Unter Kunststoffen verstehen wir sehr große Moleküle, die aus kleinen Bausteinen (= den Monomeren) zusammengesetzt werden. Um einen Kunststoff aus einer Vielzahl an Polymeren aufzubauen, gibt es im Wesentlichen drei “Herstellungsverfahren”: Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation.
Dabei können die Monomere selbst lineare oder verzweigte Moleküle sind, so dass in einem Polymer die einzelnen Strukturteile vernetzt oder unvernetzt vorliegen. Je nach Verzweigungsgrad des Polymers unterscheidet man Thermoplasten und Duroplasten. Allerdings gibt es zwischen den beiden Vernetzungsgraden (Ja/nein) noch einen “mittleren” Vernetzungszustand, solche Polymere werden als Elastomere bezeichnet.Die Struktur des Polymers hat damit erhebliche Auswirkung auf das Temperaturverhalten des Kunststoffs.
Wie bereits im Kapitel “Struktur von Kunststoffen” erwähnt, ist das mechanische Verhalten von Kunststoffen erheblich von der Temperatur abhängig. So können bereits kleine Änderungen der Temperatur zu deutlichen Änderungen in den mechanischen Eigenschaften führen. Wie bei anderen “Stoffklassen” kann man feste Stoffe danach einteilen, ob sie beim Erwärmen formbar werden, oder nicht (sich sogar bei Erwärmung zersetzen). Dies hängt an der Verknüpfung der einzelnen Atome / Atomgruppen (Primärbindung) und die “Verknüpfung” einzelner Polymerketten zu einem Makromolekül. Beim Erwärmen können Sekundärbindungen (wie Van-der-Waals-Kräfte) überwunden werden, der Stoff ist somit verformbar. Primärbindungen können durch Erwärmen nur “zerstört” werden, in diesem Fall würde sich der Stoff beim Erhitzen zersetzen.
Ohne tief in die Bindungstheorie einzugehen, lässt sich dies auch auf Kunststoffe übertragen. Die oben erwähnten “Grenzfälle” entstehen, in dem eine Struktur aus linearen (die mit anderen Strukturen über Van-der-Waals-Kräfte verbunden ist) Polymerketten oder vernetzten (die Strukturen sind über Atombindungen verknüpft) Polymerketten besteht. Kunststoffe, deren Makrostruktur aus linearen Ketten aufgebaut wird,können beim Erwärmen geschmolzen und verformt werden. Sind im Makromolekül die einzelnen Polymerketten (durch Primärbindungen) vernetzt, können diese Kunststoffe beim Erwärmen nicht verformt werden, in der Regel zersetzen sie sich ab einer bestimmten Temperatur.
Thermoplaste: Thermoplasten bestehen aus linearen oder verzweigten Polymerketten. Die einzelnen Polymerketten sind im Makromolekül durch Van-der-Waals-Kräfte oder Wasserstoffbrücken “verknüpft”. Daher erweichen Thermoplasten beim Erwärmen (beim Erreichen des Erweichungspunkts) und schmelzen dann (Überwindung der Sekundärbindung).
Duroplaste: Duroplasten sind vernetzte Polymerketten. Die einzelnen Polymerketten sind im Makromolekül durch Atombindungen verknüpft. Daher sind Duroplasten im Allgemeinen härter als Thermoplasten. Bei Erreichen einer bestimmten Temperatur können Duroplasten erweichen, schmelzen aber in der Regel nicht, sondern zersetzen sich.
Elastomere: Elastomere sind wie Duroplasten vernetze Polymerketten. Allerdings sind die Polymerketten weitmaschig miteinander vernetzt. Wie auch bei den Duroplasten kann man diese nicht Schmelzen, sondern -in der Regel- erreichen (ab einer bestimmten Temperatur) die Zersetzungstemperatur und zersetzen sich.
Die Glasübergangstemperatur ist die Temperatur, bei der ein Kunststoff von einem glasharten Zustand zu einem gummiartigen Zustand übergeht.
Die zwei Hauptfaktoren sind die chemische Struktur des Kunststoffes und die Verarbeitungsbedingungen während der Herstellung.
Die Schmelztemperatur ist die Temperatur, bei der ein Kunststoff vom festen in den flüssigen Zustand übergeht.
Thermoplastisches Verhalten bedeutet, dass der Kunststoff bei Erwärmung weicher wird und bei Abkühlung wieder fest wird.
Der Hauptunterschied ist, dass thermoplastische Kunststoffe bei Erwärmung beliebig oft verformt werden können, während duroplastische Kunststoffe nach dem Aushärten nicht erneut verformt werden können.
Die meisten Kunststoffe werden bei hohen Temperaturen weicher und können ihre ursprüngliche Form verlieren. Manche können auch verbrennen oder sich zersetzen.
Ein duroplastischer Kunststoff wird nicht weich, sondern kann zerbrechen oder seine Mechanischen Eigenschaften verändern.
Ein höherer Grad an Kristallinität führt zu einer höheren Schmelztemperatur und macht den Kunststoff resistenter gegen Hitze.
Sie können spröde werden, weil die Moleküle sich bei niedrigen Temperaturen nicht so leicht bewegen können und dadurch die Flexibilität abnimmt.
Das Temperaturverhalten kann durch verschiedene Füllmaterialien beeinflusst werden. Beispielsweise können glasfaserverstärkte Kunststoffe auch bei hohen Temperaturen noch eine hohe Festigkeit aufweisen.