Einführung – Duroplast vs. Thermoplast
Der Hauptunterschied zwischen Duroplasten und Thermoplasten liegt in ihrem Verhalten bei Erwärmung. Wenn du duroplastische Materialien erhitzest, werden sie stärker, aber du kannst ihre Form nicht ändern oder sie nach dem ersten Mal erneut erhitzen. Andererseits können Thermoplaste ohne chemische Veränderungen wiederholt erhitzt, umgeformt und abgekühlt werden.
Aufgrund dieser physikalischen und chemischen Eigenschaften haben Thermoplaste in der Regel niedrigere Schmelzpunkte als Duroplaste, während Duroplaste höheren Temperaturen standhalten können, ohne ihre Form zu verlieren. In diesem Artikel wird erläutert, wie jedes dieser duroplastischen Polymere verwendet werden kann und welche Vor- und Nachteile sie haben.
Was sind Duroplaste?
Kunststoffe sind in der modernen Welt allgegenwärtig und werden in allem verwendet, von Stiften bis hin zur Internationalen Raumstation. Trotz ihrer Einfachheit können Kunststoffe rauen physikalischen und chemischen Bedingungen wie hoher Hitze und Korrosion standhalten. Das Geheimnis liegt in der Verwendung duroplastischer Kunststoffe, die sich deutlich von herkömmlichen Thermoplasten unterscheiden. Duroplaste werden einer ersten Wärmebehandlung unterzogen, die ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften festlegt und sie unempfindlich gegen weitere Hitzeeinwirkung macht.
Dieser Vorgang ähnelt dem Hartkochen eines Eies. Das anschließende erneute Erhitzen hat keinen Einfluss auf die Form des Eies. Ebenso ist ein einmal geformtes Duroplastteil nicht mehr anfällig für Verformungen aufgrund zusätzlicher Hitzeeinwirkung. Die einzigartige Beständigkeit von Duroplasten gegenüber Hitze, Korrosion und mechanischem Kriechen macht sie ideal für Komponenten, die ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und enge Toleranzen erfordern, selbst in Umgebungen mit erhöhten Temperaturen.
Anwendungen duroplastischer Kunststoffe
Der gebräuchlichste duroplastische Kunststoff ist Bakelite. Dieses Material wird häufig für Gehäuse von Elektrogeräten und Anschlüssen verwendet und wird auch zur Herstellung von Schüsseln, Schüsseln und anderen Küchenutensilien verwendet.
Duroplastische Kunststoffe bieten eine außergewöhnliche Kombination aus thermischer Stabilität, chemischer Beständigkeit und struktureller Integrität, was zu überragenden Hochleistungseigenschaften führt. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie häufig in verschiedenen Branchen wie der Automobil-, Haushaltsgeräte-, Elektro-, Beleuchtungs- und Energiebranche eingesetzt. Mit ausgezeichneter chemischer und thermischer Stabilität sowie hervorragender Festigkeit, Härte und Formbarkeit sind duroplastische Komponenten ideal für diese Anwendungen.
Darüber hinaus können Duroplast-Verbundwerkstoffe die Anforderungen einer breiten Palette von Produktionsmaterialien zu geringen Kosten erfüllen. Ihr Einsatz ermöglicht die Herstellung sowohl kleiner als auch großer Teile mit hohem Produktionsvolumen bei gleichbleibender Wiederholbarkeit von Charge zu Charge. Duroplaste bieten ein alternatives Verfahren, wenn durch Metallverarbeitung oder die Verwendung von Thermoplasten keine komplexen und geometrischen Formen erzielt werden können, diese aber in einer Form hergestellt werden können.
Duroplastische Kunststoffe sind in allen Umgebungen und Temperaturen stabil und bieten unter verschiedenen Bedingungen zuverlässige Leistung.
Duroplast-Formverfahren
Wie beim Gummiformen sind die gebräuchlichsten Formverfahren für duroplastische Kunststoffe das Formpressen und das Spritzpressen. Auch Spritzguss ist möglich, allerdings auf einer ganz anderen Maschine als bei Thermoplasten. Die Form der Thermoplast-Spritzgießmaschine muss gekühlt werden. Die Durchmesser des vorderen und hinteren Endes der Schraube sind unterschiedlich. Während das Material zur Form transportiert wird, wird es nach und nach extrudiert, um Wärme zum Schmelzen des Kunststoffs zu erzeugen. Die Form der Spritzgießmaschine für duroplastischen Kunststoff muss erhitzt werden, und der Durchmesser des vorderen und hinteren Endes der Schnecke ist gleich.
