Materialkunde Kunststoffe
Kostengünstige, belastbare und korrosionsbeständige Alternativen
Kunststoffe sind synthetisch hergestellte, organische Werkstoffe. Sie werden aus den Hauptrohstoffen Erdöl oder Erdgas sowie weiteren Ausgangsstoffen, durch chemische Umwandlung, hergestellt. Kunststoffe haben als Werkstoff in der Technik einen immer höheren Stellenwert erlangt. Während sie in der Vergangenheit als Ersatzwerkstoff genutzt wurden, haben sie heute die alten Werkstoffe in vielen Anwendungsbereichen verdrängt. Ihre vielseitige Verwendbarkeit beruht auf den speziellen Eigenschaften der Kunststoffe sowie der Möglichkeit, Kunststoffe mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen.
Weitere Informationen zu Kunststoffen
- Geringe Dichte: 0,9 bis 2,2 kg/dm³
- Elektrisch isolierend und wärmedämmend
- Korrosionsbeständig gegen viele Chemikalien und aggressive Umwelteinflüsse
- Von hart und fest, bis weich und elastisch. Kunststoffe sind gut umformbar und bearbeitbar sowie gießbar.
Definition von Kunststoffen
Als Kunststoff, auch Plaste genannt, werden Festkörper bezeichnet, dessen Grundbestandteil synthetisch oder teilsynthetisch erzeugte Polymere mit organischen Gruppen sind. Ein Werkstück aus Kunststoff besteht aus Millionen sehr langer, ineinander verschlungener Molekülketten (Polymeren), die aus sich wiederholenden Grundeinheiten (Monomeren) zusammengesetzt sind.
Ein besonderes Merkmal von Kunststoffen ist es, dass sich ihre technischen Eigenschaften, wie Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur- und Wärmeformbeständigkeit sowie chemische Beständigkeit, durch die Auswahl von Ausgangsmaterial, Herstellungsverfahren und Beimischung weitestgehend variieren lassen.
Für den Verarbeiter ist das Festigkeitsverhalten, insbesondere auch bei Erwärmung, die wichtigste Eigenschaft der Kunststoffe. Deshalb werden die Kunststoffe nach DIN 7724 nach ihrem Festigkeitsverhalten in folgende drei Gruppen unterteilt: Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere. Die Festigkeit wird im Wesentlichen vom inneren Aufbau, der Struktur der Kunststoffe, bestimmt.
Eigenschaften von Kunststoffen
- kostengünstig
- korrosionsbeständig
- beständig gegen viele Chemikalien
- geringe Wärmeleitfähigkeit
- leitfähig
- hervorragende elektrische Isolierwirkung
- wirtschaftlich
- langlebig
- wartungsarm
Hinweis: Gegenüber anderen Werkstoffen haben Kunststoffe eine Fülle an Vor- und Nachteilen, die bei den unterschiedlichen Arten unterschiedlich stark ausgeprägt sind.
Kostengünstig - Wann ist Kunststoff eine Alternative zu Stahl
Kunststoff ist in der Herstellung und Beschaffung besonders günstig und damit oftmals die erste Wahl. Der Werkstoff ist zudem sehr vielfältig, wodurch die unterschiedlichsten Produkte daraus hergestellt werden können.
Je nach Anforderung kann daher Kunststoff eine Alternative zu einer Ausführung aus Stahl sein. Beispielsweise bietet ein Klemmhebel mit Kunststoffgriff ähnliche mechanische Rahmenbedingungen zu einem Klemmhebel aus Stahl. Außerdem bietet die Ausführung aus Kunststoff eine weitaus größere Auswahl an Farben.
Elektrische Isolierwirkung- Warum ist Kunststoff elektrisch isoliert
- Der elektrische Durchgangswiderstand „R“ von Kunststoff liegt in einem Bereich von 10¹⁰ bis 10¹⁸ und ist damit über 15 mal stärker, als bei dem am schlechtesten leitenden Metall Konstantan. Folgerichtig werden Kunststoffe wie PVC, PET und ABS zur Herstellung von Isolatoren von elektrischen Leitungen verwendet.
- Ein gravierender Nachteil von elektrischen Isolatoren ist es, dass sich diese durch Reibung statisch aufladen können. Anschließend kann es zur unkontrollierten statischen Entladung von diesen kommen, wodurch Produkte oder weitere Bauteile beschädigt werden können.
- Abhilfe bieten hierfür ESD-Kunststoffe (ESD = Electrostatic discharge / Elektrostatische Entladung). ESD-Kunststoffe zeichnen sich durch ihren erniedrigten elektrischen Widerstand aus und sind statisch ableitfähig.
