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Thermoplaste

Begriffsbestimmung

Thermoplastische Werkstoffe, auch als Thermoplaste oder Plastomere bezeichnet, bilden eine Untergruppe der Kunststoffe, die sich theoretisch beliebig oft Aufschmelzen und in einer neuen Form wieder abkühlen lassen. Die Fähigkeit zur thermoplastischen Verformung, dem Aufschmelzen und der neuen Formgebung stehen in enger Verbindung mit der Recyclingfähigkeit dieser Werkstoffe. Ein wesentliches Merkmal ist, dass sie unter Wärmeeinwirkung verformbar oder aufschmelzbar sind und mittels thermoplastischer Formgebungsverfahren umformbar sind. Infolge dieser Eigenschaften sind die thermoplastischen Werkstoffe zumeist auch schweiß- und klebbar, wodurch eine hohe Variabilität der Fügeverfahren bei diesen Werkstoffen existiert.

Einordnung von Thermoplasten

Thermoplaste werden hauptsächliche den sogenannten Massenkunstoffen zugeordet, wobei jedoch für verschiedene Kunststoffe auch der Begriff hochtemperaturbeständige Kunststoffe (PTFE oder PCTFE) verwendet wird sowie bei Verstärkung mit organischen oder anorganischen Fasern (GF, CF, MF, NF) von Konstruktions- oder Hochleistungskunststoffen gesprochen wird. Thermoplastische Kunststoffe bestehen zumeist aus linearen oder auch verzweigten Makromolekülen, die durch vergleichbar schwache physikalische Bindungskräfte z. B. van der Waals-Kräfte miteinander verbunden sind. Je nach Typ dieser Kunststoffe, amorph oder teilkristallin, werden die Eigenschaften dieser Werkstoffe von dem viskoelastischen und viskoplastischen, also zeitabhängigen Deformationsverhalten, geprägt. Gleichzeitig entsteht dadurch ein weites Eigenschaftsspektrum, welches von spröden bis duktilen oder zähen Werkstoffeigenschaften reicht. Durch chemische Modifizierung entstehen die sogenannten Copolymere oder durch Mischen die Blends, die von den Grundmonomeren abweichende Charakteristika, z. B. hochzähe Eigenschaften, besitzen.

Makroskopische Eigenschaften

Die makroskopischen energieelastischen Eigenschaften sind z. B. durch geringe bis hohe Zugfestigkeiten und E-Moduli, sehr niedrige (PMMA, PS) bis sehr hohe (PP, PA) Bruchdehnungen und geringe (PC, PP) bis sehr hohe (ABS, PE) Schlagzähigkeiten charakterisiert. Die Einordnung wird dabei oftmals anhand der Bruchdehnung vorgenommen, die bei diesen Werkstoffen bis 100 % beträgt, oftmals in Abhängigkeit von der Prüftemperatur und Prüfgeschwindigkeit auch deutlich über diesem Grenzwert liegen kann. Auf mechanische oder mechanisch-thermische Beanspruchungen reagieren diese Kunststoffe im Fall von sprödem Werkstoffverhalten oft mit Crazebildung und nachfolgender Rissinitiierung sowie sprödem Versagen (siehe auch: Bauteilversagen) oder bei duktilem Werkstoffverhalten mit hohen plastischen Verformungen. Aufgrund der Herstellungsprozesse entstehen oftmals hohe Eigenspannungen und Orientierungen, die sich in anisotropen Eigenschaften äußern.

Herstellung von Thermoplasten

Die wichtigsten technisch genutzten Thermoplaste sind die amorphen Kunststoffe, die nur über eine Nahordnung verfügen wie z. B. PMMA, PS, PVC, PC, ABS oder PPE sowie die teilkristallinen Polymere mit Fernordnung wie z. B. PP, PE, PA, PET, PBT oder POM, die alle bei chemischer oder physikalischer Verträglichkeit als Copolymere oder Blends vorliegen können und zudem auch gefüllt oder verstärkt werden können.

Zumeist werden die Thermoplaste im Polymerisations-, Polyadditions- oder Polykondensationsverfahren hergestellt, wobei die Polymerketten durch sich wiederholende Grundmonomere aufgebaut sind. Die Herstellungsverfahren von Kunststoffbauteilen aus Thermoplasten reichen heute vom Spritzgießverfahren, Spritzpressen, Pressen und Extrudieren bis zum Kalandrieren als auch dem Blasformen, Vakuumtiefziehen und Folienblasen. Diese Kunststoffe sind mechanisch durch Sägen, Fräsen, Hobeln, Schleifen als auch Drehen bearbeitbar und können mittels Schweißen und Kleben zu komplexen Bauteilen gefügt werden.


Literaturhinweise

[1] Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Mechanical and Thermomechanical Properties of Polymers. Landoldt Börnstein. Volume VIII/6A2, Springer Verlag, Berlin (2014) (ISBN 978-3-642-55166-6; siehe AMK-Büchersammlung unter A 16)
[2] Elsner, P., Eyerer, P., Hirth, T. (Hrsg.): Domininghaus – Kunststoffe, Eigenschaften und Anwendungen. Springer Verlag, Berlin (2012) 8. Auflage, (ISBN 978-3-446-44350-1)
[3] Ehrenstein, G. W.: Polymerwerkstoffe – Struktur – Eigenschaften – Anwendung. Carl Hanser Verlag, München (2011) 3. Auflage (ISBN 978-3-446-42283-4)