Kunststoffe - th-owl.de · Komplexität, Struktur, Grad der Vernetzung und Art desC Grundmoleküls (Monomer, griech. mono = einzeln) haben EinflussaufO das spätere Eigenschaftsprofildes

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Kunststoffe

„Plaste und Elaste aus Schkopau“ hieß es bis vor der Wiedervereinigung auf einer Werbetafel des VEB Chemische Werke Buna. DDR-Wissenschaftlern war die west-deutsche Bezeichnung „Kunststoffe“ zu ungenau, da auch Glas und Industriesteine künstlich hergestellte Materialien sind. Die Ost-Bezeichnung grenzte also bei Wärme plastische Synthesewerkstoffe (Plaste) von elastischen (Elaste) ab. Heute sind diese Unterteilungen aus dem allgemeinen Sprachgebrauch verschwunden, auch wenn der Begriff „Kunststoffe“ nach wie vor unpräzise ist.

Die ersten Kunststoffe wurden Mitte des 19. Jahrhunderts aus Naturstoffen wie Cel-lulose oder Latex (Naturkautschuk) hergestellt. Bereits 1839 hatte Charles Goodyear ein Vulkanisationsverfahren zur Produktion dauerelastischer Materialien entdeckt und damit der Gummi-Industrie einen enormen Auftrieb verschafft. Fast schon als historisches Großereignis kann man den im Jahr 1870 durchgeführten Wettbewerb bezeichnen, der die Entwicklung eines preiswerten Ersatzwerkstoffs für das Elfen-bein von Billardkugeln zum Ziel hatte. Die Gebrüder Hyatt gewannen diesen und zwar mit einem Verfahren zur Herstellung von Zelluloid, dem ersten nach Erwär-mung plastischen Kunststoff (Thermoplast) überhaupt. Aus ihm wurden unter ande-rem die ersten Rollenfilme erzeugt. Der Werkstoff war damit Grundlage für die Ende des 19. Jahrhunderts aufkommende Filmindustrie.

Heute gilt Erdöl als wichtigster Rohstofflieferant für Kohlenwasserstoffe, den Grund-bausteinen der modernen Kunststoffindustrie. Aber auch in Kohle und Erdgas sind die wichtigen molekularen Polymerbestandteile in hochkonzentrierter Form vorhan-den, die zur Herstellung von Kunststoffen notwendig sind. Scheinbar beliebig kön-nen diese zu langen und hochgradig vernetzten Molekülketten verknüpft werden. Komplexität, Struktur, Grad der Vernetzung und Art des Grundmoleküls (Monomer, griech. mono = einzeln) haben Einfluss auf das spätere Eigenschaftsprofil des Kunst-stoffs. Aus einer großen Anzahl einzelner Monomere entstehen Makromoleküle, die in der Fachsprache als Polymere (griech. poly = viel) bezeichnet werden. Daher be-ginnen die meisten Kunststoffnamen mit dem Wortstamm „Poly“ (z. B. Polystyrol, Polyethylen, Polycarbonat). Kunststoffe werden auch Polymerwerkstoffe genannt. Die wichtigsten Monomere sind Ethylen, Vinylchlorid, Vinylbenzol (Styrol), Propylen, Tetrafluorethylen, Formaldehyd, Vinylacetat und Methylmethacrylat.

HerstellungsmethodenBei der Bildung der Makromoleküle unterscheidet man die drei Reaktionsarten: Po-lymerisation, Polykondensation und Polyaddition. Zur Polymerisation werden die Doppelbindungen eines Monomers unter Einfluss von Katalysatoren sowie Druck und Wärme aufgebrochen und die Einzelbausteine ohne Abspaltung von Nebenpro-dukten aneinandergereiht. Es entstehen fadenförmige Makromoleküle ohne Ver-netzung. Bringt man Monomere gleicher Struktur zur Reaktion wird von Homopoly-merisation gesprochen. Mit Copolymerisation ist die Zusammenführung von zwei unterschiedlichen Monomerstrukturen gemeint. Polyolefine, Polystyrol (PS), Polym-ethylmethacrylat (PMMA / Acrylglas) oder Polyoxymethylen (POM) entstehen durch Homopolymerisation. Die Polystyrolvarianten ABS und SAN gehen beispielsweise auf unterschiedliche Monomerstrukturen zurück.

Die Polykondensation ist ein mehrstufiger Prozess, bei dem reaktionsfähige Gruppen unterschiedlicher Grundmonomere eine Verbindung miteinander eingehen. Reakti-onsfähige Atomgruppen sind beispielsweise -OH, -NH2 oder -COOH. Der Vorgang kann an unterschiedlichen Stellen unterbrochen werden, was die Gewinnung von Zwischenprodukten möglich macht. Am Ende der Polykondensation sind die Mole-kularstrukturen engmaschig vernetzt. Sie lassen sich auch durch Zuführung von Wärme nicht oder nur wenig aufweichen. Viele Duroplaste (griech. duro = hart) gehen auf eine Polykondensation zurück. Aber auch Thermoplaste wie das Polyester PET oder Polyamid werden durch diese Bindungsreaktion erzeugt.

Charakteristisch für die Verknüpfung verschiedenartiger Molekülstrukturen bei der Polyaddition ist die Umlagerung von Wasserstoffatomen. Es können sowohl weit- als auch engmaschige Strukturen entstehen. Bei der Reaktion werden keine Nebenpro-dukte gebildet. Durch Polyaddition entstehen beispielsweise Epoxidharze. Außer-dem ist die Technik bedeutend für die Polyurethanproduktion.

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

Cl

C

Ethylen(Ethen)

Vinylchlorid Vinylbenzol(Styrol)

H

H

C

H

C

Propylen Tetrafluorethylen Formaldehyd

H

H

C

H

C

CH³

F

F

C

F

F

C

H

H

C O

Vinylacetat Methylmethacrylat

H

C

O

C

C

CH³

H

H

O

H

C

O

C

C

CH³

CH³

H O

Auswahl einiger Monomere für die Kunst-stoffindustrie nach Hellerich, Harsch, Ha-enle 2001 „Werkstoffführer Kunststoffe“

+... + ...+ ...+ + ...

1. Monomer 2. Monomer Polyaddukt

Polyaddition

HO+... + ...OH HO+ OH ...

+ nHO²

1. Monomer 2. Monomer Polykondensat

Wasser

Polykondensation

HC C

H

H H

HC C

H

H H

HC C

H

H H+ ++... + ... ... C C C C C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H...

Ethylen Ethylen Ethylen Polyethylen-Makromolekül

Polymerisation

Wissenswertes Sorten Platten, Matten,Folien

Hartschaumstoff Weichschaumstoffund Schaumgummi

Klebefolien undAdhäsionsfolien

Gittermatten Profile Rohre Stäbe

Dr. Sascha Peters hat die Rubrik „Wissens-wertes“ für die Kapitel Kunststoffe, Me-talle, Papier, Holz, Textilien und Verbund-werkstoffe verfasst.

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Einteilung der KunststoffeDie grundlegende Einteilung der synthetischen Werkstoffe erfolgt anhand von zwei charakteristischen Merkmalen. Zum einen hat das Verhalten nach Erwärmung einen großen Einfluss auf die Verarbeitungsmöglichkeiten und ist für den Anwendungszu-sammenhang interessant. Außerdem sind die elastischen Eigenschaften von großer Bedeutung. Die unterschiedlichen Charakteristika sind auf den Grad der Vernetzung der Makromolekülstrukturen zurückzuführen. Man unterscheidet Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere.

ThermoplasteDie innere Struktur thermoplastischer Kunststoffe kann man wohl am besten mit einem Berg verklebter Spaghetti vergleichen. Die fadenförmigen Makromoleküle sind zwar ineinander verschlungen aber nicht miteinander vernetzt. Dies hat zur Folge, dass Thermoplaste zwar bei Raumtemperatur hart sind, sich aber unter Wär-mezufuhr erweichen und somit umformen lassen. Steigt die Temperatur über einen gewissen Wert fließen die Fäden und der Kunststoff schmilzt. Er kann dann im Spritzgussverfahren oder durch Extrusion verarbeitet werden. Man unterscheidet amorphe und teilkristalline Thermoplaste. Bei den amorphen Thermoplasten sind die Molekülfäden wirr miteinander verschlungen und verfilzt. Sie kristallisieren nicht und sind daher glasklar mit guten optischen Eigenschaften (z. B. PMMA / Acrylglas). Im Vergleich weisen teilkristalline Thermoplaste geordnete Strukturbereiche und sind opak (z. B. PE-HD). Auf Grund der großen Bedeutung für technische Anwen-dungen sind Thermoplaste mengenmäßig die größte Gruppe unter den synthe-tischen Polymeren. Als Beispiele seien die vier wichtigsten genannt: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS) und Polyvinylchlorid (PVC). Diese vier Massenkunst-stoffe machen etwa zwei Drittel der gesamten Kunststoffproduktion aus. Sie begeg-nen uns alltäglich in Form von Verpackungen, Gerätegehäusen, Kofferschalen, Campingmöbeln, Surfbrettern, DVD-Hüllen oder PKW-Scheinwerfern, um nur einige Produktbeispiele zu nennen. Zur Erzielung besonderer Eigenschaften können unter-schiedliche Thermoplastsorten auch gemischt werden. Die Mischungen nennt man Polymerblends.

DuroplasteIm Gegensatz zu den Thermoplasten bleiben Duroplaste auch nach Erwärmung hart. Dies geht auf die starke Vernetzung der Molekülstrukturen zurück. Unter dem Mi-kroskop sehen Duroplaste aus wie ein dreidimensionales Fischernetz. Zwar geraten die Molekülketten bei Wärmezufuhr in Bewegung, das Netzwerk verhindert aber ein völliges Ablösen. Bei sehr hohen Temperaturen zerlegen sie sich dennoch in ihre Bestandteile. Duroplaste können trotzdem nicht so einfach verarbeitet werden wie Thermoplaste. Daher sind sie auch nicht so bekannt. Sie sind in weitergehenden Fertigungsschritten nur noch zerspanend zu bearbeiten. Der Klassiker unter den duroplastischen Kunststoffen ist Bakelit, ein Phenolharz, das auf Grund seiner iso-lierenden Eigenschaften und mechanischen Beständigkeit in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts als Werkstoff für die ersten Telefone, Bügeleisen, Schalter und Stecker diente. Weitere Duroplaste sind ungesättigte Polyester, vernetzte Polyurethane, Aminoplaste, Phenol- und Epoxidharze. Weniger als die Hälfte der Duroplaste wird zur Erzeugung von Formteilen, wie Gerätegehäuse oder Bootsrümpfe, verwendet. Der große Rest findet Verwendung in Holzwerkstoffen, Lacken, Gießmassen und Klebstoffen.

ElastomereDie dritte Kunststoffgruppe bilden die Elastomere. Sie sind sowohl bei Raumtempe-ratur als auch nach Erwärmung dauerhaft elastisch. Dies geht auf eine nur locker vernetzte Molekularstruktur zurück. Die Polymermoleküle liegen im Normalzustand verknäult vor und sind nur an wenigen Stellen miteinander verbunden. Bei mecha-nischer Belastung ziehen sie sich lang auseinander und nach Entlastung wieder zu-sammen. Sie können daher nicht umgeformt werden, sind unschmelzbar und nicht löslich. Alles was wir umgangssprachlich als Gummi bezeichnen, sind in der Fachspra-che Elastomere. Hier werden natürliche Elastomere von synthetischen Kautschuken (z. B. Moosgummi aus Styrol-Butadien-Kautschuk) unterschieden. Typische Elastome-re sind Naturkautschuk (NR), Chloropren-Kautschuk (CR), Acrylnitril-Butadien-Kaut-schuk (NBR) und Butadien-Kautschuk (BR).

Vernetzung von Thermoplasten

Vernetzung von Duroplasten

Vernetzung von Elastomeren

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Charakteristische KunststoffeigenschaftenDie große Anzahl unterschiedlicher Kunststoffe, die heute verfügbar sind, macht deutlich, dass sich Polymerwerkstoffe in einem weiten Bereich mit ganz unterschied-lichen Eigenschaften einstellen lassen. Dennoch können einige charakteristische Merkmale beschrieben werden, mit denen sich Polymerwerkstoffe von anderen Werkstoffen unterscheiden. Eine besondere Qualität, die Kunststoff in einem weiten Feld auch für technische Bauteile interessant macht, ist das geringe Gewicht. Die Dichtewerte thermoplastischer Kunststoffe reichen von 0,9 g / cm³ für Polyethylen bis zu 1,4 g / cm³ bei Polyvinylchlorid (Hart-PVC). Damit liegen sie weit unter denen der meisten Metalle (Aluminium: 2,7 g / cm³, Magnesium: 1,74 g / cm³). Nur einige Kunst-stoffe wie Polytetrafluorethylen (PTFE) sind schwerer (Dichte 2,1-2,3 g / cm³). Bei den mechanischen Eigenschaften können sie aber in den meisten Fällen nicht mithalten. Sowohl Festigkeit als auch Steifigkeit fallen im Vergleich zu keramischen oder metal-lischen Werkstoffen wesentlich geringer aus und sind noch dazu stark temperaturab-hängig. In der Konstruktion werden daher meist größere Wandstärken oder Verstär-kungen eingeplant. Alternativ können den Kunststoffmassen vor der Verarbeitung auch Faserzusätze beigemischt werden. Typisch sind Glas-, Aramid- oder Kohlenstoff-fasern (Carbon). So werden beispielsweise die Tragflächen von Flugzeugen oder Karosserieteile von Fahrzeugen mit faserverstärkten Kunststoffen ausgestattet. Ein wesentlicher Vorteil von Kunststoffen, der sie insbesondere für Kinderspielzeug, Schutzhelme oder für das Bauwesen geeignet macht, ist die geringe Neigung zum Bruch bei gleichzeitig guter Zähigkeit. Sie sind wegen ihrer guten Gleit- und ge-räuscharme Laufeigenschaften außerdem für bewegte Teile in der Fahrzeugindustrie und dem Maschinenbau interessant. Zu diesen zählt zum Beispiel Polyamid, das man unter den Markennamen Nylon und Perlon auch aus der Textilbranche kennt.

Die thermische Beständigkeit vieler Kunststoffe ist eingeschränkt. Insbesondere die gut zu verarbeitenden und weit verbreiteten Thermoplaste schmelzen schon bei niedrigen Temperaturen und sind nur in einem engen Temperaturbereich stabil. Darüber hinaus setzt das unkontrollierte Verbrennen giftige und ätzende Gase frei. Bei tiefen Temperaturen neigen Polymere dazu zu verspröden. Dafür fallen die Iso-lationseigenschaften gegenüber elektrischen Strömen und Wärme umso besser aus. Hier haben Kunststoffe klare Vorteile gegenüber Metallen. Sie werden zur Umman-telung von Kabeln verwendet und dämmen Gebäude und Kühlschränke vor Wärme-verlust. Offenporige Schaumstoffe können auch als Dämmmaterial vor lauten Ge-räuschen eingesetzt werden. Wie bei anderen elektrisch nicht leitenden Materialien muss die bei Reibung starke elektrostatische Aufladung beachtet werden. Sie führt zur Anziehung von Staub und kann bei Entladung Brände auslösen.

Die chemischen Eigenschaften, insbesondere die gute Beständigkeit vor Korrosion, machen Kunststoffe für den Schutz von metallischen Oberflächen interessant. Sie werden beispielsweise als Beschichtungsmaterial für Metallwerkstoffe verwendet und wirken positiv gegen Witterungs- und Umwelteinflüsse. Auch die Resistenz vor chemischen Substanzen ist im Vergleich zu vielen Metallen günstiger. Kunststoffe sind meist beständig gegen schwache Säuren oder Laugen und reagieren selten auf den Kontakt mit Wasser, Ölen, Fetten oder Benzin. Eine Vielzahl von Polymeren ist gesundheitlich unbedenklich und für die Verpackung von Lebensmitteln zugelassen (z. B. PET für Kunststoffflaschen). Hier muss speziell auf die Gas- und Wasserdampf-durchlässigkeit geachtet werden, um die Haltbarkeit von Nahrungsmitteln und Ge-tränken zu gewährleisten. Je nach Struktur der makromolekularen Vernetzung rea-gieren Kunststoffe allerdings empfindlich auf Lösungsmittel.

AdditiveEin großer Vorteil von Polymeren gegenüber anderen Werkstoffen ist, dass das Ei-genschaftsprofil durch Zusatz von Additiven im Herstellungsprofil genau auf die vorliegende Anwendung angepasst werden kann. Die mechanischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften werden so optimiert und durch Zugabe von Hilfsstof-fen die spätere Verarbeitung erleichtert. Unter Umweltgesichtspunkten sind Addi-tive allerdings problematisch, da sie Schadstoffe enthalten und das Recycling er-schweren.

Mit etwa 60 % der gesamten Produktion weltweit sind Weichmacher die größte Gruppe unter den Additiven. Sie machen Kunststoffe „geschmeidiger“, verringern sprödes Verhalten und steigern die Schlagzähigkeit. Durch Reduzierung der Härte-

“CLEVER“ – Stadtfahrzeug für 2 Personen in Tandem-Sitzanordnung, Aluminium-leichtbaukonstruktion mit GFK-Kunststoff-verkleidung, Hersteller: BMW, Design: Peter Naumann





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werte werden die Verarbeitungseigenschaften verbessert. Bei der Herstellung von weichem Polyvinylchlorid (PVC) kommen Weichmacher besonders häufig zum Ein-satz. Phthalate sind solche Weichmacher, die nach Ausdünsten zum Teil erhebliche gesundheitsgefährdende Auswirkungen haben können (z. B. Unfruchtbarkeit, Dia-betes). Es wird daher empfohlen, auf den Gebrauch von Weich-PVC zu verzichten.

Stabilisatoren erhöhen die Lebensdauer von Kunststoffen und verbessern die ther-mischen und chemischen Eigenschaften. Zum Schutz vor starker UV-Strahlung und der damit einhergehenden Oberflächenverfärbung, werden Lichtschutzmittel ver-wendet. Die Alterungsvorgänge werden gestoppt oder verlangsamt. Stabilisatoren, die die Entflamm- und Brennbarkeit herabsetzen, werden Flammschutzmittel ge-nannt.

Farbmittel werden zum Einfärben eines Polymerwerkstoffs verwendet. Die meisten Kunststoffe sind in reiner Form farblos (z. B. Polycarbonat) bis opak-weiß (z. B. Poly-ethylen). Ruß sorgt für eine schwarze Färbung. Gleichzeitig reduziert es die elektro-statische Aufladung und erhöht die UV-Stabilität. Es ist darauf zu achten, dass sich unlösliche Farbpigmente im Kunststoff gleichmäßig verteilen. Anhäufungen redu-zieren jedoch die Festigkeit. Weitere wichtige Pigmente sind Rutil (weiß), Ultrama-rinblau oder Chromoxidgrün. Effektpigmente werden für Leuchteigenschaften bei Nacht eingesetzt. Typische Anwendungen sind Taschenlampen, Sicherheitsmarkie-rungen oder Lichtschalter.

Mit Füllstoffen wie Quarz, Talkum, Grafit, Holzmehl oder Glasfasern versucht man, Kunststoffe zu strecken und die wirtschaftliche Ausbeute zu erhöhen. Gleichzeitig verbessern sich die mechanischen Eigenschaften. Weich-PVC fühlt sich nach Zugabe von Kreide beispielsweise trocken an.

Positiv auf die Verarbeitbarkeit von Thermoplasten und Duroplasten wirken sich Gleitmittel wie Paraffine aus. Treibmittel werden bei der Herstellung von Schaum-stoffen verwendet.

Herstellung und Verarbeitung von KunststoffenGranulat aus einem thermoplastischen Kunststoff ist der wichtigste Ausgangsstoff für die Erzeugung von Halbzeugen oder Formteilen. Ihre Herstellung ist die Aufgabe der chemischen Industrie. In Rührkessel- oder Rohrreaktoren werden die flüssigen Monomere zur Reaktion gebracht. Es entstehen die so genannten Formmassen, die zu Granulaten zerkleinert werden.

FormgebungGranulate werden von Kunststoffverarbeitern zu Folien, Tafeln, Stäben, Blöcken, Rohren und Profilen überführt. Wichtigstes Gerät dafür ist der Extruder. In ihm wird das Granulat geschmolzen und homogen verteilt. Die Extruderschnecke befördert die erweichte Kunststoffmasse bis ans Ende der Plastifizierstrecke, knetet sie durch und sorgt für einen konstanten Druckaufbau. Dieser ist notwendig, um die zähe Masse durch die Extruderdüse zu pressen. Die gewünschte Form erhält der Kunst-stoff über die innere Geometrie der Düse. Das Prinzip ist uns beispielsweise auch vom Softeisstand auf dem Jahrmarkt bekannt. Nach dem Austritt des Materialstrangs wird dieser auf das gewünschte Maß abgelängt. Tafeln, Stäbe, Rohre und Profile entstehen auf diese Weise. Folien und Blöcke werden in aller Regel gegossen.

Formteile erhalten ihre Geometrie im Spritzgießverfahren. Hier werden thermoplas-tische Kunststoffe soweit erhitzt, dass sie zähflüssig vorliegen und in eine Werkzeug-form gespritzt werden können. Der Kunststoffspritzguss ist eines der klassischen Verfahren der Massenproduktion. Um Bauteile auch aus zwei unterschiedlichen Ma-terialien in einem Arbeitsschritt herstellen zu können, wurde die Technologie des Zweikomponenten-Spritzgusses entwickelt. Auch das Umspritzen von Bauteilen so-wie das Hinterspritzen von Folien (z. B. InMould Decoration) sind mit der Spritzgieß-technik möglich.

Kunststoffgranulat

„Hansa Clear“ – transparenter Duschkopf mit sichtbaren Wasserwegen, 2k-Kunst-stoffspritzguss mit optischen Metallparti-keln, Hersteller: HANSA Metallwerke Deutschland, Design: Noa

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Neben dem Spritzgießen und der Extrusion sind das Rotationsgießen und das Blas-formen weitere Techniken zur formgebenden Verarbeitung thermoplastischer Kunststoffe. Beim Rotationsgießen entstehen großvolumige Bauteile wie z. B. Tanks. Es erfreut sich bei Designern in den letzten Jahren immer größerer Beliebtheit, da sich Produkte mit großer Wandstärke in einem Arbeitsschritt herstellen lassen. Die PET-Flasche ist wohl das bekannteste Anwendungsbeispiel für das Blasformen. Die Kunststoffmasse wird extrudiert und anschließend in einer Form aufgeblasen. Neben flaschenähnlichen Formgeometrien können selbst großvolumige Spielzeuge und Kinderfahrzeuge mit dem Verfahren hergestellt werden.

Formmassen für duroplastische und elastomere Kunststoffe sind flüssig oder fest. Sie dürfen vor der Herstellung von Formteilen und Halbzeugen noch nicht zum Polymer vernetzt sein, da dann eine spätere Aufschmelzung bzw. Warmumformung nicht mehr möglich ist. Formteile auf Basis dieser Materialien werden erzeugt, indem man die Grundstoffe in eine Werkzeugform einbringt und gleichzeitig die Vernetzung auslöst. Bekanntes Beispiel für eine solche Reaktion ist das Aushärten eines Zwei-Komponenten-Klebstoffs. Die Komponenten werden vermischt und reagieren zum Duroplast. Für die Formgebung duroplastischer Kunststoffe, die als Festkörper vor-liegen, eignet sich die Technik des Pressformens. Das Material wird in eine Form ge-bracht und unter Wärme gepresst. Dabei vernetzt der Duroplast und härtet aus. Ähnliches ist auch für Elastomere möglich. Da Gummimischungen auch in flüssigem Zustand vorliegen, können sie zu Formteilen spritzgegossen oder zu Schläuchen und zu flexiblen Rohren extrudiert werden.

VerarbeitungZerspanen: Beim zerspanenden Bearbeiten durch Sägen, Drehen, Bohren oder Frä-sen gibt es meist Probleme mit thermoplastischen Kunststoffen. Wie alle Polymer-werkstoffe sind sie keine guten Wärmeleiter, so dass die am Werkzeug entstehende Wärme nur schlecht abgeführt wird. Es kommt zum Wärmestau, infolgedessen der Werkstoff heiß wird und schmilzt. Das viel zitierte Schmieren ist die Folge. Zudem führen Wärmeunterschiede im Material zu eingefrorenen Spannungen, sodass der Thermoplast empfindlicher auf Witterung und Chemikalien reagiert.

Vor dem Hintergrund dieser Rahmenbedingungen lassen sich für das zerspanende Bearbeiten thermoplastischer Kunststoffe für den Modellbau einige Regeln ablei-ten:• Beim Bohren, Fräsen und Sägen sollte eine hohe Schnittgeschwindigkeit gewählt

werden. • Der Vorschub ist so groß einzustellen, dass eine gute Spanabfuhr gewährleistet

werden kann (Faustregel: Je weicher der Kunststoff, desto größer der Vorschub).• Fräser, Bohrer oder Sägeblätter sollten einen kleinen Spanwinkel aufweisen.• Eine gute Wärmeabfuhr wird durch hohen Spanquerschnitt sichergestellt.

Da Thermoplaste sich in der Wärme stark dehnen und nach der Bearbeitung Schwin-dung zu erwarten ist, können nicht so enge Toleranzen eingehalten werden wie bei Metallen. Das Zerspanen von Duroplasten ist einfacher, da sie bei Erwärmung nicht erweichen und auch nicht schmelzen. Sie sind allerdings meist spröder als thermo-plastische Kunststoffe und stauben erheblich, so dass bei spanender Bearbeitung eine gute Absaugung benötigt wird. Es sollten gehärtete Werkzeugschneiden ver-wendet werden. Auf Grund der großen Elastizität lassen sich Elastomere nicht zer-spanend bearbeiten.

ExtruderschneckeExtruderschnecke

Fülltrichter für Granulat

Heizelement Zylinderwand Mundstück

Kunststoff-Halbfabrikat





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Kleben: Die meisten Thermoplaste sind in bestimmten Lösungsmitteln löslich. Somit ist es möglich, sie mit Lösungsmittelklebstoffen oder Kleblacken zu verkleben. Die Verbindung zwischen den Klebeteilen besteht dann aus dem Kunststoff selbst. An-sonsten können alle Kunststoffe mehr oder weniger gut mit Kontakt-, Haft- oder Reaktionsklebstoffen gefügt werden. Für duroplastische und elastomere Kunststoffe sind chemisch abbindende Zweikomponenten-Kleber auf der Basis von Epoxidharz, Cyanacrylat oder Polyurethan geeignet. Welche Klebstoffe für die einzelnen Kunst-stoffe am besten sind und weitere Hinweise finden Sie auf den folgenden Seiten sowie im Kapitel Klebstoff.

„Fügen“ ist die in der Fertigungstechnik verwendete Begrifflichkeit für das Verbin-den zweier oder mehrerer Bauteilkomponenten. In diesen Kontext fällt auch das Schweißen, eine Technologie, die man vor allem aus der Metallverarbeitung kennt.

Schweißen: Wie Metalle können auch thermoplastische Kunststoffe verschweißt werden, da sie bei Erwärmung erweichen. Duroplaste und Elastomere können aus-schließlich geklebt werden. Für den Modellbau und zur handwerklichen Verarbei-tung sind insbesondere zwei Schweißverfahren für Thermoplaste interessant: das Warmgas- und das Heizelemente-Schweißen. Beim Warmgasschweißen werden die zu fügenden Flächen und der meist in Stabform verwendete Zusatzwerkstoff gleich-zeitig mit Warmluft auf Schweißtemperatur erwärmt und unter Druck verschweißt. Das Warmgasschweißen wird für PE, PP, PVC und PMMA verwendet. Zum Verschwei-ßen verschiedener Kunststoffe ist das Verfahren meist nicht geeignet. Beim Heizele-mente-Schweißen wird die Wärme durch ein Heizelement auf die Werkstücke über-tragen. Als Heizelemente dienen Platten, Keile, Bänder oder Drähte aus Metall, die elektrisch auf die erforderliche Temperatur gebracht werden. Diese liegen meist bei Werten zwischen 200 °C und 400 °C.

Genauere Darstellungen zu den Kunststoffschweißtechniken findet man im „Hand-buch für technisches Produktdesign“. Neben Kleb- und Schweißtechniken haben sich insbesondere konstruktive Maßnahmen durchgesetzt, um Kunststoffteile miteinan-der zu verbinden. An dieser Stelle sei die Schnappverbindung genannt, mit der bei-spielsweise die meisten Teile zur Innenverkleidung im Auto dauerhaft befestigt werden können.

Warmumformen: Die thermischen Eigenschaften der Thermoplaste sind manchmal nützlich und manchmal störend für die Verarbeitung. Flüssige Thermoplaste werden beispielsweise im Spritzguss zu Zahnbürstenstielen oder Computergehäusen verar-beitet. Erweichte Platten oder Stäbe können umgeformt werden und behalten nach dem Abkühlen die Form von Yoghurtbechern oder Lampenschirmen. Für die harten Duroplaste und die elastischen Elastomere kommt das Warmumformen nicht in Fra-ge. Wie das Umformen von Thermoplasten funktioniert und handwerklich durchge-führt wird, erklären die folgenden Absätze. Für die Warmumformung werden ther-moplastische Kunststoffe wie PS, ABS, PP, PVC, PMMA, PC und PET über ihre Erweichungstemperatur erwärmt. Oberhalb dieser Temperaturen nehmen die Poly-mermoleküle segmentweise Platzwechsel vor und neigen dazu, sich unter Belastung zu entknäueln. Bei Entlastung sind sie jedoch bestrebt, die ursprüngliche Lage wie-der einzunehmen, was dann zur Rückstellung des gesamten Werkstücks führt. Um diesem Rückstellbestreben entgegenzuwirken, muss das Werkstück nach der Umfor-mung im belasteten Zustand bleiben und langsam auskühlen. Im Bereich der Erwei-chungstemperaturen wird der Kunststoff weich und lederartig. Das Warmumformen ist jedoch keine klebrige und stinkende Angelegenheit. Klebrig wird es nur dann, wenn der Kunststoff zu heiß geworden ist. Das Tragen hitzebeständiger Handschuhe ist für das Warmumformen zu empfehlen.

Einige Kunststoffe sollten vor dem Umformen getrocknet werden, da die im Materi-al gebundene Feuchtigkeit zu Trübungen oder Blasen im umgeformten Bereich führen kann. Sind optisch einwandfreie Kanten erwünscht, sollte der Kunststoff vor dem Umformen poliert werden. Die Prozesse zum Erwärmen thermoplastischer Werkstoffe im industriellen Kontext sind sehr ausgefeilt. Für die handwerkliche War-mumformung können aber auch einfache Mittel Verwendung finden. Kleinere Um-formungen zum Biegen eines Rohres oder Abkanten eines Plattenabschnitts werden mit weich eingestellter Propangasflamme realisiert. Zum lokalen Erwärmen stehen außerdem verschiedene Hilfsmittel wie Infrarotlampen, Heizstrahler, Heiß-luftföne

Umformtemperaturen einiger Kunststoffe

Kunststoff Temperatur

PS 130 bis 200 °C

PE 140 bis 160 °C

PP 155 bis 200 °C

PET 95 bis 120 °C

PC 180 bis 220 °C

PMMA 130 bis 170 °C

PVC-hart 110 bis 140 °C

CAB 180 bis 200 °C

Handbuch für Technisches Produktdesign, Autor (Text) und inhaltliche Gliederung: Dr. Sascha Peters,Springer-Verlag Berlin / Heidelberg

Dr. Sascha Peters hat die Rubrik „Wissens-wertes“ für die Kapitel Kunststoffe, Me-talle, Papier, Holz, Textilien und Verbund-werkstoffe verfasst. Er ist Autor und Mitherausgeber unserer Empfehlung für weitergehende Materialinformationen:

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oder mit Aluplatten abgedeckte Herdplatten zur Verfügung. Wird ein nicht teflon-beschichtetes Bügeleisen benutzt, sollte man Trennpapier (z. B. Backpapier) auflegen, um die Oberfläche des Werkstücks nicht zu verkratzen. Ganze Werkstücke können leicht im Backofen erwärmt werden.

Egal welches Hilfsmittel genutzt wird, es gelten folgende Grundregeln: • Wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit thermoplastischer Kunststoffe sollten die

Werkstoffe langsam und gleichmäßig erwärmt werden.• Beim Biegen und Abkanten sollte die erwärmte Zone mindestens sechs Mal so

breit sein, wie die Platte dick ist; der minimale Biegeradius ist zwei bis drei Mal so groß zu wählen wie die Plattendicke.

• Um örtliche Abkühlspannungen zu vermeiden, darf die Abkühlung unter Form-zwang nicht zu schnell erfolgen und sollte möglichst gleichmäßig vonstatten ge-hen.

Umformwerkzeuge: Um bei der Warmumformung präzise und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen, werden Formen verwendet. So kommt bei der Überführung einer Stabgeometrie in eine gewinkelte Form eine einfache Holzkonstruktion („Bie-geschablone“) zum Einsatz, in der das Werkstück auch auskühlt. Damit Rohre nicht abknicken, sollten sie vor dem Biegen stramm mit Sand gefüllt und mit Pfropfen an den Enden verschlossen werden, so dass der Sand nicht verdrängt werden kann. Ein Zylinder entsteht, wenn eine im Ofen erwärmte Platte um eine vorgewärmte Fla-sche, ein Papprohr oder ein filzummanteltes Metallrohr gewickelt wird. Dabei sollte zügig gearbeitet werden, denn das Material kühlt schnell aus.

Schwieriger ist das so genannte Streckformen von Platten oder Folien, eine einfache Variante des Tiefziehens. Hier werden ein Ziehstempel, der die Form für das Werk-stück bildet, und ein Holzrahmen verwendet. Das Material wird auf den Holzrahmen gespannt, dessen innerer Ausschnitt dem Umriss des Ziehstempels entspricht. Nach dem Erwärmen des Kunststoffs auf Umformtemperatur wird der Rahmen gleichmä-ßig über den Stempel gezogen.

Dehnungsverhalten: Kunststoffe dehnen sich bei Erwärmung wesentlich stärker aus als andere Werkstoffe. Daher sollte bei einer Kunststoff-Konstruktion für den Außeneinsatz immer ausreichend Dehnungsspielraum eingeplant werden. Nur so lässt sich verhindern, dass der Kunststoff reißt, witterungsempfindlich wird und im schlimmsten Fall sogar bricht. Die nebenstehende, grob berechnete Tabelle gibt eine ungefähre Vorstellung, wie stark sich ein Kunststoff bei Temperaturerhöhung dehnt. Die Werte beziehen sich auf eine maximale Temperaturdifferenz zwischen -20 °C und +40 °C. Beispielsweise ist bei einer Acrylglas-Platte (PMMA) mit einer Länge von einem Meter eine maximale Längendifferenz zwischen Winter und Sommer von 5 mm zu rechnen. Bei direkter Sonneneinstrahlung fällt der Wert sogar noch deutlich höher aus.

Veredelung: Zum Ende der Bearbeitung können Kunststoffe meist leicht im Sieb- und Tampondruck bedruckt, lackiert oder heiß geprägt werden. Das galvanische Metallisieren im Vakuum ist Standard in der Massenproduktion. Beispielanwen-dungen sind Spiegelflächen oder Reflektoren im Fahrzeugbau. Außerdem wurde in den letzten Jahren die Lasertechnologie zur Aufbringung von Dekoren qualifiziert.

Kunststoffe

Dehnungsverhalten verschiedener Kunststoffe von -20 °C bis + 40 °C

Kunststoff Dehnung

PC (Polycarbonat, „Makrolon“)

0,4 %

PMMA (Polymethyl-methacrylat, „Plexiglas“)

0,5 %

PP (Polypropylen) 0,7 bis 1,0 %

PS (Polystyrol) 0,4 bis 0,5 %

PVC (Polyvinylchlorid) 0,4 bis 0,5 %

PET (Polyester) 0,5 %

Warmverformtes Plexiglas





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Man kennt die kleinen bunten Bausteine aus jedem Kinderzimmer. Sie lassen sich in beliebiger Form zusammensetzen, aktivieren unsere Kreativität und sind fast „unka-puttbar“: Legosteine. Seit 1963 werden sie aus der Polystyrolsorte ABS hergestellt. Neben den Polyolefinen und Polyvinylchlorid (PVC) zählen Polystyrole auf Grund ihrer einfachen Verarbeitung bei geringem Kostenaufwand zu den bedeutendsten Massenkunststoffen. Man kennt sie in Form von Joghurtbechern, Wegwerfbeste-cken oder CD-Verpackungen. Polystyrolschaumstoffe wie Styropor oder Styrofoam sind wichtige Verpackungs- und Dämmmaterialien. Auf Grund der leichten Verarbei-tungsmöglichkeiten und des geringen Preises sind sie als Modellbauwerkstoffe bei Architekten und Designern beliebt.

Eigenschaften: Polystyrole werden überwiegend als amorphe Thermoplaste poly-merisiert. Sie sind glasklar, weisen einen hohen Oberflächenglanz auf und lassen sich transparent sowie deckend einfärben. Die Dichte liegt bei ungefähr 1,05 g / cm³. Was-seraufnahme und Gasdurchlässigkeit sind sehr gering, was Polystyrol als Verpa-ckungsmaterial für die Lebensmittelindustrie qualifiziert. Außerdem ist PS chemisch beständig gegen wasserbasierte Flüssigkeiten und Lösungsmittel. Die Wärmebestän-digkeit des sehr steifen und harten Kunststoffs reicht aber nur bis etwa 70 °C. Im Außenbereich muss mit einer Verminderung der Glanzeigenschaften und Vergilben gerechnet werden.

Zur Verbesserung der Eigenschaften und Erweiterung des Verwendungsbereichs wurde eine ganze Reihe von Polystyrol-Varianten entwickelt, die eine geringere Sprödigkeit, bessere mechanische Eigenschaften und höhere Wärmeformbeständig-keit aufweisen. Schlagfestes Polystyrol (SB), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymere (ABS), Styrol-Acrylnitril-Polymere (SAN) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Polymere (ASA) entstehen durch Modifizierung mit Acrylnitril und / oder der Kautschukkompo-nente Butadien.

Schlagfestes Polystyrol (SB) ist wesentlich schlagzäher und stoßfester als das Stan-dard-Polystyrol. Dafür fallen Steifigkeit, Transparenz und Oberflächenglanz geringer aus. Es ist als Alternative zu PVC als glasklares Verpackungsmaterial und für tech-nische Formteile entwickelt worden. Die Kautschukkomponente macht es auch für Anwendungen bei tiefen Temperaturen bis -40 °C geeignet.

Das besonders vielseitige ABS hat eine hohe Wärmebeständigkeit (95-110 °C), hohe Zähigkeit und sehr gute Kratzfestigkeit. Auf Grund des günstigen Preises hat es sich in vielen Anwendungen als technischer Werkstoff behauptet. ABS ist in ungefärbtem Zustand weiß-opak.

Im Vergleich zu normalem Polystryrol hat SAN eine bessere Chemikalienresistenz, höhere Festigkeitswerte, eine erhöhte Schlagzähigkeit, bessere Oberflächenhärte und ist wärmebeständiger. Auffällig ist auch die gute Temperaturwechselbeständig-keit.

Die mechanischen Eigenschaften von ASA sind vergleichbar mit denen von ABS. Für Außenanwendungen weist es eine deutlich höhere Beständigkeit gegen Witterungs-einflüsse und UV-Strahlung auf. Wegen der eingebetteten elastomeren Bestandteile ist es undurchsichtig.

PS-S ist ein relativ neues Styrolpolymer mit einem teilkristallinen Anteil, einer sehr hohen Wärmeformbeständigkeit und für die Elektroindustrie geeignetem Eigen-schaftsprofil. Mit diesen besonderen Qualitäten tritt es in Konkurrenz mit anderen technischen Kunststoffen wie PBT oder PA.

Durch erste Anwendungen des weißen Schaumstoffs Styropor ist Polystrol Anfang der 60er Jahre bekannt geworden. Die geringe Dichte bei gleichzeitig guten Wärme-dämmeigenschaften ist bemerkenswert. Dafür fallen die mechanischen Festigkeits-werte umso schlechter aus. Polystyrolschaumstoffe sind sehr anfällig gegen äußere Belastungen.

Legosteine aus ABS

Polystyrol (PS)

Rondini (Vorschulmalkasten), Farbschäl-chen aus Polystyrol SB (mit Zumischung von Glimmer), Deckel aus Polystyrol SAN, Bodenteil aus Polystyrol SB, Hersteller: Pelikan, Design: Yellow Design | Yellow Circle

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Polystyrol (PS)

Anwendung: Die Anwendungsbereiche von Polystyrol-Werkstoffen sind vielfältig. Es ist uns als Packmittel und Folienmaterial bekannt. Der hohe Oberflächenglanz bei gleichzeitiger Durchsichtigkeit wird für Kosmetika, Kassettenhüllen, Ordnungskäs-ten in Werkstatt und Küche, Leuchtenabdeckungen, Isolierfolien, Zahnbürsten, Modeschmuck und Tortenhauben geschätzt. Die schlagfesteren modifizierten Vari-anten finden vor allem in technischen Bereichen Anwendung. Beispiele sind Video-kassetten, Kameras, Rundfunkgeräte, Fernsehrückwände, Kühlschrankverklei-dungen, Diarahmen, Kleiderbügel oder Schuhleisten. ABS findet mit der Möglichkeit zur elektrostatischen Ausrüstung insbesondere in der Elektroindustrie Anwendung. Hier wird der Werkstoff bei der Gehäuseherstellung von Telefonen, Staubsaugern, Plattenspielern, Büromaschinen, Leuchten und Chipkarten verwendet. In der Möbe-lindustrie gibt es Sitzschalen, Hocker, Kindersitze und Beschläge aus ABS. Weitere typische Anwendungen sind Kugelschreiber, Surfbretter, Autobatteriekästen, Zier-leisten oder WC-Spülkästen. SAN wird besonders dann für technische Bauteile inter-essant, wenn neben guten mechanischen Eigenschaften auch eine klare Transparenz gefordert wird. Somit ist es für Phonoabdeckhauben oder Leuchtenabdeckungen gut geeignet. ASA kann seine charakteristischen Eigenschaften vor allem für Außen-anwendungen mit hellen Einfärbungen voll entfalten. Es ist beständig gegen Witte-rungseinflüsse und vergilbt nicht. Typische ASA-Bauteile sind Wohnwagenverklei-dungen, Außenspiegel, Gartenleuchten, Verkehrsschilder, Rasenmähergehäuse, Gartenmöbel und Pflanzenschalen.

Verarbeitung: Das Spritzgießen von Polystyrol und der modifizierten Varianten ist bei Massentemperaturen von 200-250 °C sehr gut möglich. Zur Erzielung eines guten Oberflächenglanzes sollte das Werkzeug auf eine Temperatur von 80 °C erwärmt werden. Halbzeuge wie Platten, Folien, Tafeln oder Rohre werden extrudiert. Hohl-körper aus PS-SB, ABS, SAN und ASA entstehen im Extrusionsblasverfahren. Die zer-spanende Bearbeitung der Polystyrole ist mit den üblichen Werkzeugen möglich. Für Zuschnitte von Schaumstoffplatten stehen Thermosägen zur Verfügung. Warmum-formungen werden in der Regel im Vakuum bei Temperaturen zwischen 130 °C und 200 °C durchgeführt. Typische Geometrien sind Becher- und Tellerformate. Einfaches Biegen ist auch bei etwas geringeren Temperaturen möglich. Für das Kleben der Standard-Polystyrole eignen sich Lösungsmittelklebstoffe wie Dichlormethan oder Toluol. ABS und ASA kleben am besten mit Methylethylketon oder Dichlorethylen. Höhere Festigkeit erreicht man mit Zweikomponenten-Systemen. Für Styroporteile sind Lösungsmittelklebstoffe nicht geeignet. Hier bieten sich Dispersions-, Cyana-crylat- oder Kontaktkleber auf Kautschukbasis an. Schweißen ist möglich, wird aber auf Grund der guten Klebbarkeit der Polystyrole nur selten durchgeführt. PS-Ober-flächen können im Sieb- und Tampondruckverfahren bedruckt und im Vakuum gal-vanisch metallisiert werden. Auch das Heißprägen und die Lasertechnologie sind zur Aufbringung von Dekoren geeignet. Polystyrole lassen sich sehr gut schleifen und polieren.

Lieferformen: Polystyrole sind als Folien, Platten, Blöcke, Stäbe, Rohre, Profile und Spritzgusshalbzeuge erhältlich. Styropor-Schaumplatten werden mit Dichten zwi-schen 20-200 kg / m³, hellblaues Styrofoam in Dichten von 35 kg / m³ und 45 kg / m³, weißer Hartschaum mit einer Dichte von 52 kg / m³ angeboten.

Handelsnamen: • PS: „Edistir“ – Enichem, „Empera“ – BP-Amoco, „Koplen“ – Kaucuk, „Neopor“,

„Styrodur“, „Styropor“, „Peripor“ – BASF, „Novacor“ – Nova Chemicals, „Polydux“ – Aiscondel, „Valtra“ – Ausimont, „Velkor“ – Alkor, „Lacqrene“ – Atofina

• PS-SB: „Styronal“ – BASF, „Buna“ – Bayer MaterialSience, „Clearen“ – Denki Kag-aku Kogyo, „Paraloid“ – Rohm & Haas, „Polyflam“ – Schulman

• ABS: „Satran“ – MRC Polymers, „Tarodur“ – Taro Plast, „Tecaron“ – Ensinger, „Ter-lux“, „Terluran“ – BASF, „Lustran ABS“ – Bayer MaterialScience, „Blendex“ – GE Specialty Chemicals, „Lupos“, „Lucky“ – LG Chemical, „Parisab“ – Tecnopolimers

• ASA: „Luran S“ – BASF, „Centrex“ – Bayer MaterialScience, „Geloy“ – GE Plastics• SAN: „Tyril“ – Dow Chemicals, „Bapolan“ – Bamberger Polymers, „Luran“ – BASF,

„Lustran SAN“ – Bayer MaterialScience, „Lupan“ – LG Chemical, „Cevian“, „Cebi-an“ – Daicel Chemical

Alternativen: PP, PE, PA, PBT, PVC, Papierschaum

„Hirschkopf, Krücklein“ – Souvenirs der Marke “ebos” aus dem Allgäu, schlagfes-te Polystyrol (PS), Spritzguss beflockt, Design: Sybs Bauer





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Tupperware gilt als eine der großen Errungenschaft der Nachkriegszeit: Die bunten Behältnisse aus dem Kunststoff Polyethylen revolutionierten die Aufbewahrung und das Frischhalten von leicht verderblichen Lebensmitteln. Der 1949 patentierte Ver-schluss macht luftdichtes Abdichten möglich. Earl Silas Tupper hatte damit die Vor-teile von PE gegenüber Behältnissen aus Glas oder Keramik früh erkannt. Polyethy-len ist leicht, unzerbrechlich und geruchs- sowie geschmacksneutral. Neben Polypropylen (PP) gehört PE zur Gruppe der Polyolefine. Diese stellen die mengen-mäßig bedeutendste Kunststoffgruppe dar. Auf Grund der niedrigen Produktions-kosten, der leichten Zugänglichkeit der Rohstoffe und der guten Ökobilanz macht Polyethylen heute etwa ein Viertel der gesamten Kunststoffproduktion weltweit aus.

Eigenschaften: Polyolefine sind teilkristalline Thermoplaste. Bei dieser Form der Struktur liegt ein großer Anteil der Fadenmoleküle in regelmäßiger Anordnung vor. Im Vergleich zu amorphen Polymeren bewirken kristalline Strukturen einen sta-bileren Zusammenhalt mit erhöhter Dichte, Form- und Temperaturbeständigkeit. Entsprechend des Kristallisationsgrades unterscheidet man Polyethylen geringer (PE-LD, „low density“), mittlerer (PE-MD, „medium density“) und hoher Dichte (PE-HD, „high density“). Die mechanischen und chemischen Eigenschaften können je nach Anwendungsfall eingestellt werden. Darüber hinaus ist durch räumliche Vernetzung während der Verarbeitung auch eine Steigerung von Temperaturbeständigkeit und Schlagzähigkeit möglich. Vernetzte PE-Varianten tragen die Bezeichnung PE-X.

Polyethylene sind in ungefärbten Zustand milchig weiß. Sie haben eine wachsartige Oberflächenstruktur. Die maximalen Verwendungstemperaturen liegen zwischen 75 °C (PE-LD) und 95 °C (PE-HD). Bei Kälte oder UV-Einstrahlung ist mit Versprödung zu rechnen. Für die Verwendung im Außenbereich muss PE daher ein Russpartikel-anteil von etwa 2 % beigemischt werden. Die elektrischen Isolationseigenschaften sind hervorragend. Polyethylene sind beständig gegen verdünnte Säuren, Laugen, Alkohol und Öl. Die Durchlässigkeit für Gase und Aromastoffe fällt im Vergleich zu anderen Kunststoffen größer aus.

Anwendung: PE-LD wird hauptsächlich für die Fertigung von Folien aller Art, Ver-packungsmaterialien, Abdeckplanen und Tragetaschen verwendet. Auch ist es für Kabelummantelungen und als Beschichtungswerkstoff für Metallbauteile gut geeig-net. Bei der Herstellung von Behältnissen, Rohren und Spritzgussartikeln greift man auf Polyethylen hoher Dichte zurück. Außerdem kommt PE-HD bei Geotextilien für den Deponie- und Böschungsbau zur Anwendung. Die vernetzte Variante PE-X wird vor allem für Warmwasserleitungen oder Rohrsysteme von Fußbodenheizungen verwendet. Außerdem eignet sich diese zur Isolierung von Hochspannungskabeln und für die Gasversorgung.

Verarbeitung: Polyethylen lässt sich einfach verarbeiten. Häufig angewendete Ver-arbeitungstechniken sind das Spritzgießen, Extrudieren und Extrusionsblasformen. Beim Spritzgießen muss eine Schwindung von 1,5 % (PE-LD) bis 5 % (PE-HD) berück-sichtigt werden. Großbehälter und Fässer werden auch durch das Rotationsgießen erzeugt. Die zerspanende Bearbeitung ist eher unüblich. Umformungen werden unter Wärmezufuhr bei Temperaturen von 140 °C (PE-LD) und 160 °C (PE-HD) durch-geführt. Polyethylene haben keine guten Klebeigenschaften. Geschweißt werden können die PE-Sorten durch Warmgas-, Reibungs- und Heizelementeschweißen. Zum Bedrucken eignet sich das Siebdruckverfahren. PE muss hier aber durch Sandstrahlen oder Beflammen vorbehandelt werden. PE-LD eignet sich als Beschichtungsmaterial für Rohre, Kühlschrankeinleger und Spülmaschinenteile. Aufgebracht wird das Ma-terial durch Wirbelsintern bei etwa 220 °C.

Lieferformen: Polyethylene sind in Form von Granulat, Pulver, Blöcken, Platten, Stäben, Rohren und als Folienmaterial erhältlich.

Handelsnamen: „Dowlex“, „Elite“ – Dow Chemical, „Sclair“ – Nova, „Escorene“ – Exxon Mobil Chemical, „Hostalen“ – Elenac, „Vestolen A – DSM Engineering Plastics, „Novex“, „Rigidex“ – BP-Amoco, „Marlex“ – Phillips, „Fortiflex“ – Solvay, „Vesto-wax“ – Hüls AG, „Lupolen“ – Basell

Alternativen: PP, PVC, EVOH, PS, ABS, SAN

Taschen aus Tüten; Plastiktüten bestehen in der Regel aus Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE)

Polyethylen (PE)

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„Lucy“ – Bürolocher, Polypropylen, Hersteller: Koziol, Design: Peter Naumann

Polypropylen (PP)

Polypropylen ist eines der beliebtesten Materialien für Produkte des täglichen Ge-brauchs. Die Firma Authentics hat es mit namhaften Designern Anfang der 1990er Jahre geschafft, den Werkstoff vom schlechten Image eines Kunststoffs zu befreien und ihn zurück in unsere Alltagskultur zu bringen. Durch die transluzent edle Anmu-tung wurden selbst die einfachsten Gegenstände wie Müllereimer, Hocker und Zahn-putzbecher Teil unseres Wohnraums.

Eigenschaften: Die charakteristischen Merkmale der beiden bedeutenden Polyole-fine Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) ähneln sich. Bei PP liegen etwa 60 % bis 70 % der Fadenmoleküle in kristalliner Form vor. Es weist daher höhere Härte, grö-ßere Steifigkeit und bessere Festigkeitswerte auf als PE. Polypropylen ist sehr zäh und formbeständig bis zu einer Temperatur von 110 °C (kurzfristig: 140 °C). Für hohe Beanspruchung wird es mit Glasfasern oder mineralischen Füllstoffen verstärkt. Mit einer Dichte von 0,895 g / cm³ bis 0,92 g / cm³ ist PP noch ein wenig leichter als Polye-thylen. Ungefärbt hat es eine schwache Transparenz bei hohem Oberflächenglanz. Polypropylen nimmt kein Wasser auf. Es wird spröde bei Temperaturen unter 0 °C. Die Isolationseigenschaften vor elektrischen Strömen ähneln dem der Polyethylene. PP-Oberflächen ziehen gerne Staub an. Polypropylen ist physiologisch unbedenklich und wird daher im Lebensmittel- und Pharmaziebereich eingesetzt. Es ist beständig gegen schwache Säuren und Laugen. Vorsicht ist geboten beim Kontakt mit Kupfer-legierungen.

Anwendung: Da sich die Materialcharakteristika von Polypropylen sehr gut einstel-len und durch Faserzusätze verstärken lassen, reichen die Verwendungsgebiete von einfachen Verpackungsfolien über Schaumstoffe und Geotextilien bis hin zu tech-nischen Bauteilen für den Maschinenbau und die Fahrzeugindustrie. Typische PP-Bauteile sind Lebensmittelverpackungen, Flaschenverschlüsse, Kofferschalen, Infusi-onsbehälter, Campingmöbel, Surfbretter, Nähmaschinengehäuse, PKW-Innenverkleidungen, Autobatteriegehäuse, Stoßfänger, Lüfterteile, Wä-schetrockner, Kotflügel, Scheinwerfergehäuse, Einweggeschirr, Kaffeefilter und durchsichtige Verpackungen. Im Baugewerbe wird Polypropylen für Rohrleitungen, Regale oder Tischplatten eingesetzt. Die elektrischen Isolationseigenschaften ma-chen es wie Polethylen für Kabelummantelungen geeignet.

Verarbeitung: Auf Grund der größeren Härte im Vergleich zu PE kommen zerspa-nende Techniken durchaus zur Anwendung. Die formgebende Bearbeitung durch Biegen, Vakuumformen oder Tiefziehen ist bei Temperaturen zwischen 155 °C und 200 °C möglich. Beim Warmumformen bewirken gekühlte Werkzeuge eine höhere Transluzenz des späteren Bauteils. Beim Spritzgießen wird Polypropylen bei knapp unter 300 °C verarbeitet. Je höher die PP-Masse erwärmt wird, desto besser ist die Oberfläche des Bauteils nach dem Erstarren. Mit einer Schwindung von 1 % bis 2,5 % muss gerechnet werden. Weitere typische spanlose Formgebungsverfahren für PP-Massen sind Extrudieren, Stranggießen oder Blasformen. Die Verarbeitbarkeit von PP-Formmassen kann durch Zumischung von Elastomeren (EPM-Kautschuk) verbes-sert werden. Man spricht dann von PP-Elastomer-Blends, die eine erhöhte Schlagzä-higkeit und Witterungsbeständigkeit aufweisen. Für Gartenmöbel wird das Aus-gangsmaterial zum Beispiel mit Talkum verstärkt. Polypropylen lässt sich mit den gleichen Schweißverfahren fügen wie Polyethylen. Die Schwierigkeiten beim Kleben und Bedrucken sind identisch. Kleine Schriften können auch ohne Vorbehandlung der Oberfläche durch Heißprägen aufgebracht werden. Polypropylen lässt sich darü-ber hinaus sehr gut polieren. Die Werkstoffoberflächen können auch metallisiert werden.

Lieferformen: Wie bei den Polyethylenen wird Polypropylen in Form von Granulat, Pulver, Blöcken, Platten, Stäben, Rohren und Folien gehandelt.

Handelsnamen: „Inspire“ – Dow Chemical, „Nepol“, „Xmod“ – Borealis, „Bicor“, „Hicor“ – Exxon Mobil Chemical, „Vestolen P – DSM Engineering Plastics, „Polyfill“ – Polykemi, „Topilene“ – Tong Yang, „Eltex“, „Sequel“, „Ontex“ – Solvay, „Tatren“ – Slovnaft, „Novolen“, „Profax“ – Basell

Alternativen: PE-LD, PE-HD, PVC, PS, ABS, SAN

NUK Oral Care Beißringe aus PP, Oral Care Kühlring (blau) aus Silikon, Hersteller: Mapa GmbH, Design: Yellow Design | Yellow Circle





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Wir kennen das Material aus unserer Küche. Folien und Beutel, die sich zum Verpa-cken von frischem Gemüse oder Fleisch und die Lagerung im Gefrierschrank eignen, werden in der Regel aus Ethylenvinylacetat hergestellt. Den Einsatz verdankt der Werkstoff seiner Eigenschaft selbst bei niedrigen Temperaturen besonders stark zu schrumpfen, eine Qualität, die für das luftdichte Aufbewahren von Lebensmitteln von Interesse ist.

Eigenschaften: Der Begriff Ethylenvinylacetat (EVA) bezeichnet eine Gruppe von Copolymeren, die durch Polymerisation von Ethylen und Vinylacetat entstehen. Da-her sind auch noch ältere Schreibweisen wie Ethylen / Vinylacetat, E / VA und Ethylvi-nylacetat im Umlauf. Obwohl die Kettenmoleküle starke Verzweigungen aufweisen, ist die Struktur nur an wenigen Stellen kristallin. Daher sind Ethylenvinylacetate thermoplastisch und lichtdurchlässig. Dichte und Eigenschaften richten sich in beson-derem Maße nach dem Vinylacetatgehalt (VAC). Bei geringem Anteil VAC ist EVA im Vergleich zu PE-LD lichtdurchlässiger, zäher, flexibler und formstabiler unter Wärme. Ein größerer Vinylacetatgehalt reduziert Festigkeit, Steifigkeit und Chemikalienbe-ständigkeit. Der Werkstoff weist eine fast kautschukähnliche Flexibilität auf und ähnelt im Eigenschaftsprofil weichem Polyvinylchlorid (PVC-P). Gleichzeitig steigen Reiß- und Stoßfestigkeit sowie Lichtdurchlässigkeit und Glanz. Das Adhäsionsvermö-gen nimmt zu, so dass sich EVA mit hohem Vinylacetatgehalt für Beschichtungen und als Klebstoff eignet. Die Einsatztemperaturen des thermoplastischen Werkstoffs liegen zwischen -50 °C und +60 °C. Bei höheren Temperaturen schmilzt er. Auffallend ist das gute Aufnahmevermögen für anorganische Füllstoffe wie Ruß, Kreide oder Glimmer. EVA ist für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen.

