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Grundlagen Kunststoffe

Einleitung

Kunststoffe stammen aus organischen Produkten, die aus natürlichen Gütern wie Zellulose, Kohle, Erdgas, Salz und Erdöl gewonnen wurden. 
Jedes Kraftfahrzeug enthält mittlerweile viele Bauteile aus Kunststoff. So kann man die Energieeffizienz verbessern ohne Verlust der Schlagfestigkeit. Die Materialien können zudem nicht rosten, sind elastisch und wirken stossdämpfend. 

Kunststoffe bestehen aus Makromolekülen. Da diese aus wiederholenden Grundeinheiten, genannt Monomere, aufgebaut sind, werden sie Polymere genannt. Kunststoffe können aufgrund ihres mechanisch-thermischen Verhaltens in drei Polymer-Familien eingeteilt werden: Duroplaste, Elastomere und Thermoplaste. 

1. Duroplaste (z.B. Bakelit, Epoxid)
• Starr
• Form kann durch Zuführen von Temperatur nicht verändert werden 
• Nicht verschweissbar

2. Elastomere (z.B. künstlicher Kautschuk, Silikon)
• Elastisch
• Form kann durch Zuführen von Temperatur nicht verändert werden
• Form kann nicht dauerhaft verändert werden
• Nicht verschweissbar

3. Thermoplaste
• Können die Form beliebig oft durch Zufuhr von Hitze verändern
• Die meisten sind verschweissbar (gleich mit gleich und einige wenige kompatible)

Thermoplaste

Durch Wärmezufuhr können Thermoplaste in unterschiedliche Aggregatzustände überführt werden. Je nach Werkstoff werden verschieden hohe Temperaturen benötigt. Im kalten Zustand sind die Thermoplaste fest. Mit zunehmender Hitze gehen sie in den thermoelastischen Zustand über, in welchem eine Formänderung möglich ist, die Ursprungsform aber beibehalten wird. Bei weiterer Wärmezufuhr erreicht der Werkstoff den thermoplastischen Zustand. Nur dann ist er weich bzw. instabil in seiner Form und somit verschweissbar. Bei Überhitzung kann sich der Thermoplast in seine Grundbestandteile zersetzen. Durch die Temperaturzufuhr in Kombination mit entsprechendem Druck entsteht eine homogene Verbindung.
Grundsätzlich lassen sich nur dieselben Kunststoffe miteinander verschweissen, wobei es einige kompatible Thermoplaste gibt, die ebenfalls verbunden werden können wie beispielsweise PMMA mit ABS und PVC mit PVC-U. Dies muss jedoch am konkreten Fall getestet werden. Es gibt zudem Stoffe, die sich aufgrund ihres extrem hohen molekularen Gewichts nicht gut verschweissen lassen. Dazu gehören ultrahochmolekulares PE-HD (UHMW), gegossenes PMMA und PTFE.
Da Kunststoffe (genau wie Metalle) oxidieren, wenngleich die Oxidationsschicht bei den Thermoplasten nicht sichtbar ist, müssen sie vor der Schweissung spanend bearbeitet werden. Die Werkstoffe können bei Beschädigung ohne Beeinträchtigung der Stärke repariert bzw. geschweisst werden. 

Die Eigenschaften von Thermoplasten:

Vorteile:
Geringes Gewicht
Gute elektrische Isolation
Exzellente Resistenz gegenüber Chemikalien und Witterung
Geringe Wärmeleitfähigkeit
 
Nachteile:
Geringe Wärmebeständigkeit
Grosse Wärmeausdehnung
Geringe Elastizität
Die mechanischen Eigenschaften verändern sich mit der Zeit
Gasdurchlässigkeit
Steigende thermische Belastung führt zu Verlust an Formstabilität und Festigkeit

Kristallin und teilkristallin

Thermoplaste lassen sich des Weiteren einteilen in nichtkristalline (amorphe) und teilkristalline Thermoplaste, wobei teilkristalline Stoffe sowohl kristalline als auch amorphe Bereiche enthalten.

 

  1. Nichtkristallin (amorph) (PC, PMMA, PS, PVC)
  2. Teilkristallin (PP, PE, POM, PA)

 

 Eigenschaften  nichtkristallin/amorph    teilkristallin 
 Farbe  transparent     opak
 mechanisch  spröde     zäh-hart
 Schrumpfen  tief     hoch
 Abnutzung  hoch     tief
 Gleiten  tief     hoch
 Biegsamkeit  hoch     tief

 

 


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