Kunststoffe

Kunststoffe sind synthetisch hergestellte (künstliche) Werkstoffe. Kunststoffe basieren auf miteinander reagierte Kohlenstoff- oder Silizium-Verbindungen (organisch) mit mehr als 1000 Atomen pro Molekül (makromolekular).

Die Herstellung von Kunststoffen erfolgt aus den natürlich vorkommenden Rohstoffen Erdöl (Naphtha), Kohle, Erdgas, Kalk, Luft und Wasser. Hinzu kommen häufig Additive (z. B. Stickstoff, Chrom, Schwefel oder Chlor).

Kunststoffe sind in der Regel gut formbar und können leicht weiterverarbeitet werden. Gegen Laugen und Säuren sind Kunststoffe recht unempfindlich.

Unterschiede zu Metall-Werkstoffen:

  • Geringere mechanische Festigkeit
  • Einfärbbar
  • Niedrigere Schmelztemperatur, folglich niedrigere Gebrauchstemperatur
  • Geringere Dichte, zwischen 0,9 und 2,5 kg/dm³
  • Temperaturabschirmung
  • Kunststoffe sind meistens elektrische Isolatoren
  • Korrosionsbeständig

Kunststoffe gelten als die Werkstoffe der Zukunft. Bereits heute ist die Kunststoffproduktion volumenmäßig längst bedeutender als die Rohstahlproduktion. Kunststoffe werden heute und in Zukunft weiteres Potenzial bieten, welches insbesondere durch Nanotechnologie erschlossen werden wird.
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 Thermoplaste

Die meisten Kunststoffe sind Thermoplaste (siehe Artikel: Thermoplaste – Werkstoff und Verarbeitung). Thermoplaste bestehen aus ineinander verfilzten Fadenmolekülen. Die fehlende Vernetzung der langen Fadenmoleküle schafft ein (temperaturabhängig) starres, thermoelastisches und thermoplastisches Verhalten dieser Kunststoffe.

Elastomere

Elastomere (Gummi) sind keine harten Kunststoffe, welche als stützende Konstruktionswerkstoffe verwendet werden, sondern sehr dehnbare und elastische Werkstoffe, welche ihren Nutzen aus ihrer Flexibilität und Elastizität schöpfen. Elastomere können durch bestimmte, nicht zu stark wirkende Kräfte gedehnt werden und reagieren elastisch. Elastomere sind nicht schmelzbar, nicht schweißbar und können nur durch spanende Bearbeitung umgeformt werden.

Naturkautschuke oder synthetische Kautschuke sind die Ausgangsbasis für Elastomere. Synthetische Kautschuke sind in der Regel beständiger gegen Säuren/Laugen und altern weniger. Elastomere aus Naturkautschuk sind grundsätzlich sehr dehnbar, die Elastizität nimmt jedoch mit zunehmendem Schwefelgehalt ab.

Elastomere bestehen aus ungeordneten Fadenmolekülen mit weitmaschiger Vernetzung, die nach einer Vulkanisation entsteht. Die bekannteste Verwendung von Elastomeren erfolgt für Autoreifen. Auch Keilriemen, Dichtungen und Schläuche werden aus Elastomeren gefertigt. Die Vorteile von Elastomeren liegen in den hohen Beanspruchungsgrenzen. Elastomere schmelzen nicht und erhalten ihre Elastizität beinahe vollständig auch bei hohen Temperaturen. Elastomere bleiben elastisch bis zu ihrer Zerstörung durch zu hoher Temperatur oder chemischer Zersetzung.

Duroplaste

Duroplaste bestehen aus fadenförmigen Makromolekülen mit engmaschiger Vernetzung. Die engmaschige Vernetzung macht diese Kunststoffe hart und spröde. Die Vernetzung entsteht nach einem Härteprozess. Das Härten erfolgt durch zugesetzte Härter (Gießharze oder Klebeharze). Auch ein Härteprozess ohne Zusätze, dann jedoch durch Druck/Pressen bei Temperaturen um 170°C, ist möglich. Nach dem Härten bleiben Duroplaste hart/spröde und können nicht mehr in einen weichen oder elastischen Zustand umgewandelt werden. Duroplaste sind nur spanend umformbar, nicht löslich und nicht schweißbar.

Ausgangsbasis für Duroplaste sind Kunstharze, welche flüssig oder schmelzbar vorliegen.

Vernetzte Duroplaste können mittels Polyaddition hergestellt werden. Eine Polyaddition bezeichnet eine Polyreaktion von mindesten zwei bifunktionalen Verbindungen, bei der ein Wasserstoffatom der einen Verbindung an eine Doppelbindung der anderen Verbindung geknüpft wird. Zusätzlich erfolgt eine Elektronenpaarbindung zwischen zwei Verbindungen.