Eigenschaften von Kunststoffen

Wie bei jedem Werkstoff sind deren chemischen und physikalischen Eigenschaften von großer Bedeutung. Erst die besonderen Eigenschaften von Kunststoffen haben dieser Werkstoffklasse in den letzten Jahrzehnten einen wirtschaftlichen und technischen Aufschwung ermöglicht. Nachfolgend werden die wichtigsten Eigenschaften der Werkstoffklasse „Kunststoffe“ vorgestellt und mit anderen wichtigen Werkstoffklassen (z.B. den Metallen) verglichen:

Eigenschaften von Kunststoffen

Inzwischen ist die Zahl der Kunststoffe durch die enorme Forschung der letzten Jahrzehnte stark angestiegen, auch gibt es Kunststoff(arten) die sich in ihren Eigenschaften von den klassischen Kunststoffen (wie Polystyrole oder Polyolefine) unterscheiden. So gibt es heute auch elektrisch leitfähige Kunststoffe oder Kunststoffe mit einer Temperaturbeständigkeit von mehreren hundert °C. Daher entsprechen die nachfolgend aufgeführten Eigenschaften den klassischen Kunststoffen (Polyolefine, Polystyrole, Polycarbonate, Polyvinyle, Polyamide, Phenoplaste und Aminoplaste), so wie sie im Schulunterricht gelehrt werden

  • Temperaturbeständigkeit bzw. Dauergebrauchstemperatur: Die meisten Thermoplaste ändern ihre Eigenschaften oberhalb von 60 – 80°C (dies ist bedingt durch ihre Struktur), während die Temperaturbeständigkeit von Duroplasten in der Regel über 100°C liegt und für die oben genannten Kunststoffe bis 200°C reicht. Vergleicht man die Temperaturbeständigkeit mit Metallen, so sind keine generellen Aussagen möglich. So gilt eine Dauergebrauchstemperatur bei Aluminiumwerkstoffen zw. 60°C und 120°C und liegt damit im Bereich von Duroplasten. Eisen- und Stahlwerkstoffe weisen eine Dauergebrauchstemperatur von 200°C bis 280°C auf und damit höher als die meisten Kunststoffe.
  • Wärmeleitfähigkeit: im Vergleich zu typischen Metallwerkstoffen liegt die Wärmeleitfähigkeit der klassischen Kunststoffe Polyolefine, Polystyrole, Polycarbonate, Polyvinyle, Polyamide, Phenoplaste und Aminoplaste um etwa zwei bis drei Zehnerpotenzen niedriger. Dies liegt an dem strukturellen Aufbau von Metallen und Kunststoffen. Metalle verfügen über ein Metallgitter mit freibeweglichen Elektronen, die für eine gute Wärmeleitfähigkeit sorgen. Daher sind Kunststoffe auch sehr schlechte Wärmeleiter bzw. einige Kunststoffe sogar Isolatoren. Achtung: Das Isolationsvermögen hängt stark von der Temperatur ab
  • Wärmeausdehnungskoeffizient: Bei Werkstoffen betrachtet man in der Regel nur den linearen Wärmeausdehnungskoeffizient. Diese „Größe“ gibt die Dehnung eines Werkstoffes (Stabform) mit einer Länge von 1 m bei einer Erwärmung des Materials um 10°C an. Vergleicht man nun die „klassischen“ Kunststoffe mit Metallen, so stellt man fest, dass diese Kunststoffe sich viel stärker ausdehnen, bei Polyolefinen beispielsweise liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient 20mal höher als bei Eisen- und Stahlwerkstoffen. Dies hat zur Folge, dass Metallteile und Kunststoffteile nicht miteinander verarbeitet werden können.
  • Chemische Beständigkeit: Die chemische Beständigkeit ist neben der „thermischen“ Beständigkeit einer der wichtigsten „Anwendungsfaktoren“ bei Werkstoffen. Die chemische Beständigkeit bei Kunststoffen hängt im Wesentlichen von der Bindung zwischen den Monomeren und der Bindung zwischen den Atomen innerhalb des Monomers ab. Allgemein lässt sich feststellen, dass Moleküle mit Doppelbindungen leicht mit Halogenen, Sauerstoff oder anderen Oxidationsmitteln reagieren. Eine Esterfunktion in Kunststoffen kann leicht durch Säuren oder Basen „gespalten“ werden. Eine Auflistung der Kunststoffe gegenüber unterschiedlichen Chemikalien findet sich im nächsten Kapitel
Hinweis: Kunststoffe können heute gezielt hergestellt werden (mit Eigenschafte, die nicht mehr mit klassischen Kunststoffen vergleichbar sind => elektrische Leitfähigkeit). Zu beachten ist außerdem, dass das mechanische Verhalten von Kunststoffen durch geringe Änderungen der Temperatur stark beeinflusst wird (mehr als anderen Baustoffe, wie beispielsweise Eisenwerkstoffe).