Anwendung: EVA findet vor allem als Verpackungsmaterial in Haushalt und Garten Verwendung. Es ist der klassische Packwerkstoff für Tiefkühlkost und Eiswürfel. Die kautschukähnliche Flexibilität macht EVA für Schuhsohlen und für falt- und form-bare Spielzeuge geeignet. In der Elektroindustrie wird das Material für Kabelum-mantelungen und -beschichtungen verwendet. Weitere Anwendungsbeispiele sind Verschlüsse, Dichtungen, Landwirtschaftsfolien, flexible Rohre oder Zwischen-schichten in Sicherheitsgläsern. EVA mit einem Vinylacetatgehalt von 70-95 % eignet sich als Klebstoff und ist Bestandteil in Pulverbeschichtungen, Emulsionsfarben und Poliermitteln.

Verarbeitung: Die Be- und Verbeitungsmöglichkeiten sind mit denen von PE-LD vergleichbar. EVA wird im Spritzgussverfahren bei Temperaturen zwischen 175 °C und 220 °C und durch Extrusion bei 140-180 °C verarbeitet. Auch Blasformen ist durchaus üblich. EVA-Folien können leicht bedruckt, gut heiß gesiegelt und geklebt werden. Warmgas-, Reibungs- und Heizelementeschweißen sind möglich.

Lieferformen: EVA ist als Granulat, Dispersion, Folienmaterial oder Halbzeug (z. B. Schläuche, flexible Rohre) erhältlich.

Handelsnamen: „Greenflex“ – Polimeri Europa, „Denka ER“ – Denki Kagaku Ko-gyo, „Escorene MV“ – Exxon Mobil Chemical, „Levapren“ – Bayer MaterialScience, „Platabond“ – Atofina, „Ultrathene“ – Equistar Chemicals, „Vamac“ – DuPont

Alternativen: PVC-P, PE-LD

Polyester

Kamen früher Getränke ausschließlich in klaren Glasflaschen ins Haus, so hat sich das in den letzten Jahren grundlegend geändert. Die Kunststoffflasche ist leichter, güns-tiger herzustellen, einfacher zu recyceln und bruchfester. Ihre Ökobilanz über die gesamte Lebensdauer fällt im Vergleich zur Glasflasche günstiger aus. Auf Grund seiner geringen CO2-Durchlässigkeit und seiner klaren Transparenz wird in den meis-ten Fällen der Polyester Polyethylenterephthalat (PET) verwendet. Im Jahr 2000 fiel ein Viertel der weltweiten PET-Produktion auf die Herstellung von Kunststoffflasch-

Ethylenvinylacetat (EVA)

EVA Gittermatte, transparent

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en. Weitere interessante Verwendungsgebiete sind Schmuckverpackungen für Par-fums oder Umverpackungen von wertvollen Lebensmitteln wie Pralinés.

Eigenschaften: PET ist einer der technisch wichtigsten Vertreter unter den Polyes-ter-Kunststoffen. Den Namen verdanken diese der so genannten Ester-Gruppe, einer Molekülstruktur die im Polymeraufbau zu finden ist. Das erste Mal gelang Wallace Hume Carothers 1930 die Herstellung eines Polyesters als Ersatzmaterial für Naturfa-sern als Destillationsprodukt aus einer Schmelze. Heute existieren neben den gesät-tigten, linearen Polyestern wie PET mit thermoplastischen Eigenschaften auch unge-sättigte Polyester, die zu duroplastischen Polymeren vernetzt werden können. Der ungesättigte Zustand geht auf eine C=C Doppelbindung zurück. Während des Ver-netzungsvorgangs reagiert diese mit polymerisierbaren Lösungsmitteln wie Styrol unter Einfluss von Katalysatoren und Beschleunigern zu einem sehr stabilen und warmformbeständigen Duroplasten. Diese sind glasklar und haben eine gelbliche Farbe. Verstärkt mit Fasermaterialien können vernetzte Polyesterharze Festigkeiten in der Größenordnung von unlegiertem Stahl aufweisen. UP-Harze haben gute elek-trische Isolationseigenschaften und können auch bei niedrigen Temperaturen ohne Versprödung Verwendung finden. Dauerhaft einsetzbar sind sie bis zu einer Tempe-ratur von 140 °C. Polyesterharze sind ebenfalls für Lebensmittelverpackungen zuge-lassen.

Bei den thermoplastischen Polyestern ist für die technischen Anwendungen neben PET auch noch Polybutylenterephthalat (PBT) bedeutend. Je nach Kristallisationsge-schwindigkeit nimmt PET entweder eine amorph-transparente oder teilkristalline Struktur mit weiß opaker Farbigkeit ein. PBT ist in aller Regel teilkristallin. Polyester nehmen sehr wenig Feuchtigkeit auf. Allerdings ist der Außeneinsatz von PET auf Grund der Neigung zur Vergilbung nur bedingt zu empfehlen. Durch die hohe Fes-tigkeit, Schlagzähigkeit, Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit sind teilkristalline Polyester als Konstruktionswerkstoffe geeignet. Auch nach x-maligem Knicken bre-chen sie nicht. Der sehr geringe Abrieb bei günstigen Gleit- und Isolationseigen-schaften machen sie für Präzisionsbauteile interessant. Dauerhaft einsetzbar ist teilkristallines PET von -30 °C bis +110 °C. PBT ist sogar noch ein wenig wärmebestän-diger und bleibt stabil bei Temperaturen zwischen -50 °C und +120 °C. Polyester brennen mit stark rußender Flamme und reagieren empfindlich auf kurze Tempera-turspitzen durch heiße Dämpfe. Sie sind beständig gegen Öle, verdünnte Säuren, Fette, Treibstoffe und die meisten Lösungsmittel.

Anwendung: Die Hauptverwendungsgebiete von PET sind Fasern, Folien, Filme und Kunststoffflaschen bzw. Lebensmittelverpackungen. PBT hat auf Grund der günsti-geren Verarbeitungseigenschaften beim Spritzgießen eine größere Bedeutung als Konstruktionswerkstoff für technische Anwendungen wie Steckverbindungen, Ge-häuse von Haushaltsgeräten, Küchenspülen und Pumpenteilen. Neben Polyamid ist PBT der typische Polymerwerkstoff für Gehäuseteile im Motorraum von Kraftfahr-zeugen. Bei Textilien werden insbesondere die geringe Knitterneigung, die hohe Reißfestigkeit sowie die gute Witterungsbeständigkeit von Polyesterfasern ge-schätzt. Auf Grund der gesundheitlichen Unbedenklichkeit können PET-Folien für Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden.

Polyesterharze gibt es als Gießharze oder in Form von Lacken. Durch Einbettung von Fasermaterial wie z. B. Glasfasern wird die Festigkeit noch verstärkt, so dass sie sich sogar für Segelflugzeuge und den Karosserie- bzw. Bootsbau eignen. Außerdem werden UP-Harze zu Transportbehältern, Heizöltanks, Rohren, Profilplatten, Leuch-tensockeln, Angelruten, Verkehrsschildern, Schutzhelmen, Verteilerkästen oder Mi-krowellen verarbeitet. Verstärkt mit Kohlefasern können sie sogar beim Flugzeugbau oder in der Raumfahrt eingesetzt werden. Im Gegensatz zu den thermoplastischen, gesättigten Polyestern eignen sich die ungesättigten UP-Harze nicht zur Faserher-stellung. Im Baugewerbe werden verschiedene Betonmischungen unter Zusatz von Polyesterharzen verstärkt.

Verarbeitung: Eine zerspanende Bearbeitung von Polyestern ist mit den üblichen Bearbeitungsmethoden möglich. Dünne Folien aus PET oder PBT können mit dem Cutter geschnitten werden. Ritzbrechen ist aber auf Grund der großen Zähigkeit nicht so leicht möglich. Zum Sägen eignen sich insbesondere hartmetallbestückte Sägeblätter. Die wichtigsten Herstellungsverfahren von Formteilen aus PET oder

Polyester

PET lässt sich sehr gut kalt abkanten





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PBT sind das Spritzgießen und das Extrudieren. Hier liegen die Verarbeitungstempe-raturen der Kunststoffmassen zwischen 250 °C und 290 °C. Hohlkörper wie Ge-tränkeflaschen werden durch Blasformen erzeugt. Zur Umformung muss amorphes PET auf Temperaturen zwischen 95 °C und 120 °C erhitzt werden. Teilkristallines PET benötigt eine Temperatur von etwa 150 °C und kann hervorragend tiefgezogen werden. Sowohl PET als auch PBT lassen sich bis zum Hochglanz polieren, können eingefärbt und bedruckt werden. Fügeverbindungen entstehen entweder durch die üblichen Kunststoffschweißverfahren oder mit Klebstoffen auf Basis von Epoxidharz, Cyanacrylat oder Polyurethan.

Polyesterharze liegen in der Regel in nicht vernetztem Zustand als Gießmasse vor. Bei der Verarbeitung sollten die Herstellerinformationen beachtet werden. Die Aus-härtung kann durch Wärmezufuhr beschleunigt werden, wobei in jedem Fall mit einer Schwindung zu rechnen ist. Nach der Aushärtung kann der Werkstoff mit ge-härteten Werkzeugschneiden zerspant werden. Handlaminieren und Spritztechniken finden zur Herstellung faserverstärkter Bauteile Verwendung. Abschließende Ober-flächenbehandlungen sind üblich. Geklebt werden Polyesterharze am besten mit EP-Harzen.

Lieferformen: Halbzeuge aus Polyesterwerkstoffen sind in den konventionellen Formen wie Profile, Tafeln, Folien, Platten oder Rohre am Markt verfügbar. Ungesät-tigte Polyesterharze werden als Gießharze, Prepregs oder Pressformmassen vertrie-ben. Prepregs sind in Harz getränkte Gewebe oder Matten aus Fasermaterialien wie Glas-, Aramid- oder Kohlefasern.

Handelsnamen:• PET: „Arnite“ – DSM Engineering Plastics, „Crastin“ – DuPont, „Hostaglas“ – A.

Hagedorn AG, „Hostapet“ – Klöckner-Pentaplast, „Impet“ – Ticona, „Lemapet“ – Mitsubishi Engineering Plastics, „Valox“ – General Electric Plastics

• PBT: „Arnite“ – DSM Engineering Plastics, „Celanex“ – Ticano, „Crastin“ – DuPont, „Duranex“ – Polyplastics, „Enduran“ – General Electric Plastics, „Later“ – Lati In-dustria Thermoplastici, „Ultradur“ – BASF, „Valox“ – General Electric Plastics

• UP: „Bakelite“, „Keripol” – Bakelite, „Ampal“, „Resipol“ – Raschig, „Palapreg“, „Palatal“ – DSM Resins, „Polylite“, „Plastopreg” – Reichhold, „Supraplast“ – SWC

Alternativen: PA, PC, POM, Glas, PMMA (Acrylglas) für thermoplastische PolyesterE-poxid-, Phenol-, Melaminharze für ungesättigte Polyesterharze

Polycarbonat (PC)

Wie aus dem Nichts erstrahlt auf dem scheinbar schwebenden Dach das dritte Brems-licht als holographische Lichtfläche. Das Concept-Car „ZaZen“ zeigt anschaulich die Qualitäten von Polycarbonat, das als einer der klassischen Kunststoffe für optische Anwendungen gilt. Entwickelt wurde das Fahrzeug vom Autovisionär Rinderknecht in Zusammenarbeit mit der Bayer MaterialScience AG, die PC unter dem Handelsna-men „Makrolon“ vertreibt. Seit 1982 ist Makrolon das Trägermaterial für CDs und stellt heute mit einem Weltmarktanteil von etwa 30 Prozent den bevorzugten High-tech-Werkstoff für digitale Speichermedien aller Art dar. In den USA ist Polycarbonat als Gehäusewerkstoff eines amerikanischen Computerproduzenten bekannt gewor-den.

Eigenschaften: Polycarbonat zählt zu den Thermoplasten und hat eine amorphe bis gering kristalline Struktur. Es ist transparent, in unverstärktem Zustand glasklar, überaus schlagzäh und hat eine hohe Festigkeit. Die Eignung als typischer Werkstoff für Geräteeinhäusungen, optische Komponenten bis hin zu Schutzhelmen, Sportbril-len und Helmvisieren verdankt der Kunststoff außerdem seiner guten Härte, Kratzu-nempfindlichkeit und Formstabilität. Die maximalen Gebrauchstemperaturen liegen bei einer langfristigen Beanspruchung zwischen -135 °C und +130 °C. Kurzzeitig hält

“ZaZen” – Conceptcar mit Dach aus Polycarbonat (PC), Entwickler: Bayer MaterialScience AG + Rinspeed AG

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Allgemeines

Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

Holz Kork

PapierPappeKarton

Metall







KlebstoffKlebeband

FarbenChemiePinsel


DekoDisplayEvent

Modellbau

MöbelLichtSysteme




Anhang


Polycarbonat auch Temperaturen von bis zu 150 °C stand. Bei normalen Witterungs-verhältnissen bleibt PC stabil. Wenn es jedoch lange Zeit der Sonne ausgesetzt ist, vergilbt der Werkstoff. Daher ist bei Verwendung im Außenbereich auf die Ausrüs-tung mit einem UV-Stabilisator zu achten. Außerdem sollte die vergleichsweise hohe Wärmedehnung berücksichtigt werden. Durch Zusatz von Fasern können sowohl die thermischen als auch die mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Glasfaser-anteile von 10–40 % sind üblich. Polycarbonat ist ein guter elektrischer Isolator. Ne-ben einer guten Biokompatibilität, besitzt PC geruchs- und geschmacksfreie Eigen-schaften. Es reizt weder Haut noch Augen. Lebensmittel sollten allerdings nur in Spezialsorten verpackt werden. PC ist darüber hinaus beständig gegen Öle, Fette, Benzin und verdünnte Säuren.

Anwendung: Typische Anwendungen von Polycarbonat sind elektrische oder op-tische Bauteile wie Schutzschalter, Sicherungskästen, LED-Ummantelungen, optische Datenspeicher, Mikroskopteile, Linsen, Kameras oder Scheinwerfer. Die mit bis zu 89 % hohe Lichtdurchlässigkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit macht den Werk-stoff als Glasersatz für Scheiben in Gewächshäusern, Wohnwagenfenstern oder für unzerbrechliche Brillengläser interessant. Seine hohe Schlagzähigkeit in einem großen Temperaturfeld und die gute Witterungsbeständigkeit empfehlen Polycar-bonat außerdem für den Einsatz am Bau. Dank seiner guten Klebeeigenschaften und einfachen Verarbeitung ist er außerdem als Modellbauwerkstoff bestens geeig-net. In hochwertigen Automobilen sparen leichte Verscheibungen aus Polycarbonat Energie und sorgen für mehr Fahrdynamik. 2007 wurde mit dem ConceptCar „eXa-sis“ die weltweit erste transparente Fahrzeugkarosserie aus Polycarbonat von der Bayer MaterialScience AG in Kooperation mit Rinspeed entwickelt.

Verarbeitung: Polycarbonat kann mit den üblichen Techniken zerspant werden. Wie PMMA (Acrylglas) ist PC relativ kerbempfindlich. Es lässt sich daher mit einem Cutter anritzen und brechen. Zur formgebenden Verarbeitung durch Spritzgießen, Extrusion oder Blasformen wird die PC-Masse auf Temperaturen zwischen 275 °C und 350 °C erwärmt. Formtrennmittel wie Silikonspray sind kaum notwendig. Umfor-mungen sind unter Wärmezufuhr zwischen 180 °C und 220 °C möglich. Damit keine Blasen entstehen, sollten Halbzeuge bei 150 °C vorgetrocknet werden. Für die Erstel-lung nahtloser Klebeverbindungen eignet sich Dichlormethan. Bei unlöslichen Werk-stoffen kann Silikonkautschuk Verwendung finden. Für Schweißverbindungen eig-nen sich Heizelemente-, Reibungs- und Ultraschallschweißen. Polycarbonat ist in allen Farben transparent oder deckend einfärbbar. Die Oberfläche kann durch Be-dampfen metallisiert werden

Lieferformen: Polycarbonat-Halbzeuge gibt es in Form von Platten, Folien, Stäben, Stangen und Rohren. Am Bau werden Polycarbonat-Stegplatten eingesetzt. Um die optischen Qualitäten beim Transport nicht zu beeinträchtigen, wird PC-Plattenware in aller Regel mit Schutzfolie geliefert.

Handelsnamen: „Makrolon“ – Bayer MaterialScience, „Lexan“ – General Electric Plastics, „Calibre“ – Dow Chemical, „Anjalon“ – J&A Plastics, „Decarglass“ – Degussa AG, „Latilon“ – Lati Industria Thermoplastici, „Xantar“ – DSM Engineering Plastics, „Durolon“ – Polycarbonatos do Brasil

Alternativen: POM, PET, PMMA (Acrylglas)

Kunstleder ist eine der klassischen Anwendungen für die weiche Variante von PVC. Gürtel, Schuhe, Taschen: die Produkte sind vielfältig. Genarbte und strukturierte Oberflächen machen es dem Naturprodukt zum Verwechseln ähnlich.

Nach den Polyolefinen PE und PP belegt der Thermoplast Polyvinylchlorid die dritte Position im Feld der Massenkunststoffe. Bereits 1835 gelang Renault erstmals die

Polyvinylchlorid (PVC)Polyvinylchlorid (PVC)

Polycarbonat (PC)

“ZaZen” – Conceptcar mit Dach aus Polycarbonat (PC), Entwickler: Bayer MaterialScience AG + Rinspeed AG

“exasis” – Conceptcar mit Karosserie aus Polycarbonat (PC), Entwickler: Bayer MaterialScience AG + Rinspeed AG





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Allgemeines

Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

Holz Kork

PapierPappe

Karton

Metall

TextilienLeder

Kunstleder

BänderKetten

Schläuche


Zeichnen Grafik

Büro

WerkzeugArbeits-

schutz

FormenAbformen

Gießen

KlebstoffKlebeband

FarbenChemie

Pinsel


DekoDisplay

Event

Modellbau

MöbelLicht

Systeme

BehälterTaschen

Verpackung

BücherMagazine

Medien

KartenSpielzeug

Accessoires

Anhang

Synthese des Monomers Vinylchlorid. Es dauerte aber noch knapp ein Jahrhundert, nämlich bis Ende der 1920er Jahre, bis in den USA die erste industrielle Produktions-anlage für PVC in Gang gesetzte wurde. 1931 zog die I.G.-Farben in Ludwigshafen nach. Heute nimmt die weltweite PVC-Produktion etwa ein Viertel des gesamten Kunststoffmarktes ein. 2003 verließen 26.500.000 Tonnen des Kunststoffs die Reak-toren der chemischen Industrie. Seine große Bedeutung verdankt Polyvinylchlorid vor allem seinem geringen Herstellungspreis, der sich historisch aus der Rolle des Kunststoffs als Auffanglager für Chlor begründet. Der begehrte Chemierohstoff Natronlauge wurde durch elektrolytische Spaltung von Kochsalz (Natriumchlorid) erzeugt. Zurück blieben enorme Mengen Chlor, das man anschließend für die Her-stellung von Polyvinylchlorid verwendete. Dieses historische Produktionsverfahren ist heute in der beschriebenen Form nicht mehr im Einsatz, obwohl neben Rohöl auch weiterhin Kochsalz als kostengünstiges Ausgangsmaterial Verwendung findet. Mit unzähligen Zusatzstoffen und Additiven ausgestattet, ist Polyvinylchlorid eines der wichtigsten Allroundmaterialien überhaupt.

Eigenschaften: Polyvinylchloride sind amorphe Thermoplaste mit sehr guter che-mischer Beständigkeit. Sie lassen sich glasklar ausführen und sowohl transparent als auch gedeckt einfärben. Im Vergleich zu anderen Massenkunststoffen ist PVC auf Grund des hohen Chlorgehalts schwer zu entflammen. Ursprünglich hart und sprö-de, wird die Zähigkeit des Werkstoffs mit Weichmachern variiert und auf den An-wendungsfall eingestellt. In der Hauptsache unterscheidet man das harte PVC-U (unplasticized) von der weichen Variante PVC-P (plasticized).

PVC-U enthält keine Weichmacher und zeichnet sich dementsprechend im Vergleich zu PVC-P durch hohe mechanische Festigkeit und Härte aus. Die elektrischen Isolati-onseigenschaften sind für die meisten Anwendungen ausreichend und übertreffen die der weichen Variante. PVC-U ist bis zu einer Temperatur von 60 °C bedenkenlos einsetzbar. Bei tiefen Temperaturen ist jedoch mit Versprödung zu rechnen.

PVC-P sind bis zu 40 % Weichmacher wie Phthalate beigemischt, die dem Werkstoff nahezu gummielastische Eigenschaften mit hoher Dämpfwirkung verleihen. Da Phthalate in Weich-PVC nicht fest eingebunden sind, dünsten sie aus und lösen sich beim Kontakt mit Flüssigkeiten oder Fetten. Sie stehen im Verdacht Unfruchtbarkeit, Übergewicht und Diabetes hervorzurufen und sind daher für Babyartikel und Kin-derspielzeug verboten worden. Obwohl für die meisten Anwendungen bislang keine Risiken nachgewiesen sind, sollte auf die Verwendung von PVC-P verzichtet und auf Alternativen zurückgegriffen werden, die keine Weichmacher enthalten (z. B. PE, PP). Beim Verbrennen von Polyvinylchlorid können giftige Dämpfe entstehen.

Anwendung: Da PVC-U neben seinem geringen Preis auch noch schwer entflamm-bar ist, findet der Werkstoff insbesondere im Bauwesen Verwendung. Rohrleitungen, Fensterprofile, Dachrinnen, Rolläden, Blendschutzzäune und Straßenleitpfosten sind typische Anwendungen. Im Elektrobereich werden aus hartem PVC Isolierrohre, Verteilerkästen oder Kabelführungen hergestellt. Und selbst für den Maschinenbau ist PVC-U geeignet. PVC-Folien werden in der Verpackungsindustrie eingesetzt und finden Anwendung im Foto-Bereich und in der Medizintechnik. „d-c-fix“ ist eine bekannte Marke für eine PVC-Dekorfolie für Möbel. Wurden früher häufig auch transparente Flaschen, Einwegbecher und Blisterverpackungen aus PVC hergestellt, so ist der Kunststoff bei diesen Anwendungen heute in der Regel durch PET ersetzt. Als klassisches Beispiel für die weiche Variante von PVC kann man Schläuche nennen, die meist mit Gewebestrukturen verstärkt werden. Weitere PVC-P Produkte sind Fußböden, Tischdecken, Schrumpfschläuche, Puppen, Schwimmtiere, Schlauchboote, Schuhsohlen, Regenmäntel, Sandalen, Badelatschen, Stiefel, Abdeckfolien und Vor-hänge. Als Alternative-Bodenbeläge kommen Holz oder Kork in Frage. PVC-Hart-schäume werden zur Herstellung von Sportbooten oder Rotorblättern an Windkraft-anlagen verwendet.

Verarbeitung: PVC-Formmassen können mit den üblichen formgebenden Techniken verarbeitet werden. Spritzgießen und Extrudieren erfolgt bei Temperaturen von knapp unter 200 °C. Hohlkörper aus PVC-hart entstehen durch Blasformen. Außer-dem kann der Werkstoff geschäumt werden. Umgeformt wird PVC-U im Temperatur-bereich zwischen 110 °C und 180 °C (z. B. Biegen, Tiefziehen). Allerdings sollten Umformungen nicht bei Temperaturen zwischen 140 °C und 165 °C erfolgen, da in

X-Film D-MG Farbfolie, opak, glänzend

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Allgemeines

Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

Holz Kork

PapierPappeKarton

Metall







KlebstoffKlebeband

FarbenChemiePinsel


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Modellbau

MöbelLichtSysteme




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diesem Bereich die Dehnbarkeit stark eingeschränkt ist. Die zerspanende Bearbei-tung ist mit den konventionellen Techniken gut möglich, allerdings bei den sehr weichen PVC-Varianten nur schwer durchführbar. Dünne Folien können mit Cutter oder Schere geschnitten werden. Ritzbrechen ist bei dickeren Platten möglich, da PVC-hart relativ kerbempfindlich ist. Polyvinylchloride können mit allen bekannten Kunststoffschweißverfahren geschweißt werden. Zum Kleben steht eine ganze Reihe von Klebstoffen zur Verfügung. PVC-PVC-Verbindungen sind mit Kleblacken oder Kontaktklebstoffen gut herzustellen. PVC-weich Klebungen gelingen am besten mit einem Spezialkontaktkleber. Technische Klebungen zwischen PVC und anderen Werkstoffen werden mit Lösungen von chloriertem PVC oder Zwei-Komponenten-Klebstoffen auf Polyester-, Polyurethan- oder Epoxidharzbasis erzeugt. Kleinflächige Klebungen können mit Cyancrylatklebstoffen (Schnellkleber) ausgeführt werden. Beim Schleifen ist zu beachten, dass feinere Körnungen als 80 keinen nennenswerten Abtrag erzielen, da der PVC-Abrieb das Schleifmaterial schnell verklebt. PVC-weich lässt sich nicht befriedigend schleifen. PVC-Folien und Platten können gut im Sieb-druckverfahren bedruckt werden. Für den Offsetdruck werden spezielle Sorten an-geboten. Zum Beschichten mit PVC-Pulvern wird das Wirbelsintern eingesetzt.

Lieferformen: Wie die anderen Kunststoffe ist PVC-hart in Form von Blöcken, Plat-ten, Folien, Rohren, Stäben, Schnüren sowie als Schaum- oder Integralschaumplatte erhältlich. PVC-weich gibt es meist als Folienmaterial.

Handelsnamen:• Hart-PVC (PVC-U): „Dekadur“ – DEKA Rohrsysteme, „Vestolit“ – Vestolit, „Vinno-

lit“ – Vinnolit, „Vitaol“ – British Vita, „TempRite“ – PolyOne, „Solvin“, „Renodur“ – Solvay, „Sicoplast“ – European Vinyls, „Siroplast“ – Hegler Plastik, „Pentadur“ – Klöckner-Pentaplast, „Norvinyl“ – Norsk Hydro

• Weich-PVC (PVC-P): „Airex“ – Alusuisse Airex, „Alkorfol“, „Buflon“ – Solvay, „Be-necor“, „Benefol“, „Benelit“ – Benecke, „Celvin“ – Courtaulds Chemical, „Friedo-la“ – Friedola Holzapfel, „Gealan“ – Gealan Werke Fikkenscher, „Gekaplan“ – Bne-cke-Kaliko, „Gumiplast“ – Saplast, „Taraflex“ – BAT taraflex

Alternativen: PE, PP, Eva, PS-SB, PET, PUR-Beschichtung für Textilien

Es sieht aus wie Wackelpudding. Beim Betasten wird der Eindruck noch verstärkt. Die glibberartige Masse reagiert auf Druck, passt sich dem Körper an und leuchtet in den unterschiedlichsten Farben. Der Werkstoff ist unter dem Namen Technogel bekannt. Es handelt sich um ein hochflexibles Material auf Basis eines PUR-Elastomers mit einem geringen Vernetzungsgrad, das sich für Dämpfungsaufgaben bei Möbeln, Schuhen, Fahrradsätteln oder für orthopädische Anwendungen eignet. Da bei der Herstellung keine kritischen Additive oder Weichmacher verwendet werden, bleiben die Eigenschaften über viele Jahre stabil. Die optischen Qualitäten machen das Ma-terial auch für Leuchten und Lichtobjekte interessant.

Eigenschaften: Polyurethan ist einer der wichtigsten Werkstoffe für die Kunststoff-industrie. Er wird seit den 50iger Jahren großtechnisch produziert. Die Herstellung erfolgt durch Polyaddition. Je nach Zusammensetzung weist PUR duroplastische und elastische Eigenschaften auf. In einer Nebenreaktion kann der Werkstoff aufge-schäumt werden, was die große Bedeutung für die Schaumstoffindustrie erklärt. Er eignet sich besonders zum Umschäumen von Metallbauteilen. Duroplastische Gieß-harze werden je nach Anwendungsfall mit weit- oder engmaschiger Struktur verar-beitet. Sie lassen sich also hart bis weich-elastisch einstellen. Harte PUR-Harze sind bis 130 °C stabil, besitzen eine hohe Festigkeit und haben einen ausgesprochen ge-ringen Abrieb. Durch Beimischung metallischer Pulver können die mechanischen Festigkeiten enorm verbessert werden, so dass sich der Werkstoff selbst für Anwen-dungen im Maschinenbau eignet. Elastomer-Gießharze haben eine Dichte von etwa 1,2 g / cm³, sind hochverschleißfest und weisen eine enorme Dämpfungswirkung auf.

Polyurethan (PUR)Polyurethan (PUR)

Polyvinylchlorid (PVC)

„Loft Cube Soft Cell“ – gel chair aus Tech-nogel, Design: Werner Aisslinger





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Allgemeines

Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

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Kunstleder

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Modellbau

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Anhang

Die maximalen Gebrauchstemperaturen liegen bei 80 °C. Neben den duroplastischen Gießharzen existieren auch thermoplastische PUR-Elastomere, die sich im Spritzguss oder durch Extrudieren in Formteile überführen lassen. Diese sind in der Regel frei von Weichmachern und haben eine transluzente, bräunliche Struktur. Unter Witte-rungseinflüssen neigen PUR-Oberflächen jedoch dazu zu vergilben. Daher werden sie in aller Regel mit kräftigen Farben eingefärbt.

Anwendung: Auf Grund des großen Eigenschaftsspektrums der PUR-Kunststoffe sind die Anwendungsmöglichkeiten vielfältig. Etwa 90 % der weltweiten Polyure-thanproduktion geht in den Schaumstoffbereich. Beispielanwendungen für Weich-schaumstoffe sind Matratzen, Polster, Kissen oder Autositze. Außerdem werden sie für Verpackungen, zur Schallisolation oder als Beschichtungsmaterial für Textilien verwendet. Hartschäume finden als Türen oder Zwischenwände Anwendung im Bauwesen und werden in Karosserieteilen verarbeitet. Die isolierenden Eigen-schaften werden beispielsweise für kältetechnische Anlagen, den Schiffs- oder Fahr-zeugbau verwendet. Montageschaum basiert auf Polyurethan. Im Produktentwick-lungsprozess wird PUR-Hartschaum zur Anfertigung von Anschauungsmodellen benutzt. Thermoplastische PUR-Elastomere eignen sich besonders für Sportartikel wie Skischuhe, Fahrradsattel, Rollschuhrollen oder Sohlen von Laufschuhen. Moder-ne Fußbälle werden nahezu vollständig aus PUR gefertigt. Und auch die äußere Schicht einer Bowlingkugel besteht aus dem Kunststoff. Mit Schnellgießharzen wer-den Unikate und Kleinserien im Designbereich angefertigt. Polyurethan ist als Faser-material für Textilien auf Grund der großen Elastizität und der geringen Neigung zur Wasseraufnahme beliebt. Die hohe Beständigkeit gegen Lösungsmittel und Chemi-kalien sowie die guten Hafteigenschaften machen PUR für Lacke und als Grundie-rung besonders geeignet. Und auch als Klebstoff findet Polyurethan Verwendung.

Verarbeitung: Thermoplastische PUR-Elastomere werden mit den üblichen Verfah-ren wie Spritzguss und Extrudieren verarbeitet. Die Verarbeitungstemperaturen beim Spritzgießen liegen zwischen 190 °C und 240 °C. Auf Grund der hochelastischen Eigenschaften lassen sich leichte Hinterschneidungen für Schnappverbindungen auch ohne Schieber realisieren. Neben der Klebtechnik sind auch Schweißverfahren anwendbar. Um Lufteinschlüsse zu vermeiden, werden Gießharze meist unter Vaku-um verarbeitet. Das Schwindmaß beträgt lediglich 0,5 %. Zerspanen von Hartschaum-platten ist üblich. Beim Modellbau können alle konventionellen Techniken ange-wendet werden. Hier sollte auf möglichst scharfe Schneidkanten geachtet werden. Korund-Schleifscheiben sind geeignet.

Lieferformen: Polyurethan wird sowohl in Form von Gießharzen als auch als Halb-zeuge (Stangen, Profile, Blöcke) vertrieben. Hartschaumplatten sind in verschiedenen Dichten vorhanden. Bei den Harzen existieren lufttrocknende Einkomponenten-Sys-teme und 2-komponentige Reaktionsmassen.

Handelsnamen: PUR-Gießharze: „Adiprene“ – DuPont, „Elastopal“ – BASF, „Ure-pan“, „Vulkollan“ – Bayer MaterialScience

Schaumstoffe: „Aclacell“ – Acla-Werke, „Bayflex”, „Baytherm“ – Bayer MaterialSci-ence, „Elastofoam” – Elastogran

Thermoplastische PUR-Elastomere: „Desmopan“ – Bayer MaterialScience, „Elastollan C” – BASF, „Estaloc“ – Goodrich Chemical, „Pellethan” – Dow Chemical

Lacke: „Desmodur / Desmophen“ – Bayer MaterialScience

Textilfasern: „Elastan“ – Elastogran, „Dorlastan“ – Bayer MaterialScience, „Lycra“ – DuPont

Alternativen: Gummi-Elastomere, Silikone, Polyester- oder Epoxidharze

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Im Volksmund nennt man den thermoplastischen Kunststoff PMMA Plexiglas. Der Grund dafür liegt in der historischen Entwicklung des Materials. Otto Röhm konnte ihn 1933 erstmals industriell herstellen und verwendete zur Vermarktung eben die-sen Namen. Die chemische Bezeichnung ist Polymethylmethacrylat (PMMA). Auf Grund seiner exzellenten optischen Eigenschaften wird der Werkstoff auch Acrylglas genannt. Er findet breite Anwendung bei einer Vielzahl von Produkten mit optischen Qualitäten wie Brillengläser, Linsen oder Gewächshäuser. Mit PMMA stattete 1956 weltweit erstmals das Unternehmen Braun einen Plattenspieler mit einer Kunststoff-haube aus. Dieter Rams setzte sich mit dem SK 4, der auch „Schneewittchensarg“ genannt wird, ein Denkmal.

Eigenschaften: Polymethylmethacrylat ist ein ausgesprochen steifer und harter Werkstoff mit einer amorphen Struktur. Er ist glasklar und weist einen hohen Ober-flächenglanz und eine hohe Brillanz auf. Die Dichte liegt bei 1,18 g / cm³. Damit ist PMMA etwa nur halb so schwer wie beispielsweise Kalknatronglas (2,5 g / cm³), das übliche Glas für Fensterscheiben. Sowohl Zug-, Druck- und Biegefestigkeit sind gut. Hinzu kommt die hohe Oberflächenhärte, was dem Material im Vergleich zu ande-ren Kunststoffen eine geringe Kratzempfindlichkeit verleiht. Für besondere Anwen-dungen sind auch schlagzähe PMMA-Sorten auf dem Markt verfügbar. Auf Grund der guten Licht-, Alterungs- und Witterungsbeständigkeit ist der Werkstoff für den Außeneinsatz bestens geeignet. Er weist eine geringe Neigung zur Feuchtigkeitsauf-nahme auf und vergilbt nicht. Die Gebrauchstemperaturen liegen zwischen -40 °C und 70 °C. Besonders wärmebeständige PMMA-Typen halten kurzzeitig auch Tempe-raturen von bis zu 95 °C aus. Acrylglas brennt nach dem Anzünden weiter. Es wird in der Regel aber als normal entflammbar (Baustoffklasse B2) eingestuft. PMMA ist für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen und chemisch beständig gegen Säuren und Laugen mittlerer Konzentration.

Anwendung: Die sehr guten optischen Eigenschaften in Kombination mit der guten Witterungsbeständigkeit und dem geringen Gewicht machen PMMA für Vergla-sungen beim Flug- und Fahrzeugbau interessant. Außerdem wird es bei der Herstel-lung von Reflektoren, Warndreiecken, Rücklichtern und Blinkergläsern verwendet. Die außerordentlichen Qualitäten findet man in Produkten der optischen Industrie wieder. So werden Uhrgläser, Lupen, Lichtleitfasern oder Photovoltaik-Anlagen un-ter Verwendung von Acrylglas hergestellt. Auch für Leuchtenabdeckungen, Licht-werbung, Verkehrsschilder oder Leuchtbuchstaben ist der Werkstoff nicht mehr wegzudenken. Im Haushalt sind transparente Schüsseln, Kugelschreiber, Becher und Bestecke aus PMMA gefertigt. Beim Modellbau ist Acrylglas wegen seiner Brillanz beliebt. Im Bauwesen sind typische Anwendungen Industriefußböden, Badewannen und Verglasungen. Außerdem ist er ein wichtiger Bestandteil von Polymerbeton. Und auch in der Medizintechnik hat der Werkstoff für die Anfertigung von Zahnpro-thesen oder als wichtiger Bestandteil von Knochenzement eine Bedeutung.

Verarbeitung: PMMA-Formmassen können sehr gut durch Extrusion oder im Spritz- und Schleuderguss verarbeitet werden. Der Kunststoff wird dazu auf Temperaturen von 200 °C bis 250 °C für das Spritzgießen und 180 °C bis 230 °C für die Extrusion erwärmt. Sollen exzellente optische Qualitäten erzielt werden, ist auf die Sauberkeit der Maschinenkomponenten zu achten. Umformen und Biegen extrudierter Halb-zeuge ist bei Temperaturen zwischen 130 °C und 170 °C gut möglich. Um Spannungs-risse zu vermeiden, sollte das Werkstück 2–3 Stunden bei Temperaturen zwischen 60 °C und 80 °C getempert werden. Je nach Umformgrad ist es gegebenenfalls unter Formzwang zu lagern. Anschließend sollte man es sehr langsam abkühlen lassen (maximal 15 °C pro Stunde). Neben den formgebenden Verfahren ist Zerspanen von Acrylglas sehr gut möglich. Dabei werden hohe Schnittgeschwindigkeiten erreicht. Dünne Folien können leicht mit dem Cutter geschnitten werden. Gerade Schnitte durch dickere Platten lassen sich ritzbrechen. Ab einer Materialstärke von 1,5 mm sollte man für den Zuschnitt eine hartmetallbestückte Kreissäge verwenden. Acryl-glas kann darüber hinaus auch sehr gut mit dem Laser geschnitten und graviert werden. Der Nachbearbeitungsaufwand zur Erzielung optisch einwandfreier Schnitt-kanten ist hier geringer. Beim Bohren unterstützt die Verwendung von Bohrerspit-zen mit Spitzenwinkel von 60° bis 90° und Bohröl die Erzeugung glatter Löcher. Für die Oberflächenbehandlung empfiehlt sich die Verwendung von kunststoffgeeig-neten Schleifpapieren, Poliertüchern und Polierpasten. Sollen Wärmespannungen vermieden werden, ist Nassschleifen angebracht. Hierzu eignet sich wasserfestes

Polymethylmethacrylat (PMMA)

Acrylglasplatten geklebt, gedreht und poliert (Modell: Anna Dabrowski)





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Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

Holz Kork

PapierPappeKarton

Metall







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Schleifpapier der Körnungen 320 – 400 – 600 – 1000. Da Acrylglas als polarer und lösungsmittellöslicher Kunststoff sehr gut geklebt werden kann, haben Schweißtech-niken keine große Bedeutung. Um spannungsfreie Fügeverbindungen zu erzeugen, sollten die Bauteile vor dem Verkleben getempert werden. Für das Kleben von zwei Acrylglasoberflächen eignet sich Dichlormethan. Bei großen Flächen ist die Verwen-dung von lichthärtenden Reaktionsklebstoffen auf PMMA-Basis (z. B. Acrifix) ange-raten. Dichlormethan verwendet man ebenfalls zur Erzeugung von Klebeverbin-dungen zwischen Acrylglas und anderen lösungsmittellöslichen Thermoplasten wie Polycarbonat oder Polystyrol. Für unterschiedliche Materialpaarungen sind auch Sili-konkautschuke oder Kontaktklebstoffe geeignet.

Lieferformen: PMMA ist grundsätzlich in Form extrudierter oder gegossener Halb-zeuge auf dem Markt erhältlich. Während die Abkürzung „XT“ für „extrudiert“ steht, bezeichnet „GS“ gegossene PMMA-Teile. Gegossenes Acrylglas hat einen ver-arbeitungstechnischen Vorteil. Es lässt sich leichter zerspanen. Acryl XT schmilzt bei der Bearbeitung schneller, verschmiert Bohrer und Sägen und behält eine weiße Schnittkante. Es ist allerdings preisgünstiger als die gegossene Variante. Acryl XT ist in Form dünner Platten und als Stäbe, Rohre, Profile, Kugeln und Würfel erhältlich. Am Bau werden Acryl-Stegplatten eingesetzt. Gegossenes PMMA gibt es in den ver-schiedensten Farben und Stärken, als dünne und dicke Tafeln bis hin zu Blöcken. Die meisten Acryl-Halbzeuge werden mit Schutzfolie geliefert, damit sie beim Transport nicht zerkratzen.

Handelsnamen: „Plexiglas“ – Röhm, „Altuglas“, „Velite“, „Oroglas“ – Atoglas, „Deglas“, „Paraglas“ – Degussa, „Primal“ – Rohm & Haas, „Quarite“ – Aristech Che-mical, „Cristalite“ – Schock, „Dunova“ – Bayer MaterialScience, „Durocron“ – Mitsu-bishi, „Lucite“ – DuPont

Alternativen: Glas, PC, PET, PVC

Polyoxymethylen (POM)

Der konstruktive Glasbau hat in der zeitgenössischen Architektur eine große Bedeu-tung. Um nach außen hin die Glasfläche vollständig zur Geltung zu bringen, kom-men zur Befestigung der Glasplatten an der Fassade Punkthalter zum Einsatz, durch die der konstruktive Aufwand auf ein Minimum reduziert werden kann. Die einzelne Scheibe wird mit vier oder sechs Haltern an der Baukonstruktion befestigt. Ein wich-tiger Bestandteil dieser Punkthalter ist eine Kunststoffeinlage, die Biegezugbean-spruchungen abfedert. Neben einigen anderen Alternativen werden diese in der Regel aus dem thermoplastischen Kunststoff Polyoxymethylen (POM) gefertigt, den man auch unter den Namen „Polyacetal” oder „Polyformaldehyd” kennt.

Eigenschaften: Polyoxymethylen ist ein sehr steifes und dimensionsstabiles Materi-al. Es zählt zur Gruppe der technischen Kunststoffe. Die guten mechanischen Eigen-schaften, wie hohe Härte, sehr gute Zähigkeit, hohe Festigkeiten und gute Chemika-lienbeständigkeit verdankt der Werkstoff seinem hochkristallinen Gefüge. Der kristalline Anteil beträgt etwa 75 %. Daher ist POM in ungefärbtem Zustand weiß-opak und hat einen hohen Oberflächenglanz. Der niedrige Gleitreibungskoeffizient und die hohe Abriebfestigkeit machen Polyoxymethylen als Lagerwerkstoff und für Gleit- und Führungselemente im Maschinenbau sehr interessant. POM hat eine hohe Wärmeformbeständigkeit und ist bei Temperaturen zwischen -40 °C und 90 °C ein-setzbar. Durch Zusatz von Glasfasern können die mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen gesteigert werden. Das gute Federungsvermögen macht POM ideal für Schnappverbindungen. Weiterhin zu erwähnen ist die gute Isolationseigen-schaft vor elektrischen Strömen. POM ist physiologisch unbedenklich. Zu starke UV-Strahlung führt zur Versprödung des Werkstoffs.

Anwendung: POM kann sein besonderes Eigenschaftsprofil vor allem bei dünnwan-digen Präzisionsteilen ausspielen. Bauteile mit Wandstärken von nur 0,15 mm sind

POM (Delrin) Rundstab

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Kunststoff Gummi

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Kunstleder

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FormenAbformen

Gießen

KlebstoffKlebeband

FarbenChemie

Pinsel


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Modellbau

MöbelLicht

Systeme

BehälterTaschen

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KartenSpielzeug

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Anhang

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Allgemeines

Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

Holz Kork

PapierPappeKarton

Metall







KlebstoffKlebeband

FarbenChemiePinsel


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Anhang


möglich, die in der Feinwerktechnik, Fahrzeugindustrie, im Bauwesen und für Haus-haltsgeräte Verwendung finden. Typische Verwendungsbeispiele sind Zahnräder, Umlenkrollen, Kupplungsteile, Kabelführungen, Laufräder, Spulenkörper, Wälzla-gerkäfige, Lüfterräder, Türschlosssysteme und Federelemente. In der Textilbranche kommt der Werkstoff für Reißverschlüsse oder Gardinenrollen in Frage. Für Möbel-designer ist die Eignung des Werkstoffs für Scharniere und Beschläge interessant. Auch wird POM für die Herstellung von Gasampullen und Fahrzeugtanks verwen-det.

Verarbeitung: Spritzgießen, Extrudieren oder Blasformen ist bei Temperaturen der Polyoxymethylen-Masse zwischen 180 °C und 220 °C sehr gut möglich. Ein Schwind-maß von 1–3 % muss aber eingerechnet werden. Gebogen werden kann der Werk-stoff unter Wärme bei etwa 160 °C. Warmumformen ist aber eher ungewöhnlich. Geschweißt werden kann POM mit allen Kunststoffschweißtechniken. Kleben ist schwierig, da Polyoxymethylen zu den Kunststoffen mit niedriger Oberflächenener-gie zählt. Um die Haftung des Klebstoffs zu erhöhen, sollte die Oberfläche zum Beispiel durch Beflammen vorbehandelt werden. Dann sind Zweikomponentensyste-me für die Klebeverbindung geeignet. POM kann sehr gut zerspant werden. Eine Kühlung ist nicht erforderlich. Der Werkstoff ist geeignet für das Einbringen gewin-deformender Schrauben. POM-Oberflächen können im Vakuum metallisiert, lackiert, beflockt und mit dem Laser beschriftet werden.

Lieferformen: Polyoxymethylen ist in Form von Granulat für die Weiterverarbei-tung am Markt erhältlich. Auch Halbzeuge können bezogen werden.

Handelsnamen: „Anjaform“ – J&A Plastics, „Delrin“ – DuPont, „Tenac“ – Asahi Thermofil, „Celcon“, „Hostaform“ – Ticona, „Duracon“ – Polyplastics, „Kepital“ – Korea Engineering Plastics, „Ultraform“ – BASF, „Fürkaform“ – Solvadis Polymere, „Lucel“ – LG Chemical

Alternativen: PA, Polyester, PTFE

Dieser Kunststoff ist jedem Kleinkind bekannt. Akribisch wird die transparente Röh-re an den Enden eines Schnürsenkels mit dem Fingernagel aufgeritzt und das Faser-bündel von der Umklammerung befreit. Der Spaß kann beginnen! In den Mund nehmen, dran saugen oder einfach nur zerfleddern. Toll! Kaum einem Kind ist be-wusst, was diese Röhre eigentlich am Schnürsenkel zu suchen hat. Und dass sie aus einem ganz besonderen Kunststoff hergestellt wird, schon mal gleich gar nicht. Die zur Röhre geklebte Folie besteht in aller Regel aus einem Celluloseester. Dies ist der Oberbegriff für eine Kunststoffsorte, die nicht auf Basis von Rohöl entsteht sondern durch Abwandlung von Cellulose. Diese wird aus Baumwolle, Nadel- oder Laubhöl-zern gewonnen und ist der Grundstoff für die moderne Papierproduktion.

Eigenschaften: Zu den Celluloseestern zählen Celluloseacetat (CA), Cellulosetriace-tat (CTA), Cellulosepropionat (CP) und Celluloseacetobutyrat (CAB). Dies sind amor-phe, also klar transparente Kunststoffe mit thermoplastischen Merkmalen (Licht-durchlässigkeit: 90 %). Die Dichten der verschiedenen Sorten liegen zwischen 1,17 g / cm³ und 1,29 g / cm³. Während CA und CTA aus der Reaktion von Cellulose mit Es-sigsäure hervorgehen, ist bei Celluloseacetobutyrat Ethan- und Buttersäure für die Polymerbildung verantwortlich. Das Cellulosemolekül ist sehr steif. Daher werden Celluloseestern zur Beeinflussung der Qualitäten für Anwendung und Verarbeitung Weichmacher beigemischt. Auf Grund der hohen Schlagzähigkeit und guten Festig-keit sind sie besonders zur Einbettung von Metallteilen geeignet. Die Oberflächen sind stark glänzend, kratzfest und weisen einen selbstpolierenden Effekt auf. Cellu-loseester sind dauerhaft verwendbar bis etwa 100 °C, beständig gegen Wasser, Mi-neralöle, schwache Säuren und Fette aber nicht zugelassen für den Kontakt mit Le-bensmitteln.

CelluloseesterCelluloseester

Polyoxymethylen (POM)

Schnürsenkelkappen aus Celluloseester





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Allgemeines

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Verbund-werkstoffe

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Metall

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Event

Modellbau

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Systeme

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BücherMagazine

Medien

KartenSpielzeug

Accessoires

Anhang

CA-Fasern schimmern edel und sind mit Seide vergleichbar. Sie knittern wenig, sind dehnbar und nehmen wenig Wasser auf. Ihre Beständigkeit gegen äußere Witte-rungseinflüsse ist gut. Bakterien und Pilze können dem Material nichts anhaben, so dass Textilien aus Celluloseacetat noch nach Jahren auf den Deponien aufzufinden sind.

Anwendung: Celluloseester werden auf Grund der hohen Schlagzähigkeit und gu-ten Transparenz meist zu Bauteilen für optische Aufgaben, Spielwaren und Sportar-tikeln verarbeitet oder finden in der Möbel- und Fahrzeugindustrie Verwendung. Typische Produktbeispiele sind Leuchtenabdeckungen, Taucherbrillen, Werbeschilder, Kugelschreiber, Lampenschirme, Modellspielzeug, Schablonen, Zahnbürsten, Be-steckgriffe oder Taschenmesserabdeckungen. In Displays für Handys oder Flachbild-schirmen wird CA-Folie verarbeitet. Eine Anwendung aus dem Handwerkerbereich ist der farbig transparente Griff eines Schraubendrehers.

Textilien aus Acetatfasern sind auf Grund des besonderen Glanzes typische Ersatz-stoffe für Seide. Sie werden wegen der geringen Neigung zur Wasseraufnahme für Schirme und Regenmäntel verwendet. Neben dem Textilbereich wandert ein Groß-teil der CA-Faserproduktion in die Herstellung von Zigarettenfiltern.

Verarbeitung: Celluloseester können sehr gut verspritzt werden. Da allerdings ihre Zersetzungstemperatur nur wenig über der Erweichungstemperatur liegt, sollten den Polymermassen vor der Verarbeitung Füllstoffe beigemischt werden. CTA wird in der Regel zu Folienmaterial vergossen. Für große Behälter mit gleichmäßigen Wandstärken hat sich das Rotationsgießen empfohlen. Die Warmumformung ist selten und meist nur bei CAB in der Anwendung. Hier werden gute Ergebnisse bei Temperaturen zwischen 180 °C und 200 °C erzielt. Da Celluloseester durch organische Mittel gut zu lösen sind, können Verklebungen unter Verwendung von Dichlorme-than durchgeführt werden. Schweißen ist mit allen für Kunststoffe üblichen Tech-niken möglich. Gleiches gilt für die zerspanende Bearbeitung. Hier ist insbesondere die gute Polierbarkeit hervorzuheben. Zur Veredelung können Cellulosesteroberflä-chen bedruckt, lackiert oder metallisiert werden. Auch Heißprägen ist üblich. Die Kratzfestigkeit kann durch einen dünnen Silikonfilm erhöht werden. Für den Korro-sionsschutz werden Metalle in der Wirbelsintertechnologie nach Erwärmung auf über 300 °C mit Celluloseesterpulver beschichtet.

Lieferformen: Folien sind die typischen Halbzeuge, in denen Celluloseester vertrie-ben werden. CAB ist auch in Form von Rohren erhältlich. CA und CTA werden im Handel oftmals als Acetate bezeichnet.

Handelsnamen:• CA: „Bergacell“ – PolyOne, „Clarifoil“, „Courtoid“, „Dexel“ – Courtaulds Chemical

& Plastics, „Cello M“, „Viscacelle“ – BCL, „Ethocel“ – DuPont, „Setilithe“ – Tubize Plastics

• CTA: „Tacphan“ – Lofo High Tech Film• CP: „Cellidor P“ – Albis, „Tenite Propionate“ – Eastman• CAB: „Dekazo“ – DEKA, „Tenex“ – Teijin

Alternativen: PE, PS, PVC, PMMA, PC

Silikone

Silikone entstehen auf Basis von Siliziumketten. Diese bilden die Grundbestandteile hochmolekularer Verbindungen, die als Elastomere oder Duroplaste auftreten kön-nen. Auffallend ist die Beständigkeit des Werkstoffs auch bei hohen Temperaturen, was ihn für eine ganze Reihe von Anwendungen alternativlos macht. In der Ausstel-lung „Körperwelten“ des Anatoms Gunther von Hagen wurden die Flüssigkeiten biologischer Körper durch Silikonharz ersetzt. Auf diese Weise konnten diese für eine längere Zeit konserviert werden.

Acetat-Folie transparent (Ultraphan)

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Allgemeines

Kunststoff Gummi

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Eigenschaften: Grundsätzlich unterscheidet man Silikonelastomere, Silikonharze und Silikonöle bzw. -fette. Silikonkautschuk ist uns als Dichtungsmasse für Türrah-men und Fenster bekannt. Die Dichte beträgt etwa 1,2 g / cm³. Der Werkstoff kann bei Temperaturen von -60 °C bis +180 °C eingesetzt werden. Kurzzeitig hält er sogar Temperaturen von bis zu 300 °C stand. Auf Dämpfe ab 100 °C reagieren Silikonelas-tomere empfindlich. Die Elastizität von Silikon ist mit normalen Gummi-Elastomeren vergleichbar. Silikonelastomere besitzen eine sehr hohe chemische Beständigkeit, sind wasserabweisend und haben gute elektrische Isolationseigenschaften. Neben der bei Raumtemperatur vulkanisierenden Sorte, gibt es heißvulkanisierende Silikon-kautschuke mit größerer Wärmeformbeständigkeit und elastischen Eigenschaften bei sehr niedrigen Temperaturen. Silikon ist physiologisch unbedenklich.

Silikonharzmassen weisen eine hervorragende elektrische Isolationswirkung auch bei hohen Temperaturen (bis 300 °C) auf. Auf Grund der sehr guten Wärmeformbe-ständigkeit können sie zum Teil bis 250 °C dauerhaft verwendet werden. Sie haben eine hohe Oberflächenhärte und brennen nicht.

Silikonöle werden insbesondere wegen ihrer guten Schmiereigenschaften in einem weiten Temperaturbereich verwendet.

Anwendung: Das uns allen als Dichtwerkstoff aus dem Baugewerbe bekannte Sili-kon ist ein kaltvulkanisierender Silikonkautschuk, der auch zur Versiegelung von Wanddurchbrüchen Verwendung findet. Im Modellbau hat es auf Grund seiner an-tihaftenden Wirkung eine große Bedeutung als Formwerkstoff für den Vakuumguss und zur Herstellung von Negativformen für den Kunstguss oder die Zahnmedizin. Silikonschläuche kommen in der chemischen Industrie und im Flugzeugbau zur An-wendung. In der Medizin wird Silikonkautschuk für Bluttransfusionsschläuche, künstliche Herzklappen und Adern eingesetzt. In Gelform kommt es für Brustimplan-tate zur Anwendung. Silikonelastomere haben eine große Bedeutung als hitzebe-ständige Elektroisolierung. Im Haushalt werden zum Beispiel elastische Kuchen-formen aus Silikon gefertigt. Silikonbeschichtungen machen Textilien luftundurchlässig und erhöhen die Beständigkeit vor ultravioletten Strahlen.

Silikonharze werden zur Einbettung von Elektronikbauteilen verwendet. Sie sind Bestandteil hitzebeständiger Lacke.

Silikonöle- bzw. -fette eignen sich als Trennmittel für Gießformen. Es wird als Polier-mittelzusatz bei Autolacken verwendet und ist Bestandteil von Metallputzmitteln.

Verarbeitung: Silikonkautschuk kann gießtechnisch verarbeitet werden. Im Bauge-werbe wird kaltaushärtendes Silikon verwendet, das nach der Vernetzung einfach mit einem Messer geschnitten werden kann. Silikonharze können unter Einwirkung von Druck und Wärme verpresst werden. Anschließend lassen sich diese zerspanend bearbeiten. Klebstoffe auf Silikonbasis sind vorhanden.

Handelsnamen: Silikonelastomere: „Elastosil“, „Silres“ – Wacker Chemie, „Rhodor-sil“ – Rhodia Engineering Plastics

Silikonöl: Wacker Chemie

Alternativen: Gummi-Elastomere, PUR-Elastomere als Alternativen für Silikonkaut-schuk

Silikone

Silikonplatte transluzent, farblos

„Atolla alba BL“ – Lichtskulptur, Silikon, Pigment, Blacklight,Design: Jürgen Reichert





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Der Naturgummi „Kautschuk“ war schon den Indianern bekannt und diente den Hochkulturen Mittelamerikas unter anderem zur Herstellung von Bällen für das tra-ditionelle Pelota-Spiel, eine Art frühkulturelles Basketball. Es war jedoch kein sport-licher Wettbewerb sondern eine kultische Handlung, die in der Nähe von Pyramiden oder Tempeln stattfand. Zwei Mannschaften mit jeweils drei bis fünf Spielern stan-den sich auf einem Spielfeld gegenüber. Dieses wurde von Mauern mit behauenen Steinen umrandet, so dass das Spielen über Bande möglich war. Ziel war es, den Ball mit Hüfte, Gesäß, Ellenbogen oder Knien durch steinerne Ringe zu befördern, die mittig in den Seitenwänden verankert waren. Archäologen vermuten hinter dem Spiel einen Sonnenritus. Der Ball symbolisierte vermutlich die Sonne, sein Flug den Lauf am Firmament, und dieser sollte niemals enden. Der Ball durfte also nicht den Boden berühren. Misslang dies einem Spieler, hatte seine Mannschaft verloren. Be-sondere Eigenschaft des Kautschuk-Balls war seine enorme Sprungkraft und Elastizi-tät.

Grundlage für den natürlichen Werkstoff ist damals wie heute der Saft des Kaut-schukbaums, also Latex. Dieser wird als Naturkautschuk (NR) bezeichnet und hat hervorragende elastische Eigenschaften. Gummibänder können teilweise auf das Zehnfache der Ausgangslänge gedehnt werden. Die industrielle Verwendung elas-tomerer Kautschuke verdanken wir Charles Goodyear, der 1851 ein Vulkanisations-verfahren zu ihrer Herstellung entwickelte. Er versetzte das Naturprodukt mit Schwefel und konnte damit die elastischen Eigenschaften dauerhaft fixieren. Natur-kautschuk schwimmt in Wasser, weist eine hohe Zug- und Reißfestigkeit auf und ist bei Temperaturen zwischen -50 °C und +70 °C dauerhaft einsetzbar. Durch Variation des Schwefelgehalts (bis 2 %) lässt sich die Elastizität einstellen. Hartgummi hat ei-nen hohen, Weichgummi verfügt über einen niedrigen Schwefelanteil. Negativ für die Gebrauchseigenschaften wirkt sich die schlechte Witterungsbeständigkeit des Werkstoffs aus.

