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Was wissen Sie zur Historie von Duroplasten?
- erste wirtschaftlich nutzbaren Kunststoffe
- 1907 durch L.H. Baekeland entdeckt
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Beschreiben Sie die Unterschiede von Duroplasten zu Thermoplasten hinsichtlich ihren Eigenschaften.
- engmaschige Vernetzung von Makromolekülen (TP: lange Molekülketten)
- nicht schmelzbar, nicht quellbar, nicht löslich (TP: schmelzbar, quellbar, löslich)
- verzweigter Aufbau (teilkristalliner/amorpher verschlaufter Aufbau)
- chemische Bindungen (TP: Nebenvalenzbindungen)
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Erläutern Sie die Unterschiede bei der Bildung der Moleküle von Thermoplasten und Duroplasten.
- TP: zwei reaktionsfähige Atomgruppen am Monomer -> Bildung langer unvernetzter Molekülketten
- DP: ein Ausgangsstoff hat mindestens drei reaktive Enden (trifunktionelle Monomere) -> Bildung eines dreidimensionalen Molekülnetzes
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Erläutern Sie die Viskositätsverläufe eines Thermoplast und Duroplast in Abhängigkeit der Temperatur/Zeit.
 - TP: reversibler physikalischer Schmelz- und Erstarrungsvorgang
- DP: Irreversibler chemischer Prozess
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Zeichnen Sie die Festigkeitskurven für ein amorphen/teilkristallinen Thermoplast und ein Duroplast über der Temperatur.
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Zeichnen Sie ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm für einige ausgewählte Thermoplaste und Duroplaste.
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Wie kann man Duroplaste einteilen?
- Grundsätzlich werden Duroplastische Werkstoffe nach der Art ihrer Ausgangsstoffe unterschieden:
- Phenolharze (PF)
- Aminoplaste: Harnstoff-Formaldehydharze (UF), Melamin-Formaldehydharze (MF)
- Epoxidharze (EP)
- Vernetzte Polyurethane (PUR)
- Ungesättigte Polyester (UP)
- Acrylharze
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Was sind die Nachteile von Duroplasten im Vergleich mit Thermoplasten?
- hart und spröde (wenig duktil)
- nicht aufschmelzbar bzw. verformbar oder schweißbar
- Vorkondensate haben begrenzte Haltbarkeit
- kleines Verarbeitungsfenster
- zeitaufwendige Verarbeitung (chem. Prozess)
- oftmals Nacharbeit (Entgraten) notwendig
- eingeschränkt recyclebar
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Da die meisten Duroplaste in ihrer Grundform sehr hart und spröde sind, lassen sich ihre Eigenschaften durch eine Vielzahl von Füll- und Verstärkungsstoffen variieren. Welche können das sein?
- Anorganische Stoffe, z.B. Gesteinsmehl, Kreide
- Holzmehl
- Zellstoff, z.B. Papierfasern
- Textilien, z.B. Baumwollfasern, Kunstseide
- Glas-, Kohlenstoff- oder Aramidfasern
- Ruß
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Bei der Kondensation von Phenol und Formaldehyd zu Phenolharz (PF) enstehen ja nach Reaktionsbindungen zwei Produktklassen, die sich in ihrer Struktur deutlich unterscheiden. Welche sind das?
- Novolake: entstehen durch Säurekatalyse
- Resole: entstehen durch Basenkatalyse
- Die Eigenschaften der aus Novolaken und Resolen gebildeten Duroplaste unterscheiden sich praktisch nicht
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Was sind die Eigenschaften von Phenolharz (PF) aus Novolaken und wozu werden sie verwendet?
- Eigenschaften:
- deutlich schwerer brennbar als Thermoplaste
- gut beständig gegen Glut
- gut beständig gegen Lösemittel, neutrale und schwach basische und saure Salze
- unbeständig gegen starke Säuren und Laugen
- gelblich bis braune Eigenfarbe
- Füllstoffe:
- Holzmehl
- Cellulosepulver
- Kautschuk
- Gesteinsmehl
- Glasfasern
- Verwendung:
- viele Anwendungen in der Elektrotechnik
- Gießereisande
- Novolak-Gummi-Gemisch z.B. für Autoreifen
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Wozu werden Phenolharze (PF) aus Resolen eingesetzt?
- wasserlösliche Resole werden als Leim für Holz und Holzspäne und als Bindemittel für Fasern oder körniges Material eingesetzt
- alkalische Resol-Lösungen werden für die Herstellung von Spanplatten verwendet
- die Imprägnierung von Papier mit nachfolgender thermischer Vernetzung liefert hochwertige Schichtpressstoffe, die als Isolier- und Konstruktionsmaterial Verwendung finden
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Was sind die Eigenschaften von Harnstoff-Formaldehyd-Harzen (UF)?
- mechanisch stabil
- sehr lichtecht
- schwer brennbar
- geruch- und geschmacklos
- gute Oberflächenhärte und Glanz
- unbeständig gegen starke Säuren und Laugen
- beständig gegen schwache Säuren und Laugen, Lösemittel, Öle und Fette
- geringere Maßhaltigkeit als Phenolharze
- neigt zur Spannungsrissbildung
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Wozu werden UF verwendet?
- Herstellung von:
- Lackharzen
- Gießereiharzen
- Schaumstoffen
- Klebstoffen etc.
- Produkte:
- Schalter, Steckdosen, Stecker
- Toilettensitze etc.
