Leseprobe_10732

DVSMediaGmbH

Vorwort und Übersicht

Vorwort

Die vorliegende IKV-Lehrgangsunterlage ist für die

Teilnehmer der Lehrgänge:

■■Verarbeitung von Faserverbundkunststoffen

■■Boot 1 "Moderne Be- und Verarbeitung von

Kunststoffwerkstoffen I"

■■Boot 2 "Moderne Be- und Verarbeitung von

Kunststoffwerkstoffen II"

■■Kunststofflaminieren und -kleben

nach DVS 2290

Im Lehrgang wird auf die Verarbeitung von Faserverbundkunststoffen

(FVK) eingegangen, die z. B. im

Apparate-, Behälter- und Rohrleitungsbau, im Bootsbau

sowie im Rotorblattbau angewendet werden.

Die Lehrgangsinhalte sind in Kapitel unterteilt

wie z. B.

■■Aufbau der Kunststoffe

■■Anwendungsgebiete FVK

■■Aufbau und Eigenschaften FVK

Diese Lehrgangsunterlage ist nach dem

bewährten Prinzip des IKV-Kontext-Systems in Lernelemente

aufgeteilt, die eine Abhandlung des Lehrstoffs

in kontinuierlicher und gleichbleibender Form

ermöglichen.

Die Textlücken werden im Gegensatz zu einem

Buchprogramm während des Lehrgangs von Ausbilder

und Teilnehmer gemeinsam erarbeitet und

ausgefüllt. Darüber hinaus bieten Notizfelder den

Teilnehmern die Möglichkeit, weitere Informationen

niederzuschreiben.

Unser Ziel ist es, die Lehrgänge auf die gleiche

Weise im gesamten Bundesgebiet durchzuführen

und jedem Teilnehmer eine brauchbare Unterlage

für die Praxis an die Hand zu geben.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Unterlage für

fachlich qualifizierte und mit dem IKV-Kontext-System

vertraute Ausbilder entwickelt wurde und nicht

für ein Selbststudium ausgelegt ist.

Aachen, im Januar 2019 Die Verfasser

■■Matrixwerkstoffe

■■Verstärkungsstoffe

■■Füllstoffe, Farben, Trennmittel

■■Laminierverfahren

■■Maschinelle Verfahren

Die Inhalte bilden den Lehr- und Lernweg für den theoretischen

Unterricht, der den zum Verständnis der

praktischen Arbeiten notwendigen Lehrstoff umfasst.

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Aufbau der Kunststoffe

LE 1 Kunststoff

■■

Notizen

Kunststoffe werden aus natürlichen Rohstoffen hergestellt.

Dies sind z. B. Zellulose, Kohle, Erdöl oder Erdgas.

Der wichtigste Rohstoff ist ______________ .

Die Produktion von Kunststoffen und die Verarbeitung zu

Produkten ist eine sehr effiziente Nutzung von Erdöl.

Kunststoffprodukte sind theoretisch endlos ______________

und besitzen einen sehr hohen Brennwert, der nahezu die

gesamte Herstellungsenergie beinhaltet.

Durch die Anwendung von Kunststoffen lassen sich außerdem

Gewichtsreduktionen realisieren, wodurch wiederum

__________ eingespart wird. Ein Beispiel ist der Automobilbau,

wo immer mehr Bauteile aus Metall durch Kunststoffe

ersetzt werden.

In der Entwicklung der Verpackungen für Lebensmittel

stecken ingenieurtechnische Leistungen, die für den Verbraucher

nicht sichtbar sind. Die Verpackungen z. B. von

Chips oder Süßigkeiten bestehen aus mehreren Folien und

Schichten, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen müssen,

wie z. B.: Sperrschichteigenschaften, wie Schutz vor Feuchtigkeit,

hygienischen Schutz, Lichtschutzbarriere, UV-Schutz,

Sauerstoffdurchlässigkeiten, Bedruckbarkeit etc.

Hinzu kommen noch

mechanische Aufgaben wie

wiederverschließbare

Folien.

Technische Kunststoffe für den chemischen Anlagenbau

sowie auch physiologisch unbedenkliche Kunststoffe wie

z. B. Polyvinylidenfluorid = PVDF sind mittlerweile in der

Pharma-, Lebensmittel- und Halbleiterindustrie zu finden.

Hochleistungs-Kunststoffe für die Herstellung von Medizingeräten

Schläuche, Dichtungen und Zubehör für medizintechnische

Geräte, insbesondere Verbrauchsmaterialien

wie z. B. Einwegspritzen, Katheter, Implantate etc. gehören

mittlerweile zu Standardausstattungen im medizinischen Bereich.

Weiterhin können noch viele Beispiele von Kunststoff-

Produkten aufgezeigt werden.

