Informationen zu Kunststoffen

In den Informationen zu Kunststoffen für PA, PE, PP und PVC finden Sie einen kurzen Überblick über die Eigenschaften der bei b-plastic hauptsächlich verarbeiteten Kunststoffe.

Es folgt ein kleines Glossar zu weiteren Kunststoffen, Additiven, Compounds und vielen interessanten Punkten rund um das Thema Kunststoff.

Diese kurze Zusammenfassung ist in Gesprächen mit unseren Rohstofflieferanten entstanden und schließt jedwede Gewährleistung und Haftung aus.

Hauptsächlich verarbeitete Kunststoffe bei b-plastic

PA – Polyamid

Physikalische – mechanische Eigenschaften

Normales Polyamid (1,07-1,14 g/cm³) ist ein mittelschwerer, teilkristalliner technischer Allroundthermoplast. Polyamid hat eine relativ hohe Wasseraufnahme (hygroskopisch), die je nach Polyamid-Typ und Anwendung werksseitig durch Konditionieren (Warmwasserlagerung) der Formteile dem Umgebungsklima angepasst wird, soweit eine Diffusion der Luftfeuchtigkeit nicht ausreicht. Erst …weiterlesen

PE – Polyethylen

Physikalische – mechanische Eigenschaften

Mit 0,90-0,96 g/cm³ ist PE ein sehr leichter teilkristalliner Thermoplast aus der Klasse der Polyolefine, wobei VLD= Very Low Density ~0,90 g/cm³ und HD= High Density ~0,96 g/cm³ den Dichtebereich begrenzen. PE ist in normaler Einstellung wie die meisten Polyolefine wasserabweisend (hydrophob). PE ist sehr zäh. Der E-Modul, die Zugfestigkeit und die Oberflächenhärte ergeben niedrige Werte, von VLD-PE bis HD-PE ansteigend. Eine gute Dehnungsrissbeständigkeit ist vorwiegend bei VLD-PE und LLD/MLD-PE …weiterlesen

PP – Polypropylen

Physikalische – mechanische Eigenschaften

Mit 0,90-0,91 g/cm³ ist normales PP ein sehr leichter teilkristalliner Thermoplast aus der Klasse der Polyolefine. PP weist eine gute Zähigkeit und eine hervorragende Dauerbiegefestigkeit bei geeignet dünnen Querschnitten auf. Gegenüber homopolymerem PP weist copolymeres PP auch eine besonders gute Kerbschlagzähigkeit auf und eignet sich daher auch für technische Anwendungen. Die Zeitstandfestigkeit nimmt mit zunehmender Temperatur stark ab. PP ist wasserabweisend (hydrophob), wie die meisten Polyolefine. In der Härte …weiterlesen

PVC – Polyvinylchlorid

Physikalische – mechanische Eigenschaften

Weich-PVC ist mit 1,14-1,56 g/cm³ ein relativ schwerer amorpher Thermoplast, bedingt durch seine Halogenkomponente (Cl). Abhängig vom verwendeten Weichmacher gibt es weichgummiartige Mischungen von 40 Shore A (Shore A = Härtebestimmung für weiche Kunststoffe) bis hartgummiartige Mischungen von 98 Shore A. Letztere entspricht etwa dem Übergangsbereich …weiterlesen

Kleines Glossar

Für andere Thermoplaste, Duroplaste, thermoplastische Elastomere folgt eine kurze Erläuterung mit den wichtigsten Grundkenntnissen und Eigenschaften der beschriebenen Kunststoffe und Begriffe:

Abbildung anderer Kunststoffe: Eine schematische Darstellung der Gitterstruktur von Thermoplast
Thermoplast
Abbildung anderer Kunststoffe: Eine schematische Darstellung der Gitterstruktur von Duroplast
Duroplast
Abbildung anderer Kunststoffe: Eine schematische Darstellung der Gitterstruktur von Elastoplast
Elastoplast

