Polymer Werkstoffe

Frontmatter

1. Technische Entwicklung – Marktübersicht und Prognose

Zusammenfassung

Polymer-Werkstoffe oder Kunststoffe sind Produkte der Forschung, insbesondere des 20. Jahrhunderts. Bereits Mitte der 20er-Jahre wurden hierzu die wissenschaftlichen Grundlagen gelegt. Kennzeichnend für Polymer-Werkstoffe ist, dass sie organische Werkstoffe sind, zum überwiegenden Teil aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, ein niedriges spezifisches Gewicht haben und verglichen mit Stahl eine im Schnitt um eine Größenordnung niedrigere Festigkeit und um zwei Größenordnungen niedrigere Steifigkeit aufweisen.

Gottfried W. Ehrenstein

2. Allgemeine Charakterisierung der Polymer-Werkstoffe

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden die wichtigsten Eigenschaften und Kennzeichen der Kunststoffe sowie die damit verbundenen Begriffe erläutert, um den größeren Zusammenhang kurz gefasst darzustellen. In späteren Kapiteln werden die in diesem Abschnitt vorgestellten Themen ausführlich behandelt.

Gottfried W. Ehrenstein

3. Aufbau der Polymer- Werkstoffe

Zusammenfassung

Kunststoffe können verschiedene Strukturen bilden, wobei sowohl der Aufbau des einzelnen Makromoleküls als auch die Anordnung der Makromoleküle zueinander relevant sind. Dabei können verschiedene Molekülanordnungen ein- und desselben Kunststoffs z. B. unterschiedlich stark kristalline oder amorphe Strukturen und damit unterschiedliche Formstoffeigenschaften bedingen.

Gottfried W. Ehrenstein

4. Struktur der Polymer-Werkstoffe

Zusammenfassung

Als homogen werden Polymer-Werkstoffe bezeichnet, die makroskopisch an allen Stellen die gleichen Eigenschaften haben, d. h. Unterschiede in den Eigenschaften, auch bedingt durch verschiedene Makromolekülarten, sind makroskopisch nicht feststellbar. Es bedeutet nicht, dass nur ein Aggregatzustand, fest, gummielastisch oder schmelzeförmig, vorliegen darf. Die Makromoleküle eines Thermoplasten können gleichzeitig im festen Zustand als Kristallilte und im zähflüssigen (gummielastischen) bzw.

Gottfried W. Ehrenstein

5. Thermisch- Mechanische Zustandsbereiche

Zusammenfassung

Zur Kennzeichnung des mechanischen Verhaltens eines Materials in Abhängigkeit von der Temperatur benutzt man gerne eine sinusförmige Schwingungsbeanspruchung. Die geringe, weit unter der üblichen Beanspruchung liegende aufgebrachte mechanische Beanspruchung, d. h. die Spannung oder Deformation, hat ein entsprechendes Antwortsignal, die Deformation bzw. Spannung zur Folge, das hinsichtlich Amplitude und Phasenverschiebung ausgewertet wird.

Gottfried W. Ehrenstein

6. Mechanisches Verhalten

Zusammenfassung

Die Eigenschaften der Kunststoffe hängen in viel größerem Maße von der Temperatur, der Zeit, der Höhe und der Art der Belastung, UV-Strahlen und Chemikalien ab, als dies von den Metallen her bekannt ist. Da die Elastizitätsmoduln der Kunststoffe etwa zwei Größenordnungen niedriger sind als die der Metalle, die Festigkeiten aber nur etwa eine Größenordnung, ist der Konstrukteur in viel stärkerem Maße gezwungen, zusätzlich zur Festigkeitsrechnung auch eine Verformungsbetrachtung durchzuführen. Zur Spannungs- und Verformungsanalyse stehen dem Ingenieur die Formeln der Elastizitätstheorie zur Verfügung.

Gottfried W. Ehrenstein

7. Alterung und Stabilisierung

Zusammenfassung

Unter Alterung (E: ageing) versteht man die Gesamtheit aller im Laufe der Zeit in einem Material irreversibel ablaufenden chemischen und physikalischen Vorgänge (DIN 50035, Teil 1) [124]. Sind die Umweltbedingungen, wie erhöhte Temperaturen, Chemikalien und mechanische Belastungen bekannt, kann für Prüfzwecke eine verstärkte Einwirkung eines Faktors sinnvoll sein, um eine Zeitraffung zu erreichen. Diese Zeitraffung dient vor allem dem Materialvergleich und lässt normalerweise keine direkte Extrapolation auf ein Langzeitverhalten unter entsprechend schwächerem Angriff zu.

Gottfried W. Ehrenstein

8. Kurzübersicht einiger Kunststoffe

Zusammenfassung

Die Eigenschaften der Kunststoffe können gezielt durch Variationen beim Aufbau durch unterschiedliches Molekulargewicht, Kristallisation, Copolymerisation, Verstärkung, Stabilisierung usw. beeinflusst werden. Ebenso hat die Verarbeitung einen größeren Einfluss als bei anderen konventionellen Werkstoffen. Die hier angegebenen Eigenschaften und Kennwerte beziehen sich daher etwas verallgemeinert auf Standardmaterialien mit Betonung der anwendungstechnischen Sicht.

Gottfried W. Ehrenstein

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