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Aufbau der Kunststoffe

LE 2 Kunststofferzeugung durch Destillation von Rohöl

Das Rohöl wird bei der Destillation erhitzt, hierbei bilden sich in der Destillationsanlage die verschiedenen

_________________. Die für die Kunststofferzeugung wichtigste Fraktion ist Rohbenzin (Naphta).

Es wird in einem thermischen Spaltprozess (Cracken), in Ethylen (Ethen), Propylen (Propen), Butylen

(Buten) und anderen _______________________________ "gebrochen" und umgebaut.

Aus Ethylen können dann in nachfolgenden Reaktionsprozessen weitere Ausgangsstoffe z. B. Styrol

oder Vinylchlorid gewonnen werden.

Mit den Syntheseverfahren Polymerisation,

Polykondensation oder Polyaddition kann die

eigentliche Herstellung von Kunststoffen

beginnen.

LE 3 Monomere und Polymere

■■

Notizen

Die Moleküle aus denen Kunststoffe hergestellt werden,

heißen _________________ (Ausgangsstoffe, kleine Moleküle).

Aus den Monomeren entstehen durch einen chemischen

Prozess Makromoleküle, die sogenannten ______________ .

Der Prozess, in dem aus Monomeren Polymere werden, also

die Kunststoffherstellung, heißt Polymerisation („zum Polymer

machen“).

4


Aufbau der Kunststoffe

LE 4 Monomer

■■

Notizen

Ungesättigte Verbindung

am Beispiel von "Ethylen"

Summenformel:___________

LE 5 Polymer

■■

Notizen

Aktiviertes Ethylen kann weitere Atome oder Moleküle binden.

Ersetzt man das Wasserstoffatom [H] Atom mit einem

Chloratom [Cl] so wird daraus ein Polyvinylchlorid (PVC)

5


Aufbau der Kunststoffe

LE 6 Faden- oder Kettenmolekül

■■Notizen

Die entstehende Polymere werden aufgrund ihre Form auch

als Faden- oder Kettenmoleküle bezeichnet.

Kunststoffe bestehen aus sogenannten Makromolekülen.

Es handelt sich dabei um sehr große Molekülketten, welche

wieder aus mind._____________ Einzelmolekülen

bestehen. Sind die Einzelmoleküle in einer Linie aneinandergereiht,

wie z. B. beim Polyethylen, nennt man die

Makromoleküle _________________ oder Kettenmoleküle

bzw. lineare Makromoleküle. Jedoch können sie auch

_____________________________ besitzen oder untereinander

verbunden sein. Außerdem kann es Unterschiede in ihrer

______________________ Anordnung geben.

Teilkristalline Struktur

Beispiel:

Säurewäscher aus PP

Kettenstruktur

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Aufbau der Kunststoffe

LE 7 Bindungskräfte

■■

Notizen

Die Kräfte, die die Moleküle zusammenhalten, sind

_____________ als die chemischen Bindungskräfte, die

innerhalb der Moleküle wirksam sind.

chemische, innenmolekulare Bindungskräfte

physikalische, zwischenmolekulare Bindungskräfte

LE 8 Zwischenmolekulare Kräfte

■■

Notizen

Die zwischenmolekularen Kräfte ändern sich, wenn sich der

Abstand der Fadenmoleküle zueinander verändert.

Kleiner Abstand große/kleine zwischenmolekulare

Kräfte.

Der Molekülabstand und damit die Werkstofffestigkeit lässt

sich durch____________ beeinflussen. Deshalb heißen diese

Kunststoffe ______________________________.

7


Aufbau der Kunststoffe

LE 9 Einteilung der Kunststoffe

Kunststoffe werden nach der Art der Struktur, der Makromoleküle und der Art der

Bindungsmechanismen eingeteilt.

8


Aufbau der Kunststoffe

LE 10 Thermoplaste

■■Notizen

Kunststoffe die durch Wärmeeinwirkung verformbar sind,

heißen ___________________________ . Durch diese Eigenschaft

der Thermoplaste ist eine nahezu grenzenlose Formgebung

möglich. Thermoplaste sind durch weitere Wärmeeinwirkung

schmelzbar.

Charakteristisch für Thermoplaste ist, dass die zwischenmolekularen

Kräfte bei Wärmeentzug wieder

__________________werden, d. h. die Thermoplaste

werden durch Abkühlen wieder _________________.

Da die Polymerketten bei Thermoplasten nicht miteinander

vernetzt sind, können sie bei Wärmeeinwirkung ungehindert

ihren Abstand vergrößern, bis hin zur Schmelze.