Die passenden Produkte aus dem Berich ESD finden Sie hier
Technische Einteilung
Einteilung | Übersicht | Produktbeispiel |
|---|---|---|
Thermoplast | ||
Kabelverschraubungen Edelstahl oder Kunststoff im Hygienic DESIGN | ||
Duroplast | ||
Elastomer | ||
Anwendungsbereiche
Kunststoffe werden in nahezu allen Lebensbereichen verwendet. So sind Kunststoffe zum Beispiel in Verbrauchsgütern wie Verpackungsmaterialien, Bodenbeläge, Klamotten, Rohren oder in Lacken und Klebstoffen. Kunststoffe findet man ebenfalls in Spielzeugen und Elektronikgeräten wie Laptops, Handys oder Bildschirmen.
Ein großer Teil der Kunststoffe wird auch in der Automobilindustrie verwendet. In Automobilen werden immer größere Mengen an Kunststoffen verbaut, da diese oft günstiger zum Herstellen und leichter zu Verarbeiten sind.
Chemisch beständiger Kunststoff
Chemische Medien kommen in zahlreichen Maschinen, Anlagen und Prozessen zum Einsatz. Bei der Planung und Entwicklung von Anlagen und Maschinen spielen chemikalienbeständige Kunststoffe daher eine sehr wichtige Rolle. Allerdings eignet sich nicht jeder Kunststoff für den Kontakt mit jedem chemischen Medium. Genaue Informationen zur chemischen Beständigkeit von Kunststoffen sind häufig in Übersichtstabellen zu finden. Die Ergebnisse betrachten meist jedoch nur einzelne Kriterien. Eine Kombination verschiedener Einflussfaktoren lässt sich meist nur in der Praxis und für jede Anwendung individuell prüfen. Für die Auswahl passender chemikalienbeständiger Werkstoffe müssen also immer die spezifischen Einflussfaktoren in der Anwendung berücksichtigt werden.
Beispielsweise ist NBR ein Kautschuk auf Basis von Acrylnitril und Butadien. Dieser Werkstoff hat gute mechanische Eigenschaften und hat eine höhere Abriebfestigkeit als die meisten anderen Elastomere. Durch seine sehr gute Beständigkeit gegen Mineralöle, Öl-Wasser-Emulsionen und viele Kraftstoffe wurde NBR zum Standardwerkstoff für O-Ringe und dynamische Dichtungen.
Kunststoff im Alltag
Mit Kunststoff bezeichnen wir im Alltag das Material, aus dem eine Fülle an verschiedenen Gebrauchsgegenständen besteht wie Verpackungsfolie, Plastiktüten, Spielzeug oder Tupperdosen. Im Alltag begegnen wir täglich einer Vielzahl an Kunststoffen. Ob am Pfandautomat, im Schreibwarenladen oder im Elektrofachmarkt.
PF31 ist ein Duroplast aus den Basisstoffen Phenol und Formaldehyd, der meist mit organischen Füllstoffen (Holzmehl, Textilfasern) versetzt wird. Die wichtigsten Eigenschaften von PF31 sind eine hohe Wärmeformbeständigkeit, sehr gute Wärmeisolation und sehr gute Elektroisolation. Dieser Duroplast kommt typischerweise bei wärmeisolierenden Grifflementen für Maschinenteile und Haushaltsgeräte oder als Lichtschalter- und Steckdosengehäuse zum Einsatz. Ein passendes Produkt aus dem Bereich PF31 sind die Pilzknöpfe.
Kunststoff in der Automobilindustrie
Einer der Gründe warum Kunststoffteile immer häufiger in den Bau moderner Autos eingebunden werden, ist die dynamische Entwicklung ihrer Verarbeitungstechnik. Kunststoffe die in Autos verwendet werden, sind in der Lage neue Eigenschaften zu erlangen und eignen sich daher ideal für die sich schnell ändernden Anforderungen der Automobilindustrie.
ABS ist ein amorpher Thermoplast aus den drei Grundstoffen Acrylnitril, Butadien und Styrol. Dieser Kunststoff zeichnet sich besonders durch die hohe Wärmeformbeständigkeit, gute Schlagfestigkeit sowie eine harte, kratzfeste Oberfläche aus. Außerdem ist ABS ausgezeichnet schweiß- sowie klebbar und auch sonst leicht bearbeitbar. Zudem lässt es sich besonders gut mit Metallen beschichten. Dies macht es beispielsweise möglich, eine verchromte Oberfläche auf einem Kunststoffteil zu erhalten. Über 50 % der Gesamtproduktion werden in der Automobilindustrie und für Gehäuse von Elektrogeräten verarbeitet. Im Bereich ABS zählen die Zylinderreiniger Thermoplast zu den passenden Produkten.