Sammelbegriff Thermoplast

Thermoplastische Kunststoffe sind bei Raumtemperatur normalerweise hart oder sogar spröde. Wenn sie jedoch in einem bestimmten Temperaturbereich erwärmt werden, werden sie weich und plastisch, weil sich die losen, unverzahnten Molekülfäden nun leichter gegeneinander bewegen können. Werden sie weiter erhitzt, fließen die Molekülfäden und der Thermoplast schmilzt. Oberhalb der Schmelztemperatur beginnen sich Thermoplaste allmählich zu zersetzen. In Gegenwart von Sauerstoff oder offenem Feuer verbrennt der Thermoplast mit einer offenen Flamme oder durch Verkohlung.

Die Thermoplaste sind die mengenmäßig größte Gruppe der synthetischen Polymere (= Kunststoffe). Als Beispiele seien die vier wichtigsten genannt:

Auf diese vier Massenkunststoffe entfallen zwei Drittel der gesamten Kunststoffproduktion. Sie umgeben uns jeden Tag in Form von Verpackungen, Gerätegehäusen und unendlich vielen anderen Alltagsgegenständen.

Sammelbegriff Duroplaste

Unter dem Sammelbegriff Duroplaste werden (vor der Verarbeitung und Vernetzung ein- oder mehrkomponentiger Harze oder Pulver) harte, nicht mehr thermisch plastifizierbare Kunststoffe mit dreidimensionalen, engmaschig vernetzten Molekülketten zusammengefasst. Im Wesentlichen lassen sie sich in die folgenden Typen unterteilen:

Die diversen Duroplasteinstellungen werden unter dem Begriff Formstoff (FS) einheitlich nummeriert, z.B. FS31.

Sammelbegriff Elastomere (auch Synthese-Kautschuke und Elastoplaste)

Der Sammelbegriff Elastomere umfasst weichelastische, nicht mehr thermisch plastifizierbare Kunststoffe mit dreidimensionalen, weitmaschig vernetzten Molekülketten, die sich im Wesentlichen in folgende Typen unterteilen lassen:

Kautschuke in flüssiger Form werden mit einem „L“ vor der Abkürzung versehen, z. B. LBR. Mischungen bestimmter Kautschuke untereinander in bestimmten Mischungsverhältnissen und unter Zugabe von Homogenisatoren oder Verträglichkeitsvermittlern sind in sehr begrenztem Umfang und teilweise mit erheblichem Aufwand möglich. Sie werden in der Regel von den Rohstoffherstellern der chemischen Industrie oder von Chemiespezialisten angeboten.

Sammelbegriff thermoplastische Elastomere – TPE (auch Elastoplaste)

Thermoplastische Elastomere ist ein Sammelbegriff für Thermoplaste mit elastischen Eigenschaften, die denen echter Elastomere ähneln (mit vernetzten Molekülketten: Synthesekautschuk, Kunstkautschuk). Diese werden dann nach ihrer Ähnlichkeit mit den entsprechenden Thermoplasten unterteilt:

Diese unterscheiden sich wiederum von Plastomeren (mit Dichte < 0,9 g/cm³, sehr leichte elastomerähnliche Thermoplaste mit sehr kurzen Molekülketten – z.B. Polyolefinplastomere [POP’s]).

ABS – Acrylnitril Butadien Styrol

ABS (1,04-1,05 g/cm³) ist ein relativ leichter, amorpher technischer Thermoplast. Es ist relativ hart und steif. Es hat eine deutlich höhere Zähigkeit als das verwandte schlagzähe Polystyrol (SB). ABS zeichnet sich durch hohe Temperaturwechselbeständigkeit und geringe Wasseraufnahme (schwach hygroskopisch) aus. Es ist in begrenztem Maße witterungsbeständig und wird hauptsächlich für glänzende Gehäuse im Sichtbereich, für Mehrkomponenten-Spritzgussteile, verchromte Teile und laserbeschriftete Bauteile verwendet. Die Eigenfarbe der Standardtypen ist ein stark deckendes Beige bis Gelbbraun. Bei Sondertypen ist glasklar möglich. ABS wird bei ca. 240-260 °C verarbeitet und entzündet sich bei ca. 400 °C mit einer hellen, rußenden Flamme und einem süßen Geruch.

