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Kunststoff - das Material
Die ersten halbsynthetischen Kunststoffe
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Die ersten halbsynthetischen Kunststoffe, deren Suche und Entdeckung
Jens Mielke, Julia Hartl
Was ist Kunststoff?
Unter Kunststoff werden Materialien aus großmolekularen Verbindungen verstanden. Anders als der Name vermuten lässt, haben alle Kunststoffe einen natürlichen Ursprung. Da Naturprodukte einer inkonstanten Qualität unterliegen, ging man mit der Zeit dazu über die natürlichen Grundstoffe durch synthetische zu ersetzen. Dementsprechend gibt es die Unterscheidung in halbsynthetische Kunststoffe, deren Grundbestandteile natürlichen Ursprungs sind, also aus Zellulose, Stärke oder Eiweiß, und den synthetischen Kunststoffen, deren Grundstoffe aus Erdöl, Kohle oder Erdgas gewonnen werden. Mit unterschiedlichen Verfahren werden aus den einzelnen Molekülen der Grundstoffe lange, stabile Ketten, so genannte Makromoleküle, gewonnen, die je nach Struktur und Zusatzstoffen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Dieses Prinzip hat Hermann Staudinger (1881-1965) 1922 in einem Aufsatz unter dem Begriff Polymerisation aufgeklärt. Lange hielt man die Ausführungen für falsch, erst 1953 wurden Staudingers Verdienste in der Erforschung des Wesens der Kunststoffe anhand des Kautschuk und des Styrol mit dem Nobelpreis geehrt, nachdem mit Röntgenbildern die Theorie der Makromoleküle bestätigt wurde.
Der Begriff "Kunststoff" wird seit 1911 mit dem Erscheinen der gleichnamigen Zeitschrift in Deutschland eingeführt. Er leitete sich daraus ab, "eine rechte Kunst war, meist noch ein Abenteuer, im ungebrochenen Fortschrittsglauben des frühen 20. Jahrhunderts die neuen künstlichen Stoffe zu erfinden". Aus diesen Versuchen entstanden die ersten künstlichen Produkte, wie zum Beispiel das Linoleum oder auch das Kunstleder. Auch kam die Suche nach Materialien, die solche aus der Natur in Schönheit übertrafen, aus der Kunst, in der man mit dem Stucco Lustro zum Beispiel versuchte die Schönheit des Marmors zu ersetzen. Umgangssprachlich wird interessanter weise in den alten Bundesländer von "Plastik" gesprochen, wenn es sich um Kunststoffe handelt, das sicher auch in Anlehnung an die Kunst entstandene Wort, bezieht sich aber vor allem darauf, dass das Material unter bestimmten Bedingungen plastisch verformbar ist. In den neuen Bundesländern spricht man von Plaste (Kunststoff) und Elaste (Gummi).
Die Suche und Entdeckung
Styrol - Entgegen der weit verbreiteten Meinung, dass Kunststoffe eine Erfindung der Neuzeit seien, wurden die Bestandteile der ersten halbsynthetischen Kunststoffe bereits bei den Pharaonen zur Einbalsamierung verwendet. Die Ägypter gewannen aus dem wohlriechenden Harz des Styraxbaumes ein Extrakt, das sie zur Präparation der Mumien verwendeten. Erst 1835 entdeckte man dieses Harz wieder, als der Berliner Apotheker Edward Simon auf eine Reise durch den Vorderorient diese Substanz erwarb, die dort als Heilmittel und zur Beimengung zu Parfüms verwendet wurde. Bei der Destillation erhielt Simon ein ätherisches Öl, das er Styrol nannte. Nach der Erwärmung der Flüssigkeit erwartete er, dass sie verdampfte, doch er stellte eine stoffliche Veränderung fest. Die Flüssigkeit wurde erst gallertartig und nach wenigen Tagen wurde sie hart. Davon ausgehend, dass das Öl mit der Luft reagiert hatte, nannte er die Substanz Styroloxid, allerdings stellten später John Blyth und August Wilhelm von Hofmann fest, dass sich die Reaktion auch im Vakuum vollzog und erkannten, dass es sich um eine Veränderung in den Molekülen handeln musste. Vollständig aufgeklärt hat das allerdings erst Hermann Staudinger. Mit der Entdeckung des "Styroloxid" legte Simon den Grundstock für die Entwicklung des Polystyrol, das heute zu den wichtigsten, vollsynthetischen Kunststoffen zählt. Es dient zur Verpackung von Lebensmitteln, für Gehäuse von elektrischen Geräten und in der Baubranche vor allem zur Wärmedämmung.
Gummi - Bei den Indianern des Amazonas-Gebietes fanden die Einwanderer aus Europa hüpfende Bälle, grob geformte Schläuche und Gefäße, die aus dem Harz des "tränenden Holzes", caa = Holz, o-chu = Träne, gefertigt waren. Zwar staunten die Spanier und sonstigen Europäer nicht schlecht, über dieses zunächst als Ausscheidung eines Tieres angesehene schwarze, dehnbare Zeug, das als Kuriosum im 16. Jahrhundert über den Atlantik kam, aber es verkam zunächst in Alchemistenküchen. Erst Ende des 18. Jhd entdeckte man den Baum und sein Harz als Rohstofflieferanten, aus dem man Kautschuk-Latex, ein Ausgangsprodukt des Naturkautschuks, gewinnen konnte. Ein französischer Forscher hatte Proben aus dem Amazonas mitgebracht und fand heraus, dass es an der Luft härter wurde. Alle Versuche das Harz in Terpentinöl und Äther zu lösen brachten bis 1770 nur den Radiergummi hervor, den der englische Pfarrer und Universalgelehrte Joseph Priestley (1730- 1804) entdeckte, als er zufällig mit einem Kautschukstück über eine Bleistiftskizze wischte. Den in Terpentin gelösten Kautschuk nutzte man um Mäntel und Schuhe wasserdicht zu machen, allerdings klebten die Sachen im Sommer und waren hart und brüchig im Winter, zudem verströmten sie einen unangenehmen Geruch, trotzdem lag bereits 1830 der Weltkautschukverbrauch bei 150 Tonnen. 1838 beobachtete der Vorarbeiter einer Kautschukfabrik Nathaniel Hayward zufällig, wie das Einwirken von Sonnenlicht auf eine Kautschuk-Schwefel-Mischung die Härtung der Oberfläche zur Folge hatte. Charles Goodyear (1800 -1860) tat sich mit dem Analphabeten Hayward zusammen und ließ das Patent auf seinen Namen ausstellen. 1841 entwickelte er die Heißvulkanisation. Indem er Kautschuk, Schwefel und Bleiweiß gleichzeitig erhitzte, erhielt er den ersten technisch brauchbaren halbsynthetischen Kunststoff. Je nach Schwefelanteil entsteht Weich- oder Hartgummi. Bei der Pariser Weltausstellung 1855 wurden von der Goodyear-Company Möbelstücke aus Hartgummi und natürlich auch Produkte aus elastischem Gummi präsentiert. Er setzte damit den Ausgangspunkt für die Gummiindustrie. Schlagartig wurde Kautschuk im großen Maßstab verwendet. Viele Jahre konnte sich Hartgummi (auch Ebonit oder Gutta Percha genannt) gegenüber den konkurrierenden Kunststoffen Zelluloid und Phenoplast erfolgreich behaupten. 1856 lag der Weltkautschukverbrauch bei 7000 Tonnen. Zunächst wurde Wildkautschuk verwendet, später ersetzte diesen der Plantagenkautschuk, dessen Preis den von Silber bald überstieg, bis 1910 der synthetische Kautschuk entwickelt wurde und den Naturkautschuk verdrängte. Durch die jahrelangen Versuche mit Bleioxid starb Goodyear bereits mit 60 Jahren an einer Bleivergiftung. Wegen vieler Schulden und Patentstreitigkeiten war er bis zu seinem Tod mittellos geblieben. Ein Zeitgenosse soll gesagt haben: "Hast du einen Mann vor dir, in Gummistiefeln und Regenmantel, aber ohne einen Cent in der Tasche, dann ist es Charles Goodyear." Zwei deutsche Einwanderer gründeten 1889 die Firma Goodyear Tire im Andenken an ihn. Großes Anwendungsgebiet bot sich in der Automobilindustrie, aber auch in der Zahntechnik, für Telefone und Zigarettenspitzen fand vor allem das Hartgummi Ebonit Anwendung, das noch heute z.B. für Mundstücke von Instrumenten und als Trägermaterial für Schleifmittel verwendet wird.
Zelluloid - Als die ältesten Kunststoffe im engeren Sinne sind alle Umwandlungsprodukte der Zellulose zu nennen. Da Zellulose der in der Natur am häufigsten auftretende Stoff ist, war er auch im täglichen Leben weit verbreitet. Häufigste Variante war die Baumwolle der Textilindustrie. Der Basler Chemieprofessor Christian Schönbein (1799-1868) entdeckte 1846 durch Zufall eine weitere Verwendung für die Baumwolle, als ihm eine Schwefel-Salpetersäure-Mischung zu Boden fällt und er das ausgewaschene Baumwolltuch, das er zum Aufwischen genommen hatte, zum Trocknen an den Ofen hängt. Denn bereits kurze Zeit später ging das Tuch in Flammen auf und verbrannte völlig rauchfrei. Damit begann die Geschichte des am längsten genutzten Umwandlungsprodukts der Zellulose. Die "Schießbaumwolle" genannte hochnitrierte Zellulose fand vor allem in Torpedoköpfen und Seeminen ihren Einsatz, da sie auch ohne Luftsauerstoff augenblicklich verbrennt und vor allem, im Gegensatz zum Schießpulver, nicht rußt oder raucht. Schönbein verkaufte die Lizenz an die österreichische Regierung. Es entstand ein Rüstungswettlauf mit den europäischen Mächten, die bald alle fähig waren Nitrozellulose herzustellen. Erst nach verheerenden Explosionen in den produzierenden Fabriken fand dieses Wettrüsten und damit auch die Verwendung der Schießbaumwolle ein Ende. Diese wird aber heute teilweise immer noch z.B. in der innenräumlichen Pyrotechnik verwendet.
An anderer Stelle wurde die Nitrozellulose aber weiterverwendet, denn der Brite Alexander Parkes (1813 - 1890) löste sie 1853 in Alkohol und knetete Kampfer dazu, unter Druck entstand nun eine press- und gießfähige, glasklare Masse. Das entstandene Collodium nannte er Parkesin, es konnte eingefärbt werden und war thermischformbar und kann somit als das erste Thermoplast bezeichnet werden. Auf der Weltausstellung 1862 erregte das Parkesin großes Aufsehen, denn nun war zum ersten Mal möglich, Imitate von Elfenbein, Ebenholz und Perlmutt in Massenanfertigung herzustellen. Vor allem für Messergriffe, Kugelschreiber und Kinderspielzeug genutzt hatte es den Nachteil, dass es leicht brennbar war und leicht verwitterte. Zudem hatte Parkes noch nicht die richtigen Lösungsmittel gefunden, und die "immitiereten" Schmuckstücke verloren schnell die Form. 1868 machte er daher Pleite.
