In diesem Kurstext erklären wir dir was Kunststoff, Polymere, sind und wofür sie in unserem Alltag und der Industrie verwendet werden.
“Polymere bzw. Kunstharze sind optimierte Nachahmungen von Naturstoffen.”
In vielen Bereichen übertreffen Polymere aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften Naturstoffe aber auch metallische Werkstoffe wie Stahl.
Kunststoff – Grundlagen
Der Begriff umfasst alle Werkstoffe, die vorwiegend makromolekulare organische Substanzen beinhalten und durch diese hinsichtlich ihrer Eigenschaften beeinflusst werden.
Aufgrund ihres Aufbaus sprechen wir von Polymeren. Diese entstehen in großen Anlagen
- Petrochemie (Erdöl)
sowie
- Erdgaschemie
sowie
- Kohlechemie
oder sind natürlich gewachsen.
Natürliche Produkte
Ein bekanntes unter natürlichen Bedingungen gewachsenes Polymer ist Cellulose.
In der Vergangenheit hat man fast ausschließlich Naturprodukte wie Cellulose oder Eiweiß genutzt, um diese herzustellen.
Die gewonnen Kunststoffe waren:
- Vulkanfiber
sowie
- Celluloid
sowie
- Cellophan
sowie
- Kunsthorn.
Künstliche Produkte
Mit der fortschreitenden Forschung um 1900 herum, begann die Industrie vermehrt auf eine künstliche Herstellung von Kunststoffen zu setzen. Die ersten Vertreter waren
- PVC – Polyvinylchlorid
und
- Polyesther.
Danach folgten relativ Zeitnah:
- Polystyren
sowie
- Polyacrylnitril
sowie
- Polyisobutylen
sowie
- Polyethylen
sowie
- Polyamide
und
- Polyurethane
Die Entwicklung von neuen Formen von Kunststoffen hält bis heute an und lässt sich heute kaum noch aus einem Industriezweig wegdenken.
Nachfolgend siehst du eine Übersicht der bekanntesten Arten von Kunststoffen in Diagramm-Form.
Lernclip – Kunststoff
Im nächsten Video findest du noch mal eine Zusammenfassung des Kurstextes und zusätzliche Informationen zum Thema
Herstellung von Kunststoffe
Ziele der Polymer-Forschung
Neben der Entwicklung neuer Sorten, nimmt die Veredlung bekannter Kunststoffvarianten und Verbunde von Kunststoffen einen zunehmend wichtigen Platz ein.
So versuchen Forscher die Dichte immer weiter zu reduzieren und dabei die hohe Korrosionsbeständigkeit und kennzeichnenden Eigenschaften voll auszunutzen.
Da ist es auch kein Wunder, dass beispielsweise bestimmte Polymere Aluminiumlegierungen in Flugzeugen oder legierte Stähle im Fahrzeug- oder Maschinenbau ersetzen.
Auch in der Elektrotechnik setzt man auf Polymerverbunde als Ausgangsmaterial für Platten von Leitern.
Zukünftig werden dir auch vermehrt Spezialpolymere im Alltag und deiner Arbeit begegnen, die besondere und gezielte Eigenschaften aufweisen.
Kunststoffe – Eigenschaften
Die meisten Kunststoffe beinhalten neben dem Grundpolymer verschiedene Zusätze um die beispielsweise besser verarbeitbar zu machen oder ihre Nutzungseigenschaften im fertigen Produkt zu optimieren.
So ist die obige Einteilung nach den sie kennzeichnenden Eigenschaften des Grundpolymers erfolgt.
Die Struktur, also der Aufbau der Molekülketten sowie die bestehenden Bindungsverhältnisse der Makromoleküle (Großmoleküle) beeinflussen
- Mechanische Beanspruchbarkeit
sowie
- Wärmeverhalten
sowie
- Resistenz gegen Eindringen von Flüssigkeiten
Mechanische Eigenschaften
Kunststoffe weisen sehr unterschiedliche Werte hinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit auf. Im Normalfall sind die Werte geringer als die von Stählen sowie Aluminiumlegierungen.
Jedoch existieren Kunstharze mit einer Glasfaserverstärkung, die eine annähernde Festigkeit von Stählen besitzen und fast die gleiche Steifigkeit (E-Modul) wie Aluminiumlegierungen aufweisen.
Darüber hinaus haben organische Polymere den Vorteil, dass sie oft gegenüber mechanischen Spannungen erst formstabil sind und eine Formänderung erst zeitversetzt entsteht. Man spricht hier von der Relaxation der Kunststoffe.
Die Relaxation bedeutet, dass ein Werkstoff bei einer dynamischen Bespannung erst verzögert mit einer Formänderung reagiert.
Dichte
Ein Alleinstellungsmerkmal gegenüber anderen Werkstoffen ist die besonders geringe Dichte. Diese liegt gerade mal bei
– Typische Kunststoffdichten.
Besonders eindrucksvoll wird der Dichtewert, wenn man ihn ins Verhältnis mit den mechanischen Eigenschaften setzt. Denn hier zeigt sich besonders gut, warum sie gegenüber anderen Werkstoffen bevorzugt werden.
Aufgeschäumte Polymere also Schaumstoffe besitzen gerade mal eine Dichte von
- Rohdichte
Insgesamt gilt, dass Polymere leicht sind und die Sonderform Schaumstoff besonders leicht ist.
Isolierung
Die Elektrotechnik nutzt bevorzugt Kunststoffe aufgrund ihrer sehr günstigen Isolierwirkung gegenüber elektrischen Strömen.
Gleichzeitig ist die Herstellung von diesen isolierenden Stoffen sehr günstig.
In der Bauwirtschaft nutzt man bevorzugt Schaumstoffe als Dämmungsmaterial sowie Wärmeisolierung, da diese eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen. Damit verbessern diese die Energiebilanz eines Gebäudes oder einer großtechnischen Anlage.
Korrosion
Da viele Polymere aus chemischer Sicht sehr beständig sind, kann zumeist auf einen Oberfläche schützenden Bezug verzichtet werden.
Diese Beständigkeit erlaubt es der Lebensmittelindustrie unsere Lebensmittel darin zu konservieren.
Nicht verwendbar sind Elastomere und Thermoplasten. Denn erstere quellen in Lösungsmitteln auf und letztere sind teilweise sogar löslich.
Herstellung
Bei der Formgebung sind diese Material keinerlei Grenzen gesetzt.
Schau dich doch mal um. Wie viele Gegenstände kannst du erblicken, die nicht gänzlich oder teilweise aus Polymer bestehen. Vermutlich stellen diese eine Minderheit dar.
So können Form, Oberfläche und Farbe von Kunststoffen in jeder erdenkbaren Variante erzeugt werden.
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