Wie wird der Kunststoff verarbeitet?
Dieser Beitrag dreht sich um das Thema der Kunststoffverarbeitung – ein Bereich, der in der heutigen Welt zum Leben einfach dazugehört. Dennoch haben die meisten Menschen kaum eine Vorstellung davon, wie Kunststoffe verarbeitet werden. Viele begegnen täglich hunderten von Kunststoffprodukten, ohne sich bewusst zu sein, welche komplexen Prozesse hinter ihrer Herstellung stehen. Wir beschreiben einige dieser Prozesse und zeigen auf, wie aus einfachen Ausgangsstoffen die große Vielzahl an Kunststoffprodukten entstehen, die den Alltag prägen.
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Was sind Kunststoffe und wie werden sie hergestellt?
Was genau ist Kunststoff? Der Name deutet schon an, dass Kunststoffe von Menschen erzeugte Materialien sind, die so in der Natur nicht vorkommen. Die ersten “Kunststoffe” waren eher weiterverarbeitete natürliche Stoffe wie das Birkenpech (Klebstoff) oder der Kautschuk (Reifen). Goodyear war es 1839 gelungen, aus Kautschuk, Schwefel und Hitze ein elastisches und widerstandsfähiges Gummi zu erzeugen. Das Verständnis für die chemischen Grundlagen solcher Vorgänge entwickelte sich allerdings erst mehr als 50 Jahre später. Im 20. Jahrhundert jedoch nahm die Entdeckung und Produktion immer neuer Kunststoffe Fahrt auf. Im Wesentlichen bestehen Kunststoffe aus synthetischen oder halbsynthetischen organischen Verbindungen, die aus langen Ketten von Polymeren bestehen. Diese Polymere setzen sich aus Monomeren zusammen, die durch chemische Reaktionen verbunden werden. Der Prozess, durch den sich Monomere in Serie zu Polymeren verbinden, wird als Polymerisation bezeichnet. Es gibt verschiedene Arten der Polymerisation, darunter die Kettenpolymerisation, die Polyaddition und die Polykondensation. Jede dieser Methoden hat spezifische Mechanismen und Anwendungsbereiche.
Ein typisches Beispiel für die Kunststoffherstellung ist die Produktion von Polyethylen, einem der am häufigsten verwendeten Kunststoffe (Folien, Verpackungen). Polyethylen wird durch die Polymerisation von Ethen, einem gasförmigen Kohlenwasserstoff, hergestellt. Unter Einsatz von Hitze, Druck und bestimmten Katalysatoren verbinden sich die Ethen-Moleküle zu langen Ketten, die das Grundgerüst von Polyethylen bilden. Dieses Verfahren ermöglicht es prinzipiell, Kunststoffe mit spezifischen Eigenschaften wie Schlagzähigkeit, Nachgiebigkeit oder auch Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen zu erzeugen.
Wozu werden Kunststoffe verwendet?
Die Anwendungsbereiche von Kunststoffen sind so vielfältig wie die Kunststoffe selbst. Sie reichen von alltäglichen Gebrauchsgegenständen wie Legosteinen oder Steckdosen bis hin zu hochspezialisierten industriellen oder auch medizinischen Anwendungen. Ein Bereich, in dem Kunststoffe eine entscheidende Rolle spielen, ist die Verpackungsindustrie. Hier bieten die Kunststoffe eine beeinflussbare Kombination aus Leichtigkeit, Festigkeit und Formbarkeit, die ideal für die Herstellung von Flaschen, Beuteln, Folien und Behältern aller Arten ist.
In der Automobilindustrie werden Kunststoffe wegen ihrer Langlebigkeit, ihres geringen Gewichts und ihrer Korrosionsbeständigkeit geschätzt. Sie finden sich in Komponenten wie Schaltern, Fußmatten, Armaturenbrettern, Stoßstangen und Karosserieteilen. Im Bauwesen sind Kunststoffe ebenfalls unverzichtbar. Sie werden in Neubauten für Isolationsmaterialien, Rohrleitungssysteme und auch als strukturelle Komponenten verwendet.
Ein weiterer elementarer Anwendungsbereich von Kunststoffen ist die Elektrik und Elektronik. Kunststoffe bieten nicht nur Schutz, Isolation und Stabilität für die Geräte, sondern lassen sich auch zu innovativen Designs formen und für wichtige Funktionen einsetzen. Von den Gehäusen der Smartphones bis hin zu der isolierenden Trägerschicht auf Leiterplatten – ohne Kunststoffe gäbe es praktisch keine Elektronikindustrie.
Diese Beispiele zählen nur einen Bruchteil der unzähligen Möglichkeiten von Kunststoffen auf. Sie sind dennoch ein Beweis für die Vielseitigkeit und Anpassungsfähigkeit dieses Materials. Wie aber werden die Kunststoffe weiterverarbeitet, um die unterschiedlichsten Anforderungen und Bedingungen zu erfüllen?