Die Firma Phelan und Collender hatte im Frühjahr 1860 einen Wettbewerb über $10.000 ausgelobt für denjenigen, dem es gelang einen geeigneten Ersatz für die aus Elfenbein bestehenden Billardkugeln zu finden. Seit den 1850ern war Billard zum neuen Volkssport geworden, und die Nachfrage nach Elfenbein war gigantisch. Die Brüder Jean Wesley (1837-1920) und Isaiah Hyatt übernahmen, angestachelt durch den Wettbewerb, die Weiterentwicklung des Collodium zum Zelluloid. 1868 erhielten sie dafür mehrere Patente. Auch wenn es ihnen gelang, Holzkugeln mit Collodium zu ummanteln, die dann Elfenbein-Billard Kugeln ersetzten, wurde der Preis vermutlich nie verliehen. Die Prototypen der neuen Kugeln funkten noch beim Aneinanderstoßen. Der Besitzer eines Saloons aus Colorado schreibt an Hyatt: "Mir macht es nichts aus, aber jedes Mal, wenn die Kugeln zusammenstoßen, ziehen alle Männer im Raum den Revolver." Erst ein neuer Kampfer-Anteil behob das Problem, viele Elefantenleben dankten es ihnen. Den Namen bekam es durch die Zelluloid Manufacturing Company , die die Hyatts im 1872 gründeten Zelluloid ersetzte nicht nur das Elfenbein, sondern fand vielfältigen Einsatz in allen Bereichen, beispielsweise in Manschetten und Krägen als Ersatz für Papier. Über Puppen zu Gebissen und Dekorationsartikel, wurde Zelluloid bald als Trägerschicht für Filmmaterial entdeckt. Da es allerdings immer noch sehr leicht entflammbar war, entstanden viele schwere Brände und Unfälle. Heute hat das Zelluloid an Bedeutung verloren, es wird zum Beispiel noch für Tischtennisbälle und Zahnbürsten verwendet, obwohl die brillanten Farbeffekte des Celluloids bis heute als unnachahmlich gelten.
1890 meldete der Amerikaner George Eastman (1854-1932) ein Patent für einen transparenten lichtempfindlichen Zelluloid-Film an. Entwickelt wurde der Film von Eastmans Mitarbeiter Henry Reichenbach. Doch Eastman und Reichenbach waren nicht die einzigen mit dieser Idee: Über 15 Jahre gab es rechtliche Streitigkeiten mit Hannibal Goodwin (1822-1900) und dem Erfinder und Unternehmer Thomas Alva Edison (1847-1931), die schon 2 Jahre vorher ein ähnliches Patent angemeldet hatten. 1898 wurde das Patent dann endgültig den Herren Goodwin und Edison zugesprochen, und die Eastman-Company musste Anfang des 20. Jahrhunderts eine hohe Geldstrafe bezahlen. Nach anderen Quellen verklagte erste später die Firma Ansco die Eastman-Company, der das betreffende Patent endgültig 1914 zugesprochen wurde. Der Film auf Zelluloid-Basis löste den Film auf Papierbasis ab, welcher ebenfalls von George Eastman patentiert wurde.
Vulkanfiber - Thomas Taylor erhielt 1859 das Patent für einen Werkstoff aus Abfällen der Baumwollspinnereien. Zellulosefasern, die er in einer Zinkchloridlösung quellen ließ, wurden unter Druck zu lederartigen, zähen Platten verschweißt. Aus diesem Werkstoff entwickelte Warren de la Rue 1861 ein "vegetabilisches Pergament", aus dem dann 1878 die Vulkanfiber entwickelt wurde. Dabei können mehrere Lagen Papiers zu einer harten, absolut zähen und gegen Öl, Alkohol und Benzin beständigen Masse verschweißt werden. Vulkanfiber ist im Grunde ein technischer Werkstoff und wurde für elektrotechnische Artikel und wegen seiner Härte selbst für Zahnräder gebraucht. Schon bald wurden seines geringen Gewichtes wegen auch Leichtkoffer und Reiseutensilien daraus angeboten. Bis heute kennen wir es so und auch in Form von Folien, Platten und Schaumstoffen, die als Isoliermaterial und Dämmung eingesetzt werden, da sie ein schlechter Leiter von Strom und Wärme sind.
Galalith – Kunsthorn - Der Legende nach soll eine im Labor des bayrischen Chemikers Adolf Spitteler lebende Katze eine Flasche Formaldehyd umgeworfen haben, deren Inhalt sich in eine gefüllte Milchschale ergoss. Die Milch gerann daraufhin zu einer hornartigen Verbindung, die nach Zelluloid roch. Zeitgleich war der Forscher Ernst Krische von der Schulbehörde beauftragt worden, weisse abwaschbare Schreibtafeln zu entwickeln. Die beiden Männer taten sich 1897 zusammen und ein neuer Kunststoff entstand, der erfolgreich unter dem Namen Galalith – Kunsthorn – vermarktet wurde. Hauptanwendungsgebiet dieses Kunststoffes wurde vor allem die Herstellung der berühmten Kunsthornknöpfe, später wurde es dann vermehrt zur Isolierung elektrischer Anlagen, insbesondere in Waffensystemen verwendet. Bis Mitte der 1930er Jahre wurde es in großen Mengen in Deutschland hergestellt, nach dem Krieg verlor Galalith durch die Entwicklung neuer, vollsynthetischer Kunststoffe allerdings an Bedeutung, welche billiger in ihren Grundstoffen und vor allem weniger brüchig waren als Galalith.
Zellglas – Cellophan - Der Schweizer Jacques Edwin Brandenberger (1872-1954) brachte 1908 Zellglas unter dem Markennamen Cellophan auf den Markt, eine dünne, farblose und transparente Folie aus Viskose. Bis in die 1950er Jahre war Cellophan praktisch die einzige Verpackungsfolie. Heutzutage wird für das Verpacken bestimmter Güter, z.B. Tabakwaren, Nahrungsmittel, Medikamente und Bekleidung, das teure Cellophan aufgrund seiner besonderen mikroklimatischen Eigenschaften den billigeren Plastikfolien vorgezogen. Zellglas ist gasundurchlässig, lässt jedoch Wasserdampf passieren und verhindert somit das Bilden von Kondenswasser. Um die Wasserdampfdurchlässigkeit von Zellglas weiter zu senken, wird es nicht selten mit anderen Kunststoffen beschichtet. Zwar gewinnt die Folie dadurch an günstigen Eigenschaften, verliert aber deutlich an Umweltverträglichkeit. Reines Zellglas kann man kompostieren, dem Altpapier beigeben oder es einfach verbrennen.
Ausblick
Da der Rohstoff Öl immer teuer wird und zudem nicht nachwächst, gehen die ökologischen Bemühungen zurück zum Ursprung. Dabei ist das Augenmerk auf Holz gefallen.
Seit einiger Zeit gibt es Forschungsanstrengungen, Lignin zur Kunststoffherstellung zu verwenden. Lignin ist eine Gerüstsubstanz, die neben der Zellulose und weiteren Bestandteilen im Holz enthalten ist. Sie bewirkt dort die zusätzliche Versteifung der Fasern. Im Papier ist Lignin unerwünscht, weil es dafür sorgt, dass das Papier schnell vergilbt. Bei der Zellstoffgewinnung wird es daher chemisch weitgehend von der Zellulose getrennt, und es fallen als Abfallprodukt weltweit bis zu 50 Millionen Tonnen davon jährlich an. Es ist nach der Zellulose das auf der Welt am zweithäufigsten vorkommende natürliche Polymer.
Das Lignin wird mit anderen Naturfasern, zum Beispiel Hanf oder Flachs, vermischt und zu einem Granulat verarbeitet. Wird dieses Granulat erhitzt, entsteht ein thermoplastischer Faserverbundwerkstoff, der die Eigenschaften von Holz und Kunststoff miteinander vereinigt.
In der Spritzguss-Maschine bei einer Temperatur zwischen 140° C und 170° C und einem Druck von 1 000 Bar verflüssigt sich dieses Granulat und wird in die jeweilige Hohlform gespritzt. Seit 1996 waren Helmut Nägele, Chemieingenieur, und Jürgen Pfitzer, technischer Betriebswirt, mit der Suche nach einem thermo- und duroplastischen Material auf Basis nachwachsender Rohstoffe am Fraunhofer Institut beschäftigt. 1998 erhielt das Institut das Patent für das "flüssige Holz", im gleichen Jahr gründen die 2 Forscher die Firma Tecnaro. Mit dem Produkt Arboform fertigen sie die ersten technischen Formteile aus dem Kunststoff, der ähnlich mechanische und thermische Eigenschaften aufweist wie natürlich gewachsenes Holz. So lässt er sich wie Holz nachbearbeiten und fließt nur unter hohem Druck und Temperatur. Derzeit kann es allerdings ausschließlich spritzgegossen werden, Probleme stellen da noch die Feuchtigkeit und die Granulat-Zusammensetzung dar. Forschungen, um auch die Extrusion von Arboform zu ermöglichen, werden weiterhin am Fraunhofer Institut durchgeführt.
Beitrag von Jens Mielke und Julia Hartel zu dem Seminar "Kunststoff in der Architektur 1" am Fachgebiet Entwerfen und Baugestaltung der TU Darmstadt, Prof. Johann Eisele. Das Seminar wurde von Dipl.-Ing. Stephan Nicolay veranstaltet. Seminarband März 2009, Darmstadt
Literaturliste
Bauen mit Kunststoffen - IBK: Jahrbuch 2002, Ernst & Sohn, Berlin 2001
Geschichte der Baustoffe, J. Stark; B. Wichl Hochschule Weimar, 1995
Kunststoffkunde, Schwarz; Ebeking, Vogel Fachbuch, 2005
http://www.vs-c.de/beispiele/Chemie
Vernetztes Studium Chemie, Prof. Dr. Nuyken, Oskar
http://www.sandretto.it/museo
Sandretto Museum in Turin, R. Marchelli
http://www.fbv.fh-frankfurt.de/mhwww/KAT/indexkat.htm
Prof. Dr. Häberlein, Vorlesungsskript Kautschuktechnologie, FH Frankfurt 2003
www.kern-gmbh.de
http://www.deutsches-kunststoff-museum.de/
Kunststoff-Museums-Verein (KMV) e.V.: Die Kunststoffmacher, 2003
http://www.fraunhofer.de
Fraunhofer-Gesellschaft: Fraunhofer-Magazin 2.2000
Synthetische Kunststoffe und ihre Programmierbarkeit
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Synthetische Kunststoffe und ihre Programmierbarkeit
Marcella Lantelme, Inka Reckhaus
Definition
Kennzeichnend für synthetische Kunststoffe ist, dass sie ausschließlich aus künstlichen Ausgangsstoffen hergestellt werden. Diese kohlenstoffhaltigen Stoffe werden überwiegend aus Erdöl, Erdgas und Kohle gewonnen.
Die technische Definition für (synthetische) Kunststoffe lautet: "Plaste, Polymerwerkstoffe, englisch plastics, Werkstoffe, deren Hauptbestandteile synthetisch oder durch Umwandlung von Naturstoffen hergestellte, meist organische Polymere sind. Synthetische Polymere lassen sich durch Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition aus einfachen Molekülen (Monomeren) aufbauen. Die molaren Massen liegen im Allgemeinen zwischen 10.000 und 1 Mio. g/mol. Je nachdem, ob die entstehenden Makromoleküle aus gleichartigen oder unterschiedlichen Struktureinheiten aufgebaut sind, spricht man von Homo- oder Copolymeren." (Brockhaus Lexikon, 2002).
Umgangssprachlich und abwertend wird Kunststoff oft als "Plastik" bezeichnet. In der Wissenschaft wird der Begriff Kunststoff bevorzugt.
