Kunststoff als Fertigungsmaterial

Als Kunststoffe werden Werkstoffe bezeichnet, deren Grundbestandteile unterschiedliche Polymere bilden. Der spezielle Aufbau von Kunststoffen ermöglicht eine Anpassung der technischen Eigenschaften durch die Auswahl von Ausgangsmaterial, Herstellungsverfahren und dem Hinzufügen von Additiven. Hierdurch können z. B. die Bruchfestigkeit, Elastizität, Härte, Temperatur-, Wärmeformbeständigkeit sowie chemische Beständigkeit sehr gut variiert werden. Abhängig vom mechanisch-thermischen Verhalten werden Kunststoffe in Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere unterschieden.

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Thermoplaste

Die Thermoplaste setzen sich aus Polymerketten zusammen und können durch einen Energieeintrag in Form von Wärme beliebig oft weich und formbar bis hin zu schmelzend gemacht werden. Diese Eigenschaft ermöglicht ein Umformen von Thermoplasten in eine gewünschte Form, weil nach dem Auskühlen des Werkstücks die Form beibehalten wird.

Elastomere

Die Elastomere hingegen sind sehr flexibel und können ihre Form durch Druck oder Dehnung kurzzeitig verändern. Diese Eigenschaft ist auf die weitmaschig vernetzten Polymere zurückzuführen, aus denen die Elastomere bestehen. Ähnlich wie Duroplaste zersetzen sich die Elastomere jedoch bei zu hoher Temperatur.

Duroplaste

Die Duroplaste werden aus engmaschig vernetzten Polymeren gebildet. Anders als bei Thermoplasten, führt eine Erwärmung nicht zu einer plastischen Verformbarkeit, sondern zu einem Zersetzen des Materials. Aus diesem Grund eignen sich Duroplaste nicht zum Recycling. Ausgehärtete Duroplaste sind hart und spröde und können in diesem Zustand nur noch mechanisch bearbeitet werden.

Übersicht verschiedener Kunststoffe

Polyamid

Polyamide werden sehr häufig als Konstruktionswerkstoff verwendet. Sie zeichnen sich durch ihre hohe Festigkeit und Steifigkeit, gute Abriebs- und Verschleißfestigkeit sowie durch ihre hervorragende Schlagzähigkeit aus. Darüber hinaus besitzen sie eine gute Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln. Polyamide werden häufig mit Füllstoffen versetzt, um mechanische Eigenschaften zu optimieren. Beispielsweise werden Glasfasern hinzugegeben, um die Steifigkeit zu verbessern.

Polycarbonat

Polycarbonate sind bekannt für ihre Transparenz und werden häufig als Alternative zu Glas eingesetzt. Zusätzlich zu ihrer Transparenz sind Polycarbonate gute Isolatoren gegen elektrische Spannung und bieten eine hohe Festigkeit, Schlagzähigkeit, Steifigkeit und Härte. Darüber hinaus sind Polycarbonate beständig gegenüber Wasser, verdünnten Säuren, vielen Ölen und Fetten sowie Alkoholen.

Polyethylen

Polyethylen weist im Vergleich zu anderen Kunststoffen eine niedrige Festigkeit, Härte und Steifigkeit auf, besitzt jedoch eine hohe Dehnbarkeit und Schlagzähigkeit sowie ein gutes Gleitverhalten. Optisch erscheint Polyethylen, in Abhängigkeit von der Kristallinität, milchig weiß. Je niedriger die Kristallinität, umso transparenter ist dieser Kunststoff und geringer ist auch dessen Dichte. Polyethylen besitzt eine hohe Beständigkeit gegenüber Wasser, Säuren, Laugen, Alkoholen, Ölen und Benzin.

Polystyrol

Polystyrol kann abhängig von seiner Zusammensetzung von glasklar bis hin zu geschäumt weiß auftreten. Styrolpolymere weisen eine hohe Steifigkeit, bei mittlerer Härte und Festigkeit auf und haben eine geringe Schlagzähigkeit. Das Material ist beständig gegenüber Fetten und Ölen sowie gegenüber Säuren und Basen in nicht hoher Konzentration.

