Arbeiten mit Kunststoffen: Band 1: Aufbau und Eigenschaften

1. Geschichte und Wirtschaft.- 1.1. Einleitung.- 1.2. Kunststoffe in der Vorkunststoffzeit.- 1.2.1. Cellulose-Kunststoffe aus der Papier-Herstellung.- 1.2.2. Die technische Kautschukanwendung durch die Vulkanisation.- 1.3. Synthetisch hergestellte Kunststoffe.- 1.3.1. Phenolharz von L. H. Baekeland.- 1.3.2. Kunstkautschuk von F. Hoffmann.- 1.3.3. Andere Entwicklungen.- 1.4. Entdeckung des Kunststoffaufbaus durch H. Staudinger.- 1.5. Der Durchbruch zum Massenwerkstoff.- 1.5.1. Polyvinylchlorid (PVC) als erster Massenkunststoff.- 1.5.2. Aufbau einer Kunststoffpalette.- 1.5.3. Heutige Situation.- 1.6. Kunststofferzeugung.- 1.6.1. Mengenentwicklung im Vergleich zu anderen Werkstoffen.- 1.6.2. Die Petrochemie als die heutige Rohstoffbasis.- 1.6.3. Wiedergewinnung und -verwertung von Kunststoffen.- 1.7. Kostensituation.- 1.7.1. Zusammensetzung des Produktpreises.- 1.7.2. Volumen-und gewichtsbezogene Preise.- 1.8. Anwendung.- 1.8.1. Kunststoffgerechter Einsatz.- 1.8.2. Einsatz in den einzelnen industriellen Bereichen.- 1.9. Ausblick.- 2. Der Aufbau der Kunststoffe.- 2.1. Einleitung.- 2.2. Kohlenstoff-Atome sind die Hauptbausteine der Kunststoffe.- 2.2.1. Chemische Grundlagen.- 2.2.2. Werkstoffe aus monomeren und polymeren Molekülen.- 2.3. Makromoleküle ermöglichen den plastischen Zustand.- 2.3.1. Aufbau und Herstellung der Makromoleküle.- 2.3.2. Überblick über Stoffzustände polymerer Moleküle.- 2.3.3. Der plastische Zustand im Rahmen des Kunststoffverhaltens.- 2.4. Die Kunststoffgruppen.- 2.4.1. Plastomere (Thermoplaste).- 2.4.2. Elastomere.- 2.4.3. Duromere (Duroplaste).- 2.4.4. Zusammenfassender Überblick der Kunststoffgruppen.- 2.5. Entstehung und Aufbau der kristallinen Bereiche.- 2.5.1. Beweglichkeit der Makromoleküle.- 2.5.2. Kristalline Bereiche.- 2.5.3. Die amorphen Bereiche.- 2.6. Aufbaumöglichkeit im Makrobereich.- 2.6.1. Homogener Kunststoff.- 2.6.2. Schaumkunststoffe.- 2.6.3. Verstärkte und gefüllte Kunststoffe.- 2.6.4. Flächenhafter Verbund.- 2.6.5. Vergleich der Makroaufbauarten.- 2.7. Werkstoffauswahl ist Auswahl des Kunststoffes und seines Aufbaus.- 2.8. Die chemische Stoffbezeichnung charakterisiert Einzelkunststoffe bzw. die Kunststoffart.- 2.8.1. Handelsnamen als Bezeichnungen.- 2.8.2. Chemische Stoffbezeichnungen.- 2.9. Zusammenfassung und Ausblick.- 3. Kunststoffzusammenhalt.- 3.1. Einleitung.- 3.2. Die Zusammenhaltskräfte bei Kunststoffen.- 3.2.1. Chemische Bindungskräfte.- 3.2.2. Elektrische Bindungskräfte.- 3.2.3. Van-der-Waalssche Bindung.- 3.2.4. Zusammenwirken der einzelnen Zusammenhaltsmechanismen.- 3.3. Der plastische Zustand und seine Beschreibung.- 3.3.1. Unterschied zwischen einer flüssigen und plastischen Phase.- 3.3.2. Makromolekülgröße und Viskosität.- 3.3.3. Schmelzindex.- 3.3.4. Strukturviskosität.- 3.3.5. Folgerungen aus dem strukturviskosen Verhalten.- 3.4. Übergänge zwischen plastischen und festen Zuständen.- 3.4.1. Kristallisieren und Einfrieren der plastischen Phase.- 3.4.2. Theoretische Behandlung mit dem Enthalpiesatz.- 3.4.3. Erklärung der Überlagerung von Kristallisation und Einfrieren.- 3.4.4. Zersetzung bei zu hoher Erwärmung.- 3.5. Entropieelastizität der Kunststoffe.- 3.5.1. Vergleich von Energie-und Entropieelastizität.- 3.5.2. Überlagerung von Energie- und Entropieelastizität.- 3.5.3. Elektrizitätsmoduln und reversible Verformbarkeit.