Die Verarbeitung von Kunststoffen
Die Kunststoffverarbeitung hat sich aus simplen Anfängen zu einer Vielseitigkeit von Technologien und Methoden entwickelt. Jedes dieser Verfahren hat seine eigene Technik und Prinzipien, die es ermöglichen, einen Kunststoff in die gewünschte Form und Funktion zu bringen. Wir beschreiben Ihnen die wichtigsten Techniken in Kürze.
Die Urformverfahren für Kunststoffe
- Extrudieren
Das Extrudieren ist eines der am weitesten verbreiteten Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprodukten. Beim Extrudieren wird der (meist als Granulat vorliegende) Kunststoff zunächst in einem Zylinder erhitzt und geschmolzen. Anschließend wird er durch eine formgebende Düse gepresst. So entstehen kontinuierliche und fast beliebig lange Profile wie Rohre, Schläuche oder auch Folien. Ein klassisches Beispiel ist die Herstellung von Kunststoffrohren für die Wasserversorgung, bei denen der geschmolzene Kunststoff durch eine runde Düse gepresst und dann schnell gekühlt wird, um die Form zu stabilisieren. - Spritzgießen
Der Spritzguss ist die Spezialität der Stocker Kunststoff GmbH. Beim Spritzgießen wird der geschmolzene Kunststoff unter hohem Druck in eine Form gespritzt, das sogenannte Werkzeug. Diese Hohlform gibt als Matrize dem Kunststoff seine Form, wenn der zweite Teil des Werkzeugs auf die Hohlform gesetzt und unter hohem Druck angepresst wird. Diese Methode eignet sich vor allem für die Massenproduktion komplexer Teile wie Gehäuse für elektronische Geräte, Spielzeug oder Autoteile. Das Spritzgießverfahren ermöglicht eine hohe Präzision und eine schnelle Produktion.
Die Umformverfahren der Kunststoffe
- Thermoformen
Hierbei wird ein Kunststoff in Blattform erhitzt, bis er weich und biegsam wird und dann über eine Form gezogen oder gepresst wird. Diese Methode eignet sich vor allem für die Herstellung von Verpackungen, wie Blisterpackungen oder Lebensmittelverpackungen. Der Vorteil des Thermoformens liegt in seiner preiswerten Effizienz bei der Herstellung großer Stückzahlen. - Biegen
Dieses Verfahren wird angewendet, um Kunststoff in eine bestimmte Form zu biegen. Dabei wird der Kunststoff in Block- oder Scheibenform erwärmt, bis er weich und nachgiebig wird. Dann kann er manuell oder maschinell in die gewünschte Form gebracht werden. Ein häufiges Beispiel ist das Biegen von Acrylglas für Abdeckungen, Auslagen, Displays oder Möbel.
Die Fügeverfahren für Kunststoffe
- Schweißen
Bei diesem Verfahren werden Kunststoffteile durch Erhitzen miteinander verbunden. Es gibt verschiedene Schweißtechniken wie das Heizelementschweißen, das Ultraschallschweißen oder das Reibschweißen. Kunststoffschweißen findet oft in der Rohrleitungstechnik oder bei der Herstellung großer Kunststoffbehälter statt. Das Schweißen kann relativ leicht erfolgen, wenn für die verschiedenen Teile der gleiche Kunststoff verwendet wird, aber es können auch Kunststoffe mit unterschiedlichen Temperaturbereichen geschweißt werden. - Kleben
Beim Kleben werden spezielle Klebstoffe eingesetzt, um Kunststoffteile dauerhaft miteinander zu verbinden. Die Klebstoffe arbeiten oft auf molekularer Basis, um eine hochwertige und dauerhafte Verbindung zu erzeugen. Dieses Verfahren ist besonders wichtig in Bereichen, wo andere Fügeverfahren nicht oder nur erschwert einzusetzen sind. Dazu gehören die schon erwähnte Verbindung unterschiedlicher Kunststofftypen oder bei sehr kleinen oder komplex geformten Teilen. Mit dem technischen Fortschritten beim Spritzguss hat das Kleben allerdings an Bedeutung verloren.
Das Veredeln von Kunststoffen
- Lackieren
Bei diesem Veredelungsprozess wird die Oberfläche von Kunststoffteilen lackiert, um ihr Aussehen zu optimieren oder zusätzliche Eigenschaften wie UV-Beständigkeit zu verleihen. Besonders die hochwertig gefärbten Automobilteile, Spielwaren oder Haushaltsgeräte sind gute Beispiele für lackierte Kunststoffprodukte. - Bedrucken
Kunststoffoberflächen können auch bedruckt werden, um Informationen, Dekorationen oder Markenlogos hinzuzufügen. Dieses Verfahren wird häufig bei Verpackungsmaterialien, Werbeprodukten und Bedienelementen von Geräten angewendet. Dabei verlangt jeder Kunststoff seine eigene Drucktechnik und Druckfarbe.
Wenn Sie mehr Details zum Kunststoff, dem Spritzguss und anderen Verfahren wissen wollen, schauen Sie sich gerne in unserem Blog-Bereich um. Hier warten viele interessante Beiträge auf Sie.