Die Eigenschaften von Stoffen lassen sich aus ihrer Struktur ableiten. Polymere besitzen die größte Strukturvielfalt der von Menschen genutzten Werk- und Funktionsstoffe. Die Beschreibung der Zusammenhänge zwischen stofflicher Struktur und Eigenschaften dient als werkstofftechnische Grundlage für die nachfolgenden Kapitel.
Am Beginn einer Produktentwicklung ist auf Grund der Typenvielfalt der Kunststoffe und deren Verarbeitungsmöglichkeiten häufig keine sichere und endgültige Entscheidung über den einzusetzenden Werkstoffspezialtyp möglich.
Mechanisch beanspruchte Kunststoffbauteile müssen ausreichend funktionssicher sowie wirtschaftlich gestaltet und dimensioniert werden, um den ständig steigenden Marktanforderungen zu genügen. Bereits im Entwurfsstadium beginnt ein Optimierungsprozess, der je nach Randbedingungen (Werkstoffpreis, Sicherheitsanforderungen, Fertigungsmenge u.a.) mit einer mehr oder weniger aufwendigen Berechnung, Bauteilprüfung bzw. Erprobung abschließt. Für hochfeste und steife Faser-Kunststoff-Verbundkonstruktionen und ähnlich teure Konstruktionsteile ist diese Verfahrensweise selbstverständlich.
Kunststoffe sind spezifisch leichte Werkstoffe und daher für den Leichtbau gut geeignet. Nachteilig ist die geringe Werkstoffsteifigkeit, so dass die mechanische Tragfähigkeit sehr eingeschränkt ist. Durch Faserverstärkungen (z.?B. Glasfaser, Carbonfaser) ist die Stoffsteifigkeit sowie durch Kernverbundkonstruktion (Sandwichbauweise) und durch Formgestaltung (z.B. Rippen, Wölbungen, Profilierungen) die Bauteilsteifigkeit beträchtlich zu erhöhen. Kunststoffteile sind aus wirtschaftlichen und funktionalen Gründen häufig relativ dünnwandige Bauteile, die durch mechanische Belastung bei einem kritischen Verformungszustand lokal oder als Gesamtbauteil Knicken, Beulen oder Kippen. Dieser energetische Grenzzustand ist mit dem üblichen Begriff der mechanischen Werkstoff-Festigkeit nicht zu identifizieren.
In allen Bereichen der Anwendung und Verarbeitung von Polymeren spielen Wärmeübertragungsvorgänge eine wichtige Rolle. Deren Berechnung erfordert neben den thermodynamischen Stoffeigenschaften der Polymere die Kenntnis von Wärmeübergangszahlen. Die Bestimmung der Wärmeübergangszahlen für technische Berechnungen ist Gegenstand des fünften Kapitels.
Das Kapitel 6 befasst sich aus Sicht wichtiger Thermoplastverarbeitungsprozesse (Spritzgießen, Extrusion) mit rheologischen Grundbegriffen und Grundlagen. Deren ausführliche mathematische Behandlung sowie Details der Rheometrie und rheologischer Simulationssoftware sind nicht Gegenstand des Kapitels 6. Erforderlichenfalls stehen für weitere Informationen umfangreiche Fachliteratur und Lehrbücher zur Verfügung.
Da biologisch abbaubare (kompostierbare) Kunststoffe mengenmäßig am Gesamtaufkommen der Kunststoffe vernachlässigbar gering sind (ca. 0,5 %), ist die Deponierung von Kunststoffen aus ökologischen und ökonomischen Gründen keine verantwortbare Alternative für deren Entsorgung.
Überschlägige Kalkulation der Stückkosten, des Werkzeugbedarfs und der optimalen Werkzeugbestückung, der Maschinenauslastung sowie von Maschinenstundensätzen und wirtschaftlichen Losgrößen als wichtige Vorgaben für Organisation und Wirtschaftlichkeit der Fertigung von Spritzgieß- und Pressteilen aus Kunststoffen. Dabei sollen den Entwicklern und Konstrukteuren von Kunststoff-Formteilen die betriebswirtschaftlichen Zusammenhänge techniknah und brancheorientiert vermittelt werden.
Gegenstand von Kapitel 9 ist die rechnerische Abschätzung der Kühl- und Zykluszeit für den Standardspritzguss von nichtporösen Thermoplasten und thermoplastischen Elastomeren. Für spezielle Verfahrensvarianten des Spritzgießens ist eine sinngemäße Anwendung möglich, wobei die Genauigkeit u.U. eingeschränkt ist. Typische Anwendungsbeispiele sind u.a.:
Maschinenvoreinstellung
Kostenvorkalkulation
Fertigungsdurchlaufplanung
Wärmebilanzen für Werkzeugtemperierung
Für die endgültige Zykluszeitminimierung ist meist eine systematische Optimierung unter realen Produktionsbedingungen zu empfehlen. Benutzereingaben werden durch Hinweise unterstützt, die als Hilfen oder Orientierungsbereiche verfügbar sind.
Gegenstand des Kapitel 10 ist die Berechnung von Kunststoffstirnradgetrieben in Anlehnung an DIN 3990 (1987). Erfasst werden Nullgetriebe mit 20 ° – Evolventenverzahnung mit Gerad- und Schrägverzahnung sowie Kunststoffe mit einem E-Modul (Ursprungsmodul) nach DIN EN ISO 527E0 > 300 N/mm2 bzw. mit einer Shorehärte nach DIN EN ISO 7619 > 60 D.
Durch Fügekräfte zügig verformte Federelemente rasten mittels Nocken, Haken oder Wülsten formschlüssig in entsprechende Vertiefungen der zu verbindenden Teile ein, wobei nach dem Einschnappvorgang die Deformation weitgehend zurückgestellt wird. Sofern ein Lösevorgang möglich und gefordert ist, läuft er in analoger Weise ab.
Flächige Bauteile (Platten, Membranen, Plattenstreifen) aus Kunststoffen mit Biegebeanspruchung und unterschiedlichen Randeinspannungen sind für die Konstruktionspraxis von großer Bedeutung. In der Anwendung spielen Halbzeugkonstruktionen (Behälter, Anlagenbaugruppen, Abdeckungen u. a.) sowie Formteile aller Art eine große Rolle.
Die zylindrische Pressverbindung ist eine technologisch einfache und wirtschaftliche Verbindungsart, die durch eine kraftschlüssige (reibschlüssige) Presspassung zwischen einem zylindrischen Innenteil (Welle, Stift, Bolzen, Hülse, Buchse) und einem Außenteil (Nabe, Tubus) mit unterschiedlichen Werkstoffkombinationen (z. B. Metall/Kunststoff, Kunststoff/Kunststoff) realisiert werden kann.