Grundwissen über Kunststoffe

Herkunft von Kunststoff

Kunststoffe heißen im Englischen "Plastics" oder "Plastic", was vom griechischen Wort "plastikos" stammt, was "formen" und "entwickeln" bedeutet.

Der Begriff Kunststoff leitet sich von den Eigenschaften des Materials selbst ab, was "frei formbar" bedeutet.

Klassifizierung von Kunststoffen

1. Klassifizierung nach Anwendungsgebieten

(1) Standardkunststoffe: können nur als Nicht-Strukturmaterialien verwendet werden, mit hoher Produktionsmenge, relativ niedrigem Preis, durchschnittlicher Leistung und vielen Herstellern.

(2) Technische Kunststoffe: können als Strukturmaterialien mit hervorragenden mechanischen, elektrischen, hitzebeständigen, chemikalienbeständigen, maßhaltigen und verarbeitbaren Eigenschaften usw. verwendet werden.

(3) Sie können in allgemeine technische Kunststoffe und Spezialkunststoffe unterteilt werden. Letztere weisen eine höhere Leistung, geringere Produktionsmengen, weniger Hersteller und einen höheren Verkaufspreis auf.

1. Klassifizierung nach den physikalischen und chemischen Eigenschaften von Kunststoffen:

(1) Thermoplaste: Während des Verarbeitungsprozesses ändern sich im Allgemeinen nur das physikalische Volumen. Das heißt, Kunststoffe, die innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs wiederholt erhitzt, erweicht und durch Abkühlen gehärtet werden können. (Üblich: Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, ABS, SAN, Nylon, Polyformaldehyd, Polycarbonat, Polyphenylenether, Polymethacrylat, Polyurethan, Polyethylenterephthalat)

(2) Duroplaste: Während der Verarbeitung finden chemische Veränderungen statt. Beim Erhitzen beginnen sie zu erweichen und weisen einen gewissen Grad an Plastizität auf. Bei weiterer Erhitzung härtet das Harz jedoch aus und formt sich. Wenn sie erneut erhitzt werden, können sie im Allgemeinen nicht mehr umgeformt werden und können nur zerkleinert als Füllstoff verwendet werden.

Thermoplaste werden in teilkristalline und amorphe Kunststoffe unterteilt

• Anwendungen von Kunststoffen: Teilkristalline Kunststoffe: Folien, Waschmaschinen, Zahnräder, Rohre, Schutzhelme, Faserprodukte, Skischuhschalen
• Amorphe Kunststoffe: Fernsehgehäuse, Bürobedarf, Rohre, Platten, Profile, Lüfterflügel und Mobiltelefone
• Duroplaste: Verpackungen, Klebstoffe, Trays, Billardkugeln, Badewannen usw.
• Elastomere: Schaumstoffe, Riemen, Seile, Folien, Bowlingkugeln usw. (Elastomere sind ebenfalls thermoplastische Kunststoffe)
• Kristalline und amorphe Materialien werden aufgrund unterschiedlicher Molekülstrukturen unterschieden.

(1) Teilkristalline Kunststoffe: PA, PP, PE, POM, PBT, PET, PPO;

(2) Amorphe Kunststoffe: PC, ABS, PS, PVC, PMMA.

Teilkristalline Kunststoffe haben einen ausgeprägten Schmelzpunkt und die Moleküle sind im festen Zustand regelmäßig angeordnet. Der regelmäßig angeordnete Bereich wird als kristalliner Bereich bezeichnet, der ungeordnet angeordnete Bereich als amorpher Bereich, und der prozentuale Anteil des kristallinen Bereichs wird als Kristallinität bezeichnet. Im Allgemeinen werden Polymere mit einer Kristallinität von mehr als 80% als teilkristalline Kunststoffe bezeichnet.

Faktoren, die die Kristallisation beeinflussen

(1) Polymerkettenstruktur: Polymere mit guter Symmetrie, keinen oder wenigen Verzweigungen, kleinen Seitengruppen und großen intermolekularen Kräften liegen leicht nah beieinander und neigen zur Kristallisation.

(2) Temperatur: Das Polymer bewegt sich von den ungeordneten Knäueln zur Oberfläche des wachsenden Kristalls. Wenn die Werkzeugtemperatur höher ist, wird die Mobilität des Polymers erhöht und die Kristallisation beschleunigt.

(3) Druck: Wenn während des Abkühlprozesses eine äußere Kraft einwirkt, kann dies ebenfalls die Kristallisation des Polymers fördern. Daher können der Einspritzdruck und der Nachdruck während der Produktion erhöht werden, um die Kristallinität von teilkristallinen Kunststoffen zu steuern.

(4) Nukleierungsmittel: Da niedrige Temperaturen zwar eine schnelle Keimbildung begünstigen, aber das Wachstum der Körner verlangsamen, werden dem Formmaterial Nukleierungsmittel zugesetzt, um diesen Widerspruch aufzuheben, sodass der Kunststoff bei hohen Werkzeugtemperaturen schnell kristallisieren kann.

Auswirkung der Kristallisation auf die Kunststoffeigenschaften

(1) Mechanische Eigenschaften: Kristallisation macht Kunststoffe spröder (geringere Schlagzähigkeit), fester und weniger duktil.

(2) Optische Eigenschaften: Kristallisation macht den Kunststoff undurchsichtig, da an der Grenzfläche zwischen dem kristallinen und dem amorphen Bereich Lichtstreuung auftritt. Eine Verringerung der Größe der Sphärolithe bis zu einem gewissen Grad erhöht nicht nur die Festigkeit des Kunststoffs (Reduzierung von Korngrenzendefekten), sondern verbessert auch die Transparenz (keine Streuung, wenn die Größe der Sphärolithe kleiner als die Wellenlänge des Lichts ist).

