Thermoplastische Kunststoffe
Thermoplaste sind Harze, die bei Raumtemperatur fest sind, bei Erwärmung jedoch weich werden und schließlich durch Kristallschmelzen oder durch Überschreiten der Glasübergangstemperatur flüssig werden.
Bei der Verarbeitung von Thermoplasten gibt es keine chemische Bindung, und sie können in eine Form gegossen werden, um abzukühlen und in die gewünschte Form zu erstarren. Thermoplaste können wieder erwärmt, recycelt und neu geformt werden, ohne dass sich die Materialeigenschaften ändern. Daher werden diese Materialien in Verfahren wie Extrusion, Thermoformung und Spritzguss verwendet.
Zu den gebräuchlichen Thermoplasten gehören Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC) und Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS) und Polyethylentheraphthalat (PET), die jeweils unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Im Allgemeinen neigen Thermoplaste jedoch dazu, nicht zu schrumpfen und bieten eine gute Elastizität und Festigkeit. Thermoplaste, die u. a. für industrielle Maschinenteile und Plastiktüten für den Einzelhandel verwendet werden, können erweichen, sich verformen und einige ihrer physikalischen Eigenschaften verlieren, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden.
Vorteile
Zu den Vorteilen von Thermoplasten gehören:
- Gute Haftung an Metallen
- Hochwertige ästhetische Oberfläche
- Recyceln und Umformen mit geringen Auswirkungen auf die Materialeigenschaften
- Widerstandsfähig gegen Chemikalien und Reinigungsmittel
- Gute elektrische Isolierung
- Hohe Schlagfestigkeit
- Verbesserte Anti-Rutsch-Eigenschaften
- Sowohl nachgiebige (gummiartige) als auch harte (teilkristalline) Oberflächen sind möglich
- Widerstandsfähig gegen Abplatzungen
- Korrosionsbeständig
Nachteile
Trotz dieser Vorteile gibt es bei Thermoplasten auch einige Nachteile:
- Nicht für alle Anwendungen geeignet, da sie bei Erwärmung erweichen
- In der Regel teurer als duroplastische Polymere
Duroplastische Kunststoffe
Duroplastische Kunststoffe, die auf Deutsch auch duroplastische Harze oder wärmehärtende Polymere und auf Englisch thermoset plastics, thermosetting resin oder thermosetting polymers genannt werden, sind in der Regel bei Raumtemperatur flüssig und härten dann durch Erhitzen oder chemische Zusätze aus. Sie werden in der Regel im Reaktionsspritzguss (reaction injection moulding, RIM) oder Harztransferguss (resin transfer moulding, RTM) hergestellt und gehen während des Aushärtungsprozesses dauerhafte chemische Bindungen ein. Diese chemischen Bindungen zwischen den Monomerketten im Material, den sogenannten Vernetzungen, halten die Moleküle an Ort und Stelle und verändern die Beschaffenheit des Materials, indem sie verhindern, dass es schmilzt und in einen flüssigen Zustand zurückkehrt. Nach dem Erhitzen nehmen duroplastische Kunststoffe eine bestimmte Form an, obwohl sie sich bei Überhitzung zersetzen können, ohne in eine flüssige Phase überzugehen.
Duroplastische Kunststoffe eignen sich aufgrund ihrer größeren strukturellen Integrität und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Hitze und Chemikalien ideal für den Einsatz in Situationen, in denen Hitze eine Rolle spielt, wie z. B. bei Elektronikgehäusen und Elektrogeräten oder chemischen Verarbeitungsanlagen. Zu den gebräuchlichen Duroplasten gehören Epoxidharze, Polyamid und Phenolharze, die häufig in Verbundwerkstoffen verwendet werden und Verformungen und Stößen widerstehen können.
Vorteile
Duroplastische Kunststoffe bieten eine breite Palette von Vorteilen:
- Sie können mit unterschiedlichen Toleranzen geformt werden
- Flexible Produktdesigns sind möglich
- Gute strukturelle Integrität durch variable Wandstärken
- In der Regel billiger als Komponenten aus Metallen
- Hervorragende elektrische Isolationseigenschaften
- Ausgezeichnete Hitzebeständigkeit bei hohen Temperaturen
- Korrosionsbeständig
- Hohe Dimensionsstabilität
- Geringe Wärmeleitfähigkeit
- Geringere Einrichtungs- und Werkzeugkosten als bei Thermoplasten
- Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
- Wasserbeständig
- Große Auswahl an Farben und Oberflächenbehandlungen
Nachteile
Trotz dieser vielen Vorteile gibt es bei duroplastischen Polymeren auch einige Nachteile:
- Sie können nicht formgespritzt oder umgeformt werden
- Sie können schlecht recycelt werden.
Anwendungen
Thermoplastische Kunststoffe werden in einer Vielzahl von Industriezweigen für die Herstellung von Produkten wie Milchbehältern und Rohrleitungen verwendet. Sie können korrosiven Bedingungen widerstehen und sind daher ein guter Ersatz für Metalle, obwohl sie bei hohen Temperaturen nur begrenzt einsetzbar sind. Daher finden diese Materialien im Bauwesen, in der Elektronik, in der Medizin, in der Biomedizin, in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, in der chemischen Industrie, in der Automobilindustrie, im Sanitärbereich und in vielen anderen Bereichen Verwendung.
