Kunststoffe im Automobilbau: Vorteile & Eigenschaften

Vorteile von Kunststoff gegenüber Stahl im Automobilbau

Kunststoffe bieten im Vergleich zu Stahl im Automobilbau diverse Vorteile:

• Gewichtsreduzierung: Kunststoff ist leichter als Stahl, was zu einem geringeren Fahrzeuggewicht und somit zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch führt.
• Rostbeständigkeit: Kunststoff ist nicht anfällig für Korrosion.
• Formbarkeit: Kunststoff lässt sich leicht in komplexe Formen bringen, was Designern mehr Freiheit ermöglicht.

Woraus bestehen Kunststoffe?

Kunststoffe bestehen aus großen Molekülen, sogenannten Polymeren oder Makromolekülen.

Herstellung von Kunststoffen

Die vier Schritte bei der Herstellung von Kunststoffen sind:

1. Gewinnung von Rohmaterialien
2. Synthese von Polymeren
3. Hinzufügen von Additiven
4. Formgebung

Polyaddition und Polykondensation

Polykondensation und Polyaddition sind zwei Arten der Polymerisation. Bei der Polyaddition werden Monomere zu einer Kette verbunden, ohne dass Nebenprodukte entstehen. Bei der Polykondensation entstehen neben der Polymerkette auch niedermolekulare Nebenprodukte.

Polymer-Struktur

Polymere können verschiedene Strukturen aufweisen:

• Linear: Die Monomere sind in einer linearen Kette angeordnet.
• Verzweigt: An der Hauptkette befinden sich Seitenketten.
• Vernetzt: Die Polymerketten sind untereinander durch Querverbindungen verbunden.

Eigenschaften von Thermoplasten

Thermoplaste sind Kunststoffe, die sich durch Erwärmen verformen lassen und nach dem Abkühlen wieder erstarren.

• Polypropylen (PP):
  • Leicht zu verarbeiten
  • Gute Schlagzähigkeit
  • Steif
  • Gute Elastizität
  • Temperaturbeständig bis 130 °C
• Polyethylenterephthalat (PET):
  • Häufig verwendeter Kunststoff
  • Gute Verfestigungseigenschaften
• Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS):
  • Steife Struktur
  • Funktionstüchtig bei Temperaturen unter 10 °C
  • Rissfeste Schweißnähte
  • Temperaturbeständig bis 110 °C
• Polyethylen (PE):
  • Sehr elastische Struktur
  • Gute Schlagzähigkeit
  • Beständig gegen die meisten Lösungsmittel
  • Verformt sich bei über 87 °C

Struktur von Duroplasten

Duroplaste sind Kunststoffe, die nach dem Aushärten nicht mehr verformt werden können.

• Lineare Ketten: Lange Ketten von Monomeren.
• Verzweigte Ketten: Sekundärketten sind an der Hauptkette befestigt.
• Vernetzte Struktur: Mehrere Polymerketten sind durch Sekundärketten verbunden.

Vorteile von Duroplasten

• Hohe thermische Stabilität
• Hohe Steifigkeit
• Geringes Gewicht
• Hohe Beständigkeit gegen Verformung unter Last
• Gute thermische und elektrische Isolationseigenschaften

Eigenschaften von Duroplasten

• Polyurethan (PUR):
  • Kann als Duroplast, Thermoplast oder Elastomer auftreten
  • Kann eine starre, halbstarre oder flexible Struktur haben
  • Beständig gegen Säuren und Lösungsmittel
  • Gute Wärmebeständigkeit
  • Kann mit Klebstoffsystemen repariert werden
• Ungesättigtes Polyesterharz (UP):
  • Gute elektrische und physikalische Eigenschaften
  • Hohe Festigkeit und Dimensionsstabilität
  • Hohe Steifigkeit

Struktur von Duroplasten

Duroplaste bestehen aus stark verzweigten Polymerketten, die durch Quervernetzungen dreidimensionale Strukturen bilden.

Vorteile des Harzspritzgießens

• Es können viele Teile gleichzeitig hergestellt werden.
• Es ist möglich, komplizierte Teile herzustellen.

Hybridtechnologie

Die Hybridtechnologie kombiniert die Festigkeit von Stahl mit der Leichtigkeit von Kunststoff. Dabei wird eine Stahlstruktur mit Kunststoff verstärkt, was zu einer höheren Festigkeit führt als bei einer reinen Stahlkonstruktion mit Verstärkungsplatte.

Eigenschaften von Verbundwerkstoffen

• Hohe mechanische Festigkeit
• Hohe Zug- und Druckfestigkeit
• Geringes Gewicht
• Hohe Beständigkeit gegen Säuren und Lösungsmittel
• Geringe Wasseraufnahme
• Kurze Produktionszyklen

Chemische Recyclingverfahren

• Pyrolyse: Die Kunststoffmoleküle werden durch Hitzeeinwirkung gespalten.
• Hydrierung: Der Kunststoff wird Hitze und Wasserstoff ausgesetzt.
• Vergasung: Der Kunststoff wird mit Luft oder Sauerstoff erhitzt.