Kunststoffwerkstoffe - Fachbuch für Lehre und Praxis
von: Martin Moneke
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2022
ISBN: 9783446470170
Sprache: Deutsch
416 Seiten, Download: 23818 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
| Inhaltsverzeichnis | 7 | ||
| Vorwort | 13 | ||
| 1 Einleitung | 17 | ||
| 1.1 Anwendungen der Kunststoffe | 17 | ||
| 1.2 Wirtschaftliche Bedeutung der Kunststoffe | 23 | ||
| 1.3 Vergleich von Kunststoffwerkstoffen und metallischen Werkstoffen | 27 | ||
| 1.3.1 Zeitliche Zusammenhänge | 28 | ||
| 1.3.2 Werkstoffverhalten | 29 | ||
| 1.3.3 (Teil-)Kristallinität | 31 | ||
| 1.3.4 Glasübergang | 32 | ||
| 1.3.5 Entropieelastizität | 33 | ||
| 1.3.6 Kräfte in und zwischen Molekülen | 33 | ||
| 1.3.7 Zeitabhängiges Verhalten | 34 | ||
| 1.3.8 Rohstoffverbrauch | 35 | ||
| 1.3.9 Energiebedarf | 39 | ||
| 1.3.10 Preise | 41 | ||
| 2 Polymere | 49 | ||
| 2.1 Stoffe, Verbindungen, Atome und Elemente | 49 | ||
| 2.2 Aufbau und Struktur von Polymeren | 53 | ||
| 2.2.1 Monomer, Polymer und lineare Kette | 53 | ||
| 2.2.2 Konstitution, Konfiguration und Konformation | 59 | ||
| 2.2.3 Co- und Terpolymere | 65 | ||
| 2.2.4 Verzweigungen | 67 | ||
| 2.2.5 Chemische und physikalische Vernetzung | 69 | ||
| 2.2.6 Klassifizierung der Polymere nach ihrer Struktur | 73 | ||
| 2.2.7 Klassifizierung der Thermoplaste nach Kennwerten und Produktionsmenge | 74 | ||
| 2.2.8 Klassifizierung der Polymere nach ihrer Rohstoffbasis | 75 | ||
| 2.3 Molmasse | 80 | ||
| 2.4 Haupt- und Nebenvalenzbindungen | 87 | ||
| 2.4.1 Hauptvalenzbindung | 88 | ||
| 2.4.2 Nebenvalenzbindung | 91 | ||
| 2.4.2.1 Polarität | 92 | ||
| 2.4.2.2 Dipol-Dipol-Bindung | 96 | ||
| 2.4.2.3 Wasserstoffbrückenbindung | 97 | ||
| 2.4.2.4 Induktionskräfte | 98 | ||
| 2.4.2.5 Dispersionskräfte | 98 | ||
| 2.5 Zustandsbereiche und Zustandsänderungen | 99 | ||
| 2.5.1 Amorpher Zustand | 99 | ||
| 2.5.2 Bewegung von Polymeren im amorphen Zustand | 102 | ||
| 2.5.3 Glasübergang | 105 | ||
| 2.5.4 Teilkristalliner Zustand | 112 | ||
| 2.5.5 Schmelzen von Kristallen | 123 | ||
| 2.5.6 Kristallisieren | 126 | ||
| 2.6 Innere und äußere Weichmachung | 134 | ||
| 2.6.1 Äußere Weichmachung | 134 | ||
| 2.6.2 Innere Weichmachung | 135 | ||
| 3 Kunststoffe | 139 | ||
| 3.1 Additive | 139 | ||
| 3.1.1 Antioxidanzien | 141 | ||
| 3.1.2 UV-Stabilisatoren | 145 | ||
| 3.1.3 Flammschutzmittel | 148 | ||
| 3.1.4 Weichmacher | 152 | ||
| 3.1.5 Farbmittel | 154 | ||
| 3.2 Füllstoffe | 160 | ||
| 3.2.1 Kreide | 170 | ||
| 3.2.2 Talkum | 172 | ||