NBR – Nitril-Kautschuk

Nitril-Kautschuk ist ein Synthesekautschuk. Die Kurzbezeichnung NBR ist abgeleitet von Nitrile Butadiene Rubber (Nitril-Butadien-Kautschuk). Nitril-Kautschuk wird durch Copolymerisation von Acrylnitril (ACN) und 1,3-Butadien gewonnen. Die aus Nitril-Kautschuk hergestellten Vulkanisate besitzen eine hohe Beständigkeit gegenüber Ölen, Fetten und Kohlenwasserstoffen, günstiges Alterungsverhalten und geringen Abrieb. Der thermische Anwendungsbereich liegt je nach Mischungsaufbau zwischen −30 °C und +100 °C, kurzzeitig bis 130 °C. Bei höheren Temperaturen verhärtet der Werkstoff. Je nach Artikel hat der Werkstoff eine Härte zwischen 60 und 80 Shore.

PC – Polykarbonat

PC (1,2 g/cm³) ist ein mittelschwerer, amorpher technischer Thermoplast. Es ist sehr hart und weist eine besonders hohe Bruchzähigkeit auf. Es zeichnet sich durch hohe Wärmeformbeständigkeit, geringe Temperaturabhängigkeit und geringe Wasseraufnahme (schwach hygroskopisch) aus. Vorwiegend wird PC im Innenbereich für hochtransparente Gehäuse und Abdeckungen, hoch bruchzähe Komponenten, sowie für optische Bauteile (CD’s, DVD’s, Lampenkomponenten, Linsen) verwendet. Die Eigenfarbe ist glasklar-transparent. PC wird mit etwa 320-350 °C verarbeitet und brennt in der Flamme (erlischt außerhalb).

POM – Polyoxymethylen (auch Acetalharz, Para- und Polyformaldehyd oder Polyacetal)

POM (1,42 g/cm³) ist ein relativ schwerer, teilkristalliner technischer Thermoplast mit der Struktur -(CH2-O-)n- für das Homopolymer. Im Bereich der unverstärkten Thermoplaste hat POM eine sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit (auch bei hohen Dauerbelastungen und tiefen Temperaturen), sowie eine hohe Dimensionsstabilität und eine ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit. Die Verschleißfestigkeit ist fast so gut wie die von PA. POM wird bevorzugt für technische Anwendungen wie Schnappverbindungen, Lager (auch in Kombination mit Silikon- oder PTFE-Zusätzen), Rollen und Verzahnungskomponenten eingesetzt. Die Eigenfarbe der Standardtypen ist opak-weißlich. Es wird bei ca. 180-190 °C verarbeitet und entzündet sich bei ca. 375 °C und brennt bei 323 °C mit leicht bläulicher Flamme und stechendem Formaldehydgeruch.

PTFE – Polytetrafluorethylen (Handelsnamen: Teflon – Dupont, Hostaflon, Dyneon, GoreTex)

Physikalisch – mechanische Eigenschaften

PTFE (2,16 g/cm³) ist ein sehr schwerer, teilkristalliner technischer Thermoplast mit einer Shore-D-Härte von 55-60. Es hat die Struktur CnF2n und gehört zur Klasse der Polyhalogenolefine. Obwohl PTFE als Thermoplast eingestuft wird, kann es aufgrund der sehr nahe beieinander liegenden Schmelz- und Zersetzungstemperaturen im Allgemeinen nur durch Sintern oder Drucksintern verarbeitet werden und unterliegt daher nicht den Formgebungsfreiheitsgraden der meisten anderen Thermoplaste.