Knapp 40 % der gesamten Gummiproduktion werden durch Naturkautschuk abge-deckt. Der Rest sind synthetisch erzeugte Kautschuksorten wie Styrol-Butadien-Kaut-schuke (SBR) oder Chloropren-Kautschuke (CR). Sie weisen gegenüber der natür-lichen Sorte optimierte Eigenschaftsprofile auf und werden zu einem Großteil für die Herstellung von Reifen verwendet. SBR ist im Vergleich zu NR zwar weniger elastisch aber dafür beständiger gegen mechanischen Abrieb und anwendbar bis zu einer Temperatur von 110 °C. Beiden eigen ist das starke Quellverhalten in Fetten und Mineralölen. Gegenüber SBR und NR weist CR eine höhere Alterungsbeständig-keit auf und ist flammfester. Bei Temperaturen unter 0 °C neigen Chloropren-Kaut-schuke zur Verhärtung.

Anwendung: Natürliche Elastomere werden in Ballons, Kondomen, Handschuhen und Textilien ebenso verwendet wie in technischen Produkten wie Gummifedern, Membrane oder Motorlager. Die bei Gestaltern und Modellbauern bekannteste An-wendung für das preiswerte SBR ist Moosgummi. Es findet sich außerdem in Fußbo-denbelägen wieder und wird zu Dichtringen, Schläuchen und Kabelummantelungen verarbeitet. Die hohe Kältebeständigkeit macht es besonders für Außenanwen-dungen geeignet. Verwendet werden Chloropren-Kautschuke für Faltenbälge, Dich-tungen, Dachbeläge und Schutzbekleidung.

Verarbeitung: Gummimischungen können zu Halbzeugen gepresst, zu Formteilen spritzgegossen oder zu Schläuchen und Rohren extrudiert werden. Die Vulkanisation findet während oder direkt im Anschluss an den Formgebungsprozess statt. Hand-schuhe werden in Tauchvorgängen erzeugt. Eine zerspanende Bearbeitung von Elastomeren ist auf Grund der starken elastischen Eigenschaften nahezu ausge-schlossen.

Lieferformen: Latex ist als zähflüssige Masse für den Modellbau erhältlich. Die größten Naturkautschukproduzenten sind heute Thailand, Indonesien und Malaysia (Erhebung aus dem Jahr 2005). Synthetische Kautschuke gibt es in den üblichen Halbzeugformen sowie als Schläuche und Schaumstoffe.

Gummi-Elastomere

Naturkautschuk

Latexfolie

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Handelsnamen: • NR: SMR-Kautschuke, CrepeSBR: „Buna EM“, „Krylene“, „Krynol“ – Bayer Materi-

alScience, „Europrene“ – Enichem, „Solflex“ – Goodyear Chemicals, „Neoprene“ – DuPont

• CR: „Baypren“ – Bayer MaterialScience, „Breon“, „Hytemp“ – Zeon, „Butaclor“ – Enichem, „Butaprene“ – Firestone Polymers, „Intol“ – International Synthetic Rubber

Bekannt wurden Polymerschäume durch die spektakuläre Bergung eines Frachters im Hafen von Kuweit im Jahr 1963. Geschäumtes Polystyrol, bekannt unter dem Namen Styropor, rückte das erste Mal ins Interesse der Öffentlichkeit. Die Hebung des Schiffes gelang, da der Polyschaum ein ungeheuer großes Luftvolumen bei klei-ner Masse einschließt und dadurch einen riesigen Auftrieb verursachte. Heute um-geben uns Schaumstoffe nahezu in allen Lebenslagen und sind unsere ständigen Begleiter, sei es im Schlaf- und Wohnzimmer für Matratzen und Sofas oder im Bau-gewerbe, wo sie wegen ihrer außerordentlichen wärmedämmenden Eigenschaften geschätzt werden.

Eigenschaften: Charakteristisch für alle Polymerschäume ist die geringe Dichte, das hohe Absorptionsvermögen für plötzlich einwirkende Kräfte, die geringe Wärme-leitfähigkeit und die niedrige Festigkeit. Schaumstoffe lassen sich in einem weiten Spektrum zwischen weich-elastisch (Weichschaumstoffe) und hart-zäh (Hartschaum-stoffe) einstellen. Theoretisch kann jeder Kunststoff geschäumt werden, egal ob Thermoplast, Duroplast oder Elastomer. Typische Ausgangspolymere sind im thermo-plastischen Bereich Polystyrol (PS), Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid (PVC). Aus Polyurethan können sowohl elastomere Weich- als auch duroplastische Hartschäume hergestellt werden. Beim Schäumvorgang entstehen Lufträume, die in einem Werk-stoffgerüst dauerhaft fixiert werden. Neben harten und weichen Varianten unter-scheidet man geschlossen- von offenzelligen Schaumstoffen. Offenzelligkeit wird in der Regel bei weichen Schaumstoffen angestrebt. Geschlossene Poren reduzieren die Wärmeleitfähigkeit von Hartschäumen, steigern aber deren Festigkeit. Integral-schaumstoffe weisen eine unterschiedliche Dichteverteilung auf. Während der Kern sehr locker strukturiert ist, nimmt die Dichte nach außen hin zu. Die Zellstruktur wird kompakter, steifer und bildet nach außen eine glatte Schicht.

Herstellung: Grundsätzlich werden drei Verfahren unterschieden, mit denen sich Polymerschäume herstellen lassen: physikalisches, chemisches und mechanisches Schäumen. Beim physikalischen Schäumen wird einem thermoplastischen Kunststoff ein Treibmittel zugesetzt, das nach Erhitzen im schmelzflüssigen Werkstoff ver-dampft und nach Abkühlung Hohlräume bildet. Chemisches Schäumen geht auf die Ausgasung einer flüchtigen Komponente in Folge einer Reaktion zweier Substanzen zurück. Wird Luft in ein duroplastisches Harz eingerührt und verfestigen sich die Hohlräume bei der Vernetzung, spricht man von mechanischem Schäumen.

Polystyrol entsteht in einem physikalischen Prozess. Dem Granulat ist ein Treibmittel beigemischt, das nach Erhitzen verdampft und kleine Bläschen bildet. Das Polystyrol poppt zu den bekannten Kügelchen auf. Noch mehr Dampf bringt diese in der zwei-ten Produktionsphase zum Verschweißen. Styroporblöcke, -platten und -formteile sind das Resultat.

Die wesentlich festeren Polystyrol-Hartschäume entstehen im Extrusionsprozess. Das mit Treibmittel vermischte Granulat wird durch Wärmezufuhr erweicht und durch die Extruderdüse gepresst. Verlässt der Materialstrang die Düse, expandiert das Treibmittel um das 20 - bis 50 - fache und schäumt den Kunststoff auf. Ähnlich sieht die Herstellung von geschäumten Plattenextrudaten aus Polypropylen aus.

PolymerschäumePolymerschäume

Gummi-Elastomere





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Da Polyurethan nach der Vernetzung nicht mehr schmilzt, wird zur Herstellung von PUR-Schäumen ein anderes Verfahren auf Basis flüssiger, reaktionsfähiger Ausgangs-substanzen gewählt. In einer Polyaddition reagieren Polyole und Isocyanat mitein-ander und vernetzen zu Polyurethan. Wird den Polyolen als Treibmittel Wasser bei-gemischt, bildet sich nach einer chemischen Reaktion mit einem Teil des Isocyanats Kohlendioxid, das den Kunststoff aufschäumt. Je nach Qualität der Polyole können PUR-Schaumstoffe weich-elastisch bis zäh-hart eingestellt werden. Durch Beimi-schung von Fasermaterialien wie Gesteins-, Glas- oder Kohlefasern ist die Erzeugung sehr wärmeformbeständiger PUR-Schaumstoffe möglich, die selbst als Stoßfänger im Fahrzeugbau eingesetzt werden können.

Für das Herstellen von Schaumstoffteilen mit einer festen Außenhaut im Spritzguss-verfahren hat sich ein besonderer Fachbegriff entwickelt: der Thermoplastschaum-guss. Der Schmelze wird das Treibmittel im Zylinder unter hohem Druck zugeführt und die Masse in die Werkzeugform gespritzt. Das Treibmittel gast dort aus. Da die Polymermasse aber an die Formteilwand gepresst wird, entsteht nach Abkühlung ein Werkstoff mit einer unterschiedlichen Dichteverteilung. TSG-Bauteile haben eine feste und kompakte Außenstruktur und ein geschäumtes Inneres. Wanddicken zwi-schen 4 und 30 Millimetern sind üblich. Der Thermoplastschaumguss kann auf jeder konventionellen Spritzgussmaschine durchgeführt werden. Die Einspritzdrücke sind im Vergleich zum konventionellen Spritzgießen erheblich niedriger, was den Ther-moplastschaumguss zu einer preiswerten Fertigungstechnologie selbst für kleine und mittlere Stückzahlen macht.

Anwendung: Die Palette der Schaumstoffprodukte ist groß. Styropor und PS-Hart-schaum sind wegen ihrer wärmedämmenden und schallisolierenden Eigenschaften insbesondere im Baugewerbe beliebt und finden als Wergwerfgeschirr Verwendung. Preiswerte Styroporkugeln und -formteile sind aus dem Verpackungsbereich gar nicht mehr wegzudenken. Weich-elastische PUR-Schaumstoffe werden vorzugsweise für Polsterungen im Möbelbereich verwendet, finden Einsatz in Kissen oder Autosit-zen oder sind uns allen als Küchenschwammtücher bekannt. Offenzellige Schaum-stoffe eignen sich insbesondere zur Schallabsorption. Weiche PU-Integralschaum-stoffe werden bei der Herstellung von Sport- und Turnschuhen verwendet und begegnen uns als flexible Lenkradumhüllung oder als Kopfstütze im Fahrzeuginne-ren. Harte PUR-Schäume sind insbesondere als Isoliermaterial in der Anwendung. Außerdem können sie Leichtbaukonstruktionen im Fahrzeug- und Flugzeugbau stabilisieren. Typische Verwendungsbeispiele für Formteile aus Schaumstoffen sind Stoßfängerkerne, Sonnenblenden oder Sportartikel. TSG-Bauteile kommen für die Einhäusung elektrischer Geräte in Frage.

Verarbeitung: Harte Schaumstoffplatten lassen sich problemlos mit allen aus der Metall- oder Holzbearbeitung bekannten Verfahren zerspanen (Sägen, Fräsen, Dre-hen). Die Oberflächen können mit hohem Abtrag geschliffen werden. Für den Zu-schnitt von Styroporplatten stehen außerdem Thermosägen zur Verfügung. Weiche Polymerschäume werden entweder mit dem Cutter oder einer Schere zugeschnitten. Zum Kleben von Styropor wurden spezielle Styroporkleber entwickelt. Auch doppel-seitige Klebefolie kann Verwendung finden. Für weiche Schaumstoffe eignen sich Kontaktklebstoffe. Zwei-Komponentensysteme auf Epoxid- und Polyurethanbasis kommen vor allem bei Hartschaumstoffen zur Anwendung. Das Färben von Schaum-stoffen ist durch einfaches Tauchen in Farbmittel möglich.

Lieferformen: Schaumstoffe sind in vielen Abmaßen als Plattenmaterial mit den unterschiedlichsten Durchmessern erhältlich. Thermoplastische Schaumstoffe weisen eine Dichte zwischen 12-300 g / cm³ auf. Die Kombination hoher Steifigkeit mit gerin-ger Dichte wird bei Sandwichplatten genutzt. Diese im Ausstellungs- und Werbebe-reich verwendeten Verbundmaterialien (z. B. KAPA Line, KAPA Mount) sind meist aus Polyurethanschaum, der mit einer Papier- oder Kartonlage kaschiert wird. Da-durch entstehen überaus leichte und großflächige Papierformate mit hoher Steifig-keit.

PS-Hartschaumplatten

Thermosäge Styrocut

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Um Kunststoffe in ihrem Eigenschaftsprofil zu beeinflussen, hat sich neben der Mög-lichkeit zur Beimischung von Additiven und Weichmachern vor allem der Zusatz von Fasermaterialien bewährt. Die mechanischen Qualitäten werden verbessert, Härte, Steifigkeit, Wärmeformstabilität, elektrische Leitfähigkeit, chemische Beständigkeit und Abriebverhalten nachhaltig gesteigert. Faserverstärkte Kunststoffe sind also extrem stabil, haben ein geringes Gewicht und sind leicht zu verarbeiten. Sie eignen sich daher für Bauteile im Flug- und Fahrzeugbau ebenso wie für Sportgeräte und Sturzhelme. Kamen beim Stabhochsprung in der Mitte des 20. Jahrhunderts noch Stäbe aus Bambus oder Holz zum Einsatz, wurden Sprünge über die 6-Meter Marke erst durch Sportgeräte aus glasfaserverstärktem Epoxidharz (GFK) möglich. Ein wei-teres typisches Beispiel sind besonders leichte Fahrradrahmen aus mit Kohlenstofffa-sern verstärktem Kunststoff (CFK), die im Profiradsport den Metall-Drahtesel voll-kommen ersetzt haben. Der Massenanteil von CFK-Strukturen beim neuen Flugzeug A 380 wird bei 22 % liegen. Und auch Michael Schumacher hatte bei seinem letzten Weltmeistertitel ein Lenkrad aus faserverstärktem Kunststoff in der Hand.

Eigenschaften: Die charakteristischen Merkmale polymerer Werkstoffe werden mit Faserzusätzen nahezu ideal auf den Anwendungsfall eingestellt. Neben der Faserart sind Länge und Form der Fasern entscheidende Kriterien für die Veränderung des Eigenschaftsprofils. Außerdem hat die Ausrichtung des Fasermaterials Einfluss auf die mechanische Belastbarkeit. In Faserrichtung fallen die Festigkeitswerte höher aus als quer dazu.

Als Fasermaterialien haben in der Polymerindustrie insbesondere Glas-, Aramid- und Kohlenstofffasern große Bedeutung. Unter Umweltgesichtspunkten sind in den letz-ten Jahren auch zahlreiche Anwendungen mit Naturfasern hinzugekommen. Wegen der niedrigen Werkstoffkosten sind Glasfasern die wichtigsten Verstärkungsmateri-alien für Kunststoffe. Sie weisen mit 2400 bis 3500 N / mm² hohe Zugfestigkeiten auf, sind chemisch und thermisch beständig und gut zu verarbeiten. Mit Glasfasern ver-stärkte Polyester weisen beispielsweise Dauergebrauchstemperaturen zwischen -100 und +155 °C auf.

Aramidfasern haben bei einer Dichte von 1,45 g / cm³ ähnliche Festigkeitswerte wie Glasfasern, sind aber 10 Mal teurer. Sie kommen insbesondere dann zur Anwendung, wenn schlagzähe Eigenschaften benötigt werden.

Kohlenstofffasern bieten unter allen möglichen Zusätzen die besten Qualitäten. Sie sind bis zu Temperaturen von etwa 4000 °C beständig, was sie für Anwendungen in Luft- und Raumfahrt besonders geeignet macht. Auffallend ist die hohe Zugfestig-keit, die bei Spezialtypen bis zu 4700 N / mm² betragen kann.

Zu den für die Kunststoffverstärkung verwendbaren Naturfasern zählen Flachs, Hanf, Jute, Sisal und Ramie. Sie haben im Vergleich zu Glas-, Aramid- und Kohlen-stofffasern Festigkeitsnachteile, sind aber leichter zu entsorgen, haben ein geringe-res Gewicht und wirken wärmedämmend und schallisolierend.

Faserverstärkte Kunststoffe

Kosten der Faserwerkstoffe im Vergleich:

Material Preis

Glas 2 - 3 € / kg

Aramid 20 - 30 € / kg

Kohlenstoff (Standard)

20 - 80 € / kg

Kohlenstoff (Spezialtypen)

100 - 1000 € / kg

„Flossis“ am Roggendorf-Haus im Düsseldorfer Medienhafen, GFK glasfaserverstärkter Kunststoff, Künsterin: rosalie (Stuttgart)

“Carbon Pumps“ – futuristischer Damenschuh, CFK kohlefaserverstärkter Kunststoff, Design: Peter Naumann





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Einflüsse von Füll- und Faserzusätzen

Text

ilgla

sA

sbes

tW

olla

sto

nit

C-F

aser

nW

his

kers

Syn

thes

efas

ern

Cel

lulo

seG

limm

erTa

lku

mG

rafi

tSa

nd

- / Q

uar

zpu

lver

Silik

aK

aolin

Gla

sku

gel

nK

alci

um

karb

on

atM

etal

loxi

de

Ru

ß

Zugfestigkeit++ + + + - + +

Druckfestigkeit + + + + +

E-Module++++++++ + ++ + + + + + + +

Schlagzähigkeit + - - - - - ++ + - - - - - - + - - +

reduzierte Schwindung + + + + + + + + + + + + + +

bessere Wärmeleitfähigkeit + + + + + + + + +

bessere Wärmestandfestigkeit

++ + + ++ + + + + +

elektrische Leitfähigkeit + + +

elektrischer Widerstand + ++ + + ++ +

Wärmebeständigkeit + + + + + + + +

chemische Beständigkeit + + + + + +

besseres Abriebverhalten + + + + +

Extrusionsgeschwindigkeit + - + + + +

reduzierte thermische Ausdehnung

+ + + + + + + + +

Tabelle nach H. Saechtling, K. Oberbach „Kunststoff Taschenbuch“, Carl Hanser Verlag, 2001

Anwendung: Die Verwendungsgebiete faserverstärkter Kunststoffe sind vielfältig. Oftmals haben sie die traditionell zur Anwendung kommenden metallischen Werk-stoffe ersetzt. Dies kann man vor allem im Fahrzeugbau feststellen. Durch die knap-per werdenden Energieressourcen ist man gezwungen, den Treibstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen erheblich zu senken. Leichtbaukonstruktionen werden hierzu ent-wickelt, die zu einem großen Teil aus faserverstärkten Bauteilen zusammengesetzt werden. Die guten Isolationseigenschaften machen glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) zudem besonders für die Elektroindustrie interessant. Im Freizeitbereich sind uns GFK-Profile als Zeltstangen, Segellatten oder Drachengestänge bekannt. Kohlen-stofffasern haben sich für Bauteile mit hohen thermischen und mechanischen Anfor-derungen bewährt. Die hohen Festigkeiten werden im Bootsbau, bei Rotorblättern oder Sportartikeln wie z. B. Golfschlägern besonders geschätzt. Aramidfasern kom-men auf Grund ihrer hohen Schlagzähigkeit zum Beispiel bei schusssicheren Westen zum Einsatz. Außerdem sind bruchsichere Cockpitfenster aus aramidfaserverstärkten Kunststoffen (RFK).

Verarbeitung: Die Verarbeitung des Fasermaterials richtet sich vor allem nach Län-ge und Form des vorliegenden Materials. Kurzfasern werden der Polymermasse einfach zugesetzt und im Spritzguss oder durch Extrusion verarbeitet. Für Langfa-sern mit einer Länge von 5-25 mm eignet sich das Fließpressen. Endlosfasern und Rovings (gleichgerichtete Faserstränge) werden üblicherweise in einer Endlos-Pro-duktionstechnik wie dem „Pultrusionsverfahren“ zu Bauteilen und Profilen mit Wanddicken von 1-30 mm verarbeitet. In dem Prozess durchläuft der Faserstrang zunächst ein Harz-Bad, wird dann im beheizten Werkzeug in Form gebracht und härtet schließlich infolge der duroplastischen Vernetzung des Kunststoffs zum Profil

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aus. Durch Einsatz von Wickelrobotern kann das Verfahren auch zur effizienten Her-stellung rotationssymmetrischer und hochfester Bauteile wie Rohre oder Tanks ver-wendet werden. Es ist dann unter der Bezeichnung „Nasswickeln“ bekannt. Für die Anfertigung von Bootsrümpfen können Fasermatten, -geflechte oder -gewebe durch Handlaminieren sehr einfach verarbeitet werden. Das Fasermaterial wird zunächst in einem Harzbad getränkt und anschließend händisch angedrückt. Der Vorteil flä-chiger Verbundstrukturen ist, dass Belastungen in allen Richtungen aufgenommen werden. Sie eignen sich daher für hoch belastete Bauteile. Für die Massenproduktion von Profilen werden Fasermatten und Faservliesen automatisch laminiert.

Die Bearbeitung faserverstärkter Profile ist mit den üblichen zerspanenden Verfah-ren möglich und ähnelt der Metall- oder Holzbearbeitung. Für das Bohren von GFK-Profilen bis zu einem Bohrdurchmesser von 12 mm eignet sich ein einfacher Hartme-tallbohrer. Größere Löcher sollten mit einem diamantbesetzten Bohrer gebohrt werden. Zur Erzielung höherer Schnittgeschwindigkeiten beim Sägen und Fräsen werden diamantbesetzte Sägeblatter (Schnittgeschwindigkeit 1800–3600 m / min) sowie Hartmetall- und Diamantfräser empfohlen. Da faserverstärkte Profile schlech-te Wärmeleiter sind, ist ein Kühlmitteleinsatz ratsam. Für das Drehen von GFK reicht die Standardausstattung aus der Metallverarbeitung. Die Schnittgeschwindigkeit sollte wie bei der Verarbeitung von Messing oder Aluminium gewählt werden. Stan-zen lassen sich glasfaserverstärkte Kunststoffprofile mit Materialdicken von bis zu 10 mm mit Werkzeugen aus gehärtetem Stahl. Zum Kleben faserverstärkter GfK-Profile eignen sich Klebstoffsysteme auf Polyurethan- oder Epoxidharzbasis. Selbstschnei-dende Schrauben sind für die Anbringung von Verschraubungen geeignet. Zusätz-licher Klebstoffeintrag erhöht die Verbundfestigkeit.

Lieferformen: Die unterschiedlichen Fasermaterialien sind in Form von Rovings, Vliesen, Matten, Geweben, Gelegen, Geflechten und als Lang- und Endlosfasern er-hältlich. Kurzfasern haben eine Länge von bis zu 5 mm und sind in den für die Wei-terverarbeitung erhältlichen Kunststoffmassen in der Regel schon zugesetzt. Faser-verstärkte Profile werden in vielen Varianten vertrieben. Rohre und Stäbe aus glasfaserverstärktem Kunststoff sind im Modellbau beliebt.

Faserverstärkte Kunststoffe





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Anhang

ThermoplastePolystyrole (PS)• Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymere (ABS)• Styrol-Acrylnitril-Polymere (SAN) • Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Polymere (ASA)• Schlagfestes Polystyrol (SB)Polyolefine• Polypropylen (PP)• Polyethylen (PE) • Polyethylen, low density (PE-LD) • Polyethylen, medium density (PE-MD) • Polyethyen, high density (PE-HD) • Polyethylen, vernetzt (PE-X)Polyester• Polyethylenterephthalat (PET)• Polybutylenterephthalat (PBT)Ethylenvinylacetat (EVA)Polycarbonat (PC)Polyvinylchlorid (PVC)• hartes Polyvinylchlorid (PVC-U, unplasticized) • weiches Polyvinylchlorid (PVC-P, plasticized)Polyurethan (PUR)Polymethylmethacrylat (PMMA)Polyoxymethylen (POM)Polyamid (PA)Fluorpolymere• Polytetrafluorethylen (PTFE)• Perfluorethylenpropylen (FEP)Zelluloseester• Zelluloseacetat (CA)• Zellulosetriacetat (CTA)

DuroplasteEpoxidharz (EP)Phenolharz (PF)Polyesterharz, ungesättigt (UP)Melaminharz

ElastomereNaturkautschuk (NR)Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)Chloropren-Kautschuk (CR)Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR)Thermoplastische Elastomere (TPE)Silikon-Kautschuk

Faserverstärkte KunststoffeGlasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK)Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK)Aramidfaserverstärkte Kunststoffe (RFK)

Kurzzeichen der wichtigsten Kunststoffe

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In den letzten Jahren sind die Anforderungen an moderne Werkstoffe durch verän-derte gesetzliche Rahmenbedingungen, die Verknappung von Energie und durch individuelle Kundenwünsche enorm gestiegen. Vielfach wird ein Eigenschaftsprofil erwartet, das nicht mehr durch ein einziges Material abgedeckt werden kann, son-dern die Kombination verschiedener Werkstoffcharakteristika notwendig macht. Für den Flugzeugbau werden beispielsweise Werkstoffe benötigt, die einerseits hochfest sein müssen, um die Belastungen bei Start und Landung aushalten zu können; ande-rerseits sollen Materialien verbaut werden, die ein möglichst geringes Gewicht ha-ben. Ähnliche Anforderungen gelten für Kraftfahrzeuge, die Raumfahrt oder die Sportgeräteentwicklung. Bei Lebensmittelverpackungen wird z. B. eine Konstruktion aus verschiedenen Materialschichten (Karton, Kunststoff, Aluminium) verwendet, um das Nahrungsmittel vor äußeren Einflüssen zu schützen und gleichzeitig einen effizienten Transport zu gewährleisten. Während eine Kunststofffolie den Flüssig-keitsaustritt verhindert, stellt die Aluminiumschicht eine gute Barriere gegen das Eintreten von Sauerstoff dar. Damit bleibt das Nahrungsmittel länger haltbar und verdirbt weniger schnell.

Aus verschiedenen Materialien zusammengesetzte Werkstoffe werden in der Fach-sprache als Verbundwerkstoffe bezeichnet. Da sich die Eigenschaften eines solchen Verbundes durch Kombination verschiedener Materialeigenheiten anwendungsspe-zifisch zusammenstellen lassen, werden in diesem Bereich in den nächsten Jahren die größten Entwicklungssprünge erwartet. Entsprechend des geometrischen Auf-baus eines Verbundwerkstoffs und der Anordnung der verschiedenen Materialkom-ponenten unterscheidet man Schichtverbunde, Faser- und Teilchenverbundwerkstof-fe sowie Durchdringungsverbunde.

Schichtverbunde bestehen aus mehreren Werkstoffschichten, die fest miteinander verbunden sind. Beispiele sind Sperrhölzer, bei denen die Neigung von Holz, sich unter Feuchtezunahme zu dehnen, durch die Anordnung der verschiedenen Furnier-lagen verhindert wird. Sperrhölzer bestehen aus mindestens 3 kreuzweise verleimten Lagen, so dass die Fasern benachbarter Schichten jeweils im 90°-Winkel zueinander ausgerichtet sind. Ungewünschte Dimensionsänderungen werden „abgesperrt“ (sie-he Holzkapitel).

Bei Bimetallen dienen die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwei-er Metallstreifen dazu, bei Wärmezufuhr eine Biegung in Richtung der Seite mit der geringeren Dehnung zu erzeugen. Sie übernehmen in Elektrogeräten wie Bügelei-sen zum Beispiel eine Schalterfunktion.

Ein weiteres Beispiel eines Schichtverbundes ist das Verbundsicherheitsglas. Es be-steht aus mehreren Glasplatten, die mit einer Kunststofffolie bei Hitze und unter Druck fest miteinander verbunden werden. Bei Bruch kleben die Glassplitter an der Folie, was schwerwiegende Verletzungen verhindert.

Bestehen Schichtverbunde aus drei oder mehr Schichten mit zwei identischen Au-ßenlagen, spricht man von einer Sandwichstruktur. Sandwichplatten mit Schaum-kern sind wohl jedem Gestalter für Präsentationszwecke oder aus dem Modellbau bekannt. Für industrielle Anwendungen sind Sandwichverbunde mit Metallblechen als Deckmaterial und einem leichten Kunststoffkern besonders interessant. Zu diesen zählt beispielsweise die Verbundplatte „Hylite“, die eine hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig niedrigem Gewicht miteinander kombiniert und sich durch Tiefziehen verarbeiten lässt. Die Deckbleche bestehen aus Aluminium, der Kern aus Polypropy-len.

Eine solche Dreischichtstruktur ist auch für die Herstellung von Verbundrohren be-sonders geeignet. Ein Aluminiumrohr im Kern wird mit Kunststoffschichten innen und außen beschichtet. Auf diese Weise entsteht bei Rohrleitungen zur Trinkwasser-versorgung oder zur Heizungsinstallation eine Alternative zu Kupferrohren, die wesentlich leichter ist und auf einfache Weise gebogen werden kann.

Die Optimierung der Eigenschaften eines Werkstoffs durch Beimischen von Faserma-terial ist das wohl bekannteste Prinzip unter den Verbundstrukturen. Offensichtlich werden die Vorteile einer solchen Struktur bei faserverstärkten Kunststoffen. Glas-fasern sind hier das am häufigsten eingesetzte Verstärkungsmaterial. Unter Verwen-

Verbundwerkstoffe

SandwichplatteKern: Pappwaben, Decklagen: Gipskar-ton

SandwichplatteKern: Aluminiumwaben, Decklagen: aramidfaserverstärkter Kunststoff

Sperrholz Buche (Industriebodenplatte)

Kohlefasergewebe

Wissenswertes Sandwichplattenmit Schaumkern

Sandwichplattenmit Massivkern

FaserverstärkteKunststoffplatten

Rohre Stäbe

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dung von Kohlefasern lassen sich mittlerweile überaus hochfeste Bauteile herstellen, die metallische Werkstoffe im Boots- und Fahrzeugbau mehr und mehr ersetzen. Eigenschaften, Anwendungsbereiche und Verarbeitungsmöglichkeiten von faserver-stärkten Kunststoffen werden im Kunststoffkapitel näher erläutert.

Das Thema Nachhaltigkeit hat auch in der Gruppe der faserverstärkten Werkstoffe in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. So versuchen Produzenten immer häufiger, natürliche Fasern einzusetzen, um die Ökobilanz moderner Mobilität zu verbessern. Die deutsche Fahrzeugindustrie hat in 2006 bereits 160.000 t Naturfa-sern verbaut, im Schnitt 4,2 kg pro Fahrzeug.

Ein relativ neuartiger Verbundwerkstoff besteht aus einer Vielzahl miteinander ver-leimter, jeweils nur wenige Zehntel Millimeter dicker Schichten aus Aluminium und einem Glasfaseranteil. Der Werkstoff wurde unter der Bezeichnung GLARE (glass-fibre reinforced alumnium) bekannt und ist speziell für die Flugzeugindustrie entwi-ckelt worden. Die Vorteile gegenüber konventionellem Aluminium liegen in einem besonders guten Einschlag- und Brandverhalten. Risse werden durch die Glasfasern überbrückt, so dass der Werkstoff höheren Belastungen ausgesetzt werden kann.

Werden größere Teilchen zu einem Werkstoff zusammen geführt, spricht man nicht mehr von Faser- sondern von Teilchenverbunden. Beispiele sind Holzspanplatten oder harzgebundene Industriesteine. Spanplatten werden aus Holzresten und Säge-spänen hergestellt und unter Hitze mit Hilfe von Kunstharz zu einem festen Werk-stoff verklebt. Harzgebundene Industriesteine kommen zum Einsatz, wenn man die Eigenschaften von Gesteinswerkstoffen benötigt und gleichzeitig von einer ein-fachen gießtechnischen Verarbeitung profitieren will.

Kork-Polymer-Komposite (CPC) sind neue Beispiele für den Bereich der Teilchenver-bundwerkstoffe. Dieses Material besteht aus Naturkorkpartikeln und einem Binde-mittel. Es wirkt dämpfend auf Stöße und Schwingungen, kann thermogeformt werden und hat eine hohe Wasserdampfdurchlässigkeit, was es insbesondere für Medizin- und Sportartikel prädestiniert.

Durchdringungsverbunde bestehen aus einem porösen Ausgangsmaterial, das in eine aushärtbare Flüssigkeit getaucht wird. Ein Beispiel ist Kunstharzpressholz.



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Holz

Mit dem Vaporetto erreicht man den Markusplatz, vom Bahnhof Santa Lucia kom-mend, in nur wenigen Minuten. Es geht über den Canal Grande, Venedigs Hauptver-kehrsader, vorbei an der architektonischen Wohltat der letzten Jahrhunderte. Ein Gewimmel von Booten und Gondeln säumt den Weg, bevor man nach Unterque-rung der berühmten Rialto Brücke, den Dogenpalast mit den unzähligen Tauben auf dem Vorplatz erreicht. Unzählig sind vor allem auch die Holzpfähle, an denen die typischen Verkehrsmittel dieser Stadt halt machen. Scheinbar beliebig ragen sie aus dem Wasser empor. Doch die Pfosten erfüllen eine zentrale Funktion: Sie geben der Stadt den festen Halt auf dem sumpfigen Untergrund der Lagune.

Venedig wurde auf 118 Inseln errichtet. Die größte ist die Insel Rialto mit ihren Nachbarn Ombriola, Luprio, Mendicola, Gemine, Spinalunga und Olivolo. Ablage-rungen der zuströmenden Flüsse haben den Meeresgrund im Laufe der Zeit immer weniger tief werden lassen. Seit der Antike wurde die besondere Lage vor der Küste zur Besiedelung genutzt, um Zuflucht vor der kriegerischen Bedrohung durch Ost-goten, Hunnen oder Langobarden zu finden. Die Pfosten aus den Harthölzern von Ulme oder Eiche wurden bis tief in den Untergrund gerammt, um den Gebäuden Stabilität zu verleihen. Das Baumaterial stammt aus den Wäldern der Küstenregi-onen Istriens und Dalmatiens. Schon früh begann der Raubbau an der Natur, denn auch die Flotte der früheren Handelsmacht verschlang Unmengen des natürlichen Materials. Das heutige Freilichtmuseum Venedig hinterließ zum Teil irreparable ve-getationslose Karstgebiete.

Holz ist einer der ältesten Bauwerkstoffe. Als praktische Lebenshilfe begleitet Holz die zivilisatorische Entwicklung von Beginn an. In grauen Vorzeiten waren Bäume und Wälder heilig, der Baum als Domizil überirdischer Mächte verlangte uns seit je-her Bewunderung und Ehrfurcht ab. Mai-, Pfingst- und Weihnachtsbäume oder indi-anische Totems geben noch immer Zeugnis alter Kulte um den Baum als Quell und Urbild des Lebens. Hörbar wird die mythische Kraft des Holzes durch den Korpus von Piano, Violine oder Didgeridoo, sichtbar in kunstvoll geschnitzten mittelalterlichen Madonnen oder zeitgenössischer Holzbildhauerei. Der 1999 anlässlich der Bundes-gartenschau errichtete Jahrtausendturm in Magdeburg ist mit 60 Metern Deutsch-lands höchste Holzarchitektur. Als Zellstofflieferant ist Holz die Grundlage für die moderne Papierindustrie. Doch trotz der Qualitäten wird heute ein Großteil des geschlagenen Holzes immer noch verbrannt. Die aktuelle CO2-Diskussion wird hier hoffentlich zum Umdenken führen.

Holzstruktur und charakteristische EigenschaftenHolz wächst auf natürliche Weise und ist ein organischer Rohstoff mit einer überaus komplexen Zellstruktur. Seine Qualität und Eigenschaft hängt, neben der Anord-nung und Form der einzelnen Zellen, vor allem von den Stoffen im Zellgerüst und dem Grad der Verkernung ab. Die Zellstruktur wächst in den unterschiedlichsten Geometrien als Kugeln, Würfel, Prismen, Fasern und Schläuche in Größen von 25-100 Mikrometern. Durch sie wird der Baum mit Nährstoffen und Wasser versorgt. Sind sie voll entwickelt, ist ihre Außenwand aus Zellulose und Lignin verholzt. Diese zwei Stoffe geben dem Holz die mechanischen Eigenschaften, die es für den Möbel-bau und die Architektur so geeignet machen. Die Zellulose bildet das zugfeste Zel-lengerüst und das Lignin die verholzende Kittsubstanz, die dem Holzgefüge seine hohe Druckfestigkeit verleiht. Mitteleuropäisches Holz besteht zu 40 - 51 % aus Zel-lulose, zu 18 - 30 % aus Lignin und zu 24 - 40 % aus Holzpolyosen (zelluloseähnlich). Begleitstoffe wie Harze, Stärke, Gerbstoffe, Fette, Wachse, Asche oder Farbstoffe sind in ganz unterschiedlichen Mengen in jedem Holz enthalten. Bei Tropenhölzern kann der Anteil nicht brennbarer Bestandteile (Asche) bis zu 5 % betragen. Während Gerbstoffe vor allem in Laubbaumhölzer zu finden sind, die das Holz vor Schädlin-gen schützen, weisen Nadelhölzer einen hohen Harzanteil auf. Das Hauptelement des Holzes ist der Kohlenstoff. Sein Anteil von etwa 50 % gibt dem Holz den hohen Heizwert.

Bedingt durch Jahreszeitenwechsel fällt das Wachstum eines Baumes und damit die Ausbildung der Zellstruktur sehr unterschiedlich aus. Die im Frühjahr entstehenden Holzzellen sind großvolumig, dünnwandig und von heller Farbigkeit (Frühholz). Später im Jahr werden die Zellen immer kleiner und die Wände dicker, so dass Härte und Festigkeit des sich im Herbst bildenden, dunklen Spätholzes das des Frühjahrs

Canal Grande in Venedig, Vaporetto

Holzstruktur eines verwitternden Baumstumpfes

Holzboote im Hafen von Essaouira (Marokko)

Wissenswertes Holzarten Leisten und Stäbe Vollholz Sperrholzplatten(Multiplex)

Faserplatten Lochplatten Furnier Kork


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übersteigen. In den Wintermonaten ist die Nährstoffversorgung nicht gewährleistet. Das Zellwachstum stoppt. Den Wechsel zwischen guten und schlechten Wachstums-bedingungen kann man an den Jahresringen erkennen. Ein weiterer grundlegender Unterschied in den Holzqualitäten besteht zwischen dem inneren Kernholz eines Stamms und dem äußeren Splintholz. Die Zellen im Kern sind abgestorben und ver-holzt. Das Holz ist dunkel, sehr kompakt und fest (Hartholz) und daher wertvoll für die Weiterverarbeitung. In der Zellstruktur des Splintholzes ist der Wasser- und Nähr-stofftransport nach wie vor intakt. Es ist daher wenig verkernt, hat eine geringe Dichte und weiche Struktur. Daher wird es auch als Weichholz bezeichnet. Zur Bil-dung von weichen Hölzern neigen Pappel, Fichte, Tanne, Buche oder Birke. Für hartes Holz (Kernholz) bekannt sind Eiche, Mahagoni, Teak, Kiefer, Walnuss, Kirsch-baum und Lärche.

Das ausschlaggebende Merkmal für die meisten technischen Holzeigenschaften ist die Rohdichte. Je höher sie ausfällt, desto härter, fester und dauerhafter ist das Holz. Zudem nimmt die Abriebfestigkeit mit steigender Rohdichte zu. Hartholz ist schwerer zu trocknen und zu imprägnieren als Weichholz. Während die Eigen-schaften zur Dämmung von Wärme bei steigender Rohdichte abnehmen, nimmt der Widerstand vor Entflammbarkeit zu. Da die Holzdichte das Verhältnis von Zellwan-danteil und Volumen der Poren angibt, kann sie je nach Holzart und Jahreszeit stark variieren. Spätholz ist daher dichter als Frühholz.

Außerdem ist für die Rohdichte und die mechanischen Eigenschaften der Feuchtig-keitsgehalt von ganz entscheidender Bedeutung. Holz neigt bei Aufnahme von Flüssigkeit zum Quellen, was mit einer nicht unwesentlichen Veränderung der Di-mensionen einhergeht. Durch Verdunstung des in den Zellwänden gebundenen Wassers verliert Holz an Volumen. Das Ausmaß der Schwindung steigt daher propor-tional zum Verlust an gebundenem Wasser und der Rohdichte des Holzes. In Faser-richtung schwindet das Holz relativ wenig (0,1 - 0,3 % vom grünen zum trockenen Zustand), während in radialer Richtung eine Schwindung von 3 - 5 % zu erwarten ist. In tangentialer Richtung muss sogar ein Wert von 5 - 2 % berücksichtigt werden. Da das natürliche Material sehr leicht Wasser aufnimmt und wieder abgibt (Hygrosko-pie), passt sich der Flüssigkeitshaushalt ständig der Umgebung an, in der es Verwen-dung findet. Holz arbeitet! Daher werden die Kennwerte eines Holzes immer mit Nennung der Holzfeuchte angegeben. Die besten mechanischen Eigenschaften sind natürlich in trockenem Zustand zu erwarten. Durch die ständigen Dimensionsände-rungen von Massivholz bei wechselnden Bedingungen, kann es bei unterschiedlichen Schwindmaßen in radialer und tangentialer Richtung zu Verwerfungen und Rissen kommen. Es werden daher gerne Hölzer verwendet, die sich in diese beiden Rich-tungen ähnlich stark ausdehnen. Soll Massivholz Anwendung in der Architektur oder für hoch belastete Bauteile finden, muss die Veränderung der mechanischen Eigenschaften besonders berücksichtigt werden. In der Regel greift man in diesen Bereichen aber auf Holzwerkstoffe zurück, die auf Grund ihrer Zusammensetzung aus einer Vielzahl von Fasern und Spänen eine homogene Eigenschaftsverteilung aufweisen und auf Feuchtigkeitsänderungen wenig bis gar nicht reagieren.

Die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeitswerte bei Belastung auf Zug, Druck oder Biegung, sind neben dem Feuchtegehalt, der Holzart und -be-schaffenheit vor allem von der Richtung der einwirkenden Beanspruchung abhängig. Parallel zur Faser weist Holz die besten Qualitäten auf. So erreicht die Zugfestigkeit quer zur Faser gerade einmal einen Wert von 5 - 10 %. Parallel zur Faser ist Holz um das 5- bis 8-fache druckfester als quer dazu. Die Biegefestigkeit von dünnen Holz-brettern, -stäben und -leisten ist insbesondere abhängig von Feuchtegehalt und Rohdichte. In trockenem Zustand werden vor allem bei dichten Holzarten (z. B. Steineiche) die höchsten Biegefestigkeiten erzielt. Sehr gut biegen lässt sich das Holz von Esche und Kiefer. Äste, Risse und Drehwuchs wirken sich negativ auf das mecha-nische Verhalten der Hölzer aus.

Härte verschiedener Hölzer

Holzart Härte

Pappel, Linde, Balsa äußerst weich

Fichte, Tanne, Birke weich

Kiefer, Kastanie,Lärche, Teak, Maha-goni

mittelhart

Nussbaum, Eiche,Kirschbaum, Esche,Ahorn

hart

Palisander, Buchsbaum, Pock-holz, Steineiche

äußerst hart

Mittlere Rohdichte verschiedener-Hölzer in bei unterschiedlichem Was-sergehalt u

Holzart u = 0 % u = 15 %

Ahorn 0,60 kg / dm³ 0,64 kg / dm³

Eiche 0,65 kg / dm³ 0,69 kg / dm³

Fichte 0,42 kg / dm³ 0,46 kg / dm³

Kiefer 0,49 kg / dm³ 0,52 kg / dm³

Lärche 0,55 kg / dm³ 0,58 kg / dm³

Tanne 0,43 kg / dm³ 0,48 kg / dm³

Schwindmaß verschiedener Hölzer je 1 % Feuchteänderung

Holzart radial tangential

Ahorn 0,20 % 0,30 %

Eiche 0,18 % 0,34 %

Kiefer 0,14 % 0,30 %

Kirschbaum 0,16 % 0,26 %

Lärche 0,14 % 0,30 %

Nussbaum 0,18 % 0,29 %

Tanne 0,14 % 0,28 %

tangentiale Richtung

radiale Richtung

Faserrichtung

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Festigkeitswerte verschiedener Hölzer parallel zur Faser bei einem Feuch-tegehalt von 10–15 %:

Holzart Zugfestigkeit Druckfestigkeit Biegefestigkeit Härte

Ahorn 82 N / mm² 49 N / mm² 95 N / mm² 67 N / mm²

Rotbuche 135 N / mm² 60 N / mm² 120 N / mm² 78 N / mm²

Eiche 110 N / mm² 52 N / mm² 95 N / mm² 69 N / mm²

Esche 130 N / mm² 50 N / mm² 105 N / mm² 76 N / mm²

Fichte 80 N / mm² 40 N / mm² 68 N / mm² 27 N / mm²

Kiefer 100 N / mm² 45 N / mm² 80 N / mm² 30 N / mm²

Lärche 105 N / mm² 48 N / mm² 93 N / mm² 38 N / mm²

Tanne 80 N / mm² 40 N / mm² 68 N / mm² 34 N / mm²

Neben den Einflüssen durch die hygroskopischen Eigenschaften von Naturholz, füh-ren vor allem auch Fehler im Holz, beispielsweise infolge eines ungleichmäßigen Wachstums oder durch Astansätze, zu Veränderungen im Eigenschaftsprofil. Auch ist der Befall durch Holzschädlinge wie Pilze oder Insekten nicht zu unterschätzen. Damit Holz in der Außenanwendung nicht vorzeitig verrottet, werden Holzoberflä-chen in der Regel mit Schutzmitteln versehen. Hierzu stehen zahlreiche Lacke, che-mische Substanzen, Öle, Lasuren oder Wachse zur Verfügung. Bei der Verwendung umweltbelastender Mittel sollte die Menge auf die Anwendung und den gewünsch-ten Effekt angepasst sein. In neuesten Entwicklungen werden die Potenziale von Nanopartikeln zum Schutz vor UV-Strahlung genutzt. Eingebracht in Holzschutzmit-tel können diese das Ausbleichen und Vergilben reduzieren.

Als weiterführende Literatur zu Verarbeitungsmöglichen von Hölzern empfehlen wir das „Handbuch für technisches Produktdesign“. Insbesondere zum Biegen werden sehr hilfreiche Hinweise gegeben.

HolzartenIroko, Jequitiba, Courbaril, Ozigo, Cupay, Jelutong: Die Liste der Holzgewächse ist lang. Über 60.000 unterschiedliche Arten sind wissenschaftlich erfasst, und wahr-scheinlich gibt es noch viel mehr. Die größte Artenvielfalt begegnet uns in den tro-pischen Regionen der Erde. Daher sind den Europäern die meisten Namen vollkom-men unbekannt. Nur wenige werden gewerblich genutzt, und das ist auch gut so. Denn im Dickicht des Regenwaldes ist eine wirtschaftliche Verwertung einzelner Holzsorten praktisch unmöglich. Der brasilianische Amazonasraum weist etwa nur 400 Baumarten auf, deren Eigenschaften sich kommerziell verwerten ließen. Für den örtlichen Gebrauch werden sogar nur 150 genutzt. Und für den internationalen Ex-port sind lediglich zwei Dutzend interessant. Tatsächlich reduziert sich die Menge an potenziellen „Werthölzern“ auf nur wenige Stämme pro Hektar. Selbst bei selektiver Entnahme ist der Schaden für das Ökosystem Tropenwald beträchtlich. Baumkronen und Äste benachbarter Bäume werden beschädigt. Nach der „Ernte“ bleiben die Zufahrtswege, Verladestationen und Holzfällercamps zurück. Sie bieten anschlie-ßend die Basis für eine weitere Besiedlung der Gebiete durch Kleinbauern, die sich auf den Holzeinschlagsflächen niederlassen und Brandrodungsfeldbau betreiben. In der Regel sind die Böden dann nach ein bis zwei Ernten verbraucht, die Bauern dringen weiter in den Wald vor und hinterlassen einen Gürtel unfruchtbaren Landes.

Zahlreiche Aufrufe und Demonstrationen zur Beendigung der Umweltzerstörung hatten bislang nicht den gewünschten Effekt, angesichts der aktuellen Klimadiskus-sion eine verheerende Entwicklung. Während der Wald in den gemäßigten Zonen Europas und Nordamerikas in den letzten Jahren wieder aufgeforstet wird und zahl-reiche neue Schutzgebiete entstehen (z. B. Nationalpark Eifel seit 2006), werden die Wälder in den tropischen Gebieten immer kleiner. In Indonesien existieren nur noch 25 % (Stand: 2007) der ursprünglichen Fläche. Als Folge des Raubbaus ist die Tier- und Pflanzenwelt bedroht. Manche Holzarten wie Pockholz, Afrormosia und Rio-Palisander stehen kurz vor der Ausrottung. Grund genug, auf die Verwendung von Tropenhölzern zu verzichten.

Das Modulor-Sortiment enthält derzeit noch drei Tropenholzsorten: Balsa, Abachi und Mahagoni. Eine Substitution des Modellbauholzes Balsa erscheint schwer mög-

Beständigkeit unterschiedlicher Höl-zer gegen Pilzbefall

Holzart Beständigkeit

Teak sehr dauerhaft

Eiche, Edelkasta-nie

dauerhaft

Douglasie mäßig dauerhaft

Kiefer, Lärche wenig bis mäßig dauerhaft

Fichte, Tanne wenig dauerhaft

Buche, Esche, Pappel

nicht dauerhaft





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lich, denn ein Holz mit den Eigenschaften des Balsaholzes ist in den gemäßigten Klimazonen leider nicht zu finden. Auch wenn Balsa vornehmlich aus Plantagen-pflanzungen stammt, sind die ökologischen Folgen einer kommerziellen Verwertung nicht ganz unproblematisch. Denn Monokultur-Plantagen bieten im Vergleich zur Vielfalt des tropischen Urwalds nur einen beschränkten Artenreichtum.

Das westafrikanische Abachi wird für den Modellbau verwendet, da es keine Jahres-ringe besitzt, und deswegen in verschiedenen Maßstäben zur Darstellung von Holz geeignet ist. Die Abachi-Nutbrettchen würden wir gerne durch Brettchen aus Höl-zern gemäßigter Klimazonen ersetzen. Bislang haben wir jedoch keinen Anbieter gefunden; für diesbezügliche Hinweise sind wir dankbar. Mahagonileisten und

-brettchen hatten wir zwischenzeitlich aus dem Sortiment genommen. Auf Grund zahlreicher Nachfragen wurde das dunkle Holz jedoch wieder ins Programm genom-men. Jeder Kunde sollte sich aber fragen, ob er das Tropenholz nicht durch eine europäische Sorte ersetzen kann.

In den gemäßigten Zonen der Erde teilt man die Holzarten in Nadel- und Laubhölzer ein: Nadelbäume sind vor allem auf der nördlichen Hemisphäre zu finden. Sie wach-sen schnell und ihr Holz hat eine einfache und regelmäßige Zellstruktur. Man kann es an der hellen Färbung gut erkennen, die von blassem Gelb bis zu rötlichem Braun reicht. Nadelhölzer zählen zu den Weichhölzern und sind billiger als die Laubholz-sorten. Es dient als traditioneller Lieferant von Zellstoff für die Papierindustrie und wird als Konstruktionswerkstoff im Baugewerbe eingesetzt. Außerdem werden aus Nadelholzresten Sperr- und Faserplatten hergestellt. Typische Nadelhölzer sind Kie-fer, Tanne oder Fichte. Die Jahresringe treten meist klar zum Vorschein.

Da Laubbäume entwicklungsgeschichtlich wesentlich jünger sind als Nadelbäume, ist die Zellstruktur ihres Holzes wesentlich komplexer und unregelmäßiger im Auf-bau. Laubholz weist eine höhere Beständigkeit auf als Nadelholz, ist dichter und härter. Die Gefäßstruktur ist manchmal durch kleine Löcher im Holzquerschnitt er-kennbar. Auf Grund des höheren Wertes wird Laubholz vor allem zu Furnieren ver-arbeitet oder kommt im Möbelbau zur Anwendung. Zu den Laubhölzern zählen Ahorn, Birne, Birke, Buche, Eiche, Nuss- und Kirschbaum.

NadelhölzerFichte: Die Picea abies ist ein immergrünes Nadelgewächs, das eine Höhe von bis zu 60 Metern erreicht. Das Wort „picea“ stammt von den Römern und betont den be-sonders hohen Harzgehalt des Holzes. Das natürliche Material hat je nach Wasserge-halt eine Rohdichte zwischen 0,45 - 0,50 kg / dm³. Mit einer Härte von 30 N / mm² zählt es zu den weichen bis mittelharten Hölzern. Sowohl Splint als auch Kern haben eine sehr helle Farbe, deren Ton von gelblichweiß bis rotweiß reicht. Die Oberfläche ist glänzend, aber nicht sehr dauerhaft und wird daher gerne mit Beizen und Lacken versehen. Fichtenholz lässt sich leicht bearbeiten, gut leimen und sauber schneiden. Auf Grund des schnellen Wachstums und geraden Wuchses findet das preisgünstige Holz der Fichte in einem weiten Spektrum Verwendung. Es ist insbesondere als Bau- und Schnittholz begehrt und wird zu Sperrholz verarbeitet. Außerdem kommt es für den Bau von Musikinstrumenten (Resonanzböden von Geige und Gitarre), Kisten und Möbeln zur Anwendung und wird beim Innenausbau genutzt. Junge Fichten werden traditionell als Christbäume verwendet. Die Fichte ist auch ein klassischer Zellstofflieferant für die Papierindustrie.

Kiefer: Die weit verbreitete Pinus sylvestris findet man im mittel- und nordeuropä-ischen Raum sowie in Zentralasien. Sie erreicht eine Höhe von 30 Metern und einen Stammdurchmesser von einem Meter. Ihr relativ leichtes Weichholz (Rohdichte 0,49 - 0,52 kg / dm³) ist rötlich-gelb bis braunrot nachdunkelnd. Der Splint hat eine gelblich- bis rötlichweiße Farbe. Je nach Herkunft ist Kiefernholz verschieden struk-turiert (z. B. gestreift, gefladert). Kiefernholz ist gut zu verarbeiten und schwindet bei Austrocknung nur mäßig. Da es relativ viel Harz enthält, ist die Oberflächenbe-handlung und Verleimung aber oftmals schwierig. Vor dem Beizen muss das Holz entharzt werden. Es neigt zu starker Wasseraufnahme, was die Pilzanfälligkeit er-höht. Unbehandelt ist es daher für den Außeneinsatz nicht geeignet. Verwendet wird das Holz der Kiefer in der Tischlerei sowie als Konstruktions- und Sperrholz. Ausgewähltes astfreies Kiefernholz kann auch für den Möbelbau genutzt werden. Ein großer Teil fließt in die Holz- und Zellstoffproduktion für die Papierindustrie. Außerdem wird Kiefernharz zur Herstellung von Terpentin verwendet.

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Tanne: Die Tanne ist einer der am meisten verbreiteten Bäume in Zentral- und Süd-europa. Es gibt etwa 30 Arten. Insbesondere die Weiß- und Edeltanne ist für die Weiterverarbeitung von großem Interesse. Ihr Holz hat mit einem cremig-weiß bis ocker-gelben Ton eine sehr charakteristische Farbigkeit, die rötlichgrau nachdunkelt. Tannenholz ist sehr leicht (Rohdichte: 0,43 - 0,48 kg / dm³), weich, elastisch und hat eine poröse Struktur. Es schwindet wenig, hat ein gutes Standvermögen, verträgt aber den häufigen Wechsel von trockener zu feuchter Umgebung nicht gut. Da es rasch von Schimmel befallen wird, sollte Schnittholz nicht zu eng gestapelt und gut unterlüftet werden. Das Holz der Tanne lässt sich gut bearbeiten, schnitzen und drechseln. Auf Grund des Harzgehalts ist es aber schlecht zu beizen. Die Oberflächen nehmen Lacke gut an. Tannenholz ist ein klassisches Bau- und Werkholz. Es wird für die Möbelherstellung ebenso verwendet, wie für das Kunsthandwerk, den Schiffs- und Gerüstbau. Außerdem findet es Eingang in die moderne Papierproduktion. In 2004 war die Tanne Baum des Jahres in Deutschland.

LaubhölzerAhorn: Das weiße bis gelblichweiße Holz des Ahorns ist glänzend und feinporig. Frisch geschlagen weist es eine rötliche Farbigkeit auf, die nachdunkelt und vergilbt. Der Baum erfreut sich in Europa einer weiten Verbreitung. Mit einer durchschnitt-lichen Dichte von 0,62 kg / dm³ ist das Holz mittelschwer. Je nach Herkunft und An-schnitt hat es unterschiedliche Texturen, von eng geriegelt über leicht gefladert bis zu gemasert, flammig gefeldert und geaugt. Ahorn ist sehr fest, mäßig hart, elas-tisch und zäh. Das Holz schwindet nur wenig, zeigt jedoch Rissneigung und ist daher langsam zu trocknen. Es weist sehr gute Bearbeitungseigenschaften auf, ist gut zu drechseln, gut zu verleimen und kann leicht gebogen werden. Ahorn-Oberflächen sind einfach zu färben und nehmen sowohl Beizen als auch Polituren leicht auf. Auf Grund der geringen Witterungsbeständigkeit und der Anfälligkeit für Pilze und In-sekten ist es für den Außeneinsatz wenig geeignet. Hauptanwendungsbereich ist der Möbel- und Innenausbau. Darüber hinaus findet Ahornholz Anwendung bei Haushaltsgeräten, Musikinstrumenten und Fußböden. Es ist ein wertvolles Furnier-holz.

Birke: Betula alba wächst in gemäßigten Klimazonen. Einer der Hauptlieferanten von Handelsbirkenholz ist Kanada. Das qualitativ bessere Holz liefert jedoch die europäische Birke. Das Holz ist mit einer Rohdichte von etwa 0,64 kg / dm³ mittel-schwer und hat ein mit Eichenholz vergleichbares Gewicht. Das harte Birkenholz hat eine gerade Maserung und ist fein und gleichmäßig strukturiert. Gelegentlich liefern Stämme auch etwas auffälligere Texturen (z. B. geflammte Birke und Maserbirke). Während das Splintholz der Birke eine hellgelbe bis cremeweiße Farbe aufweist, ist das Kernholz meist dunkel. Es nimmt Holzschutzmittel nur schlecht auf. Birkenholz ist manuell wie maschinell gut zu bearbeiten. Es eignet sich insbesondere zum Drechseln und ergibt rund geschält ein ausgezeichnetes Furnier. Bei Austrocknung schwindet Birkenholz nur mäßig. Fäulnisfördernden Bedingungen ausgesetzt, ver-liert es rasch an Beständigkeit. Birkenholz wird meist für Sperrholz eingesetzt. Seine Festigkeit prädestiniert es zum Konstruktionswerkstoff. Im Bauwesen findet man es in Form hölzerner Bauteile und Fußböden. Massivbirke wird im Möbelbau vor allem für Polstersesselrahmen, Tische und Stühle eingesetzt. Weitere typische Anwen-dungen sind Drechselarbeiten, Fuß- und Parkettböden, Kisten, Fässer und Haushalts-gegenstände.

Birne: Der Birnbaum liefert ein blassgelbes bis rötlichbraunes Holz mit feiner Struk-tur und undeutlichen Jahresringen. Er ist vor allem in Mittel- und Südeuropa, Sibi-rien und Vorderasien kultiviert. Das Holz des Birnbaums hat eine gute Festigkeit, Härte und Zähigkeit. Es ist wenig elastisch, spröde, nur schwer zu trocknen und neigt zur Rissbildung. Daher muss das Holz langsam getrocknet werden. Die Roh-dichte übersteigt mit etwa 0,74 kg / dm³ die der meisten anderen Holzarten. Die Struktur des Holzes ist gleichmäßig, schlicht und nicht selten geflammt textuiert. Birnbaumholz lässt sich gut bearbeiten. Die Oberfläche nimmt gut Beizen und Poli-turen an. Unbehandelt ist es nicht witterungsbeständig und empfindlich für Insek-tenbefall. Verwendet wird es im Möbel- und Innenausbau, zur Herstellung von Werkzeugen, Musikinstrumenten und für Schnitz-, Modellbau- und Drechslerar-beiten. Sowohl Massivholz als auch Furniere aus Birnbaumholz können gut durchge-färbt werden. 1998 war er Baum des Jahres in Deutschland.