- 3.6. Änderung der Eigenschaften und Eigenschaftskombinationen durch Änderung des Zusammenhalts.- 3.6.1. Variation in der chemischen Zusammensetzung.- 3.6.2. Variation mit kristallinen Anteilen.- 3.6.3. Füllung und Verstärkung.- 3.6.4. Reckung und Verstreckung.- 3.6.5. Zusammenhang mit den verschiedenen Makroaufbauarten.- 3.7. Quellung, Lösung, Dispersion und Weichmachung.- 3.7.1. Quellung und Lösung.- 3.7.2. Filmbildung und Weichmachung.- 3.7.3. Dispersion.- 3.8. Zusammenhalt an Grenzflächen, das Kleben.- 3.8.1. Haftverbindung.- 3.8.2. Chemische Grenzflächenverbindung.- 3.9. Grenzen des Zusammenhalts, das Versagen.- 3.9.1. Abhängigkeit von der Belastungszeit.- 3.9.2. Einwirkungen, welche den Zusammenhalt vermindern.- 3.9.3. Temperaturabhängigkeit.- 3.9.4. Versagensmechanismen in Abhängigkeit vom Aufbau.- 3.10. Ausblick.- 4. Kunststoffbestimmung mit einfachen Mitteln.- 4.1. Einleitung.- 4.2. Allgemeine Vorgehensweise.- 4.3. Verarbeitungsmerkmale und Hinweise auf die Art des Teils.- 4.4. Kunststofferkennung aufgrund des Makroaufbaus.- 4.5. Härte, Griff und optisches Aussehen.- 4.6. Verbrennungs- und Erwärmungstest.- 4.7. Weitere Bestimmungsmethoden.- 4.8. Ausblick.- 5. Mechanische Eigenschaften.- 5.1. Einleitung.- 5.2. Abhängigkeit der Eigenschaften vom Kunststoffaufbau am Beispiel der Dichte.- 5.3. Einachsige mechanische Beanspruchungen.- 5.3.1. Zugfestigkeiten.- 5.3.2. Das Superpositionsgesetz für verstärkte und gefüllte Kunststoffe.- 5.3.3. Druckfestigkeit.- 5.3.4. Oberflächenhärte.- 5.3.5. Vergleich von Zug- und Druckfestigkeit.- 5.4. Verformungsverhalten.- 5.4.1. Verformungen im elastischen Bereich.- 5.4.2. Spannungsdehnungskurven.- 5.5. Abhängigkeit von der Beanspruchungszeit. Zeitstandverhalten.- 5.5.1. Zugfestigkeit in Abhängigkeit von der Belastungszeit.- 5.5.2. Spannungsdehnungskurven in Abhängigkeit von der Belastungszeit.- 5.5.3. Zeitstandfestigkeit, Kriech- und Entspannungskurven.- 5.5.4. Anwendung der Zeitstandfestigkeit.- 5.6. Schwingungsbeanspruchung.- 5.7. Gleitverhalten als Grundlage wartungsfreier Lager-und Gleitelemente.- 5.8. Festigkeitsminderung durch innere Spannungen und Kerbstellen.- 5.8.1. Innere Spannungen und Memory-Effekt.- 5.8.2. Schlagprüfungen an gekerbten Proben, Kerbwirkung.- 5.8.3. Kerbwirkungsmechanismus.- 5.8.4. Folgerungen für die Gestaltung.- 5.9. Ausblick.- 6. Wärmetechnische Eigenschaften.- 6.1. Einleitung.- 6.2. Wärmeausdehnung.- 6.2.1. Wärmeausdehnung im Vergleich.- 6.2.2. Berücksichtigung der Wärmeausdehnung bei der Anwendung.- 6.2.3. Schwindung bei der Verarbeitung.- 6.3. Wärmekapazität.- 6.4. Wärmeleitungseigenschaften.- 6.4.1. Wärmeleitfähigkeit.- 6.4.2. Auswirkungen beim Erwärmen und Abkühlen.- 6.4.3. Anwendungen als Wärmeisolator.- 6.5. Temperaturabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften.- 6.5.1. Temperaturabhängigkeit der Zugfestigkeit.- 6.5.2. Elastische und plastische Dehnungen.- 6.5.3. Schubmodulkurven beschreiben wärmetechnisches Verhalten.- 6.6. Die Anwendungstemperaturbereiche.- 6.6.1. Einfluß von Art und Aufbau.- 6.6.2. Das Beanspruchungskollektiv bestimmt die Anwendungstemperaturbereiche.- 6.6.3. Formbeständigkeit in Abhängigkeit von der Gestalt der Teile.- 6.6.4. Heute übliche Anwendungstemperaturbereiche.- 6.7. Ausblick.- 7. Optische, elektrische und akustische Eigenschaften.- 7.1. Einleitung.- 7.2. Aussehen und Farbton.- 7.2.1. Masseeinfärbung.- 7.2.2. Oberflächenbeschichtungen.