Historischer Kontext
Im Jahre 1928 veröffentlichte Hermann Staudinger (1881-1965) seine Theorie der makromolekularen Chemie. Sie besagt, dass Kunststoffe aus riesigen Molekülen bestehen, an die unterschiedliche Restgruppen gebunden sind, die wesentlich für die Materialeigenschaften des jeweiligen Kunststoffes ausschlaggebend sind. Diese Entdeckung war ausschlaggebend für die gezielte Forschung und Entwicklung neuer Kunststoffe, da in der Zeit vorher, Kunststoffe eher zufällig entstanden und die Herstellung von Produkten nach der "Try & Error-Methode" hergestellt wurden.
In der Zeittafel kann man ablesen, dass nach 1928 die Erforschung und die Herstellung immer neuer Kunststoffe rasant anstiegen. In kürzester Zeit kamen damals die Kunststoffe auf den Markt, die auch heute noch als Verpackungen von Gebrauchsprodukten (Computergehäuse, Cafemaschinen, usw.) den größten Anteil im täglichen Leben ausmachen. In einer Weiterführung bilden sie über Spezialkunststoffe die Grundlage auch für High-Tech-Materialien und deren Anwendungen.
Entwicklung der wichtigsten Kunststoffe
Der Bakelit, Ausgangsstoffe sind Kohle und Holz, wurde in Belgien entwickelt und das Patent 1907 erteilt. Es eignete sich als Hauptbestandteil zur Herstellung von Flugzeug-Propeller, Schmuck, Billardkugeln und Bremsbeläge. Da er sich durch seine geringe elektrische Leitfähigkeit auszeichnet, hatte der Bakelit seinen größten Erfolg als elektrischer Isolator.
Die Aminoplaste wurde in den USA und Deutschland 1923 entwickelt. Ihre Eigenschaften sind eine hohe Kratzfestigkeit, hohe Härte und Abriebfestigkeit. Aminoplaste sind chemikalienbeständig, lichtecht, hitzebeständig und nicht brennbar. Anwendung findet die Aminoplaste vor allem in den Schalter- und Steckerprogrammen der einzelnen Elektrohersteller.
Auch das Polyester (PEs) stammt aus den USA, es wurde als Ersatz für die aus Asien stammende Seide entwickelt. Bis zum Jahre 1930 war Japan der Hauptlieferant für die USA. Durch die damaligen Expansionsbemühungen Japans im asiatischen Raum war die Handelsbeziehung zu dieser Zeit gefährdet. Daher wandten sich die Forscher dem Problem zu, eine künstliche Faser herzustellen zu können, die der Seide ähnelte. Das Polyester ist scheuerfest und knitterfrei. Es kommt hauptsächlich im Bereich der Textilproduktion zum Einsatz.
Das Polystyrol (PS) wurde 1930 in Deutschland entwickelt. Es kennzeichnet sich durch eine hohe Transparenz und Oberflächenglanz aus. Bei Erwärmung schmilzt das Polysterol, es ist lösbar, spröde und schlagempfindlich. Verwendet wird es vor allem bei Kinderspielzeug.
Das Acrylglas oder Plexiglas® (PMMA-Polymethylmethacrylat) wird aus Erdöl und Erdgas gewonnen. Es wurde 1928 etwa gleichzeitig in Deutschland, Großbritannien und Spanien entwickelt und hat 1933 in Deutschland durch die Firma Röhm marktreife erhalten. Das Acrylglas ist hoch transparent, hart, glänzend, lichtecht und sehr stoßfest. Es ist beständig gegen Wasser, Laugen und verdünnte Säuren, Alkohol und Aceton lösen es an. Im Vergleich zu normalem Glas ist Acrylglas leichter, säg- und bohrbar und nicht so zerbrechlich aber zerkratzt leichter.
Das Polyamid (PA) entwickelt 1938 in Deutschland, für den Bereich der Textilindustrie weitaus reiss- und scheuerfester als Seide. Bekannt wurde es vor allem als Nylon oder Perlon (Polyamid 6). Weiterhin findet Polyamid Anwendung in Lacken und Klebstoffen.
Das Polyvinylchlorid (PVC), wurde 1938 entwickelt. Es ist steif, schwer entflammbar, beständig gegen Säuren, Laugen, Benzin und Alkohol, nicht beständig ist es gegen Hitze, Alterung und Witterung. Verwendet wird es als Fußbodenbelag, Vorhänge, Klebeband, Rohre, Kabel, Schläuche und Folien. Das PVC hat den großen Nachteil bei bestimmten Hautkontakt, das Erbgut zu schädigen und Krebs zu erregen, daher wurde die Herstellung von Kinderspielzeug mit PVC verboten (Die im PVC enthaltenen Weichmacher können über die Haut bzw. dem Speichel gelöst werden und in den Körper gelangen - "VC Krankheit").
Das Hochdruck-Polyethylen (HD-PE) wurde 1939 in England entwickelt. Es ist zäh, elastisch und beständig gegen Wasser, Säure, Lauge und Lösungsmittel. Das Hochdruck-Polyethylen wird vorwiegend zur Herstellung von Verpackungen, Tüten und Trinkwasserrohren verwendet, außerdem ist es als Quietscheentchen in jeder Kinderbadewanne vertreten.
Polyurethane (PUR) sind seit 1941 bekannt. Sie werden in der Regel aufgeschäumt und erfahren dabei eine ca. 25fache Volumenvergrößerung. Die Konsistenz der Schäume variiert zwischen hart, weich oder elastisch, je nach Reaktionsbedingungen des Polyurethans während des Aufschäumens. Im täglichen Gebrauch findet man Polyurethane in Matratzenkernen, Isomatten und als Verbundwerkstoff in Skiern u.ä.. Im Bausektor werden Polyurethan-Schäume vorwiegend für Dämmungen verwendet, da sie einen hohen Anteil an Luftporen besitzen und so hervorragende Wärmedämmeigenschaften besitzen.
Polytetrafluorethen (Teflon) 1945 entwickelter Kunststoff und durch extreme Temperaturbeständigkeit gekennzeichnet. Der Schmelzpunkt liegt bei 327°c, außerdem ist er sehr beständig gegen Chemikalien und Lösungsmittel. Allgemein ist Teflon als Anti-Haft-Beschichtung von Pfannen und Töpfen im Küchen-Haushalt bekannt. Problematisch ist bei dieser Verwendung sein geringes Adhäsionsvermögen, d.h. schlechte Haftungsmöglichkeit an anderen Materialien bei der Verarbeitung als Sandwich-Material. In Textilien wird Teflon zur Herstellung von Gore-Tex-Stoffen (Atmungsaktives Gewebe) verwendet, indem er in dünnen Schichten zwischen die Fasern gelegt wird und so wesentlich für die wasser- und windabweisenden Eigenschaften verantwortlich ist. Teflon wird auch für hochwiderstandsfähige Dichtungen sowohl im Bausektor als auch in der Feinmechanik und der Medizin verwendet.
Silikon wurde im Jahre 1940 in den USA entdeckt. Silikone zeichnen sich durch hohe Temperaturbeständigkeit und Elastizität aus, sowie durch hohe Beständigkeit gegen Chemikalien und Witterung. Diese Eigenschaften können im Bausektor vor allem für die Verwendung als Dichtungsmassen ausgenutzt werden, wobei bei diesen auch noch das wasserabweisende Verhalten von Silikonen zu gute kommt. Weiterführend wird Silikon auch in der Medizin verwendet.
Epoxidharze (EP-Harze) sind seit 1948 bekannt und werden vor allem wegen ihrer hohen Haftfestigkeit und der großen Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Lösungsmittel verwendet. Neben der Verarbeitung als Gießharz oder zur Herstellung von Platinen für Schalttafeln werden sie als Klebstoffe genutzt. Ein bekanntes Beispiel hierfür sind die Zwei-Komponenten-Kleber. Die eine Komponente ist das Epoxidharz, die andere ein Härtungsmittel. Werden beiden Komponenten zusammengeführt, so reagieren sie miteinander und erreichen eine extreme Haftfestigkeit, Härte und Dauerhaftigkeit. Epoxidharze sind außerdem häufiger Bestandteil von unterschiedlichsten Lacken.
Das Niederdruck-Polyethylen (ND-PE) entspricht in seinen Eigenschaften im Wesentlichen dem bereits früher entwickelten HD-Polyethylen. Der Unterschied der beiden Polyethylene liegt in den unterschiedlichen Druckverhältnissen während des Herstellungsprozesses. Die Verwendung des ND-Polyethylens ist dem HD-Polyethylen entsprechend, sein Schmelzpunkt liegt jedoch höher und es ist insgesamt belastbarer.
Polycarbonate (PC) sind Kunststoffe mit hoher mechanischer Festigkeit und guter Wärmebeständigkeit. Zudem besitzen sie eine besonders gute Lichtdurchlässigkeit. Heute werden sie vor allem für die Herstellung von CDs und DVDs genutzt (siehe Abb. 10). Wegen der Lichtdurchlässigkeit werden sie außerdem für Schutzhelme und für Sicherheitsverglasungen verarbeitet, wo sie die Eigenschaften von Glas heute in vielen Bereichen erreichen oder sogar übertreffen.
Polypropen (PP) ist einer der häufigsten Kunststoffe im häuslichen Gebrauch. Er ist hart, stoßfest und relativ wärmebeständig. Seine Verwendung findet er meist in stark beanspruchten Gefäßen, z.B. im Haushalt als lebensmittelechter Kunststoff für Messbecher, sowie auch häufig in Folien, Seilen und Rohrleitungen.
Polyoxymethylen oder Polyacetale (POM) wurden erst 1958 entdeckt und besitzen gr0ße Beständigkeit gegen Verschleiß und fast alle Lösungsmittel. Diese mechanischen Eigenschaften prädestinieren Polyacetale in der Mechanik von technischen Geräte, die vor allem in der Medizintechnik und der Feinmechanik Verwendung finden.
Herstellungsverfahren
Kunststoffe werden durch verschiedene Verfahren der Synthese hergestellt. Bei der Synthese werden die künstlich gewonnenen Ausgangsstoffe, so genannte Monomere, zu Makromolekülen verkettet. Hierbei gibt es drei Hauptverfahren, die Polymerisation, die Polyaddition und die Polykondensation. Die Polymerisation erzeugt aus Monomeren meist gleicher Art, durch einen Initiator, ein Polymer und Wärme. Bei der Polyaddition wird mit Hilfe eines Katalysators aus Monomeren ein Polymer gewonnen, auch hier entsteht bei der Reaktion Wärme. Die Polykondensation unterscheidet sich von der Polyaddition nur dadurch, dass zusätzlich zu dem Polymer und der Wärme noch ein Spaltprodukt, zum Beispiel Wasser, entsteht.
Unterscheidung von Kunststoffen nach ihrem Verhalten bei Wärme
Man kann Kunststoffe anhand unterschiedlicher Kriterien in Gruppen einteilen. Die häufigste Einordnung wird nach dem Verhalten der Kunststoffe bei Wärmeeinwirkung vorgenommen. Es leiten sich so drei Gruppen ab, die Thermoplaste, die Duroplaste und die Elastomere.
Thermoplaste sind Kunststoffe, die bei Raumtemperatur fest sind und sich bei Wärmeeinwirkung verformen (siehe Abb. 14). Nach der Abkühlung werden sie wieder fest. Es handelt sich dabei um einen reversiblen Vorgang, der also nicht mit einer chemischen Reaktion verbunden ist und somit beliebig oft in unterschiedliche Formen gegossen werden kann. Möglich wird dieses Verhalten durch fadenförmige Moleküle, die untereinander nicht fest verbunden sind. Sie können sich also frei anordnen und beim Schmelzen wieder trennen.
