(WT1-16) – Polymerwerkstoffe

Inhaltsverzeichnis

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, Polymere
Kunststoff, Polymere

 


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

 

Merk's dir!
Merk's dir!

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.

Kunststoffe - Arten
Kunststoffe – Arten

 

 

Im nächsten Video findest du noch mal eine Zusammenfassung des Kurstextes und zusätzliche Informationen zum Thema


Lernclip
Herstellung von Kunststoffe
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Ziele der Polymer-Forschung


Neben der Entwicklung neuer Sorten, nimmt die Veredlung bekannter Kunststoffvarianten und Verbunde von Kunststoffen einen zunehmend wichtigen Platz ein.

 

Kunststoffprodukte - Serienproduktion
Kunststoffprodukte – Serienproduktion

 

So versuchen Forscher die Dichte immer weiter zu reduzieren und dabei die hohe Korrosionsbeständigkeit und kennzeichnenden Eigenschaften voll auszunutzen.

 

undefiniert
Ein mal ersetzen bitte...

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.

 

undefiniert
Wer relaxt hier?...:

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

 \boxed{ 0,7-2,3 \frac{g}{cm^2} }  – 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.

 

 

undefiniert
Kaum zu glauben

Aufgeschäumte Polymere also Schaumstoffe besitzen gerade mal eine Dichte von

 \boxed{ 0,2 \frac{g}{cm^2} }  –  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.

 

Verpackungsmaterial
Verpackungsmaterial

 

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.

 

 



wie gehts weiter
Wie geht's weiter?

Nachdem wir jetzt ausführlich über die Eigenschaften gesprochen haben, möchten wir im kommenden Kurstext die Polyreaktion mit dir erläutern.

 

Trainingsbereich

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