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Nennen Sie die Eigenschaften von Melamin-Formaldehydharzen (MF).
- hart und bruchfest, hohe Oberflächenhärte
- geruch- und farblos, hoher Oberflächenglanz
- nicht brennbar
- lichtecht
- resistent gegen Alkohol, Benzin, Benzol, Aceton, Öl und schwache Säuren
- nicht resistent gegen starke Laugen und Säuren
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Wozu werden MF typischerweise verwendet?
- Elektroisolierteile (Stecker, Schalter etc.)
- Beschichtung von Holzwerkstoffen (Möbel)
- Verleimung von Spanplatten
- Ess- und Trinkgeschirr (lebensmitteltauglich)
- bekanntester Markenname im Bereich der Melaminharze ist RESOPAL
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Was ist die Besonderheit an Epoxidharzen (EP)?
Sie kommen in einer Vielzahl von Ausprägungen vor und gelten als eigenständige Werkstoffklasse
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Nennen Sie die Eigenschaften von Epoxidharzen (EP).
- sehr gute Haftung
- hart, sehr bruchfest
- hohe Abriebfestigkeit
- gute chemische Beständigkeit
- gute Maßhaltigkeit
- geringe Brennbarkeit
- gute Temperaturstandfestigkeit
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Epoxidharze erleben eine hohe Anwendungsvielfalt. Nennen Sie einige typische Anwendungsbeispiele.
- Allgemein: Klebstoffe (Uhu), Lacke
- chemische Industrie: Rohre, Behälter, Apparate
- Bauwesen: Bodenbeschichtungen
- Maschinen- und Fahrzeugbau: Wellen, Gelenke, Pleuel
- Hochfeste Maschinenelemente: Werkzeuge
- Flugzeugbau: Rumpfteile, Rotorblätter
- Sport und Freizeit: Tennisschläger, Fahrradrahmen, Rennboote
- Elektrotechnik: Schalterteile, Trägermaterial für gedruckte Schaltungen (Leiterplatten)
- mit Faserverstärkung: Wellen, Gelenke und Pleuel, Windradflügel, Werkzeuge, Flugzeugteile, Rohre
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Wozu werden Polyurethane (PU) verwendet?
- Weichschaumstoffe: z.B. Matratzen
- Hartschäume: Wärme- bzw. Kältedämmung
- Wintersportindustrie: Ski, Skistiefel, Anzüge, Helme
- oft als Laminat mit Epoxidharz/Glasfasern als Leichtbauwerkstoff (Sandwichbauweise)
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Neben den linearen gesättigten Polyestern, wie z.B. PET, existieren auch ungesättigte Polyester (UP), deren Ketten ungesättigte C=C-Doppelbindungen enthalten. Was sind ihre Eigenschaften und typischen Anwendungen?
- sehr stabiler Duroplast mit hoher Festigkeit und Warmformbeständigkeit
- eignen sich als Lacke und Harze
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Durch die Einbettung von Glasfasern kann die Festigkeit der Polyesterharze noch verstärkt werden. Welche Werkstoffe entstehen daraus?
- -> verarbeitungsfertige Faser-Matrix-Halbzeuge
- SMC - Sheet Moulding Compound: flächige Pressmasse
- BMC - Bulk Moulding Compound: formlose Masse
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Was sind die Eigenschaften von SMC bzw. BMC?
- SMC:
- plattenförmiges Halbzeug
- Fasern in Matten- oder Gewebeform mit großen Faserlängen
- dadurch hohe Steifigkeiten und Festigkeiten
- BMC:
- formloses Halbzeug
- Kurzfasern
- dadurch niedrigere Festigkeiten als bei SMC
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Welche Herstellverfahren und Fasertypen für Strukturbauteile ("Faser-Kunststoff-Verbunde") kennen Sie?
- RTM-Verfahren (Vakuuminjektionsverfahren): relativ hohe Werkzeug und Anlaufkosten
- Handlaminat: Flexibel und kostengünstig
- Fasertypen: Glasfaser, Kohlefaser, Aramidfaser
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Beschreiben Sie die Unterschiede zwischen Elastomeren und Duroplasten hinsichtlich ihrem molekularen Aufbau.
- weitmaschige räumliche Vernetzung
- deutlich geringere Vernetzungsdichte als Duroplaste (EM 2/100 Vernetzungsstellen, DP 20/100)
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Wie kann man Elastomere einteilen?
- NR: Naturkautschuk
- NBR: Nitril-Butadien-Kautschuk
- HNBR: Hydrierter Nitril-Kautschuk
- SBR: Styrol-Butadien-Kautschuk
- EPDM: Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk
- FKM: Fluorkautschuk
- MVQ: Silikonkautschuk
- PUR: Polyurethan-Elastomer
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Aufgrund der Zugabe von Additiven und Füllstoffe entstehen unzählige Variationen mit unterschiedlichsten Eigenschaften. Was sind die wichtigsten Füll- und Zusatzstoffe für Elastomere?
- Ruß
- Schwefel
- Silikate
- Weichmacher
- Stabilisatoren
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Ein wichtiges Verfahren ist die Vulkanisation. Was wissen Sie darüber?
- 1839 von Charles Goodyear entwickelt
- Vernetzung von Naturkautschuk durch Schwefelbrücken (aber auch Peroxide, Metalloxide, Strahlung)
- -> unterschiedlichste Copolymere mit steuerbaren Eigenschaften
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