Was ist Kunststoff?

Kunststoff ist ein organischer Werkstoff, deren Hauptbestandteil Kohlenstoff ist. Fast alle Kunststoffe enthalten zusätzlich Wasserstoff, viele auch Sauerstoff oder Stickstoff. Wesentlich seltener findet man Schwefel, Chlor, Fluor oder Silizium in Kunststoffen. Die Elemente sind zu riesigen, kettenförmigen oder netzartigen Molekülen zusammengeschlossen, die man wegen ihrer Größe als Makromoleküle bezeichnet.

Zahlreiche Naturstoffe wie etwa Zellulose, Stärke, Eiweißstoffe oder Harze sind ebenfalls aus Makromolekülen aufgebaut. Der Aufbau aus Makromolekülen ist ein wichtiges Merkmal aller Kunststoffe und viele Eigenschaften der Kunststoffe sind darauf zurückzuführen.

Die Kunststoffarten

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.

Der Name Kunststoffe bezeichnet eine Werkstoffgruppe und ist vergleichbar mit den Bezeichnungen Metalle oder Keramik. Wie bei Metallen oder Keramik haben die Vertreter der Werkstoffgruppe einige grundlegende gemeinsame Merkmale, in ihren individuellen Eigenschaften wie z. B. Härte, Temperaturbeständigkeit, Transparenz usw. zeigen sie aber deutliche Unterschiede.

Die individuellen Eigenschaften eines bestimmten Kunststoffes werden von den verwendeten „Bausteinen“ und von der Art ihrer Verknüpfung bestimmt. Durch die Wahl geeigneter Ausgangsstoffe sind daher die Eigenschaften von Kunststoffen steuerbar und es gelingt, für eine bestimmte Anwendung einen Werkstoff mit genau passenden, sozusagen „maßgeschneiderten“ Eigenschaften herzustellen.

Einteilung der Kunststoffe 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 der Kunststoffe 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
Kunststoffe im Bereich der technischen Anwendungen müssen immer extremeren Beanspruchungen standhalten. Um diesen hohen Grundvoraussetzungen gerecht zu werden, wurden spezielle Kunststoffe – im besonderen mit hoher Temperaturbeständigkeit – entwickelt. Unter den heute vielfach eingesetzten Hochleistungskunststoffen versteht man in der Regel Kunststoffe, die höhere Ansprüche erfüllen als die gewöhnlich eingesetzten Basiskunststoffe (z.B. Polyethylen PE oder Polypropylen PP) oder die technischen Kunststoffe (z.B. Polyamid PA oder Polyoxymethylen POM).  Diese Kunststoffe erfüllen höhere Anforderungen an z.B. Reißfestigkeit, E-Modul, Temperaturbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit  oder Kerbschlagzähigkeit.

Zu den Hochleistungskunststoffen zählt man unter anderem Fluorpolymere (PTFE), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherimide (PEI), Polysulfone (PSU),
Polyetherketone (PEEK) und flüssigkristalline Polymere (LCP).

Polyetherimide beispielsweise weisen Gebrauchstemperaturen von über 260°C auf, Polyetherketone (PEEK) besitzen dagegen eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber wässrigen Säuren, Laugen und organischen Lösungsmitteln. Technische Kunststoffteile aus diesen High-performance plastics werden unter anderem als Lagerwerkstoff zur Substitution von teurer Bronze oder als Substrat für teure und stoßempfindliche Keramikbauteile eingesetzt.

Der Preis differiert stark und kann zwischen 5 und 100 Euro pro Kilogramm liegen.
Der Marktanteil dieser Technokunststoffe liegt nur etwa bei 1% obwohl die absoluten Mengen stetig steigen und in den kommenden Jahren wohl viele
weitere Anwendungen im Maschinenbau und in der Automobilindustrie hinzukommen werden.

Dabei muss nicht immer das teuerste Material auch das beste Material für den konkreten Anwendungsfall sein. Vor Produktion sollte die optimale Materialauswahl unbedingt mit dem Kunststoffhersteller besprochen werden.

TPU und TPU-X®

TPU ist die Kurzform für Thermoplastisches Polyurethan und bezeichnet eine Klasse von Kunststoffen. Stoffe, die dieser Klasse angehören, zeichnen sich durch ihre Elastizität und einer guten Resistenz aus. TPU-X® ist eine Weiterentwicklung des TPU. Es besitzt also die gleichen positiven Grundeigenschaften, aber in einer verbesserten Form. TPU und TPU-X® werden daher vor allem in Bereichen eingesetzt, in denen eine hohe Widerstandsfähigkeit von Nutzen ist, z.B. bei Dichtungen oder Zahnrädern.