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)

ABS ist ein bruchstabiler Werkstoff, welcher eine hohe Schlagfestigkeit sowie Oberflächenhärte besitzt. Zusätzlich zu seinen positiven mechanischen Eigenschaften weist ABS eine gute Resistenz gegenüber Witterungseinflüssen sowie wässrigen Chemikalien auf. Weiterhin eignet sich ABS gut zum Beschichten mit Metallen und Polymeren, sodass beispielsweise verchromte Oberflächen auf einem Kunststoffteil realisiert werden können.

Ethylenvinylacetat

Ethylenvinylacetat ist ein aus Ethylen und Vinylacetat hergestelltes Copolymer. Der Vinylacetatgehalt hat einen signifikanten Einfluss auf die Performance des Werkstoffs. Mit zunehmendem Vinylacetatgehalt wird die Festigkeit, Steifigkeit und Chemikalienbeständigkeit dieses Copolymers beeinträchtigt. Das Material weist eine Kälteunempfindlichkeit und eine kautschukähnliche Flexibilität auf.

Polybutylenterephthalat (PBT)

Polybutylenterephthalat verfügt über eine sehr hohe Maßhaltigkeit und hat zeitgleich eine hohe Festigkeit und Steifigkeit. Zudem besitzt das Material gute Reibungs- und Verschleißeigenschaften, sodass es unter anderem für die Herstellung von Gleit- und Rollenlager sowie Zahnräder eingesetzt wird. Weiterhin weist PBT eine gute chemische Widerstandsfähigkeit gegen viele Lösemittel auf und ist ein guter Isolator gegen elektrische Spannung.

Polymethylmethacrylat (PMMA)

Polymethylmethacrylat ist ein transparenter Kunststoff mit einer polierfähigen Oberfläche. Bei entsprechender Oberflächenbehandlung lässt sich eine sehr gute Resistenz gegenüber Kratzern einstellen. Aus diesem Grund wird Polymethylmethacrylat sehr häufig als Alternative für Glas eingesetzt und ist umgangssprachlich als Plexiglas® bekannt. PMMA weist eine mittlere Festigkeit und hohe Steifigkeit sowie eine hohe Härte auf. Darüber hinaus ist das Material beständig gegenüber Witterung und Alterung sowie gegenüber Säuren, Basen mittlerer Konzentration, Benzin und Ölen.

Polyoxymethylen (POM)

Polyoxymethylen ist für eine hohe Festigkeit, Härte und Steifigkeit bekannt. Aufgrund des niedrigen Reibwiderstandes, der guten Abriebfestigkeit und des hervorragenden Federvermögens wird Polyoxymethylen für den Bau von Funktionsteilen in der Feinmechanik und im Apparatebau eingesetzt. In Bezug auf die Medienbeständigkeit weist Polyoxymethylen gute Eigenschaften gegenüber zahlreichen Chemikalien, Säuren, Laugen, Ölen und Alkoholen auf.

Polypropylen (PP)

Bei Polypropylen handelt es sich um den meistgenutzten Standardkunststoff. Der Werkstoff besitzt eine geringe Dichte bei gleichzeitig sehr guter Wiederstandfähigkeit gegen Ermüdung. In Hinblick auf die mechanischen Kennwerte weist Polypropylen eine durchschnittliche Festigkeit, Steifigkeit und Schlagzähigkeit auf. Typische Anwendungsbeispiele für PP sind z. B. Verpackungen und Filmscharniere.

Thermoplastische Elastomere

Thermoplastische Elastomere zeichnen sich durch die Eigenschaft aus, dass sie die jeweiligen Vorteile von Thermoplasten und Elastomeren vereinen. Sie sind flexibel wie herkömmliche Elastomere, können jedoch durch Erwärmen wiederholbar plastifiziert werden und sind nach dem Aushärten wieder dauerelastisch.

Thermoplastisches Polyurethan

Thermoplastisches Polyurethan zeichnet sich durch seine Elastizität und der damit verbundenen guten Verschleißfestigkeit aus. In Verbindung mit der guten Beständigkeit gegenüber Ölen, Fetten sowie der guten Abriebfestigkeit kann thermoplastisches Polyurethan für viele Anwendungsgebiete eingesetzt werden.

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