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Allgemeines über die Kunststoffe

Kunststoffe - polymere organische Werkstoffe

Kunststoffe sind im Wesentlichen aus Kohlenstoffatomen aufgebaut, die zu sehr langen kettenförmigen oder netzartigen Molekülen zusammengeschlossen sind. Einen sehr ähnlichen Aufbau findet man bei zahlreichen Naturstoffen, wie etwa Cellulose, Stärke, Eiweiß und Harzen.

Diese riesigen Moleküle werden in der Chemie als Makromoleküle bezeichnet (griech. makros= groß). Sie entstehen durch das Aneinanderreihen und Verbinden von vielen gleichartigen Teilchen ("poly = viele", "meros =Teil). Kunststoffe zählen daher zu den makromolekularen, polymeren Stoffen.

Schließlich werden Kunststoffe noch als organische Werkstoffe bezeichnet.
Der Grund hiefür: es handelt sich bei Kunststoffen um Stoffe, deren Hauptbestandteil Kohlenstoff ist, und in der Chemie wird der Teilbereich, der sich mit den Kohlenstoffverbindungen befasst, organische Chemie genannt.

In der Praxis entstehen Kunststoffe aus einer Vielzahl von gleichartigen Bausteinen, die durch chemische Reaktion miteinander verbunden werden und die für Kunststoffe charakteristischen Makromoleküle aufbauen.
Die notwendigen "Einzelbausteine", d.h. die Ausgangsstoffe für die Kunststoffe, werden aus Erdöl, Erdgas oder Kohle gewonnen.

Der Kunststoff Polyethylen entsteht beispielsweise durch die Verbindung von Ethylenmolekülen. Die Namen vieler Kunststoffe geben Auskunft darüber, welche Ausgangsstoffe für ihre Herstellung verwendet werden:

  • Polystyrol = aus vielen Styrolteilchen
  • Polypropylen = aus vielen Propylenteilchen
  • Polyethylen = aus vielen Ethylenteilchen


Kunststoffe sind aus der heutigen modernen Welt nicht mehr wegzudenken.
Nicht umsonst tragen sie auch den Namen "Werkstoffe des 21. Jahrhunderts".

Aufgrund der endlichen Verfügbarkeit der zur Herstellung notwendigen Rohstoffe wie z.B. Öl, wird heute mehr und mehr an bio-basierten Kunststoffen aus nachwachsneden Rohstoffen geforscht.

Viele Serienanwendungen aus diesen Biokunststoffen sind bereits heute am Markt verfügbar.

Einteilung der Kunststoffe

Man kennt heute mehr als 200 verschiedene Kunststoffarten.
Kunststoffe kommen in vielen und sehr unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz, von der Medizin bis zur Raumfahrt. Ebenso verschieden wie die Anwendungsgebiete, sind auch die Anforderungen, die an das verwendete Material gestellt werden. Ein "Einheitskunststoff" oder einige wenige "Allzweckkunststoffe" wären nicht in der Lage diesen sehr spezifischen Ansprüchen gerecht zu werden.

Kunststoffe sind ebenso wie Metalle oder keramische Stoffe eine Werkstoffgruppe, die einige grundlegende gemeinsame Merkmale haben. Bei den Kunststoffen sind dies z.B. die Makromoleküle und der Polymercharakter. Die Art der Bausteine, die für die Herstellung eines Kunststoffes verwendet werden, bestimmt seinen chemischen Aufbau und damit auch seine Eigenschaften. Durch die Wahl geeigneter Ausgangsstoffe sind somit die Eigenschaften von Kunststoffen steuerbar und es gelingt, für eine bestimmte Anwendung einen Werkstoff mit genau passenden sozusagen "maßgeschneiderten" Eigenschaften herzustellen.

Einteilung nach dem Verhalten beim Erwärmen

1. Thermoplaste
Thermoplaste erweichen beim Erwärmen bis zum Fließen und sind in diesem "plastischen" Zustand leicht formbar. Beim Abkühlen werden sie fest und behalten ihre Form bei. Sie bestehen aus fadenförmigen Molekülketten, die zwar ineinander verknäuelt aber nicht untereinander verbunden sind (wie Spagetti auf einem Teller).

Zu den Thermoplasten zählen: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyamide (PA), Polycarbonate (PC), Polyethylenterephthalat (PET) u.a.m.

2. Elastomere
Elastomere zeichnen sich durch hohe Elastizität aus. Bei Raumtemperatur sind sie gummielastisch, bei Temperaturerhöhung werden sie nicht plastisch, da ihre Molekülketten an einigen Stellen miteinander verbunden sind und ein weitmaschiges Netz bilden. Zu den Elastomeren zählen: Kautschuk, Gummi

3. Duroplaste
Bei Duroplasten sind die Molekülketten in allen Richtungen eng vernetzt. Sie sind daher sehr hart und auch nicht plastisch verformbar. Duroplaste müssen bereits während der Zeit, in der die Makromoleküle vernetzen auch geformt werden. In der Praxis werden daher bei der Herstellung von Produkten aus Duroplasten, die noch nicht vernetzten Vorprodukte (sog. Reaktivharze) verarbeitet. Erst in der Verarbeitungsmaschine erfolgen Formgebung und Vernetzung gleichzeitig. Zu den Duroplasten zählen: Polyurethane (PUR), Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Polyesterharze, Epoxidharze, Silikone.

Einteilung nach Eigenschaften und Einsatzbereichen

1. Standardkunststoffe
Auf Standardkunststoffe entfallen fast 80% der Weltkunststoffproduktion. Die Anzahl der Kunststoffe in dieser Gruppe ist klein: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS)

2. technische Kunststoffe
Technische Kunststoffe: umfassen eine Vielzahl unterschiedlicher Kunststoffe und Kunststoff-Legierungen. Mengenmäßig entfallen allerdings nur etwa 20% der Weltkunststoffproduktion auf technische Kunststoffe. In ihren Eigenschaften sind sie den Standardkunststoffen überlegen, besonders was die mechanische Festigkeit und die Beständigkeit gegen erhöhte Temperaturen betrifft.

Beispiele: Styrol-Copolymerisate (ABS, SAN), Polyamide (PA), Polycarbonate (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacylat (PMMA), Polyoxymethylen (POM), Fluorkunststoffe (Teflon), Polyurethane (PUR) Technische Reaktionsharze und Formmassen (Phenolharze, Harnstoff- und Melaminharze, Polyesterharze, Epoxidharze)

3. Hochleistungs- bzw. Spezialkunststoffe
Hochleistungskunststoffe: sie zeichnen sich dadurch aus, dass eine, oder auch mehrere Werkstoffeigenschaft besonders hervorstechen, z.B. extreme Temperaturbeständigkeit, elektrische Leitfähigkeit, besondere Chemikalienbeständigkeit usw. Ihr Anteil an der Weltkunststoffproduktion liegt bei 0,2%.

Beispiele: Polytetrafluorethylen (PTFE),Polyaryletherketone (PAEK), Polyimide (PI), flüssigkristalline Kunststoffe (LCP).

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