Zu den Anwendungen für thermoplastische Polymere gehören:
- Seile und Gurte
- Isolierung für elektrische Kabel
- Lagerung von Flüssigkeiten
- Schutzabdeckungen für Geräte
Aufgrund ihrer hervorragenden chemischen Beständigkeit, ihrer strukturellen Robustheit und ihrer thermischen Stabilität werden duroplastische Kunststoffe für eine Reihe von Anwendungen eingesetzt und erfüllen eine Vielzahl von Produktionsspezifikationen. Duroplastische Polymere lassen sich leichter in verschiedene Formen bringen als Metalle und bieten eine hohe Konsistenz bei der Herstellung. Daher werden sie in vielen Bereichen eingesetzt, z. B. in Kleb- und Dichtstoffen, in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungsbereich, in der Elektrotechnik, im Automobilbau, im Energiesektor und im Bauwesen.
Zu den Anwendungen für duroplastische Polymere gehören:
- Rohre, Fittings und Zellenabdeckungen für Chemikalien wie z. B. Chlor
- Gehäuse und Komponenten für elektrische oder medizinische Anwendungen
- Türen, Verkleidungen und Gehäuse für schwere Bau- oder Transportausrüstungen
- Landwirtschaftliche Produkte, einschließlich Futtertrögen für die Viehzucht
- Teile und Komponenten für Fahrzeuge, einschließlich Traktoren und Militärfahrzeuge
Beispiele
Was sind typische thermoplastische Kunststoffe?
Jeder Kunststoff, der bei einer bestimmten Temperatur zu einer weichen, biegsamen Form schmilzt und sich beim Abkühlen verfestigt, ist ein Thermoplast. Diese Materialien können wieder aufgeschmolzen und recycelt werden und werden in der Regel vor dem Formgebungsprozess als Granulat gelagert. Zu den gängigen Thermoplasten gehören Acryl, Nylon, Polyester, Polypropylen, Polystyrol und Teflon. Sie werden in einer Vielzahl von Branchen und Produkten verwendet, von Kleidung und Kochgeschirr bis hin zu Teppichen und Laborausrüstung.
Was sind typische duroplastische Kunststoffe?
Zu den duroplastischen Kunststoffen und Polymeren gehören Epoxid, Polyurethan, Phenol und Silikon sowie Materialien wie Polyester, das auch in thermoplastischer Form vorkommen kann. Duroplastische Kunststoffe werden in flüssiger Form gelagert, und die verschiedenen Duroplaste bieten unterschiedliche Vorteile. So sind Epoxidharze zäh, elastisch und chemikalienbeständig, während Phenolharze schwer entflammbar sind.
Häufig gestellte Fragen
Sind Duroplaste fester als Thermoplaste?
Duroplastische Polymere sind im Allgemeinen härter und fester als Thermoplaste, die bei Erwärmung erweichen. Duroplaste erweichen aufgrund ihrer starken kovalenten Vernetzungen nicht und bieten auch eine bessere Dimensionsstabilität als Thermoplaste.
Warum sind Duroplaste härter als Thermoplaste?
Duroplaste sind härter als Thermoplaste aufgrund des dreidimensionalen Netzes von Bindungen oder Vernetzungen, die während des Herstellungsprozesses entstehen. Da sie ihre Form durch starke kovalente Bindungen zwischen den Polymerketten beibehalten, sind Duroplaste auch für Hochtemperaturanwendungen besser geeignet. Je höher die Vernetzungsdichte ist, desto besser sind sie in der Lage, dem Wärmeabbau und chemischen Angriffen zu widerstehen. Eine höhere Vernetzungsdichte verbessert auch die mechanische Festigkeit und Härte dieser Materialien, obwohl dies zu Sprödigkeit führen kann.
Können Thermoplaste mit dem Laser geschweißt werden?
Kohlendioxidlaser wurden für Überlappschweißungen in thermoplastischen Folien sehr effektiv eingesetzt. Dieser Lasertyp ist jedoch nur für das Schweißen von Kunststoffen bis zu einer Gesamtdicke von 0,4 mm in einer Überlappungskonfiguration geeignet. Dioden-, Nd:YAG- und Faserlaser können zum Schweißen von transparenten und undurchsichtigen Kunststoffteilen aus Spritzguss, Folie oder Blech verwendet werden. Der Infrarot-Laserstrahl durchdringt den transparenten Kunststoff, wird aber an der Oberfläche des undurchsichtigen Kunststoffs absorbiert, wo er die Wärme erzeugt, die eine Schweißnaht bildet. Die Dicke der Materialien, die auf diese Weise geschweißt werden können, wird nur durch die Übertragungseigenschaften des Obermaterials begrenzt. Bei teilkristallinen Kunststoffen kann sie bis zu 10 mm betragen, bei amorphen Kunststoffen weit mehr.
Welche Fügeverfahren gibt es für thermoplastische Rohre?
Für thermoplastische Rohre gibt es eine Reihe von Verbindungsmethoden. Die Wahl der Methode hängt von dem Rohrmaterial, der Größe und der beabsichtigten Anwendung ab. Eine Liste der Fügeverfahren und Links zu weiteren Informationen finden Sie auf unserer englischsprachigen Website.
Fazit
Thermoplaste und Duroplaste unterscheiden sich in ihren Materialeigenschaften, ihrer Recyclingfähigkeit und vielem mehr. Dadurch eignen sie sich für unterschiedliche Anwendungen, abhängig von Faktoren wie der erforderlichen Härte und Temperaturbeständigkeit.
Thermoplaste sind für Anwendungen bei höheren Temperaturen zwar weniger geeignet als Duroplaste, aber sie können leicht spritzgeformt, umgeformt oder recycelt werden, wohingegen Duroplaste nicht geschmolzen werden können.