Verarbeitung von Kunststoffen einfach erklärt: Extruder & Co.

Die Verarbeitung von Kunststoffen ist ein spannender Prozess, der aus einfachen Rohstoffen unsere alltäglichen Gebrauchsgegenstände macht. Hast du dich schon einmal gefragt, wie aus einem harten, unscheinbaren Stück Plastik eine biegsame Handyhülle, eine perfekt runde Wasserflasche oder ein bunter Legostein wird?

Kunststoffe wachsen nicht in der gewünschten Form auf Bäumen. Sie müssen in Fabriken geschmolzen, gemischt und in Form gepresst werden. In dieser Lektion lernst du die faszinierenden Maschinen und Tricks kennen, mit denen aus einfachen Rohstoffen unsere alltäglichen Gebrauchsgegenstände hergestellt werden.

Vorwissen

• Thermoplaste: Kunststoffe, die beim Erhitzen weich werden und schmelzen (unvernetzte Ketten).

  Beispiel: Ein Legostein, der in der Sonne weich wird.

• Duroplaste: Harte Kunststoffe, die nicht schmelzen können (stark vernetzt).

  Beispiel: Das Gehäuse einer Steckdose.

• Elastomere: Gummielastische Kunststoffe, die sich dehnen lassen (schwach vernetzt).

  Beispiel: Ein Gummiband.

Aufgabentyp 1: Das Rezept für Thermoplaste

Wenn man einen Gegenstand aus einem Thermoplast herstellen möchte, beginnt man bei der Verarbeitung von Kunststoffen fast immer mit kleinen, körnigen Kunststoffstückchen. Dieses Ausgangsmaterial nennt man Granulat.

Bevor dieses Granulat geschmolzen wird, mischt man es wie bei einem Kuchenteig mit verschiedenen wichtigen Zutaten, den sogenannten Additiven:

• Weichmacher: Sie senken die Schmelztemperatur des Kunststoffs. Dadurch wird das Material weicher und lässt sich in der Maschine viel leichter verarbeiten.

• Stabilisatoren: Sie wirken wie eine Schutzschicht. Sie schützen das fertige Produkt vor Abnutzung durch ständigen Gebrauch oder vor Schäden durch das Wetter (wie Sonnenlicht).

• Farbstoffe: Sie geben dem Kunststoff die gewünschte Farbe, da das reine Granulat meistens farblos oder trüb ist.

Aufgabentyp 2: Der Extruder: Ein Fleischwolf für Plastik

Nachdem das Granulat mit den Zusätzen gemischt wurde, muss es in Form gebracht werden. Das wichtigste Werkzeug dafür ist der Extruder.

Ein Extruder funktioniert im Grunde genau wie ein Fleischwolf in der Küche. Das Kunststoffgemisch fällt in die Maschine. Im Inneren befindet sich eine große, rotierende Schnecke. Diese Schnecke transportiert den Kunststoff nach vorne. Gleichzeitig wird die Maschine erhitzt, sodass der Kunststoff schmilzt und stark verdichtet wird.

Ganz am Ende drückt die Schnecke die heiße Kunststoffschmelze durch eine Öffnung, die sogenannte Düse. Je nachdem, welche Form diese Düse und das angeschlossene Werkzeug haben, entstehen völlig unterschiedliche Produkte. Der Ausstoß des Extruders verzweigt sich in fünf bekannte Verarbeitungsverfahren:

• Extrusion: Die Masse wird durch eine geformte Öffnung gepresst (z. B. für Rohre oder Schläuche).

• Folienblasen: Die Schmelze wird wie ein riesiger Kaugummiballon aufgeblasen (z. B. für Mülltüten).

• Hohlkörperblasen: Die Schmelze wird in eine Form geblasen (z. B. für Getränkeflaschen).

• Spritzgießen: Die Schmelze wird unter hohem Druck in eine geschlossene Form gespritzt (z. B. für Legosteine oder Schalen).

• Kalandrieren: Die Masse wird zwischen großen Walzen plattgedrückt (z. B. für dicke Platten oder Fußböden).

Aufgabentyp 3: Wie Duroplaste und Elastomere entstehen

Thermoplaste kann man schmelzen und umformen. Bei Duroplasten (sehr hart) und Elastomeren (gummiartig) geht das nicht. Wenn sie einmal ihre Form haben, bleiben sie so. Wie stellt man sie also her?

Hier gilt ein ganz wichtiger Merksatz: Duromere und Elastomere werden aus unvernetzten Vorprodukten hergestellt.

Stell dir das vor wie beim Kuchenbacken: Du mischst flüssige Zutaten (die unvernetzten Vorprodukte) mit Füllstoffen und Farbstoffen. Diese weiche Mischung gießt du in die gewünschte Form (z. B. eine Kuchenform).

Dann kommt die Form in den Ofen. Unter der Einwirkung von Wärme passiert eine chemische Reaktion: Die einzelnen Bausteine verbinden sich fest miteinander (sie vernetzen sich). Erst durch diese Wärmezufuhr entsteht der fertige, feste Gegenstand aus Duroplast oder Elastomer. Genau wie ein gebackener Kuchen kann dieser Kunststoff danach nie wieder geschmolzen werden.

Wichtige Erkenntnisse

• Thermoplaste werden aus Granulat hergestellt, dem Weichmacher, Stabilisatoren und Farbstoffe beigemischt werden.
• Ein Extruder schmilzt den Kunststoff und transportiert ihn mit einer rotierenden Schnecke (wie ein Fleischwolf) zu einer Düse.
• Aus dem Extruder entstehen durch Verfahren wie Spritzgießen oder Folienblasen verschiedene Produkte.
• Duroplaste und Elastomere werden aus unvernetzten Vorprodukten gemischt, in Form gebracht und härten durch Wärme endgültig aus.