Chap. 1 Flashcards
Bedeutung & Entwicklung von Polymerwerkstoffen (39 cards)
1
Q
Was sind Kunststoffe?
(Grundlegende Charakteristik und Definition)
(5)
A
- Organische Werkstoffe (aus C & H)
- Makromolekulare Materialien -> Polymere
- durch Synthese entstanden (ganz oder teils)
- geringes spezifisches Gewicht
- Mech. Eigenschaften (Vergleich Stahl)
- Geringere Festigkeit (Größenordnung 1)
- Geringere Steifigkeit (Größenordnung 2)
2
Q
Was sind Kunststoff im weiteren Sinne?
(Grundlegende Charakteristik und Definition)
(3)
A
- Gummiwerkstoffe (E: rubber)
(spezifische Verarbeitbarkeit, gummielastisches Verformungsverhalten) - Faserkunststoffe (Synthetic Fiber)
spez. anwendungstechnische Ausrichtung - Hilfsstoffe (additive)
Meist als Dispersion oder Lsg
Z. B. Klebstoff, Lacke, Veredelung Papier, Textilien, Leder
3
Q
Wie unterscheiden sich Thermoplaste und Duromere?
+ (3 Bsp. jeweils)
A
* Thermoplaste (thermoplastics) Unvernetzt (melted, hardened when cooled, reversible) Bei RT hart, erweichen bei Erwärmung bis zu plastisch, leicht verformbaren Zustand - teilkristallin PE PP PA - amorph PVC PS PMMA
- Duromere (Thermosets)
(chem. change when heated, creating 3-D network)
PUR
Epoxy resin (Epoxidharz)
Silicone
+ Elastomere (weitmaschig vernetzt)
4
Q
PE
A
Teilkristallin
Polymerisation
5
Q
PVC
A
amorph
Polymerisation
6
Q
PP
A
Teilkristallin
Polymerisation
7
Q
PS
A
Polystyrol
TP, amorph
Polymerisation
8
Q
PA
+ Handelsname
A
Teilkristallin
Handelsname:
PA 6.6 Nylon
PA 6 Perlon
Polykondensation
9
Q
PMMA
A
Polymethylmethycrylat
amorph
Handelsname: Plexiglas
Polymerisation
10
Q
PET
A
Polyethylenterephthalat
Teilkristallin
Polykondensation
11
Q
PBT
A
Polybutylenterephthalat
TK
Polykondensation
12
Q
PC
A
Amorph
13
Q
POM
A
Polyoxymethylen
TK
Polymerisate
14
Q
PSU
A
Polysulfon
Amorph
15
Q
PTFE
A
Polytetrafluorethylen
TK
Polymerisate
16
Q
PEI
A
Polyetherimid
amorph
17
Q
PPS
A
Polyphenylensulfid
TK
18
Q
PES
A
Polyethersulfon
Amorph
19
Q
PEEK
A
Polyetheretherketon
TK
20
Q
PUR
A
Duromer (Thermosets)
Polyaddukt
21
Q
Unsaturated polyester
A
Ungesättigte Polyester
Duromer
22
Q
Epoxy resin
A
Duroplast
Polyaddukte
23
Q
Melamine resin
A
Melamineharz
Duromer
Polykondensation
24
Q
Vinyl ester
A
Duromere
25
Silicone
Duromere
26
Epochen der technischen Entwicklung
| Epoche I
Naturwerkstoffe
Z. B. Holz, Naturfasern, (Natur-) Gummi, etc.
27
Epochen der technischen Entwicklung
| Epoche II
```
Abgewandelte Naturprodukte
(durch Modifizierung von)
```
* Proteine
erste KS mit Basis Milch-Casein (Seidel 1530),
Galalith (Kunsthorn) aus Milch-Casein,
Formaldehyd (Kirsche u. Spitteler, 1900)
* Naturkautschuk
Gummi: schwefelvulkanisierter Naturkautschuk (Goodyear, 1839)
Ebonit: Hartgummidurch Schwefelvernetzung - erster Duroplast
*Cellulose
Modifizierung von Cellulosenitrat
Parkesin (Parkes, 1860) - erster TP
Celluloid (Hyatt, 1870) - erste industrielle Verwendung eines Cellulose-KS
28
Epochen der technischen Entwicklung
| Epoche III
```
Synthetische Polymere 1
* Standardkunststoffe (commodity plastics)
in großen Mengen erzeugt und verarbeitet
- PE
- PP
- PVC
- PS
```
```
*Technische Kunststoffe
im Vergleich höheres mech., therm. und el. Eigenschaftsniveau
- PA
- POM
- PC
- PET
- PBT
- ABS, SAN (Syrolcopolymerisate)
- PMMA
```
29
III. Epoche
(1900-1960)
- Rohstoffquellen
* Primäre Rohstoffquellen (ab 1950)
Erdöl, Erdgas
* Künftige Rohstoffquellen
Recycelte Öle, Sekundärkunststoffe, Biomasse, CO2
```
(Davor:
Kohle + Kalk (Acetylen) 1910
Kohlegas, Teer (Phenol, Formaldehyd) 1890
Cellulose 1860
Naturkautschuk 1840)
```
30
IV. Epoche
| 5
(Seit 1960)
Synthetische Polymere 2
* Molekulararchitektur
gezielter chem. Aufbau der Makromolekulare z. B. Anordnung von Seitenketten in Bezug auf Hauptkette (Stereoregularität), bimodale Molmassenverteilung
* Spezialkunststoffe
-> aus "neuen" Monomeren
Hochtemp. Thermoplaste, Gebrauchstemp. (140° - 250°)
z. B. PEEK, PPS, PSU, PES, PEI
* Flüssigkristalline Polymere (LCP's)
Orientierungsfernordnung der Moleküle in Lsg oder Schmelze
* Polymerlegierungen (Polymer alloys)
Polymermischungen (Polymer blends) oder Copolymere: unterschiedliche Monomerbausteine in den Makromolekülen chem. gebunden
* Polymere Funktionalwerkstoffe
Stoffliche und/oder energetische Transfereigenschaften
- Selektive Sorptions- und Diffusionvorgänge, z. B.:
Barrierewerkstoffe im Verpackungssektor
senupermeable Membrane (Medizinrechnik Brennstoffzellen, etc.)