Duroplaste sind sehr hart und unschmelzbar. Sie müssen während dem Herstellungsprozess in die gewünschte Form gebracht werden, da sie anschließend nur noch mechanisch durch Schleifen o. ä. weiterbearbeitet werden können. Werden sie erhitzt findet zunächst keine Veränderung statt, ab höheren Temperaturen beginnen die zu verkohlen und sind dann nicht mehr brauchbar. Dieses Verhalten rührt von der engvernetzten Struktur der Makromoleküle her, die untereinander feste Verbindungen haben, die bei Temperatureinfluss zerstört werden und nicht wieder hergestellt werden können.
Elastomere sind bei Raumtemperatur elastische Kunststoffe. Auch sie sind wie die Duroplaste nicht schmelzbar. Ihre Struktur besteht aus einem weitmaschigen räumlichen Netz von Makromolekülen, die teilweise feste Verbindungen untereinander aufweisen.
Unterscheidung von Kunststoffen nach Eigenschaftsprofilen
Eine Zweite Möglichkeit der Einteilung von Kunststoffen bieten ihre verschiedenen Eigenschaftsprofile. Hierbei unterscheidet man in drei Gruppen, die Standardkunststoffe, die technischen Kunststoffe und die Hochleistungs- oder Spezialkunststoffe.
Auf die kleine Gruppe der Standardkunststoffe entfallen fast 80% der weltweiten Kunststoffproduktion, zu ihrer Gruppe gehören PP, PS, PE und PVC. Sie besitzen ein ausgewogenes und gleichzeitig vielfältiges Eigenschaftsbild, daher sind sie für viele Anwendungen geeignet. Sie werden unter Anderem verwendet für Waschmittelflaschen, Tragtaschen, Rohre, Teppichgarne, Wärmedämmplatten, Fensterrahmen und Vieles mehr.
Eine große Gruppe unterschiedlicher Kunststoffe und Kunststoff-Legierungen ist die der technischen Kunststoffe. Vor allem im Bezug auf ihre mechanische Festigkeit und ihrer Temperaturbeständigkeit, sind sie in ihren Eigenschaften den Standardkunststoffen meist überlegen. Auf sie entfällt jedoch nur etwa 20% der Weltkunststoffproduktion, zu ihrer Gruppe gehören zum Beispiel PA, PC, PMMA, PUR und PET. Aus ihnen werden Maschinenteile, Zahnräder, Schlafsackfüllungen, Kontaktlinsen, transparente Lärmschutzwände, Dichtungen, Laminatfußböden, Möbelplatten (Max-Platten) und Andere hergestellt.
Die dritte Gruppe der Hochleistungskunststoffe zeichnet sich dadurch aus, dass eine oder auch mehrere Eigenschaften besonders hervorstechen, zum Beispiel extreme Temperaturbeständigkeit, elektrische Leitfähigkeit oder besondere Chemikalienbeständigkeit, somit sind diese Kunststoffe sehr spezialisiert.
Programmierbarkeit
Die Eigenschaften der unterschiedlichen Kunststoffe werden wesentlich von denen an die Makromoleküle angelagerten Restgruppen beeinflusst.
Trotzdem können Eigenschaftsprofile durch unterschiedliche Maßnahmen modelliert und auf spezielle Anwendungen modifiziert werden. Solche Veränderungen des Materialverhaltens können durch Eingriffe auf die molekulare Struktur, durch Zufügen von Stoffen oder durch Kunststoffkombinationen herbeigeführt werden.
Bei Additiven handelt es sich um Zugabestoffe, die chemische Wirkstoffe enthalten, die jedoch nicht die chemische Struktur des Kunststoffes selbst verändern. Die wohl bekanntesten Additive sind Farbstoffe, die in allen Bereichen der Kunststoffverarbeitung eine wesentliche Rolle spielen. Weniger bekannte, aber teilweise ebenso häufig verwendete Additive sind Antistatika, Flammschutzmittel, Füllstoffe, Gleitmittel, Stabilisatoren und Weichmacher.
Der Begriff der Taktizität wird von dem griechischen Wort taxis, Anordnung hergeleitet. Die Taktizität macht eine Aussage über die Art und Weise, wie die Restgruppen an den Makromolekülen hängen. So bewirkt eine sehr regelmäßige Anordnung eine dichtere Lage der Makromoleküle nebeneinander, eine unregelmäßige Anordnung bewirkt genau das Gegenteil. Die Taktizität leistet so einen wesentlichen Beitrag zum Materialverhalten bezüglich der Härte, der Formbeständigkeit und der Wärmeleitfähigkeit.
Kristalle sind Stoffe, deren Moleküle in einer geordneten Struktur angeordnet sind, also eine genau festgelegtes räumliches "Muster" besitzen. Je kristalliner ein Kunststoff ist, desto härter, aber auch spröder, ist er. Die Kristallinität entsteht durch linienartige Anlagerungen der Makromoleküle aneinander, die nicht im gesamten Kunststoff vorhanden sind, sondern sich vielmehr in Regionen zusammenstellen, während andere Regionen ungeordnet, also nicht kristallin bleiben. Für die Werkstoffeigenschaften ist ein ausgewogenes Verhältnis zwischen solchen kristallinen und amorphen Regionen vorteilhaft.
Die Quervernetzung der Makromoleküle in den Kunststoffen ist ausschlaggebend für die Einteilung der Kunststoffe in Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere. Sie beschreibt die Art der Verbindungen, die zwischen den Makromolekülen bestehen. Die Eigenschaften der Kunststoffe können hier durch selbstvernetzende Kunststoffe oder durch Einsatz von Vernetzungsmitteln modelliert werden.
Kunststoffkombinationen erreichen eine Optimierung der Materialeigenschaften nicht durch Veränderung und Anpassung eines einzigen, sondern durch die sinnvolle Zusammenstellungen vieler unterschiedlicher Kunststoffe. Häufig werden diese Produkte schichtweise aufgebaut, indem im Kern ein Trägermaterial sitzt, das von unterschiedlichen Kunststoffen ummantelt wird. Jede Schicht erfüllt dann einzelne, spezifische Anforderungen an das Gesamtprodukt. Funktionen der Schichten kann man staffeln in feste Tragschichten, dämmende, stabilisierende, elastische, witterungsbeständige und viele andere.
Kunststoffe in der Industrie
Grundsätzlich bieten sich der Industrie fast unüberschaubare Möglichkeiten an Weiterentwicklungen der Kunststoffe, jedoch steht vor allem die Wirtschaftlichkeit dieser im Vordergrund der Forschung und Entwicklung. Einige Neuerungen auf dem Markt der Kunststoffe werden im Folgenden vorgestellt.
Bei der Neugestaltung historischer Geschäftsräume in Paris wurde für die Glastüren und –wände ein neues Verbund-Sicherheitsglas mit SentryGlas® Expressions Dekor-Zwischenlagen verwendet. Die klare Wiedergabe des historischen Motivs der Dekor-Zwischenlage konnte hier mit den neuesten Sicherheitsstandards kombiniert werden.
Mit dem neuen Produkt STYROSUN® ist ein wetterbeständiges Polystyrol auf den Markt gekommen. Diese hochschlagzähen, für den Außeneinsatz optimierten Werkstoffe, können ihre physikalischen Eigenschaften über längere Zeiträume beibehalten und haben hiermit einen Vorteil gegenüber anderen Wettbewerbsmaterialien.
Eine neue aus PUR Hartschaumstoffen bestehende Extremwärmedämmung, fällt im Querschnitt bei gleicher Leistung deutlich schlanker aus, als andere in der Praxis eingesetzte Produkte. Zusätzlich konnte der Hersteller (Fa. Bayer) hiermit ein Produkt entwickeln, welches bei extremen Temperaturen von plus 200 bis minus 200 Grad Celsius seine dämmenden Eigenschaften beibehält.
Ein neues schrumpfbares PE-Textil-Laminat hilft dabei, Neuwagen bei ihrem Transport besser zu schützen. Es handelt sich hierbei um einen Überzug aus einer Hitze- und UV-stabilisierten PE-Schrumpffolie, welche innerhalb weniger Minuten über das Auto gezogen und über Wärme zufuhr geschrumpft werden kann. Durch eine Art Reißverschluss an der Fahrertür ist das Einsteigen und Bewegen der Fahrzeuge im verpackten Zustand möglich.
Beitrag von Marcella Lantelme, Inka Reckhaus zu dem Seminar "Kunststoff in der Architektur 1" am Fachgebiet Entwerfen und Baugestaltung der TU Darmstadt, Prof. Johann Eisele. Das Seminar wurde von Dipl.-Ing. Stephan Nicolay veranstaltet. Seminarband März 2009, Darmstadt
Literaturliste
Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, CD, 2002
Saechtling, H.: Kunststoff-Taschenbuch, begründet von F. Pabst, überarbeitet von K. Oberbach u. a. Neuausgabe. München u. a. 1995
http://de.wikipedia.org/wiki/PVC
www.seilnacht.com - Digitale Folien zum Thema "Polymere und Kunststoffe", Thomas Seilnacht, Update 2005
www.deutsches-kunststoffmuseum.de - Onlinedatenbank de Deutschen Kunststoffmuseums, Düsseldorf
www.chemie.fu-berlin.de - Homepage des Fachbereichs Chemie der Fachhochschule Berlin
www.k-online.de - Aussteller-Datenbank der Kunststoffmesse K2004 Düsseldorf
archplus 172, Dezember 2004, (Hrsg.) Sabine Kraft, Nikolaus Kuhnert, Günther Uhlig, Arch+ Verlag GmbH, 2004
Kunststoffe und freie Formen - Ein Werkbuch, Hrsg. Roland Burgard, Springer Verlag, Wien New York, 2004
DETAIL Praxis Transluzente Materialien Glas Kunststoff Metall, Frank Kaltenbach, Institut für internationale Architektur-Dokumentation, 2004
Begriffserklärung
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Begriffserklärungen
Stephan Nicolay
Acrylglas - Polymethylmethacrylat PMMA, bekannter unter den Handelsnamen "Plexiglas" der Fa. Röhm oder auch als Acrylglas, ist ein synthetischer, glasähnlicher Kunststoff.
ABS - Abkürzung für Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat, eignet sich gut zum Beschichten mit Metallen und Polymeren. Dies macht es z.B. möglich, eine verchromte Oberfläche auf einem Kunststoffteil zu erhalten.
Additionspolymerisation - auch Polyaddition, ist die chemische Verknüpfung einfacherer chemischer Verbindungen (Monomere) durch Reaktion zwischen funktionalen Gruppen zu polymeren Molekülen (Makromolekülen). Im Gegensatz zur Polymerisation werden die Monomere nicht aufgrund der C=C-Doppelbindung, sondern unter Wanderung von Wasserstoff (H) verknüpft. Auch werden nicht wie bei der Polykondensation niedermolekulare Verbindungen (also Wasser oder kleine Moleküle) abgespalten, z.B. Polyaddukte (Polyurethane).
Additive - sind Zusatzstoffe, die bei Kunststoff-Produkten zugesetzt werden, um bestimmte Eigenschaften zu erreichen.
Aerogele - sind kolloidale Substanzen geringer Dichte und hoher Porosität . Sie bestehen nur zu ca. 1-15 % aus einem Feststoff, während der Rest ihres Volumens durch das sie umgebende Gas bzw. auch Vakuum ausgefüllt wird.
Aktivatoren - sind Zusatzstoffe, die bereits unter Verwendung einer geringen Menge eine chemische Reaktion auslösen und sich dabei selbst verändern können (Ggs.: Katalysatoren).
Algorithmus - Mathematik; Folge von exakten Arbeitsanweisungen zum Lösen einer Rechenaufgabe in endlich vielen, eindeutig festgelegten, auch wiederholbaren Schritten.
