Wichtige Werkstoffe aus dem Alltag

Wenn du dich umsiehst, wirst du viele Gegenstände erkennen, die aus vielseitigen Werkstoffen bestehen. Zu erwähnen sind z.B. die Glasfenster in der Schule, das Holz (oder manchmal auch Kunststoffe) aus denen die Stühle im Klassenzimmer bestehen. Je nach Eigenschaft (z.B. Härte), die von dem Gegenstand erwartet wird, werden unterschiedliche Werkstoffe verwendet.

Im Rahmen der Stoffe im Alltag betrachten wir die „Werkstoffe“ Metall, Holz, Glas und Kunststoff – die (alte) klassische Einteilung der Werkstoffe.
Dabei teilen wir im diese „vier“ Werkstoffgruppen in natürliche Werkstoffe (Holz) und künstliche Werkstoffe (Metalle, Glas, Kunststoff)

Natürliche Werkstoff „entstehen“ dadurch, dass der Rohstoff („Bäume“) lediglich aufbereitet oder bearbeitet werden muss. Künstliche Werkstoffe hingegen müssen erst durch einen chemischen Prozess aus (natürlichen) Rohstoffen hergestellt werden. So werden Metalle (z. B. Eisen) aus in der Natur vorhandenen Metallerzen (z.B. Eisenerz) gewonnen. So wird das Eisenerz (Eisenoxid) in einer chemischen Reaktion „der Sauerstoff“ entzogen. Kunststoffe entstehen durch eine Verkettung kleiner Moleküle und Glas wird Schmelzen von Quarzsand, Kalk und Soda hergestellt.

Werkstoffe aus dem Alltag

Glas als Werkstoff:

Glas ist mit einer der ältesten Werkstoffe, die man kennt. Die Besonderheit von Glas liegt daran, dass Glas beim Erhitzen zähflüssig wird und so sehr gut verarbeitet werden kann. Dies erklärt auch die vielseitige Anwendbarkeit von Glas, beispielsweise als Trinkflaschen oder als Fensterglas.

Glas kann aus alltäglichen, leicht verfügbaren „Rohstoffen“ hergestellt werden. Die Hauptbestandteile von Glas sind Sand, Soda und Kalkstein. Diese Stoffe werden bei ca. 1.200°C zusammengeschmolzen.

Glas als Fensterglas hat die Besonderheit, dass es Licht in eine Wohnung hineinlässt, aber die Wärme sehr schwer aus der Wohnung durch das Fenster entweicht. Die Verwendung von Glas als Werkstoff für Trinkflaschen hat den Vorteil, dass Glas gut zu Reinigen und im Vergleich zu Kunststoffen relativ kratzfest ist.

Metalle als Werkstoffe:

Metalle haben aufgrund ihrer Eigenschaften

  • Elektrische Leitfähigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, Verformbarkeit und Festigkeit

eine große technische Bedeutung und sind daher als Werkstoff weit verbreitet. Die wichtigsten Metall bzw. Metallbestandteile in „Metallgemischen“ (sogenannte Legierungen) sind:

  • Aluminium wird meist verwendet als Ersatz von Eisen, wenn geringes Gewicht des metallischen Werkstoffes erforderlich ist . So wird Aluminium als Ausgangsstoff in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Im Vergleich zu Eisen ist Aluminium aber wesentlich teurer.
  • Eisen ist das meist verwendete Metall als Werkstoff. Hauptsächlich wird Eisen als Hauptbestandteil von Stahl eingesetzt. Wegen seiner Festigkeit und Zähigkeit wird Stahl im Maschinenbau, im Fahrzeugbau oder im Schiffsbau verwendet.
  •  Kupfer weist eine sehr hohe elektrischen Leitfähigkeit auf (nur Silber hat eine höhere elektrische Leitfähigkeit). Daher ist Kupfer eine der wichtigsten Werkstoffe, bei elektrischen Leitern (z.B. Kabel), wenn es um den Transport von „Strom“ geht. Im Vergleich zu Eisen ist Kupfer weicher.

Kunststoffe als Werkstoffe

Kunststoffe als Werkstoffe werden seit dem 20 Jhd. vielfach eingesetzt. Dabei kommen Kunststoffe nicht in der Natur vor, wie der Name „Kunststoff“ bereits andeutet, ist ein Kunststoff ein im Labor künstlich hergestellter Stoff. Die wichtigsten Kunststoffe (siehe nachfolgende Auflistung) werden vorwiegend aus Erdöl (bzw. Folgestoffe aus Erdöl) hergestellt.

Inzwischen sind Kunststoffe als Werkstoffe weit verbreitet ist, da ihre Eigenschaften wie Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Wärmeformbeständigkeit und chemische Beständigkeit variiert werden können. Je nach Ausgangsstoff kann man die gewünschte Eigenschaft des Kunststoffes erhalten. So gibt es inzwischen tausende verschiedene Kunststoffe mit verschiedenen Eigenschaften:

Die wichtigsten Kunststoffe sind:

  • Polyethylen (PE) ist unverarbeiteten Zustand ein milchig weißer Kunststoff. Ein wesentlicher Vorteil von Polyethylen ist die preiswerte Herstellung im Vergleich zu anderen Werkstoffen. Aufgrund seiner Eigenschaften, wasserabweisend und hohe Beständigkeit gegen Laugen und Säuren wird es bevorzugt zum Verpacken von Nahrungsmitteln verwendet.
  • Polypropylen (PP) ist ein sehr harter und mechanisch belastbarer Kunststoff und findet daher ein sehr breite Anwendung wie z.B. Behälter oder Verpackungen.

Vielleicht ist dir aufgefallen, dass viele Kunststoffbezeichnungen mit „Poly“ beginnen. „Poly“ stammt -wie du vielleicht schon vermutet hast- aus dem Griechischen und bedeutet „viel“. Die Bezeichnung wurde daher gewählt, da Kunststoffe aus vielen kleinen, miteinander verknüpften Molekülen bestehen. So besteht beispielsweise Polyethylen aus vielen miteinander verknüpften Ethylen-Molekülen.

Holz als Werkstoff:

Holz ist immer noch einer der wichtigsten Werkstoffe und auch einer der ältesten. Der Vorteil von Holz ist, dass Holz eine gute Wärmedämmung hat (Holz als Werkstoff für den Hausbau), zum Teil sehr widerstandsfähig ist und ein nachwachsender Rohstoff ist.

Je nach Holzart unterscheiden sich dabei die Eigenschaften von Holz. Holz besteht aus u.a. aus Cellulose und Lignin, dabei sind je nach Baumart diese Zusammensetzung unterschiedlich in ihrer Gestalt, dadurch sind Eigenschaften wie Gewicht, Dichte oder Festigkeit unterschiedlich.

Ganz grob kann man Harthölzer wird z.B. Weißdorn, Ebenholz und Mandelbaum und Weichhölzer wie Nadelhölzer unterscheiden.