Es wurde 1938 von Roy Plunkett entdeckt und 1941 von Dupont patentiert. PTFE neigt dazu, unter Druck zu kriechen, und muss gegebenenfalls mit Glasfasern oder anderen festigkeitssteigernden Zusätzen stabilisiert werden. Es ist sehr inert, selbst aggressive Säuren wie Königswasser können PTFE nicht angreifen.

Unter den Feststoffen hat PTFE einen der niedrigsten Reibungskoeffizienten. PTFE gleitet auf PTFE so gut wie nasses Eis auf nassem Eis. Außerdem ist die Haftreibung genauso groß wie die Gleitreibung, so dass der Übergang vom Stillstand zur Bewegung ohne Ruckeln erfolgt (kein Stick-Slip-Effekt).

Ein eindrucksvolles Beispiel dafür war die Verschiebung der neuen 12.500 Tonnen schweren Oberkasseler Brücke in Düsseldorf um 47,5 m auf PTFE-Gleitlagern am 7. und 8. April 1976 (Link). Es gibt fast keine Materialien, die an PTFE haften, da die Oberflächenspannung extrem niedrig ist.

Witterungs- und Altersbeständigkeit

PTFE ist extrem beständig gegen alle Säuren und Basen, Alkohole, Ketone, Benzine, Öle usw. …

Es ist nicht beständig gegen Natrium.

Außerdem ist PTFE frostbeständig bis -200 °C, nur nach Vorbehandlung verklebbar, physiologisch unbedenklich und nicht brennbar. Die Eigenfarbe der Standardtypen ist undurchsichtig weiß. Die Anwendungstemperatur reicht bis zu etwa 260 °C. PTFE schmilzt bei 327 °C und zersetzt sich darüber hinaus in hochaggressive Flusssäure und hochgiftige Pyrolyseprodukte.

Bereits seit mehreren Jahren wird PTFE im Bereich der Möbelgleiter eingesetzt. Hier ist die einzigartige Kombination von Gummi und PTFE zu nennen, die sowohl eine hervorragende Geräuschdämpfung als auch einen optimalen Bodenschutz oder minimale Haft- und Gleitreibungskräfte beim Bewegen von Möbeln bringt. Die Konstruktion besteht in der Regel aus einer 2-3 mm flachen, einseitig balligen Gummironde (auch quadratische und rechteckige Formteile), auf die unter hohem Druck und Temperatur eine mehrere 1/10 mm dicke PTFE-Folie aufgebracht wird. Diese Universal-Gleiteinlagen (UG) können mit einem Nagel für Holzstuhlbeine oder andere Holzmöbel versehen, aufgeklebt oder in Möbelgleiter eingesetzt werden.

Gleiteinsätze aus PTFE werden für das leichte Verschieben von Möbeln auf den meisten Bodenbelägen empfohlen. Das Verschieben von Möbeln auf Teppichböden wird dadurch erheblich erleichtert. Für Sitzmöbel auf glatten Böden ist PTFE nicht geeignet, da sie bei der Benutzung ungewollt verrutschen.

PU (PUR) – Polyurethan

PU ist einer der vielseitigsten Kunststoffe. Je nach Formulierung und Herstellungsverfahren kann PU als Thermoplast (TPU thermoplastisches Elastomer), Elastomer oder Duroplast hergestellt werden. In allen Bereichen des täglichen Lebens begegnen uns PU-Produkte (Matratzen, Schuhsohlen, Reifen für Rollen und Räder, Dämmplatten, Schallschutzelemente, Farben, Klebstoffe, Isolierschaum und vieles mehr).

