Struktur und Eigenschaften von Kunststoffen

Kunststoffe lassen sich nach der Anordnung und Struktur ihrer Makromoleküle in Thermoplaste, Duro­plaste und Elastomere unterteilen.

Thermoplaste

Thermoplaste, sind Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich verformen lassen. Sie sind Kunststoff, die aus linearen oder nur wenig verzweigten Makromolekülen bestehen. Es können zwischen den Molekülen schwache Wechselwirkungen entstehen wie Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte oder Wasserstoffbrückenbindungen. Beim Erwärmen des Kunststoffs erhöht sich die Eigenbewegung der Makromoleküle, wodurch die zwischenmolekularen Kräfte überwunden werden und die Makromoleküle aneinander vorbeigleiten können. Dadurch erweicht der Kunststoff, fängt schliesslich zu schmelzen an und erreicht so einen plastischen, also formbaren, Zustand. Solche als Thermoplaste bezeichneten Kunststoffe lassen sich im erwärmten Zustand mechanisch leicht verformen und behalten nach Abkühlung ihre neue Form bei. Anders als die meisten Stoffe haben Thermoplaste keinen exakten Schmelzpunkt. Beim Erhitzen erweichen Thermoplasten allmählich und gehen innerhalb eines Bereiches vom festen in einen zähflüssigen, plastischen Zustand über. Dieser über einen Temperaturbereich verlaufende Vorgang des Schmelzens zeigt, dass Thermoplaste aus unterschiedlich langen Makromolekülen bestehen und sich deshalb wie Gemische verhalten. Oberhalb des Fliesstemperaturbereichs beginnt der Abbau der Makromoleküle und der Thermoplast zersetzt sich.

Duroplaste

Duroplaste sind aus vielen verzweigten Makromolekülen aufgebaut, die über Elektronenpaarbindungen (Kovalente Bindung) netzartig verknüpft sind. Bei Erwärmung innerhalb eines bestimmten Bereichs bleibt ihre netzartige Struktur erhalten. Bei höheren Temperaturen brechen die Elektronenpaarbindungen auf und das Makromolekül zerfällt in kleinere Moleküle. Beim Erwärmen des Kunststoffs kommt es nicht zum Schmelzen, sondern zu einer thermischen Zersetzung. Daher lassen sich Duroplaste nicht thermisch verformen. Duroplaste müssen bereits bei der Herstellung in ihre endgültige Form gebracht werden, die anschliessend nur noch durch Zerspanen bearbeitet werden kann. Wegen ihrer hohen Beständigkeit gegenüber Hitze eignen sich Duroplaste, insbesondere zur Isolierung von elektrischen Bauteilen. Zudem sind sie durch ihre höhere Verknüpfung härter als Thermoplaste.

Elastomer

Bei Elastomere ebenso wie bei den Duroplasten sind die verzweigten Makromoleküle der Elastomere durch Elektronenpaarbindungen miteinander verbunden. Die Makromoleküle besitzen weniger Verknüpfungspunkte, sodass ein weitmaschiges Netz entsteht, das sich bei mechanischem Zug/Druck ausdehnen bzw. stauchen kann. In beiden Fällen bleiben die vorhandenen Elektronenpaarbindungen erhalten, sodass die Struktur anschliessend wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt. Bei stärkerer mechanischer Beanspruchung oder beim Erwärmen brechen die Elektronenpaarbindungen auf und der Kunststoff reisst. Die Elastomere zeichnen sich also durch eine hohe Elastizität aus. Sie werden deshalb für Gummibändern, Reifen oder Dichtungen eingesetzt.