Wie wird Kunststoff verarbeitet?

Unter dem Begriff der Kunststoffverarbeitung versteht man die Fertigung von Formteilen, Halbzeugen, Fasern oder Folien aus Kunststoffen, die von der chemischen Industrie, meist als Granulat, Pulver, Folie oder Platten angeboten werden.  Diese Kunststoffe werden bei der Verarbeitung dann erwärmt, gegossen, gespritzt, extrudiert, kalandriert, geblasen, aufgeschäumt oder gepresst.

Die Fertigungsverfahren werden in Deutschland nach DIN 8580 eingeteilt. Für die Verarbeitung von Kunststoffen sind vor allem das Urformverfahren, das Umformverfahren und das Fügeverfahren von Bedeutung.

Urformverfahren

Beim Urformen werden feste geometrische Körper, wie Formteile (z.B. Rohre oder Becher) aus formlosen Stoffen (Schmelzen oder Pulver) hergestellt. Für Thermoplaste sind diese Verfahren die wichtigste Art der Gestaltung, da ein Nacharbeiten meistens nicht nötig ist. Für Duroplaste sind nur Urformverfahren möglich.

Spritzgießen

Beim Spritzgießen wird der verflüssigte Kunststoff mit hohem Druck in eine Form gepresst.

Extrusion

Beim Extrudieren wird der Kunststoff durch einen Trichter in einen Zylinder gefüllt. Dort wird er aufgeschmolzen, homogenisiert und verdichtet, um dann mittels einer Schnecke durch eine Düse gepresst zu werden.

Kalandrieren

Beim Kalandrieren lässt man den Kunststoff durch eine Serie von Walzen laufen, um ihn in die gewünschte Form zu bringen. Dieses Verfahren eignet sich vor allem zur Herstellung von z.B. Folien und dünnen Platten.

Rotationsformen

Beim Rotationsverfahren wird ein Kunststoffpulver in einer rotierenden Form geschmolzen, welches sich beim Abkühlen an den Innenflächen der Form ablagert. Beim Rotationsguss sind auch verschiedene Wandstärken innerhalb einer Form möglich.

Schäumen

Als Schäumen bezeichnet man das Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen. Diese werden in drei Kategorien unterteilt:

  • Chemische Treibverfahren: Durch Polymerisation freigesetzte Gase schäumen das Material auf.
  • Physikalische Treibverfahren: Nachdem einer Reaktionsmischung niedrig siedende Flüssigkeiten zugesetzt wurden, verdampfen diese wieder im Laufe der Polymerisation und bilden so die typischen Gasblasen.
  • Mechanische Treibverfahren: Während des Einblasens eines Gases, wird eine Kunststoffschmelze gerührt.

Blasformen

Beim Blasformen wird ein sogenannter Vorformling aus thermoplastischem Kunststoff in einer Form aufgeblasen. Durch die Druckluft legt sich dieser an die Innenwand der Form und bleibt nach dem Erkalten in diesem Zustand. Dieses Verfahren wird zur Herstellung von Hohlkörpern (z.B. Flaschen) eingesetzt.

Rapid Prototyping

Rapid-Prototyping-Verfahren (schneller Modellbau) haben das Ziel ein Werkstück möglichst ohne manuelle Umwege oder Formen, schnell und direkt herzustellen. Dabei werden die Werkstücke schichtweise aufgebaut.

  • 3D-Druck: Beim 3D-Druck wird Schicht für Schicht die zu erstellenden Musterteile aus einem dimensionsstabilen ABS-ähnlichem Material „gedruckt“.
  • Lasersintern: Beim Lasersintern werden Prototypen durch schichtweises Aufschmelzen eines Kunststoffpulvers mit Hilfe eines Lasers erzeugt.
  • Stereolithographie: Bei der Stereolithographie werden Prototypen durch das schichtweise Aushärten eines flüssigen Harzes hergestellt.
  • Vakuumgießen: Das Vakuumgießen ist eine Form der Vervielfältigung eines Werkstückes und läuft unter Vakuum ab, so dass als Ergebnis ein blasenfreies, hochpräzises Bauteil entsteht.

Umformverfahren

Thermoplaste werden durch Erwärmung weich. In diesem Zustand können sie dann schon mit geringen Umformkräften in eine neue Form gebracht werden.

Fügeverfahren

Beim Fügen werden zwei Bauteile dauerhaft miteinander verbunden. Für Kunststoffe werden dabei vorwiegend das Schweißen und Kleben genutzt, aber auch Schrauben, Nieten und Clinchen (Durchsetzfügen) sind möglich.

Schweißen von Kunststoffen

Da für das Schweißen das Vermögen zur Schmelzbildung nötig ist, ist für dieses Verfahren nur das Einsetzen von Thermoplast möglich. Zum Aufschmelzen des Materials können unterschiedliche Wärmequellen eingesetzt werden z.B. eine elektrische Induktionsheizung (Heizelementschweißen), heiße Druckluft (Warmgasschweißen), Licht- oder Laserstrahlung (Strahlungsschweißen) oder Reibung (Reibungsschweißen).

Kleben von Kunststoffen

Das Kleben ist auch für Duroplaste und Elastomere geeignet. Dabei ist es allerdings nötig, dass die zu verklebende Teile polare Eigenschaften haben. Deshalb müssen viele Kunststoffe z.B. durch eine Korona-oder Plasma-Behandlung vorbereitet werden. Physikalischen Kleber sind Kleber, bei denen die molekulare Struktur des Klebstoffes bereits vor dem Auftragen vorhanden ist und durch das Verdunsten eines Lösungsmittels aushärtet. Zusätzlich gibt es noch die chemischen Kleber, bei denen eine chemische Reaktion die Aushärtung verursacht.

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