Vorteile von Duroplasten
Duroplastische Kunststoffe bieten gegenüber Thermoplasten mehrere Vorteile. Im Gegensatz zu Thermoplasten behalten Duroplaste ihre Festigkeit und Form auch bei Hitzeeinwirkung und eignen sich daher ideal für die Herstellung dauerhafter Komponenten und großer, fester Formen. Darüber hinaus verfügen diese Komponenten über ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften (wenn auch mit einer gewissen Sprödigkeit) und können höheren Betriebstemperaturen ohne nennenswerten Festigkeitsverlust standhalten.
Daher greifen Hersteller zunehmend auf die Verwendung duroplastischer Kunststoffe als kostengünstigeren Ersatz für Metallkomponenten zurück.
Zu den Vorteilen, die duroplastische Kunststoffe gegenüber ihren Gegenstücken aus Metall bieten können, gehören:
Verfügbare eingegossene Toleranzen
Auswahl an Farben und Oberflächen
Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und Leistung
Hervorragende Spannungsfestigkeit
Geringe Wärmeleitfähigkeit und Mikrowellentransparenz
Beständigkeit gegen Korrosionseinflüsse und Wasser
Geringere Werkzeug-/Einrichtungskosten
Reduzierte Produktionskosten gegenüber der Herstellung unter Verwendung von Metallen
Nachteile von Duroplasten
Während Duroplaste einige Vorteile bieten, weist ihre Verwendung auch einige Nachteile auf. Die Materialeigenschaften von Duroplasten sind im Allgemeinen nicht so ausgereift wie die von Thermoplasten, was zu Problemen wie geringer Zugfestigkeit und Duktilität führen kann. Daher können bei Teilen aus Duroplast zum Ausgleich dicke Wände erforderlich sein.
Die niedrige Anfangsviskosität duroplastischer Materialien kann zu Gratbildung und der Notwendigkeit von Nachbearbeitungen führen, während die Verwendung reaktiver Verbindungen die Haltbarkeit des Materials beeinträchtigen kann. Batch-Prozesse können auch von Charge zu Charge größere Schwankungen und eine geringere Konsistenz aufweisen.
Darüber hinaus kann ein hoher Füllstoffgehalt in duroplastischen Materialien zu übermäßigem Werkzeugverschleiß führen, und die Qualität des Endprodukts hängt vom Grad der Vernetzung ab, der während des Formzyklus erreicht wird. Insgesamt bieten Duroplaste zwar einige Vorteile, sind jedoch nicht ohne Einschränkungen und Nachteile.
Was sind Thermoplaste?
Wie bereits erwähnt, werden Kunststoffe in zahlreichen Anwendungen eingesetzt und sind ein realer Ausdruck des Einsatzes von Chemie. Von medizinischen Geräten, die Leben retten, bis hin zu Komponenten für die Luft- und Raumfahrt: Kunststoff ist ein vielseitiges Material, das in unserem Leben allgegenwärtig ist. Unter den verfügbaren Kunststoffarten zeichnen sich thermoplastische Polymere durch ihre Vielseitigkeit und Recyclingfähigkeit aus. Diese Polymere entstehen, wenn sich wiederholende Einheiten oder Monomere miteinander verbinden, um Ketten oder Verzweigungen zu bilden.
Beim Erhitzen werden thermoplastische Pellets flüssiger und lassen sich leichter formen. Der Aushärtungsprozess ist vollständig reversibel, da keine chemische Bindung stattfindet. Diese Funktion ermöglicht das Umformen und Recycling von Thermoplasten, ohne die physikalischen Eigenschaften des Materials zu beeinträchtigen. Es stehen verschiedene thermoplastische Harze zur Verfügung, von denen jedes unterschiedliche Leistungsvorteile bietet. Die am häufigsten verwendeten Materialien bieten jedoch eine hohe Festigkeit, Schrumpffestigkeit und Flexibilität. Abhängig vom Harz können Thermoplaste in Anwendungen mit geringer Belastung eingesetzt werden, beispielsweise in Plastiktüten oder in hochbeanspruchten mechanischen Bauteilen. Beispiele für thermoplastische Polymere sind Polyethylen, PVC und Nylon.
Anwendungen von Thermoplasten
Stahlrohrsysteme in modernen Städten sind aufgrund von Umweltverschmutzung und sauren Umgebungen dem Risiko von Rost und Korrosion ausgesetzt. Der Schutz dieser Systeme vor Korrosion kann kostspielig sein. Als kostengünstige Lösung gelten Thermoplaste als günstiger Ersatz. Thermoplaste bieten mehrere Eigenschaften, die sie für diesen Zweck geeignet machen:
Beständigkeit gegenüber korrosiven Materialien und Umgebungen.
Fähigkeit, mit extremen Temperaturen heißer oder kalter Materialien umzugehen.
Vielseitigkeit bei der Handhabung verschiedener Flüssigkeitstransportanwendungen.