(3) Thermische Eigenschaften: Teilkristalline Kunststoffe zeigen beim Temperaturanstieg keinen hochelastischen Zustand. Wenn die Temperatur auf die Schmelztemperatur TM steigt, gehen sie in einen viskosen Fließzustand über. Daher erhöht sich die Einsatztemperatur von teilkristallinen Kunststoffen von Tg (Glasübergangstemperatur) auf TM (Schmelztemperatur).

(4) Lösungsmittelbeständigkeit, Permeabilität usw. werden verbessert, da die Kristallkomponenten dichter angeordnet sind.

Teilkristalline Kunststoffe für Spritzgießmaschinen und Werkzeuge

(5) Teilkristalline Kunststoffe benötigen beim Schmelzen mehr Energie, um das Kristallgitter aufzubrechen, daher muss beim Übergang von fest zu schmelzflüssig mehr Wärme zugeführt werden. Daher muss die Plastifizierkapazität der Spritzgießmaschine groß sein und das maximale Einspritzvolumen muss entsprechend erhöht werden.

(6) Der Schmelzpunktbereich von teilkristallinen Kunststoffen ist schmal. Um zu verhindern, dass der kristalline Kunststoff die Düse verstopft, wenn die Temperatur der Düse sinkt, sollte die Öffnung der Düse entsprechend vergrößert und ein Heizring installiert werden, der die Temperatur der Düse unabhängig steuern kann.

(7) Da die Werkzeugtemperatur einen wichtigen Einfluss auf die Kristallinität hat, sollten so viele Kühlkanäle wie möglich im Werkzeug vorhanden sein, um eine gleichmäßige Werkzeugtemperatur während des Formens zu gewährleisten.

(8) Die Kristallinität unterliegt während des Kristallisationsprozesses einer großen Volumenschrumpfung, was zu einer hohen Formschwindung führt. Daher muss die Formschwindung bei der Werkzeugkonstruktion sorgfältig berücksichtigt werden.

(9) Aufgrund der signifikanten Anisotropie und der hohen Eigenspannungen sollte bei der Werkzeugkonstruktion auf die Position und Größe des Anschnitts sowie auf die Position und Größe der Verstärkungsrippen geachtet werden, da es sonst leicht zu Verzug kommen kann, der durch den Formprozess nur schwer zu korrigieren ist.

(10) Der Kristallinitätsgrad hängt von der Wandstärke des Kunststoffteils ab. Bei dicken Wandstärken erfolgt die Abkühlung langsam, die Kristallinität ist hoch, die Schwindung ist groß und es können leicht Schwindungslunker und Poren auftreten. Daher sollte bei der Werkzeugkonstruktion auf die Kontrolle der Wandstärke des Kunststoffteils geachtet werden.

Formprozess von teilkristallinen Kunststoffen

(1) Die beim Abkühlen freigesetzte Wärme ist groß, daher muss eine vollständige Abkühlung erfolgen. Achten Sie auf die Kontrolle der Kühlzeit beim Formen bei hohen Werkzeugtemperaturen.

(2) Der Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen dem geschmolzenen und dem festen Zustand ist groß, was zu einer starken Formschwindung führt und die Bildung von Schwindungsstellen und Poren begünstigt. Achten Sie auf die Einstellung des Nachdrucks.

(3) Bei niedriger Werkzeugtemperatur erfolgt die Abkühlung schnell, die Kristallinität ist gering, die Schwindung ist klein und die Transparenz ist hoch. Der Kristallinitätsgrad hängt von der Wandstärke des Kunststoffteils ab. Bei einer großen Wandstärke des Kunststoffteils ist die Abkühlung langsam, die Kristallinität hoch, die Schwindung groß und die physikalischen Eigenschaften sind gut. Daher muss die Werkzeugtemperatur bei kristallinen Kunststoffen wie erforderlich kontrolliert werden.

(4) Die Anisotropie ist signifikant und die Eigenspannung ist hoch. Nicht kristallisierte Moleküle neigen dazu, nach der Entformung weiter zu kristallisieren. Sie befinden sich in einem energetischen Ungleichgewicht und neigen zu Verformungen und Verzug. Die Materialtemperatur sollte angemessen erhöht und die Werkzeugtemperatur auf einen mittleren Wert eingestellt werden. Ebenso der Spritzdruck und die Einspritzgeschwindigkeit.

Unterschiede bei der Nachbearbeitung

(1) Die Oberfläche von kristallinem Kunststoff ist glatt und kann nicht lackiert oder verchromt werden. Eine Oberflächenveredelung ist schwierig. Die derzeit aufgetragenen Farben sind nicht langlebig und blättern leicht ab. Beim Sprühen, Bedrucken oder Färben von Verpackungsbeuteln wird beispielsweise im Allgemeinen eine Hochstrom-Elektronenbehandlung eingesetzt, um Farben aufzubringen, doch diese ist nicht dauerhaft und es ist schwierig, einen geeigneten Haftvermittler zu finden.

(2) Die Oberfläche von amorphem Kunststoff kann andere Moleküle aufnehmen, wie z. B. Tinte, Chrombeschichtungen, Sprühlacke usw. Daher werden allgemeine Produktgehäuse, Uhrengehäuse, Fernsehgehäuse usw. aus amorphem Kunststoff hergestellt, da dieser leicht zu dekorieren ist und die Beschichtung nicht leicht abblättert.