Aminoplaste - sind niedermolukare Kondensationsprodukte, die in der Anwendung zu duroplastischen Kunststoffen ausgehärtet werden.
analog - Informatik, Physik, Technik; stufenlos, kontinuierlich (Ggs.: digital); analoge Größen (Analoggrößen) sind im Gegensatz zu digitalen stetig veränderbar.
analog/digital - Informatik, Physik, Technik; grundsätzlich verschiedene Denk- oder Betrachtungsweisen. Analogen Abläufen liegen stetige Größen zugrunde, die keine sprunghaften Veränderungen erfahren. Digitale Abläufe beruhen hingegen auf diskreten (d.h. nicht stetig veränderliche Werte annehmenden), sich in wahrnehmbaren Einheiten verändernden Größen. Z.B.: Der Rechenschieber arbeitet analog, während die modernen Computer digitale Rechenanlagen sind, mit intern durch Binärzeichen verschlüsselten Daten und Programmen.
antiklastisch gekrümmt - gegensinnig gekrümmt (siehe auch synklastisch gekrümmt)
B-Spline - siehe auch Spline, Spline-Interpolation
B-Spline Flächen - über B-Spline beschriebene geometrische Flächen (siehe auch Spline, Spline-Interpolation)
Bakelit, Bakelite - ist der Markenname eines 1909 von dem belgischen Chemiker Leo Hendrik Baekeland erfundenen duroplastischen Kunststoffes.
Beschleuniger - auch Katalysatoren; in der Kunststoffchemie werden Katalysatoren zum Auslösen oder zur Beschleunigung der Polymerisation eingesetzt, ohne dass der Katalysator sich dabei verändert (Ggs.: Aktivatoren).
Bézierkurve - Mathematik; Kurve, die in einem einfachen Rechenverfahren beliebige Krümmungen darstellen kann. Bézier-Kurven werden in den meisten modernen Grafik- und Zeichenprogrammen benutzt (z.B. Corel Draw, auch CAD-Programme). Sie dienen dazu, die Konturen von Buchstaben zu beschreiben (Schriften).
Biegeformen - Umformprozess meist von Kunststoffplatten.
Blasfolien - sind Folien aus Kunststoff , welche mit Hilfe eines Blasfolienextruders gefertigt werden.
Blasfolienextrusion - Methode der Folienherstellung
Blasformen - Umformprozess meist von Kunststoffplatten
Blockpolymerisation - auch Massepolymerisation wird zum Herstellen von gegossenen Halbzeugen und Rohlingen aus Polyamid verwendet. Dabei werden durch Polymerisation von monomerem, also noch flüssigem Caprolactam oder Laurinlactam Stückgewichte von bis zu 2,0 t erreicht. Die nur für wenige Kunststoffe anwendbare Massepolymerisation gibt Gusspolyamid einen höheren Polymerisationsgrad und bessere mechanische Eigenschaften z.B. für Fertigteile.
CAD - Informatik; Abkürzung für: Computer Aided Design. Technisches Zeichnen und Konstruieren mit Hilfe darauf spezialisierter Computer-Programme (CAD-Programme für Konstruktion, Architektur usw.).
Cellophan - siehe Zellglas
CFK - Abkürzung für Carbonfaser-Kunststoff, mit Kohlenstofffasern verstärkter Kunststoff.
CGI - siehe Computer Generated Imagery
CNC - Informatik; Abkürzung für: computerized numerical control, computergestützte numerische Steuerung für Werkzeugmaschinen.
CNC-Fräse - Computergesteuerte Fräse mit einer Genauigkeit von 1 mm bis 1/1000 mm
Composite - ist ein Werkstoffverbund von einem duroplastischen Harz als Trägermaterial, verstärkt mit Glasfasern, Glasmatten oder anderen Verstärkungsstoffen.
Compound - bezeichnet man Werkstoffmischungen aus einem oder mehreren polymeren Kunststoffen mit Füllstoffen oder Zuschlagsstoffen. Oft werden Polymere mit Farben, Verarbeitungshilfen, Fasern und anderen Füllstoffen durch Extrudieren compoundiert.
Computer Generated Imagery - Informatik; CGI ist der englische Fachausdruck für mittels 3D-Computergrafik erzeugte Bilder meist im Bereich der Filmtechnik und Spezialeffekte.
Copolymere - auch Heteropolymere, sind Thermoplaste die sich aus unterschiedlichen Molekülen (Monomeren) zusammensetzen.
Crazing - siehe Weißbruch
Depolymerisation - ist der Abbau von Polymeren zu Monomeren oder zu Polymeren mit niedrigerer molekularer Masse.
Digital - Informatik, Physik, Technik; lateinisch, digitus >>Finger<<; stufenförmig, nur diskrete, das heißt nicht stetig veränderliche Werte annehmend, in diskrete Einzelschritte aufgelöst; Gegensatz: analog.
Durethan - ist ein Handelsname für die Werkstoffgruppe Polyamid. Meist zu Halbzeugen und Fertigteilen für Maschinenelemente verarbeitet.
Duromere - siehe; Duroplast.
Duroplast - oft auch als Duromere bezeichnet; Kunststoffe, die durch chemische Reaktion erstarren. Sie reagieren meist durch Polykondensation und vernetzen zu einem räumlich engmaschigen Gitter aus Makromolekülen, das dem Duroplast seine hohe mechanische Festigkeit verleiht. Diese können nach ihrer Aushärtung nicht mehr verformt werden.
Ebonit - ist aus Naturkautschuk und Schwefel gewonnener Hartgummi (siehe auch Kautschuk)
Elastomere - sind formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe.
elliptische Paraboloid - Mathematik; auch Rotations-Paraboloid, ist ein geometrisches Gebilde aus einer synklastisch gekrümmten Fläche.
EP - Abkürzung für: Epoxidharz
Epoxidharz - (EP) ist im ausgehärteten Zustand ein duroplastischer Kunststoff von guter Festigkeit und chemischer Beständigkeit.
EPS - Abkürzung für: expandierter Polystyrol Hartschaum
Extrapolation - Mathematik; siehe Interpolation
Extrudat - siehe Extrusion
Extruder - sind Schneckenpressen, die nach dem Funktionsprinzip eines Fleischwolfes feste bis dickflüssige Massen unter hohem Druck und hoher Temperatur - je nach Produkt von 10-700?bar und 60-300°?C - gleichmäßig aus einer formgebenden Öffnung herauspressen.
Extruderschaum - siehe Styrodur oder Styropor
Extrusion, Extrusionsverfahren - lat.: extrudere = herausziehen; hierbei werden Kunststoffe oder andere zähflüssige härtbare Materialien in einem kontinuierlichen Verfahren durch eine formgebende Düse gepresst. Dazu wird der Kunststoff (das Extrudat) zunächst durch einen Extruder (Schneckenpresse) mittels Heizung und innerer Reibung aufgeschmolzen und homogenisiert.(siehe auch Extruder)
Extrusionsblasformen - Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern, es stellt einen Sonderfall des Extrudierens dar, z.B. PET. Ein extrudierter, noch plastischer Schlauch wird von einem Werkzeug umschlossen und mit Druckluft aufgeblasen. Der Schlauch wird dadurch an die Innenwand des Werkzeugs gepresst und kann nach dem Erstarren anschließend als Hohlkörper entformt werden.
Fiberglas - siehe GFK
Filz - Textilindustrie; ist ein Vliesstoff aus Wolle. Die gereinigte, gekämmte und eventuell gefärbte Rohwolle wird durch eine meist mechanische Bearbeitung in einen festen Stoff gebracht. Die einzelnen Fasern sind dabei miteinander ungeordnet verschlungen.
Flachfolien - Folienart
Fluorierte Kunststoffe - sind Hochleistungskunststoffe und gehören zur Gruppe der Thermoplaste. Sie werden seit 1950 industriell verarbeitet und verfügen über besondere chemische Eigenschaften. Mit zunehmenden Fluorgehalt steigt die chemische und thermische Belastbarkeit der Fluorpolymere.
Fluorpolymere Folien - PTFE-Folien; Pyrotechnische Sätze (Mischungen) sind heterogene Gemische aus feingepulverten Komponenten, die beim Entzünden ohne äußere Sauerstoffzufuhr abbrennen oder explodieren. Sie werden z.B. bei Unterwasser-Fackeln eingesetzt oder auch für Show-Effekte verwendet.
Folie - lat.: folium = Blatt; ist ein in Bahnen hergestelltes, flexibles, unter 1 mm dünnes Kunststoff- oder Metallblatt.
Friktionswärme - Reibungswärme
Galalith - entsteht aus Casein und Formaldehyd durch Polykondensation. Galalith wurde bis etwa Mitte der 1930er Jahre in großen Mengen in Deutschland hergestellt. Hauptanwendung war zunächst die Herstellung von u.?a. Knöpfen und Schmuck, später auch die Isolierung elektrischer Anlagen, insbesondere in Waffensystemen.
GFK - Abkürzung für: glasfaserverstärkte Kunststoffe
glasfaserverstärkte Kunststoffe - GFK; Sammelbezeichnung für Kunststoffe, die zur Erhöhung der Druck-, Biege-, Zug- und Schlagfestigkeit mit Textilglasfasern in Form von Matten, Geweben und Strängen aus parallelen Spinnfäden (Rovings) verstärkt sind. Als Kunststoffe kommen sowohl Duroplaste als auch Thermoplaste zur Anwendung. Verwendet werden GFK u.a. für Wellplatten, Glasfaserputz, Behälter, Karosserieteile, Boote, Sportgeräte sowie schlagfeste, wärmeformbeständige Formteile. GFK ist auch unter der Bezeichnung Fiberglas bekannt.
Granulat - bezeichnet einen festen Stoff, der in solch einer Weise körnig ist, dass er gut schüttbar ist und die einzelnen Körner nur schwer miteinander verkleben. Granulate werden zur besseren Dosierbarkeit erzeugt.
Granulator - ist eine Werkzeugmaschine, mit der aus Strängen oder größeren Stücken durch Zerteilen Teilchen im mm-Größe hergestellt werden.(siehe Stranggranulator)
Gusspolyamide - sind besonders hochmolekulare Polyamide. Die Herstellung ist rein chemisch und drucklos. In einer Form polymerisieren monomere Rohstoffe unter Wärme zum polymeren Polyamid. Es entsteht ein homogener Werkstoff mit hoher Kristallinität, der die extrudierten Polyamide mit seinen hervorragenden Eigenschaften deutlich übertrifft. Kennzeichnend für Halbzeuge und Formteile aus Gusspolyamiden sind ihre Zähigkeit bei hoher Härte, ihre gute Abriebfestigkeit, ihr gutes Dämpfungsvermögen und ihre leichte Verarbeitbarkeit, z.B. Gleitlager, Antriebselemente, Seilrollen für Seilbahnen oder Schwerlastrollen.
Halbzeuge - sind in der Fertigung bereits vor- oder zubereitete Rohmaterialien, die in größeren Abmessungen vorliegen, insbesondere Stangen, Hohlstäbe und Profile. Dabei wird ein Halbzeug in der Regel so ausgewählt, dass seine Dimension (z.B. Durchmesser) bereits der entsprechenden Dimension des herzustellenden Endproduktes entspricht; in anderen Dimensionen (Länge, Breite) wird das Halbzeug auf die jeweils benötigten Abmessungen zugeschnitten.
