Kunststoffe: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere – Eigenschaften & Anwendungen

1. Thermoplaste

a) Polyethylen (PE)

Wiederholende chemische Baueinheit

Schmelzpunkt (°C): 110–137

Polyethylen-Typen

1. Niedrige Dichte (LDPE): verzweigte Struktur.
2. Hohe Dichte (HDPE): geradkettige Struktur.
3. Linear Low Density (LLDPE): lineare Struktur mit kurzen Seitenzweigen.

Eigenschaften

• Niedrige Kosten.
• Zugfestigkeit bei Raumtemperatur und bei niedrigen Temperaturen.
• Gute Flexibilität.
• Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.
• Sehr gute Dämmeigenschaften.
• Farbneutral, geschmacksneutral und geringe Wasserdampf-Durchlässigkeit.

Anwendungen

• Behälter (Containers).
• Chemikalienbehälter (Chemical Material).
• Beschichtung von Brunnen, Mülldeponien und Stauseen.

b) Polyvinylchlorid (PVC)

Wiederholende chemische Baueinheit

Schmelzpunkt (°C): 204

Eigenschaften

• Hohe chemische Beständigkeit und schwer entflammbar.
• Kann mit Zusatzstoffen gemischt werden.
• Amorph und teilkristallin (je nach Typ).
• Geringe Flexibilität (starres PVC).
• Hohe Festigkeit, aber teilweise erhebliche Sprödigkeit.
• Gute elektrische Isoliereigenschaften.
• Hohe Beständigkeit gegen Auflösung in vielen Lösungsmitteln.

Typen von Polyvinylchlorid

1. Starres PVC: hart, wenig formbar, geringere Elastizität; Anwendungen: Rohre und Rinnen.
2. Weich-PVC: erzeugt Plastizität, Flexibilität und Dehnbarkeit; Anwendungen: Möbel- und Autopolster, Schuhe, ...

c) Polypropylen (PP)

Wiederholende chemische Baueinheit

Schmelzpunkt (°C): 165–177

Eigenschaften

• Höhere Festigkeit, tendenziell weniger flexibel als PE, aber dennoch gute Flexibilität.
• Höhere Wärmeformbeständigkeit und Glasübergangstemperatur als PE.
• Gute Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit und Wärme.
• Niedrige Dichte.
• Gute Oberflächenhärte und Oberflächenstabilität.
• Bemerkenswerte Zähigkeit und Flexibilität bei geeigneter Modifikation.

Anwendungen

• Haushaltsprodukte.
• Laborgeräte.
• Heizungsrohre.

d) Polystyrol (PS)

Wiederholende chemische Baueinheit

Schmelzpunkt (°C): 150–243

Typen

1. Unmodifizierter Polystyrol: transparent, geruchslos und spröde.
2. Kautschuk-modifiziertes Polystyrol: schlagzäh.
3. Expandable Polystyrol (EPS): aufschäumbar.

Eigenschaften

• Gute Dimensionsstabilität.
• Geringe Schwindung beim Gießen und einfache Verarbeitung.
• Verwitterungsanfälligkeit im Freien (je nach Typ).
• Empfindlich gegenüber organischen Lösungsmitteln und Ölen.
• Gute elektrische Isoliereigenschaften.
• Geeignete mechanische Eigenschaften.
• Steifigkeit, Glanz, Transparenz.

Anwendungen

• Automotive-Innenverkleidung.
• Haushaltsgeräte (Appliances).
• Küchenutensilien.

e) Polyacrylnitril (PAN)

Wiederholende chemische Baueinheit

Eigenschaften

• Hohe Beständigkeit.
• Gute Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und viele Lösungsmittel.

Anwendungen

• In Form von Fasern und Wolle: Pullover und Decken.

f) Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)

Strukturelle chemische Einheiten

Eigenschaften

• Acrylnitril: gute Chemikalien- und Hitzebeständigkeit; gute Zähigkeit.
• Butadien: erhöht die Schlagfestigkeit; reduziert die Sprödigkeit.
• Styrol: sorgt für Glanz, Steifigkeit und gute Verarbeitbarkeit.