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Buche: Das harte Holz der Fagus silvatica wächst in Europa. Seine Rohdichte liegt zwischen 0,68 - 0,76 kg / dm³. Es zählt damit zu den Mittelschwergewichten unter den Hölzern. Buchenholz ist weiß oder blassbraun und bekommt seine charakteristische rötlich-dunkle Farbe erst durchs Dämpfen. Es ist im Allgemeinen geradfaserig und von feiner, gleichmäßiger Struktur. Buche arbeitet bei wechselnden Feuchtebedin-gungen beträchtlich. Die starke Schwindung und das Quellen müssen also bei der Verwendung berücksichtigt werden. Buchenholz ist im Allgemeinen fest, lässt sich leicht bearbeiten und ausgezeichnet drechseln. Durch Polieren erhält man schöne Oberflächen. Der Werkzeugverschleiß ist bei der Verarbeitung allerdings recht groß. Auffallend ist die gute Eignung des Holzes für das Dampfbiegen. Beim Bohren ist die Gefahr zum Ankohlen nicht zu unterschätzen. Buche ist nicht dauerhaft und ohne Schutzbehandlung für den Außeneinsatz geeignet. Es nimmt Schutzmittel sehr gut auf. Buchenholz wird bevorzugt für Biegeholzmöbel verwendet. Typische Beispiele im Haushalt sind Holzlöffel, Werkzeug- und Bürstengriffe sowie Spielzeug. Buchen-fußböden sind sehr strapazierfähig.

Eiche: Der mächtigste und wertvollste Laubbaum der gemäßigten Klimazonen wird oft bis zu 500 Jahre alt, mancherorts sind sogar über 1000 Jahre alte Bäume bekannt. Eichenholz ist sehr fest, besonders hart, dauerhaft und schwer (Rohdichte: 0,65 - 0,69 kg / dm³). Das Kernholz hat eine bräunliche Farbe, die stark nachdunkelt. Der umlie-gende schmale Splint ist eher gelblichweiß. Bei den europäischen Sorten sind helle Markstrahlen charakteristisch, die die gesamte Maserung durchziehen. Nach Aus-trocknung ist nur eine geringe Schwindung zu erkennen, was sich positiv auf den Einsatz und die Verarbeitung auswirkt. Eichenholz ist gut zu drechseln, mit scharfen Werkzeugkanten zu verarbeiten und kann gut verleimt werden. Die besondere Zä-higkeit macht das Holz für das Dampfbiegen geeignet. Die Oberflächen können gut gebeizt, gekalkt und geräuchert werden. Auch sind gute Ergebnisse mit Wachs oder Lacken erzielbar. Bei Kontakt mit eisenhaltigen Metallteilen kann sich Eichenholz verfärben. Umgekehrt können Metalloberflächen auf Grund des starken Säurege-halts im Holz korrodieren. Zu beachten ist, dass das helle Splintholz nicht besonders wetterfest ist. Eichenholz findet Verwendung insbesondere im Möbel- und Innen-ausbau sowie als Parkett, für Fenster oder beim Schiffsbau. Es ist als Massiv- oder Furnierholz im Einsatz.

Kirschbaum: Das Holz der Kirsche ist rötlichweiß im Splint und gelblichbraun im Kern. Mit einer Dichte von 0,6 kg / dm³ ist es mittelschwer. Das mäßig harte, feste, feinfaserige und biegsame Holz ist gut zu bearbeiten und sehr schön beiz- und po-lierbar. Durch 24-stündige Lagerung in kalkhaltigem Wasser oder in Säuren kann eine starke Rotfärbung hervorgerufen werden. Mit Wasserstoffperoxid wird es gebleicht und eine Grünstreifigkeit erzielt. Kirschholz zeigt nur geringe Schwindung, ist jedoch nicht witterungsfest und anfällig für Pilze und den Holzwurm. Verwendet wird das dekorative Vollholz oder Furnier (geflammt oder gestreift) vorwiegend im Möbel- und Innenausbau. Schon in der Biedermeierzeit im 19. Jahrhundert war das Holz des Kirschbaums beliebt. Auch der Schiffsbau bietet zahlreiche Einsatzmöglich-keiten. Darüber hinaus findet es bei der Herstellung von Saiteninstrumenten und bei der Kunsttischlerei Verwendung. Neben der Wild-, Süß-, Wald- und Vogelkirsche sind auch Trauben-, Felsen-, Sauer- und Japankirsche bekannt.

Linde: Die Tilia cordata ist ein in gemäßigten Klimazonen kultivierter Baum im Halbschatten und Schatten, der bis zu 1000 Jahre alt werden kann. In Europa ist sie vor allem in Großbritannien, Deutschland, den Niederlanden, Tschechien, Italien, Rumänien und Ungarn beheimatet. Ihr weiches Holz mit mittlerer Rohdichte (0,56 kg / dm³) ist fast weiß und dunkelt unter Lichteinfluss nach. Auch rötliche Färbungen sind möglich. Die Lindenholztextur ist schlicht, leicht gefladert oder gestreift. Das Holz hat eine feine, sehr einheitliche Struktur mit geradem Faserverlauf. Die Winter-linde ist etwas schwerer als die Sommerlinde. Lindenholz neigt etwas zum Verwer-fen und hat ein mäßiges Stehvermögen. Mit seinen zähen Eigenschaften kann es gut bearbeitet werden. Auf Grund der großen Weichheit ist es das Schnitzholz schlecht-hin. Es schwindet wenig und trocknet schnell. Die geringe Dauerhaftigkeit und mä-ßige Witterungsbeständigkeit machen es für Außenanwendungen jedoch wenig geeignet. Es wird daher vorrangig für Drechslerarbeiten, Hutformen, Holzschuhe, Spielwaren und beim Instrumenten- und Klavierbau eingesetzt. Zudem dient Lin-denholz zur Herstellung von Holzwerkstoffen wie Sperrholz. Weitere Anwendungen sind Holzwolle und Zeichenkohle.

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Nussbaum: Im mitteleuropäischen und nordamerikanischen gemäßigten Klima wächst der Nussbaum, der ursprünglich aus dem Nahen Osten stammt. Sein mäßig hartes Holz hat eine Rohdichte zwischen 0,65 - 0,75 kg / dm³ und eine graubraune bis fast schwarze Maserung. Wie Eichenholz wird es traditionell sehr geschätzt. Die Texturen reichen von leicht gestreift und geriegelt, bis hin zu Pyramiden-, Maser- und Drapé-Texturen. Nussbaumholz ist fest, sehr dauerhaft, zäh und biegsam. Es schwindet beim Austrocknen nur wenig und ist gut zu bearbeiten. Nussbaumober-flächen lassen sich auf einfache Weise beizen und polieren. Traditionell stehen dazu Wachse und Öle zur Verfügung. Das Holz des Nussbaums wird vor allem als sehr dekoratives Furnier- oder Vollholz im Möbel- und Innenausbau verwendet. Außer-dem ist es für die Herstellung von Musikinstrumenten und Kunstgegenständen, für Schnitzereien und Intarsien oder als Fuß- und Parkettböden besonders beliebt. Da die Beschaffung des Nussbaumes Schwierigkeiten bereitet, werden Ersatzhölzer wie Zebrano, Kokko, Imbuia, Dao oder Limba verwendet.

TropenhölzerAbachi: Der westafrikanische Tryplochiton scleroxylon liefert ein weiches und wenig dauerhaftes Holz mit einer geringen Rohdichte von 0,43 kg / dm³ (Holzfeuchte: 15 %). Damit ist es eines der leichtesten Laubhölzer. Andere Namen wie Wawa (Ghana), Samba (Elfenbeinküste) und Obeche (Frankreich) werden durchaus verwendet. Das optisch ansprechende Holz hat eine weißgraue bis strohgelbe Farbe, glänzt stark, ist von mittelgrober Struktur und schlicht textuiert. Es hat einen geraden oder wechsel-drehwüchsigen Faserverlauf und schwindet bei Trocknung nur wenig. Splint- und Kernholz sind kaum voneinander zu unterscheiden. Eingesetzt wird Abachi dort, wo mehr Wert auf eine gute optische Erscheinung als auf Festigkeit gelegt wird. So wird es beispielsweise für Möbel, bei Modellschreinereien oder für den Instrumentenbau verwendet. Abachi besitzt ein ausgezeichnetes Stehvermögen, ist allerdings nicht sehr fest. Daher ist es ungeeignet für Außenanwendungen, wird aber für Türfutter und als Absperrfurnier verwendet. Die Bearbeitung von Abachi ist leicht durchzu-führen; es lässt sich gut sägen. Mit scharfen Werkzeugschneiden können gute Ober-flächen erzielt werden. Diese nehmen Politur und Beize gut an. Das Holz ist aber anfällig für Insekten- und Pilzbefall.

Balsa: Das weiche Balsaholz wird aus den in tropischen Gebieten wachsenden Ochroma pyramidale oder lagopus gewonnen. Es ist in Mittel- und im nördlichen Südamerika sowie auf den westindischen Inseln, in Kamerun und Indonesien kulti-viert. Für den Handel wird das Holz vorrangig in den tiefergelegenen Westausläu-fern der ecuadorianischen Anden aus Balsawäldern oder -plantagen geschlagen. Der Baum wächst sehr schnell und ist bereits nach 6 bis 7 Jahren schlagreif. Er hat dann bereits die stattliche Höhe von gut 20 Metern und einen Stammdurchmesser von 60 cm erreicht. Mit einer durchschnittlichen Rohdichte von 0,15 kg / dm³ ist Balsa das leichteste aller Nutzhölzer. Besonders beliebt ist es mit weißlicher Farbigkeit. Manch-mal weist es auch eine leichte rötliche Tönung auf. Der Faserverlauf ist geradlinig. Auf der glänzenden Oberfläche sind meist große Poren auffällig. Das Holz fühlt sich weich und samtartig an. Neben der geringen Festigkeit ist die geringe Schwindung charakteristisch. Mit scharfen Werkzeugen ist es daher leicht zu bearbeiten. Zudem kann es gut verleimt, zufriedenstellend poliert und gebeizt werden. In der Industrie wird Balsaholz zur Wärme- und Schallisolation sowie für den Transport von Flüssig-gas verwendet. Es findet zudem als klassischer Werkstoff im Flugzeugmodellbau Verwendung und wird zur Bühnenbildausstattung benutzt.

Mahagoni: Mahagonibäume kommen aus den tropischen Regionen Mittelamerikas und den nördlichen Gebieten des südamerikanischen Kontinents. Das schwerste und härteste Mahagoniholz ist in Kuba zu finden. Das harte, mittel- bis dunkelrotbraune Holz ist von mittelgrober Struktur und weist eine Rohdichte von 0,6 kg / dm³ auf. Ansonsten sind die Eigenschaften von Mahagoni alles andere als mittelmäßig: Es ist recht stabil, kann unproblematisch geschnitten und auch sonst sehr einfach bearbei-tet werden. Das Holz des Mahagonibaums ist eines der wenigen Hölzer, das sich unter Feuchteeinfluss in tangentialer und radialer Richtung ähnlich stark ausdehnt. Zudem ist es überaus beständig, witterungsfest und hat eine ausgesprochen schöne Optik. Das besondere Eigenschaftsprofil machte das Holz seit dem 17. und 18. Jahr-hundert vor allem für die europäische Möbeltischlerei beliebt. Heute wird Mahago-niholz für die Anfertigung hochwertiger Möbel, beim Innenausbau und für Musik-instrumente geschätzt. Es kommt beim Yacht- und Schiffsbau zur Anwendung. Bei

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der Oberflächenbehandlung werden meist nur farbneutrale Wachse und Öle ver-wendet, um den natürlichen Farbton nicht zu verfälschen.

Padouk: Die bis zu 30 Meter hohen Pterocarpus soyauxii wachsen in West-, Zentral- und Ostafrika. Ihr schweres Holz (Rohdichte: 0,71 kg / dm³) leuchtet korallenrot bis orangebraun im Kern, ist weißlichgelb im Splint und dunkelt später stark nach. Es ist mittelgrob strukturiert und hat einen geraden bis wechseldrehwüchsigen Faserver-lauf mit roten Streifen. Das aus Südostasien stammende Manila-Padouk weist eine gemaserte Textur auf. Padoukholz ist äußerst hart, druck- und biegefest, dauerhaft und beständig. Man kann es leicht spalten und gut maschinell bearbeiten. Es sind gute Oberflächenqualitäten zu erzielen. Die gute Resistenz gegen Pilz- und Insek-tenbefall und der geringe Schwund machen es für den Brückenbau und für Eisen-bahnschwellen geeignet. Seit dem 17. Jahrhundert wird das Holz in Europa für den Möbel- und Musikinstrumentenbau verwendet. Es dient als Fußboden, findet An-wendung im Innenausbau und ist für Drechselarbeiten geeignet. Auch Furniere werden aus Padouk-Holz geschält. Wegen der Neigung zu starkem Nachdunkeln sollten diese jedoch abgedeckt gelagert und vor Tropfwasser geschützt werden.

Teak: Teakholz stammt ursprünglich aus Burma, wächst aber auch weitflächig in Indien, Thailand und Indonesien. Es ist eines der wertvollsten Hölzer der Welt und wurde daher auch in Plantagen in Malaysia, Borneo, den Philippinen, Afrika und Zentralamerika kultiviert. Seine Farbigkeit reicht von goldgelb bis dunkelbraun mit einem geraden Faserverlauf bei grober und ungleichmäßiger Textur. Teakholz ist hart, hat eine Rohdichte von 0,75 kg / dm³, ist in getrocknetem Zustand äußerst stabil und lange haltbar. Die Unempfindlichkeit gegen Pilzbefall, die sehr geringe Schwin-dung und hohe Witterungs- und Alterungsbeständigkeit machen das Holz zu einem idealen Werkstoff für den Schiffsbau. Teakholz ist gut zu bearbeiten. Die ölhaltige und von Natur aus fettige Struktur macht aber die Oberflächenbehandlung nur mit Spezialmitteln (Teak-Öl) möglich. Üblicherweise findet Teakholz überall dort Ver-wendung, wo der Werkstoff starker Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Neben dem Schiffs-bau wird es für Außenmöbel, Bodenbeläge sowie für die Bau- und Kunsttischlerei eingesetzt.

Zebrano: Das auch Zingana genannte Holz wächst in den tropischen Regenwäldern Westafrikas, hauptsächlich in Kamerun, dem Kongo und Gabun. Das leicht glän-zende, gelblich weiße Kernholz ist von tiefbraunen Adern durchzogen, die eine Analogie zu einem Zebramuster erkennbar werden lassen. Das Holz ist mittelhart, es hat eine Rohdichte von 0,8 kg / dm³ und eine dichte, aber spröde Struktur. Obwohl es wenig schwindet, neigt es beim Trocknen zu Verwerfungen. Zebranoholz ist fest und witterungsbeständig, aber nicht sehr haltbar. Es ist zwar schwer zu hobeln, lässt sich ansonsten jedoch gut von Hand und maschinell bearbeiten. Beim Kleben ist große Sorgfalt erforderlich, und vor dem Polieren sollte ein klarer Porenfüller aufge-tragen werden. Neben der Verarbeitung zu sehr dekorativen Furnieren wird Zebra-no als Spezialholz für die Bildhauerei und Schnitzerei sowie für Parkettböden, Sport-geräte und Griffe verwendet. In Europa ist es nur unregelmäßig und in geringen Mengen erhältlich. Es findet Anwendung als Teak- und Nussbaumholzersatz.

VollholzIm Sägewerk wird Vollholz aus entrindeten Baumstämmen geschnitten und zu Bret-tern (bis 4 cm), Latten (Querschnitt < 32 cm²), Bohlen (Dicke > 4 cm), Balken (Breite < 7 cm, Höhe < 20 cm) und Kanthölzern (Breite > 6 cm, Höhe > 20 cm) für die holz-verarbeitende Industrie, für Tischlereien und Möbelbauer vorkonfektioniert. Die Ei-genschaften richten sich nach der verwendeten Holzart, aus dem die Profile ge-schnitten werden.

Vollholz ist beliebt, weist jedoch auf Grund der hygroskopischen Eigenschaften eini-ge Nachteile auf (z. B. Rissbildung). Astansätze oder ungleichmäßiger Wuchs können zwar besondere ästhetische Qualitäten bewirken, sind aber unter Festigkeitsge-sichtspunkten für Anwendungen im Baugewerbe eher von Nachteil. Aus diesem Grund ist unter der Bezeichnung Konstruktionsvollholz (KVH) ein spezielles Bauholz auf dem Markt verfügbar, das nach Festigkeit sortiert, technisch getrocknet und ka-libriert wird und in einem definierten Bereich konstante Qualitätseigenschaften aufweist. Die Holzfeuchte liegt beispielsweise bei 15 % (± 3 %), also im Bereich des späteren Einbauzustandes, so dass das Arbeiten des Holzes nahezu ausgeschlossen

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wird. Die Maßhaltigkeit wird durch leichtes Hobeln nach dem Trocknen sogar noch erhöht. Konstruktionsvollholz gibt es für den sichtbaren (KVH Si) und nicht sicht-baren (KVH NSi) Einbau. Auf eine besondere Oberflächenqualität wurde bei KVH Si besonders geachtet.

Darüber hinaus sind Vollhölzer auf dem Markt verfügbar, die unter Einwirkung von Wärme und Druck oder durch Tauchen in bestimmte flüssige Substanzen in ihren Gebrauchseigenschaften optimiert wurden und zum Beispiel resistent gegen Schäd-lingsbefall sind.

Thermisch modifiziertes VollholzDurch thermisches Vergüten oder Baden in heißem Öl werden insbesondere die Quell- und Schwindeigenschaften optimiert. Infolge der Wärmebehandlung verän-dert sich der Zellaufbau so sehr, dass Wasseraufnahme und Ausgleichsfeuchte ent-scheidend verringert werden. Quell- und Schwindverhalten reduzieren sich um etwa 50 %, so dass sich Ölvollhölzer steigender Beliebtheit erfreuen. Außerdem verlieren Bakterien und Pilze ihre Nahrungsgrundlage. Thermisch modifiziertes Holz (Thermo-holz) ist daher resistenter gegenüber Schädlingsbefall und somit geeigneter für den Einsatz im Außenbereich. Es tritt seit etwa Mitte der 1990er Jahre in Konkurrenz zu den für Außenanwendungen typischen Tropenhölzern wie beispielsweise Teak. Man findet thermisch vergütetes Holz heute schon häufig bei Fassadenverkleidungen, im Garten- und Landschaftsbau (z. B. Terrassen) und in Wellnessbereichen.

TränkvollhölzerDurch Tauchen von Vollholzprofilen in Holzschutzmittel, Paraffin, Wachs oder flüs-siges Metall werden insbesondere die mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Tränkvollhölzern entscheidend verbessert. Sie weisen eine erhöhte Dichte, Fes-tigkeit und Härte auf und zeigen hervorragende Reibeigenschaften. Getränkt in Kunstharz findet Vollholz beispielsweise für Parkettböden oder im Modellbau Ver-wendung.

PressvollholzPressvollholz hat eine unter Wärme und hohen Drücken verdichtete Struktur für große Beanspruchungen im Bauwesen und Maschinenbau. Die Rohdichte kann bis zu 1400 kg / m³ betragen.

FurniereFurniere sind dünne Holzblätter, die vom entrindeten Baumstamm geschält oder gesägt werden. Bereits vor rund 5000 Jahren hatte man im alten Ägypten die Not-wendigkeit zur effizienten Nutzung von edlen Hölzern erkannt. Sie schnitten Holz in feine Brettchen und furnierten Möbel für repräsentative Zwecke damit. Einen Hinweis für die antike Nutzung von Furnieren fand man Anfang des 20. Jahrhun-derts im Grab Tutanchamuns. Der Begriff „Furnier“ wird aber erst seit 400 Jahren verwendet. Er ist vom französischen Wort „fournir“ für „bestücken“ abgeleitet.

Eigenschaften und VerwendungDie Anwendung von Furnieren aus dekorativen Gründen war der ursprüngliche Grund für die Nutzung von dünnen Blättern aus Holz. Heute finden sie auch bei der Produktion von Holzwerkstoffen wie Furniersperrholz, Lagenholz oder Schichtholz Verwendung. Die Eigenschaften der Furniere sind mit der Qualität der Holzart ver-gleichbar, aus dem sie produziert werden. Nadelholzfurniere werden dicker ge-schnitten als Laubholzfurniere. Man unterscheidet entsprechend des Herstellungs-prozesses Schäl-, Messer- und Sägefurniere. Im Kontext ihrer Anwendung werden Absperr-, Deck- und Unterfurniere klassifiziert.

Vor dem Schälen des Holzes wird der Baumstamm gekocht, die Rinde entfernt und das Rundholz drehbar eingespannt. Anschließend rotiert der Stamm wie eine Welle. Messer werden gegen das Holz geführt und schälen kontinuierlich ein Band mit ei-ner Dicke zwischen 0,5 - 4 mm. Bewegt man das Schälmesser radial wie bei einem Bleistiftspitzer zum Holz, entstehen Furniere mit einer besonderen Maserung (Kunst-furniere). Schälfurniere kommen insbesondere bei der Herstellung von Holzplatten-werkstoffen zum Einsatz. Deckfurniere werden vor allem aus Buche, Birke und Ahorn geschält.

Holz

Kunstharz infiltriertes Holz mit hochfesten mechanischen Eigenschaften

Biegefunier

Übliche Furnierstärken

Funierart Stärke

Schälfurniere 0,5 - 4 mm

Messerfurniere 0,4 - 1,9 mm

Sägefurniere 1 - 5 mm

Deckfurniere 0,5 - 0,75 mm (Laubholz)0,85 - 1 mm(Nadelholz)

Absperrfurniere 1,5 - 3,5 mm

Unterfurniere 0,65 - 0,8 mm



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Im Gegensatz zu den Schälfurnieren bleibt beim Messern oder Sägen des Holzes die natürliche Maserung erhalten. Das Werkzeug wird entlang der Achse des Stamms durch das Holz gezogen und trennt das Holzblatt ab. Den Vorgang kann man mit dem Hobeln vergleichen. Sägen ist das älteste Verfahren zur Furniererzeugung. Hier wird auf den Kochvorgang zur Erweichung des Holzes verzichtet. Das Furnier behält seine natürliche Farbe, kann aber nicht so dünn geschnitten werden wie beim Mes-sern. Zur Gewinnung von hochwertigen Furnieren aus harten Edelhölzern kommt in der Regel nur das Sägeverfahren zum Einsatz. Der Zeitaufwand ist vergleichsweise hoch, so dass Sägefurniere teurer sind. Allerdings sind sie rissfrei und finden nach wie vor für hochwertige Holzprodukte, Musikinstrumente und Restaurationsar-beiten Verwendung. Messerfurniere sind hingegen günstiger, aber auch weniger wertvoll. Sie werden meist als sichtbare Schicht auf billige Holzwerkstoffe wie bei-spielsweise Sperrholz (Absperrfurnier) aufgebracht. Unterfurniere werden unter Deckfurnieren aufgebracht, um die Neigung zur Rissbildung bei noch vorhandenen Spannungen im Holz zu verringern.

Das Biegefurnier ist eine besondere Form eines Furnierholzes. Es entsteht durch Aufkleben eines besonders dünnen Furnierblattes auf eine Papierschicht. Der Werk-stoffverbund ist überaus flexibel und kann für den Modellbau in sehr kleinen Radien gebogen werden.

HolzwerkstoffeHolzkonstruktionen können wegen der besonderen Eigenschaften des natürlichen Materials häufig nicht gut ausgeführt werden und weisen zum Teil ganz erhebliche Nachteile bei der späteren Anwendung auf. Folgende Besonderheiten lassen sich zusammenfassen:

Vollholz arbeitet bei Feuchtigkeitsveränderung. Massivholzteile sind daher nicht maßbeständig und können reißen.Eigenschaften wie Festigkeit oder Härte orientieren sich an der Faserrichtung. Sie sind quer zur Faser meist viel geringer als parallel dazu.Die Fertigung flächiger Werkstücke aus Vollholz ist zeitaufwändig: Bretter müssen ausgewählt, zugeschnitten, gefügt und zu Tafeln verleimt werden.Gutes Vollholz ist knapp und teuer.In der holzverarbeitenden Industrie entstehen Holzreste, die es aus Gründen des Naturschutzes zu verwerten gilt.

Die Probleme bei Verarbeitung und Anwendung von Vollholz führten zur Entwick-lung von Plattenwerkstoffen und Formteilen mit homogenem Eigenschaftsprofil und genau vorhersagbaren technischen Spezifikationen. Diese werden aus verschie-denen Lagen (Lagenholz) zusammengesetzt oder auf Basis von Reststoffen wie Holzspänen (Spanholz) und Fasermaterial (Holzfaserplatten) gefertigt.

Sperr- und LagenhölzerInsbesondere die Neigung, sich unter Feuchtezunahme zu dehnen, wird bei Sperrhölzern durch die Anordnung verschiedener Holz- bzw. Furnierlagen (daher auch die Bezeichnung „Lagenholz“) verhindert. Sie bestehen aus mindestens 3 kreuzweise verleimten Lagen, so dass die Fasern benachbarter Schichten jeweils im 90°-Winkel zueinander ausgerichtet sind und sich gegenseitig bei ungewünschten Dimensionsänderungen behindern. Der Tischler nennt dies „Absperren“, daher der Name Sperrholz. Unerwünschtes „Arbeiten“ des Holzes infolge von Feuchteeinflüs-sen wird auf diese Weise verhindert. Je nach verwendetem Material sowie Anord-nung und Qualität der einzelnen Lagen lassen sich folgende Sperr- und Lagenwerk-stoffe klassifizieren:

Furniersperrholz (FU)Eines der bekanntesten Sperr- und Lagenhölzer ist das Furniersperrholz. Es setzt sich aus einer ungeraden Anzahl kreuzweise aufeinander geleimter Schälfurniere zusam-men, wobei die äußeren Schichten jeweils parallele Faserverläufe aufweisen. Da Verwerfungen infolge von Quell- und Schwindbewegungen verhindert werden, ha-ben Furniersperrholzplatten eine sehr hohe Formstabilität und Standfestigkeit. Ins-besondere die Maßhaltigkeit bei starken Klimaschwankungen ist ausgezeichnet. Die einzelnen Furnierschichten weisen eine Dicke von 0,5 - 5 mm auf. In vielen Fällen

•

•

•

••

Sperrholz besteht aus mindestens drei Lagen. Die Zahl der Lagen ist stets unge-rade, denn die Deckschichten müssen einen gleichgerichteten Faserverlauf aufweisen.

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wird für die Mittelschicht eine dickere Lage als für die äußeren Sperrschichten ver-wendet. Bei der Herstellung nutzt man gerne Laubhölzer wie Buche, Birke oder Pappel. Furniersperrhölzer sind zwischen 4 mm und 12 mm erhältlich. Für Außenan-wendungen sollte eine wasserfeste Verleimung genutzt werden.

Anwendung: Furniersperrholzplatten werden für Möbel oder den Innenausbau verwendet. Typische Anwendungen sind Rückwände von Schränken oder Böden von Schubfächern. Auf Grund der sehr guten Formbeständigkeit auch unter Feuchte wird Sperrholz auch im Außenbereich verwendet. Langfristig kann die Verrottung des Naturmaterials allerdings nicht verhindert werden. Eine industrielle Bedeutung hat FU-Plattenmaterial für Kühlräume.

Neben den einfachen Furniersperrholzplatten hat sich auf Grund des großen Ein-satzpotenzials eine ganze Reihe von besonderen FU-Werkstoffen für unterschied-lichste Anwendungen bewährt. Vor allem bei Designern und Möbelbauern ist die Multiplexplatte beliebt. Diese besteht aus mindestens 5 Lagen und ist zwischen 12 mm und 80 mm dick. Aus ihr werden häufig Tisch- und Arbeitsplatten hergestellt. Außerdem sind Multiplexplatten insbesondere für den Modellbau geeignet. Baufur-nierplatten werden in Kunstharz getränkt, verfügen daher über extrem hohe Biege-festigkeiten und sind für tragende Teile im Bauwesen geeignet. Für diesen Bereich existieren auch Brandschutz- und Betonschalungsplatten (SFU) mit zum Teil schall-dämmenden Eigenschaften. Zu dekorativen Zwecken werden Furnierplatten auch mit edlen Furnieren versehen oder auf besondere Weise lackiert. So können zudem Platten mit Antirutsch- oder wasserabweisenden Beschichtungen hergestellt werden. Dampfsperrplatten enthalten eine Mittelschicht aus Aluminiumblech.

Verarbeitung: Furnierplatten können mit den üblichen Verarbeitungstechniken bearbeitet werden. Das Sägen, Hobeln, Bohren, Fräsen oder Schleifen unterscheidet sich nur unwesentlich von der Bearbeitung von Massivhölzern. Insbesondere mit hartmetallbestückten Werkzeugen lassen sich gute Ergebnisse erzielen. Unlösbare Verbindungen werden mit konventionellen Holzklebstoffen und Leimen realisiert. Um Risse zu vermeiden, sollte beim Überfurnieren die Faserrichtung des Deckfur-niers im rechten Winkel versetzt verlaufen.

BrettsperrholzDiese Art von Sperrholzplatten ähnelt in ihrem Aufbau den Furniersperrhölzern. Zur Verhinderung von Verwerfungen infolge von Feuchteeinfluss werden keine Furniere, sondern massive Brettlagen kreuzweise miteinander verleimt. Man spricht daher auch von Kreuzlagenholz. Dieses hat eine besonders hohe Formstabilität und Festig-keit. Es erfreut sich bei Architekten in den letzten Jahren steigender Beliebtheit. Für die Herstellung werden in der Regel Nadelhölzer verwendet. Kreuzlagenholz kann statische Belastungen aufnehmen und wird daher häufig für Wand- und Deckenele-mente verwendet.

Stab- (ST) und Stäbchensperrholz (STAE)Die früher als Tischlerplatte bekannten Holzwerkstoffe bestehen aus einer Mittella-ge und zwei Absperrfurnierschichten. Wie bei den Furnierplatten sind die Faserrich-tungen in den Absperrlagen gegenüber denen der Mittellage um 90° versetzt. Un-erwünschte Dimensionsveränderungen nach Klimawechsel werden so vermieden. Während die Mittellage von Stabsperrholz aus aneinander geleimten Leisten (Breite: 7 - 30 mm) gebildet wird, besteht diese beim Stäbchensperrholz aus bis zu 7 mm schmalen, hochkant angeordneten Furnierstreifen. Da Fehler in der Mittellage mit der Zeit außen erkennbar werden, sollten bei der Herstellung Stücke mit Rissen oder Astansätzen entfernt werden. Die Biegefestigkeit in Richtung der Mittellage ist hoch. Im Vergleich zu Spanplatten haben Stab- und Stäbchensperrhölzer ein geringeres Gewicht.

Anwendung: Tischlerplatten werden gerne im Möbelbereich und für den Innenaus-bau verwendet. Wegen der hohen Formstabilität können sie großflächig verarbeitet werden und selbst tragende Funktionen übernehmen. Daher eignen sie sich für Tü-ren, Einbauschränke und Wandvertäfelungen. Trotz der Absperrwirkung sind Au-ßenanwendungen für Stab- und Stäbchensperrhölzer nicht zu empfehlen.

Verarbeitung: ST- und STAE-Platten lassen sich leicht bearbeiten. Die üblichen Ma-

Holz

„flat mate“ − stappelbarer Klappstuhl, Birkensperrholz beidseitig mit farbigem Phenolharzfilm, Scharnier aus dreila-gigem PE-Nadelfilz, Hersteller: möbelbau kaether & weise, Design: Riad Hamadmad



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schinen zur Holzverarbeitung können eingesetzt werden. Um Beschädigungen der Absperrfurniere zu verhindern, werden in der Regel noch zusätzlich Deckfurniere aufgebracht, deren Fasern parallel zu denen der Mittellage verlaufen. Zum Verlei-men eignen sich alle üblichen Holzleime. Eckverbindungen werden gerne gedübelt. Die feinen Oberflächen lassen sich auch sehr gut polieren.

VerbundsperrholzBesteht die Mittellage nicht aus Furnieren oder Vollholz, spricht man von Verbund-sperrhölzern. Die Mittellage kann sich aus ganz unterschiedlichen Materialien wie Kork, Schaumstoffen, Pappwaben, Gipskartonplatten oder Spanplatten zusammen-setzen. Nach außen hin wird die Mittellage durch eine Deckschicht abgesperrt.

Sperrtüren sind besondere Verbundhölzer. Sie bestehen aus einem umlaufenden Rahmen, in den eine Materialschicht eingelassen ist. Je nach Art der Einlage haben Sperrtüren ein besonders geringes Gewicht und wirken schall- und wärmedämmend. Sie werden mit Dicken von 38 - 70 mm geliefert und können durch entsprechende Mittellagen brand- und schusssicher ausgestattet werden.

BiegesperrholzDie Art des Sperrholzes ist sehr dünn und lässt sich im Vergleich zu steifen Holzwerk-stoffplatten enorm stark biegen. Es besteht aus drei Lagen und kommt beim Boots- und Fahrzeugbau sowie für Säulenverkleidungen und Messestände zum Einsatz.

Schichtholz (SCH)Schichtholz ist ein aus Holzlagen aufgebauter Werkstoff mit grundsätzlich gleichge-richtetem Faserverlauf. Maximal 15 % der Lagen dürfen quer verlaufende Fasern aufweisen. Die Platten besitzen in Richtung des Faserverlaufs sehr hohe Festigkeit, die weit über der von normalem Massivholz liegt. Die Verwendungsgebiete von Schichthölzern liegen in Bereichen, in denen hohe Biege- und Zugbeanspruchungen auftreten. Typische Anwendungsfelder sind Sportgeräte oder der Flugzeugbau. Es wird in Dicken zwischen 4 mm und 100 mm vertrieben.

Kunstharzpressholz (KP)Wie Schichtholz ist auch das Kunstharzpressholz für Anwendungen mit hohen Bean-spruchungen gedacht. Es ist kein Sperrholz, sondern ein Lagenholz aus miteinander unter hohem Druck und unter Zugabe von Phenolharz gepressten Furnierschichten. Durch Variation des Polymerharzanteils zwischen 8 - 30 % kann die Festigkeit auf den entsprechenden Einsatzfall angepasst werden. Die Poren werden verschlossen und es entsteht ein sehr harter Holzwerkstoff, dessen mechanische Qualitäten mit denen von Metallen vergleichbar sind. Insbesondere Druck- und Abriebfestigkeit sind ausgesprochen hoch. Die Oberfläche von Kunstharzpressholz ist glatt, hat eine braune Färbung und wirkt abweisend auf flüssige Substanzen und Öle.

Anwendung: Wegen der hohen Festigkeit und der dichten Oberfläche wird Kunst-harzpressholz als Ersatz für metallische Werkstoffe bei technischen Produkten ver-wendet, wenn ein geringes Gewicht erforderlich ist (z. B. Luft- und Fahrzeugbau). Es hat stark dämpfende Eigenschaften und eignet sich daher für Snowboards oder Skier. Die schusshemmenden Eigenschaften finden bei der Inneneinrichtung von z. B. Bankschaltern Verwendung. In Schreinereien und Werkstätten werden Schablonen für die zerspanende Bearbeitung aus Kunstharzpressholz hergestellt.

Furnierschichtholz (FSH, Laminated Veneer Lumber – LVL): Furnierschichtholz besteht aus mehreren Lagen verklebter, 3,2 mm dicker Furniere. Es wurde in den 1990er Jahren in Nordamerika als Ersatzwerkstoff für Massivholz bei lasttragenden Anwendungen im Baugewerbe entwickelt. Daher ist es auch unter dem Namen „La-minated Veneer Lumber“ und der Abkürzung „LVL“ bekannt. Die Faserverläufe in den einzelnen Schichten sind parallel zur Längsrichtung ausgerichtet. Nur bei spezi-ellen Furnierschichthölzern sorgt die kreuzweise Anordnung weniger Furnierlagen für den Ausgleich produktionsbedingter Schwachstellen. Furnierschichtholz wird in aller Regel aus Nadelhölzern wie Fichte oder Kiefer hergestellt. Die Schichten wer-den mit Phenolharz verklebt, so dass der entstehende Werkstoff hochfest ist und wasserabweisende Eigenschaften aufweist. Als Platten- oder Balkenmaterial findet LVL daher auch Verwendung im Außenbereich bei Fassaden, Brücken und Dachkons-truktionen. Furnierschichtholz zählt zur Baustoffklasse B2 und ist normal entflamm-bar.

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HolzspanwerkstoffeSpanplatten werden aus Holzresten und Sägespänen hergestellt und unter Hitze mit Hilfe von Kunstharzen zu einem festen Werkstoff verklebt. Die Idee zur Ausnutzung von Abfallprodukten aus der holzverarbeitenden Industrie entstand bereits Ende des 19. Jahrhunderts. Aber erst die Entwicklung synthetischer Klebstoffe und Harze brachte in den 1950er Jahren den Durchbruch. Spanplatten haben eine homogene Struktur und gleichbleibende Eigenschaften. Ungewünschte Dimensionsunter-schiede infolge von Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts der Umgebungsluft (Hy-groskopie) treten bei Spanplatten gar nicht oder nur in geringem Maße auf, da die Späne und somit auch die Fasern wirr angeordnet sind. Die Eigenschaften können durch die Wahl der Holzart, die Menge des Bindemittels, die Höhe des Pressdrucks und durch die Lage der Späne entsprechend der Anwendung eingestellt werden. So existieren neben den ganz normalen Spanplatten auch Sorten mit feuerfesten (rot gefärbt) und wasserfesten (grün gefärbt) Qualitäten. Mit Imprägniermitteln können Holzspanwerkstoffe vor Schädlingsbefall geschützt werden. Normale Flachpressplat-ten, die in den 1930er Jahren in Deutschland erfunden wurden, sind im Handel unter der Kurzbezeichnung „FYP“ zu finden. Spanplatten mit einer feinen Oberflächen-struktur, die sich insbesondere für eine Beschichtung oder Lackierung eignen, wer-den als FPO-Flachpressplatten vertrieben.

Grobspanplatten (Oriented Strand Board – OSB)Die OSB-Platte ist auf Grund ihrer groben Oberflächenstruktur und des günstigen Preises besonders bei Designern und Innenarchitekten beliebt. Die Grobspanplatte, so der offizielle Name, wurde in den USA entwickelt und ist unter der Kurzbezeich-nung „OSB“ in Mitteleuropa bekannt geworden. Gebildet wird sie aus 60 - 150 mm langen und 0,5 - 1 mm dicken Holzspänen (engl. strands), die in mehreren Schichten kreuzweise versetzt miteinander verklebt (Phenol- oder Melaminharz) werden. Im Vergleich zu normalen Flachpressplatten ist die Zugfestigkeit höher. Die Biegefestig-keit liegt im Bereich der von mitteldichten Faserplatten (MDF). OSB-Platten sind mit einer Rohdichte zwischen 550 - 700 kg / m³ erhältlich und 8 - 22 mm dick. Das Quell-maß liegt bei nur 0,035 %. Sie sind der Baustoffklasse B2 zugeordnet und normal entflammbar.

Anwendung: OSB werden gerne als provisorische Fußböden oder für Wandkons-truktionen verwendet und kommen immer häufiger im Innenausbau zur Anwen-dung. Im Baugewerbe finden sie beim Rohbau Verwendung und kommen bei der Betonverschalung zum Einsatz. Es ist zudem ein gutes Verpackungsmaterial. In Deutschland werden derzeit OSB-Platten aus Buchenholz entwickelt. Dieses kann durch die Forstindustrie in großen Mengen bereitgestellt werden und bietet durch seine gleichmäßige Struktur und Dichte Vorteile gegenüber den sonst üblichen Na-delhölzern. Auf Grund der fehlenden Jahresringe zerfallen die Späne bei der Trock-nung und Beleimung kaum.

Verarbeitung: OSB-Werkstoffe können wie Vollholz verarbeitet werden. Nur bei der Beschichtung muss auf eine Mindestschichtdicke geachtet werden, damit sich die Struktur der Späne nicht durchdrückt.

Spanstreifenholz (Laminated Strand Lumber – LSL)LSL ist ein spezieller OSB-Holzwerkstoff mit hoher Formstabilität. Für seine Herstel-lung werden besonders lange Späne (bis zu 300 mm) verwendet. Daher wird er auch als Langspanholz bezeichnet. Seine Rohdichte liegt über 600 kg / m³. Anwendung finden Spanstreifenhölzer mit Abmaßen von maximal 2440x10700 mm² und Platten-dicken zwischen 32 - 89 mm im konstruktiven Holzbau.

WaferboardWaferboard ist die Bezeichnung eines Holzwerkstoffs, in dem besonders kurze Spä-ne mit einer Länge von maximal 30 mm ohne Richtungsorientierung verklebt und verdichtet werden. Sie hat gegenüber anderen Plattenmaterialien einen Preisvorteil und wird als Verkleidungsmaterial, für Dachkonstruktionen und Trennwände ver-wendet.

Mineralisch gebundene SpanplattenDurch die Bindung der Holzspäne mit Zement wird ein witterungsbeständiges Plat-tenmaterial für Außenanwendungen erzeugt. Dieses ist mit einer Rohdichte von

Holz

OSB-Plattentypen nach Norm EN 300:

Bez. Plattentyp

OSB / 1 Platten für allgemeine Zwecke und den Innenausbau im Tro-ckenbereich

OSB / 2 Platten für tragende Zwecke im Trockenbereich

OSB / 3 Platten für tragende Zwecke im Feuchtbereich

OSB / 4 hochbelastbare Platten für tra-gende Zwecke im Feuchtbe-reich



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1,25 kg / dm³ jedoch ungewöhnlich schwer und als Holzwerkstoff fast gar nicht mehr zu erkennen. Mineralisch gebundene Spanplatten haben eine raue Oberfläche und sind grau gefärbt. Sie nehmen nur wenig Feuchtigkeit auf. Das für Holz typische Arbeiten ist nahezu ausgeschlossen. Insbesondere eignen sich mineralische gebun-dene Spanplatten für Feuerfestanwendungen.

StrangpressplattenNeben den Flachpressplatten, die in konventionellen Pressen erzeugt werden, lässt sich die Masse aus Holzspänen und synthetischem Harz auch mit Strangpressen ver-dichten. Die Masse wird in einen beheizten Kanal eingebracht, mit einem Kolben komprimiert und durch eine Matrize gepresst. Diese gibt das Format des späteren Plattenwerkstoffs wieder. Mit dieser Technik lassen sich auch Innenkonturen einbrin-gen. Werden beispielsweise Heizrohre in den Presskanal parallel zur Pressrichtung befestigt, entstehen so genannte Röhrenspanplatten mit kreisförmigen Hohlräumen. Sie haben schalldämmende Eigenschaften und werden beispielsweise in Sporthallen verbaut.

Furnierstreifenholz (Parallel Strand Lumber – PSL)PSL ist eine besondere Strangpressplatte. Sie besteht aus Furnierstreifen mit Dicken von 2,5 mm bis 3,2 mm, einer Breite von 25 mm und einer Länge von bis zu 2,5 m. Diese werden zu einer Masse vermischt, mit Phenolharz verklebt und in einem be-heizten Presskanal verdichtet. Die austretende Endlosspanplatte wird anschließend auf das benötigte Maß abgelängt. Die typischen Abmaße liegen in der Breite zwi-schen 44 - 280 mm und in der Höhe bei 44 - 483 mm. Das Strangpressverfahren er-möglicht besonders lange Holzwerkstoffe. Furnierstreifenholz kann daher bis zu ei-ner Länge von 20 m bezogen werden. Das hochbelastbare Balkenmaterial findet bei Fachwerkkonstruktionen breite Anwendung. Weitere typische Einsatzgebiete sind Pfosten oder Stützen im Außen- und Innenbereich. Die Rohdichte liegt bei 600 - 700 kg / m³.

FormspanholzWerden Holzspäne mit synthetischen Harzen vermischt, lassen sich die entstehenden Massen auch im Spritzgießverfahren verarbeiten. Es entstehen dreidimensional ge-formte Bauteile, die unter dem Begriff Formspanholz bekannt geworden sind. Die Einsatzmöglichkeiten wurden in den letzten Jahren von Designern im Bereich von Elektrogeräten und im Automobilinnenraum getestet.

HolzfaserplattenDiese Art plattenförmiger Holzwerkstoffe besteht aus Holzfasern oder anderen cellulosehaltigen Fasermaterialien wie Rapsstroh. Holzfaserplatten sind mindestens 1,5 cm dick und werden unter Hitze (180 - 210 °C) und Druck (70 Nm / cm²) gepresst und verdichtet. Der feste Verbund entsteht durch Verfilzen des Fasermaterials nach Zugabe eines synthetischen Klebstoffs. Als Rohstoffe werden preisgünstige Hölzer, Abfallholz und Späne verwendet. Je nach Feuchte des Fasermaterials unterscheidet man zu ihrer Herstellung Nass- und Trockenverfahren. Wesentlich umweltfreund-licher ist das Trockenverfahren. Das Nassverfahren ist der Papierproduktion recht ähnlich. Das Holz wird mechanisch zu Hackschnitzeln zerkleinert, mit Wasserdampf in seine Fasern zerlegt, eventuell mit Bindemittel- und Füllstoffzusatz versehen, auf Langsieben zu Faservliesen aufgeschüttet, entwässert, mit unterschiedlich hohem Druck gepresst und schließlich getrocknet. Durch Beimischung von chemischen Zu-sätzen oder Kunstharzen zum Faserbrei wird das spätere Eigenschaftsprofil der Holzfaserplatten entscheidend beeinflusst. Die Holzwerkstoffe erhalten zum Beispiel wasserfeste, feuerfeste oder schalldämmende Qualitäten. Die Dichte wird über den Pressdruck und die Art des Bindemittels eingestellt. Als Klebharze kommen Natur-, Phenol-, Kresol- und Harnstoffharze in Frage. Man unterscheidet zwischen Hartfa-serplatten (HFH), Dekorhartfaserplatten (KH), mitteldichten Holzfaserplatten (MDF) und Holzweichfaserplatten bzw. porösen Holzfaserplatten (SB).

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Hartfaserplatte (HFH)Hartfaserplatten bestehen aus hoch verdichteten Fasern. Man kennt sie insbesonde-re aus dem Möbelbau, wo sie als Schubladenböden und Rückwände verwendet werden. Ihre Dichte reicht von 0,8 - 1,1 kg / dm³. Hartfaserplatten sind auf der einen Seite glatt und auf der anderen Seite siebartig strukturiert. Zur Steigerung der Härte und zur Erzielung abriebfester und wasserabweisender Eigenschaften werden sie mit Kunstharz und Öl imprägniert. Standardhartfaserplatten werden als Wand-, De-cken- und Dachtafeln eingesetzt und für den Innenausbau verwendet. Sie sind preis-wert und können in Standardmaßen von 1250 x 2500 mm² und Dicken von 1,6 - 8 mm bezogen werden. Sondergrößen mit Breiten von bis zu 2050 mm und Längen von 5200 mm sind aber auch zu finden.

Verarbeitung: Das harte Plattenmaterial lässt sich mit den üblichen Werkzeugen verarbeiten, kann genagelt, geschraubt und verleimt werden und ist für eine Lackie-rung geeignet. Da sich die Platten unter Feuchteeinfluss stark ausdehnen können, sollte man den Feuchtegehalt der späteren Umgebung anpassen. Wegen der gleich hohen Schwindung in alle Richtungen ist aber keine Rissbildung oder Verzug zu er-warten. Für die maschinelle Bearbeitung werden Werkzeugschneiden aus Hartme-tallen empfohlen. HFH-Platten können überfurniert werden.

Dekorhartfaserplatte (KH)Für dekorative Anwendungen werden Hartfaserplatten mit Kunstharzfilmen be-schichtet. Diese sind in unterschiedlichen Farben, Dekoren und Fantasiemotiven er-hältlich. Im Herstellungsprozess wird neben dem Dekorfilm zusätzlich eine melamin-harzgebundene, transparente Schicht aufgebracht, die das Dekor vor leichten mechanischen Beanspruchungen schützten soll. Beide Schichten werden auf die Hartfaserplatte unter hoher Temperatur und hohem Druck gepresst. Die Faserplatte erhält dadurch eine geschlossenporige Oberfläche. Die Eigenschaften richten sich nach der Qualität der verwendeten Hartfaserplatte. KH-Platten können mit hartme-tallbestückten Werkzeugen bearbeitet werden. Das Plattenmaterial wird in der Re-gel mit einer Dicke von 3 mm vertrieben. Beim Transport sollte darauf geachtet werden, dass die Platten plan aufliegen. Biegungen können Risse im Dekor hervor-rufen. Dekorhartfaserplatten werden im Möbel- und Karosseriebau verwendet. Sie kommen außerdem zur Wandverkleidung von Küchen und Bädern zur Anwendung. Perforierte Dekorplatten werden auch als Trenn- und Zwischenwände eingesetzt.

Mitteldichte Holzfaserplatte (MDF)MDF-Platten sind einer der beliebtesten Holzwerkstoffe für Designer und Möbel-bauer und werden vor allem als Ersatz für Massivholz eingesetzt. Die Herstellung erfolgt im Trockenverfahren. Unter Verwendung von Kunstharzen (Harnstoff- oder Phenolharz) werden die Holzfasern (ausschließlich Nadelhölzer) fest miteinander verbunden. Es entstehen Platten mit höherer Festigkeit und einer Dichte zwischen 0,45 kg / dm³ und 0,8 kg / dm³. MDF-Platten sind beidseitig glatt, haben eine homo-gene Struktur und werden in Dicken zwischen 6 mm und 50 mm angeboten. Im Herstellungsprozess können im Randbereich der Plattenwerkstoffe auch höhere Dichten eingestellt werden. Obwohl das Plattenmaterial sehr standhaft ist, kann es bei starker Feuchteeinwirkung aufquellen.

Verarbeitung und Anwendung: MDF-Platten lassen sich wie Massivholz bearbei-ten und können gut geschliffen, lackiert und beschichtet werden. Platten mit Dicken von mehr als 15 mm haben eine gute Schraubenhaltefestigkeit. Allerdings sollten wegen der Gefahr von Ausbrüchen Schraubverbindungen an den Kanten vermieden werden. Für eine Oberflächenbeschichtung werden MDF-Platten meist mit einer Grundierung versehen. Mitteldichte Holzfaserplatten sind für Verkleidungen im In-nenausbau, als Akustikelemente und für die Anfertigung von Fußböden verwend-bar.

Weiche Holzfaserplatte Poröse Holzfaserplatten (SB), die man auch als Holzweichfaserplatten kennt, werden vor allem aus Nadelhölzern hergestellt. Ihre Rohdichte liegt zwischen 0,13 kg / dm³ und 0,30 kg / dm³. Durch Beimischung von Bitumen, Aluminiumsulfat oder Weißleim können die Eigenschaften optimiert und verändert werden. Die poröse Struktur wirkt feuchtigkeitsregulierend, schallschluckend und wärmedämmend. In Bitumen getränkt sind sie sehr dauerhaft und nahezu verrottungsfest. Durch die feinstruktu-

Holz

MDF-Form



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Tasche aus Rindentuch,Hersteller: Bark Cloth

rierten Oberflächen können Holzweichfaserplatten gut beschichtet, lackiert und sogar tapeziert werden. Die porösen Werkstoffplatten werden für Dach-, Decken- und Wandkonstruktionen verwendet. Wegen der guten schalldämmenden Eigen-schaften sind sie als Zwischenschicht für Treppen und Fußböden besonders gut ge-eignet.

Verwendung einzelner Holzarten:Sc

hre

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Ho

chb

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Ho

chb

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au)

Nadelhölzer

Douglasie • • • • • • • • •

Fichte • • • • • • •

Kiefer • • • • • • • • • • • •

Tanne • • • •

Laubhölzer

Ahorn • • • • • • • •

Gelbbirke • • • • • •

Rotbuche • • • • • • • • • •

Eiche • • • • • • • • • • •

Esche • • • • • • •

Kirsche • • • • • •

Linde • • • • • • •

Nussbaum • • • • • •

Tropenhölzer

Abachi • • • • •

Balsa • • •

Mahagoni • • • • • • • • • • • •

Padouk • • • • • • • • • •

Teak • • • • • • • • • •

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Kork

Weine schmecken lieblich, trocken, halbtrocken oder herb. Die Geschmacksrich-tungen geben an, wie viel Restzucker sich im Wein befindet. Damit der edle Tropfen seine Qualität behält, werden die Flaschen mit einem 2 - 5 cm langen Korken ver-schlossen. Dieser verhindert das Eindringen von Sauerstoff und dichtet die Öffnung ab. Kork wird aus der Rinde der Korkeiche gewonnen. Diese ist vor allem im Mittel-meerraum in Spanien, Frankreich und Algerien verbreitet. Etwa 50 % der Weltkork-produktion kommt aber aus Portugal. Haben die Eichen ein Alter von etwa 20 Jah-ren erreicht, kann die Rinde in den nächsten 150 Jahren alle 9 bis 12 Jahre in Platten von ihren Stämmen geschält werden. Bei entsprechender Pflege werden Korkeichen bis zu 200 Jahre alt und erreichen eine Höhe von 20 Metern. Der Anbau und die Verarbeitung ist vor knapp 2000 Jahren durch die Römer kultiviert worden. Heute dient das Material neben der Herstellung von Flaschenkorken als Dämmwerkstoff im Baugewerbe, für Fußböden und als Tapeten.

Eigenschaften: Die herausragenden Qualitäten verdankt der Werkstoff einer Struktur, in der durch die Einlagerung von Suberin in die Zellwand Luft nach außen abgedichtet wird. Kork hat deshalb hydrophobe, also wasserabweisende Eigen-schaften, ist undurchlässig für Gase und Flüssigkeiten, sehr elastisch und nur schwer brennbar. Auf Grund der gebundenen Luftpolster schwimmt Kork in Wasser, hat eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit und wirkt stark schalldämmend. Im Kontakt mit Lebensmitteln ist vor allem die mäßig ausgeprägte Neigung zur Fäulnis beson-ders interessant. Kork hat eine Lebensdauer von 20 - 50 Jahren.

Anwendung: Kork wird aber nicht nur zum Verkorken von Flaschen oder als Behäl-terverschluss verwendet. Die geringe Dichte und gute Isolationswirkung gegenüber Schall und Wärme haben ihn zu einem häufig verwendeten natürlichen Dämmma-terial werden lassen. Typische Anwendungen im Baugewerbe sind die Trittschallmi-nimierung bei Parkettböden und Untertapeten für die Wärmedämmung. Im Archi-tekturmodellbau wird Kork vor allem zur Erstellung von Schichtenmodellen oder zur Darstellung von Bäumen und Bodenbelägen verwendet. Im Gestaltungs-, Accessoire- und Modebereich hat das Material ebenfalls eine Bedeutung. Es findet Verwendung bei der Herstellung von Buchrücken und wird bei der Aktenkofferproduktion einge-setzt. Korkgranulat wird beispielsweise in das Fußbett von Sandalen eingebracht. Die Schwimmfähigkeit von Korkprodukten wird für Schwimmgürtel oder Bademat-ten genutzt. In der Industrie dient Kork als Isolierung und Dichtung und wird zur Schwingungskontrolle eingesetzt. Außerdem findet es als Poliermittel Anwendung.

Verarbeitung: Korkplatten werden aus Korkschrot unterschiedlicher Körnung her-gestellt. Dazu verpresst man den Schrot unter Zusatz von Bindemitteln zu Blöcken, die anschließend zu Platten geschnitten werden. Schneiden lassen sich die Korkplat-ten auf einfache Weise mit dem CUTTER oder der SCHERE. Für Klebeverbindungen werden normale Alleskleber verwendet (z. B. TESA ALLESKLEBER). Zur vorüberge-henden Fixierung der Korkflächen sind beim Modellbau einfache Stecknadeln geeig-net.

Handelsformen: Kork ist in Form von Platten, Scheiben, Blöcken, Rollen und Ku-geln erhältlich. Auch Granulat wird angeboten, das man unter der Bezeichnung KORKSCHROT finden kann.

Bitte beachten Sie auch folgende Produkte (siehe Index)

Ponal UHU hartPUK-Säge Cutter



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Sie nennen sich „Flupis“, kleine zylinderförmige Flocken aus Papierschaum, die als Packmittel zerbrechliche Gegenstände oder Haushaltsgeräte beim Transport vor Er-schütterungen schützen sollen. Hergestellt werden sie umweltfreundlich aus Altpa-pier und Weizenstärke und sollen das für Verpackungen übliche Styropor auf Dauer ersetzen. Die Ausgangsmaterialien werden zerkleinert, gemahlen und zu Granulat gepresst. Unter Druck und Wärme lässt sich dieses in einem Extruder zu Würsten schäumen oder im Spritzgussverfahren zu Formteilen verarbeiten. Da bei der Her-stellung keine chemischen Substanzen verwendet werden, kann Papierschaum auf den Müll geworfen werden, wo er sich in seine natürlichen Bestandteile zersetzt. Schon heute werden CD- und DVD-Trays aus geschäumtem Papier hergestellt. Und auch der berühmte MP3-Player eines amerikanischen Computerherstellers ist in einem solchen Packmittel vor Beschädigungen geschützt.

Wurde Papier früher ausschließlich für die Niederschrift von Texten oder den Ab-druck von Bildern verwendet, ist das Material mittlerweile auch für technische An-wendungen interessant. Technische Papiere findet man heute im Flug- und Fahr-zeugbau, in der Architektur oder im Bauwesen zur Schall- und Wärmedämmung. Keramikpapier ist einer der jüngsten Meilensteine in der Entwicklungsgeschichte des Werkstoffs. Dieses wird aus mineralischen Fasern erzeugt, ist daher hochtemperatur-beständig und kratzfest. Es kommt als Brandschutzschicht für Holz zur Anwendung, findet beim Ofenbau Einsatz und wird in Filtersystemen verarbeitet.

Die Existenz des Papiers haben wir wohl der Flüchtigkeit des gesprochenen Wortes zu verdanken. Höhlenmalereien wie in Lascaux sind die ersten Indizien dafür, dass der Mensch seit jeher versuchte, seine Gedankenwelt in Bildern und Zeichen festzu-halten. Doch es war ein langer Weg von den ersten erkennbaren Versuchen vor etwa 20.000 Jahren bis hin zum heute verwendeten Papier. Alle bekannten Hochkulturen hatten für die Fixierung von Sprache ihr eigenes Zeichensystem entwickelt, das sie auf unterschiedlichste Materialien brachten. Hieroglyphen in den ägyptischen Pyra-miden, die babylonische Keilschrift auf Tontafeln oder die Zeichentreppe der Maya-Kultur in Copán (heutiges Honduras) sind einige der herausragenden Leistungen.

Der Name „Papier“ ist vom Papyrus der Ägypter abgeleitet, 1 - 3 Meter hohen Was-serpflanzen, aus denen Schreibunterlagen hergestellt wurden. Hierzu schnitt man die Stengel in Streifen, legte sie kreuzweise versetzt in Schichten aufeinander und verdichtete das Ganze dann mit einem Leim aus Mehl, heißem Wasser und Essig. Anschließend wurde die Masse gepresst, getrocknet und mit Muscheln oder Kno-chen geglättet. Wie der Papyrus waren auch die ersten Papiere aus Naturfasern ge-macht. Der Rohstoffwechsel vom Bast zum Zellstoff aus Lumpen (Hadern), in China kurz nach Beginn unserer Zeitrechnung vollzogen, markierte den Übergang zum Papier im heutigen Sinne. Man ließ Hadern anfaulen und zerkleinerte sie unter Was-ser, bis ein dickflüssiger Faserbrei (Pulpe) entstand. Mit einem Schöpfsieb wurde eine gleichmäßig verteilte, flächige Schicht aus dem Wasser gehoben, gepresst und ge-trocknet. Papiergeld, Papierdrachen, Papierschirme oder Origami sind allesamt Erfin-dungen aus dem Reich der Mitte.