HD-PE - Abkürzung für: Hochdruck-Polyethylen
HDT - Wärmeformbeständigkeit HDT; wird bei kurzzeitigem Hitzeeinfluss eine bestimmte Temperaturgrenze überschritten, verringern sich die zwischenmolekularen Bindungskräfte der Polymerketten, die Molekülketten gleiten leichter voneinander ab. Der Thermoplast beginnt zu fließen. Die Einbindung von aromatischen und anderen mesomeren Strukturen in das polymere Gefüge lassen kurzzeitige Temperaturen von über 300 °C zu, ohne dass der Kunststoff fließt.
Heteropolymere - siehe, Copolymere
Hohlkammerplatte - Kunststoffplatten mit zwei bzw. mehreren Deckschichten übereinander, die orthogonal mit Stegen gleichen Materials miteinander verbunden werden. Die Abstände zwischen den einzelnen Stegen bilden die Hohlräume; besser bekannt unter Stegplatte oder Stegdoppelplatte.
Hyperbel - Mathematik; in der ebenen Geometrie versteht man unter einer Hyperbel (griechisch: die Übertreffung, Übertreibung) eine spezielle Kurve, die aus zwei zueinander symmetrischen, sich ins Unendliche erstreckenden Ästen besteht. Die Hyperbel gehört wie die Parabel und die Ellipse zu den Kegelschnitten.
hyperbolischer Paraboloid - Mathematik; (Sattelfläche) ist eine Fläche zweiter Ordnung. Das bedeutet, dass jeder Schnitt mit einer Ebene einen Kegelschnitt ergibt. In diesem Fall sind das:
• bei senkrechten Ebenen: Parabeln
• bei waagrechten oder beliebig geneigten Ebenen: Hyperbeln.
Interpolation - Mathematik; lateinisch: Einschaltung, die näherungsweise Bestimmung eines Funktionswertes f(x) an der Stelle x, wenn die Funktionswerte f(x1), f(x2),...,f(xn) für x1, x2,...,xn bekannt sind. Die allgemeine Interpolation wird mithilfe von Polynomen durchgeführt, die für x1, x2,...,xn die Funktionswerte f(x1), f(x2),...,f(xn) annehmen müssen und daher eine Näherung der Funktion darstellen. Liegt die Interpolationsstelle x zwischen x1 und xn, so spricht man von Interpolation, liegt sie außerhalb von Extrapolation.
Jet-molding - ist ein Verfahren zur Herstellung technischer Kunststoffteile aus Duroplasten, also härtbaren Formmassen. Im Gegensatz zum klassischen Kolbenspritzgießen wird nicht die gesamte Zylindereinheit, sondern nur die Düse beim Einspritzen beheizt und nach dem Einspritzen wieder abgekühlt. Die duroplastische Formmasse härtet dann im beheizten Werkzeug aus, die Ausgangsmoleküle vernetzen unter Einwirkung von Druck und Wärme zu Makromolekülen.
Kalander - frz.: calandre = Rolle; ist ein System aus mehreren aufeinander angeordneten beheizten und polierten Walzen aus Schalenhartguss oder Stahl, durch deren Spalten ein Werkstoff hindurchgeführt wird. Es dient zur Herstellung von Folien aus Kunststoffen (PVC, PE, PS, etc.) und Metallen (Aluminium, Zinn).
Kalandrieren - Herstellungsprozess, bei dem Folien und Platten ausgewalzt werden.
Katalysator - griechisch: Katalyse = die Auflösung; ist ein Stoff, der die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflusst, ohne dabei verbraucht zu werden. In der Kunststoffchemie werden Katalysatoren zum Auslösen oder zur Beschleunigung der Polymerisation eingesetzt (im Gegensatz zu Aktivatoren).
Kautschuk - ist ein Sammelbegriff für elastische Polymere, aus denen Gummi hergestellt wird.
Kegel - Mathematik; ein Körper, der von einer Fläche (Kegelfläche) mit geschlossener Leitkurve und einer die Leitkurve enthaltenden Ebene begrenzt wird. Dabei ist eine Kegelfläche eine Fläche, die ein durch einen festen Punkt S des Raumes (den Scheitel) gehender und längs einer Kurve k (der Leitkurve, Leitlinie) gleitender Strahl (die Erzeugende) beschreibt. Die Kegelfläche schneidet aus dieser Ebene die Grundfläche G des Kegels aus, nach der der Kreiskegel, elliptische Kegel u.a. unterschieden werden. Der den Kegel begrenzende Teil der Kegelfläche heißt Kegelmantel, die auf ihr gelegenen Geradenstücke Mantellinien. Wird die Spitze eines Kegels durch einen parallel zur Grundfläche geführten Schnitt abgetrennt, bleibt ein Kegelstumpf zurück.
Kegelschnitt - Mathematik; Ebene Kurve, die sich aus dem Schnitt eines geraden Kreiskegels mit einer Ebene ergibt. Je nach Lage der Ebene zum Kegel ergeben sich die geschlossene Ellipse (im Sonderfall ein Kreis), die Parabel oder die aus zwei Ästen bestehende Hyperbel. Geht die Schnittebene durch den Scheitel des Kegels, so artet der Kegelschnitt zu einem Punkt, einer Geraden oder einem Paar von Geraden aus. In der analytischen Definition sind Kegelschnitte die geometrischen Orte aller Punkte, für die das Verhältnis ihrer Abstände zu einem gegebenen Punkt (Brennpunkt) und zu einer gegebenen Geraden (Leitlinie) konstant ist. Kegelschnitte lassen sich in einem kartesischen Koordinatensystem durch Gleichungen zweiten Grades beschreiben.
Kerbschlagzähigkeit - wird mit einer gekerbten Probe gemessen. Die Kerbschlagzähigkeit ermöglicht eine Aussage über die Kerbempfindlichkeit eines Werkstoffes.(siehe auch Schlagzähigkeit)
Kettfäden - Textilindustrie; Die Kettfäden (auch Kette genannt) sind die Fäden, die bei der Herstellung eines Gewebes in Längsrichtung liegen.
Koextrusion - In der Extrusionstechnik steht der Begriff für das Zusammenführen von artgleichen oder fremdartigen Kunststoffschmelzen vor dem Verlassen der Profildüse.
Kontrollpolygone - Mathematik; siehe Bézierkurve
Kristalle - sind anisotrope, homogene Körper, die aus einer dreidimensional und periodisch angeordneten Struktureinheit besteht. Man bezeichnet diese als Einheitszelle und dessen Anordnung als Kristallgitter.
Kristallieren - bezeichnet das Bilden von Kristallen. In der Kunststofftechnik: Das Abscheiden von Kristallen aus Schmelzen durch Abkühlen.
Kunststoffe - sind vielfältig einsetzbare, makromolekulare Werkstoffe; Polymere die durch chemische Verfahren (Polymerisation) künstlich hergestellt werden. Diese organischen Werkstoffe kommen in ihrer Form in der Natur nicht vor. Ihre vielfältigen Eigenschaften beruhen auf deren strukturellen Aufbau, dem Grad der Vernetzung ihrer Moleküle und auf der chemischen Zusammensetzungen. Es werden drei Kunststoff-Gruppen unterschieden: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere.
Kunststoffe, halbsynthetisch - diese entstehen durch die Verarbeitung natürlicher Polymere (z.B. Zellulose zu Zelluloid). (siehe auch Zellulose, Zelluloid)
Kunststoffe, synthetisch - diese werden durch Polymerisation (Polyaddition, Polykondensation usw.) aus einem Monomer erzeugt.
Laminat - lat. lamina: Schicht; ein mehrlagiger Werkstoff, der durch Verpressen und Verkleben mindestens zweier Lagen gleicher oder verschiedener Materialien entsteht. Durch die Kombination können sich Eigenschaften der Einzelmaterialien ergänzen.
lebensmittelechter Kunststoff - muss von der BGA (Bundesgesundheitsamt in Deutschland) physiologisch als unbedenklich freigegeben sein und hat somit keinerlei Auswirkung auf Lebensmittel bei direkten Kontakt, weder Geschmacks- noch Geruchsauswirkung.
Leitkurve - Mathematik; - siehe Kegel
Lichtechtheit - von Farben, speziell auch bei Kunststoffen und Lackierungen, bezeichnet ihre Unempfindlichkeit gegenüber dem Einfluss von Licht des natürlichen Sonnenspektrums.
Lichttransmission - Physik; Transmission lateinisch: Übertragung; Durchgang von Lichtstrahlung durch ein Medium.
Lignin - lateinisch: lignum = Holz; ist ein fester, farbloser Stoff, der in die pflanzliche Zellwand eingelagert wird und dadurch die Verholzung der Zelle bewirkt (Lignifizierung).
Makrolon - ist ein Handelsname für den Werkstoff Polycarbonat (PC).
Makromoleküle - werden Moleküle bezeichnet, die aus vielen (bis zu mehreren Tausend) gleichen oder unterschiedlichen Bausteinen (Atome oder Atomgruppen) bestehen und damit ein relativ großes Molekulargewicht (über 10000 mol) haben.
Mantel, Mantellinien - Mathematik; lateinisch: mantellum = Hülle; Teil der Oberfläche eines Körpers, der nicht zur Grund- oder Deckfläche gehört (z.B. Zylindermantel, Kegelmantel). Entsteht der Mantel eines Körpers durch Rotation einer Kurve, so heißt diese Mantel-Linie (abwickelbar).
Massepolymerisation - siehe Blockpolymerisation
Masterbatche - sind Additive oder oftmals Farbmittel, die in hoher Konzentration in polymere Träger eingebunden sind. Diese Masterbatche werden während der Verarbeitung in andere Kunststoffe eingemischt, damit diese die geforderte Farbe oder Eigenschaft erhalten.
Material - zur Ausübung einer Tätigkeit oder zur Herstellung von Erzeugnissen benötigter Ausgangsstoff (Roh-, Hilfs- oder Betriebsstoffe sowie in den betrieblichen Produktionsprozess einfließende Halb- und Fertigfabrikate).
Materie - lat.: materia =?Stoff; ist eine allgemeine Bezeichnung für alles Stoffliche, was uns umgibt und aus dem wir selbst bestehen. Im physikalischen Sinne ist Materie alles, was aus Quarks und Leptonen in mehr oder weniger komplexer Struktur aufgebaut ist. Im philosophischen Sinn bezeichnet Materie die objektive Realität, die von unseren Sinnen abgebildet oder widergespiegelt wird (W.I. Lenin, Materialismus und Empiriokritizismus, Berlin, 1962).
Membran - lat.: membrana = Häutchen; ist eine Trennschicht, eine dünne Haut.
Memory-Effekt - sind Kunststoffe, die einen Shape Memory-Effekt aufweisen, also sich an ihre frühere äußere Form trotz einer zwischenzeitlichen starken Umformung scheinbar "erinnern" können.
Möbiusband - auch Möbiusschleife genannt, ist eine zweidimensionale Fläche in der Topologie, die nur eine Seite hat. Das Objekt geht derart in sich selbst über, dass man, wenn man auf einer der scheinbar 2 Seiten beginnt, die Fläche einzufärben, zum Schluss das ganze Objekt gefärbt hat (benannt nach August Ferdinand Möbius).
Molekül - ein Teilchen, das aus mindestens zwei zusammenhängenden Atomen besteht.
Monomere - sind niedermolekulare, sehr reaktionsfähige Moleküle, die zwei oder mehrere funktionelle Gruppen tragen. Diese verbinden sich durch Polykondensation, Polyaddition oder Polymerisation zu Polymeren oder Dimeren.
Naturfasern - Pflanzenfasern, z.B. Baumwolle, Fasern tierischen Ursprungs z.B. Wolle oder Mineralfasern geologischen Ursprungs, z.B. Asbest.