-Energetische Transportphänomene, Z. B.
KS für opake und transparente Wärmedämmstoffe
Polymere Lichtleiter
El. leitfähige KS
(Polymerelektroden f. Batterien Solarzellen, etc.)
31
V Epoche
Polymethylmethycrylat ist eine Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen
(seit 2000)
* biologisch abbaubar
- Stärkepolymere: meist Blends mit biologisch abbaubaren KS f. Agrar- & Verpackungsfolien, Einweggeschirr, etc.
- Polymilchsäure (polyactic acid, PLA):
medizinische Anwendungen, Bsp. resorbierbares Nahtmaterial
* nicht biologisch abbaubar
- Naturfaserverstärkte KS (meist Cellulose: Flachs, Hanf, Holz in konventioneller KS Matrix)
32
Naturfaserverstärkte KS
| Bsp.
* Wood Plastik composites (WPC) aus:
Holzfasern /-Mehl (50 - 90%)
+ KSmatrix (PP, PE, etc)
+ Additive (Haftvermittler, Gleitmittel, Brandschutz, Witterungsschutz, Farbe, etc.)
* Automobilbereich
Gewebe & Matten aus Naturfasern (Kombi mit KS) f. flächige Bauteile
33
Was kann man allgem. über die KS Produktion in Europa und weltweit sagen?
* In den letzten 70 Jahren kont. gewachsen
* Weltweit: von 1,5 Mio. t (1950) auf ca. 368 Mio. t (2019)
* (Europa: 2019: 58 Mio. t)
* Krisen hinterlassen "Dellen"
* Durchschnittlich, global, letzte 10 Jahre: 4% gewachsen
* In Europa, stagnieren bzw leicht rückläufig in letzten 10 Jahren
* KSmarkt verschiebt sich Richtung Asien (51%), so auch Kunststoffproduktion
(China ca. 31%, NAFTA 19%, EU 16%)
34
Aufteilung der KS Typen, Verbrauch Europa 2019
Rangfolge: PE > PP > PVC
Verhältnis ca gleich seit 10 Jahren
PP (19,4%)
(Lebensmittelverpackung, Verpackung von: Süßigkeiten, Snacks; Rohre)
PE-LD (17,4%)
(Lebensmittelverpackung, wiederverwendbar Beutel, Tablett)
PE- HD (12,4%)
(Rohre, Spielzeug, Shampoo/ Milch Flaschen)
-----ca. 50%-----------
PVC (10%)
(Rohre, Profile, Fensterrahmen, aufblasbare Pools)
35
Kunststoffverbrauch nach Anwendung, Europa 2019
Verpackung am meisten (ca. 40%)
(sonstiges: Haushaltswaren, Möbel, Medizin, Sport- & Spielwaren (20,8%))
Baubereich (20,4%)
Automobil (9,6%)
Elektro, - nik (6,2%)
Letzten Jahre sehr gleichmäßig, nur Automobil +8%
36
Kunststoff-Recylingtrends
| Europa 2018
29.1 Mio t Kunststoff gesammelt
42,5 % Energetisch verwertet (seit 2016 +5%)
32,5 % Recyled (81% in da EU) (seit 2016 +6%)
25% Deponie (seit 2016 - 1%)
KS-Müll Export - 39% zwischen 2016 und 2018
37
Künftige Entwicklungstendenzen
| und ehemalige (seit 1920)
Neue Monomere: Peak zwischen 1940 und 1960
Flacht extrem ab bis 2000
aus bekannten Monomeren bzw. Polymeren:
Steigt sei ca. 1940
mit Funktionalen Polymeren, Polymeren aus NWR, Biologischabbaubaren Polymeren, immer noch auf einem Hoch
Bsp. HDPE, GFK, PVC/ABS, POM/PUR
38
Warum entwickelt man multifunktionale Kunststoffe?
Ein neuartiger, multifunktionaler KS entsteht aus
* Strukturwerkstoffe
(f. lastragende Bauteile) -> Mech. Eigenschaften
* Funktionalwerkstoffe
(f. stoff- und/oder Energietransport) -> therm., El., poetische und Barriere- Eigenschaften
39
Erfolgsfaktoren der Kunststoffe
* Vielfältige Eigenschaften
KS-Eigenschaften sehr variabel, f. einzelne Problem(Lösungen) maßgeschneidert
* Flexible Verarbeitbarkeit
von der Einzelfertigung bis zur Massenproduktion, exzellente Automatisierbarkeit
* Flexible Formgebung
Komplexe Bauteilformen möglich mit hohem Potential zur Bauteilintegration
* Hohe Wirtschaftlichkeit
durch ressourcenschonende Herstellung, Verarbeitung und Anwendung
* KSspezifische Anwendungsbereiche
oft keine ökonomisch oder - logischen Alternativen
* Hohes Innovationspotential
v. a. bez. der werkstoffspezifischen Entwicklungsmöglichkeiten