Die traditionelle Tätigkeit des Papiermacherhandwerks brachten die Araber etwa im 12. Jahrhundert über Nordafrika und Spanien nach Mitteleuropa. In Deutschland wurde die Papierherstellung erstmalig 1318 urkundlich erwähnt. Zu dieser Zeit war der Hauptrohstoff noch textilen Ursprungs. Den nächsten riesigen Schritt in der Ent-wicklungsgeschichte des Papiers bewirkte die schon im 17. Jahrhundert eintretende Lumpenverknappung, ein Ersatzrohstoff musste her. An die Stelle der Hadern trat Schritt für Schritt der aus Holz erzeugte Zellstoff. Wie die meisten handwerklichen Verfahren wurde auch die Papierherstellung im 19. und 20. Jahrhundert mehr und mehr mechanisiert und industrialisiert. 1798 wurde die erste Papiermaschine gebaut, und schon hundert Jahre später konnte der Großteil der Papier- und Papierrohstoff-produktion auf Maschinen durchgeführt werden. Heute ist die Papierproduktion auf Grund der kapitalintensiven Anlagentechnik auf wenige Großkonzerne konzentriert und das traditionelle Papierhandwerk nur noch bei der Herstellung von Spezialpa-pieren, wie Hadern- oder Japanpapieren, üblich.

Vor allem Künstler und Designer haben den Werkstoff „Papier“ im Laufe des 20. Jahrhunderts immer wieder neu interpretiert. Bereits 1912 verwendeten Pablo Pica-sso und Georges Braque Zeitungspapier und Tapeten in ihren Bildern. Die „Collage“

Papier, Pappe, Karton

Faltbarer Stuhl Papton aus Pappwaben-platte, Design: Fuchs + Funke, Berlin

Wissenswertes Pappe und Karton Zeichen - undKünstlerpapier

Transparent - undPergamynpapier

Ink - Jet - undPlotterpapier

Kopier - undLaserpapier

Brief - undAusstattungspapier

Packpapier Seiden - , Japan -,Naturpapier

Geschenk - und Bucheinbandpapier

Bastelpapier Spezialpapier Wellpappe Sandwichpappe Papprohre


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war entwickelt und wurde zunächst unter der Bezeichnung „Papier collé“ (franz. für Klebebild) bekannt. Die Kubisten verwendeten auch weitere Materialien wie Sand, Holz und Stoff, um die traditionelle Malerei von ihrer Gegenständlichkeit zu befrei-en und Objekte als Summe formaler Flächen zu abstrahieren. Erste Plastiken aus Papier entstanden, die in der Bildhauerei der 1940iger als Papiermaché einen ersten Höhepunkt fanden. 20 Jahre später fingen US-amerikanische Künstler an, mit farbi-ger Papierpulpe, also dem Faserbrei selbst, zu malen und kreierten damit einen vollkommen neuen Stil, der unter dem Namen „Paper Pulp“ berühmt wurde.

Heute erfreut sich Papier bei Modeschöpfern und Möbeldesignern steigender Be-liebtheit. Die Idee zum Papierhemd (Kamiko) stammt ursprünglich aus Japan, wo schon seit gut 1000 Jahren die Seiten der Sutra, also die heilige Schrift der Buddhis-ten, für die Herstellung von Kleidungsstücken buddhistischer Mönche zweitverwer-tet wurden. Diese Tradition findet man in der heutige Haute Couture Mode wieder. Hier werden aber meist keine Papierseiten mehr benutzt, sondern es werden Papier-garne verarbeitet und zu Stoffen geflochten, gewebt oder gestrickt. Papierfäden haben zudem auch im Produkt- und Schmuckdesign ihren Platz gefunden. Typische Produktbeispiele sind Taschen, Raumteiler, Vorhänge oder Teppiche aus Papier. Hochfeste Pappwaben werden außerdem im Möbelbereich für Regale und Hocker verwendet.

Die Nanotechnologie markiert den vorerst letzten Meilenstein in der Papier-Entwick-lungsgeschichte. Titanpartikel in Dimensionen eines Nanometers wirken schmutzab-weisend, geruchshemmend und keimtötend. Eingebracht in Tapeten und Papier-Pa-ravents sorgen sie für die Verbesserung der Raumluft und bauen unter Einwirkung von Licht Schadstoffe wie Fettsäure (Küchengerüche) oder Stickoxide (Abgase von Verbrennungsvorgängen) ab. Doch glaubt man den Papierexperten, dann sind die Potenziale des vielseitigen Werkstoffs immer noch nicht vollständig ausgeschöpft.

Zusammensetzung und HerstellungDen Hauptbestandteil von Papier machen die in den Faserstoffen enthaltenen Zellu-losemoleküle aus. Diese sind lange Ketten ringförmiger Kohlenwasserstoffe, die verglichen werden können mit den Fadenmolekülen thermoplastischer Kunststoffe. Zwischen den Zellulosefasern wirken verschiedene Anziehungskräfte. Die wichtigste davon ist die Wasserstoffbrückenbindung, die eine feste, aber geschmeidige Verbin-dung schafft. Unter Einfluss von Wasser verfilzt das Fasermaterial also. Die Verbin-dung bleibt auch bei normaler Luftfeuchtigkeit erhalten. Papier ist folglich in einem immer „feuchten“ Zustand. Wird es richtig feucht, löst sich die Bindung wieder auf. Nasses Papier reißt daher leichter als trockenes.

Papier-, Pappe- oder Kartonbögen bestehen zu 60 % bis 95 % aus Faserstoffen. Der Rest sind Füll- und Hilfsstoffe sowie Leime und Imprägniermittel. Die für die Papier-erzeugung wichtige Zellulose wird je nach Qualitätsanspruch aus Holz-, Pflanzen-, Lumpen- und Kunststofffasern gewonnen. Das hochwertigste Papier erzeugt man aus Hadern bzw. Lumpen, da hier die Fasern besonders lang sind. Daher gehen handgeschöpfte Japanpapiere immer noch traditionell auf dieses Fasermaterial zu-rück. Aus Kosten- und Bereitstellungsgründen arbeitet die heutige industrielle Pa-pierproduktion aber zu etwa 95 % mit Holzfasern in Form von Zell- und Holzstoff. Altpapier macht dabei etwa 65 % der gesamten Fasermenge aus und kann bis zu 6 Mal für die erneute Papierproduktion verwendet werden. Der Anteil des Altpapiers ist bei den Verpackungspapieren mit ungefähr 90 % am höchsten. Während Zei-tungspapier meist schon 70 % altes Fasermaterial enthält, liegt der Anteil bei Druck, Presse- und Administrationspapiere hingegen nur bei etwa 15 %.

Fasern aus AltpapierGrundlegender Vorteil des Papierrecyclings ist der im Vergleich zur Frischfasererzeu-gung wesentlich niedrigere Primärenergie- und Wasserverbrauch. Jedoch sind zur Herstellung von Papieren mit hohen Weißgraden bereits genutzte Altfasern ohne weitere Behandlung nicht geeignet, da sie Farbstoffe oder Druckfarben enthalten. Entfernt werden diese im Deinking-Prozess (engl. „ink” = Tinte). In einem großen Behälter wird hier das bedruckte Altpapier mit einer Waschlösung aus Wasser und verschiedenen Chemikalien (z. B. die aus den Waschmitteln bekannten Tenside) ver-mischt und mit Luft durchspült. Auf der Oberfläche entsteht ein schwarzer Schaum,









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der den größten Teil der Druckfarben aus den Altfasern enthält. Er wird abgeschöpft und entsorgt. Oft ist in diesem Deinking-Prozess noch eine Bleiche (z. B. Wasserstoff-peroxid) eingeschlossen.

Soll niederwertiges Altpapier für qualitativ hochwertige Neupapiere verwertet wer-den, empfiehlt sich ein weiterer Behandlungsschritt. Durch die Nutzung des Papiers sind viele der ursprünglich langen Fasern verkürzt und machen das Neupapier weni-ger stabil und reißfest. Die kurzen Fasern werden daher abgeschöpft. Höhere Weiß-grade erzielen die Papierhersteller zudem durch die Zugabe von Frischfasern, die aber stärker gebleicht werden müssen, um das Grau des Altpapiers zu überdecken. Unter Umweltaspekten ist die Direktnutzung des „bunten“ Altpapiers natürlich vorzuziehen.

FrischfasernFrisches Fasermaterial wird in Deutschland heute aus Holz gewonnen, das aus der Durchforstung von Wäldern (so genanntes Schwachholz) stammt oder in Sägewer-ken als Abfall anfällt. Nadelhölzer (Tanne, Fichte oder Kiefer) werden dabei Laub-hölzern bevorzugt, da sie längere Fasern aufweisen und dem Papier eine größere Festigkeit geben. Kurzfasern von schnell wachsenden Laubhölzern wie der Pappel sind ausschließlich für weiche und weniger reißfeste Papiere geeignet. Durch eine entsprechende Rezeptur aus kurzen und langen Fasern kann die Qualität des Papiers ziemlich genau auf den Bedarfsfall eingestellt werden.

Durch mechanisches Zerfasern des Holzes wird der so genannte Holzstoff erzeugt. Das ist der Stoff, aus dem holzhaltiges Papier gemacht wird. Auch holzfreies Papier besteht aus Holz. Allerdings ist hier noch ein weiterer Produktionsschritt notwendig: der Aufschluss zum Zellstoff. Insbesondere, um das für das Vergilben von holzhal-tigem Papier verantwortliche Lignin zu entfernen, werden die Fasern mehrere Stun-den in sauren oder alkalischen Lösungen gekocht. Auch wenn die Zellstoffindustrie die Schadstoffemissionen in den letzten Jahren stark gesenkt hat, ist dieser Prozess immer noch hochgradig umweltbelastend.

Chemisch gesehen ist Chlor das beste Mittel, um das verholzende Lignin zu entfer-nen und Papier hochweiß zu bleichen. Da durch Chlorverbindungen aber die Gewäs-ser verunreinigt werden, sind schon seit einiger Zeit Alternativen wie Sauerstoff, Ozon und Wasserstoffperoxid in Anwendung. Chlorfrei gebleichtes Papier ist mit dem Gütesiegel „TCF – totally chlorine free“ gekennzeichnet. Für chlorarm behan-delte Papiere existiert außerdem das Zeichen „ECF – elementary chlorine free“.

PflanzenfasernNeben den holz(stoff)haltigen Papieren wie zum Beispiel Finnpappe und holzfreiem Papier (ohne Lignin), das zu 100 % aus Zellstoff besteht, haben nach wie vor auch Hadern- und hadernhaltige Papiere eine Bedeutung im Gestaltungs- und Kunstbe-reich. Pflanzenfasern aus Lumpen waren früher der wichtigste Rohstoff für die Pa-pierproduktion. Heute werden sie vor allem für Banknoten, Wertpapiere und ande-re hoch beanspruchte Papiere verwendet.

Alle zur Textilherstellung genutzten Pflanzenfasern sind in der Regel auch für die Papierherstellung geeignet. Ihre Fasern sind wesentlich länger als die der Hölzer und geben dem Papier eine höhere Festigkeit und Nässeunempfindlichkeit. Typische Pflanzenfasern für Hadernpapiere werden aus Flachs, Hanf, Jute oder Sisal gewon-nen. In den letzten Jahren sind auch Baumwollfasern hinzugekommen. Die Zellstoff-gewinnung aus textilen Fasern ist weniger aufwändig als die mit Holzfasern, denn sie enthalten deutlich weniger Lignin.

Einjährige Faserpflanzen wie Hanf oder Baumwolle schonen zwar den natürlichen Wald und bringen höhere Jahreshektarerträge als Holz, allerdings machen die nur saisonweise anfallenden Naturfasern eine kostenintensive Zwischenlagerung erfor-derlich. Die Produktionskosten von Hadernpapieren liegen daher um das Sechsfache über dem konventioneller Papiere. Langfristig werden Hadernpapiere daher wohl nur für Verbraucher von Interesse sein, die auf Papier mit einer besonderen Note Wert legen und den deutlich höheren Preis akzeptieren.









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Füll- und ZusatzstoffeNeben Zellstofffasern und Wasser braucht Papier eine ganze Menge verschiedener Zusatz- und Hilfsstoffe, um die vielfältigen Anforderungen zu erfüllen. Dem Faser-material werden bis zu 30 % Füllstoffe wie Kaolin, Kreide oder Talkum hinzugefügt, die die Poren ausfüllen und dem Papier eine glatte und weiche Oberfläche geben. Die Füllpartikel beeinflussen außerdem die Transparenzeigenschaften und Bedruck-barkeit des Papiers.

Kalziumkarbonat CaCo3 wirkt als Zusatz neutralisierend auf Säureeinwirkung und schützt Papiere vor Alterung. Während Polyethylenoxid für eine bessere Faserverte-ilung sorgt, lässt sich mit Stärke die Falz-, Abrieb- und Radierfestigkeit erhöhen. Außerdem hat Stärke positive Auswirkungen auf die Maßhaltigkeit unter Einwir-kung von Feuchtigkeit (Hygroskopie). Obwohl auch einige Füll- und Zusatzstoffe Papiere färben können, kommen für Einfärbungen in aller Regel Pigmente und Pa-pierfarbstoffe zur Anwendung. Im Kunst- und Bastelbereich sind auch natürliche Farbstoffe beliebt, die in Tee oder Zwiebelschalen enthalten sind.

Durch Bindemittel und Leime auf Basis von Acrylat- oder natürlichen Baumharzen wird die Saugfähigkeit von Papier verringert und die Beschreibbarkeit verbessert.

Streichen und SatinierenDer Vorgang der maschinellen Veredelung von Papier am Ende der Papierprodukti-on wird Streichen genannt. In diesem werden Pigmente, Bindemittel und Hilfsstoffe in meist mehreren Schichten auf die Papieroberfläche aufgetragen. Dem eigent-lichen Streichen folgt in einem abschließenden Arbeitsgang die Satinage, die dem Papier die letztendliche Oberflächenstruktur und den finalen Glanz verleiht. Hierzu wird das Papier in einem Kalander unter Druck und Temperatur gewalzt.

Die industrielle Papierproduktion ist detailliert im „Handbuch für technisches Pro-duktdesign“ beschrieben. Ergänzt wird das Ganze um eine Kurzanleitung für das handwerkliche Papierschöpfen.

Charakteristische PapiereigenschaftenFestigkeitDie Eignung der unterschiedlichen Papiere, Pappen und Kartons für eine bestimmte Anwendung geht in erster Linie auf die Festigkeit des Werkstoffs zurück. Diese wird durch die Art und Länge der verwendeten Fasern, das Flächengewicht (Grammatur), den Pressvorgang, die Zusätze und die Menge des verwendeten Leims bestimmt und in Zerreißproben ermittelt. Japanpapier ist beispielsweise wesentlich reißfester als unser konventionelles, auf Zellstoff basierendes Papier, da die verwendeten Fasern bis zu 10 Mal länger sind als Holzfasern. Wird Papier feucht, kann es leichter reißen als im trockenen Zustand. Daher werden hoch belastetem Papier für Landkarten, Banknoten oder Küchentüchern große Mengen Nassfestmittel zugeführt. Es bilden sich wasserunlösliche Querverbindungen in der Filzstruktur, die die Festigkeit erhö-hen. Eine große Bedeutung hat eine Nassfestausrüstung z. B. für Hygienepapier.

LaufrichtungIm Gegensatz zu den handgeschöpften Papieren ist allen maschinell gefertigten eine unsichtbare Eigenschaft gemein: die Laufrichtung. Sie gibt die Richtung an, in der das Papier durch die Papiermaschine läuft. Auf Grund der während der Produktion wirkenden Kräfte und der Einflüsse durch Temperatur und Feuchtigkeit richten sich die Zellstofffasern in ebendiese Richtung aus, was deutliche Eigenschaftsunter-schiede hervorruft. In Laufrichtung lässt sich Papier beispielsweise leichter bedrucken oder falten. Zudem ist die Festigkeit in Laufrichtung meist wesentlich größer als quer dazu. Falze werden in Laufrichtung glatter, quer dazu kann die Oberfläche beim Knicken aufreißen. Unter dem Einfluss von Feuchtigkeit dehnt sich das Papier in Querrichtung leichter als in Laufrichtung, da die Fasern durch den Herstellungspro-zess in Produktionsrichtung ohnehin schon gestreckt sind.

Im Hinblick auf Verarbeitung und Formstabilität spielt die Laufrichtung eine wich-tige Rolle. Daher wird sie bereits in der Maßangabe des Papier- oder Pappezuschnitts angegeben. Ein Bogen mit der Bezeichnung 61 / 86 cm liegt in „Schmalbahn“ (SB). Das heißt (DIN EN 644), er ist aus einer 61 cm breiten Papierbahn geschnitten. Die











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Fasern sind quer dazu orientiert. Sie liegen in Richtung der Vorschubbewegung in der Papiermaschine und verlaufen parallel zur längeren Seite. Nach DIN 6749 lautet die Kennzeichnung für denselben Bogen 61 x 86M cm. Die Bezeichnung „Breitbahn“ (BB) besagt, dass die kurze Kante des Bogens parallel zur Maschinenrichtung liegt, die Maßangabe würde lauten: 61M x 86 cm. Dieser Bogen wäre aus einer 86 cm breiten Bahn geschnitten. Um Unklarheiten zu beseitigen, wird die Laufrichtung auf Wunsch in der Papierfabrik auch mit einem Pfeil gekennzeichnet.

Zur Orientierung der Laufrichtung bei der Herstellung einzelner Druckmedien wer-den von der Papierindustrie folgende Anhaltspunkte gegeben:

In Kopierern oder Druckern sollten die Fasern senkrecht zur Fixierstation ausge-richtet sein.Für Bücher ist die Laufrichtung des Papiers parallel zum Buchrücken zu wählen, d. h. sie liegt beim aufrecht stehenden Buch vertikal.Beim Offsetdruck erreicht man die besten Qualitäten bei der Ausrichtung der Fa-sern parallel zum Druckzylinder.Für Umdruckpapier gilt, dass die Laufrichtung parallel zur Zylinderachse liegen sollte.

Ist die Laufrichtung unbekannt, lässt sie sich vor dem Verarbeiten mit verschiedenen Methoden leicht feststellen.

Ein Stück des Papiers einseitig anfeuchten, die entstehende Rinne zeigt in Lauf-richtung.Einreißen in Laufrichtung gibt einen glatteren Riss als in Querrichtung.Ein Kartonstreifen waagerecht gehalten bleibt steif, wenn die Laufrichtung längs verläuft. Liegt sie quer, hängt er durch.

HygroskopieDa unser heutiges Papier auf Basis von Holzfasern hergestellt wird, muss bei Verän-derung des Raumklimas mit nachträglichen Verformungen infolge der hygrosko-pischen Eigenschaften (siehe auch Holzkapitel) gerechnet werden. Papier, Karton oder Pappe nimmt Feuchtigkeit auf oder gibt sie ab, bis sich der Flüssigkeitshaushalt an den der Umgebung angepasst hat. Bei Abgabe von Flüssigkeit ist mit Tellern des Papiers zu rechnen. An den Rändern kommt es zu Spannungen, die die Ecken leicht anheben lassen. Wird Feuchtigkeit vom Papier- und Pappprodukten aufgenommen, quellen die Fasern auf. Es entstehen Wellen.

Damit sich Papierteile nicht nachträglich verziehen, sollten sie vor der Verarbeitung einige Zeit an die endgültige Luftfeuchtigkeit angepasst werden. Zudem ist darauf zu achten, dass sich mögliche Verformungen nicht negativ auf eine Papierkonstruk-tion oder ein Druckmedium auswirken. In der Buchbinderei wird der Deckelkarton eines Buchs daher so eingelegt, dass eine Wellung des Buchblocks (also des Buch-rückens) bei veränderter Luftfeuchtigkeit verhindert wird. Klebt man zwei Papier-produkte mit einem wasserhaltigen Klebstoff zusammen, muss immer die Seite ein-gestrichen werden, die unter dem Einfluss von Feuchtigkeit stärker leidet.

AlterungsbeständigkeitWie bei anderen Werkstoffen, die auf natürlichen Materialien und Zusatzstoffen basieren, ist auch bei Papier mit einer natürlichen Alterung zu rechnen. Diese kann nicht ganz ausgeschlossen werden, lässt sich aber durch entsprechende Wahl der Papierrezeptur beeinflussen. Insbesondere säurebildende Substanzen im Papier und ein hoher Anteil holzhaltiger Fasern wirken sich negativ auf die Alterungsbeständig-keit aus. Daher wird der Papierpulpe seit einigen Jahren Calciumcarbonat als Puffer beigefügt, das die Säureeinwirkung neutralisiert. Für alterungsbeständige Papiere kann außerdem auf Baumwollfasern oder Zellstoff mit einem sehr geringen Lignin-gehalt zurückgegriffen werden, um die Oxidationsbeständigkeit zu erhöhen und schnelles Vergilben zu verhindern. Für alterungsbeständiges Papier lassen sich fol-gende Anforderungen zusammenfassen:

Die Durchreißfestigkeit sollte einen Wert von 350 mN übersteigen.Die Papierherstellung erfolgt im neutralen bzw. alkalischen Bereich (pH-Wert 7,5 – 10).Auf Alaun wird vollständig verzichtet.Es sind Alkalireserven (z. B. Kalziumkarbonat CaCo3-Puffer) zur Neutralisierung der Säureeinwirkung in der Größenordnung von mindestens 3 % vorhanden.

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Laufrichtung

Das angefeuchtete Papier wellt sich quer zur Laufrichtung.









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Die Kappa-Zahl / Oxidationsbeständigkeit, also der maximale Gehalt an leicht oxi-dierbaren Materialien wie Lignin oder Holzfaserreste, liegt unter 5.

Die Kriterien für die Alterungsbeständigkeit von Papier sind international in fol-genden Normen festgelegt:

DIN ISO 9706ANSI / NISO Z 39.48-1992 (USA)

In Deutschland regelt dies außerdem die DIN 6738. Darüber hinaus wurde ein Kenn-zeichnungssystem eingeführt, dass Papier in Lebensdauerklassen einteilt:LDK 6 – 40 mindestens 50 JahreLDK 6 – 70 mindestens 100 JahreLDK 12 – 80 einige 100 JahreLDK 24 – 85 mehrere 100 Jahre

Sollten Schriftstücke, Akten oder sonstige wichtige Unterlagen auf unbegrenzte Dauer in Archiven oder Bibliotheken gelagert werden, geht man mit der Wahl von Papier der Sorte LDK 24 – 85 das geringste Risiko ein. Der Anteil holzhaltiger Fasern ist hier am geringsten.

PapierverarbeitungKaschierenFür das Kaschieren von Papieren, Plakaten, Fotos, Plänen oder Landkarten auf ent-sprechende Trägermaterialien eignen sich doppelseitige Klebefolien, Transferkleb-stoffe, Sprühkleber oder Kleister. Weisen das aufzuziehende Material und der Trä-gerwerkstoff unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten auf, kann es bei Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen zu Verwerfungen kommen. Insbeson-dere bei der Verwendung von wässrigen Kleistern ist mit starkem Zusammenziehen der angefeuchteten Materialien nach dem Trocknen zu rechnen.

Verzugserscheinungen kann man durch Verwendung sehr formstabiler Trägermate-rialien wie DIBOND oder KAPAPLATTEN verhindern. Für kleine Flächen kommen aber auch Pappen in Frage. Eine andere Technik ist der Gegenzug. Das Trägermaterial wird beidseitig mit Materialien beklebt, die eine ähnliche oder gleiche Ausdeh-nungscharakteristik aufweisen. Dabei ist darauf zu achten, dass beide Seiten mit identischer Orientierung der Laufrichtung aufgezogen werden. Beim großflächigen Aufziehen auf Pappe ist der Gegenzug quasi unverzichtbar. Grundsätzlich sollte die zu beklebende Fläche ein größeres Format aufweisen als das aufzuziehende Papier und erst nach dem Kaschieren zugeschnitten werden. Insbesondere bei Verwendung von schwierig nachkorrigierbaren Klebstoffen oder Klebefolien ist Sorgfalt geboten. Der Werkstoff sollte vorsichtig mit einer weichen Bürste oder einem Lappen von der Mitte aus strahlenförmig angedrückt werden. Für das abschließende Glätten stehen Hartgummiwalzen zur Verfügung.

Als Alternative zu Klebefolien und Klebstoffen bietet sich Sprühkleber an. Dieser wird dünn und gleichmäßig aus einem Abstand von 15 bis 20 Zentimetern aufgetra-gen und vor dem Aufziehen mindestens eine Minute abgelüftet. Bei sehr glatten Oberflächen sind besser sogar bis zu vier Minuten einzukalkulieren. Hochwertige Ergebnisse werden vor allem mit wässrigen Klebstoffen erzielt. Allerdings muss bei schlechter handwerklicher Ausführung mit starker Welligkeit oder dem Verbiegen des Trägermaterials gerechnet werden. Verzug wird verringert, wenn das Material mit der größten Ausdehnungscharakteristik mit dem Kleber eingestrichen wird.

Bei der Verwendung von Kleistern können die zu kaschierenden Materialien lange nachkorrigiert werden. Kleister werden sternförmig von der Mitte nach außen auf das Papier gestrichen und gleichmäßig verteilt. Das Aufziehen erfolgt dann wie beim Tapezieren. Das klebebereite Papier wird mit der angestrichenen Seite nach innen geklappt, so dass ein kleiner Streifen am Ende frei bleibt. Die Freifläche wird erst kurz vor dem Kaschieren mit Kleister eingerieben und der eingeschlagene Teil des Papiers Stück für Stück ausgeklappt und angedrückt. Soll das Endprodukt sich nicht verziehen, ist die Aufbringung eines Gegenzugs empfehlenswert. Kaschierungen auf Pappe gelingen übrigens mit FINNPAPPE am besten, da sie ausgezeichnete Planei-genschaften aufweist.

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KAPA-Platten sind mit Papier kaschiert

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Eine gute Anleitung für großflächige Kaschierungen und eine Vielzahl buchbinde-rischer Klebearbeiten bietet das Buch „Schachtel, Mappe, Bucheinband“ von Franz Zeier, das Sie im Kapitel Bücher, Magazine, Medien in diesem Katalog finden.

FalzenFür die Weiterverarbeitung von Druckwerken sind in vielen Fällen standardisierte Markierungen zum Knicken oder Falten erforderlich. Diese werden z. B. für die handwerkliche Buchbindung mit Falzbeilen erstellt. Außerdem stehen Falzmaschi-nen zur Verfügung, die Papier umlegen und unter Druck Markierungen (Falzmarken) oder Linien (Falzbruch) einbringen, an denen das Druckwerk später leichter gefaltet werden kann. Grundsätzlich lassen sich Schwert- und Taschenfalzungen unterschei-den.

Typische PapierformateBereits 1922 wurden die uns bekannten Papierformate vom Deutschen Institut für Normung (DIN) in Berlin festgelegt. Die DIN 476 ist inzwischen in fast allen Ländern anerkannt und beschreibt die Formate als Zahlenverhältnis von Breite x Höhe. Ledig-lich in den angelsächsischen Gebieten existieren weitere Strukturierungsmodelle, die aber nicht so systematisch aufgebaut sind.

Als Referenzgrundlage dient eine rechteckige Fläche von einem Quadratmeter. Die Seitenlängen sind so definiert, dass der kürzere Rand des Blattes zum längeren in einem Verhältnis von 1 zu Wurzel 2 steht. Ausgehend vom größten Format DIN A0 kommt man zum nächst kleineren, indem man die Fläche an der Hälfte der längeren Seite halbiert.










Aufteilung eines DIN A0-Bogens

A1

A2

A3

A4

A5A6

A7A8

A01189 mm

841

mm

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Die B-Reihe gibt die Formate mit Zuschnitt für den Druck oder das Falzen an. Sie ergibt sich aus dem geometrischen Mittel der Werte des entsprechenden A-Formats und des nächst größeren. B1 berechnet sich beispielsweise aus DIN A1 und DIN A0 wie folgt:B1 = √ (594 mm x 841 mm) x √ (841 mm x 1189 mm) = 707 mm x 1000 mm

Die Formate der C-Reihe ergeben sich wiederum aus den geometrischen Mittel-werten der A- und B-Formate einer Klasse. Da die Abmaße knapp über denen der A-Klasse liegen, werden die C-Formate beispielsweise für Kuverts, Briefumschläge oder Mappen verwendet.C4 = √ (210 mm x 250 mm) x √ (297 mm x 353 mm) = 229 mm x 324 mm

Anwendungsbeispiele für die unterschiedlichen DIN-Formate sind:

A0, A1 Poster, Plakate, Technische ZeichnungenA1, A2 Geschenkpapier, Flipchart, PlakateA2, A3 Diagramme, ZeichenpapierA3, B4 ZeitungenA4 Schulhefte, Magazine, Formulare, KatalogeA5 Schulhefte, NotizblöckeA6 Postkarten, Banküberweisungen, FlyerA5, B5, A6, B6 BücherA7 Personalausweis, FührerscheinB7 ReisepassA8, B8 Visitenkarten, Scheckkarten, EU-FührerscheinB4, C4, C5, C6 Kontoauszüge, Briefumschläge

Handgeschöpfte Japanpapiere sind in folgenden Maßen erhältlich:

Shiroku-ban: Kiku-ban:788 x 1091 mm² 636 x 939 mm²264 x 379 mm² 227 x 306 mm²191 x 259 mm² 151 x 227 mm²

DIN-Reihen der Papierformate

Klasse Bezeichnung Reihe A (in mm) Reihe B (in mm) Reihe C (in mm)

0 Vierfachbogen 841 x 1189 1000 x 1414 917 x 1297

1 Doppelbogen 594 x 841 707 x 1000 648 x 917

2 Bogen 420 x 594 500 x 707 458 x 648

3 Halbbogen 297 x 420 353 x 500 324 x 458

4 Viertelbogen 210 x 297 250 x 353 229 x 324

5 Blatt 148 x 210 176 x 250 162 x 229

6 Halbblatt 105 x 148 125 x 176 114 x 162

7 Viertelblatt 74 x 105 88 x 125 81 x 114

8 Achtelblatt 52 x 74 62 x 88 57 x 81

DIN-Reihen der Papierformate

Klasse Bezeichnung Reihe A (in mm) Reihe B (in mm) Reihe C (in mm)

0 Vierfachbogen 841 x 1189 1000 x 1414 917 x 1297

1 Doppelbogen 594 x 841 707 x 1000 648 x 917

2 Bogen 420 x 594 500 x 707 458 x 648

3 Halbbogen 297 x 420 353 x 500 324 x 458

4 Viertelbogen 210 x 297 250 x 353 229 x 324

5 Blatt 148 x 210 176 x 250 162 x 229

6 Halbblatt 105 x 148 125 x 176 114 x 162

7 Viertelblatt 74 x 105 88 x 125 81 x 114

8 Achtelblatt 52 x 74 62 x 88 57 x 81









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„Elektrisch leitfähig“, „hochfest“, „magnetisch“, „Licht reflektierend“, „gieß- und umformbar“, „korrosionsbeständig“: Das Eigenschaftsspektrum metallischer Werk-stoffe ist riesig. Metalle haben die zivilisatorische Entwicklung des Menschen durch alle Epochen begleitet. Erste Funde deuten auf die erstmalige Verwendung in Ana-tolien vor rund 12000 Jahren hin. Die Entdeckung der Vorteile bestimmter Werkstof-fe und die Entwicklung von Techniken zu deren Gewinnung gaben ganzen ge-schichtlichen Zeiträumen einen Namen. „Kupfersteinzeit“, „Bronzezeit“, „Eisenzeit“ so die Verwendungshistorie der Metalle. In der Kupferzeit haben die Menschen zu-nächst in Vorderasien Verfahren zur Verhüttung von Kupfererzen entwickelt. 1500 Jahre später waren sie imstande, harte Bronzelegierungen, also Mischmetalle aus Kupfer und Zinn, zu erzeugen. Völker, die im 2. Jahrtausend vor Christus die Verar-beitung von Bronze beherrschten, konnten sich gegenüber denen durchsetzen, die noch auf primitive Waffen und Werkzeuge aus Stein oder Kupfer angewiesen wa-ren. Gehärteter Stahl hat das beeindruckende Alter von 3000 Jahren. Die Römer bauten ihre Vormachtstellung im Mittelmeerraum auf Waffen aus Eisen auf, die wesentlich härter waren als die aus Bronze. So folgten die Machtkonstellationen in der Antike der Fertigkeit im Umgang mit den jeweils am weitesten entwickelten metallischen Werkstoffen. Die Verarbeitung von Gold war schon in Troja und bei den Kelten bekannt. Silber wurde von den Römern auf der iberischen Halbinsel abge-baut. Mit dem Untergang des Römischen Reiches gerieten auch einige Erkenntnisse zur Verarbeitung metallischer Werkstoffe in Vergessenheit. Erst im 14. Jahrhundert setzte der mittelalterliche Mensch die Verhüttung von Eisen in Holzkohlehochöfen ein. Mit der Erfindung der Kokshochöfen zur Stahlerzeugung und der Dampfmaschi-ne nahm die industrielle Revolution des 18. und 19. Jahrhunderts ihren Anfang. Ei-sen und Stahl waren ihre prominentesten Werkstoffe.

Heute haben neben Metallen vor allem auch Kunststoffe und Keramiken eine große Bedeutung für technische Anwendungen. Produkte müssen in den hoch entwickel-ten Industrienationen kostengünstig herzustellen sein und auf den Anwendungsfall exakt eingestellt werden können. Vor diesem Hintergrund ist die Bedeutung von Kunststoffen in den letzten 50 Jahren enorm gestiegen. Durch die sich verschär-fenden ökologischen Anforderungen werden immer häufiger Karosserieelemente im Fahr- und Flugzeugbau durch hochfeste, faserverstärkte Polymerwerkstoffe er-setzt. Der nächste Entwicklungsschub wird insbesondere im Bereich der Verbundma-terialien erwartet, da sich die heutigen komplexen Anforderungsprofile nur noch durch Kombination unterschiedlicher Materialien erreichen lassen. So wird an Me-tallverbünden mit einer ausgesprochen hohen Härte geforscht, die aber gleichzeitig wenig Gewicht aufweisen sollen. Außerdem sind hochtemperaturbeständige Metall-legierungen für die Luft- und Raumfahrttechnik besonders interessant.

Obwohl die Bedeutung metallischer Werkstoffe in den letzten Jahren zugunsten von Kunststoffen und Materialverbünden nachgelassen hat, teilt man in der Wissenschaft traditionell immer noch die Werkstoffe in die Hauptgruppen „Metalle“, „Nichtme-talle“ und „Verbundwerkstoffe“ ein.

Einteilung der Werkstoffe

Metalle Eisenwerkstoffe Stähle (Konstruktionsstahl, Baustahl, Werkzeugstahl, Edelstahl)

Eisengusswerkstoffe (Gusseisen, Stahlguss)

Nichteisenwerkstoffe Schwermetalle (Dichte > 5 g / cm³: Blei, Kupfer, Nickel, Chrom)

Leichtmetalle (Dichte < 5 g / cm³: Titan, Magnesium, Aluminium)

Nichtmetalle Naturwerkstoffe Steine, Holz, Naturtextilien

Künstliche Werkstoffe Kunststoffe, Industriesteine, Glas, Keramiken

Verbundwerkstoffe Faserverbünde GFK, CFK, RFK, Faserzement

Schichtverbünde Bimetalle, Holzverbundplatten, Sicherheitsglas

Teilchenverbundwerkstoffe Polymerbeton, Hartmetalle, Holzspanplatte

Einteilung der Werkstoffe

Metalle Eisenwerkstoffe Stähle (Konstruktionsstahl, Baustahl, Werkzeugstahl, Edelstahl)

Eisengusswerkstoffe (Gusseisen, Stahlguss)

Nichteisenwerkstoffe Schwermetalle (Dichte > 5 g / cm³: Blei, Kupfer, Nickel, Chrom)

Leichtmetalle (Dichte < 5 g / cm³: Titan, Magnesium, Aluminium)

Nichtmetalle Naturwerkstoffe Steine, Holz, Naturtextilien

Künstliche Werkstoffe Kunststoffe, Industriesteine, Glas, Keramiken

Verbundwerkstoffe Faserverbünde GFK, CFK, RFK, Faserzement

Schichtverbünde Bimetalle, Holzverbundplatten, Sicherheitsglas

Teilchenverbundwerkstoffe Polymerbeton, Hartmetalle, Holzspanplatte

„Bremer Stadtmusikanten“, Bronzeguss, Bildhauer: Gerhard Marcks

Wissenswertes Sorten Bleche und Bänder Lochblech Streckmetall(Streckgitter)

Drahtgewebe Rohre Stangen und Stäbe Draht


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Gießen

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Medien

KartenSpielzeug

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Charakteristische MetalleigenschaftenEin massives Stück Metall erscheint auf den ersten Blick als homogener Stoff. Be-trachtet man seine Oberfläche unter dem Mikroskop, zeigt sich eine kristalline Struk-tur. Dieses Gefüge besteht aus Kristalliten, winzigen Körpern aus regelmäßig ange-ordneten Atomen. Dem kristallinen Aufbau haben Metalle ihr besonderes Eigenschaftsprofil zu verdanken, die sie zu nahezu universell einsetzbaren Werkstof-fen gemacht hat. Kristallgitter bestehen aus positiv geladenen Atomrümpfen und freien, negativ geladenen Teilchen, den Elektronen. Diese sind keinem bestimmten Atom zugeordnet, sondern bewegen sich frei in einer Wolke im Kristallgitter umher und halten die Atomrümpfe fest zusammen. Metalle weisen daher eine hohe Festig-keit auf. Charakteristisch ist die gute Leitfähigkeit für elektrische Ströme, die auf die delokalisierten, frei beweglichen Elektronen im Metallgitter zurückzuführen ist. Auch die gute thermische Leitfähigkeit geht auf das Vorhandensein des Elektronen-gases zurück. Wärme entsteht und breitet sich aus, wenn sich Elektronen frei bewe-gen können. Lichtstrahlen hingegen werden durch die Elektronen nahezu vollstän-dig reflektiert, so dass Metalle einen starken Glanz aufweisen, undurchsichtig sind und für die Fertigung von Spiegelflächen genutzt werden können. Die gute Verfor-mbarkeit metallischer Werkstoffe kann mit dem leichten Versetzen ganzer Atomrei-hen im Kristallgitter erklärt werden. Verharren die Atome in ihrer neuen Position, spricht man von einer plastischen Verformung. Bei elastischer Verformung springen die Atome nach Rücknahme der Belastung jedoch in ihre Ausgangssituation zurück. Auch die hohen Schmelztemperaturen von Metallen kann man mit dem besonderen Bindungscharakter erklären. Durch die frei beweglichen Elektronen lassen sich allsei-tig ausgerichtete Bindungskräfte ausmachen, was den Zusammenhalt auch bei ho-hen Temperaturen gewährleistet.

Schmelz- und Siedepunkte einiger Metalle

Metall Schmelzpunkt Siedepunkt

Eisen 1536 °C 3200 °C

Kupfer 1083 °C 2600 °C

Silber 961 °C 2177 °C

Aluminium 660 °C 2060 °C

Magnesium 650 °C 1110 °C

Blei 327 °C 1740 °C

Zinn 231 °C 2270 °C

Dichtewerte einiger Metalle und Gewichte (kg / m²) von Blechwerkstoffen

Metall spez. Gew.

s = 0,1 s = 0,2 s = 0,3 s = 0,5 s = 0,8 s = 1,0 s = 1,5 s = 2,0

Aluminium 2,70 g / cm³ 0,27 0,54 0,81 1,35 2,16 2,70 4,05 5,40

Messing 8,50 g / cm³ 0,85 1,70 2,55 4,25 6,80 8,50 12,75 17,00

Kupfer 8,92 g / cm³ 0,89 1,78 2,68 4,46 7,14 8,92 13,38 17,84

Blei 11,34 g / cm³

1,13 2,27 3,40 5,67 9,07 11,34 17,00 22,67

Stahl 7,85 g / cm³ 0,79 1,57 2,36 3,93 6,28 7,85 11,78 15,70

Elektrische und thermische Leitfähigkeit einiger Metalle

Metall elektrische Leitfähigkeit thermische Leitfähigkeit

Silber 61,3 MS / m 410,3 W / mK

Kupfer 58 MS / m 394 W / mK

Gold 45,2 MS / m 317 W / mk

Aluminium 37,74 MS / m 230 W / mK

Magnesium 22,2 MS / m 157,4 W / mK

Eisen 10,5 MS / m 73,27 W / mK

Zinn 8,67 MS / m 67 W / mK

Blei 4,82 MS / m 34,75 W / mK

Materialmuster von Metallblechen / Di-bond bei Modulor

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Verbund-werkstoffe

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Metall







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Neben den außerordentlichen physikalischen weisen Metalle in aller Regel auch gute chemische Eigenschaften auf. Besonders Edelmetalle reagieren wenig bis gar nicht auf atmosphärische Einflüsse, Feuchtigkeit oder chemische Substanzen. Gold und Silber oxidieren nicht und erhalten den charakteristischen metallischen Glanz, was sie für Schmuckstücke seit jeher besonders beliebt macht. Es existieren aber auch unedle Metalle wie Eisen, die mit der in der Umgebungsluft enthaltenen Feuchtig-keit reagieren, Oxidschichten ausbilden und anlaufen. Bei Eisenwerkstoffen wird die Oxidschicht Rost genannt. Um unedle Metallwerkstoffe vor Korrosion zu schützen, werden sie mit Beschichtungen versehen (z. B. Chrom) oder mit anderen Elementen legiert. Edelstähle enthalten in vielen Fällen Legierungselemente wie Chrom oder Nickel, die dem Werkstoff eine nicht rostende Oberfläche verleihen.

LegierungenVerbindungen aus mehreren Metallen werden als Legierungen bezeichnet. Schon früh hatte man erkannt, dass sich die Eigenschaften metallischer Werkstoffe durch Zulegieren anderer Bestandteile optimieren lassen. So weisen Legierungen ein in manchen Merkmalen verbessertes oder sogar vollkommen andersartiges Eigen-schaftsprofil auf als der Ausgangswerkstoff. Legierungen sind härter als das reine Metall, korrosionsbeständiger oder warmformbeständiger; Eigenschaften also, die für technische Anwendungen besonders benötigt werden. Daher werden heute in der Hauptsache Legierungen verarbeitet. Der reine metallische Werkstoff kommt nur selten zum Einsatz. Für Schmuck wäre zum Beispiel 100 %iges Reingold über-haupt nicht zu verwenden, da es weich und extrem dehnbar ist. Aus diesem Grund wird es mit Kupfer und Silber auflegiert. Die rötlich-gelbe Goldlegierung 333 besteht beispielsweise zur Hälfte aus Kupfer und zu einem Sechstel aus Feinsilber. 935er Sil-ber wird wegen der guten Verarbeitungsqualitäten gerne für Korpuswaren einge-setzt (siehe Foto). Zur Beschreibung der Zusammensetzung einer Legierung sind in der werkstoffwissenschaftlichen Bezeichnung die einzelnen Bestandteile und ihre Anteile in Prozent aufgeführt. So enthält Messing CuZn28 zum Beispiel 72 % Kupfer und 28 % Zink.

Verarbeitung metallischer WerkstoffeAuf Grund der großen Bedeutung metallischer Werkstoffe wurde in den letzten Jahrhunderten eine Vielzahl industrieller und handwerklicher Techniken zu ihrer Verarbeitung entwickelt.

FormgebungDie wichtigsten urformenden Verfahren direkt aus der Metallschmelze sind das Sandgießen, das Kokillengießen, das man für die Herstellung von Zinnfiguren aus dem eigenen Hobbykeller kennt, oder das Druckgießen von beispielsweise komple-xen Gehäuseelementen (z. B. Kupplungsgehäuse oder Waffeleisen). Das Feingießen findet Anwendung zur Massenherstellung von Kleinteilen mit komplexen Formgeo-metrien und geringen Wandstärken, wenn insbesondere eine hohe Oberflächenqua-lität gefordert ist. Es ist für nahezu alle Metalllegierungen geeignet. Stranggießen

Zusammensetzung und Verwendung wichtiger Legierungen

Legierung Zusammensetzung Verwendung

Invar Eisen-Nickel-Legierung Bimetalle, Geräte zur Zeit- und Distanzmessung

Bronze Kupfer-Zinn-Legierung Glocken, Skulpturen, Schmuckstücke

Neusilber Kupfer-Nickel-Zink Silberersatz, Besteck, Elektroverbinder

Konstantan Kupfer-Nickel-Mangan Münzen, elektrische Widerstände

Rotguss Kupfer-Zinn-Zink Armaturen, Rohrverbinder, Gleitlager, Zahnräder

Inconel Nickel-Chrom-Eisen Hochtemperaturanwendungen in Luft- und Raumfahrt

Messing Kupfer-Zink Goldersatz, Schmuck, Armaturen, Blasinstrumente

Lötzinn Blei-Zinn Lötmaterial

Elektron Magnesium-Aluminium optische Bauteile

Memory-Metall Formgedächtnislegierung künstliche Herzklappen

Tulasilber Silber-Kupfer-Schwefel Kunstobjekte, Schmuck

Galistan Gallium-Indium-Zinn Quecksilberersatz, Gleitpaste

Duraluminium Aluminium-Kupfer-Magnesium-Mangan-Silizium Stahlersatz im Flug- und Fahrzeugbau

Zusammensetzung und Verwendung wichtiger Legierungen

Legierung Zusammensetzung Verwendung

Invar Eisen-Nickel-Legierung Bimetalle, Geräte zur Zeit- und Distanzmessung

Bronze Kupfer-Zinn-Legierung Glocken, Skulpturen, Schmuckstücke

Neusilber Kupfer-Nickel-Zink Silberersatz, Besteck, Elektroverbinder

Konstantan Kupfer-Nickel-Mangan Münzen, elektrische Widerstände

Rotguss Kupfer-Zinn-Zink Armaturen, Rohrverbinder, Gleitlager, Zahnräder

Inconel Nickel-Chrom-Eisen Hochtemperaturanwendungen in Luft- und Raumfahrt

Messing Kupfer-Zink Goldersatz, Schmuck, Armaturen, Blasinstrumente

Lötzinn Blei-Zinn Lötmaterial

Elektron Magnesium-Aluminium optische Bauteile

Memory-Metall Formgedächtnislegierung künstliche Herzklappen

Tulasilber Silber-Kupfer-Schwefel Kunstobjekte, Schmuck

Galistan Gallium-Indium-Zinn Quecksilberersatz, Gleitpaste

Duraluminium Aluminium-Kupfer-Magnesium-Mangan-Silizium Stahlersatz im Flug- und Fahrzeugbau

Metall

„Seashark“ – Schiffsmodell aus 935er Silber, Hersteller: KOCH & BERGFELD Silbermanufaktur F. Blume GmbH

Fräser, © Paul-Georg Meister / PIXELIO



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ist das bevorzugte Verfahren zur Überführung der Schmelze in Halbzeugprofile. Werden großvolumige und rotationssymmetrische Bauteile benötigt, ist das Schleu-dergießen geeignet. Hier wird das flüssige Metall in eine rotierende Kokille einge-bracht und durch die Fliehkraft an den Außenrand gedrückt, wo es schließlich er-starrt. In den letzten Jahren haben sich darüber hinaus einige Techniken entwickelt, die insbesondere für den Gestaltungsbereich von Interesse sein können. Hier sei das Schäumen von Aluminium genannt, das als sehr interessantes Material für Außenfas-saden seit einiger Zeit in der Szene kursiert. Auf Grund der Möglichkeit zur freien Formgebung wurden außerdem generative Verfahren wie das Lasersintern, das La-sermelting oder das 3D-Printing zur Verarbeitung von Metallpulvern qualifiziert.

UmformenMetallische Werkstoffe liegen in aller Regel als Halbzeuge wie Platten, Rohre, Stäbe, Bleche oder Bänder vor, die entweder umgeformt oder zerspant werden. Für die spanlose Umformung haben die Techniken Biegen, Tiefziehen, Stauchen und Schmie-den eine hohe Bedeutung. Druckumformtechnologien wie Walzen, Schmieden, Fließ- oder Strangpressen dienen insbesondere der Weiterverarbeitung von Bautei-len in großen Stückzahlen. Auch bei den umformenden Verfahren wurden neue Techniken entwickelt, die besondere Potenziale für den Gestaltungsbereich aufwei-sen. So ist es mittlerweile möglich, metallische Blechteile aufzublasen und somit komplexe Rohrstrukturen sehr effizient herzustellen. Eine andere interessante Tech-nologie ist das Explosionsformen. Die Schockwellen einer Sprengstoffdetonation werden auf ein Bauteil übertragen und verformen selbst hochfeste Werkstoffe in Bruchteilen einer Sekunde. Da die Umformkräfte nicht wie beim Tiefziehen durch die Größe der Presse begrenzt sind, gibt es fast keine Einschränkung bei den maxi-malen Bauteilabmaßen.

Zerspanen und SchneidenDie Liste der zerspanenden Trennverfahren ist lang: Drehen, Bohren, Fräsen, Hobeln, Räumen, Sägen, Stanzen und Schleifen sind übliche Techniken. Darüber hinaus fin-den chemische und elektrochemische Abtragungsverfahren wie das Metallätzen Verwendung. Graviertechniken sind vor allem für die Beschriftung von Blechzu-schnitten geeignet. In den letzten Jahren hat sich außerdem der Laserstrahl als sehr flexibles Hilfsmittel für den hochpräzisen Zuschnitt von Bauteilen mit kleinen Stück-zahlen als besonders effizient herausgestellt. Schnittfugen von 0,1-0,3 mm sind rea-lisierbar, die sich bei Blechen mit einer Materialstärke von weniger als 1 mm auf ei-nen Wert von etwa 50 Mikrometer reduzieren lassen. Der Laserstrahl hat in manchen Bereichen die traditionellen Gravier- und Ätztechniken ersetzt und eignet sich zu-dem zum Strukturieren von Bauteiloberflächen.

FügenVerbinden lassen sich Teile aus Metall durch Schweißen, Löten, Schrauben oder Nie-ten. Außerdem wurde die Klebtechnik weiter entwickelt, so dass sie sich als Alterna-tive für viele Fügeverbindungen an temperaturempfindlichen Bauteilen etabliert hat. Derzeit wird zudem an speziellen Klebstoffen mit elektrisch leitenden Eigen-schaften geforscht. Eine interessante Technik zum Schweißen von zwei metallischen Bauteilen ist das Vibrationsschweißen. Hier werden die Oberflächen gegeneinander gerieben, bis sie durch die entstehende Reibungswärme erweichen und zähflüssig werden. Die Fügeverbindung entsteht nach Erstarren der Bauteiloberflächen. Es wird kein zusätzliches Material benötigt. Die Eigenschaft metallischer Werkstoffe, sich nach Erwärmung relativ stark ausdehnen, wird häufig für das Einpassen von rotationssymmetrischen Bauteilen in Bohrungen oder für das Aufbringen von Rin-gen auf Wellen verwendet. Der Ring wird erwärmt, aufgeschoben und bleibt fest auf der Welle sitzen, wenn er sich beim Abkühlen zusammenzieht. Zum Einpassen in eine Bohrung ist es üblich, das Bauteil stark abzukühlen. Es wird dann leicht einge-führt, dehnt sich nach Erwärmung wieder aus und bleibt fest stecken.

Beschichten und VeredelnFür den Korrosions- und Verschleißschutz oder zur Erzeugung interessanter Oberflä-cheneffekte werden Metallbauteile beschichtet. Überzüge entstehen beispielsweise beim Galvanisieren (z. B. Verchromen) oder Tauchen in die Metallschmelze (z. B. Feu-erverzinken). Nichtmetallische Schichten werden durch Oxidieren, Phosphatieren oder Emaillieren (Glasieren) erzeugt und natürlich auch durch den Auftrag von La-cken oder Farben. Insbesondere der Tampondruck hat sich für das Bedrucken von

Coils, Tafeln und Zuschnitte aus Stahl, Hersteller: ferrex GmbH (www.ferrex-steel.de)

Golden Gate Bridge

Aluminiumschaum

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dreidimensional geformten Bauteiloberflächen bewährt. Metalle lassen sich außer-dem auch auf einfache Weise mit einer Polymerschicht überziehen. Hier ist das Wir-belsintern ein geeignetes Verfahren. Das Metallteil wird auf eine Temperatur zwi-schen 100 °C und 300 °C erwärmt und in einen Behälter gehalten, in dem Kunststoffpulver verblasen wird. Die Partikel bleiben an der aufgrauten Oberfläche haften, schmelzen auf und bilden nach Abkühlung einen festen Kunststofffilm. Ein hervorragendes Verfahren, um Aluminiumbauteile mit einer farbigen Oxidschicht zu versehen, ist das Anodisieren, das auch unter dem Begriff Eloxieren bekannt ist.

Dies soll es dann aber auch gewesen sein, denn auch nur die grobe Charakterisie-rung all dieser Techniken würde den Rahmen dieses Kataloges sprengen. Die Verar-beitungshinweise zu metallischen Werkstoffen beschränke sich daher auf einfache handwerkliche Verfahren, die ohne aufwändige Ausstattung und teures Werkzeug ausgeführt werden können. Detaillierte Informationen zu allen Verarbeitungstech-nologien der metallischen Werkstoffe werden im „Handbuch für technisches Pro-duktdesign“ gegeben.

EisenwerkstoffeErst relativ spät, im 12. vorchristlichen Jahrhundert nämlich, verbreitete sich im süd-östlichen Mittelmeerraum eine Technik, mit der das wenig edle Eisen geschmolzen und als Werkstoff verwendet werden konnte. Von da an haben Eisenwerkstoffe die gesellschaftliche Entwicklungsgeschichte begleitet und entscheidend geprägt. Sie verschafften dem Römischen Reich einen Vorsprung in der Waffentechnik. Die euro-päischen Alchimisten verwendeten es für ihre Versuche, assoziierten Eisen mit Männ-lichkeit und gaben ihm das Zeichen ♂. Im 18. Jahrhundert war die Entwicklung einer Technik zur Verhüttung von Eisen mit Koks der Auslöser für die industrielle Revolu-tion. Maschinen, Eisenbahnen, Kanäle und Hochhäuser wurden durch diesen Werk-stoff erst möglich. Heute sind Eisen- und Stahlerzeugnisse die wichtigsten Metall-werkstoffe in der Industrie überhaupt. Die Höhe der Stahlproduktion eines Landes wird daher gerne als Indikator für dessen wirtschaftliches Wachstum verwendet. Lag die weltweite Rohstahlproduktion im Jahr 1990 noch bei etwa 770 Millionen Ton-nen, erreichte sie in 2005 einen Wert von 1.132 Millionen Tonnen. Die Volksrepublik China war mit 349,4 Millionen Tonnen absoluter Spitzenreiter unter den stahlprodu-zierenden Ländern.

Reines Eisen hat eine Dichte von 7,85 g / cm³ und schmilzt bei Temperaturen über 1539 °C. Es wird heute durch Reduktion des Eisenoxids aus Erzen mit Kohlenstoff im Hochofen gewonnen. Diese bis zu 50 Meter hohen Türme werden in abwechselnden Schichten mit Eisenerz und Koks befüllt und von unten befeuert. Die Lagen sinken im Ofen ab, werden durch die aufsteigenden, heißen Dämpfe getrocknet, erwärmt und reduziert. Am Ende des 8 Stunden dauernden Vorgangs wird das flüssige Eisen abgeführt.

Im Hochofen erzeugtes Roheisen enthält eine ganze Reihe von Fremdelementen wie Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phosphor oder Schwefel. Es weist durch den enthal-tenen Kohlenstoff eine gegenüber Reineisen reduzierte Schmelztemperatur von 1450 °C auf. Zudem ist es hart und spröde und daher für die Weiterverarbeitung nur wenig geeignet. Eine der Hauptaufgaben eines Stahlwerks ist es daher, die stö-renden Stoffe zu entfernen und den Eisenwerkstoff durch gezielte Zuführung von Legierungselementen auf die konkrete Anwendung auszulegen. Da in über 90 % aller Metallanwendungen weltweit Eisenwerkstoffe Verwendung finden, werden tausende unterschiedlicher Stahl- und Eisenerzeugnisse angeboten. Alleine in Deutschland sind es mehr als 7.500 Sorten. Das Verfahren, mit dem Fremdbestand-teile aus dem Eisen entfernt werden, ist unter der Bezeichnung Frischen bekannt. Insbesondere der Kohlenstoffgehalt wird reduziert, da er für die Verarbeitungsei-genschaften von Eisenwerkstoffen entscheidend ist. Stahl enthält zwischen 0,06 % und 2,06 % Kohlenstoff. Es lässt sich sehr gut schmieden und umformend bearbeiten. Deshalb werden Stähle auch als Knetlegierungen bezeichnet. Bei Gusseisenlegie-rungen übersteigt der C-Gehalt die Grenze von 2,06 %. Sie sind leicht zu vergießen und hart aber auch spröde. Der weitaus größte Teil der Eisenproduktion wird zur Rohstahlerzeugung genutzt.

