Thermoplaste, auch Plastomere genannt, sind eine Gruppe von Kunststoffen, die sich durch ihre Verformbarkeit bei Wärmeeinwirkung auszeichnen. Der Name leitet sich aus den griechischen Wörtern „thermos“ (warm) und „plassein“ (formen) ab und beschreibt die Eigenschaft dieser Materialien, sich bei Erreichen einer bestimmten Temperatur zu verflüssigen und formbar zu werden. Dieser Prozess ist reversibel, d.h. er kann durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand wiederholt werden.
Im Gegensatz zu Duroplasten, die nach dem Aushärten nicht mehr verformbar sind, und Elastomeren, die sich elastisch verformen, können Thermoplaste also mehrmals verarbeitet und umgeformt werden. Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal ist ihre Schweißbarkeit. Durch Erhitzen und Druck können sie miteinander verbunden werden, ohne dass die Materialeigenschaften darunter leiden.
Aufbau und Eigenschaften
Thermoplaste bestehen aus langen, linearen Kohlenstoffketten, die durch schwache physikalische Bindungen miteinander verbunden sind. Diese Bindungen sind effektiver, wenn die Ketten parallel ausgerichtet sind. Solche Bereiche werden als kristallin bezeichnet, im Gegensatz zu amorphen Bereichen, in denen die Moleküle ungeordnet verknäuelt vorliegen. Der Grad der Kristallinität beeinflusst die Eigenschaften von Thermoplasten. Kristalline sind steifer, fester und temperaturbeständiger als amorphe.
Thermoplaste werden nach ihren mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften in drei Gruppen eingeteilt:
- 1) Standardkunststoffe: Diese Gruppe umfasst die am häufigsten verwendeten Thermoplaste wie Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol. Sie sind relativ kostengünstig und zeichnen sich durch gute Gebrauchseigenschaften aus.
- 2) Technische Kunststoffe: Diese Thermoplaste bieten höhere Festigkeit, Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit als Standardkunststoffe. Beispiele sind Polycarbonat, Polyamid und Polyacetal.
- 3) Hochleistungskunststoffe: Diese Gruppe umfasst die Thermoplaste mit den höchsten Leistungsanforderungen. Sie sind extrem stark, steif, temperaturbeständig und chemikalienbeständig. Beispiele sind Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI) und Polytetrafluorethylen (PTFE).
Es ist wichtig zu beachten, dass die Einteilung in Standardkunststoffe, technische Kunststoffe und Hochleistungskunststoffe keine chemische, sondern eine anwendungsbezogene, ingenieurstechnische Einteilung ist.
Aggregatzustände
Thermoplaste durchlaufen verschiedene Aggregatzustände, wenn sie erhitzt oder abgekühlt werden. Die Kenntnis der verschiedenen Aggregatzustände ist wichtig für die Verarbeitung und Anwendung dieser Materialien. Durch gezieltes Erhitzen und Abkühlen können Thermoplaste in verschiedene Formen gebracht und für vielfältige Zwecke eingesetzt werden.
Fest: Vor dem Erwärmen und nach dem Abkühlen sind Thermoplaste fest. Dies bedeutet nicht, dass sie starr sein müssen. Viele sind im festen Zustand flexibel und können sogar in dieser Form bearbeitet und umgeformt werden.
Thermoelastisch: In diesem Bereich erweichen Thermoplaste und lassen sich verformen. Sie behalten jedoch ihre Ursprungsform bei und können nach der Verformung wieder in diese zurückgebracht werden.
Thermoplastisch: Erhitzt man den Thermoplasten weiter, wird er weich und verliert seine Formstabilität. Er kann nun in neue Formen gebracht werden, behält diese aber nach dem Abkühlen nicht unbedingt bei. Je nach Material kann es sein, dass er nicht mehr in seine Ursprungsform zurückgebracht werden kann (z.B. bei Röhren).
Fließfähig: Oberhalb der Thermoplastizitätsgrenze wird der Thermoplast flüssig. Er kann fließen und in verschiedene Formen gegossen werden.
Zersetzung: Bei extremer Hitze zersetzt sich der Thermoplast in seine Grundbestandteile. Er verflüchtigt sich und kann nicht mehr in seine ursprüngliche Form zurückgebracht werden.
Verarbeitungsmöglichkeiten
Thermoplaste lassen sich auf verschiedene Weise verarbeiten, was ihre Vielseitigkeit und Einsatzmöglichkeiten unterstreicht. Ursprünglich wurden sie hauptsächlich im Spritzgießverfahren verarbeitet, was ihnen den Namen „Spritzmassen“ einbrachte (im Gegensatz zu Duroplasten als „Pressmassen“).
Heute sind Extrusion und Materialextrusion (für additive Fertigung) weitere wichtige Verfahren. Daneben kommen Blasformen, Folienblasen, Heißverstemmen und Kalandrieren zum Einsatz.
Thermoplaste lassen sich zudem mechanisch (Sägen, Fräsen, Schleifen, Drehen, Hobeln) und thermisch (freies Verformen, Vakuumtiefziehen) bearbeiten. Fügeverfahren wie Kleben und Schweißen ermöglichen die Verbindung von Thermoplasten.
Die zahlreichen Verarbeitungsverfahren ermöglichen die Herstellung von Produkten mit unterschiedlichen Eigenschaften und Formen. Thermoplaste können so anwendungsspezifisch angepasst und in allen Bereichen der Industrie eingesetzt werden.
Dieser Eintrag basiert auf dem Artikel Thermoplaste aus der freien Enzyklopädie Wikipedia. Es gilt die GNU-Lizenz für freie Dokumentation. Eine Liste der Autoren ist auf Wikipedia verfügbar.