- 7.2.3. Bedrucken und Beschriften.- 7.3. Organische Gläser und ihre Eigenschaften.- 7.3.1. Überblick über die organischen Gläser.- 7.3.2. Eigenschaften.- 7.3.3. Lichtdurchlässigkeit.- 7.3.4. Lichtbrechung als Grundlage optischer Systeme.- 7.4. Kunststoffe als mehrfunktionale, optimale elektrische Isolierstoffe.- 7.4.1. Elektrischer Durchgangswiderstand und Durchschlagfestigkeit.- 7.4.2. Zusätzliche Funktionen der elektrischen Isolierstoffe.- 7.4.3. Halbleitende Spezialkunststoffe.- 7.5. Dielektrische Verluste und Dielektrizitätszahl.- 7.5.1. Wechselstromverlust bewirkt dielektrische Erwärmung.- 7.5.2. Hohes Speichervermögen ist Grundlage von Kondensatoren.- 7.5.3. Miniaturisierung und Funktionsintegrierung.- 7.6. Elektrostatische Aufladung von Kunststoffoberflächen.- 7.6.1. Elektrostatische Spannungsreihe.- 7.6.2. Hauptanwendungsgebiete der elektrostatischen Aufladung.- 7.6.3. Verhinderung der Verschmutzung der Oberflächen durch Aufladung.- 7.7. Akustik der Kunststoffe.- 7.7.1. Schall und Schallgeschwindigkeit.- 7.7.2. Schallanregbarkeit und Schallgabe.- 7.8. Schallschutz und Geräuschminderung als Zukunftsgebiete.- 7.8.1. Beseitigung von Lärmquellen ist einfachster Schallschutz.- 7.8.2. Schalldämmung mit Kunststoffen benötigt wenig Aufwand.- 7.9. Ausblick.- 8. Chemische Eigenschaften.- 8.1. Einleitung.- 8.2. Verhalten gegen gasförmige Stoffe.- 8.2.1. Gasdurchlässigkeit aufgrund der Diffusion.- 8.2.2. Atmende Stoffe gestatten Luftkonvektion.- 8.2.3. Schädigung durch gasförmige Stoffe.- 8.3. Verhalten gegen Flüssigkeiten.- 8.3.1. Beständigkeit gegen Chemikalien und Lösungsmittel.- 8.3.2. Beständigkeit gegen Wasser und Feuchtigkeit.- 8.3.3. Löslichkeiten der Kunststoffe.- 8.3.4. Geruchsprobleme bei Kunststoffteilen.- 8.4. Verhalten gegen feste Stoffe.- 8.5. Chemischer Abbau und seine Wirkungen.- 8.5.1. Mechanismus des chemischen Abbaus.- 8.5.2. Abbau unter mechanischer Belastung.- 8.5.3. Strahlungseinwirkung.- 8.5.4. Gezielter chemischer Abbau und Regenerierung.- 8.6. Alterung als Zusammenfassung aller Einflüsse während der Anwendung.- 8.6.1. Begriff und Untersuchung der Alterung.- 8.6.2. Möglichkeiten der Beeinflussung der Alterung.- 8.6.3. Vergleich der Alterung bei Kunststoffen und Metallen.- 8.7. Brandverhalten.- 8.7.1. Nur zwei Kunststoffe sind völlig unbrennbar.- 8.7.2. Charakterisierung des Brennverhaltens bezieht sich auf das Gesamtteil.- 8.7.3. Vorteile der Brennbarkeit.- 8.8. Tierbefraß.- 8.9. Ausblick.- 9. Kunststoffeigenschaften beim Einsatz.- 9.1. Einleitung.- 9.2. Komplexität der Kunststoffeigenschaften.- 9.2.1. Schwankungen bei Herstellung und Verarbeitung bringen Streuungen in den Eigenschaften.- 9.2.2. Variation des sekundären chemischen Aufbaus führt zu gerichteten Eigenschaftsänderungen.- 9.2.3. Einflüsse der Variation in den Arten des Makroaufbaus.- 9.2.4. Stärkere Abhängigkeit von den äußeren Bedingungen.- 9.2.5. Heutige und zukünftige Erfassung der Kunststoffeigenschaften.- 9.3. Einordnung der Kunststoffe in die Werkstoffpalette.- 9.4. Weg zum Kunststoffeinsatz.- 9.4.1. Methodik des Vorgehens.- 9.4.2. Rentiert sich größerer Planungsaufwand?.- 9.4.3. Festlegung und Beurteilung des Eigenschaftsbildes.- 9.4.4. Abhängigkeit von Verarbeitung und Gestalt.- 9.5. Gestaltung und Fertigung von Kuststoffteilen.- 9.6. Ausblick.- Kunststoff-Überblick: Kunststoffarten, Kunststoffe, Handelsnamen und Lieferformen.- Bibliographie.