Metall





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Legierungselemente und ihre Einflüsse auf Stahl- und Eisengusserzeugnisse

Legierungsmetalle

Element ... erhöht ... vermindert Beispiele

AluminiumAl

Zunderwiederstand, Eindringen von Stickstoff

34CrAIMo5

ChromCr

Zugfestigkeit, Härte, Warm-, Verschleiß-festigkeit, Korrosi-onsbeständigkeit

Dehnung (in geringem Maße)

X5CrNi18-10Nichtrostender Stahl

CobaltCo

Härte, Schneidhal-tigkeit, Warmfestig-keit

Kornwachstum bei höheren Tempera-turen

HS10-4-3-10Schnellarbeitsstahl mit 10 % Co, z. B. für Drehmeißel

ManganMn

Zugfestigkeit, Durchhärtbarkeit, Zähigkeit, (bei wenig Mn)

Zerspanbarkeit, Kaltformbarkeit, Grafitausscheidung bei Grauguss

28Mn6Vergütungsstahl, z. B. für Schmiede-teile

MolybdänMo

Zugfestigkeit, Warmfestigkeit, Schneidhaltigkeit, Durchhärtung

Anlasssprödigkeit, Schmiedbarkeit (höherer Mo-Anteil)

56NiCrMoV7Warmarbeitsstahl, z. B. für Strangpress-dorne

NickelNi

Festigkeit, Zähigkeit, Durchhärtbarkeit, Korrosionsbestän-digkeit

Wärmedehnung EN-GJS-NiCr30-3Austenitisches Gusseisen mit Kugelgrafit

VanadiumV

Dauerfestigkeit, Härte, Warmfestig-keit

Empfindlichkeit gegen Überhitzung

115CrV3Werkzeugstahl z. B. für Gewindebohrer

WolframW

Zugfestigkeit, Härte, Warmfestigkeit, Schneidhaltigkeit

Dehnung (in geringem Maße), Zerspanbarkeit

HS6-5-2Schnellarbeitsstahl mit 6 % W, z. B. für Räumnadeln

Nichtmetallische Elemente

Element ... erhöht ... vermindert Beispiele

KohlenstoffC

Festigkeit und Härte (Maximum bei 0,9 %), Härtbarkeit, Rissbildung (Flocken)

Schmelzpunkt, Dehnung, Schweiß- und Schmiedbarkeit

C60Vergütungstahl mit R≈ 800N / mm²

WasserstoffH2

Alterung durch Versprödung, Zugfestigkeit

Kerbschlagzähigkeit Wird bei Stahlher-stellung entfernt, z. B. mit Vakuumbe-handlung

StickstoffN2

Versprödung, Austenitbildung

Alterungsbständig-keit, Tiefziehfähig-keit

X2CrNiMoN17-13-5Austenitischer Stahl

PhosphorP

Zugfestigkeit, Warmfestigkeit, Korrosionswider-stand

Kerbschlagzähigkeit, Schweißbarkeit

Macht die Schmelze von Stahlguss und Gusseisen dünnflüs-sig

SchwefelS

Zerspanbarkeit Kerbschlagzähigkeit, Schweißbarkeit

10SPb20Automatenstahl

SiliziumSi

Zugfestigkeit, Dehnungsgrenze, Korrosionsbestän-digkeit

Bruchdehnung, Schweißbarkeit, Zerspanbarkeit

60SiCr7Federstahl mit einer Zugfestigkeit R≈ 1600N / mm²

Tabellen nach H.-J. Bargel, G. Schulze: „Werkstoffkunde“, Springer Verlag 2004;H. Kiessler: „Kleine Stahlkunde für den Maschinenbau“, Verlag Stahleisen 1992

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EisengusslegierungenEisengusslegierungen sind Werkstoffe, die auf Grund ihrer einfachen gießtech-nischen Verarbeitung die industrielle Revolution maßgeblich begleitet haben. Gera-de in der Architektur haben sie einige bedeutende Bauwerke möglich gemacht. So wurde die weltweit erste „Ironbridge“ in Coalbrookdale (England) im Jahr 1779 aus Gusseisen errichtet. Gründe waren die preisgünstige Verarbeitung und die guten mechanischen Eigenschaften. Auffallend war damals eine Formensprache, die man aus dem Handwerk kannte. Offenbar revolutionierten Eisenwerkstoffe die damalige Welt so rasant, dass die intellektuelle Auseinandersetzung über die weiten Möglich-keitsräume den technischen Entwicklungen um Jahre hinterher lief. Noch heute können wir den Charme der Gründerzeit an den Pfeilern alter Bahnhofshallen er-kennen. Andere traditionelle Beispiele für Eisengusswerkstoffe sind Gully- und Ka-nalisationsdeckel.

Eigenschaften: Waren früher die mechanischen Qualitäten von Eisengusswerkstof-fen ausschlaggebend für Ihre Anwendung, so machen heute vielmehr ihre Dauerfes-tigkeit und Dämpfungseigenschaften für gewisse Produkte populär. Ihre Eigen-schaften werden neben dem Kohlenstoffgehalt (2,06-6,67 %) vor allem durch den Siliziumanteil bestimmt, der in der Regel über 1,5 % liegt. Neben Silizium enthält Eisenguss weitere Legierungsbestandteile wie Chrom, Mangan, Schwefel, Phosphor oder Nickel. Die Dichte von Eisenguss liegt zwischen 7,2 g / cm³ und 7,4 g / cm³ und damit unter dem Wert von reinem Eisen.

Unterschieden werden Gusseisen und Temperguss. Sie weisen gute Fließeigen-schaften auf, sind sehr hart, aber spröde und regieren auf Schlagbeanspruchungen äußerst empfindlich. Der Kohlenstoff ist im Gusseisen entweder als Lamellen- oder Kugelgrafit eingelagert. Gusseisen mit Lamellengrafit ist wegen der grauen Färbung vor allem als Grauguss bekannt. Die stäbchenförmigen Lamellen geben dem Werk-stoff zwar eine gute Gleitwirkung, Wärmeleitfähigkeit und Dämpfungseigenschaft, wirken aber bei Zugbelastung als Kerben (Kerbwirkung), so dass Grauguss nur eine sehr niedrige Zugfestigkeit aufweist (100-350 N / mm²). Gusseisen mit Kugelgrafit ist sehr viel fester (400-900 N / mm²). Allerdings fällt das Dämpfungsvermögen wesent-lich geringer aus als bei Grauguss. Temperguss erstarrt wegen seiner besonderen Zusammensetzung vollkommen grafitfrei. Da der Werkstoff direkt nach der Erstar-rung noch sehr spröde ist, kann er für technische Anwendungen erst nach einer Wärmebehandlung verwendet werden. Er wird daher zwischen 950-1050 °C über mehrere Tage getempert.

Unter den Eisengusswerkstoffen nimmt Stahlguss eine Sonderrolle ein. Er wird in der Regel in Formen gegossen und hat einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,15 % und 0,45 %. Stahlguss verbindet die hohe Härte und Zähigkeit von Stählen mit den sehr guten Verarbeitungseigenschaften von Gusseisen und kommt dann zum Einsatz, wenn Härte und Festigkeit von Grau- bzw. Temperguss nicht mehr ausreichen.

Anwendung: Grauguss ist der gängigste Eisengusswerkstoff. Wegen der sehr guten Dämpfung findet er im Maschinenbau breite Anwendung. Kanaldeckel werden in der Regel aus diesem Material gegossen. Die im Vergleich besseren mechanischen Eigenschaften machen Gusseisen mit Kugelgrafit für Kupplungen, Kurbelwellen, Auto- und Motorenteile geeignet. Temperguss hat sich für dünnwandige Bauteile mit komplexer Geometrie bewährt. Typische Verwendungsbeispiele für Stahlguss sind Schiffspropeller, Turbinen- und Motorgehäuse oder Kranhaken.

Verarbeitung: Wie der Nae schon sagt, lassen sich Eisengusswerkstoffe sehr leicht gießtechnisch verarbeiten. Auf Grund des hohen Kohlenstoffgehalts können aller-dings weder Temperguss noch Gusseisen anschließend durch Schmieden oder andere Umformtechniken bearbeitet werden. Nach dem Erstarren in der Gussform ist ledig-lich die zerspanende Bearbeitung möglich. Schweißarbeiten an Eisengusswerkstof-fen sind selten, grundsätzlich aber durchführbar.

Alternativen: Stahlwerkstoffe, Kohlefaserverstärkte Kunststoffe, Leichtbaumetalle wie Aluminium oder Magnesium

Metall

Pflock im Hafen von Šibenik, Eisenguss

Kohlenstoffgehalt verschiedener Eisengusslegierungen

Legierung Gehalt

Stahlguss 0,15-0,45 %

Gusseisen mit Lamellengrafit

2,6-3,6 %

Gusseisen mit Kugelgrafit

3,2-4,0 %

Temperguss 2,5-3,5 %



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schutz

FormenAbformen

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StahlMan kennt dies aus fast allen Gebieten Lateinamerikas und Teilen Südosteuropas. Zwischen eine Verschalung aus Bretterwänden wird zähflüssiges Beton gekippt. Ein neues Haus entsteht. Um die tragenden Wände des Gebäudes zu stabilisieren und vor äußeren Kräften und Stürmen zu schützen, werden kreisförmige Stahlprofile eingegossen. Dies nennt man Bewehrung. Für das mitteleuropäische Auge befremd-lich ist allerdings die Tatsache, dass die Stahlstangen noch Jahre nach Bezug des Hauses gerne bis zu einem halben Meter nach oben herausluken. Für den Nachwuchs wird offenbar vorgesorgt. Denn wird das Haus zu klein, setzt man einfach eine Etage oben drauf. Und dann sind die Stahlstumpen von großer Hilfe.

Eigenschaften: Stähle sind Eisenlegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,06 % und 2,06 %. Durch Zulegieren anderer Werkstoffe, den so genannten Stahl-veredlern, wird es zum vielseitigsten Werkstoff überhaupt. Beispiele stahlveredeln-der Legierungsbestandteile sind Mangan, Chrom, Nickel, Kobalt, Wolfram, Molybdän und Vanadium. Durch Chrom wird er beständiger gegen Korrosion, verschleißfester und härter. Allerdings nimmt die Dehnfähigkeit deutlich ab. Vanadium macht Stahl dauerfest und weniger spröde, und Wolfram verschafft ihm eine hohe Warmfestig-keit. Die Durchhärtung und Zähigkeit wird durch Beimischung von Mangan als Le-gierungselement erhöht, jedoch sinken die Verarbeitungsqualitäten bei der zerspa-nenden Bearbeitung ebenso wie der Grad der Verformbarkeit bei niedrigen Temperaturen. Durch das Beimischen von Silizium kann die Zerspanbarkeit dann wieder gesteigert werden.

Anwendung: Durch die Vielzahl der möglichen Legierungszusammensetzungen kann ein Stahlwerkstoff fast exakt auf seinen Anwendungsfall eingestellt werden. Je nach Gehalt von Legierungselementen spricht man von unlegiertem, niedrig legier-tem oder hoch legiertem Stahl. Niedrig legiert ist er dann, wenn die Summe der Le-gierungsbestandteile die 5 % Prozent-Marke nicht übersteigt. Enthält ein Stahl von einem bestimmten Legierungselement mehr als 5 %, gilt er als hoch legiert. Um die Vielzahl der Stahlwerkstoffe besser unterscheiden zu können, hat sich ein Ordnungs-system etabliert, in dem sowohl die unlegierten als auch die legierten Stahlsorten in Grund-, Qualitäts- und Edelstähle eingeteilt werden.

Grundstähle enthalten nur wenige Stahlveredler. Sie werden auf einfache Weise hergestellt, sind preiswert und für keine Wärmebehandlung vorgesehen. Daher weisen sie nur mäßige Gebrauchseigenschaften auf und sind nur bei geringen Bean-spruchungen einsetzbar. Im Gegensatz dazu werden Edelstähle durch eine spezielle Zusammenstellung eben für diese hochwertigen Einsatzfälle ausgelegt. Sie sind hochrein, enthalten zum Teil einen großen Anteil an Legierungselementen und sind für die Wärmebehandlung bestimmt. Anschließend weisen Edelstähle in aller Regel eine hohe Zähigkeit und Härte auf. Qualitätsstähle liegen in ihrem Anwendungspro-fil zwischen den Grund- und Edelstählen. Vom Gesetzgeber sind keine Anforde-rungen an Reinheit oder an das Verhalten bei einer Wärmebehandlung vorgeschrie-ben.

Neben der Einteilung entsprechend der Menge beigemischter Legierungsbestandtei-le werden zahlreiche Bezeichnungen verwendet, die den Einsatzzweck der unter-schiedlichen Stahlsorten ausdrücken. Demnach teilt man Stähle in die Hauptgruppen Bau-, Konstruktions- und Werkzeugstähle ein. An Baustähle werden vielfältige An-forderungen gestellt. Sie sollten eine hohe plastische Verformbarkeit bei schlagar-tiger Beanspruchung aufweisen, gut zu verarbeiten, warmfest, korrosions- und hit-zebeständig sein und je nach Einsatzzweck über eine gute Leitfähigkeit für Wärme verfügen. Zu den Baustählen zählen beispielsweise Hochbau-, Spann-, Draht- und Schienenstähle.

Einsatz-, Nitrier- und Vergütungsstähle sind Konstruktionswerkstoffe, die sich im Besonderen für eine Wärmebehandlung eignen. Die Randzone von Einsatzstählen ist sehr hart, so dass sich diese Stahlsorte vor allem für Zahnräder oder andere hoch-belastete Bauteile eignet. Wird ein sehr verschleißfester Werkstoff benötigt, eignen sich Nitrierstähle, die durch Einbringung von Stickstoff in den Randzonenbereich eine extrem hohe Härte aufweisen. Vergütungsstähle kommen für dynamisch bean-spruchte Maschinenteile wie Wellen, Achsen und Walzen zur Anwendung, da sie durch Härten und anschließendes Anlassen eine enorme Festigkeit aufweisen.

Stahlbewehrter Beton

„NOON watch“, nickelfreier Stahl, Design: Peter Naumann

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Werkzeugstähle werden, wie der Name schon sagt, hauptsächlich zur Anfertigung von Werkzeugen verwendet. Man teilt sie entsprechend ihrer Eignung für die unter-schiedlichen Temperaturbereiche in Kalt-, Warm- und Schnellarbeitsstähle ein. Kalt-arbeitsstahl wird bis zu einer Temperatur von maximal 200 °C eingesetzt und eignet sich insbesondere für den Formenbau in der Kunststoffverarbeitung und für Tief-ziehwerkzeuge. Beispiele sind 145 Cr 6 für Reibbahlen oder Chromstahl X 210 Cr 12 für Schnittwerkzeuge. Übersteigen die Temperaturen die Marke von 200 °C deutlich, wird auf einen Warmarbeitsstahl zurückgegriffen (z. B. X30WCrV5-3 oder X40CrMoV5-3). Sie sind warmfest, sehr zäh und werden für die spanlose Formge-bung von Metallwerkstoffen verwendet. Typische Anwendungen sind Gießkokillen, Pressstempel oder Schmiedegesenke. Zerspan- und Umformwerkzeuge bestehen meist aus Schnellarbeitsstählen, die auf Grund ihrer chemischen Zusammensetzung bis zu einer Temperatur von 600 °C verwendbar sind. Sie haben die höchste Wärme- und Anlassbeständigkeit aller Stahlwerkstoffe. In der Kennung deuten die Buchsta-ben HS auf einen Schnellarbeitsstahl hin. Die Zahlen geben den Anteil der Legie-rungselemente Wolfram (W), Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Kobalt (Co) in Prozent an. HS 18-1-2-5 enthält beispielsweise 18 % W, 1 % Mo, 2 % V und 5 % Co. Mit Schnellarbeitsstählen können hohe Schnittgeschwindigkeiten und Schneidleis-tungen erzielt werden.

Verarbeitung: Die Verarbeitbarkeit von Stahl ist vielfältig und richtet sich nach den Legierungsbestandteilen. Während sich beispielsweise der Baustahl St 37 gut schwei-ßen aber nur mäßig zerspanen lässt, ist der Automatenstahl 9 S Mn Pb 28 wegen seiner hohen Festigkeit für die Zerspanung sehr gut geeignet. Durch die hohen Här-tewerte der meisten Stahlwerkstoffe ist die handwerkliche Bearbeitung meist schwierig und nur mit schweren Werkzeugen möglich. Wer sich eine Stahlwerkstatt einrichtet, sollte sich daher umfassend über die Stahlverarbeitung und die dafür benötigten Werkzeuge informieren. Zu diesem Thema sind zahlreiche Bücher veröf-fentlicht.

Als Grundregel gilt, dass Stahlsorten mit einem geringen Kohlenstoffgehalt leichter umzuformen sind als solche, mit einen hohen Anteil und vielen Legierungsbestand-teilen. Wärmebehandlungen erhöhen die Festigkeit und Verringern den Abrieb, so dass sich zwar die mechanischen Eigenschaften verbessern, die Verarbeitbarkeit aber deutlich schwieriger wird. Die bevorzugten Fügetechniken für Stahlwerkstoffe sind das Schweißen und Löten. Für die Oberflächenbehandlung zum dauerhaften Färben von Stahl hat sich ein einfaches Verfahren bewährt, das im Gestaltungsbereich und Modellbau gerne angewendet wird. Hierzu werden Stahlbauteile auf Temperaturen zwischen 220 °C und 300 °C erwärmt, was auch im Küchenbackofen erfolgen kann. Da sich die Anlauffärbung nachträglich nur durch mühsames Abschleifen wieder entfernen lässt, empfiehlt sich vorab der Test an einem Reststück. Vor dem Verfärben muss die Oxidschicht von der Metalloberfläche entfernt werden. Dies kann mit stark verdünnter Schwefelsäure, durch Abschleifen oder Reinigen mit Flussmittel, wie es beim Löten verwendet wird, erfolgen. Wenn die Oxidschicht komplett entfernt wur-de, perlen beim abschließenden Spülen keine Wassertropfen mehr ab.

Neben der thermischen Behandlung kann eine schwarze Färbung auch auf che-mischem Weg erfolgen. Die von der Oxidschicht befreiten Stahlteile werden hierzu in ein Wasserbad getaucht, in dem auf 3,5 Liter Wasser 6 Teelöffel Natriumthiosulfat gelöst wurden. Der Tauchvorgang sollte so lange wiederholt werden, bis sich die Schwarzfärbung eingestellt hat. Zum Schluss wird mit kaltem Wasser abgespült.

Lieferformen: Rohstahl wird in flüssiger Form erzeugt und zu Blöcken, Knüppeln, Strängen oder auch Formteilen gegossen. Stahlhalbzeuge werden normalerweise durch Ziehen oder Walzen aus den Rohstahlkörpern erzeugt. Sie sind als T- und U-Träger, Hohl- und Rohrprofile, Bleche und Bänder, Flach- und Rundstahl sowie als Drahtwerkstoffe in einem weiten Dimensionierungsbereich erhältlich.

Alternativen: Kohlefaserverstärkte Kunststoffe, Eisengusswerkstoffe, Leichtbau-werkstoffe wie Aluminium oder Magnesium

Metall

Kohlenstoffgehalt verschiedener Stähle

Legierung Gehalt

unlegierte Baustähle 0,17-0,5 %

unlegierte Einsatzstähle 0,1-0,9 %

unlegierte Vergütungs-stähle

0,2-0,6 %

legierte Werkzeugstähle 0,5-1,4 %

unlegierte Werkzeug-stähle

0,2-2,06 %

Verfärbung von Stahl bei verschie-denen Temperaturen

Farben Temp.

silbriggelb 220 °C

hellgelb 225 °C

strohgelb (hell - dunkel) 230 - 245 °C

dunkelgelb 250 °C

gelbbraun 255 °C

braun 260 °C

rotbraun (hell - dunkel) 260 - 270 °C

purpur (hell - dunkel) 275 - 290 °C

blau 295 °C

dunkelblau 300 °C



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EdelstahlDie Gebäude des kanadischen Architekten Frank O. Gehry sind keine gewöhnlichen Häuser, sondern wirken auf Grund ihrer außergewöhnlichen Formenvielfalt fast wie Skulpturen im Raum. Charakteristisch sind kippende Räume, gebrochene Geometrie, umgekehrte Formen und Rundungen in allen Variationen. Um seine Formensprache nach außen hin noch viel deutlicher zur Geltung zu bringen, setzt Gehry häufig auf das Element der Lichtreflexion und stattet seine Entwürfe mit Metallfassaden aus. Beste Beispiele sind das Guggenheim Museum in Bilbao oder die Walt Disney Con-cert Halle in Los Angeles. Um die Fassaden vor Korrosion zu schützen, verwendet der Kanadier gerne Edelstahl wie beim Neuen Zollhof in Düsseldorf. Diese Stahlsorte ist hochfest, witterungsbeständig und rostet nicht. Sie eignet sich daher für Außenan-wendungen wie Balkonberüstungen, Schornsteine und Stadtmöbiliar (Parkbänke, Haltestellen für Bus und Bahn).

Eigenschaften: Jedoch wissenschaftlich korrekt ist unsere Vorstellung von Edelstäh-len nicht, denn es existieren für besondere Anwendungen auch edle Stahlsorten, die chemisch wenig beständig sind und auch rosten können. In der Fachliteratur werden Stahlwerkstoffe daher dann als Edelstähle bezeichnet, wenn sie einen hohen Rein-heitsgrad besitzen und durch genaue Einstellung des Eigenschaftsprofils für eine besondere Wärmebehandlung und spezielle Anwendungen vorgesehen sind. Edel-stähle sind hart und zäh und eignen sich für hochbeanspruchte Bauteile. Sie enthal-ten weniger als 0,035 % Schwefel und Phosphor, können mit Nickel, Titan oder Mo-lybdän legiert oder mit Stahlveredlern in ihren Qualitäten optimiert werden. Kennzeichnend ist ein hoher Chromgehalt, der in der Regel einen Anteil von 10 % übersteigt. Nichtrostende Edelstähle enthalten zudem meist mehr als 2,5 % Nickel und weniger als 1,2 % Kohlenstoff. Edelstahloberflächen sind korrosions- und hitze-beständig, hygienisch, leicht zu reinigen, optisch ansprechend und daher für Anwen-dungen in der Küche, im Sanitärbereich und für die Innenarchitektur sehr geeignet. Auch spiegelnde Oberflächen können hergestellt werden, so dass Edelstahl selbst bei Schmuckstücken Verwendung findet.

Anwendung: Edelstähle sind überaus vielfältig anwendbar. Typische Anwendungen reichen von Produkten mit hoher Witterungsbeständigkeit für den Außenbereich, über Messer und Bestecke im Haushalt, bis hin zu medizintechnischen Produkte. Darüber hinaus finden Edelstähle bei Sportartikeln Verwendung und werden zu Bauteilen für Pumpen, Duschkabinen oder Wasseraufbereitungsanlagen verarbeitet, wo die hohe Korrosionsbeständigkeit besonders geschätzt wird. Aus Edelstahl sind beispielsweise Armaturen, Wasserkocher, Spülbecken, chirurgische Instrumente, Zapfanlagen, chemische Apparate, Silos für den Agrarbereich, Kaffeemaschinen, Weinbaupfähle, Leitern im Schwimmbad, Öfen, Kessel und Waschmaschinen.

Verarbeitung: Die Bearbeitung von Edelstählen ist auf Grund der hohen Festigkeit schwer. Bleche können gewalzt, tiefgezogen und gebogen werden. Für die Oberflä-chenbehandlung kommen Schleif- und Poliertechniken zur Anwendung. Grob ge-bürstete Edelstahlflächen sind im Möbelbereich sehr beliebt. Die zerspanende Bear-beitung ist meist nur mit scharf geschliffenen Werkzeugen aus hochlegiertem Schnellarbeitsstahl oder Hartmetall möglich. Es existieren auch Edelstahlwerkstoffe, die sich sehr gut schweißen lassen.

Lieferformen: Edelstähle werden in der Regel als Blechmaterial angeboten. Ty-pische Edelstahlsorten sind: X20Cr13, X2CrNi12, X5CrNi18-10, X8CrNiS18-9, X5Cr-NiMo17-12-2, X15CrNiSi25-21, X6CrNiTi18-10, X6Cr17. Das X in der Bezeichnung be-deutet, dass es sich um einen hochlegierten Stahl mit Legierungselementen von mehr als 5 % handelt. Die Zahl dahinter gibt den mit 100 multiplizierten Kohlen-stoffgehalt an. Darauf folgen die Legierungselemente mit dem jeweiligen Anteilen in Prozent. X5CrNi18-10 enthält also, 5 % Kohlenstoff, 18 % Chrom und 10 % Ni-ckel.

Alternativen: Nickel, Titan, Stahl mit Beschichtungen

„Neuer Zollhof“ im Düsseldorfer Medienhafen, Edelstahlfassade, Architekt: Frank O. Gehry

„Schmuckkollektion”, Edelstahl, Polymethylmethacrylat (PMMA), Silikon, Design: Fabian Seibert

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Aluminium (Al)Aluminium ist ein sehr leichtes Metall und daher für den Flug- und Fahrzeugbau von besonderem Interesse. 1994 war der Automobilhersteller Audi einer der ersten, der in einem Serienfahrzeug eine Aluminiumkarosserie einsetzte. Die ersten A4-Modelle liefen vom Band, und es war noch sehr schwierig, den Werkstoff komplikationsfrei zu verarbeiten, da beim Schweißen starker Verzug auftrat. Heute werden die Tech-niken beherrscht und Aluminium hat sich zu einem der bedeutendsten technischen Materialien überhaupt entwickelt.

Die Aluminiumerzeugung ist sehr energieaufwendig. Für die Herstellung einer ver-gleichbaren Menge Kupfer wird etwa nur 1 % der Energie benötigt. Ein Teil der Aluminium produzierenden Industrie hat sich daher in den letzten Jahren auf Island fokussiert, wo Erdwärme und Wasser für die Stromerzeugung in großer Menge vor-handen sind. Die Energiekosten sind für die wirtschaftliche Aluminiumgewinnung so entscheidend, dass es sich rechnet, das Rohmaterial Bauxit zur Energiequelle zu brin-gen. Mittlerweile machen Aluminiumprodukte etwa 20 % des gesamten isländischen Exportvolumens aus. 2002 hat die isländische Regierung sogar dem Bau der größten Aluminiumhütte Europas zugestimmt. Die Energie soll aus einem Staudamm kom-men, der das Schmelzwasser des Gletschers Vatnajökull auffängt. Was ein Segen für die Wirtschaft zu sein scheint, wird langsam zu einer Bedrohung für die einzigartige Natur einer Atlantikinsel.

Ein Großteil der deutschen Aluminiumproduktion wird daher in Deutschland bereits seit Jahren aus recyceltem Sekundäraluminium gewonnen. Für die Aufbereitung aus Schrott fällt etwa nur 10 % der Energiemenge der Erstgewinnung an.

Eigenschaften: Neben Magnesium und Titan gehört Aluminium mit einer Dichte von lediglich 2,7 g / cm³ zur Gruppe der Leichtmetalle. Es ist das am häufigsten vor-kommende Metall in der Erdkruste. Etwa 7,5 % des Krustenmaterials bestehen aus Aluminium. Reinaluminium weist nur wenige Spuren anderer Elemente auf. Es hat einen Reinheitsgrad zwischen 98 % und 99,9 %, ist weich und hat nur eine geringe mechanische Festigkeit allerdings bei hoher chemischer Beständigkeit. Diese Alumi-niumsorten finden im Verpackungswesen, bei Küchengeräten oder im chemischen Apparatebau Anwendung. Charakteristisch ist die weiß-silbrige Farbe. An der Luft bildet Aluminium eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche aus. Sie schützt das Metall vor Korrosion und Verwitterung. Aluminium leitet Wärme und elektrischen Strom gut. Es ist geschmacksneutral und für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelas-sen. Da dünne Al-Folien nur wenig durchlässig sind für Gase, werden sie gerne zur Frisch-Aufbewahrung und zum Transport von Lebensmitteln verwendet. Neben Reinaluminium unterscheidet man Reinstaluminium mit einem Reinheitsgrad zwi-schen 99,9 % und 99,99 %.

Um die sehr guten Eigenschaften von Aluminium, also geringe Dichte bei sehr hoher Korrosionsbeständigkeit und guter elektrischer Leitfähigkeit, für technische Anwen-dungen nutzen zu können, werden verschiedene Legierungselemente wie Magnesi-um, Kupfer, Mangan und Zink zugeführt, die die mechanische Festigkeit erhöhen. Außerdem verbessern Zusätze die Verarbeitbarkeit von Aluminiumwerkstoffen. So können Al-Knetlegierungen besonders gut bei niedrigen Temperaturen verformt werden. Al-Gusslegierungen weisen durch Zusatz von 5-20 % Silizium oder 1-3 % Magnesium sehr gute Gießeigenschaften auf.

Anwendung: Aufgrund seines geringen Gewichts bei gleichzeitig guter Festigkeit wird Aluminium im Verkehrswesen, in Flugzeugen, Schienen- und anderen Kraft-fahrzeugen verwendet. Die niedrige Dichte wird im Transportwesen geschätzt, und seine Korrosionsbeständigkeit macht es für den Bau interessant. Weitere Einsatzge-biete liegen in der Verpackungs- und Elektroindustrie. Da Aluminium das günstigste Verhältnis von elektrischer Leitfähigkeit zu Dichte aufweist, hat es Kupfer als Werk-stoff für Überlandleitungen weitestgehend ersetzt. Im Haushaltsbereich werden beispielsweise Kaffeemaschinen oder Bügeleisen mit Aluminium ummantelt. Der Werkstoff ist eines der wichtigsten Materialien für Einwegverpackungen wie z. B. Getränkedosen, Konserven oder Aluminiumfolie zum Frischhalten von Lebensmit-teln. Gebürstete Aluminiumoberflächen sind im Möbel- und Accessoiresbereich seit einigen Jahren beliebt. Im optischen Bereich werden Al-Oberflächen auf Grund ihres hohen Reflexionsvermögens als Spiegelelemente oder für Scheinwerfer verwendet. Radfahrer schätzen das geringe Gewicht eines Aluminiumrahmens.

Metall

Alukoffer, © Claudia Hautumm / PIXELIO

“CLEVER“ – Stadtfahrzeug für 2 Personen in Tandem-Sitzanordnung, Aluminium-leichtbaukonstruktion mit GFK-Kunststoff-verkleidung, Hersteller: BMW, Design: Peter Naumann



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Verarbeitung: Aluminiumlegierungen lassen sich in der Regel sehr leicht umfor-men, biegen, pressen und schmieden. Bei Treibarbeiten mit dem Hammer sollte die hohe Rückfederung des Werkstoffs berücksichtigt werden. Scharf gebogene Kanten reißen leicht ein. Daher sollte möglichst gegen die Walzrichtung des Blechmaterials gearbeitet werden. Al-Gusslegierungen können mit den üblichen Gießtechniken Sand-, Druck-, Fein-, Band- und Kokillengießen formgebend verarbeitet werden. Bei der zerspanenden Bearbeitung werden gute Ergebnisse mit hoher Schnittgeschwin-digkeit und großem Spanwinkel erzielt. Bohrer sollten enge Wendeln besitzen. Eine Schmierung und Kühlung mit Bohremulsion oder Seifenwasser ist vorteilhaft. Da beim Zerspanen die Gefahr von Aufbauschneiden droht, ist Schleifen nur mit spezi-ellen Schleifscheiben möglich. Vor dem Löten bzw. Schweißen müssen Aluminium-formteile von ihrer Oxidationsschicht befreit und die Neubildung verhindert werden. Hierzu kommen Flussmittel und Spezial-Lote zum Einsatz. Beim Schweißen ist die Verwendung eines Schutzgases wie Argon oder Helium zu empfehlen. Einfache Ver-bindungen können auch beim Kleben erzeugt werden. Hier eignen sich Reaktions-klebstoffe auf der Basis von Epoxidharz, Polyurethan oder Cyanacrylat ganz beson-ders. Stabilere Klebungen ergeben sich durch leichtes Aufrauen der Klebefläche. Reaktionsklebstoffe sind selbstverständlich auch geeignet, Aluminium mit anderen Materialien zu verbinden. Aluminiumoberflächen können leicht geschliffen und poliert werden. Der entstehende Glanz wird nach der Bearbeitung mit einem Klar-lacküberzug fixiert. Ein Bad in 15-prozentiger Soda- oder einer Kochsalzlösung wirkt ähnlich konservierend. Vor einer Lackierung muss nur dann eine Grundierung ange-bracht werden, wenn der Lack allein nicht ausreichend deckt. Dekorative Oberflä-chen in den unterschiedlichsten Farben werden an Aluminiumteilen auch durch elektrolytische Oxidation in schwefel- oder chromsauren Bädern aufgebracht. Das Verfahren nennt sich Anodisieren, ist aber auch unter dem Begriff Eloxieren be-kannt. Eloxalschichten können transparent oder dicht ausgeführt sein. Sie lassen sich mit dem Laser gravieren. Zur Dekoration wird vielfach anodisiertes Folienmaterial als Geschenkband oder Flitter verwendet.

Lieferformen: Aluminiumhalbzeuge werden in Form von Bändern, Blechen, Stan-gen, Rohren und Profilen vertrieben. Drähte sind in unterschiedlichen Durchmessern vorhanden. Für Verpackungen werden Aluminiumfolien mit Dicken bis in den Mikro-meterbereich gefertigt.

Alternativen: Magnesium, Stahl, glas- und kohlefaserverstärkte Kunststoffe (GFK, CFK), Kupfer

Kupfer (Cu)Die grüne Patina auf dem Dach des Bremer Rathauses ist ein klassisches Indiz für die Verwendung von Kupferblech, einem der traditionellsten Werkstoffe überhaupt. Sie besteht aus ungiftigem Kupfercarbonat und / oder Kupferhydroxidsulfat und schützt das Schwermetall vor Korrosion. Kupferdächer haben eine besonders lange Lebens-dauer und können der Witterung für mehrere hundert Jahre ausgesetzt sein. Neben Legierungen, die zu fast 100 % aus Kupfer bestehen, haben vor allem Legierungen aus Kupfer und Zink (z. B. Messing) sowie solchen aus Kupfer und Zinn eine hohe Bedeutung in vielen Anwendungsbereichen. Kupfer-Zinn-Legierungen mit mindes-tens 60 % Cu sind als „Bronzen“ bekannt. Entsprechend des Anteils der verschie-denen Legierungselemente, unterscheidet man Phosphor-, Zinn-, und Alumini-umbronzen. Sie werden in der Kunst seit Jahrtausenden verwendet. Ein prominentes Beispiel sind die Bremer Stadtmusikanten, die von Gerhard Marcks 1953 gegossen wurden und einen Platz direkt neben dem Rathaus gefunden haben. Angeblich soll das Umfassen der Beine des Esels direkt oberhalb der Knöchel Glück bringen. Auf Grund des hohen touristischen Interesses ist die Patina an diesen Stellen verschwun-den.

Eigenschaften: Mit einer Dichte von 8,92 g / cm³ zählt Kupfer zu den Schwermetal-len. Im Vergleich weist Magnesium beispielsweise nur einen Dichtewert von 1,74 g / cm³ auf und ist damit fünf mal leichter. Ohne Patina hat Kupfer eine hellrote Far-be. Man kennt diese insbesondere von Rohren, elektrischen Drähten und Leitungen. Auf Grund seiner außerordentlich guten elektrischen Leitfähigkeit ist die Elektro-technik der bedeutendste Anwendungsbereich. Ähnlich gute Eigenschaften hat Kupfer bei der Leitung von Wärme. Der Zusatz von Nickel führt zu einer silberwei-ßen oder edelstahlartigen Oberfläche. Daher werden Kupferlegierungen mit Zink

Patina auf einer Kupferlegierung

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und Nickel auch Neusilber genannt. Der Schmelzpunkt des Werkstoffs liegt bei einer Temperatur von 1083 °C. Die Festigkeitswerte des Materials sind abhängig von den jeweiligen Legierungsbestandteilen. Reinkupfer hat im Vergleich zu seinen Legie-rungen die geringste Festigkeit. Die Zufuhr von Wärme reduziert diese bei allen Kupfersorten. Auf Grund seiner Kristallstruktur besitzt Kupfer eine hohe Duktilität, also eine sehr gute Verformbarkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit. Gegenüber Sauerstoff, wässrigen Lösungen, schwefelfreien Ölen und anderen organischen Stof-fen besitzt das Schwermetall eine gute Korrosionsbeständigkeit. Schwefelhaltige Substanzen greifen Kupfer in der Regel an (Beispiel: vulkanisiertes Gummi). Zusam-men mit den Luftnebenbestandteilen Wasserdampf, Kohlensäure und Kohlendioxid oxidiert Luftsauerstoff die Kupferoberfläche und bildet die bekannte grüne Patina, die das Metall langfristig vor weiterer Korrosion schützt und auch beständig gegen Meerwasser ist. Nicht verwechseln sollte man die Patina mit Grünspan. Dieser ist giftiges Kupferacetat, das aus einer Reaktion von Essigsäure mit Kupfer hervorgeht. Daher sind Kupferbehältnisse nicht geeignet zur Lagerung und zum Transport von Fruchtsäften, Weinen und säurehaltigen Flüssigkeiten.

Zusammensetzung einiger Kupferlegierungen

Legierung Kurzbezeichnung Zusammensetzung

Messing CuZn 37 37 % Zink, Rest Kupfer

Zinnbronze CuSn 8 8 % Zinn, Rest Kupfer

Aluminium-bronze

CuAl 10 Fe 3 Mn 2 10 % Aluminium, 2-4 % Eisen, 1,5-3,5 Mangan, <1 % Nickel, Rest Kupfer

Neusilber CuNi 18 Zn 20 18 % Nickel, 20 % Zink, Rest Kupfer

Anwendung: 60 % der gesamten Kupferproduktion wird in der Elektroindustrie zu Kabeln und Leitungen verarbeitet. Ein weiterer großer Anteil geht in den Sanitär- und Baubereich. Typische Verwendungsbeispiele sind Leiterbahnen, Spulen, Wicklun-gen von Transformatoren und Generatoren. In der Architektur sind Dächer aus Kup-ferblechen besonders beliebt. Durch seine guten Reflexionseigenschaften für Infrarotstrahlung wird der Werkstoff für die Laser-Herstellung verwendet. Auf Grund der keimhemmenden Wirkung ist Kupfer für den Kesselbau bei Brauereien oder Trinkwasserleitungen beliebt. Ähnliche Eigenschaften werden bei Tür- und Fenster-griffen genutzt. Die gute Wärmeleitung macht den Werkstoff außerdem für Kühl-schlangen interessant. Außerdem ist Kupfer seit der Antike ein wichtiger Werkstoff für die Münzherstellung. Heute besteht das 50 €-Cent Stück aus dem so genannten „Nordischen Gold“, einer Legierung aus 89 % Kupfer, 5 % Aluminium, 5 % Zink und 1 % Zinn. Im Kunstbereich kommen Kupferbleche auf Grund der leichten Verarbeit-barkeit häufig zum Einsatz. Emailliertes Kupfer wird auch für Schmuck verwendet.

Verarbeitung: Kupfer lässt sich bestens kalt verformen. Mit der entsprechenden Ausrüstung sind selbst Treibarbeiten mit dem Hammer sehr gut durchzuführen. Der Werkstoff lässt sich sehr gut tiefziehen. Auf Grund von Versprödungserscheinungen durch Ausscheidung von Verunreinigungen sollten Biegungen nicht bei Tempera-turen zwischen 350 °C und 650 °C vorgenommen werden. Da Kupfer dazu neigt zu schmieren, sind zerspanende Bearbeitungsprozesse wie Fräsen oder Drehen nur mit mäßigem Erfolg durchzuführen. Zur Erzielung passabler Ergebnisse sollten Schneid-werkzeuge (Bohrer, Sägeblätter) hinterschliffen sein und Bohrerspitzen einen Spit-zenwinkel um 140° besitzen. Da Kupfer zur Aufnahme von Gasen neigt, wird es nur selten vergossen. Cu-Gussteile sind porös und haben kein Gefüge mit gleichmäßig guten Eigenschaften. Zur Herstellung von Halbzeugen werden Cu-Barren warm oder kalt zu Blechen und Bändern gewalzt oder zu Drähten und Rohren gepresst bzw. gezogen. Kupfer lässt sich sehr gut löten. Schweißen unter Schutzgas ist möglich. Zum Kleben eignen sich vor allem Reaktionsklebstoffe auf der Basis von Epoxidharz, Polyurethan oder Cyanacrylat. Für besonders stabile Klebungen sollten die Klebeflä-che vorher angeraut werden. Auch unterschiedliche Materialien lassen sich mit Re-aktionsklebstoffen verbinden. Im Modellbau können auch Ruderer L 530 oder UHU-hart verwendet werden. Zur Erzielung einwandfreier Kupferoberflächen lassen sich Schleif- und Poliertechniken komplikationsfrei anwenden. Soll die Oberfläche glän-zend bleiben, ist eine Lackierung mit einem Klarlack unumgänglich. Außerdem sind Kupferwerkstoffe mit chemischen Mitteln ganz hervorragend und dauerhaft zu färben. Die notwendigen Chemikalien gibt es in der Drogerie oder Apotheke. Einen gleichmäßigen Überzug erreicht man, wenn man das Metall vollständig in ein Bad

Metall



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mit der wässrigen Chemikalienlösung taucht. Der Behälter sollte dabei aus Glas, Porzellan oder Polyethylen sein. Größere Teile müssen mit dem Pinsel oder einem Tuch bestrichen bzw. betupft werden. Gummihandschuhe und Schutzbrille sind emp-fehlenswert. Vor dem Verfärben muss allerdings die Oxidschicht von der Metallober-fläche entfernt werden. Dies geschieht durch Waschen mit Spülwasser, in stark ver-dünnter Schwefelsäure, durch Abschleifen oder Reinigung mit Flussmittel, wie es beim Löten verwendet wird. Wenn beim abschließenden Spülen keine Wassertrop-fen mehr abperlen, ist das Metall sauber. Vor dem Färben ist zu empfehlen, den ge-wünschten Farbton an einem Reststück zu prüfen.

Grünspan: 3 Teile Kupfercarbonat, 1 Teil Ammoniumchlorid (Salmiak), 1 Teil Kupfer-acetat, 1 Teil Weinstein und 8 Teile Essigsäure (Essigessenz) mischen und mit Pinsel oder Tuch auf das Metall auftragen. Nach einigen Tagen bildet sich die grüne Ober-flächenschicht. Grünspaneffekte können auch mit fertigem PATINIERMITTEL und anschließender Nachbehandlung erzeugt werden. Eine preiswertere Alternative ist der Saft des Dosensauerkrauts.

Braun: 2 Teelöffel Kalischwefelleber (Kaliumsulfid) in 4,5 Litern heißem Wasser lö-sen. Das zu färbende Teil dann solange in die Lösung tauchen, bis sich der gewünsch-te Farbton eingestellt hat. Abschließend mit kaltem Wasser abspülen.

Schwarz: 1 Teelöffel Kalischwefelleber (Kaliumsulfid) und gut 1 / 4 Teelöffel Ammoni-akwasser in 1 Liter kaltem Wasser lösen. Das Werkstück eintauchen, bis sich der ge-wünschte Farbton eingestellt hat.

Lieferformen: Kupferdraht ist in Durchmessern von bis zu 0,1 mm erhältlich. Wei-tere typische Kupferhalbzeuge sind nahtlos gezogene Rohre, gewalzte Bänder und Bleche. Auch Bronzen werden als Rohre, Stangen und Bleche angeboten. Chile ist das Land mit der größten Kupferproduktion weltweit. Auf Grund des stark gestiege-nen Werkstoffpreises wird Kupfer in zunehmendem Maße recycelt. Das Preisniveau ist höher im Vergleich zu Stahlwerkstoffen und vergleichbar mit Aluminium.

Alternativen: Edelstahl, Chrombeschichtungen, elektrische Leitungen aus Silber

MessingMessing ist eine Kupfer-Zink-Legierung mit einem Zinkanteil von maximal 45 % und auf Grund der Besonderheiten bei der Klangentfaltung vor allem als Werkstoff für Blasinstrumente bekannt.

Eigenschaften: Für Dekore oder Schmuckstücke ist das goldfarbene Material seit Jahrhunderten im Einsatz. Je nach Legierungsbestandteilen können Messinge aber auch grünlich schimmern oder eine fast rötliche Farbe annehmen. Obwohl der Werk-stoff eine gute Witterungsbeständigkeit hat, lässt sich das Stumpfwerden oder der grün-gräuliche Belag meist nicht vermeiden. Messing ist härter als Kupfer, weniger fest als Bronze und zeichnet sich durch gute Korrosionsbeständigkeit und leichte Verform- und Spanbarkeit aus. Die Wärmeleitfähigkeit ist ausgezeichnet. Messing wiegt pro Kubikzentimeter etwa 8,3 g und schmilzt bei Temperaturen zwischen 900 °C und 925 °C. Wegen seiner herausragenden Zerspanbarkeit am weitesten ver-breitet ist der Messingwerkstoff mit der Bezeichnung CuZn39Pb2. Er enthält neben 39 % Zink auch Blei. Früher hatte Messing noch eine eigene Bezeichnung, in der der Kupfergehalt besonders herausgestellt wurde. Ms58 enthält beispielsweise einen Cu-Anteil von 58 %. Diese alten Bezeichnungen sind längst nicht verschwunden und tauchen immer mal wieder auf. Messingsorten mit einem Kupferanteil von mehr als 70 % werden Tombak oder Goldmessing genannt.

Anwendung: Auf Grund der goldähnlichen Anmutung ist Messing schon seit dem Mittelalter bei Künstlern beliebt. Noch heute werden Beschläge und Dekorbleche in der Möbelindustrie oder Klingelschilder aus dem Material gefertigt. Die gute Witte-rungsbeständigkeit macht es insbesondere für das Baugewerbe geeignet. Typische Anwendungen hier sind Rohre und Armaturen. In Masse produzierte Drehteile wer-den auf Grund der guten Zerspanbarkeit häufig aus Messing hergestellt. Messing-hülsen für Lippenstifte und Feuerzeuge werden tiefgezogen. Die gute Umformbar-keit macht es auch für die militärische Munitionsherstellung besonders geeignet.

Messing Trompete

Verschiedene Patiniermuster

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Allgemeines

Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

Holz Kork

PapierPappeKarton

Metall







KlebstoffKlebeband

FarbenChemiePinsel


DekoDisplayEvent

Modellbau

MöbelLichtSysteme




Anhang


Zum Löten von Kupferlegierungen oder Schweißen von Stahl kommen Lotmessinge zum Einsatz. Sie enthalten 40-43 % Zink sowie Zinn- und Mangan-Anteile.

Verarbeitung: Messing mit einem Zinkanteil von 28 % (CuZn28) hat das beste Form-veränderungsvermögen. Es wird daher bevorzugt für Tiefziehvorgänge verwendet und ist auch unter der Bezeichnung „Kartusch-Messinge“ bekannt. Nach starken Verformungen kann eine Wärmebehandlung das Metallgefüge wieder entspannen. Dazu sollte das Metall bis auf maximal 400 °C erwärmt und langsam abgekühlt wer-den. Gut zu spanende Messingsorten haben einen höheren Zinkanteil als 37 %. An dieser Stelle fällt die Zähigkeit des Werkstoffs abrupt ab, gleichzeitig verbessert sich die Härte, was sich vorteilhaft auf die Bearbeitung auswirkt. Durch Bleizusätze (0,5-3,5 %) wird die Zerspanbarkeit von Messing gesteigert. Beim Messingbohren ist Vorsicht geboten, da der Bohrer völlig unerwartet plötzlich tief ins Material gezogen werden kann. Bohrer und Sägen sollten hinterschliffen sein. Gussmessinge enthalten 36 % bis 43 % Zink und 1 % bis 3 % Blei. Sie weisen sehr gute Eigenschaften bei der gießtechnischen Verarbeitung auf. Wie Kupfer ist auch Messing ganz hervorragend zu löten. Geklebt wird am besten mit Reaktionsklebstoffen, bevorzugt auf der Basis von Epoxidharz, Polyurethan oder Cyanacrylat. Leichtes Aufrauen der Klebefläche erhöht die Stabilität der Klebungen. Messing kann unproblematisch poliert und geschliffen werden. Zur Fixierung des metallischen Glanzes ist die Oberfläche mit Klarlack zu behandeln. Wie Kupfer kann auch Messing mit chemischen Mitteln dau-erhaft gefärbt werden. Die Rezepturen findet man im Kupferkapitel.

Lieferformen: Durch Walzen wird Messing zu Blechen und Bändern verarbeitet. Drähte und Profile werden gezogen. Gängige Messingsorten für die Drahtherstel-lung sind CuZn15 oder CuZn30.

Alternativen: Edelstahl, Titannitrid-Beschichtung mit goldähnlichen Reflexionsei-genschaften, Bronze

Blei (Pb)Blei war der Menschheit schon sehr früh bekannt. Es wurde wegen seiner leichten Verformbarkeit und des geringen Schmelzpunktes von nur 327,4 °C besonders ge-schätzt. Bereits um 3000 v. Chr. schürften die Ägypter danach, im ersten vorchristli-chen Jahrtausend wurde es in Griechenland, Spanien, England und Germanien im Bergbau gewonnen. Blei war im Mittelalter eines der bedeutendsten Materialien für die Fenster repräsentativer Gebäude und Kirchen und wurde lange Zeit für Rohre und Dächer verwendet. Nachdem die toxischen Gefahren von Bleidämpfen bekannt wurden, ging die Bedeutung des Werkstoffs für Alltagsgegenstände zurück. Bleiwol-le wird heute immer noch zur Abdichtung der Übergänge von Metallarbeiten zum Mauerwerk oder von Muffenverbindungen genutzt. Es hat unabhängig von seiner Anwendung eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer.

Eigenschaften: Blei ist eines der weichsten Materialien überhaupt (Mohs-Härte: 1,5), sehr dehnbar, besonders elastisch und daher sehr gut zu verarbeiten. Es zählt mit einer Dichte von 11,34 g / cm³ zu den Schwermetallen und ist mehr als vier mal schwerer als Aluminium. Seine Farbigkeit kann man mit bläulich-weiß beschreiben. Da Blei auf weißem Papier einen grauen Strich hinterlässt, hat man früher mit Blei geschrieben. Obwohl der Bleistift lange eine Mine aus Grafit enthält, trägt er noch heute eine eigentlich falsche Bezeichnung. Die Leitfähigkeit für Strom und Wärme fällt bei Blei hingegen gering aus. Der Werkstoff hat eine gute Korrosionsbeständig-keit, da sich sehr schnell eine Oxidschicht auf der Oberfläche bildet. Frisch ange-schnittenes Blei glänzt. Der Glanz verschwindet allerdings nach kürzester Zeit. Die chemische Beständigkeit von Blei ist ansprechend. Es bleibt stabil beim Kontakt mit Schwefel- oder Salzsäure und hat daher eine gewisse Bedeutung für den chemischen Apparatebau. Bleidämpfe und Bleiverbindungen sind giftig. Daher sollten bei der Verarbeitung Handschuhe getragen werden. Für den normalen Hausmüll sind Blei-abfälle nicht geeignet.

Anwendung: Die größte Bedeutung hat Blei als Energiespeicher in der Automobil-industrie, wo etwa 60 % der gesamten Bleiproduktion Verwendung findet. 20 % gehen in die chemische Industrie. An dritter Position stehen Halbzeuge wie Rohre, Bleche, Bänder und Draht. Sie werden im Baubereich eingesetzt, werden für die

Metall

Blei ist sehr weich

Bleisorten

Sorte Zusammensetzung

Feinblei Blei mit einer Reinheit von 99,9 %

Hartblei Blei mit erhöhter Festig-keit durch Zulegieren von Antimon



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Allgemeines

Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

Holz Kork

PapierPappe

Karton

Metall

TextilienLeder

Kunstleder

BänderKetten

Schläuche


Zeichnen Grafik

Büro

WerkzeugArbeits-

schutz

FormenAbformen

Gießen

KlebstoffKlebeband

FarbenChemie

Pinsel


DekoDisplay

Event

Modellbau

MöbelLicht

Systeme

BehälterTaschen

Verpackung

BücherMagazine

Medien

KartenSpielzeug

Accessoires

Anhang

Ummantelung von See- oder Erdkabeln verwendet und dienen der Abschirmung radioaktiver Strahlung in Röntgenräumen oder bei der Lagerung radioaktiver Abfäl-le. Durch das hohe spezifische Gewicht werden Bleigewichte beim Tauchen oder zur Straffung von Gardinen verwendet. Als Legierungselement verbessern Bleizusätze die Zerspanbarkeit von Kupferlegierungen. Außerdem wird es bei der Herstellung von Farben (Bleiweiß) und Glas verwendet. Bleiglas hat herausragende optische Qualitäten und eine starke Lichtbrechung.

Verarbeitung: Blei ist leicht zu bearbeiten und kann vergossen werden. Bleche entstehen beim Walzen. Rohre werden gepresst. Wegen der geringen Zugfestigkeit kann Blei nicht durch Ziehen bearbeitet werden. Drähte sind auf Grund der geringen Härte nur wenig beständig. Für den Kunstguss wird in der Regel Hartblei mit einem Sb-Anteil von 2-4 % verwendet. Blei kann elektrolytisch beschichtet werden.

Lieferformen: Bleibleche werden in Dicken zwischen 0,5 und 15 mm, in Form von Tafeln oder als Rollenmaterial vertrieben. Bleiwolle ist in Verpackungseinheiten zu 25 kg im Fachhandel erhältlich.

Alternativen: Zink, Kupfer

Kurzzeichen und Kennwerte der wichtigsten Metallwerkstoffe

Metalle Kurzzeichen Werk-stoff-

nummer

max. Platten- bzw.Stangendurch-

messer

Härte (Brinell), HB

Zugfestigkeit Rm in N/mm²

Dehngrenze Rp0,2 /Streckgrenze Re

in N/mm²

Bruchdehnung A in %

Stahlunlegierte Stähle S185 1.0035 40 290... 510 175 (Re) 18

S235JO 1.0114 40 340... 470 225 26Vergütungsstähle C35 1.0501 40 520 270 (Re) 19

25CrMo4 1.7218 40 800... 950 600 14Nitrierstähle 31CrMoV9 1.8519 248 1000... 1200 800 (Rp0,2) 11

34CrAlNi7 1.8550 248 850... 1000 650 12Einsatzstähle C15 1.0301 131 490... 640 295 (Re) 16

20Cr4 1.7027 197 730... 920 440 10Automatenstähle 15S10 1.0710 450... 720 360 (Re) 8

35S20 1.0726 540... 740 315 8nichtrostende Edelstähle X6Cr17 1.4046 100 200 400... 630 240 (Rp0,2) 20

X2CrNi18-9 1.4307 160 215 450... 680 175 45Federstahl 55Cr3 1.7176 310 1320... 1720 1175 (Rp0,2) 6

54SiCr6 1.7102 270 1320... 1570 1130 6EisengusslegierungenGusseisen GGG-40 0.7040 390 250 (Rp0,2) 15

GGG-Ni22 0.7670 370 170 20Temperguss GTW-40-05 0.8040 12* 220 400 220 (Rp0,2) 5

GTS-35-10 0.8135 12* 150 350 200 10Stahlguss GS-52 1.0552 520 260 (Rp0,2) 18

GS-22Mo4 1.5419 440... 590 245 22AluminiumlegierungenKnetlegierungen(Stangenmaterial)

AlMn1 3.0515 30 40 130 90 (Rp0,2) 6AlMG1 3.3315 35 40 140 90 6

Al99 3.0205 18 32 110 80 5AlCuMgPb 3.1655 50 100 370 250 7

AlZn4,5Mg1 3.4335 50 100 350 280 10Gusslegierungen G-AlSi12 3.2581.01 45... 60 160... 210 70... 100 (Rp0,2) 5... 10

G-AlMg3 3.3541.01 50... 60 140... 190 70... 100 3... 8GK-AlSi5MG 3.2341.02 65... 85 180... 240 110... 150 2... 5

Kupfer-KnetlegierungenKupfer-Zink-Legierungen CuZn28 2.0261.26 5 350... 420 >200 (Rp0,2) 33

CuZn33 2.0280.10 5 280... 360 <170 50CuZn40 2.0360.10 15 340 <240 43

Kupfer-Zinn-Legierungen CUSn4 2.2016.10 5 330... 380 < 190 (Rp0,2) 50CuSn6 2.1020.10 10 350... 410 <300 55CuSn8 2.1030.30 5 540... 630 >470 25

Kupfer-Aluminium-Legierungen CuAl8 2.0920.10 120 90 370 120 (Rp0,2) 35CuAl9Mn2 2.0936.97 50 150 590 250 12

CuAl10Fe3Mn2 2.0936.98 50 180 690 340 7Kupfer-Gusslegierungen

G-CuZn15 2.0241.01 45 170 70 (Rp0,2) 25GK-CuZn37Al1 2.0595.02 105 450 170 25GZ-CuZn25Al5 2.0598.03 190 750 480 5

G-CuAl9Ni 2.0970.01 110 500 200 20Magnesium-LegierungenKnetlegierungen MgMn2 3.5200 80 40 200 145 (Rp0,2) 15

MgAl6Zn 3.5612 80 44 270 175 10MgAl8Zn 3.5812 80 60 310 215 6

Gusslegierungen G-MgAl9Zn1 3.5912.01 50... 65 160... 220 90... 120 (Rp0,2) 2... 5GD-MgAl6 3.5662.05 55... 70 190... 230 120... 150 4... 8

G-MgAl8Zn1 3.5812.01 50... 65 160... 220 90... 110 2... 6Titan-Knetlegierungen

Ti 99,7 3.7035.10 80 150 390-540 250 (Rp0,2) 22Ti Al 5 Sn 2 3.7115.10 80 790 760 6

TiAl 6 V 4 3.7165.10 80 890 820 6Bleilegierungen

GD-Pb 95 Sb 10 50 15GD-Pb 85 SbSn 18 70 8

ZinnlegierungenGD-Sn 80 Sb 30 115 2,5

GD-Sn 60 SbPb 28 90 1,7

*Durchmesser der Zugprobe

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Nach dem Verschwinden der traditionellen Bekleidungsindustrie in Westeuropa Richtung Südostasien nimmt die wirtschaftliche Bedeutung der klassischen textilen Fasermaterialien immer weiter ab. Gleichzeitig werden technische Textilien von professionellen Kreativen, Architekten und Designern immer häufiger eingesetzt. Dieses liegt an den enormen Potenzialen, die für diese Werkstoffgruppe in den letz-ten Jahren erschlossen wurden und die sie in vielen Anwendungsbereichen nahezu alternativlos machen. Modulor wird daher in den nächsten Jahren sein Programm und die Angebotspalette im Textilbereich in Richtung technischer Applikationen weiter ausbauen.

Klassische textile Produkte für die Architektur, den Messe- und Modellbau sind Drahtgewebe. Diese kommen mit Ihren dekorativen Strukturen insbesondere im Sichtbereich von Fassaden und als Raumteiler zum Einsatz. Außerdem können sie Abschirmfunktionen vor elektromagnetischen Schwingungen, Schallwellen oder Sonnenstrahlen übernehmen.

Bei Dach- und Hallenkonstruktionen haben textile Werkstoffe unter dem Leichtbau-Aspekt in einer Vielzahl neuer Architekturen die traditionellen Baumaterialien wie Beton und Glas teilweise ersetzt. So sind in den letzten Jahren vor allem beschichte-te Textilmembrane aus hochfesten und witterungsbeständigen Fluorpolymerfasern entwickelt und eingesetzt worden. Man denke nur an die neue Fußballarena in München, die aus einer beeindruckenden Wabenstruktur aus knapp 3000 Polymer-kissen besteht, oder die aufblasbaren Zeltkonstruktionen der Festo AG. Und auch aus dem futuristischen Neubau des Olympiastadions in Peking sind textile Membra-nstrukturen gar nicht mehr wegzudenken.

Im Landschafts- und Straßenbau zählen Textilien schon seit einiger Zeit zu den etab-lierten Materialien. Gewebe und Kettengewirke schützen beispielsweise in Dämmen das Erdreich vor dem Abrutschen. Faservliese werden beim Kanal- und Straßenbau verwendet, um verschiedene Erdschichten voneinander zu trennen. Das Verlegen von Kunstrasen ist ohne textile Unterstützung gar nicht denkbar, und auch im Gar-tenbau oder beim Anlegen von Blumenbeeten übernehmen Agrartextilien entschei-dende Funktionen. Funktionsstoffe finden außerdem Einsatz, um verseuchte Böden von Kontaminationen zu befreien.

Ein ähnlich weites Anwendungsfeld haben sich technische Textilien im Sportbereich und für mobile Anwendungen erschlossen. Hier werden neben dem Wunsch nach einem leichten Werkstoff vor allem hohe Festigkeitsansprüche erwartet. So werden schon seit Jahren die Sportgeräte und Fahrräder unserer Hochleistungsathleten aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen gefertigt, einer Werkstoffkombination, die auch in der Luftfahrt und beim Schiffsbau immer mehr an Bedeutung gewinnt. Surfbretter, Sturzhelme, Segelflugzeuge, Gangways für den Yachtbau, Segelmaste oder die Flü-gel von Windkraftanlagen sind weitere Beispiele für die Verwendung dieser hoch-festen Faserstoffe. Und sogar die Stabilität unserer Autoreifen wäre ohne den Ein-satz von Metallgeweben gar nicht denkbar.

