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PWK > Chap. 1 > Flashcards

Chap. 1 Flashcards

Bedeutung & Entwicklung von Polymerwerkstoffen

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)
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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
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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)

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Q

PE

A

Teilkristallin

Polymerisation

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5
Q

PVC

A

amorph

Polymerisation

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6
Q

PP

A

Teilkristallin

Polymerisation

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7
Q

PS

A

Polystyrol
TP, amorph
Polymerisation

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8
Q

PA

+ Handelsname

A

Teilkristallin

Handelsname:
PA 6.6 Nylon
PA 6 Perlon

Polykondensation

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9
Q

PMMA

A

Polymethylmethycrylat
amorph

Handelsname: Plexiglas

Polymerisation

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10
Q

PET

A

Polyethylenterephthalat
Teilkristallin

Polykondensation

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11
Q

PBT

A

Polybutylenterephthalat
TK

Polykondensation

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12
Q

PC

A

Amorph

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13
Q

POM

A

Polyoxymethylen
TK

Polymerisate

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14
Q

PSU

A

Polysulfon

Amorph

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15
Q

PTFE

A

Polytetrafluorethylen
TK

Polymerisate

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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
Q

Silicone

A

Duromere

26
Q

Epochen der technischen Entwicklung

Epoche I

A

Naturwerkstoffe

Z. B. Holz, Naturfasern, (Natur-) Gummi, etc.

27
Q

Epochen der technischen Entwicklung

Epoche II

A 
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
Q

Epochen der technischen Entwicklung

Epoche III

A 
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
Q

III. Epoche
(1900-1960)
- Rohstoffquellen

A
  • 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
Q

IV. Epoche

5

A

(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
Q

V Epoche

A

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
Q

Naturfaserverstärkte KS

Bsp.

A
  • 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
Q

Was kann man allgem. über die KS Produktion in Europa und weltweit sagen?

A
  • 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
Q

Aufteilung der KS Typen, Verbrauch Europa 2019

A

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
Q

Kunststoffverbrauch nach Anwendung, Europa 2019

A

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
Q

Kunststoff-Recylingtrends

Europa 2018

A

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
Q

Künftige Entwicklungstendenzen

und ehemalige (seit 1920)

A

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
Q

Warum entwickelt man multifunktionale Kunststoffe?

A

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
Q

Erfolgsfaktoren der Kunststoffe

A
  • 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

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