| 3.2.3 Glaskugeln | 173 | ||
| 3.3 Verstärkungsstoffe | 173 | ||
| 3.3.1 Glasfasern | 180 | ||
| 3.3.2 Aramidfasern | 182 | ||
| 3.3.3 Kohlenstofffasern | 184 | ||
| 3.3.4 Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen | 187 | ||
| 3.3.5 Verstärkung durch Fasern | 192 | ||
| 3.4 Kunststoffwerkstoffe | 202 | ||
| 3.4.1 Bezeichnung der Kunststoffe | 202 | ||
| 3.4.2 Anwendungsbereiche für Kunststoffe | 204 | ||
| 3.4.3 Normative Anforderungen an Kunststoffwerkstoffe | 207 | ||
| 3.4.4 Datenbanken für Kunststoffe | 209 | ||
| 4 Verarbeitung von Kunststoffen | 213 | ||
| 4.1 Spritzgießen | 213 | ||
| 4.2 Extrudieren | 216 | ||
| 4.3 Formpressen | 218 | ||
| 4.4 Entstehen von Orientierungen beim Spritzgießen | 220 | ||
| 4.5 Verarbeitungstypische Morphologien | 225 | ||
| 5 Nachhaltigkeit von Kunststoffen | 231 | ||
| 5.1 Kunststoffe in der Umwelt | 231 | ||
| 5.1.1 Mikroplastik | 232 | ||
| 5.1.2 Marine Litter | 235 | ||
| 5.2 Entwicklung der Nachhaltigkeit | 239 | ||
| 5.3 Gesetzliche Vorgaben | 242 | ||
| 5.3.1 Vermeidung | 245 | ||
| 5.3.2 Wiederverwendung | 247 | ||
| 5.3.3 Recycling | 248 | ||
| 5.3.4 Sonstige Verwertung | 248 | ||
| 5.3.5 Beseitigung | 248 | ||
| 5.4 Abfallmengen und ihre Entwicklung | 249 | ||
| 5.5 Stoffstrombild Kunststoffe in Deutschland | 250 | ||
| 5.6 Sammlung von Kunststoffabfällen | 255 | ||
| 5.7 Recycling | 258 | ||
| 5.7.1 Anfänge des Kunststoffrecyclings in Deutschland | 258 | ||
| 5.7.2 Kunststoffrecycling in der Europäischen Union | 260 | ||
| 5.7.3 Werkstoffabhängige Arten des Recyclings | 260 | ||
| 5.7.4 Herausforderungen beim Recycling von Kunststoffen | 262 | ||
| 5.7.5 Sortierung | 263 | ||
| 5.7.6 Werkstoffliches Recycling von Kunststoffabfällen | 267 | ||
| 5.7.7 Rohstoffliches Recycling von Kunststoffabfällen | 273 | ||
| 5.7.8 Design für Recycling | 275 | ||
| 5.8 Ökobilanz, Life Cycle Assessment (LCA) | 278 | ||
| 5.8.1 Vorgehen bei der Erstellung einer Ökobilanz | 278 | ||
| 5.8.2 Normen zur Ökobilanz | 283 | ||
| 5.8.3 Datenquellen für Ökobilanzen | 285 | ||
| 5.9 Beitrag von Kunststoffen zu einer nachhaltigen Entwicklung | 285 | ||
| 5.9.1 Verringerung von Lebensmittelabfällen durch Kunststoffverpackungen | 287 | ||
| 5.9.2 Weniger Treibstoffverbrauch durch Leichtbau mit Kunststoffen | 292 | ||
| 5.9.3 Energieeinsparungen durch Kunststoffdämmstoffe | 293 | ||
| 5.9.4 Wasser- und Energieeinsparung in der Landwirtschaft | 295 | ||
| 5.9.5 Schutzmasken aus Kunststoffen | 297 | ||
| 5.9.6 Kunststoffe als Enabler für die Nutzung regenerativer Energien | 299 | ||