Weitere interessante Beispiele technischer Textilien sind Abstandsgewirke mit be-sonders druckelastischen Qualitäten für Polstermöbel und Matratzen. Der doppel-wandige Aufbau sorgt für eine gute Belüftung und unterstützt den Transport von Feuchtigkeit und Körpergerüchen. Gleichzeitig wirkt die elastische Struktur wärmei-solierend und ist überaus anpassungsfähig, was sie für Funktionsbekleidungen wie Motorradanzüge besonders geeignet macht. Durch in den Zwischenraum eingela-gerte Silikonkissen, die bei einem Aufprall abrupt erhärten, kann die Druckelastizität für Spezialanwendungen auf ein Vielfaches erhöht werden.

Bei Regen- und Outdoorbekleidung werden derzeit auch Erkenntnisse aus der Bio-nikforschung in Produktanwendungen überführt. Selbstreinigende Textiloberflä-chen sind wohl das beste Beispiel dafür. Ihre Funktionsweise wurde inspiriert vom viel zitierten Lotusblumeneffekt. Der Öffnungs- und Schließmechanismus der Tan-nenzapfen gilt als Grundlage für die Entwicklung von wasser- und luftdichten Membranen mit steuerbarer Wasserdampfdurchlässigkeit, die unser Wohlbefinden im natürlichen Nass nachhaltig steigern soll. Für Extremsportler und den nächtlichen Einsatz ist zudem die Verwendung Licht erzeugender textiler Flächen von großer Bedeutung. Diese können zum Beispiel durch spezielle Pasten erzeugt werden.

Textilien

Allianz-Arena, München, © Andreas Helminger / PIXELIO

Abstandstandsgewirk

Kohlefasergewebe

Wissenswertes Materialien zumBuchbinden

Vliesstoffe und Filz Dekotextilien Leder, Lederfaserstoff,Kunstleder

Technische Textilien


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In Zukunft werden im Bereich der „smart textiles“ (intelligente Textilien) durch Ver-wendung von elektrisch leitenden Polymerfasern und die Integration von Hilfsmit-teln zur Kommunikation und Musikwiedergabe die größten Entwicklungssprünge bei technischen Textilien vermutet. Das Gebiet der »Wearable Computing« ist als Forschungsgebiet an vielen Universitäten bereits weit entwickelt. Beispiele für An-wendungen in diesem Bereich sind die Körperdaten messende Bekleidung mit ein-gewebten Sensoren für Puls und Blutdruck sowie Sporttextilien mit Wärme spen-denden Heizleiterfasern aus Karbon-Polymeren oder Silberfäden. Die weiter zunehmende Miniaturisierung von elektrischen Bauteilen und Schaltungen macht zudem das Einweben von RFID-Chips in Textilien möglich. Auf diese Weise werden logistische Lagerströme vereinfacht und die Verortung von Personen in Katastro-phenszenarien ermöglicht.



N · 1000

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N · 1001

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Klebstoffe

Klebstoffe sind nach DIN 16920 „nichtmetallische Stoffe, die Fügeteile durch Flä-chenhaftung und innere Festigkeit verbinden können“. Bevor das Kleben genormt wurde, bediente sich die Natur dieser Technik: Der fleischfressende Sonnentau stellt eine stoffschlüssige Verbindung zu seinen Opfern her, Wespen und Bienen kleben ihre Bauten; und wer das Meer kennt, kennt auch Muscheln und Seepocken, die fast unlösbar an Schiffsrümpfen und Steinen haften. Aber auch wir Menschen klebten schon recht früh – älter als das Schweißen, Schrauben oder Nieten ist der Einsatz von Klebstoffen allemal. Um 3500 v.Chr. kochten die Sumerer Tierhäute zur Herstellung von Klebstoffen; aus dem Ägypten des 5. vorchristlichen Jahrhunderts sind mit Fur-nier beklebte Möbel bekannt.

Adhäsion und KohäsionZurück zur DIN-Norm: Die Fügeteile sollen einerseits durch Flächenhaftung zwischen Klebstoff und Fügeteil – die Adhäsion – und andererseits durch innere Festigkeit des Klebstoffs – die Kohäsion – verbunden werden.

Haftung zwischen Klebeteil und Klebstoff entsteht aus verschiedenen Gründen. Ei-nerseits sind physikalische oder chemische Bindungskräfte auf molekularer Ebene verantwortlich. Dies ist zum Beispiel beim Kleben von Metallen oder einigen Kunst-stoffen der Fall. Sehr poröse Werkstoffe, wie zum Beispiel Holz, werden vom Kleb-stoff meist mechanisch verklammert. Der Klebstoff wandert (diffundiert) in die mi-kroskopisch feinen Oberflächenporen und härtet dann aus. Die Zusammensetzung des Klebstoffs und die Kombination Klebstoff-Werkstoff bestimmt die Stärke der Adhäsion.

Hat sich der Klebstoff mit den Materialoberflächen verbunden, ist noch der winzige Spalt zwischen den Fügeteilen zu überbrücken. Nach der Aushärtung muss der Kleb-stoff eine ausreichende innere Festigkeit – die Kohäsion – erreichen, damit die Kle-bung hält.

Eine Ausnahme vom Adhäsions-Kohäsions-Mechanismus bildet das Kleben von ther-moplastischen Kunststoffen mit reinen Lösungsmitteln, wie zum Beispiel DICHLOr-METHAN oder ACETON. Hier wird vom Lösungsmittel die Oberfläche des Kunststoffs angelöst, wodurch sich die langen Molekülketten des Materials aus dem festen Ver-bund lösen und sich mit den Ketten des anderen Fügeteils verbinden. Ist das Lö-sungsmittel verdampft, bleibt kein Klebstoff zurück, die innere Festigkeit der Fuge wird allein durch den Kunststoff bestimmt.

Beim Einsatz von Klebstoffen gilt es, den zeitlichen Verlauf des Aushärtens zu beach-ten. Der Erfahrung nach nimmt die Festigkeit einer Klebeverbindung von recht niedrigen Werten beim Zusammenfügen zunächst schnell, dann langsamer zu. Selbst bei schnell abbindenden Klebstoffen steigt die Festigkeit noch viele Stunden bis Tage an und erreicht erst mit der Zeit den Endwert. Dieser Wert nimmt jedoch, ab-hängig von Umwelteinflüssen, im Laufe von Wochen bis Monaten wieder ab, um schließlich einen konstant bleibenden Wert zu erreichen.

Klebstoff-TypenDas Kleben wird zur Wissenschaft, wenn man die Vielzahl der Klebstoff-Typen über-blicken will. Grob kann zwischen Lösungsmittelklebstoffen und reaktionsklebstof-fen unterschieden werden. Daneben gibt es noch eine ganze reihe schwer einzuord-nender Klebemittel, wie das weite Feld der Klebebänder und Transferklebstoffe, die Schmelzklebstoffe oder die Leime und Kleister.

Lösungsmittelklebstoffe binden durch Verdunsten des enthaltenen Lösungsmit-tels, d. h. physikalisch, ab. Hier gibt es:

Reine Lösungsmittel oder Diffusionsklebstoffe, die zum Kleben von anlös-baren Thermoplasten verwendet werden. Beispiel ist das Kleben von Polystyrol mit Dichlormethan. Für Klebungen mit reinen Lösungsmitteln sind genau pas-sende Oberflächen der Fügeteile sowie ein geringer Anpressdruck erforderlich. Außerdem muss das Lösungsmittel verdunsten können.

•

Kleblacke sind organische Lösungsmittel mit einem gelösten Feststoffanteil. Ihr Spektrum beginnt bei Lösungsmitteln mit einem sehr geringen Feststoffanteil, die wie die reinen Lösungsmittel die Oberflächen von Teilen aus thermoplastischen Kunststoffen anlösen. Beispiel ist das Kleben von Polystyrol mit einer Lösung von Polystyrol in DICHLOrMETHAN. Andere Kleblacke enthalten größere Feststoffan-teile, lösen jedoch immer noch die zu verklebenden Kunststoffe. Sie sind häufig auch zur Verbindung nichtlöslicher Materialien geeignet. Beispiel hierfür ist rU-DErEr L530, mit dem recht gute Verbindungen auch mit Nicht-Kunststoffen her-gestellt werden können. Wichtige Vertreter der Kleblacke sind die sogenannten ALLESKLEBEr. Bei ihnen liegt der Zweck des Lösungsmittels praktisch nur noch darin, den Klebstoff flüssig zu halten. Beispiele sind UHU- oder TESA-ALLESKLE-BEr. Auch bei der Verwendung von Kleblacken sind gut passende Fügeteilober-flächen erforderlich. Das Lösungsmittel muss verdunsten können.

Kontaktklebstoffe bestehen meist aus sehr zähen synthetischen oder natür-lichen Kautschuksorten (sehr häufig ist Polychloropren), die in organischen Lö-sungsmitteln gelöst sind. Die Lösungsmittel haben ausschließlich die Aufgabe, den Klebstoff zu verflüssigen. Kontaktklebstoffe brauchen vor dem Zusammenfü-gen eine längere Vortrockenzeit, zudem ist ein höherer Anpressdruck erforderlich, um eine ausreichende Haftung zu erzielen. Die sehr gute Anfangshaftung der Kontaktkleber wird durch kurzen, starken Druck erzeugt. Beispiele sind PATTEx oder UHU-POr.

Dispersionsklebstoffe bestehen aus mikrofeinen Kunststoffteilchen (häufig Poly-vinylacetat), die sehr gleichmäßig in Wasser dispergiert, also verteilt sind. Die Abbin-dung erfolgt durch Verdunsten des Wassers. Dabei verfließen die Polymerteilchen und bilden einen geschlossenen Film. Vertreter dieser Klebstoffklasse sind PONAL oder PONAL ExPrESS. Dispersionsklebstoffe werden nur dann verwendet, wenn mindestens eines der Fügeteile aus einem porösen, saugfähigen Material besteht, da das Lösungsmittel Wasser sehr langsam verdunstet. Sie sind gut geeignet, um Werkstoffe wie Holz oder Pappe zu verbinden.

Reaktionsklebstoffe binden ab, indem ihre Bestandteile chemisch zu Molekülket-ten reagieren. Diese Ketten verbinden sich einerseits mit den Fügeteiloberflächen (Adhäsion) und bilden andererseits ein stabiles Netzwerk mit ausreichender Kohäsi-on. Die reaktionsklebstoffe sind also Kunststoffe, die am Einsatzort zu Thermoplas-ten, Duroplasten oder Elastomeren polymerisieren.

reaktionsklebstoffe gibt es als Ein- oder Zwei-Komponentenkleber.

Die Zwei-Komponenten-Klebstoffe sind in der Handhabung komplizierter, da die Komponenten erst kurz vor der Verarbeitung vermischt werden dürfen. Ein-Kompo-nentenkleber binden z. B. mit Luftfeuchtigkeit oder UV-Licht ab. Es kann zwischen folgenden Typen unterschieden werden:

Polyadditionsklebstoffe: Bei diesen Klebstoffen bestehen beide Komponenten aus den Vorstufen eines Kunststoffs, die nach dem Mischen zu Duroplasten oder Elastomeren vernetzen. Beispiele sind Epoxidharzklebstoffe wie der METALL-EPO-xI oder der 5-MINUTEN-KLEBEr sowie Polyurethanklebstoffe.

Polymerisationsklebstoffe bestehen aus Monomeren (siehe dazu Kapitel A Kunststoff – Abschnitt „Kunststoffe“), die nach dem Mischen von Härter und Bin-der zu Thermo- oder Duroplasten aushärten. Polyesterklebstoffe vernetzen zu Duroplasten. Thermoplaste entstehen bei der Verwendung von Acrylharzklebstof-fen (z. B. ACrIFIx 192). Acrylharzklebstoffe sind durch Lichteinwirkung härtende Ein-Komponentenkleber; vereinfachend lässt sich sagen, sie bestehen aus flüs-sigem Acrylglas. CyANACryLATKLEBSTOFFE sind schnellhärtende Ein-Komponen-ten-Polymerisati onsklebstoffe auf Cyanacrylat-Basis. Sie binden durch den Kontakt mit Feuchtigkeit aus der Luft ab. Die Klebungen erreichen hohe Festigkeiten und sind für fast alle Ma terialien geeignet. Beispiele sind die bekannten SEKUNDEN-KLEBEr. Auch die als Dichtungsmassen bekannten Silikonkautschuke binden durch Luftfeuchtigkeit ab. Sie sind gut geeignet, um weite Klebefugen zu über-brücken, da sie kaum schwinden.

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Klebstoffe Einseitige Klebebänder DoppelseitigeKlebebänder / - folien

Transferklebstoff Klebeteile Haftverschlüsse Funktions - und,Dekoklebebänder

Hilfsmittel

N · 1002

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N · 1003

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Anhang

Für das Verkleben einiger bedeutender Werkstoffgruppen können wir speziellere Informationen geben:

Kunststoffe: Untereinander sind viele Kunststoffe ausgesprochen gut mit Lösungs-mitteln (Diffusionsklebstoffen) zu verkleben. Kleblacke, Kontaktklebstoffe, Haft- und Dispersionsklebstoffe sowie die meisten reaktionsklebstoffe sind ebenso zum Verkleben von Kunststoffen geeignet. Problematisch sind die Kunststoffe mit nie-derenergetischen Oberflächen (z. B. PE, PP) und weichmacherhaltige Kunststoffe (z. B. WEICH-PVC).

Gummi: Gute Verbindungen von Gummi mit sich selbst und mit anderen Materi-alien ergeben Vulkanisier-Flüssigkeiten, reaktionsklebstoffe auf Cyanacrylatbasis, Polyurethan- oder Kontaktklebstoffe.

Papier und Pappe: Mit wasserfreien Allesklebern (Kleblacken) wie TESA-ALLESKLE-BEr lassen sich Papier und Pappe gut wellfrei kleben, darüber hinaus klebt Papier mit praktisch allen Klebstoffen. Weitverbreitet, aber nicht ganz unproblematisch, ist die Verwendung wasserbasierter Systeme, wie z. B. TAPETENKLEISTEr, die ein Nach-korrigieren zulassen. Im Modellbau kann Pappe gut mit Dispersionsklebstoffen wie PONAL geklebt werden.

Metalle: Die Verklebung von Metallen erfolgt am besten mit reaktionsklebstoffen wie Epoxidharz-, Polyurethan- oder Cyanacrylatklebstoffen.

Holz: Wie Papier und Pappe ist Holz mit den meisten Klebstoffen klebbar. Hervorra-gend geeignet sind Polyvinylacetat-Dispersionsklebstoffe, z. B. PONAL, da sie rasch abbinden und hohe Festigkeiten erzeugen. Für Anwendungen in Feuchträumen und außen gibt es Spezialtypen mit erhöhter Wasserbeständigkeit. Flächige Klebungen von Holz und Holzwerkstoffen können gut mit Kontaktklebstoffen (z. B. PATTEx) ausgeführt werden.

Silikatische Werkstoffe: reaktionsklebstoffe auf Epoxidharz-, Polyurethan- oder Cyanacrylatbasis sind geeignet, um Glas und Keramik zu kleben. Zur Spaltüberbrü-ckung sind insbesondere Epoxidharz-Klebstoffe anwendbar. Cyanacrylatklebstoffe sind für Glasklebungen nur bedingt geeignet.

Die Tabellen auf den Seiten I·6 / 7 geben eine Übersicht über geeignete Werkstoff-Klebstoff-Kombinationen, aufgeteilt in Kunststoffe und übrige Materialien. Die en-gere Klebstoffauswahl können Sie dann mit Hilfe der Informationen bei den einzel-nen Klebstoffen und den Hinweisen zu den einzelnen Materialien treffen.

Klebebänder und Transferklebstoffe sind in ihrer Vielzahl fast unüberschaubar. Klebebänder bestehen grundsätzlich aus einem Trägermaterial, das ein- oder beid-seitig mit einem Klebstoff beschichtet ist. Das Trägermaterial kann ein Kunststoff-Film, ein Papier- oder auch ein Gewebeträger sein.

Transferklebstoffe kann man als Klebebänder ohne Trägermaterial bezeichnen, sie bestehen aus einem Klebstoffilm auf einer Schutzabdeckung, die vor oder während der Klebung entfernt wird.

Zur Beschichtung selbstklebender Folien und Bänder oder als Transferklebstoffe werden Haftklebstoffe verwendet. Die selbstklebenden Eigenschaften der Haftkleb-stoffe bleiben relativ lange erhalten, da sie in der regel kein Lösungsmittel enthal-ten. Für die Vielzahl der Anwendungen dieser Klebstoffgruppe stehen zahlreiche Klebstoffeinstellungen zur Verfügung. Sie werden durch die Auswahl und Mi-schungen der unterschiedlichen rohstoffe und ihr Mischungsverhältnis bestimmt. Als rohstoffe kommen Natur- und Synthesekautschuke (Beispiel Polychloropren) oder vollsynthetische Kunstharze (Beispiel Acrylate) in Frage.

Haftklebstoffe halten auf fast allen glatteren Oberflächen, sie bleiben meist dauere-lastisch und decken das weite Spektrum von wiederlösbaren Klebeverbindungen („post-it“-Verbindungen) bis zu Verbindungen höchster Belastbarkeit, wie sie zum Beispiel im Flugzeugbau gefordert sind, ab.

Bei Haftklebstoffen auf Klebebändern ist ein Phänomen besonders auffällig: Gerade Klebebänder für hochbelastbare Verbindungen fühlen sich ganz und gar nicht kleb-rig an, sie entfalten ihre Klebkraft erst, wenn sie über einen gewissen Zeitraum mit den zu verklebenden Werkstoffen verbunden sind. Hier ist zwischen Klebstoffen mit hoher Anfangsklebekraft, die schon nach einigen Minuten nah an die Endklebekraft kommen, und Klebstoffen die erst nach einigen Stunden ihre volle Kraft entfalten, zu unterscheiden. Haftklebstoffe mit hoher Anfangsklebekraft erreichen in der re-gel eine relativ niedrigere Endklebekraft.

Schmelzklebstoffe bestehen aus einem einzigen oder mehreren hochpolymeren thermoplastischen Stoffen. Sie werden durch Wärme ohne Veränderung der che-mischen Struktur verflüssigt und binden ab, indem sie wieder erstarren.

Was ist wie zu kleben?Geklebte Verbindungen können hohe Festigkeiten erreichen. Die Qualität einer Klebeverbindung wird allerdings durch zahlreiche Faktoren bestimmt. Wesentlich ist natürlich die Wahl einer geeigneten Kombination von Klebstoff und Material. Ein dabei wichtiger Aspekt ist die sogenannte „Oberflächenenergie“ oder „Polarität“. Auf einem (polaren) Werkstoff mit hoher Oberflächenenergie wird in der regel eine gute Klebkraft erzielt, während Verklebungen auf niederenergetischen (unpolaren) Werkstoffen kritisch sind. Bei der Verklebung von Holz und Papier, also bei Werk-stoffen mit fein strukturierten Oberflächen, spielt das Kriterium der Oberflächenen-ergie keine besondere rolle. Ob ein Werkstoff eine hohe oder niedrige Oberflächen-energie hat, können Sie erkennen, indem Sie einen Tropfen Wasser auf das Material geben: Auf einer hochenergetischen Oberfläche wird der Tropfen relativ flach, auf einer niederenergetischen Oberfläche nimmt er eine recht kugelige Form an.

hohe Oberflächenenergie niedrige Oberflächenenergie

Acrylglas Gummi

Hart-PVC Polyethylen (PE)

Epoxidharze Polypropylen (PP)

Polyesterharze Polytetrafluorethylen (Teflon)

Polyurethan Silikon

Polycarbonat Silikonkautschuk

Alumininium

Stahl

Kupfer

Messing und viele andere Metalle

hohe Oberflächenenergie

niedrige Oberflächenenergie

Abbildungen auf dieser Seite mit freundlicher Genehmigung der Firma 3M

Klebstoffe



Hilfsmittel

N · 1006



Hilfsmittel

Allgemeines

Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

Holz Kork

PapierPappeKarton

Metall







KlebstoffKlebeband

FarbenChemiePinsel


DekoDisplayEvent

Modellbau

MöbelLichtSysteme




Anhang


N · 1007

Allgemeines

Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

Holz Kork

PapierPappe

Karton

Metall

TextilienLeder

Kunstleder

BänderKetten

Schläuche


Zeichnen Grafik

Büro

WerkzeugArbeits-

schutz

FormenAbformen

Gießen

KlebstoffKlebeband

FarbenChemie

Pinsel


DekoDisplay

Event

Modellbau

MöbelLicht

Systeme

BehälterTaschen

Verpackung

BücherMagazine

Medien

KartenSpielzeug

Accessoires

Anhang

Die Gestaltung der geklebten VerbindungDie Festigkeit der Klebeverbindung wird nicht nur durch die geeignete Werkstoff-Klebstoff-Kombination sondern genauso durch die Gestaltung der geklebten Ver-bindung bestimmt. Bei der Konstruktion zu verklebender Teile ist zu berücksichtigen, welche Belastungsarten von Klebstoffen und -bändern gut verkraftet werden kön-nen und welche problematisch sind. Man unterscheidet im wesentlichen vier Belas-tungsarten:

Scherkräfte wirken parallel zur Klebung.

Zugkräfte wirken senkrecht zur Klebung und verteilen sich gleichmäßig über die gesamte Klebefläche.

Spaltkräfte sind nicht einheitlich über die Klebefläche verteilt, sonder konzentrieren sich auf einen begrenzten Teil der Klebung.

Schälkräfte wirken nur auf die Kante der geklebten Fläche, so dass diesen Kräften nur eine geringe Klebstoffmenge entgegenwirken kann.

Klebeverbindungen sollten nun immer so gestaltet werden, dass möglichst große Klebeflächen entstehen und von außen einwirkende Kräfte gleichmäßig von der ganzen Klebefläche aufgenommen werden. Dies ist der Fall, wenn die Verbindung nur durch Scher- oder Zugkräfte beansprucht wird. Spalt- und Schälbelastungen sollten konstruktiv vermieden werden, da hier die Kräfte nur auf einen begrenzten Teil der Klebefläche wirken.

Für eine gute Passung sollten die Klebflächen möglichst eben und planparallel sein. Die Klebung sollte insbesondere bei Kleblacken und Kontaktklebstoffen möglichst eng und damit die Klebstoffschicht möglichst dünn sein. reaktionsklebstoffe (Aus-nahme Cyanacrylatkleber) oder Schaumklebebänder erlauben etwas dickere Kleb-stoffschichten.

Neben Werkstoff-Klebstoff-Kombination und konstruktiver Gestaltung bestimmt die Oberflächenbeschaffenheit der Klebeflächen die Qualität der Klebeverbindung:

Die wesentliche Bestimmungsgröße ist die Sauberkeit der zu verklebenden Oberflä-chen. Wenn Klebeverbindungen versagen, ist das fast immer auf eine mangelnde reinigung der Klebeflächen zurückzuführen. Die Klebeflächen müssen also sauber und staubfrei sein. Fett und andere Verunreinigungen können mit Lösungsmitteln wie einer Isopropanol-Wasser-Mischung oder ACETON entfernt werden, Staub lässt sich abbürsten oder mit Druckluft wegblasen. Verwenden Sie kein Spülmittel zur reinigung, da viele dieser Mittel Silikon enthalten und das Kleben dadurch er-schwert wird. Metalloberflächen können vor dem Kleben noch leicht aufgerauht werden, um höhere Festigkeiten zu erzielen.

Der zu klebende Untergrund muss in sich fest sein, denn eine lose Materialoberflä-che löst sich zusammen mit dem Klebstoff und nichts hält. Beispiel: Ein Klebeband hält nur sehr schlecht auf einer unbehandelten Holzoberfläche, einer Spanplatte, auf verrostetem Metall oder einem losen Farbanstrich.

Einen Überblick über verschiedene Anwendungskriterien für einige Klebstofftypen gibt die folgende Tabelle:

Schmelz-klebstoff

Kontakt-klebstoff

Dispersions-klebstoff

Zwei-Komponenten-Kleber

Cyanacrylat-klebstoff

Transfer-klebstoff

Fixierung erforderlich •• ••

nach kurzer Zeit belastbar •• •• •• ••

Spaltüberbrückung >2 mm •• ••

beide Klebeflächen saugfähig ••

großflächig anwendbar - •• •• - ••

•• : ja - : mäßig

Schmelz-klebstoff

Kontakt-klebstoff

Dispersions-klebstoff

Zwei-Komponenten-Kleber

Cyanacrylat-klebstoff

Transfer-klebstoff

Fixierung erforderlich •• ••

nach kurzer Zeit belastbar •• •• •• ••

Spaltüberbrückung >2 mm •• ••

beide Klebeflächen saugfähig ••

großflächig anwendbar - •• •• - ••

•• : ja - : mäßig

Abbildungen auf dieser Seite mit freundlicher Genehmigung der Firma 3M

Klebstoffe



Hilfsmittel

Kunststoff Gummi Papier und Pappe Holz Metall Textilien

höher-energetisch(7)

nieder-energetisch(6)

Polystyrol-schaum

Vollgummi, Latex

Moosgummi (EVA-Schaum)

Papier Pappe Sperrholz, Balsa, MDF...

Metall auch Filz, Vlies

Kunststoff geeignete Klebstoffe siehe Kunststoff-Tabelle

Gummi Vollgummi, Latex

3, 5, 6, 3c, 14, 16, 18(3)(4)

14, 16, 6+6e(1)

(3)

3c, 14, 16 3, 5, 5f, 6d, 13b, 14, 16, 18, 19(3)

Moosgummi (EVA-Schaum)

3, 5, 6, 7, 3c, 14, 16, 18(3)(4)

14, 16, 6+6e(1)

(3)

1a, 3c 3, 5, 6, 13b, 14, 16, 18(3)

1, 3, 4, 5, 6, 7, 14, 16, 18(3)

Papier und Pappe

Papier 1a, 3, 9a-b, 3c, 10f, 13, 14, 16, 16h(4)

14, 16(1) 1a, 3c, 13, 16 3, 6c, 13, 14 1, 3, 6c, 13, 14, 16, 18

1a, 1, 1c, 2, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 16h, 17

Pappe 1a, 3, 4, 9a-b, 3c, 10, 13, 14, 16, 16h, 18(4)

14, 16, 6c+6e(1)

1a, 3c, 13, 16, 18

3, 6c, 13, 14, 16, 18

1, 3, 4, 6c, 13, 14, 16, 18

1a, 1, 1c, 2, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 16h, 17a

1a-d, 2, 4, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17a, 18

Holz Sperrholz, Bal-sa, MDF ...

1d, 3, 4, 9a-b, 3c, 10, 13, 14, 16, 16h, 18(2)(4)

14, 16, 6c+6e(1)

1a, 3c, 10, 18 3, 5f, 6c, 13, 14, 16, 18(2)

1, 3, 4, 5, 6c, 13, 14, 16, 18(2)

1a, 1c, 2, 10, 11, 13, 14, 16, 17(2)

1a-c, 1d, 2, 4, 10, 11, 13, 14, 16, 17a, 18(2)

1d, 3, 4, 10, 16, 17a, 18(2)

Metall Metall 3, 4, 5, 6, 7, 9a, 3c, 13, 14, 16, 18

14, 16, 6+6e(1) 1a, 3c, 16 3, 5, 6d, 13, 14, 16, 18

1, 3, 4, 5, 6c, 13, 14, 16, 18(2)

1a, 1d, 3, 10f, 13, 14, 16, 16h

1a, 1d, 3, 4, 5, 10f, 13, 14, 16, 16d, 16h, 18

1d, 3, 4, 5, 5f, 13, 14, 16, 18(2)

1d, 5, 5b, 5f, 6, 7, 14, 16, 18

Textilien auch Filz, Vlies 1, 10f, 13, 16(5)

14, 16 3c, 13, 16(5) 6c, 13b, 16(5) 1b, 6c, 13b, 16(5)

1, 13, 20(5) 1b, 10, 13, 16, 20, 20c(5)

1b, 10, 13, 16, 17, 20, 20c(5)

1b, 4, 6, 10f, 13(5)

20, 20c

div. Materialien

KunststoffAcryl (PMMA)

Polystyrol (PS)

Polystyrol-schaum (Styrofoam, Styropor)

Polycarbonat (PC)

Polyester (PET)

Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyoxymethy-len (POM)

Polyvinylchlorid hart (PVC-hart)

Polyvinylchlorid weich (PVC-weich)

Polyurethan (PUR)

Acryl (PMMA)

5, 6, 7, 8, 9a, 9c, 14, 16, 18

Polystyrol (PS)

5, 6, 7, 8, 9a, 14, 16, 18

5, 6, 7, 8, 9a-b, 14, 16, 18

Polystyrol-schaum (Styrofoam, Styropor)

1a, 9f, 3c, 14, 16, 18

1a, 9f, 3c, 14, 16, 18

1a, 9f, 3c, 14, 13, 16, 18d

Polycarbonat (PC)

5, 6, 7, 8, 9a, 14, 16, 18

5, 6, 7, 8, 9a, 14, 16, 18

1a, 9f, 3c, 14, 16, 18

5, 6, 7, 8, 9a, 14, 16, 18

Polyester (PET)

5, 6, 7, 8, 9a, 14, 16, 18

5, 6, 7, 8, 9a, 14, 16, 18

1a, 9f, 3c, 14, 16, 18

5, 6, 7, 8, 9a, 14, 16, 18

5, 6, 7, 8, 9a, 14, 16, 18

Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyoxymethy-len (POM)

14, 16, 6+6e(1) 14, 16 ,6+6e(1) 14, 16(1) 14, 16, 6+6e(1) 14, 16, 6+6e(1) 14, 16, 6+6e(1)

Polyvinylchlorid hart(PVC-hart)

5, 6, 7, 9a, 9d, 14, 16, 18

5, 6, 7, 9a, 9d, 14, 16, 18

1a, 9f, 3c, 14, 16, 18

5, 6, 7, 9a, 9d, 14, 16, 18

5, 6, 7, 9a, 9d, 14, 16, 18

14, 16, 6+6e(1) 5, 6, 7, 9a, 9d, 14, 16, 18

Polyvinylchlorid weich (PVC-weich)

3b, 9e 3b, 9e 16 3b, 9e 3b, 9e 14, 16(1) 3b, 9e, 16 3b, 9e

Polyurethan (PUR)

5, 6, 7, 9a, 14, 16, 18

5, 6, 7, 9a, 14, 16, 18

1a, 9f, 3c, 14, 16, 18

5, 6, 7, 9a, 14, 16, 18

5, 6, 7, 9a, 14, 16, 18

14, 16, 6+6e(1) 5, 6, 7, 9a, 9d, 14, 16, 18

3b, 9e 5, 6, 7, 9a, 14, 16, 18

Klebstoffe1 Alleskleber1a Tesa Alleskleber1b UHU Alleskleber, Alleskleber extra1c Pebeo Alleskleber1d UHU hart

2 Papierklebstoffe2a Klebestifte (Tesa, Pritt, 3M Scotch)2b Coccoina Stärkekleister2c Gutenberg Gummierstift2d Papier-Kleber

3 Kontaktklebstoffe3a Pattex, Pattex compact, Pattex lösemittelfrei3b Pattex transparent3c UHU por3d Ruderer MK-N Neoprenklebstoff

4 Heißklebstoff4a Heißklebesticks

5 Zwei-Komponenten-Klebstoffe5a Epoxyd-Minuten-Kleber5b Epoxyd-Metall-Kleber (R&G Metall-Epoxi)5c Acrylat-Kleber (UHU Plus acrylit)5d Weicon RK-15005e Epoxydharz-Knetmasse5f UHU Plus endfest 300

6 Sekundenkleber6a Sekundenkleber dünnflüssig6b Sekundenkleber mittelviskos6c Sekundenkleber dickflüssig6d Sekundenkleber für Gummi (VA 2500 HT)6e Poly-Primer

7 Silikon7a Weicon Silikon

8 Lösungsmittel8a Dichlormethan

9 Kunststoffklebstoffe9a Ruderer L 5309b UHU Plast9c Acrifix 1929d Cosmofen Plus HV PVC-Klebstoff9e UHU Weich-PVC Reparaturkleber

10 Holz- und Papierleim10a Ponal, Ponal Express10c Ponal Super 310f Buchbinderleim (Planatol BB, AD 94/5B, Elasta N)

11 Kleister11a Tapetenkleister11b Bastelkleister Methylzellulose11c Japanischer Stärkekleister

12 Rubber-Cement12a Fixogum, Herma Foto-Klebstoff

13 Sprühkleber13a 3M Spraymount, Fotomount, Displaymount, Creativmount13b Weicon Sprühkleber (wieder lösbar, permanent, extra stark)13c Aerodecor Sprühkleber

14 Transferklebstoff14a Transferklebstoff-Film 9605, Gudy 870

16 Doppelseitige Klebebänder/-folien16a Doppelseitiges Klebeband, Teppichklebeband16d Tesa Montageband, 3M Spiegelband16h Doppelseitige Klebefolie

17 Glutinleime17a Knochenleim17b Hasenleim17c Hautleim

18 Montageklebstoffe18a Decotric Montage-Fix18c Weicon Flex + Bond18d Decotric Styroporkleber

19 Gummiklebstoff19a TIP TOP Vulkanisierlösung

20 Textilklebstoffe20a UHU Textil20b Pebeo Permanentkleber Setacolor20c Vlieseline Bügelvlies Vliesofix

Klebstoffediese tabelle haben wir aufbauend auf unseren erfahrungen zusammengestellt. Wir erheben keinen anspruch auf vollständigkeit und können auch nicht mit bestimmtheit sagen, ob unsere vorschläge wirklich die besten lösungen für ihr Klebe-Problem sind. so machen die tabellen z.b. keine aussagen darüber, ob ein Klebstoff für den Modell-bau oder eher für großformatige aufgaben besser geeignet ist. nicht erwähnt haben wir außerdem die verschie-denen einseitigen Klebebänder, da sich deren anwendung stark von der flüssiger Klebstoffe oder transferklebstoffe unterscheidet. die engere Klebstoffauswahl können sie mit Hilfe der informationen zu den einzelnen Klebstoffen treffen.

legendefett - besonders geeignete Klebstoffeunterstrichen - gut für flächige Klebungen

(1) Klebungen von PP und PE sind im allgemeinen problematisch, kleinflächig kann nach Auftrag des Poly-Primers 6e nicht nur mit Sekundenklebern recht gut geklebt werden.(2) Klebungen von Holz gelingen i.d.R. dann besser, wenn die Holzoberfläche grundiert / lackiert ist. Große Ausnahme: Holzklebungen mit Holzleim!

(3) Klebungen elastischer Stoffe mit unelastisch aushärtenden Klebstoffen gelingen gut, wenn die Klebenaht aus einzelnen Klebstoffpunkten aufgebaut wird.(4) Bei PVC-weich: Achtung! Weichmacher greift die Klebstoffe an (geeignete Klebstoffe s. Tabelle Kunststoffe)(5) Beim Verkleben dünner Textilien sollte der Klebstoff immer auf das jeweils andere Material aufgetragen werden, um ein Durchschlagen zu vermeiden.

(6) niederenergetische Oberfläche: Polypropylen (PP), Polyethy- len (PE), Polyoxymethylen POM, Gummi, Silikon(7) höherenergetische Oberfläche: Acrylglas, Polystyrol (PS), Hart-PVC, Polyester (PET), Polycarbonat (PC), Polyurethan (PUR), Epoxydharze, Metall

http://www.modulor.de

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Allgemeines

Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

Holz Kork

PapierPappe

Karton

Metall

TextilienLeder

Kunstleder

BänderKetten

Schläuche


Zeichnen Grafik

Büro

WerkzeugArbeits-

schutz

FormenAbformen

Gießen

KlebstoffKlebeband

FarbenChemie

Pinsel


DekoDisplay

Event

Modellbau

MöbelLicht

Systeme

BehälterTaschen

Verpackung

BücherMagazine

Medien

KartenSpielzeug

Accessoires

Anhang

Gießharze

Info: Trotz zahlreicher Nachfragen hatten wir im Vorfeld lange gezögert, Gießharze in unser Sortiment aufzunehmen, weil diese Materie äußerst komplex und ohne umfangreiche Hintergrundinformationen nur schwer durchschaubar ist. Mittlerweile haben wir aber ein recht umfangreiches Sortiment zusammengestellt, das auch zu-künftig noch wachsen soll. Auf den folgenden Seiten versuchen wir, die aufgeführ-ten Produkte und Produktgruppen so zu beschreiben, dass ihre unterschiedlichen Eigenschaften leicht erfassbar sind und Ihnen die Wahl des richtigen Materials er-leichtert wird. Die dabei verwendete Terminologie ist teilweise erklärungsbedürftig. Bitte beachten Sie deshalb das „kleine Lexikon zu Silikon“ bei den Silikonen im Ab-schnitt Abformmassen.

Unter dem Begriff „Kunstharze“ wird eine Reihe von Stoffen zusammengefasst, die in der Regel aus zwei flüssigen oder pastösen Ausgangskomponenten nach einer exothermen, chemischen Reaktion einen mehr oder weniger festen Stoff bilden. Im Abschnitt „Klebstoffe“ haben wir bereits Vertreter der Kunstharze vorgestellt, so zum Beispiel die Reaktionsklebstoffe auf Epoxidharz-Basis. Kunstharze werden aber für viele weitere Zwecke eingesetzt – man unterscheidet zwischen:

• Abformmassen• Gießharzen• Laminierharzen (laminieren von Glas-, Aramid- oder Kohlefaser-Gewebe bzw. -Vlies)• Oberflächenharzen• Spachtelmassen• Klebstoffen

Das Modulor-Angebot an Kunstharzen zielt mit wenigen Ausnahmen zunächst auf die Erstellung dreidimensionaler Körper mittels Abformen, Gießen und anschlie-ßendem Spachteln. Informationen zu Abform- und Spachtelmassen finden Sie in den entsprechenden Abschnitten dieses Kapitels. Sämtliche von uns angebotenen Gieß-harze härten bei Raumtemperatur aus. Eine Warmhärtung im Ofen ist nicht zwin-gend erforderlich. Hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten unterscheiden sich die Gießharze aber erheblich voneinander. Man unterscheidet im handwerklichen Bereich zwischen folgenden Einsatzbereichen:

• Erstellen von Formen• (Re)produktion von Modellen und Formteilen• Herstellung von Plattenwerkstoffen • Vergießen von Bauteilen• Herstellung von Werkzeugen (Stanzen, Prägen, Tiefziehen ...)

Mit unserem Angebot beschränken wir uns bis auf weiteres auf die ersten drei ge-nannten Punkte. Dabei unterscheiden wir zwischen den folgenden Gruppen mit unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich Farbe, Transparenz, Schwund, Festigkeit etc.:

• ungesättigte Polyester-Gießharze (UP)• Polyurethan-Gießharze (PUR)• Elastische Polyurethan-Gießharze (PUR) – auch als elastische Abformmasse einsetzbar.• Gips / Acryl-Gießharze (Acrystal)

Darüber hinaus finden Sie in diesem Kapitel noch weitere Werkstoffe, die mittels Gießen verarbeitet werden, aber aus strukturellen Gründen nicht im Abschnitt Gieß-harze einsortiert sind:

• Gipswerkstoffe (Gipse und gipsbasierte Gießmassen)• Abformmassen (z. B. Silikone)

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Allgemeines

Kunststoff Gummi

Verbund-werkstoffe

Holz Kork

PapierPappeKarton

Metall







KlebstoffKlebeband

FarbenChemiePinsel


DekoDisplayEvent

Modellbau

MöbelLichtSysteme




Anhang


Die folgende Tabelle dient dazu, die grundsätzlichen Unterschiede der verschie-denen Gießharz-Gruppen übersichtlich darzustellen.

Achtung: Die folgenden Informationen und Hinweise beziehen sich in erster Linie auf die in der obenstehenden Tabelle aufgeführten Duroplaste und Elastomere. Übergreifende Informationen zu Gips / Acryl-Gießharzen (ACRYSTAL) finden Sie im Abschnitt Gips/Acryl-Werkstoffe.

Lagerung und Haltbarkeit: Harze und Härter sind nicht unbegrenzt lagerfähig, in der Regel 6 bis 12 Monate bei sachgemäßer Lagerung (ungeöffnete Originalgebinde bei 15 bis 25 °C), wobei uns zugetragen wurde, dass Handwerksbetriebe auch mit 10 Jahre alten Dosen gute Ergebnisse erzielen konnten. Wir können nur nicht garantie-ren, dass das immer klappt.

Sicherheit und Arbeitsschutz: Unabhängig vom verwendeten Gießharz sind die Arbeitsvorbereitungen, die erforderlichen Hilfsmittel und die Maßnahmen hinsicht-lich des Arbeitsschutzes bei allen Kunstharzen gleich: Der Arbeitsplatz sollte sauber, ausreichend groß und gut belüftet sein (bei offenem Fenster arbeiten!). Offenes Feuer ist zu vermeiden.

Da es bei Hautkontakt zu allergischen Reaktionen kommen und ein Verschlucken die Gesundheit ernsthaft gefährden kann, sind Handschuhe zu tragen und Lebensmittel in weiter Ferne zu verwahren. Eine Kontamination von Türklinken, Lichtschaltern und anderen Dingen ist dringend zu vermeiden. Bei Verschlucken oder bei Augen-kontakt (Schutzbrille tragen!) mit dem gemischten Harz oder dessen Komponenten ist sofort ein Arzt aufzusuchen, die Augen sind sofort gründlich (10 bis 15 Minuten) mit kaltem Wasser auszuspülen. Zu den einzelnen Produkten stellen wir Ihnen gern Sicherheitsdatenblätter zur Verfügung.

Gießharze

Gießharze im Vergleich

Eigenschaften der Komponenten / Verarbeitung

harte Polyure-than-Gießharze (PUR)

elastische Polyure-than-Gießharze (PUR)

ungesättigte Polyester-Gießharze (UP)

Epoxid-Gießharze(EP) 3)

Gips / Acryl-Gießharze (Acrystal)

Kunststoff-Familie Duroplast Elastomer Duroplast Duroplast Synthetische Gipse / Acrylharz

linearer Schrumpf (Schwund)

gering gering hoch sehr gering kein Schwund

Haltbarkeit der Komponenten (mind.)

6 - 12 Monate ca. 12 Monate 3 - 6 Monate 6 - 12 Monate 24 Monate

Toxikologie / Gefahrenhinweise

i. d. R. kennzeich-nungspflichtig

i. d. R. kennzeich-nungspflichtig

kennzeichnungs-pflichtig

kennzeichnungs-pflichtig

kennzeichnungsfrei

Preis sehr preiswert sehr preiswert preiswert teuer sehr preiswert

Eigenschaften der ausgehärteten Masse

Transparenz i. d. R. opak 1) i. d. R. transparent transparent i. d. R. transparent opak

Wärmebeständigkeit i. d. R. gering i. d. R. gering gering i. d. R. gering gering

UV-Beständigkeit nur mit Zusätzen 1) nur mit Zusätzen 1) nur mit Zusätzen 1) ja ja

Feuchtigkeits-beständigkeit (Süßwasser)

ja ja ja ja bedingt 2)

Bemerkungen

Besonderheit gut spanabhe-bend bearbeitbarPUR-Komponen-ten sind feuchtigkeits-empfindlich

-

-

PUR-Komponenten sind feuchtigkeits- empfindlich

- farblos, hochtrans-parentgut spanabhebend bearbeitbar

-

-

sehr haltbarausgezeichnete mechanische Eigenschaftengut spanabhe-bend bearbeitbar

--

-

toxikologisch ab-solut unbedenklichmechanische Werte deutlich besser als bei Gipsen

-

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Einsatzzweck reproduzieren, technische Zwecke

abformen und reproduzieren

reproduzieren reproduzieren,technische Zwecke

reproduzieren, laminieren

Sämtliche Angaben beziehen sich in erster Linie auf die von Modulor angebotenen Materialien.1) Bei Modulor gibt es transparente, UV-beständige PUR-und Polyester-Gießharze.2) Acrystal-Produkte können bewittert werden, sind aber nicht zum dauernden Einsatz unter Wasser geeignet.3) Erst zu einem späteren Zeitpunkt bei Modulor im Sortiment.

PlastischeModelliermassen

Gipswerkstoffe Spachtelmassen Abformmassen Gießharze Hilfsmittel undWerkzeuge

Füllstoff, Vlies,Gewebe

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Anhang

Verarbeitung: Zur einfachen und schnellen Verarbeitung werden folgende Hilfsmittel benötigt:• eine Unterlage (Zeitungspapier in ausreichender Menge)• EINWEGHANDSCHUHE aus Latex• mehrere Lappen zum Abwischen von danebengegangenen Tropfen• saubere, trockene MESSBECHER, EINWEGSPRITZEN und eine genaue WAAGE zum präzisen Abmessen der einzelnen Komponenten• HOLZRÜHRSPATEL, besser eine Bohrmaschine mit RÜHRQUIRL• saubere, trockene MISCHBECHER zum Anmischen des Harzes• eine Atemschutzmaske (insbesondere bei Polyester-Gießharzen, da das darin enthaltene Styrol die Schleimhäute angreift!)

Harz und Härter werden in einem sauberen, trockenen Gefäß entsprechend dem angegebenen Mischungsverhältnis (nach Gewichtsteilen) unter Einbeziehung der Gefäßwandung gründlich vermischt. Abhängig von der Menge kann das Vermischen der beiden Komponenten von Hand mit einem SPATEL oder mit der Bohrmaschine und einem RÜHRQUIRL geschehen. Um die Abformgenauigkeit nicht zu beeinträch-tigen, muss beim Mischen darauf geachtet werden, dass möglichst wenig Blasen eingerührt werden. Wird mit einem Rührquirl gemischt, sollte deshalb mit möglichst niedriger Geschwindigkeit gearbeitet werden.

Die bei den einzelnen Produkten angegebenen Topfzeiten gelten bei Zimmertempe-ratur. Sie beginnen in dem Moment, in dem die beiden Komponenten zusammenge-geben werden. Sofern die Topfzeit es erlaubt, sollte man das angerührte Harz noch kurz entlüften lassen, bevor man es vergießt. Bei höherviskosen Gießharzen ist es angebracht, das Gemisch im Vakuum zu evakuieren, damit eingerührte Luftblasen entweichen können. Dabei muss ein deutlich größeres Gefäß für das Harzgemisch gewählt werden, da sich der Werkstoff im Vakuum stark ausdehnt (s. „Vakuumge-rät“ im kleinen Lexikon zu Silikonen). Steht kein Vakuumgerät zur Verfügung, sollte aus einer Höhe von 20 bis 30 cm in dünnem Strahl über einen Spatel eingegossen werden, um die Luftblasen zerplatzen zu lassen. Hartnäckige Exemplare kann man auch mit einer NADEL zum Platzen bringen. Beim Eingießen beginnt man an der tiefsten Stelle der Form und lässt die Masse langsam aufsteigen.

Die bereitstehende Form muss vor dem Vergießen mit TRENNMITTEL behandelt wer-den, um zu verhindern, dass sie mit dem Gießling verklebt und so die spätere Entfor-mung erschwert wird. Silikonformen sind selbsttrennend und müssen nicht unbe-dingt eingetrennt werden. Um die Standzeit der Silikonform zu verlängern, empfehlen wir dennoch die Verwendung eines Trennmittels immer dann, wenn mit aggressiven Medien gegossen wird. Poröse Formen (z. B. aus Holz) müssen vor dem Trennmittelauftrag dicht versiegelt werden. Hierfür eignen sich METHYLZELLULOSE (Tapetenkleister) oder konzentrierte Seifenlauge.

Harz- und Härter-Komponenten der Gießharze härten unter Wärmeentwicklung in einer „exothermen“ Reaktion aus. Die entstehenden Temperaturen sind abhängig von der Größe des gegossenen Teils. Je größer der Gießling, desto heißer wird die Masse. Sehr hohe Temperaturen sollten beim Gießen aber vermieden werden. Sie verkürzen nicht nur die Topfzeit erheblich, sondern führen auch zu deutlich hö-herem Schwund und können den gegossenen Werkstoff im Extremfall gänzlich zer-stören. Polyurethan-Gießharze sind z. B. nicht besonders temperaturbeständig. Beim Verarbeiten von PUR-Schnellgießharzen würden Temperaturen von über 100 °C ent-stehen, wenn eine sehr große Menge auf einmal vergossen werden würde. Um dem vorzubeugen, muss entweder in mehreren Schritten gegossen und / oder das Harz mit entsprechenden FÜLLSTOFFEN angemischt werden.

Nach Ablauf der Entformzeit (s. Tabelle „Gießharze – unsere Produkte im Vergleich“) kann entformt werden. Ihre endgültigen mechanischen Eigenschaften erreichen Gießharze aber erst nach mehreren Tagen. Diese Aushärtezeit kann i. d. R. durch eine mehrstündige Wärmebehandlung (Tempern) reduziert werden.

Wurde mit aggressiven Medien (Polyester, PUR- oder Epoxidharze) in Silikonformen gegossen, sollte man diese nach der Entformung gut auslüften lassen, denn die im Gießharz enthaltenen Chemikalien führen zur Versprödung der Form. Schneller und gründlicher geht das über Nacht im Ofen bei 60 °C.

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Polyester-GießharzeInfo: Ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze) gehören zur Kunststoff-Familie der Duroplaste. Sie können nach der Aushärtung nicht erneut plastisch verformt werden, sind unlöslich, unschmelzbar, nicht schweißbar und verkohlen bei hohen Temperaturen. Ausgehärtete Polyesterharze sind hochtransparent, aber nur dann UV-beständig, wenn sie – wie die von uns angebotenen Harze – mit entsprechenden Zusätzen versehen sind. Polyester-Gießharze lassen sich gut mit FARBEN FÜR KUNSTHARZE einfärben.

Die Kalthärtung der UP-Harze erfordert die Zugabe eines Peroxid-Härters (Benzoyl-peroxid oder Ketonperoxid: z. B. MEKP) und kleiner Mengen eines Beschleunigers, um die chemische Reaktion in Gang zu setzen. Die von uns angebotenen Harze sind bereits ab Werk mit einem Kobalt-Beschleuniger vorbeschleunigt.

Nicht nur für das Eingießen von Seepferdchen in Kunststoffblöcke, sondern auch für den Modellbau sind die sogenannten ungesättigten Polyesterharze (UP) das richtige Material, wenn transparente Körper erzeugt werden sollen. Als Nachteil muss dabei mit erheblichem Schwund gerechnet werden (ca. 7 bis 10 %). Hauptsächlich werden UP-Harze aber zur Herstellung glasfaserverstärkter Kunststoffe eingesetzt. Für diese Anwendungen, das „Laminieren“, halten wir sobald wie möglich ein umfassendes Sortiment für Sie bereit.

Lagerung und Haltbarkeit: Polyesterharze müssen verschlossen, kühl und vor Licht geschützt gelagert werden. In verschlossenen Originalgebinden sind sie bei Raum-temperaturen (besser kühler) zwischen 3 und 6 Monaten haltbar.

Sicherheit und Arbeitsschutz: Polyestergießharze sind entzündlich und wegen ihres Styrolgehalts gesundheitsschädlich. Die MEKP-Härter wirken brandfördernd und sind ätzend. Am Arbeitsplatz muss für eine gute Belüftung gesorgt sein und der Kontakt mit Haut und Augen dringend vermieden werden, z. B. durch das Tragen chemikalienbeständiger HANDSCHUHE und Schutzbrille. Für die Reinigung und Pfle-ge der Haut empfiehlt sich eine Schutzcreme. Darüber hinaus ist Polyestergießharz wassergefährdend und darf nicht in Kanalisation, Gewässer oder Erdreich gelan-gen.

Bitte beachten Sie die Gefahren- und Sicherheitshinweise auf der Verpackung und die Hinweise zu Sicherheit und Arbeitsschutz unter der Rubrik „Gießharze“. Sicher-heitsdatenblätter senden wir Ihnen gerne zu.

Verarbeitung: Bei Polyesterharzen ist das Mischungsverhältnis von der Menge des Ansatzes abhängig. Die Dosierung der sehr geringen Härtermengen erfolgt am ge-nauesten nach Volumen z. B. mittels Pipette oder EINWEGSPRITZE. Von der Härter-menge hängen auch die Topf- und Entformzeiten ab. Die entsprechenden Werte finden Sie bei den einzelnen Produkten. Wird das Harz bei niedrigen Temperaturen verarbeitet (nicht niedriger als 16 °C!), kann die Härtermenge geringfügig erhöht werden. Insgesamt ist es aber günstiger, den Aushärtungsprozeß nicht durch große Härtermengen zu forcieren, da es sonst zu Spannungen oder sogar Rissen im Mate-rial und zu einer gelblichen Verfärbung kommen kann. Härtermengen über 5 % er-weichen das Harz.

Epoxid-Gießharze

Info: Epoxidharze weisen die besten Eigenschaften hinsichtlich Formtreue und Halt-barkeit auf – allerdings sind sie auch relativ teuer. Die sogenannten EP-Harze werden zur Oberflächenvergütung (Oberflächenharze), zum Laminieren von Glas- oder Koh-lefasergeweben (Laminierharze) oder zum Gießen (Gießharze) eingesetzt.

Epoxidharze wird es bei Modulor geben, wenn wir ein Angebot für die Kunstharz-verarbeitung mit Glas- und Kohlefasergeweben zusammengestellt haben. In diesem Bereich sind die Epoxidharze unverzichtbar, da sich nur aus ihnen Teile mit den er-forderlichen hohen statischen und dynamischen Festigkeiten herstellen lassen.




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Zum Einbetten eignen sich metallische, anorganische oder organische Objekte, so-fern sie absolut trocken sind. Feuchtigkeit – also auch älterer MEKP-Härter – führt zur Schlierenbildung im Material. Es können Gießformen aus Materialien mit glatter, glänzender Oberfläche (Glas, Metall, Kunststoff) verwendet werden. Transparente Formen erlauben hinsichtlich der Bläschenbildung eine gute Kontrolle des Gießvor-gangs. Formen aus nicht selbsttrennenden Materialien müssen unbedingt mit Trenn-mittel behandelt werden. Silikonformen und PP- oder PE-Formen trennen sich selbst vom Gießling. Aber auch in diesen Formen kann es zu einer Restklebrigkeit der Oberfläche kommen. Hier kann helfen:

• TRENNMITTEL verwenden,• Form vor dem Eingießen erwärmen,• geringfügig mehr Härter dazugeben,• die Mischung erst sehr kurz vor dem Gelieren in die Form geben.

Polyester-Gießharz kann zu relativ großen Volumina verarbeitet werden, hat jedoch gegenüber den PUR-Gießmassen den Nachteil höheren Schwundes bei der Härtung (7 bis 10 %!). Große Blöcke sollten nicht auf einmal gegossen werden, da die auftre-tende Reaktionswärme hohe Spannungen im Material und damit Risse erzeugen kann. Besser ist die Verarbeitung in mehreren, etwa 2 cm dicken Schichten.

Beim Einbetten von Gegenständen geht man wie folgt vor: Zunächst wird eine erste Schicht als Boden in die Form gegossen und angehärtet – das Harz geliert. Das tro-ckene Objekt wird darauf plaziert und sinkt nun nicht mehr ein. Um eventuelle Lufteinschlüsse besser kontrollieren und beseitigen zu können, werden nun nach und nach weitere Schichten von je 10 bis 20 mm Dicke gegossen. Die Schichten wer-den jeweils nach Abklingen der Reaktionswärme der zuvor gegossenen Schicht ein-gegossen. Durch den für Polyester typischen Schwund löst sich der Gießling bei der Aushärtung meistens von den Formwänden ab. Dadurch kann es besonders bei klei-nen Objekten zu einer leichten Restklebrigkeit der Oberfläche kommen. Ursache dafür ist der Kontakt mit Luftsauerstoff. Der dünne Schmierfilm lässt sich durch Schleifen mit NASSSCHLEIFPAPIER der Körnung 500 - 700 oder durch Abwaschen mit ACETON entfernen.

Aus dem gleichen Grund muss das vergossene Harz zur Erzielung einer spiegelglatten Oberfläche auf der luftzugewandten Seite abgedeckt werden bevor es anfängt zu gelieren und nachdem alle Luftblasen aufgestiegen sind. Dazu kann glänzendes POLYPROPYLEN oder Hostaphanfolie verwendet werden. Wird der Gießling nicht abgedeckt, kann die Oberfläche nach dem Aushärten eine gewisse Klebrigkeit auf-weisen, die wie oben beschrieben entfernt wird.

Wahrend des Härtungsprozesses von UP-Harzen kann es durch die Einwirkung von Härtungsabgasen, die sich in Lufträumen z. B. in Blasen oder unter der Abdeckfolie konzentrieren, zu Aushärtungsstörungen im Material kommen. Polyesterharze soll-ten deshalb weitestgehend blasenfrei vergossen werden, möglichst bald nach Ab-klingen der Reaktionswärme entformt bzw. von der Abdeckfolie befreit werden.

Zur Erzielung eines hohen Aushärtungsgrades können die bei Raumtemperatur her-gestellten Objekte bei ca. 80 °C nachgehärtet werden. Ausgehärteten UP-Gieß- und Spachtelmassen ist ihre gute mechanische Bearbeitbarkeit gemein. Sie lassen sich mit Holz- und Metallbearbeitungswerkzeugen gut sägen, bohren, schleifen und mit POLIERPASTE polieren.

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Silikon

Info: Den folgenden Text so zu verfassen, dass nur jene Fachbegriffe verwendet werden, deren Bedeutung bereits erklärt wurde, war nur schwer möglich. Am Ende dieser Einleitung haben wir deshalb ein „kleines Lexikon zum Thema Silikon“ abge-druckt. Bitte schauen Sie dort nach, wenn die Ausführungen nicht verständlich sind. Weitere grundsätzliche Informationen zum Thema Silikon finden Sie im Kapitel A Kunststoff unter Sorten / Silikone.

Der Rohstoff zur Herstellung von Silikon ist Silizium – das nach Sauerstoff zweithäu-figste Element in der Erdkruste. Das spröde, harte, grauschwarze Halbmetall finden wir in der Natur als Siliziumdioxid (Bergkristall, Quarz, Sand) oder in Form von Sili-katen (Siliziumverbindungen mit Aluminium, Calzium oder Magnesium). Silizium ist ein äußerst vielseitiger Stoff: Es bildet den Grundbestandteil von Glas (geschmolze-ner Quarz) und Porzellan (pulverisierter Quarz), wird in der Halbleitertechnologie für Computerchips eingesetzt („silicon valley“) und bei der Herstellung von Sonnen-kollektoren verwendet. Das Siliziumprodukt Silikon besteht chemisch gesehen aus langen Ketten, die sich abwechselnd aus Silizium- und Sauerstoffatomen zusammen-setzen. An den Siliziumatomen hängen Kohlenwasserstoffreste, die dafür sorgen, dass Silikone Wasser abweisen, während Wasserdampf hindurchdringen kann. Sie können in (flüssige) Öle, (gummiartige) Kautschuke und (feste) Harze eingeteilt werden.

