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Allgemeines zu Kunststoff Materialien

Kunststoffe sind eine Gruppe von Materialien, die aus langen Molekülen bestehen, die wissenschaftlich unter dem Begriff Makromoleküle zusammengefasst werden.
Verbreitet ist die Bezeichnung Polymere (aus dem griechischen - "Viele-Einheiten").
Polymere bilden sich durch Zusammenfügen kleiner, einfacher Moleküle (Monomere) zu einer langen Kette. Das zusammenführen der Monomermoleküle ist als Polymerisation bekannt.
Kunststoffe werden in zwei Hauptkategorien eingeteilt:

 

Duroplaste und Thermoplaste.

 

Duroplaste bilden bei Erhitzung ein dreidimensionales vernetztes Netzwerk aus Polymermolekülen. Die Bildung der vernetzten Struktur lässt sich nicht rückgängig machen, ohne dass eine Zersetzung stattfindet.

 

Thermoplaste können bei erhöhten Temperaturen wiederholt erweichen und durch Abkühlen wieder erhärten. Sie durchlaufen auf Grund der molekularen Struktur dieser Materialien während der Thermoformung keine chemischen Veränderungen. Der Zyklus der Erwärmung und Formänderung kann mehrfach wiederholt werden. Es herrscht eine grossen Vielfalt der verschiedenen Thermoplaste, deren Eigenschaften beträchtlich voneinander abweichen.
Innerhalb der Thermoplaste gibt es zwei Hauptgruppen:

 

Amorphe und kristalline Thermoplaste.

Amorphe Polymere sind meist harte, starre, hochglänzende, klare Materialien mit geringer Schrumpfung (gute Masssteuerung). Im allgemeinen kann die Zähigkeit solcher Materialien hinsichtlich der Schlagfestigkeit durch Hinzufügen eines Gummiadditivs verstärkt werden, wie z. B. hochschlagfestes Polystyrol und ABS.
Amorphe Thermoplaste sind z. B.:
Polystyrol - Hochschlagfestes Polystyrol - PVC - ABS - PMMA (acrylisch)
Kristalline Polymere sind eher zäher, weicher und lichtdurchlässig bis undurchsichtig. Sie zeigen eine grössere Beständigkeit gegenüber Verschleiss, Ermüdung, Chemikalien und Abrieb. Da das Schrumpfungsniveau viel höher ist, ist ihre Massstabilität schlechter zu kontrollieren.
Kristalline Thermoplaste sind z. B:
Polypropylen - Polyethylen - Nylon 6.6


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Thermoformungs-Kunststoffe  

Polystyrol (PS)

Polystyrol (Kurzzeichen PS, IUPAC-Name: Polystyren) ist ein transparenter, amorpher oder teilkristalliner Thermoplast. Amorphes Polystyrol ist ein weit verbreiteter Kunststoff, der in vielen Bereichen des täglichen Lebens zum Einsatz kommt.

Polystyrol wird entweder als thermoplastisch verarbeitbarer Werkstoff oder als Schaumstoff eingesetzt. Bekannte Handelsnamen für Polystyrol sind Lustron, Styropor, Styrodur, Styroflex, Sagex (in der Schweiz) und Telgopor (in der spanischsprachigen Welt).

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Schlagmodifiziertes Polystyrol - High Impact Polystyrene (HIPS)

High Impact Polystyrene (abgekürzt HIPS) ist ein durch Kautschuk modifiziertes, hochschlagfestes Polystyrol. Der thermoplastische Kunststoff findet insbesondere Verwendung bei Gehäusen von beispielsweise Computern, Fernsehgeräten oder Telefonen. Im Inneren von Kühlschränken besteht die erste, sehr kältebeständige Schicht oft aus HIPS. Auch bei Plastikspielzeugen wie Lego kommt der Kunststoff zum Einsatz.

In der Polystyrolmatrix enthält HIPS je nach Typ rund 6% eines Polybutadien-Kautschuks. Teilweise werden Flammschutzmittel (DecaBDE, HBCD) zur Matrix hinzugefügt, um die Entflammbarkeit und Brennbarkeit zu reduzieren.

Hochschlagfestes Polystyrol (HIPS) kann über die sechsfache Schlagfestigkeit von Kristall-PS verfügen. Mit dem Gummizusatz geht ein Verlust an Klarheit einher. Normalerweise sind schlagmodifizierte Polystyrole lichtdurchlässig, jedoch sind auch hochschlagfeste Materialien mit einem hohen Grad an Transparenz erhältlich.

Schlagmodifizierte Polystyrole gehören zu den widerstandsfähigsten Materialien in der Thermoformung.

 

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)

Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (Kurzzeichen ABS) ist ein synthetisches Terpolymer aus den drei unterschiedlichen Monomerarten Acrylnitril, Butadien und Styrol und gehört zu den amorphen Thermoplasten. Die Mengenverhältnisse können dabei variieren von 15-35 % Acrylnitril, 5-30 % Butadien und 40-60 % Styrol.

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Polyvinylchlorid (PVC)

Polyvinylchlorid (PVC) ist ein hartes und starres Material. In nicht ausgehärteter Form recht spröde. Durch Einschluss von Weichmachern und Schlagmodifikatoren kann die Zähigkeit von PVC verstärkt werden (zu einem elastischeren Material). PVC hat eine sehr gute chemische Beständigkeit und es ist von Natur aus selbstlöschend. Die begrenzte Hitzestabilität ist ein Nachteil von PVC (ungeeignet zur wiederholten Verarbeitung). Dazu kommen die Schwierigkeiten beim Recycling (hinsichtlich der Umwelt). Bei der Verbrennung können ätzende Chlorwasserstoffe entstehen.

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Polycarbonat (PC)

Polycarbonate sind synthetische Polymere aus der Familie der Polyester, und zwar aus Phosgen, einem Derivat der Kohlensäure, und Diolen.

Handelsnamen sind unter anderem: Makrolon der Bayer AG, Lexan der Kunststoffsparte von General Electric oder Calibre der Dow Chemical

1953 wurde das erste industriell relevante Polycarbonat (Kurzzeichen PC) von Hermann Schnell bei der Bayer AG entwickelt. Dieses basierte auf 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A).

Polycarbonate sind glasklar, einfärb-, schweiss- und klebbar, ausserdem sehr dimensionsstabil und besitzen eine hohe Schlagzähigkeit. Daher werden sie für Spritzgussartikel, wie zum Beispiel für die Herstellung von CDs und Isolierfolien eingesetzt. Ein weiteres grosses Einsatzgebiet sind Motorrad- und sonstige Helme.

Ihre Struktur ist amorph bis gering kristallin, sie sind hart und schlagzäh.

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Polypropylen (PP)

Polypropylen (Kurzzeichen PP, gelegentlich auch Polypropen genannt) ist ein teilkristalliner Thermoplast und gehört zu der Gruppe der Polyolefine. Polypropylen wird durch Polymerisation des Monomers Propen mit Hilfe von Katalysatoren gewonnen.

Im Jahr 2001 wurden 30 Millionen Tonnen Polypropylen hergestellt.

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