| 5.10 Entwicklungsfelder für nachhaltige Kunststoffe | 303 | ||
| 5.10.1 Rohstoffbasis ändern | 303 | ||
| 5.10.2 Stoffkreisläufe schließen | 304 | ||
| 5.10.3 Nutzungsphase verlängern | 305 | ||
| 6 Grundlagen der Normung | 313 | ||
| 6.1 Entwicklung und Nutzen der Normung | 313 | ||
| 6.2 Normung in der Kunststofftechnik | 315 | ||
| 7 Mechanisches Verhalten fester Kunststoffe | 319 | ||
| 7.1 Methoden der Werkstoffprüfung | 319 | ||
| 7.1.1 Zusammenhang zwischen Normen | 319 | ||
| 7.1.2 Normalklimate für Konditionierung und Prüfung | 321 | ||
| 7.1.3 Probekörper | 324 | ||
| 7.1.4 Bestimmung der Zugeigenschaften | 329 | ||
| 7.1.5 Bestimmung der Biegeeigenschaften | 335 | ||
| 7.1.6 Bestimmung der Härte | 343 | ||
| 7.1.6.1 Grundlagen der Härtemessung | 343 | ||
| 7.1.6.2 Kugeleindruckhärte | 346 | ||
| 7.1.6.3 Shore-Härte | 347 | ||
| 7.1.7 Bestimmung des Kriechverhaltens | 349 | ||
| 7.1.8 Bestimmung der Schlagbiegeeigenschaften | 353 | ||
| 7.2 Verhalten der Kunststoffe | 359 | ||
| 7.2.1 Verhalten im Zugversuch | 359 | ||
| 7.2.2 Temperaturabhängigkeit des mechanischen Verhaltens | 361 | ||
| 7.2.3 Zeitabhängigkeit des mechanischen Verhaltens | 366 | ||
| 7.2.4 Feuchteabhängigkeit des mechanischen Verhaltens | 371 | ||
| 7.2.5 Der Übergang vom linearen zum nicht-linearen Verhalten | 374 | ||
| 7.3 Mechanische Werkstoffmodelle | 377 | ||
| 7.3.1 Begriffe und Konzepte der Mechanik | 378 | ||
| 7.3.1.1 Spannungen | 380 | ||
| 7.3.1.2 Verzerrungen | 380 | ||
| 7.3.1.3 Annahme kleiner Deformationen | 381 | ||
| 7.3.1.4 Stoffgesetz | 382 | ||
| 7.3.1.5 Linearität | 382 | ||
| 7.3.1.6 Annahmen in der Elastostatik | 383 | ||
| 7.3.1.7 Begriffe zur Beschreibung des Materialverhaltens | 384 | ||
| 7.3.2 Phänomenologische Beschreibung des Materialverhaltens | 386 | ||
| 7.3.2.1 Ideal linear-elastisches Verhalten | 387 | ||
| 7.3.2.2 Ideal linear-viskoses Verhalten | 389 | ||
| 7.3.2.3 Ideal plastisches Verhalten | 391 | ||
| 7.3.2.4 Vergleich viskoser und plastischer Deformation | 394 | ||
| 7.3.2.5 Maxwell-Modell zur Beschreibung der Relaxation | 394 | ||
| 7.3.2.6 Kelvin-Voigt-Modell zur Beschreibung der Retardation | 397 | ||
| 7.3.2.7 Burgers- oder Vier-Parameter-Modell | 398 | ||
| 7.3.3 Molekulare Begründung der Elastizität in Kunststoffen | 400 | ||
| 7.3.3.1 Energieelastizität | 400 | ||
| 7.3.3.2 Entropieelastizität | 401 | ||
| 7.3.4 Zeit-Temperatur-Superpositionsprinzip | 402 | ||
| 7.3.5 Einfluss verarbeitungsbedingter Eigenspannungen auf mechanische Kennwerte | 407 | ||
| A Kurzzeichen für Kunststoffe | 411 | ||
| Index | 417 |