SB – Styrol Butadien (auch schlagfestes Polystyrol, PS-I)

SB (1,04-1,05 g/cm³) ist ein relativ leichter, amorpher Thermoplast. Es ist zähhart und hat eine deutlich höhere Zähigkeit als Polystyrol (PS). Es ist nicht witterungsbeständig. Verwendung findet SB (auch geschäumt –> TSG) hauptsächlich im Innenbereich für preisgünstige Gehäuse und Gehäuseteile verwendet. Die Eigenfarbe ist ein stark gedecktes Weiß (opak-weißlich). SB wird bei etwa 180-280 °C verarbeitet, ist leicht entzündlich, brennt hell und stark rußend mit süßlichem Geruch und riecht leicht nach verbranntem Gummi.

Additive (Zusatzstoffe)

Additive sind Stoffe, die dem reinen Kunststoff zugesetzt werden, um sein Eigenschaftsprofil zu erweitern oder zu verbessern und sein Kosten-Nutzen-Verhältnis zu optimieren. In der Regel enthält jeder Kunststoff, der den Verarbeitern auf dem Markt angeboten wird, bereits mehrere Additive. Darüber hinaus gibt es Additive, die Verarbeiter selbst hinzufügen können oder die erfahrene Compoundeure in ihre Compounds einarbeiten können. Additive werden im Wesentlichen nach ihrer Funktion in die folgenden Gruppen eingeteilt:

Flammschutzmittel

Gleit- und Verarbeitungshilfsmittel

Leitfähigkeitsvermittler

Schlagzähigkeitsmodifikator

Schönungsmittel und Aufheller

Stabilisatoren

*) = HALS (Englisch –hindered amine light stabilizer)  absorbieren keine UV-Strahlung, sondern hemmen den Polymerabbau durch kontinuierliche und zyklische Beseitigung von Radikalen, die durch Photooxidation des Polymers entstehen

Compounds (Verbundwerkstoff)

Compounds sind gebrauchsfertige Werkstoffrezepturen in Granulat- oder Pulverform. Es werden ein oder mehrere Kunststoffe und je nach Anforderungsprofil Additive, Farbstoffe, Füllstoffe und Verstärkungsstoffe eingesetzt. Compounds für Thermoplaste und thermoplastische Elastomere werden in der Regel auf angepassten Mischextrudern mit anschließender Granulierung hergestellt. Dies führt zu einer sehr materialschonenden Produktion mit hoher Homogenität. Hochgefüllte, hochviskose Massen, z.B. für die Herstellung von Keramik- oder Metallpulverformmassen, bei denen die Kunststoffe nur eine Binderfunktion haben, werden in Mischknetern hergestellt.

Einfärbungen

Die Einfärbung von Kunststoffen erfolgt mittels organischer oder anorganischer Farb- oder Effektpigmente, die den Kunststoffen bei der Verarbeitung oder Compoundherstellung in den Verarbeitungsvarianten

mit meist 0,5-5% zugesetzt werden. Bestehen hohe Anforderungen an die Farbabstimmung von Stücklistenteilen aus unterschiedlichen Materialien (Kunststoffe, Metalle, Holz), sind in der Regel Lackhersteller oder Compoundeure zuständig. Die Einschaltung von Compoundierern oder Farbherstellern führt jedoch in der Regel zu einer erheblichen Verteuerung der Stücklistenkomponenten. Die technische Abstimmung der Farbgebung verschiedener Teile der Stückliste wird in der Regel durch die Wahl unterschiedlicher Farben für die Teile der Stückliste umgangen.

Füllstoffe

Bei den Füllstoffen (Additiven) handelt es sich in der Regel um preiswerte, kostensenkende Stoffe, die die Eigenschaften des Kunststoffs durch die Zugabe nicht oder nur kontrolliert verschlechtern (Holzmehl usw.).

Verstärkungen

Verstärkungen verleihen beanspruchten Kunststoffbauteilen oder Halbzeugen eine bessere Steifigkeit, höhere mechanische Festigkeit und höhere Wärmeformbeständigkeit. Zum Einsatz kommen eingebettete Verstärkungen in Form von Fasern, Geweben, Kugeln und Körnern aus Glas, Kohlenstoff, Kunststoff und Mineralien, die zum Teil mit Haftvermittlern und einer ausgerichteten Einbettung noch zusätzliche Festigkeitssteigerungen ermöglichen. Auch Eigenverstärkungen durch Verstrecken von Fasern, z.B. aus Polyamid und Polyethylen, sind möglich.