2-komponentige Silikone härten zu Elastomeren aus, die sich durch hohe Elastizität, physiologische Unbedenklichkeit, selbsttrennende Eigenschaften (sie haften nicht an anderen glatten Oberflächen) und relativ hohe Temperaturbeständigkeit auszeich-nen (dauerhaft bis 180 °C, kurzfristig bis 220 °C). Sämtliche von Modulor angebote-nen Silikone sind leicht zu verarbeitende Abformsilikone, die eine hervorragende Wiedergabegenauigkeit gewährleisten. Als sogenannte RTV-2-Silikone bestehen sie aus 2 Komponenten, die gut miteinander vermischt werden müssen und bereits bei Raumtemperatur vulkanisieren (vernetzen), ohne dass dabei Reaktionswärme ent-steht.

Das Mischungsverhältnis von Komponente A (Polymer) und Komponente B (Vernet-zer) berechnet sich immer nach Gewichtsteilen (nicht nach Volumenteilen!) und sollte genau eingehalten werden. Mehr oder weniger Härter als in den Rezepturen angegeben führt in der Regel nicht zu einer schnelleren oder langsameren Aushär-tung sondern zu Vulkanisationsstörungen oder einer mangelhaften Vernetzung und beeinträchtigt so die späteren mechanischen Werte des Silikonkautschuks. Werden aus einem Gebinde Teilmengen entnommen, ist eine genaue WAAGE zur Einhaltung des Mischungsverhältnisses deshalb unerlässlich.

Die Angabe „Sh-A“ bzw. “Sh-D” steht für „Shore-Härte“, die den Härtegrad von Elastomeren und Kunststoffen angibt. Bei weichen, gummiartigen Materialien ist das die Shore-Härte A, bei härteren die Shore-Härte D. In den nach DIN 53505 und DIN 7868 genormten Verfahren wird ein Stahlstift aus gehärtetem Stahl, dessen Form bei A und D variiert, mit einer bestimmten Kraft in das Material gedrückt und die Eindringtiefe gemessen. Der Messwert wird auf einer Skala von 0 (Durchdrin-gung) bis 100 (kein Eindringen) angegeben – je höher die Zahl, desto härter das Material.

Abhängig von ihrer Vernetzungsart unterscheidet man zwischen additions- und kondensationsvernetzenden Silikonen. Die Vernetzungsart bedingt unterschiedliche Eigenschaften der beiden Werkstofftypen, über die die nachfolgende Tabelle Aus-kunft gibt.

Additionsvernetzende Silikone vulkanisieren ohne die Abgabe von Spaltpro-dukten und schwinden deshalb kaum. Sie sind die richtige Wahl, wenn mit höchster Präzision abgeformt und die Form möglichst bald nach der Aushärtung eingesetzt werden soll. Ihre endgültigen mechanischen Eigenschaften erreichen additionsver-netzende Silikone nach ca. 24 Stunden. Die Geschwindigkeit und der gleichmäßige Verlauf ihrer Vernetzungsreaktion werden weder durch die Dicke der Abformung noch durch ein geschlossenes System (keine Luft- oder Feuchtigkeitszufuhr) beein-trächtigt. Wegen ihres Inhibierungsrisikos müssen diese Silikone jedoch absolut sauber und gewissenhaft verarbeitet werden (s. kleines Lexikon „Inhibierung“).

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Auch wenn kurze Topf- und Entformzeiten und eine beschleunigte Verarbeitung (s. „Tempern“) oder die Standzeit der Form (z. B. in der Serienfertigung) eine Rolle spielen, sollte auf additionsvernetzende Silikone zurückgegriffen werden. Weil diese Silikone auch ungefüllt und somit transparent oder transluzent erhältlich sind, eig-nen sie sich besonders zur Herstellung von einteiligen Massivformen, wenn diese bei der Entformung aufgeschnitten werden und so eine Beschädigung des Urmodells mittels optischer Kontrolle ausgeschlossen werden kann.

Eine der Komponenten von additionsvernetzenden Silikonen enthält immer einen Platinkatalysator. Bereits winzige Mengen dieses Katalysators reichen aus, um zu einer Aushärtung zu führen, wenn sie in die andere Komponente geraten. Eine sol-che „Kontamination“ kann bereits stattfinden wenn die Gebinde von A- und B-Kom-ponente offen nebeneinander stehen gelassen werden. Nach der Entnahme einer Teilmenge müssen die Behälter deshalb sofort wieder verschlossen werden. Auch Arbeitsgeräte, die jemals mit der katalysatorhaltigen Komponente oder der Mi-schung aus beiden Komponenten in Kontakt gekommen sind, müssen nach der Ar-beit sehr gut gereinigt werden, um für die Zukunft eine Kontamination auszuschlie-ßen.

Wenngleich die meisten der von uns angebotenen Silikone nicht für Abformungen am menschlichen Körper ausgewiesen sind, werden additionsvernetzende Silikone aufgrund ihrer Neutralität (keine Spaltprodukte) dafür eingesetzt. Vor dem großflä-chigen Einsatz empfehlen wir jedoch, in jedem Fall Vorversuche zu machen (z. B. kleiner Finger). Auf Anfrage sind Silikone lieferbar, die am menschlichen Körper getestet wurden und somit auch nachgewiesenermaßen unbedenklich sind.

Additions- und kondensationsvernetzende Silikone im Vergleich

Eigenschaften Komp. / Verarbeitung additionsvernetzende Silikone1) kondensationsvernetzende Silikone1)

Füllstoffe ungefüllt oder gefüllt immer gefüllt

Topfzeit (bei RT) relativ kurz relativ lang

linearer Schrumpf (Schwund) max. 0,1 % ca. 1 %

Vulkanisation im geschlossenen System? ja (weil keine Spaltprodukte) nein (Kondensat muss verdunsten und Luftfeuchtigkeit aufgenommen werden)

Inhibierungsrisiko relativ hoch gering

Inhibierung z. B. durch - schwefelhaltige Substanzen (z. B. - verschiedene Gummisorten)- Mit Metallsalzen katalysierte LSR- oder - RTV-Typen- Stabilisatoren und Weichmacher- Aminhärter in Epoxidharzen- verschiedene organische Lösungsmittel

- Feuchtigkeitsmangel- zu hohe Temperatur

Entformzeit (bei RT) relativ kurz relativ lang

Tempern möglich: bis 150 °C (bei Raumtempera-tur dann geringfügig mehr Schwund im Vergleich zum Urmodell)

nicht möglich (Verarbeitung von 20 °C bis 50 °C)

Toxikologie / Gefahrenhinweise neutral, toxikologisch unbedenklich (keine Spaltprodukte)

kann gesundheitsschädlich sein (Spaltprodukte)


Transparenz transluzent oder transparent möglich opak

Zeit bis zum ersten Einsatz der Form2) ca. 24 Std. nach der Entformung ca. 1 Woche nach der Entformung

Standzeit der Form relativ lang relativ kurz

Preis ca. 20 % teurer als vergleichbare kondensationsvernetzende Silikone

ca. 20 % billiger als vergleichbareadditionsvernetzende Silikone

Bemerkungen

Besonderheit für Abformungen am menschlichenKörper einsetzbar, in jedem Fall Vor- versuche machen (z. B. kleiner Finger)

Sämtliche Angaben beziehen sich in erster Linie auf die von Modulor angebotenen Materialien.1) Additions- und kondensationsvernetzende Silikone dürfen auf keinen Fall miteinander vermischt werden!2) bei Raumtemperatur (Temperung gegebenenfalls möglich)

Silikon




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Kondensationsvernetzende Silikone vulkanisieren unter Abgabe von Spaltpro-dukten (Alkohole) – sie schwinden daher bei der Vernetzungsreaktion um ca. 1 %. Um die vollständige Verdunstung der Spaltprodukte zu gewährleisten und die end-gültigen mechanischen Eigenschaften zu erreichen, sollen die Abformungen nach der Aushärtung nicht sofort eingesetzt werden, sondern müssen ca. 1 Woche lagern. Dieser Zeitraum lässt sich verkürzen, indem man den bei Raumtemperatur vernetzten Silikonkautschuk mehrere Stunden bei Temperaturen zwischen 50 °C und 70 °C la-gert (keineswegs wärmer!). Weil das Kondensat während der Aushärtung verduns-ten muss und für die Vernetzung dieser Silikone eine gewisse Luftfeuchtigkeit not-wendig ist, sollten sie nicht in geschlossenen Systemen vergossen werden. Wegen ihres geringen Inhibierungsrisikos sollten kondensationsvernetzende Silikone immer dann verwendet werden, wenn in unsauberer Umgebung (z. B. im Außenbereich) Abformungen vorgenommen werden.

Bei der Verarbeitung muss mit längeren Topf- und Entformzeiten gerechnet werden. Die Wahl eines kondensationsvernetzenden Silikons ist also immer dann sinnvoll, wenn ohne Vakuumanlage gearbeitet wird, da eingerührte Blasen bei längerer Topf-zeit besser entweichen können. Die Verarbeitung dieser Silikone erfolgt zwischen 20 °C und max. 50 °C. Bei höheren Temperaturen kommt es zur Umkehrung der Vernetzungsreaktion – das System bleibt oder wird wieder flüssig. Weil kondensati-onsvernetzende Silikone Füllstoffe enthalten, müssen die A-Komponenten immer gut aufgerührt werden, bevor sie mit den B-Komponenten vermischt werden.

Lagerung und Haltbarkeit: Die einzelnen Silikonkomponenten sind nicht unbe-grenzt haltbar. Ihre Haltbarkeit bei sachgemäßer Lagerung ist bei den einzelnen Produkten aufgeführt. Voraussetzung für die angegebenen Haltbarkeitszeiten und optimale Anwendungsergebnisse ist die frostfreie Lagerung in ungeöffneten Origi-nalgebinden bei Temperaturen unter 30 °C. Entnommene Teilmengen dürfen nicht wieder zurückgefüllt werden.

Auch die fertigen Silikonformen haben nur eine begrenzte Standzeit – lassen also nur eine beschränkte Anzahl an Abformungen zu, bevor sie spröde werden. Die Standzeit einer Silikonform ist abhängig von verschiedenen Aspekten (s. „Stand-zeit“).

Sicherheit und Arbeitsschutz: Die Silikonkomponenten sind i. d. R. weder toxisch noch aggressiv. Beim Umgang mit Silikonen sind deshalb lediglich die allgemein geltenden Arbeitsschutzregeln zu beachten. Nur die Härterkomponenten von kon-densationsvernetzenden Silikonen sind reizend, sie sollen deshalb nicht mit Haut oder Mund in Berührung kommen, die Augen sind bei Kontakt sofort gründlich (10 bis 15 Minuten) mit kaltem Wasser auszuspülen. Bei anhaltender Reizung sollte ein Arzt zu Rate gezogen werden. Sicherheitsdatenblätter senden wir Ihnen auf Anfra-ge gerne zu. Im flüssigen, nicht ausgehärteten Zustand sind die Komponenten was-sergefährdend und dürfen nicht in die Kanalisation oder ins Erdreich gelangen.

Verarbeitung: Damit die Reproduktionen dem Urmodell möglichst nahe kommen, lohnt es sich, dem wesentlichsten Teil der Arbeit – nämlich dem Abformprozess – größte Aufmerksamkeit zu schenken. Nur was ein Abformsilikon von der Oberflächenstruktur des Originals „wahrnimmt“, kann es an seine Reproduktionen weitergeben. Ob ein Gießling z. B. nach dem Entformen über eine matte oder glänzende Oberfläche verfügt, ist vom Glanzgrad der Silikonform und damit von dem des Urmodells abhängig. Eine matte Oberfläche ist genau betrachtet nur rauher (grobporiger) als eine glänzende. Da ein Abformsilikon die Oberflächenstruktur eines Materials ganz genau abformt, überträgt es den Glanzgrad auch auf seine Gießlinge.

Zur Verarbeitung kleinerer Mengen Silikonkautschuk empfehlen wir, die folgenden Arbeitsgeräte und Hilfsmittel am sauberen und ausreichend großen Arbeitsplatz bereit zu halten:

eine Unterlage (z. B. Zeitungspapier)EINWEGHANDSCHUHE aus LatexLappen zum Abwischen von danebengegangenen Tropfensaubere, trockene MEßBECHER, EINWEGSPRITZEN und / oder eine genaue WAAGE zum präzisen Abmessen der einzelnen Komponenten

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HOLZRÜHRSPATEL, besser eine Bohrmaschine mit RÜHRQUIRLsaubere, trockene MISCHBECHER zum Anmischen des Silikonseinen steifen, kurzhaarigen BORSTENPINSELfettlösende Reinigungsmittel (z. B. ACETON oder REINIGUNGSBENZIN)

Für die Herstellung einer Silikonform muss das abzuformende Urmodell trocken, sauber, staubfrei und tragfähig sein. Abformsilikone haben selbsttrennende Eigen-schaften – sie kleben beim Erstellen der Form nicht am Urmodell und ihre Gießlinge kleben beim späteren Reproduzieren nicht an der ausgehärteten Silikonform. Den-noch empfehlen wir immer die Verwendung eines Trennmittels (s. „Trennmittel“).

Poröse Materialien wie z. B. Holz, Naturstein oder Gips sollten vor der Abformung immer versiegelt und mit Trennmittel überzogen werden, um zu verhindern, dass die Abformmasse in die Oberflächen eindringt und die Entformung erschwert. Als Versiegelung eignen sich für die meisten Materialien wässerige Seifenlösung (Spül-mittel) oder Methylzellulose (dünner TAPETENKLEISTER), die später wieder abgewa-schen werden können. Alternativ können diese Werkstoffe lackiert werden, um ihre Poren zu schließen.

Grundsätzlich bestimmen der Charakter und die Größe des Urmodells die Art der Form und die Abformtechnik. Man unterscheidet zwischen Massiv- und Haut- oder Mantelformen. Hinsichtlich der Konsistenz der verarbeitungsfertigen Mischung wird zwischen gießbaren, streichbaren und knetbaren Silikonen unterschieden – sie wer-den im Gieß-, Streich- oder Abdruckverfahren verarbeitet. Die verschiedenen Formen und Verfahren haben jeweils Vor- bzw. Nachteile, über die die folgende Grafik in Kurzform Auskunft gibt.

Bevor die beiden Silikonkomponenten zusammengegeben werden, müssen insbe-sondere gefüllte Systeme gut aufgerührt werden. Um den verarbeitungsfertigen Silikonkautschuk zu erhalten und dessen problemlose Vulkanisation zu gewährleis-ten, werden beide Komponenten im angegebenen Mischungsverhältnis (nach Ge-

••••

Abformtechniken

Urmodell (Beschreibung) Art der Form Abformtechnik Vorteile Nachteile

flache Rückseitegeringe Hinterschneidungen oder Vertiefungenkleine Modelle (z. B. Medaille)

--

-

Massivform einteilig Gieß- oder Abdruckverfahren

geringer Arbeitsauf-wandhohe Eigenstabilität der Form

-

-

relativ hoher Silikonbedarf

flache Rückseitestarke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form)Modelle jeder Größe (z. B. Relief)

--

-

Hautform einteilig Gieß- oder Streichverfahren

geringe Entformungs-kräfterelativ geringer Silikonbedarf

-

-

Stützform erforder-lich (höherer Arbeitsaufwand)

allseitig strukturiertstarke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form)kleine Modelle (z. B. techn. Teile)

--

-

Massivform einteilig (Entformung durch Aufschneiden entlang einer Trennlinie: Einsatz als zwei- oder mehrteilige Massivform)

Gießverfahren geringerer Arbeitsauf-wand als bei zwei-teiliger Massivformhohe Eigenstabilität der Form

-

-

relativ hoherSilikonbedarf

Sockel mit gerader Standflächestarke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form)kleine Modelle (z.B kleine Figur)

--

-

(Entformung durch seitliches Aufschneiden:Einsatz als einteiligeaufklappbare Hautform)

Gieß- oder Streichverfahren

geringerer Arbeitsauf-wand als bei zwei-teiliger Hautformger. Entformungskräfterelativ geringer Silikonbedarf

-

--


allseitig strukturiertgeringe Hinterschneidungen oder Vertiefungenkleine Modelle

--

-

Massivform zwei- oder mehrteilig

Gieß- oder Abdruckverfahren

hohe Eigenstabilität der Form

- relativ hoher Arbeitsaufwand und relativ hoher Silikonbedarf

allseitig strukturiertstarke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form)Modelle jeder Größe (z. B. große Figur)

--

-

Hautform zwei- odermehrteilig



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Abformtechniken

Urmodell (Beschreibung) Art der Form Abformtechnik Vorteile Nachteile

flache Rückseitegeringe Hinterschneidungen oder Vertiefungenkleine Modelle (z. B. Medaille)

--

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Massivform einteilig Gieß- oder Abdruckverfahren

geringer Arbeitsauf-wandhohe Eigenstabilität der Form

-

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relativ hoher Silikonbedarf

flache Rückseitestarke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form)Modelle jeder Größe (z. B. Relief)

--

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Hautform einteilig Gieß- oder Streichverfahren


-

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allseitig strukturiertstarke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form)kleine Modelle (z. B. techn. Teile)

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Massivform einteilig (Entformung durch Aufschneiden entlang einer Trennlinie: Einsatz als zwei- oder mehrteilige Massivform)

Gießverfahren geringerer Arbeitsauf-wand als bei zwei-teiliger Massivformhohe Eigenstabilität der Form

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relativ hoherSilikonbedarf

Sockel mit gerader Standflächestarke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form)kleine Modelle (z.B kleine Figur)

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(Entformung durch seitliches Aufschneiden:Einsatz als einteiligeaufklappbare Hautform)


geringerer Arbeitsauf-wand als bei zwei-teiliger Hautformger. Entformungskräfterelativ geringer Silikonbedarf

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allseitig strukturiertgeringe Hinterschneidungen oder Vertiefungenkleine Modelle

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Massivform zwei- oder mehrteilig

Gieß- oder Abdruckverfahren

hohe Eigenstabilität der Form

- relativ hoher Arbeitsaufwand und relativ hoher Silikonbedarf

allseitig strukturiertstarke Hinterschneidungen oder Vertiefungen (komplexe Form)Modelle jeder Größe (z. B. große Figur)

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Hautform zwei- odermehrteilig



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Silikon




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wichtsteilen!) in ein sauberes Mischgefäß gegeben und sehr sorgfältig unter Einbe-ziehung der Gefäßwandung vermischt (von Hand mit einem Spatel oder mit einem elektrisch betriebenen Rührquirl). Zur Mischkontrolle sind die beiden Komponenten häufig unterschiedlich eingefärbt. Ist keine genaue Waage zur Hand, muss zur Volu-mendosierung über die Dichten der einzelnen Komponenten das Volumenverhältnis errechnet werden (s. Tabelle „Elastische Abformmassen – unsere Produkte im Ver-gleich“).

Während des Mischens ist – besonders bei der Verarbeitung ohne Vakuumgerät – darauf zu achten, dass möglichst wenig Luftblasen eingerührt werden, da diese die Abformgenauigkeit und die späteren mechanischen Eigenschaften des ausgehär-teten Materials negativ beeinträchtigen würden. Wird mit einem Rührgerät gearbei-tet, sollte deshalb (und um einen Temperaturanstieg in der Masse zu vermeiden) mit niedriger Geschwindigkeit gemischt werden. Beim regelmäßigen Einsatz von additi-onsvernetzenden Silikonen ist die Verwendung einer Dosiermaschine für 2-Kompo-nenten-Systeme empfehlenswert.

Sofern ein Vakuumgerät zur Verfügung steht, wird das frisch angerührte Silikonge-misch im Mischbehälter in die Vakuumkammer gestellt und entlüftet. Dabei ist zu beachten, dass ein deutlich größeres Gefäß für das Silikongemisch gewählt wird, da sich das Silikon im Vakuum stark ausdehnt (s. „Vakuumgerät“). Bei der Arbeit ohne Vakuumgerät muss ein Teil der Topfzeit zum Entlüften der Mischung aufgewendet werden. Dieses funktioniert um so besser, je flüssiger (niederviskoser) der angerührte Silikonkautschuk ist.

Nach der Entlüftung wird der Silikonkautschuk langsam in den Gießrahmen (Behäl-ter mit eingehängtem Urmodell) gegossen. Auch dabei muss darauf geachtet wer-den, dass sich – besonders an den Oberflächen des Urmodells – keine Luftblasen bilden. Um dem vorzubeugen, wird an der tiefsten Stelle angefangen und steigend mit langem, dünnen Strahl aus einer Höhe von 20 bis 30 cm eingegossen.

Thixotrope (pastöse) Silikone werden im ersten Arbeitsgang mit einem Pinsel aufge-strichen, um einen möglichst dichten, luftblasenfreien Überzug zu erhalten. Sobald diese erste Schicht angezogen hat aber noch klebrig ist, wird eine zweite Schicht mit dem Spachtel in möglichst gleichmäßiger Stärke aufgebracht. Ist die gewünschte Stärke noch nicht erreicht, können weitere Schichten aufgespachtelt werden, solan-ge die zuvor aufgetragene Schicht noch klebrig ist (s. a. „Handschuhverfahren / Haut-form“). Abdrücke mit knetbaren Silikonen werden sofort nach dem Vermischen mit der gewünschten Stärke ausgeführt.

Mit dem Ende der Topfzeit beginnt der Vulkanisationsprozess – die Komponenten vernetzen zu einem elastischen Silikonkautschuk. Soll die Vulkanisation deutlich beschleunigt werden, muss ein additionsvernetzendes Silikon gewählt werden, da diese Systeme bei höheren Temperaturen getempert werden können.

Sobald die Silikonform klebfrei ausgehärtet ist, kann entformt werden. Einteilige Massivformen werden dafür mit dem Skalpell an einer zuvor ermittelten Trennlinie vorsichtig aufgeschnitten. Für solche Formen empfiehlt sich also der Einsatz eines transparenten oder transluzenten Silikons, da man das Urmodell beim Aufschneiden sehen und so dessen Beschädigung durch Messerschnitte vermeiden kann. Anschlie-ßend wird die Silikonform vorsichtig vom Urmodell abgezogen. Dafür wird sie lang-sam unter Ausnutzung der Dehnungsfähigkeit des Silikons aus den Hinterschnei-dungen herausgelöst (s. a. „Handschuhverfahren / Hautform“).

Abhängig davon, ob mit einem additions- oder einem kondensationsvernetzenden Silikon abgeformt wurde, sollte die Form anschließend noch einen Tag bzw. eine Woche lagern, bevor sie erstmalig eingesetzt wird (s. Vergleich der beiden Vernet-zungsarten). Als Abgussmaterialien eignen sich Gips und Gipswerkstoffe, Gips / Acryl-Gießharze, Beton, Wachs, ungesättigte Polyester-Gießharze, PUR-Gießharze oder -Schäume, Epoxid-Gießharze etc. Wird mit aggressiven Reproduktionsmedien gegos-sen, sollte man die Silikonform über Nacht auslüften lassen, damit sie nicht so schnell versprödet. Zur Verlängerung der Standzeit einer Silikonform empfiehlt es sich, die-se von Zeit zu Zeit mit SILIKONÖL einzureiben oder mit SILIKONSPRAy einzusprü-hen.

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Kleines Lexikon zum Thema Silikon

Elastizität: Elastizität ist die Fähigkeit eines Materials, sich nach Verformung von selbst in den Ausgangszustand zurückzustellen.

Elastomer: elastischer Kunststoff (s. a. Kapitel A Kunststoffe, einleitende Informati-onen)

Entformzeit: Als Entformzeit bezeichnet man die Zeit, die das Silikon benötigt, um soweit klebfrei auszuhärten, dass entformt werden kann. Die bei den einzelnen Produkten angegebenen Zeiten gelten bei 23 °C – bei höheren Temperaturen ver-kürzen, bei niedrigeren verlängern sie sich. Bei additionsvernetzenden Silikonen lässt sich die Entformzeit mittels Tempern deutlich verkürzen. Die endgültigen Ei-genschaften werden aber meistens erst nach einigen Tagen erreicht.

Füllstoffe: Silikon wird bei der Produktion mit Füllstoffen versehen, um es preis-werter zu machen, die Eigenschaften zu beeinflussen (z. B. zur Erzielung einer ge-wünschten Shorehärte) oder den Vulkanisationsprozess zu gewährleisten.

Gefüllte Systeme – z. B. alle kondensationsvernetzenden Silikone – müssen immer gut aufgerührt werden, da sich die Füllstoffe bei längerer Standzeit am Boden ab-setzen. Bei ungefüllten Silikonen muss nur die B-Komponente aufgerührt werden, um den evtl. vorhandenen Farbstoff (Mischkontrolle!) zu verteilen.

Gießrahmen: Der Gießrahmen ist die „Kiste“, die um das Urmodell herum gebaut wird, um das Silikon eingießen zu können. Werden kondensationsvernetzende Sili-kone eingesetzt, muss der Gießrahmen offen sein, damit die entstehenden Spaltpro-dukte verdunsten können und der Kautschuk Luftfeuchtigkeit aufnehmen kann. Bei der Arbeit mit additionsvernetzenden Silikonen kann dagegen ein geschlossener Gießrahmen mit Eingussöffnung erstellt werden, da hier keine Spaltprodukte ent-stehen. Soll die Vernetzungsreaktion mittels Tempern beschleunigt werden (nur bei additionsvernetzenden Silikonen möglich), muss darauf geachtet werden, dass der Gießrahmen aus entsprechend temperaturbeständigem Material hergestellt wird.

Die Größe des Gießrahmens im Verhältnis zum Urmodell bestimmt die spätere Wandstärke der Abformung. Diese muss um so dicker sein, je weicher das Silikon und je größer das Urmodell ist damit die Form noch von selbst steht. Gegebenenfalls sollte alternativ mit einer Stützform gearbeitet werden (s. „Handschuhverfah-ren / Hautform“).

Handschuhverfahren / Hautform: Beim Handschuhverfahren wird eine Form er-stellt, die so dünn ist, dass sie nach der Aushärtung wie ein Handschuh abgekrempelt werden kann. Diese sogenannten Haut- oder Mantelformen mit einer Stärke von weniger als 2 cm sind dann angebracht, wenn Silikon gespart oder ein Objekt mit großen Hinterschneidungen abgeformt werden soll. Weil bei der Entformung sol-cher Urmodelle unter Umständen sehr hohe Kräfte aufgewendet werden müssen, um das Silikon zu dehnen, gestaltet sich diese Arbeit um so leichter, je dünnwan-diger die Silikonform ist. Für das Handschuhverfahren sollten deshalb möglichst dehnbare und reißfeste Silikone mit niedriger Shorehärte gewählt werden.

Für die Erstellung einer Hautform wird das Silikon im ersten Arbeitsgang dünn auf-gepinselt. Sobald diese Schicht angezogen hat, wird ein thixotropes (pastöses) Sili-kon gegebenenfalls in mehreren Schichten bis zur gewünschten Stärke mit dem Spachtel aufgebracht (s. a. Verarbeitung). Dabei dürfen auf keinen Fall kondensa-tions- und additionsvernetzende Silikone hintereinander aufgebracht werden.

Um die (wabbelige) Hautform nun so zu stabilisieren, dass später Gießlinge gefertigt werden können, muss eine Stützform auf der Außenseite der Silikonform aufge-bracht werden, solange sich diese noch am Urmodell befindet. Da die Stützform vor dem Abkrempeln der Hautform abgenommen werden muss, ist beim Spachteln der letzten Silikonschicht darauf zu achten, dass sämtliche Hinterschneidungen konisch beigearbeitet und geglättet werden, damit beim späteren Abnehmen der unfle-xiblen, festen Stützform keine Zwängungspunkte entstehen.

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Nachdem die Silikonform ausgehärtet ist, kann die Stützform – sinnvollerweise aus stabilem Material – hergestellt werden. Hierfür eignen sich z. B. Epoxidharzlaminate, mit Glasfasern verstärkte Acryl / Gips-Spachtelmassen oder einfach Gipsbinden. Diese Werkstoffe werden nach dem Erhärten der letzten Silikonschicht von außen auf die Silikonform aufgebracht. Zuvor sollte wiederum ein Trennmittel auf die Hautform aufgetragen werden, um einen Verbund zwischen Stützform und Silikonform zu verhindern. Sobald die Stützform ausgehärtet ist, kann sie von der Silikonform ab-genommen werden und gegebenenfalls weiterbearbeitet werden damit sie zum späteren Gießen stabil aufzustellen ist.

Nun wird die Hautform vorsichtig und langsam vom Urmodell abgezogen und in der fertigen Stützform passend positioniert. Die Silikonform sollte nicht nur beim an-schließenden Reproduzieren in der Stützform lagern, sondern auch immer darin aufbewahrt werden, um Verformungen oder Beschädigungen an der Form auszu-schließen.

Um dünnwandige Formen zu erstellen, ist alternativ das Gießverfahren einsetzbar. Dazu wird das Urmodell zunächst mit einer Plastilinschicht (schwefelfrei, nicht inhi-bierend!) locker „eingepackt“. Da diese Schicht eine Platzhalterfunktion für die später zu erstellende Silikonform einnimmt, wird sie in der Stärke der gewünschten Silikonform ausgeführt. Auch hier muss darauf geachtet werden, die Außenseite des Plastilins so zu formen, dass beim späteren Abnehmen der Stützform keine Zwän-gungspunkte entstehen. Der vollständige Kontakt zwischen Urmodell und Plastilin ist nicht unbedingt erforderlich.

Nun wird die ein- oder mehrteilige Stützform auf der Außenseite der Plastilinschicht aufgebracht. Dabei werden Befestigungspunkte ausgebildet, an denen die Stütz-form anschließend mit dem Urmodell fest verbunden werden kann. Sofern es sich um eine geschlossene Form handelt, wird in der Stützform ein Eingießstutzen mo-delliert, durch den das Silikon später eingegossen werden kann.

Nachdem die Stützform ausgehärtet ist, wird sie abgenommen und anschließend das Urmodell vom Plastilin befreit. Das Plastilin kann wieder verwendet werden, darf bei einer erneuten Verwendung als Platzhalter aber nur für Abformungsprozesse einge-setzt werden, die mit Silikonen der gleichen Vernetzungsart durchgeführt werden, da andernfalls das Risiko einer Inhibierung besteht. Nun wird die Stützform von in-nen mit Trennmittel eingestrichen, an undichten Stellen evtl. mit Plastilin abgedich-tet und an den Befestigungspunkten am Urmodell befestigt. Anschließend kann die niederviskose Silikonmischung eingegossen werden. Dabei bildet sie dort, wo zuvor das Plastilin als Platzhalter saß, die Form aus.

Hinterschneidung: Als Hinterschneidung bezeichnet man eine Vertiefung oder Erhöhung der Modelloberfläche mit rückwärtigem Verlauf: So stellt z. B. der Hals eines Torsos, der in einem Stück abgeformt werden soll – dessen Abformung somit über den dickeren Kopf hinübergezogen werden muss – eine Hinterschneidung dar. Urmodelle mit starken Hinterschneidungen sollten mit möglichst dehnbaren und reißfesten Silikonen mit niedriger Shorehärte ausgeführt werden, da zur Entfor-mung hohe Zugkräfte notwendig sind.

Inhibierung: Die Störung des Vulkanisationsprozesses durch Substanzen, die diesen beeinträchtigen bezeichnet man als Inhibierung. Vulkanisationsstörungen können an der Kontaktfläche zwischen Modell bzw. Gießrahmen und Silikongemisch auftre-ten und sind in der Regel auf „unsauberes“ Arbeiten zurückzuführen. Inhibiertes Silikon härtet nicht oder nur verzögert aus – es bleibt an der Kontaktfläche klebrig oder sogar viskos. Wir empfehlen deshalb, immer Vorversuche durchzuführen. Inhi-bierend wirken z. B.

zu viel oder zu wenig Feuchtigkeitschwefelhaltige Verbindungen (Chlor- und Butylkautschuke, bestimmte Plastiline ...)mit Metallsalzen katalysierte LSR- oder RTV-TypenStabilisatoren und Weichmacher (z. B. in Weich-PVC)Aminhärter in EpoxidharzenVerschiedene organische Lösungsmittel wie z. B. Ketone, Alkohole, Ether etc.

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Inhibierungsrisiken bestehen vor allem bei der Vulkanisation additionsvernetzender Silikone. Hier ist die absolut saubere und gewissenhafte Verarbeitung eine wesent-liche Voraussetzung für eine ungestörte Vernetzung. In diesem Zusammenhang weisen wir ausdrücklich darauf hin, dass schon geringste Mengen inhibierender Substanzen ausreichen können, um bei diesen Silikonen zu Vulkanisationsstörungen zu führen. Wird z. B. das Urmodell mit bloßen Händen in den Gießrahmen gehängt, können mikroskopisch kleinste Mengen inhibierender Substanzen das Modell an den berührten Stellen so weit kontaminieren, dass es dort zur Inhibierung kommt. Bei der Arbeit mit additionsvernetzenden Silikonen empfehlen wir deshalb, sämt-liche Gegenstände, die mit dem Silikongemisch in Berührung kommen, gut mit Aceton oder Reinigungsbenzin zu reinigen.

Kondensationsvernetzende Silikone sind dagegen deutlich weniger empfindlich gegen Inhibierung, sofern sie zwischen 20 °C und max. 50 °C verarbeitet werden. Ein geringes Inhibierungsrisiko besteht bei zu geringer Umgebungsfeuchte, da diese Silikone zur Vulkanisation auf eine gewisse Luftfeuchtigkeit angewiesen sind. Des-halb sollten Urmodelle aus saugenden Materialien wie Gips oder Holz vor der Abfor-mung mit Wasser angefeuchtet oder besser, versiegelt und mit Trennmittel versehen werden, um zu verhindern, dass dem Silikon die Feuchtigkeit entzogen wird. Aus dem selben Grund dürfen kondensationsvernetzende Silikone nicht in geschlossene Formen vergossen werden, da sie dann keine Umgebungsfeuchte mehr aufnehmen können.

Weil diese Silikone in ihrer A-Komponente geringste Mengen Wasser enthalten und dieses zur Vulkanisation benötigen, kann es vorkommen, dass sie nach längerer La-gerung nicht oder nur sehr langsam aushärten und am Urmodell haften bleiben. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, ein bis zwei Prozent Wasser unterzurühren um die Reaktionsfähigkeit wieder herzustellen. Anschließend muss der Kautschuk im dicht verschlossenen Gebinde für mindestens 24 Stunden gelagert werden.

Massivform: Im Gegensatz zur Haut- oder Mantelform bezeichnet man dickwandi-ge Formen mit hoher Eigenstabilität als Massivformen. Diese mehr als 3 cm dicken Formen werden im Gießverfahren hergestellt und kommen i. d. R. ohne Stützform aus. Da einteilige Massivformen bei der Entformung vorsichtig aufgeschnitten wer-den, empfiehlt sich der Einsatz von transparenten oder transluzenten (additionsver-netzenden) Silikonen.

Ökologie: Unabhängig von der Vernetzungsart gehören nicht ausgehärtete Silikon-komponenten weder in den Hausmüll noch in die Kanalisation sondern müssen als Sondermüll entsorgt werden, da sie biologisch nicht abbaubar sind. Ausgehärtete Silikone können bedenkenlos im Hausmüll entsorgt werden.

Reißdehnung (%): Die Reißdehnung bezeichnet die Dehnung im Verhältnis zur Ausgangslänge in dem Moment, in dem das Silikon reißt. Für komplizierte Abfor-mungen mit großen Hinterschneidungen sollte Silikon mit hoher Reißdehnung ein-gesetzt werden, da das Material bei der Entformung hohen Zugbelastungen ausge-setzt wird.

Reißfestigkeit: Die Reißfestigkeit ist die Kraft, die notwendig ist, um ein Silikon mit definiertem Querschnitt zu zerreißen. Sie wird gemessen in N / mm².

Schrumpf, linear (Schwund): Silikon schrumpft während des Aushärtungspro-zesses mehr oder weniger zusammen. Abhängig vom Anwendungszweck ist die Maßhaltigkeit des Silikons aber von großer Bedeutung. So werden z. B. im Dentalbe-reich aber auch beim Präzisionsmodellbau hohe Ansprüche an die Abformgenauig-keit gestellt.

In solchen Fällen sollte ein additionsvernetzender Silikonwerkstoff gewählt werden, da diese Systeme ohne Freisetzung von Spaltprodukten und damit praktisch schrumpfungsfrei vulkanisieren. Kondensationsvernetzende Silikone bilden bei der Vernetzungsreaktion flüchtige Alkohole, die während der Entformzeit und danach verdunsten. Dieses hat eine geringfügige Schrumpfung des Materials (ca. 1 % linear) zur Folge.

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Shorehärte: Die Shorehärte gibt an, wie hart bzw. weich ein Werkstoff ist. Von weichen Materialien wie z. B. Silikon wird sie in Shore A (Sh-A) angegeben. Für här-tere Werkstoffe verwendet man andere Shore-Einheiten (z. B. Shore D für ausgehär-tete PUR-Gießharze). Nach der Vulkanisierungsart und neben der Reißfestigkeit ist die Shorehärte A das wichtigste Kriterium bei der Wahl des richtigen Silikons für ei-nen definierten Anwendungszweck. Je größer der Wert der Shorehärte ist, desto härter ist der Werkstoff. Die Shorehärte eines Silikons ist – abhängig von der Ferti-gungscharge – nie absolut identisch und kann deshalb nur mit ± 2 angegeben wer-den. Wenn ohne Stützform gearbeitet wird, sollte das Abformmaterial um so härter sein, je größer ein Modell ist, da sich die Form sonst nicht selber trägt.

Spaltprodukte: In der Regel unerwünschte Stoffe, die bei der Reaktion von zwei oder mehreren Chemikalien entstehen. Bei der Vulkanisation von kondensationsver-netzenden Silikonen entstehen Spaltprodukte, die vor dem ersten Einsatz der Form verdunsten müssen und zu einem geringen Schwund des Silikonkautschuks führen.

Standzeit: Silikonformen haben nur eine begrenzte Standzeit, d. h. sie lassen nur eine beschränkte Anzahl an Abformungen zu. Additionsvernetzende Silikone sind in dieser Hinsicht haltbarer, da bei ihrer Vernetzung im Gegensatz zu kondensations-vernetzenden Silikonen keine Spaltprodukte entstehen, die auf lange Sicht zur Ver-sprödung der Form beitragen können. Wieviele Gießlinge mit einer Silikonform ab-gegossen werden können, hängt von verschiedenen Aspekten ab.

• Aggressivität und Temperatur der Reproduktionswerkstoffe: Epoxidharze sind sehr aggressiv und härten unter Wärmeentwicklung aus, aber auch Polyester und PUR-Harze führen zur Versprödung ausgehärteter Silikone. Geschmolzenes Zinn lässt die Form aufgrund seiner hohen Temperaturen schneller altern.• Geometrie der Form: Große Hinterschneidungen stellen beim Entformen hohe Ansprüche an die mechanische Belastbarkeit des Silikons – das Material versprö- det schneller.• Lüften der Form: Gibt man der Form zwischen den einzelnen Abgüssen über Nacht Zeit zum Lüften, sprüht sie mit Silikonspray ein oder reibt sie von Zeit zu Zeit mit Silikonöl ein, verlängert sich die Standzeit. • Lagerung der Form: Silikonformen werden am besten in dunklen Räumen (keine UV-Strahlung) bei Temperaturen von ca. 20 °C gelagert.

Stützform: Für dünnwandige Haut- oder Mantelformen wird eine Stützform benö-tigt, um die fertige Silikonform soweit zu stabilisieren, dass das Reproduktionsmate-rial eingegossen werden kann (s. „Handschuhverfahren / Hautform“).

Temperaturbeständigkeit: Dauerhaft sind Silikone bis ca. 180 °C, kurzfristig auch bis ca. 220 °C einsetzbar. Additionsvernetzende Silikone sind temperaturbeständiger als kondensationsvernetzende. Um Silikone mit noch höherer Temperaturbeständig-keit zu erhalten, werden Systeme angeboten, die mit besonders temperaturbestän-digen (wärmeableitenden) Füllstoffen gefüllt sind. Darunter leiden jedoch immer ihre mechanischen Eigenschaften. Werden Silikone hohen Temperaturen ausgesetzt, tritt in jedem Fall ein Versprödungsprozess ein, der zu einem Anstieg der Shorehärte, zur Verschlechterung ihrer mechanischen Belastbarkeit und langfristig zum Verlust der selbsttrennenden Eigenschaften führt.

Tempern bezeichnet bei Silikonen die Wärmebehandlung während des Vulkanisa-tions- oder Aushärtungsprozesses. Additionsvernetzende Silikone können bei einer Temperatur von bis zu 150 °C getempert werden, um die Vernetzung zu beschleuni-gen. Beim Tempern ist zu bedenken, dass die Nullstellung der Form durch ihre Aus-dehnung bei Wärme nur wieder bei jener Temperatur erreicht wird, bei der getem-pert wurde. Vergleicht man also die Abformung mit dem Urmodell bei Raumtemperatur, so erscheint die Form stärker geschwunden, als wenn die Vernet-zung bei Normaltemperatur stattgefunden hätte.

Um einen Anhaltswert zur Beschleunigung der Vulkanisation zu bekommen, kann mit folgender Faustformel gerechnet werden: Die Entformzeit reduziert sich um ca. 10 Minuten je 1 °C Temperaturerhöhung gegenüber 23 °C. Um den oben beschrie-benen Schwund also so gering wie möglich zu halten, empfiehlt es sich, bei geringe-ren Temperaturen als 150 °C zu tempern. Kondensationsvernetzende Silikone kön-nen nicht getempert werden.

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Thixotrop: 2-komponentige Silikone werden als thixotrop bezeichnet, wenn Sie im frisch vermischten Zustand so hochviskos (zähfließend) sind, dass sie auch an senk-rechten Flächen nicht ablaufen. Thixotrope Silikone sind als solche fertig erhältlich (z. B. Modasil V 55) oder werden durch Vermischung eines niederviskosen Silikons mit Thixotropiermittel thixotrop eingestellt. Dabei ist zu beachten, dass das Thixo-tropiermittel mit dem Silikongemisch reagieren muss – der thixotrope Zustand sich also erst nach ca. 10 bis 15 Minuten einstellt. Für Silikone mit extrem kurzer Topfzeit kommt das thixotropieren deshalb nicht in Frage.

Thixotrope Silikone werden immer dann eingesetzt, wenn eine Form nicht gegossen werden kann oder soll. Dieses ist z. B. dann der Fall, wenn fest montierte Teile, sehr große Modelle oder Modelle mit großen Hinterschneidungen abgeformt werden sollen. In diesen Fällen wird der thixotrope Silikonkautschuk in mehreren Arbeits-gängen erst mit dem Pinsel, dann mit dem Spachtel auf das Urmodell aufgetragen. Da ein thixotropes Silikon nur bis zu einer bestimmten Schichtstärke nicht abläuft, können auf schon angezogene aber noch klebrige Schichten weitere Schichten auf-gebracht werden, um die gewünschte Formstärke zu erzielen (s. a. „Handschuhver-fahren / Hautform“).

Topfzeit: Als Topfzeit wird die Zeit bezeichnet, in der das Silikon ab Beginn des Mischvorgangs verarbeitungsfähig ist. Genau definiert wird sie als die Zeit, die das Silikon benötigt, um seine Viskosität zu verdoppeln. Sinnvollerweise sollte immer nur so viel Material angerührt werden, wie während der Topfzeit auch verarbeitet werden kann. Wenn ohne Vakuumgerät gearbeitet wird, gibt eine längere Topfzeit der Mischung mehr Zeit zum Entlüften und führt somit zu weniger Blasen in der Abformung.

Die Topfzeiten von Silikonen sind bei der Herstellung innerhalb bestimmter Band-breiten einstellbar. Die bei den einzelnen Produkten angegebenen Zeiten gelten bei einer Verarbeitungstemperatur von 23 °C, bei höheren Temperaturen (warmes Was-serbad) verkürzt sich die Topfzeit, bei niedrigeren verlängert sie sich (Kühlschrank).

Transparenz / Transluzenz: Für einteilige Massivformen, die bei der Entformung aufgeschnitten werden, sollte transparentes oder transluzentes Silikon gewählt wer-den, um das Modell beim Schneiden noch erkennen zu können und nicht zu verlet-zen. Auch für komplizierte Formen sind transparente Systeme besser geeignet, um den Gießvorgang beim späteren Abgießen kontrollieren und die Luftblasenbildung verhindern zu können.

Trennmittel: Trennmittel werden sowohl bei der Herstellung der Silikonform als auch beim Reproduzieren eingesetzt. Sie verhindern, dass die Werkstoffe miteinan-der verkleben.

Beim Abformen empfehlen wir trotz der selbsttrennenden Eigenschaften von Silikon immer die Verwendung eines Trennmittels, um Inhibierungsstörungen zu vermeiden und zu verhindern, dass am Urmodell eventuell vorhandene haftvermittelnde Subs-tanzen zu einem nur schwer lösbaren Verbund führen. Auch Glas, glasierte Oberflä-chen oder Email sollten immer mit Trennmitteln überzogen werden, da Silikonkaut-schuk auf diesen Stoffen leichter haftet.

Urmodelle aus porösen Materialien (Holz, Gips, Ton, Naturstein, Beton ...) sollen immer mit einem Trennmittel überzogen werden, um das Eindringen des Silikons und dessen mechanische Verankerung oder Verfärbung zu verhindern. Als porenver-siegelnde Trennmittel sind Methylzellulose (Tapetenkleister) oder wäßrige Seifenlö-sungen geeignet.

Bei der Erstellung von mehrteiligen Silikonformen muss die zuerst gegossene Silikon-teilform eingetrennt werden, weil sie sonst beim Gießen der zweiten Teilform mit dem flüssigen Silikonkautschuk verkleben würde.

Beim Reproduzieren mit Silikonformen muss kein Trennmittel eingesetzt werden (mit Ausnahme von Epoxidharzen). Wird mit Formen aus anderen Materialien (Poly-urethan, Latex, Gips ...) gearbeitet, ist der Einsatz von Trennmitteln dringend erfor-derlich, da die Werkstoffe sonst miteinander verkleben würden. Sofern mit einem

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Werkstoff gegossen wird, der später lackiert werden soll, muss darauf geachtet wer-den, dass das Trennmittel überlackierbar ist, da beim Entformen Bestandteile des Trennmittels am Gießling hängenbleiben können. Alternativ muss der ausgehärtete Gießling vor dem Lackieren mit Reinigungsbenzin oder Terpentin gesäubert wer-den.

Als Trennmittel sind u. a. einsetzbar: dünnflüssige oder pastöse Wachsdispersionen, Silikonöl (Trennspray, Silikonspray), Polyvinylalkohol, schwefelfreie Vaseline (Apo-thekenqualität) unverdünnt oder gelöst in Reinigungsbenzin ... Bitte beachten Sie auch die weitergehenden Informationen zu Trennmitteln in diesem Kapitel im Ab-schnitt Hilfsmittel.

Urmodell: Um bei der Terminologie der verschiedenen Modelle und Abformungen den Überblick zu behalten, bezeichnet man das abzuformende Objekt – also das Original – auch als Urmodell.

Vakuumgerät: Ein Vakuumgerät wird eingesetzt, um den frisch vermischten Sili-konkautschuk von Luftblasen zu befreien. Dafür wird die Mischung im Mischgefäß in die Vakuumkammer gestellt und bei 30 bis 50 mbar entlüftet.

Bei diesem Vorgang, der sogenannten Evakuierung, expandiert das Silikongemisch auf das drei - bis fünffache seines ursprünglichen Volumens – es muss also ein deut-lich größeres Gefäß verwendet werden – und Luftblasen steigen an die Oberfläche (Das Silikon „kocht“.). Der Entlüftungsvorgang lässt sich beschleunigen, wenn das Vakuum mehrmals kurz unterbrochen wird. Nach wenigen Minuten geht das Silikon-gemisch wieder auf sein ursprüngliches Volumen zurück und der Entlüftungsvorgang kann beendet werden.

Ob ein Silikon im Vakuum entlüftet werden muss oder während der Topfzeit von selbst entlüftet, ist abhängig von seiner Viskosität und der Dauer der Topfzeit. Eine längere Topfzeit gibt dem Silikongemisch mehr Zeit zum Entlüften. Ab einer Visko-sität von ca. 30.000 mPa.s (s. „Viskosität“) empfiehlt es sich, Silikone nur noch im Vakuum zu entlüften.

Vernetzung: siehe „Vulkanisation“

Viskosität bezeichnet die Fließfähigkeit eines Materials. Sie ist u. a. abhängig von der Temperatur und wird in Millipascalsekunden angegeben (mPa.s). Je größer der angegebene Wert ist, desto zähfließender (hochviskoser) ist das Silikon, je kleiner er ist, desto „flüssiger“ (niederviskoser) ist der Werkstoff. Ab einer Viskosität von ca. 30.000 mPa.s empfiehlt es sich, Silikone nur noch im Vakuum zu entlüften.

Vulkanisation: Die chemische Vernetzung der beiden Silikonkomponenten bezeich-net man als Vulkanisation – die Silikonmischung geht über in ein Gummielastomer. Man unterscheidet zwischen Additions- und Kondensationsvernetzung (s. o.). Bei tieferen Temperaturen (Kühlschrank) verlangsamt sich die Vulkanisation, durch Er-wärmen der Mischung (warmes Wasserbad) kann sie dagegen beschleunigt wer-den.

Vulkanisationsstörungen: siehe „Inhibierung“

Weiterreißfestigkeit: Die Weiterreißfestigkeit bezeichnet die Kraft, die nötig ist, um angerissenes Silikon weiter einzureißen. Sie wird bei einer Materialstärke von 1 mm gemessen und in N / mm angegeben.

Modulor GmbH Prinzenstr. 85 10969 Berlin Tel. +49 (0)30 690 36-0 Fax +49 (0)30 690 36 - 445 www.modulor.de [email protected]

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Elastische Abformmassen – unsere Produkte im Vergleich

additionsvernetzende Silikone kondensationsvernetzendes Silikon elastische Polyurethane Latex

Alpa Sil EH 10:1 Protosil RTV 240 Alpa Sil V 66 1:1 Köraform A 50 T 10:1 Alpa Megaplast 1:1 Neukasil RTV 29 Neukasil RTV 22 Köraform K 31 100:2 PUR-Gieß / Abformharz U1404 2) Latex-Milch

Eigenschaften d. Kompon. / Verarbeitung

Farbe / Transparenz A-Komponente farblos, transluzent farblos, transparent gelb, opak schwarz, opak weiß, opak weiß, opak weiß, opak weiß farblos, transparent weiß, opak

Farbe / Transparenz B-Komponente blau, transluzent farblos, transparent blau, opak farblos, transluzent hautfarben, opak rotbraun, transluzent orange, transluzent farblos oder blau rötlich, transparent (beide Härter) -

Füllstoffe ungefüllt ungefüllt gefüllt gefüllt gefüllt ungefüllt ungefüllt gefüllt ungefüllt ungefüllt

Dichte A-Komponente (bei RT 4)) ca. 1,1 g / cm³ ca. 1,10 g / cm³ ca. 1,07 g / cm³ ca. 1,35 g / cm³ ca. 1,5 g / cm³ ca. 0,98 g / cm³ ca. 1,1 g / cm³ ca. 1,22 g / cm³ ca. 1,05 g / cm³ ca. 1,0 g / cm³

Dichte B-Komponente (bei RT 4)) ca. 1,1 g / cm³ ca. 0,95 g / cm³ ca. 1,07 g / cm³ ca. 0,97 g / cm³ ca. 1,5 g / cm³ ca. 0,95 g / cm³ ca. 1,1 g / cm³ ca. 1,04 g / cm³ ca. 1,03 g / cm³ (Härter U1404) -

Viskosität A-Komponente (bei RT 4)) ca. 10.500 mPa.s ca. 110.000 mPa.s ca. 52.000 mPa.s ca. 33.530 mPa.s pastös (Knetmasse) ca. 4.000 mPa.s ca. 2.000 mPa.s ca. 25.000 mPa.s ca. 6.500 mPa.s 180 mPa.s

Viskosität B-Komponente (bei RT 4)) ca. 2.700 mPa.s ca. 1.200 mPa.s ca. 308.000 mPa.s ca. 1200 mPa.s pastös (Knetmasse) ca. 140 mPa.s ca. 2.450 mPa.s 20 mPa.s ca. 300 mPa.s (beide Härter) -

Mischungsverhält. Gewichtst. (A-Kom.:B-Kom.) 10:1 10:1 1:1 10:1 1:1 100:5 1:1 100:2 unterschiedlich 3) -

Topfzeit (bei RT 4)) ca. 25 min ca. 80 min ca. 5 min ca. 45 min ca. 2 min ca. 4 Stunden ca. 5 min 60 min 25 - 100 min 3) -

linearer Schrumpf (Schwund) 1) ca. 0,1 % ca. 0,1 % ca. 0,1 % ca. 0,1 % ca. 0,1 % ca. 0,1 % ca. 0,1 % ca. 0,5 % < 0,1 % ca. 6 %

Entformzeit (bei RT 4)) ca. 2 Stunden 12 Stunden ca. 15 - 20 min ca. 12 Stunden ca. 5 Minuten ca. 12 Stunden ca. 30 Minuten 20 Stunden ca. 24 Stunden > 12 Stunden

Haltbarkeit mind. A-Komp. (ungeöffn. 0-30 °C) 12 Monate 12 Monate 12 Monate 6 Monate 12 Monate 12 Monate 12 Monate 6 Monate 12 Monate (ungeöff. 15 - 25 °C) ca. 24 Monate

Haltbarkeit mind. B-Komp. (ungeöffn. 0-30 °C) 12 Monate 12 Monate 12 Monate 6 Monate 12 Monate 12 Monate 12 Monate 6 Monate 12 Monate (ungeöff. 15 - 25 °C) -


Farbe / Transparenz hellblau, transluzent farblos, transparent grün, opak schwarz, opak hautfarben, opak weiß, opak beigerot, opak weiß rötlich, transparent beige, transluzent

Shore Härte 1) ca. 26 - 28 Sh-A ca. 42 Sh-A ca. 25 Sh-A ca. 43 Sh-A ca. 35 Sh-A ca. 30 Sh-00 ca. 22 Sh-A ca. 23 Sh-A 40 - 80 Sh-A 3) keine Angabe

Reißdehnung 1) ca. 290 % ca. 400 % ca. 350 % > 455 % keine Angabe keine Angabe 5) ca. 1000 % 380 % 600 - 1.000 % 3) 900 - 920 %

Reißfestigkeit 1) ca. 3,7 N / mm² 6,0 N / mm² ca. 4,0 N / mm² > 3,9 N / mm² keine Angabe keine Angabe 5) ca. 3,5 N / mm² ca. 2,8 N / mm² 3 - 16 N / mm² 3) 24 - 28 N / mm²

Weiterreißfestigkeit 1) ca. 9,4 N / mm 23,0 N / mm ca. 20,0 N / mm > 7,0 N / mm keine Angabe keine Angabe 5) ca. 15 N / mm ca. 22 N / mm 7 - 40 N / mm 3) 16 N / mm

Wärmebeständigkeit kurzfristig bis ca. 220 °C keine Angabe bis ca. 250 °C bis ca. 250 °C bis ca. 220 °C keine Angabe 5) bis ca. 200 °C keine Angabe keine Angabe keine Angabe

Wärmebeständigkeit regelmäßig / dauernd bis ca. 180 °C bis ca. 200 °C bis ca. 160 - 180 °C bis ca. 170 °C bis ca. 180 °C bis ca. 180 °C keine Angabe keine Angabe bis ca. 70 °C keine Angabe

Bemerkungen

Besonderheit - gut gießbar - entlüftet sehr gut - hohe mechananische - Festigkeit

- m. E. gießbar - gute Transparenz - Verarbeitung nur- mit Vakuumgerät empfohlen (Vakuum-gießgerät)

- hochelastisch - sehr hohe mechani-sche Festigkeit

- gute Gießharzbestän-digkeit

- thixotrop (pastös, streichfähig)

- hohe mechanische Festigkeit

- sehr einfach zu mischen (1:1)

- temperaturbeständig (wärmeab leitend)

- Verarbeitung mit- Vakuumgerät- ratsam

- hohe mechanische- Festigkeit

- knetbar, nicht gießbar - entwickelt für Reproduktionen in podologischen Labors (Fußpflege)

- geprüft und zugelas-sen für Hautkontakt

- sehr einfach zu mischen (1:1)

- sehr kurze Topf- und Entformzeiten

- gelartiges Material - entlüftet sehr gut

- lebensmittelecht - hautverträglich - sehr gut gießbar - entlüftet sehr gut - hohe mechanische Festigkeit

- Mischungsverhältnis 1:1

- schnelle Durchhärtung

- hochelastisch - sehr hohe mechanische Festigkeit - lange Topf- und- Entformzeiten - entlüftet sehr gut - besonders beständig gegen Polyester- und Polyurethan

- guter Weiterreißwiderstand

- kennzeichnungspflichtig - Verschiedene Shore Härten, Topfzeiten und mechanische Festigkeiten 3)

- sehr wenig Schwund - sehr gut gießbar (vgl. Silikon) - entlüftet sehr gut (vgl. Silikon) - sehr hochelastisch (vgl. Silikon) - hohe mechanische Festigkeit (vgl. Silikon)

- lange Standzeit (vgl. Silikon) - sehr gut einfärbbar - nicht selbsttrennend - relativ hart - exotherme Aushärtung - besonders beständig gegen Polyester, Polyurethan und Epoxidharz

- sehr preiswert - extrem elastisch - ausgehärtete Masse nicht besonders haltbar

- Geruch nach Ammoniak - relativ aufwendiger und zeitintensiver Abfor-mungsprozess

Einsatzzweck - Standardsilikon für Abformungen komplizierter Urmodelle

- für einteilige- Massiv-formen (aufschneiden)

- Kontrolle des Gießvorgangs möglich

- Rapid Prototyping

- für Abformungen von senkrechten- oder fest montierten Modellen

- zur Reproduktion von Gegenständen mit niegrigschmelzenden Metallen- (Zinn)

- für Abformungen am menschlichen Körper

- gutes Elektroisolierma-terial

- für Herstellung von Orthopädieprodukten

- Standardsilikon für Abformungen komplizierter Urmodelle

- für Abformungen von größeren Modellen mit Hinterschneidungen

- für Abformungen komplizierter- Urmodelle (alternativ zu Silikonen)

- Gießmasse zur Herstellung flexibler Formteile

- für sehr dünne nahtlose Hautformen

1) gemessen bei Raumtemperatur, bei additionsvernetzenden Silikonen nach 24 Stunden (nach 7 Tagen bei Köraform A 50 T), bei kondensationsvernetzenden Silikonen nach 4 Tagen2) Elastische PUR-Gießharze finden Sie im Abschnitt Gießharze, da sich diese Werkstoffe sowohl zum Abformen als auch zum Herstellen elastischer Formteile eignen. 3) Das PUR-Gieß / Abformharz U1404 bieten wir mit 2 verschiedenen Härtern an. Abhängig von den Mischungsverhältnissen zwischen Harz und Härter(n) ist eine große Bandbreite an Werten erzielbar. Bitte beachten Sie die entsprechende Tabelle bei den Produkten.4) RT = Raumtemperatur5) mechanische Festigkeit nicht bestimmbar

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Kunststoffe - th-owl.de · Komplexität, Struktur, Grad der Vernetzung und Art desC Grundmoleküls (Monomer, griech. mono = einzeln) haben EinflussaufO das spätere Eigenschaftsprofildes