NURBS - Non Uniform Rational B-Splines, ist eine Methode aus der CGI zur Erstellung von Kurven und Flächen. (siehe auch Computer Generated Imagery)
PA - Abkürzung für: Polyamid
Parabel - Mathematik; ein Kegelschnitt, der entsteht, wenn man den Kegel mit einer Ebene schneidet, die parallel zu einer Erzeugenden des Kegels ist.
parabolisch - griech.: gleichnisweise, Mathematik; parabelförmig gekrümmt. (siehe auch Parabel)
Paraboloid - Mathematik; gekrümmte Fläche ohne Mittelpunkt. Man unterscheidet elliptische Paraboloide (mit der Gleichung in Normalform z=x2/a2+y2/b2) und hyperbolischen Paraboloide (Sattelflächen) danach, ob ihre Schnittkurven mit einer bestimmten Schar paralleler Ebenen Ellipsen (im Sonderfall des Rotationsparaboloids Kreise) oder Hyperbeln sind. Durch Drehung einer Parabel um die Symmetrieachse (z-Achse) entsteht das Rotationsparaboloid, ein spezielles elliptisches Paraboloid mit a=b.
Paradox, Paradoxon - scheinbar widersinnige, in sich widersprüchliche und der allgemeinen Erfahrung zuwiderlaufende Aussage, die jedoch eine andere, höhere oder spezifische Wahrheit spiegelt.
Paraffine - lateinisch: parum >>zu wenig<<; im weiteren Sinn die Alkane; bei Raumtemperatur feste, wachsartige Gemische von überwiegend unverzweigten Alkanen (Normalparaffine) mit 18-32 Kohlenstoffatomen. Paraffine werden meist durch Entölung und Raffination aus dem bei der Entparaffinierung von Erdölfraktionen anfallenden Gatsch gewonnen. Unter 50°C schmelzende Paraffine werden als Weichparaffine, über 50°C schmelzende als Hartparaffine bezeichnet. Sie dienen u.a. zur Herstellung von Kerzen und Lebensmittelverpackungen. Gemische von flüssigen Paraffinen bilden das Paraffinöl, das als feines Schmieröl (Weißöl), zum Teil auch medizinisch zur Herstellung von Salben sowie als Darmgleitmittel (Paraffinum liquidum) dient, auch Trägersubstanz von PCMs.
PC - Informatik; Abkürzung für Personalcomputer.
PC - Abkürzung für Polycarbonate
PCM - Abkürzung für Phase Change Material
PET - Abkürzung für Polyethylenterephthalat
Phenoplaste - sind duroplastische Kunststoffe
Phase Change Material - PCM; nutzen allgemein zur Wärme- und Kältespeicherung einen Phasenübergang, meist vom festen zum flüssigen Aggregatzustand des jeweiligen Materials. Das heißt während der Schmelzphase nimmt PCM Wärme auf und während der Erstarrungsphase setzt es Kälte frei. Beide Vorgänge erfolgen bei nahezu konstanter Temperatur. Je nach Anwendungsfall muss ein Material mit geeigneter Temperatur des Phasenwechsels ausgewählt werden, d.h. es herrschen weitgehend frei wählbare Schmelztemperaturen. Man unterscheidet zwischen PCMs zur Kältespeicherung, Bestandteile hier sind Wasser und wässrige Salzlösungen, und zur Wärmespeicherung, vorwiegend Paraffine als Speichermedium sowie Salzhydrate und eutektische Mischungen von Salzhydraten.
photochrome Beschichtung - Kunststoff-Beschichtungen zur Veränderung der Farbe bei Lichteinfall. Die Farbintensität oder -dunkelheit nimmt mit steigender Lichintensität zu
Photopolymerharz, Photopolymere - sind Harze, die durch Einwirkung von energiereichem UV-Licht vernetzen, also polymerisieren.
Plastifizieren - mit Hilfe von Reibungswärme werden Kunststoffe in der Plastifiziereinheit der Spritzgussmaschine, des Extruders oder einer anderen Schneckenmaschine aufgeschmolzen und homogenisiert.
Plastik - umgangssprachliche (abwertende) Bezeichnung für Kunststoff
Plastomere - Thermoplaste
PMMA - Abkürzung für: Polymethylmethacrylat. (siehe auch Acrylglas)
Polyaddition - ist in der Chemie eine stufenartig verlaufende Verknüpfungsreaktion von bi- oder trifunktionellen Grundmolekülen (Monomeren) zu großen Kettenmolekülen (Polymeren). Im Gegensatz zur Polykondensation werden bei der Polyaddition keine Moleküle abgespalten; die Ausgangsstoffe werden also addiert. Es entstehen lineare Thermoplaste oder räumliche Duroplaste und Elastomere, also vernetzte Molekülketten durch die Umlagerung von Wasserstoff. Die so entstandenen Kunststoffe werden als Polyaddukte bezeichnet.
Polyaddukt - hochmolekularer Kunststoff, der durch die Polyaddition entstanden ist.
Polyamide - PA sind thermoplastische Kunststoffe. Sie bestehen aus organischen Makromolekülen (Polymere), deren Monomer-Einheiten durch Polykondensation zwischen einer Carboxylgruppe und einer Aminogruppe verknüpft werden.
Polycarbonate - PC sind synthetische Polymere aus der Familie der Polyester, sie bestehen aus Kohlensäure und Diolen.
Polyester - kommen auch in der Natur vor, doch heute versteht man unter Polyester eher die große Familie synthetischer Polymere (Kunststoffe), zu denen die viel verwendeten Polycarbonate und vor allem das Polyethylenterephthalat PET gehören.
Polyethylenterephthalat - PET, ein thermoplastischer Kunststoff aus der Familie der Polyester, der unter anderem zur Herstellung von Getränkeflaschen eingesetzt wird.
Polygon - Mathematik; geometrisches Gebilde aus n Punkten P1,P2,...,Pn, den Ecken, und n Verbindungsstrecken (geschlossenen ebenen Polygonzügen), den Seiten des Polygons; nach der Anzahl der Ecken unterscheidet man Dreieck, Viereck, allgemein n-Eck. Verlaufen die Verbindungsstrecken nicht benachbarter Ecken, die Diagonalen, im Inneren des Polygons, so bezeichnet man es als konvexes Polygon, überschneiden sich zwei oder mehr Seiten, wird es überschlagenes Polygon genannt.
Polykondensation - ist eine stufenweise über stabile, aber weiterhin reaktionsfähige Zwischenprodukte ablaufende Kondensationsreaktion, bei der aus vielen niedrigmolekularen Stoffen (Monomere) unter Abspaltung einfach gebauter Moleküle (meist Wasser) Makromoleküle (Polymere) gebildet werden.
Polymere - chemische Verbindung, die aus Ketten- oder verzweigten Molekülen (Makromolekülen) besteht, die aus gleichen oder gleichartigen Einheiten (den sogenannten Monomeren) bestehen.
Polymerisation - chemische Reaktion, bei der Monomere, meist ungesättigte organische Verbindungen, unter Einfluss von Katalysatoren und bei Auflösung der Mehrfachbindung zu Polymeren (Moleküle mit langen Ketten, bestehend aus miteinander verbundenen Monomeren) reagieren. Dabei unterscheidet man zwischen Homo-Polymerisation, bei der nur eine Monomerart umgesetzt wird, und Co-Polymerisation, bei der zwei oder mehr verschiedene Monomere zur Reaktion gebracht werden.
Polynom - Mathematik; zwei oder mehr additiv oder subtraktiv verknüpfte Glieder, in denen neben Konstanten, den Koeffizienten des Polynoms, eine oder mehrere Unbestimmte auftreten. In der Mathematik ist ein Polynom eine Summe von Vielfachen von Potenzen einer Variablen x. In der elementaren Algebra identifiziert man diese formale Summe mit einer Funktion in x (einer Polynomfunktion), in der abstrakten Algebra unterscheidet man streng zwischen diesen beiden Begriffen.
Polyoxymethylen - POM; auch Polyacetal oder Polyformaldehyd genannt, ist ein teilkristalliner thermoplastischer Kunststoff.
Polypropen, Polypropylen - PP, gelegentlich auch Polypropen genannt, ist ein teilkristalliner Thermoplast und gehört zu der Gruppe der Polyolefine. Polypropylen wird durch Polymerisation des Monomers Propen mit Hilfe von Katalysatoren gewonnen.
Polystyrol - XPS, EPS, PS; auch Polystyren genannt, ist ein amorpher, transparenter Thermoplast.
Polytetrafluorethylen - PTFE; auch Polytetrafluorethen oder -äthylen, ist ein vollfluoriertes Polymer. Umgangssprachlich wird dieser Kunststoff oft mit dem Handelsnamen Teflon der Firma DuPont bezeichnet.
Polyurethane - PU, PUR; sind Kunststoffe oder Kunstharze, welche aus der Polymerisationsreaktion eines Polyesters oder eines (Poly)Acrylates und eines Polyisocyanats entstehen.
Polyvinylchlorid - PVC; ist ein amorpher thermoplastischer Kunststoff.
POM - Abkürzung für Polyoxymethylen
PP - Abkürzung für Polypropylen
PS - Abkürzung für Polystyrol
PTFE - Abkürzung für Polytetrafluorethylen
PUR - Abkürzung für Polyurethane
PVC - Abkürzung für Polyvinylchlorid
Rapid prototyping - Sammelbegriff für mehrere technische Verfahren zur direkten Herstellung von Musterteilen aus 3D-CAD-Daten, auch als <> bezeichnet. Hauptverfahren sind: Stereolithopgraphie (SLA) Lasersintern (SLS).
Realität - lat.: realitas = Ding oder Wirklichkeit; wird im allgemeinen Sprachgebrauch als die Gesamtheit des Realen bezeichnet. Real ist dabei das, was auch außerhalb des Denkens existiert, d.h. unabhängig vom nur Gedacht-Sein: Vorstellungen, Gefühle, Wünsche, Wahrnehmungen u.ä. gelten im Alltagsverständnis zunächst einmal als nicht der Realität zugehörig.
Recycling - Wiederverwendung bereits benutzter Rohstoffe für einen Produktionsprozess.
RIM - reaction injection moulding; ist ein Formverfahren, bei dem zwei oder mehrere reaktive Flüssigkeiten unter Hochdruck vermischt und dann in das Formwerkzeug eingetragen werden. Dort härten die Flüssigkeiten zu einem fertigen Kunststoffbauteil aus.
Rotation - Mathematik; auch Rotationsbewegung, Drehung, Drehbewegung oder Kreisbewegung eines Körpers ist im Gegensatz zur reinen Translation keine Bewegung, die den Schwerpunkt des Körpers durch den Raum bewegt, sondern eine Bewegung des Körpers um eine Rotationsachse, auf der eben dieser Schwerpunkt liegt. Alle Punkte, die auf genau dieser Achse liegen, bleiben an der Stelle stehen, und alle anderen Punkte bewegen sich mit einer Geschwindigkeit, die proportional zur Entfernung von der Achse ist, auf einer idealen Kreisbahn. Hierbei kann sich die Achse im Körper selbst befinden, was zu einer Eigenrotation führt (Rotation um die eigene Achse), oder vom Körper entfernt liegen, was man als Rotationssystem bezeichnet (Rotation um eine gemeinsame Achse). Ursache für eine Rotation ist dabei jedoch immer die Wirkung eines Drehmomentes.