Die üblicherweise zur Herstellung dieser Rohre verwendeten Materialien sind PVC or CPVC, Aber Polypropylen, PVDF, ABS, Nylon und Polyethylen werden auch verwendet. Beispielsweise werden Polyethylen-Gastanks zum Transport von Erdgas für private und gewerbliche Anwendungen verwendet.
Darüber hinaus haben Thermoplaste ein breites Anwendungsspektrum. Hochdruck-Polyethylen wird zum Einkapseln von starren Gegenständen wie Elektrogeräten verwendet, während Niederdruck-Polyethylen elastisch ist und sich ideal zum Isolieren von Elektrokabeln eignet. Polyamid wird häufig zur Herstellung von Seilen und Gürteln verwendet.
Thermoplast-Formverfahren
Das beliebteste Formverfahren für thermoplastische Kunststoffe ist Spritzgießen. Obwohl Thermoplaste theoretisch mehrfach geschmolzen, aber auch mehrfach eingespritzt werden können, werden die physikalischen Eigenschaften mehrfach spritzgegossener Kunststoffe spröde und brechen leicht. Daher gibt es grundsätzlich Einschränkungen hinsichtlich des Anteils an recyceltem Kunststoff, der Spritzgussprodukten zugesetzt werden darf.
Vor- und Nachteile von Thermoplasten
Vorteile von Thermoplasten
Vielseitigkeit
Thermoplaste können in verschiedenen Formen und Größen geformt werden, wodurch sie für ein breites Anwendungsspektrum geeignet sind.
Recycling
Thermoplaste können recycelt werden, wodurch die Abfallmenge und die Umweltbelastung reduziert werden.
Kosteneffizient
Im Vergleich zu anderen Materialien sind Thermoplaste relativ kostengünstig, was sie für viele Anwendungen zu einer kostengünstigen Lösung macht.
Chemische Resistenz
Thermoplaste sind beständig gegen chemische Reaktionen und eignen sich daher ideal für den Einsatz in der chemisch verarbeitenden Industrie.
Langlebigkeit
Thermoplaste sind langlebig, weisen eine hervorragende Schlagfestigkeit auf und halten rauen Umgebungen stand.
Nachteile von Thermoplasten
Begrenzte Hitzebeständigkeit
Während Thermoplaste heißen und kalten Temperaturen standhalten, weisen sie im Vergleich zu anderen Materialien eine begrenzte Hitzebeständigkeit auf.
Beständigkeit gegen niedrige Temperaturen
Einige Thermoplaste werden bei extrem niedrigen Temperaturen spröde, was ihren Nutzen für bestimmte Anwendungen verringert.
Begrenzte Stärke
Thermoplaste haben im Vergleich zu Metallen und Keramiken eine begrenzte Festigkeit, was ihren Einsatz in bestimmten Anwendungen einschränkt.
Entzündbarkeit
Einige Thermoplaste sind brennbar, was bei bestimmten Anwendungen ein Sicherheitsrisiko darstellen kann.
Begrenzte UV-Stabilität
Einige Thermoplaste neigen zum Abbau durch UV-Strahlung und sind daher ohne zusätzliche UV-Stabilisatoren für Außenanwendungen ungeeignet.
Unterschied zwischen Thermoplasten und Duroplasten
Der Unterschied zwischen Thermoplasten und Duroplasten liegt in ihrem Verhalten während des Aushärtungsprozesses. Duroplaste werden stärker, bilden aber chemische Bindungen, die eine Umformung unmöglich machen, während Thermoplaste keine chemischen Bindungen eingehen und daher wieder formbar und recycelbar sind. Durch die dreidimensionale Bindung sind Duroplaste fester und hitzebeständiger als Thermoplaste.
Die Fähigkeit von Duroplasten, ihre Festigkeit und Geometrie bei hohen Temperaturen beizubehalten, unterscheidet sie von Thermoplasten, die sich bei übermäßiger Hitze oft zersetzen, bevor sie schmelzen. Diese Eigenschaft macht Kunststoffe in bestimmten Anwendungen zu einem kostengünstigen Ersatz für Metalle.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Duroplaste im Allgemeinen bessere physikalische Eigenschaften im Vergleich zu Thermoplasten aufweisen, sie können jedoch nicht umgeformt oder recycelt werden.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass duroplastische und thermoplastische Materialien je nach beabsichtigter Anwendung einzigartige Vor- und Nachteile bieten. Duroplaste bieten außergewöhnliche Festigkeit, Haltbarkeit und Hitzebeständigkeit, können jedoch nicht umgeformt oder recycelt werden. Thermoplaste hingegen bieten Vielseitigkeit, Kosteneffizienz und Recyclingfähigkeit, weisen jedoch im Vergleich zu Duroplasten eine begrenzte Hitzebeständigkeit und Festigkeit auf. Das Verständnis der Eigenschaften und des Verhaltens beider Materialien ist entscheidend für die Auswahl des geeigneten Materials für eine bestimmte Anwendung.