Blends

Unter Blends (Polymerblends) versteht man im Allgemeinen Mischungen aus zwei oder mehreren verschiedenen Thermoplasten. Es werden keine neuen chemischen Bindungen der Moleküle gebildet, sondern es liegen rein physikalische Mischungen vor. Dies ist nur mit Hilfe einer chemischen Anpassung möglich, da Thermoplaste in der Regel nicht miteinander verträglich sind (Zerstörung, Entmischung oder Delamination) oder eine Haftung nur durch Aufsprühen eines Thermoplasten auf einen anderen in der Form möglich ist. Die Eigenschaften der entstehenden Kunststoffe unterscheiden sich stark von den ursprünglichen Kunststoffen. Bekannte Mischungen sind PA+ABS, PC+ABS, PC+PET, PC+PBT.

Makromoleküle

Makromoleküle enthalten eine große Anzahl von Atomen, die durch Hauptvalenzen chemisch verbunden sind und werden nach Staudinger je nach Polymerisationsgrad in lineare Moleküle und kugelförmige Moleküle oder Kunststoffe unterteilt (Hemikolloide – Polymerisationsgrad 10 bis 100, Mesokolloide – Polymerisationsgrad 100 bis 500 und Eukolloide – Polymerisationsgrad > 500).

Monomere

Monomere sind niedermolekuläre, reaktionsfähige Einzelmoleküle der Kunststoffe und haben mindestens eine funktionelle Gruppe (reaktions- oder bindungsfähige Gruppe als Voraussetzung für die Bindung in Polymeren).

Homopolymere und Copolymere

Homopolymere sind Polymere, die nur aus einer Art von Monomer bestehen. Sie haben nur eine sich wiederholende Einheit

Copolymere (auch Heteropolymere genannt) sind Polymere (chemische Stoffe aus Makromolekülen), die aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Monomereinheiten aufgebaut sind. Im Produktionsprozess können die Produkteigenschaften gezielt gesteuert werden.

Schematische Darstellung einer Homopolymerkette
Schematische Darstellung einer Copolymerkette

Polymere oder Kunststoffe werden durch Polymerisation, Polyaddition oder Polykondensation hergestellt (ist kunststofftypspezifisch). Je nach Polymerisationsgrad enthalten sie eine entsprechende Anzahl von hauptvalenzgebundenen Monomeren. Kunststoffe werden nach ihren (Haupt-)Ketten in Bezug auf Kettenlängenunterschiede zwischen molekular eng oder weit verteilt und nach ihrem Molekulargewicht zwischen nieder- und ultrahochmolekular klassifiziert.

Amorph und teilkristallin

Thermoplaste werden in amorphe und teilkristalline unterteilt.

Schematische Darstellung der ungeordneten Struktur von amorphen Thermoplasten (Kunststoffen)
amorpher Thermoplast
Schematische Darstellung der Struktur von teilkristallinen Thermoplasten (Kunststoffen)
teilkristalliner Thermoplast

Taktizität

Die Taktizität beschreibt die in bestimmten Intervallen wiederkehrende Anordnung von Seitenketten bei Polymeren. Diese Anordnung bestimmt wesentlich die Eigenschaften der Kunststoffe (amorph oder teilkristallin und damit glasklar-transparent oder transluzent bis zu deckender Eigenfarbe, die chemische Beständigkeit, die mechanischen Werte, etc.). Es wird unterschieden zwischen

Taktizität von Plastik - ataktisch
ataktisch
Taktitzität von Plastik - isotaktisch
isotaktisch
Taktizität von Plastik - syndiotaktisch
syndiotaktisch