Da die Schmelzbarkeit ein Charakteristikum der Thermoplaste

ist, stellt die Schweißbarkeit ebenfalls ein charakteristisches

Merkmal der Thermoplaste dar

LE 11 Amorphe Thermoplaste

■■

Notizen

Die unregelmäßige Anordnung (amorphe Struktur) der Makromoleküle

im Werkstoff nennt man

_______________________________.

9


Aufbau der Kunststoffe

LE 12 Teilkristalline Thermoplaste

■■

Notizen

Hier ist die Anordnung der Makromoleküle im Werkstoff

teilweise (geordnet) __________________ und teilweise ungeordnet

(armorph).

amorph

kristallin

LE 13 Thermoplastische Elastomere

■■Notizen

Thermoplastische Elastomere _____ verbinden die positiven

Eigenschaften von Thermoplasten und Elastomeren.

Sie sind:

■■Bei Raumtemperatur elastisch

■■Schmelzbar

wieder verwertbar und rezyklierbar

Die Elastizität von TPE wird durch sog. physikalische

Vernetzungspunkte erreicht.

Die Polymerketten sind __________

wie bei Elastomeren chemisch

miteinander vernetzt.

Hierdurch sind TPE schmelzbar.

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Aufbau der Kunststoffe

LE 14 Elastomere

■■

Notizen

Leichte Vernetzung

Querverbindungen zwischen den Fadenmolekülen durch

chemische Bindungen

___________________

Raumnetzmolekül

Auswirkung:

Behinderung der Molekülbewegung

LE 15 Duroplaste

■■

Notizen

Starke Vernetzung

_____________________

Raumnetzmolekül

Auswirkung der chemischen Verbindung: Sehr starke Behinderung

der Molekülbeweglichkeit, je nach Vernetzungsgrad

praktisch ___________________ durch Wärmezufuhr mehr

möglich. Duroplaste sind also nach der Vernetzung dauerhaft

in ihrer Form fixiert.

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Anwendungsgebiete Faserverbundkunststoffe (FVK)

LE 16 Anwendungsgebiete von Faserverbundbauteilen

Luft- und Raumfahrt

Automobilbau

Schienenfahrzeuge

Elektrotechnik

Boots- und Yachtbau

Medizintechnik

Freizeit/Sport

Windkraftanlagen

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Anwendungsgebiete Faserverbundkunststoffe (FVK)

LE 17 Faserverbundkunststoffe und deren

Anwendungsgebiete

■■Notizen

Das ________________________ , die hohe Festigkeit,

die unbegrenzte Möglichkeit der Formgebung sowie

die vielfältigen Verarbeitungsmöglichkeiten zeichnen

FVK aus.

Anwendungen:

■ Rotorblattbau

■ Boots- und Flugzeugbau

■ Sport- und Freizeitmarkt

■ Fahrzeugbau

■ Behälter-/Apparate-/Rohrleitungsbau

■ Sanitärbereich

■ Elektroindustrie

LE 18 Produktionsmenge von glasfaserverstärkten Kunststoffen

Die GFK-Produktionsmenge in Europa liegt derzeit über 1,1 Mio. Tonnen und wird weiter steigen.

Aufteilung der GFK-Produktion in Europa auf Anwendungsgebiete:

[Quelle: AVK Composite-Marktbericht]

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Anwendungsgebiete Faserverbundkunststoffe (FVK)

LE 19 CFK-Werkstoffe Anwendung

Verbrauch CFK nach Anwendungen

Die Abbildung zeigt das gegenläufige Verhalten der

Parameter Bauteilgewicht zu Bauteilkosten.

Quelle: AVK Composites Marktbericht

LE 20 Schliffbild Faserverbundkunststoff

Matrix

Fasern in Längsrichtung

Fasern in Querrichtung

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Aufbau Faserverbundkunststoffe (FVK)

LE 21 Faserverbundkunststoffe

■■Notizen

Bei faserverstärkten Kunststoffen werden Fasern in

______________________________ oder

_____________________________ Kunststoffe

eingebettet.

Der Kunststoff, der die Fasern trägt, wird auch als

____________________ bezeichnet.

Als Verstärkungsfasern können natürliche, mineralische

oder synthetische Fasern eingesetzt werden.

Natürliche Fasern bestehen z. B. aus Flachs oder Hanf.

Mineralische Fasern bestehen z. B. aus Glas.

Als synthetische Fasern können z. B. _______________,

_____________________ oder _____________________

verwendet werden.

LE 22 Faserverbundkunststoffe Aufbau

Eine Kombination aus zwei oder mehr Werkstoffen

Fasern

Matrix

Faserverbundwerkstoff

- sehr gute mechanische

Eigenschaften

- diese sind richtungsabhängig

- geringe mechanische

Eigenschaften

- gute mechanische

Eigenschaften

- diese sind richtungsabhängig

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