydrierung, selektive Crackung
7. Alphatische Kohlenwasserstoffe niedrige Olefine

Recycling: Rückführung von Produktions- und Konsumabfällen (auch: Abwärme) in den Wirtschaftskreislauf

1. Vermeiden
2. Vermindern
3. Verwerten
4. Verbrennen
5. Deponieren

Abfälle aus der Herstellung

• Verschnitt oder nicht qualitätsgerechte Erzeugnisse
• Sauber, sortenrein, an wenigen Standorten konzentriert

Abfälle aus der Verarbeitung

• Verschnitt oder nicht qualitätsgerechte Erzeugnisse
• Sauber, sortenrein, an mehreren Standorten

Abfälle aus dem Konsum oder nach der Nutzung

• nicht sauber, vermischt, an vielen Standorten

Sortenreine Kunststoffe

• Physikalische und chemische Alterung -> Veränderung von Molmasse, Verzweigungsgrad, Farbe, Kristallinität
• Undefinierter Gehalt an Stabilisatoren -> Veränderung durch Verbrauch, Zersetzung, Vermischung

• Verträglichkeit der Kunststoffsorten

Während der Verarbeitung:

• thermischer Abbau
• mechanischer Abbau
• oxidativer Abbau
• hydrolytischer Abbau
• chemischer Abbau

Nach der Verarbeitung:

• oxidativer Abbau
• hydrolytischer Abbau
• chemischer Abbau
• radiochemischer Abbau
• Photoabbau
• Bioabbau

• Gute Werkstoffeigenschaften (Substituition von Neuware)
• Hoher Rezyklatanteil (ideal: 100 %)
• Wirtschaftlich
• Positive Ökobilanz

• Werkstoffliches Recycling: ca 40%
• Umschmelzen von Thermoplasten in neues Kunststoffprodukt (meist Downcycling, zB. Plastikpalletten)

• Rohstoffliches Recycling: ca 1%
• Pyrolyse und Hydrolyse von Kunststoffen mit anschließender Polymerisation -> neue Rohstoffe

• Energetisch: ca 55%
• verbrennen von Kunststoffabfällen zur Energiegewinngung

Sortenrein

• Hydrolyse: Spaltung durch Druck, Temperatur (300 °C), Wasserdamp
• -> Monomere

• Hydrierung: Spaltung der Kunststoffe bei hoher Temperatur (400-500°C) und hohem Druck (100-200 bar) in Anwesenheit von Wasserstoff H 2 
• -> erdölähnliches Ölgemisch
• Pyrolyse: Thermische Spaltung (400-800°C) unter Sauerstoffabschluss
• -> Gase, Öle und ein fester Reststoff

Nachteil: teuer und aufwändig

Thermoplaste  

• Extrusion 
• Spritzgießen

Duroplaste

• Partikelrecycling

Elastomere

• Einsatz als Füllstoff in Neuware
• Ausformung nach Zerkleinerung
• Regenerierverfahren (keine praktische Bedeutung)

Elastischer Bereich: Valenzwinkelstreckung und Abstandsveränderung. Spontane Dehnung der Bindungswinkel und Abstände. Energieelastischer Prozess, da die innere Energie verändert wird.

Visko-elastischer Bereich:

Feder: Auf die Segmente der Molekülkette wirkende Rückstellkraft um Kettenorientierungen in Richtung maximaler Entropie zurückzustellen.

Dämpfer: Widerstand der Molekülketten gegen Entschlaufen bereits existierender Verschlaufungen und molekularer Reibung während des Vorgangs. Ver- und Entschlaufungsvorgänge bedürfen einer gemeinsamen Bewegung von vielen Molekülabschnitten zur gleichen Zeit, daher ist nur eine zeitlich verzögerte Reaktion möglich.

Viskoser Bereich: Verschiebung mit Schwerpunktsverlagerung. Einzelne Makromoleküle gleiten aufeinander ab. Der Reibungsfluss der Moleküle bestimmt den Gleichgewichtsfluss η.

siehe bild

Das Boltzmannsche Superpositionsgesetz besagt:

Die Art des Kunststoffes entscheidet darüber, ob er oberhalb oder unterhalb der Glasübergangstemperatur verwendet werden kann.

• Amorphe Thermoplaste: Einsatz nur unterhalb der Glasübergangstemperatur sinnvoll.
• Teilkristalline Thermoplaste: Der Einsatz über die Glasübergangstemperatur hinaus ist bei reduzierten Ansprüchen an die Festigkeit möglich. Die Schmelztemperatur bildet meistens die obere Einsatzgrenze.
• Elastomere: Einsatz grundsätzlich oberhalb der Glasübergangstemperatur. Die obere Temperaturgrenze dieser Materialien ist ihre jeweilige Zersetzungstemperatur.
• Duroplaste: Einsatz bis unterhalb der Zersetzungstemperatur möglich, aber verschlechterung der Eigenschaften bei überschreiten der Glasübergangstemperatur

1. Einzugszone
2. Kompressionszone
3. Ausstoßzone

• L/D für Spritzguss 20-23
• L/D für Extrusion 20-30

Das Pucksche Knie ist der Knick (Abfall des E-Modul) im Spannungs-Dehnungs-Diagramm eines Faserverbundlaminats (zB. 0°+90°). Es kommt dadurch zustande, dass die Faser-Matrix Haftung der Laminatschicht senkrecht zur Belastungsrichtung als erstes Versagt und somit keine Last mehr aufnehmen kann. Der Komplette Verbund versagt allerdings erst wenn die parallele Laminatschicht versagt.