Anwendungen

• Rohre und Werkzeuge.
• Beschichtungen für Türen.
• Computergehäuse und Abdeckungen.

g) Polymethylmethacrylat (PMMA)

Wiederholende chemische Baueinheit

Schmelzpunkt (°C): 160

Eigenschaften

• Hart, steif und transparent.
• Gute Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse.
• Schlagzäher als normales Glas (aber nicht so schlagzäh wie z. B. Polycarbonat).
• Hohe Transparenz für sichtbares Licht.
• Gute chemische Beständigkeit im Außenbereich.

Anwendungen

• Verglasung in Luftfahrzeugen.
• Werbeschilder.
• Heckscheiben von Autos.

Der Nachteil ist, dass es relativ spröde sein kann.

h) Polyamid (Nylon)

Wiederholende chemische Baueinheit für Nylon-6,6

Schmelzpunkt (°C): 250–266

Eigenschaften

• Teilkristallin / kristallisiert.
• Hohe Festigkeit.
• Hohe Wärmeformbeständigkeit (High Deflection Temp.).
• Gute chemische Beständigkeit.
• Gute Zähigkeit.
• Niedrige Reibungsoberfläche.
• Sehr guter Verschleißwiderstand.

Anwendungen

• Wälz- und Gleitlager (geschmiert).
• Halteschellen, Brackets.
• Verschleißteile.

i) Polycarbonat (PC)

Wiederholende chemische Baueinheit

Schmelzpunkt (°C): 270

Eigenschaften

• Hohe Festigkeit, Zähigkeit und Dimensionsstabilität.
• Molekulare Struktur sehr starr.
• Hohe Schlagfestigkeit.
• Gute elektrische Isoliereigenschaften und Transparenz.
• Beständig gegen viele Chemikalien, jedoch anfällig gegenüber bestimmten Lösungsmitteln.

Anwendungen

• Sicherheits-Scheiben (Security-Bildschirme).
• Helme.
• Fensterscheiben und Verglasungen.

2. Duroplaste

a) Epoxidharz

Wiederholende chemische Baueinheit

Die Eigenschaften hängen vom Vernetzungsgrad, von der chemischen Struktur und von der Art der Aushärtung ab.

Eigenschaften

• Hohe molekulare Beweglichkeit während der Verarbeitung.
• Hohe Härte und chemische Beständigkeit nach Aushärtung.
• Geringe Schwindung während der Vernetzung.
• Hohe Haftung auf vielen Substraten.

Anwendungen

• Schützende und dekorative Beschichtungen.
• Hochspannungsisolatoren.
• Rissinjektion und Schließung von Rissen im Beton.

b) Phenolharz (Bakelit)

Chemie

Eigenschaften

• Niedrige Kosten.
• Gute Wärme- und Schalldämmeigenschaften.
• Gute mechanische Eigenschaften.
• Einfache Formgebung und Gussfähigkeit.
• Einschränkungen bei der Farbgebung (hauptsächlich schwarz und braun).
• Hohe Härte, Steifigkeit und Festigkeit.
• Gute chemische Beständigkeit.

Anwendungen

• Elektrische Schalter und Isolatoren.
• Bremsbeläge (Brake).
• Schichtwerkstoffe (Brettschichtholz, Verbundwerkstoffe).

3. Elastomere

a) Naturkautschuk

Der Rohstoff des Naturkautschuks ist eine milchige Flüssigkeit namens Latex.

Struktur

cis-1,4-Polyisopren und trans-1,4-Polyisopren

Vulkanisation

Vulkanisation: Der chemische Prozess, bei dem Polymermoleküle durch Vernetzung gebunden werden und dadurch in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt werden; dies führt zu dauerhafter Elastizität.

Eigenschaften

• Relativ geringe Zugfestigkeit (je nach Zusammensetzung).
• Hohe Dehnbarkeit (große Bruchdehnung).

b) Synthetische Kautschuke

• Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)
• Nitrilkautschuk (NBR)
• Polychloropren (Neopren)
• Silikon-Gummi

Wiederholende strukturelle Einheit

(Detailierte Einheiten je nach Kautschuktyp)

Eigenschaften

• Kann in einem weiten Temperaturbereich eingesetzt werden (temperaturabhängig vom Typ).

Anwendungen

• Dichtungen (Seals).
• Platten und Werkstofftafeln (Boards von Materialien).
• Elektrische Isolatoren.