Rotationskörper - Mathematik; werden in der Geometrie Körper genannt, die durch Rotation einer in einer Ebene liegenden erzeugenden Fläche um eine in derselben Ebene liegende, aber die Fläche nicht schneidende Achse gebildet werden. Ein bekannter Rotationskörper ist der Torus, der durch die Rotation eines Kreises gebildet wird. Auch Körper wie Zylinder und Hohlzylinder zählen zu den Rotationskörpern.
RRIM - reeinforced reaction injection moulding; ist eine Weiterentwicklung des RIM-Verfahrens. Die Flüssigkomponenten (Polyole, Caprolactam) werden mit Feststoffen (z.B. Glaskugeln, Glasfasern, Mineralfasern) verstärkt. Diese im Materialgefüge eingebetteten Verstärkungsstoffe erhöhen die mechanischen Eigenschaften der Kunststoffteile.
Schaum - Physik; gasförmige Bläschen, die von festen oder flüssigen Wänden eingeschlossen sind.
Schaumstoff - ist ein Kunststoff, dessen Struktur durch viele Zellen (von Grundmaterial eingeschlossene Hohlräume, Poren) gebildet wird.
Schlagzähigkeit - ist ein Maß für die Fähigkeit des Werkstoffes, Stoßenergie und Schlagenergie zu absorbieren, ohne zu brechen. Dabei bestimmen eine Vielzahl an Faktoren die Schlagfestigkeit eines Bauteils: Wandstärke, Form und Größe des Bauteils, Temperaturen und Stoßgeschwindigkeit. Gemessen wird die Schlagzähigkeit mit Hilfe eines Schlaghammers. Die Schlagzähigkeit wird berechnet als das Verhältnis aus Schlagarbeit und Probekörperquerschnitt (Maßeinheit kJ/m2). (siehe auch Kerbschlagzähigkeit)
Schneckenextrusion - in einer kontinuierlich arbeitenden Plastiziereinheit wird die Formmasse eingezogen, verdichtet, schonend geschmolzen und weiter homogenisiert. Die Förderleistung der Schnecke in der Plastifiziereinheit baut zudem den Verformungsdruck auf. Stetig drückt die Schnecke die hochviskose Schmelze aus der Plastifiziereinheit in die Extrusionsdüse. Diese Düse ist so gestaltet, dass die Schmelze allmählich in die gewünschte Profilform überführt wird. Das Profil erhält seine Gestalt. (siehe auch Extrusion)
Schussfäden - Textilindustrie; auch Schuss genannt, sind jene parallelen Fäden eines textilen Gewebes, die zu den längeren (häufig auch etwas stärkeren) Kettfäden bei der Herstellung eines Gewebes quer liegen.
selektives Lasersintern - SLS; Rapid prototyping
Silikone - sind höhermolekulare Verbindungen, denen ein alternierend aus Silizium- und Sauerstoffatomen aufgebautes dreidimensionales Gerüst zugrunde liegt.
Silikonformen - dienen zum schnellen und kostengünstigen Erstellen kleiner Vorserien von 5 bis 20 Stück.
Solofolien - Bezeichnung für Folien aus einheitlichem Material.
Spline - im Englischen: biegsames Kurvenlineal, das man zum Zeichnen einer glatten Kurve durch eine Zahl von vorgegebenen Punkten benutzt. In der Mathematik sind Splinefunktionen spezielle Polynomfunktionen dritten Grades, die man für gute Interpolationen verwendet.
Spline-Interpolation - Mathematik; eine Funktion die mit Hilfe von Splines interpoliert wird. Die einfachste Methode dazu ist die Verwendung von Geraden zwischen jeweils zwei benachbarten Punkten. Je mehr Punkte man nimmt und die Entfernungen zwischen diesen verkürzt, desto genauer approximiert man die gegebene Funktion.
Spritzgießen - umgangssprachlich auch als Spritzguss oder Spritzgussverfahren bezeichnet; ist ein Urformverfahren, das hauptsächlich in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt wird. Mit diesem Verfahren lassen sich wirtschaftlich direkt verwendbare Formteile mit grosser Stückzahl herstellen.
Spritzguss - siehe Spritzgießen
Stegplatten, Doppelstegplatten - siehe Hohlkammerplatten
Stereolithographie - SLA, STL; Rapid prototyping
Stranggranulator - wird zur Zerkleinerung thermoplastischer Kunststoffstränge eingesetzt.
Styrodur, Styropor - Handelsnamen für Polystyrol welcher entweder als thermoplastisch verarbeitbarer Werkstoff oder als Schaumstoff eingesetzt wird. Styrodur (exdrudierter Polystyrol Hartschaum) XPS, Styropor (expantierter Polystyrol Hartschaum) EPS.
synklastisch gekrümmt - einsinnig gekrümmt
Taktizität - die Anordnung von asymmetrischen Bausteinen, also solchen mit Seitengruppen, in einem Kettenmolekül. Besondere Bedeutung hat der Begriff bei den Kunststoffen, bei denen die Taktizität Eigenschaften wie Härte, Form- und chemische Beständigkeit sowie Wärmeleitfähigkeit stark beeinflussen kann.
technisches Treibmittel - verwendet man im Zusammenhang mit der Herstellung von Schaumstoffen.
Teflon - Handelsname; siehe Polytetrafluorethylen
Terpolymer - sind Copolymere aus drei Monomerarten, die in statistischer Verteilung im linearen Makromolekül angeordnet sind. Ein typisches Terpolymer ist das Acrylnitril/Butadien/Styrol (ABS).
Textilgewebe - wird durch Weben von Fäden hergestellt. Ein Gewebe ist ein rechtwinkeliges Flächengebilde aus Fäden. Die Fäden in der Längsrichtung bezeichnet man als Kette oder Kettfäden und Querfäden werden Schuss oder Schussfäden genannt.
thermochrome Beschichtung - Kunststoff-Beschichtungen zur Veränderung der Farbe bei Temperaturänderungen. Die Farbintensität oder -dunkelheit nimmt mit steigender Temperaturänderungen zu
Thermoelaste - sind thermoplastische Kunststoffe, die aus einem Kettenmolekül aufgebaut sind. Thermoelaste gehen bei Erwärmung zwar in einen thermoelastischen Bereich über, sie sind jedoch nach dem Aufschmelzen der kristallinen Bereiche nicht genügend fließfähig und dadurch nicht thermoplastisch (also durch Spritzguss, Extrusion) verarbeitbar. Wichtiges Thermoelast ist z.B. das Polytetrafluorethylen (PTFE).
Thermoformen - allgemeiner Umformprozess meist von Kunststoffplatten mittels Wärmeunterstützung
Thermoplaste - sind Kunststoffe, die bei Erhöhung der Temperatur nach Überschreiten des Erweichungspunktes schmelzen, sich warmverformen lassen und nach der Abkühlung wieder erstarren. Der Vorgang ist beliebig oft wiederholbar. Im Gegensatz zu Duroplasten erfolgt keinerlei chemische Reaktion beim Verarbeiten. Wichtige Thermoplaste sind z.B. die Polyamide, Polystyrole und Polyethylene.
Tiefziehen - Umformprozess meist von Kunststoffplatten
Torus - Mathematik; auch Ringfläche, die durch Rotation eines Kreises um eine in seiner Ebene liegende, den Kreis nicht treffende Gerade entsteht; auch Bezeich nung für den von dieser Fläche begrenzten Körper.
Transluszent, Transparenz - ist die Lichtdurchlässigkeit bzw. die Durchsichtigkeit von z.B. Kunststoffen. Diese wird in 3 Kategorien unterteilt:
• opak (der Kunststoff ist lichtundurchlässig und undurchsichtig),
• transluszent/durchscheinend (der Kunststoff lässt Licht durch, es wird aber gestreut, so dass vom Kunststoff verdeckte Objekte verschwommen oder nur bedingt erkennbar sind),
• klarsichtig (der Kunststoff ist lichtdurchlässig und durchsichtig - ähnlich wie Glas).
Treibmittel - siehe technische Treibmittel
Verbundfolien - Bezeichnung für Folien aus unterschiedliche Materialien, sie bestehen aus mehreren verschiedenen Schichten.
virtuell - gilt als die Eigenschaft einer Sache, die zwar nicht wirklich existiert, aber in ihrem Wesen und ihrer Wirkung einer existierenden Sache gleichartig ist. Das Wort führt über das frz.: virtuel = fähig zu wirken, zurück und auf das lat.: virtus (=Tüchtigkeit, Kraft); Virtualität spezifiziert also ein gedachtes oder über seine Eigenschaften konkretisiertes Objekt, das zwar nicht physisch, aber doch in seiner Funktionalität oder Wirkung vorhanden ist.
virtuelle Realität - Informatik VR; wird die Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung der Wirklichkeit und ihrer physikalischen Eigenschaften in einer in Echtzeit computergenerierten virtuellen Umgebung bezeichnet.
Viskos - bezeichnet die Eigenschaft von zähflüssigen, leimartigen Werkstoffen.
Vliese, Vliesstoff - Textilindustrie; auch Filz, ist ein textiles Flächengebilde aus einzelnen Fasern. Im Gegensatz dazu werden Gewebe, Gestricke und Gewirke aus Garnen hergestellt.
Vulkanfiber - der Name entstand in Anlehnung an die Vulkanisation von Naturkautschuk zu Hartgummi, die der Produktion von Vulkanfiber oberflächlich betrachtet ähnelt. Im Unterschied dazu werden jedoch als Rohstoff Papierfasern, früher auch Jutefasern, verwendet. Vulkanfiber gehört zusammen mit Ebonit, Celluloid und dem Casein-Kunststoff Galalith zu den ältesten Kunststoffen.
Vulkanisation - ist ein chemisch-technisches Verfahren, bei dem Kautschuk unter Einfluss von Zeit, Temperatur und Druck gegen atmosphärische und chemische Einflüsse sowie gegen mechanische Beanspruchung widerstandsfähig gemacht wird.
Weißbruch, Crazing - viele amorphe Kunststoffe zeigen während einer Verstreckung eine Weißfärbung in einzelnen Bereichen. Diese Erscheinung bezeichnet man als Weißbruch oder Crazing. Weißbruch sind mikroskopisch kleine Bereiche, deren Begrenzungsflächen mit einzelnen extrem verstreckten Materialsträngen (Crazes) überbrückt sind. Crazes sind eine Vorschädigung des Materials und können der Beginn eines Bruches sein.
XPS - Abkürzung für: exdrudierter Polystyrol-Hartschaum
Zellglas - bekannt unter dem Markennamen Cellophan, ist einer der ersten Verpackungskunststoffe, es handelt sich um eine dünne, farblose und transparente Folie aus Viskose mit dem charakteristischen Cellophangriff und Knistereffekt.
Zelluloid - bezeichnet eine Gruppe von Verbindungen, die aus Nitrozellulose und Kampfer hergestellt werden. Zelluloid wird als das erste Thermoplast angesehen. Man kann es leicht schmelzen und formen. Mit diesem Kunststoff war man erstmalig in der Lage, Imitate von Luxusartikeln aus Naturstoffen wie Elfenbein, Ebenholz, Hornsubstanz, Schildpatt oder Perlmutt in Massenfertigung (Spritzgusstechnik) herzustellen.
Zellulose - auch Cellulose, Hauptbestandteil von pflanzlichen Zellwänden
Zusatzstoffe - siehe Additive
Beitrag von Stephan Nicolay zu dem Seminarband "Kunststoff in der Architektur 1" am Fachgebiet Entwerfen und Baugestaltung der TU Darmstadt, Prof. Johann Eisele. Das Seminar wurde von Dipl.-Ing. Stephan Nicolay veranstaltet. Seminarband März 2009, Darmstadt
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