Formbarer Kunststoff – BKM
Ob Flaschen, Behälter, Folien, Schläuche, Rohre, Profile, Platten, Formteile oder Schaumstoffe: Kunststoffe begegnen uns in den unterschiedlichsten Formen.
Doch wie ein Kunststoff verarbeitet wird und inwiefern er formbar ist, hängt in erster Linie davon ab, um welchen Werkstoff es sich handelt.
Inhalt:
Verarbeitungsmöglichkeiten nach Kunststofftyp
Anhand ihrer polymeren Struktur lassen sich Kunststoffe in drei Klassen einteilen. Und je nach Klasse ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten, um die Polymere zu verarbeiten und zu formen.
Duroplaste
Der Name Duroplaste geht auf das lateinische Wort „durus“ für hart zurück. Auch als Duromere oder Thermodure bezeichnet, sind Duroplaste feste und harte Werkstoffe. Sie lassen sich nur vor der Polymerisation in die gewünschte Form bringen. Sobald sich die Moleküle einmal miteinander verbunden haben und der Kunststoff ausgehärtet ist, ist es nicht mehr möglich, ihn noch einmal umzuformen.
Die weitere Bearbeitung erfolgt stattdessen durch spanabhebende Verfahren wie Bohren, Drehen oder Fräsen. Daneben können die meisten Duroplaste miteinander verklebt werden.
In die Gruppe der Duroplaste gehören die Kunststoffe, die im Allgemeinen als Harze bezeichnet werden, so zum Beispiel Epoxidharze (EP) oder Melamin-Phenolharze (MPF). Der erste duroplastische Werkstoff war das Bakelit.
Dabei handelt es sich um ein Phenol-Formaldehydharz (PF), das schon 1905 erfunden wurde und bis heute hergestellt wird. Auch ungesättigte Polyesterharze (UP) zählen zu den Duroplasten.
Duroplaste kennzeichnen sich durch eine engmaschige, kovalente Vernetzung. Sie ist sowohl für die Härte als auch für die thermische Stabilität der Kunststoffe verantwortlich.
Elastomere
Elastomere sind elastische, gummiartige Kunststoffe. Ihre Eigenschaften ähneln in vielen Punkten denen von Naturkautschuk. Sie sind zwar formstabil. Weil sie aber nicht so stark vernetzt sind wie Duroplaste, lassen sie sich durch Einwirken einer äußeren Zugkraft strecken, kehren jedoch wieder in ihre Ursprungsform zurück, sobald die einwirkenden Kräfte nachlassen.
Auch Elastomere lassen sich nicht mehr umformen, wenn sie einmal synthetisiert sind. Ihre Wärmebeständigkeit ist deutlich schlechter als die von Duroplasten.
Zu den Elastomeren zählen alle Synthesekautschuke, darunter zum Beispiel Chloroprenkautschuk (CR), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder Silikonkautschuk (SI). Fast alle Elastomere lassen sich miteinander verkleben.
Thermoplaste
Thermoplastische Kunststoffe verhalten sich gänzlich anders als Duroplasten und Elastomere. Werden Thermoplaste erwärmt, erweichen sie und schmelzen, ohne dass sie sich dabei zersetzen. Nach dem Abkühlen werden die Kunststoffe wieder fest. Dieser Vorgang lässt sich grundsätzlich beliebig oft wiederholen. Thermoplaste können also mehrfach aufgeschmolzen und umgeformt werden.
Das gilt unabhängig davon, ob Thermoplaste erstmals geformt werden oder nach einem erneuten Aufschmelzen umgeformt werden. Beispiele für Kunststoffe aus der Gruppe der Thermoplaste sind Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polystyrol (PS) und Polyethylenterephthalat (PET).
Spritzguss zum Formen von Kunststoffen
Neben der Extrusion gehört der Spritzguss zu den am häufigsten eingesetzten Verfahren in der Kunststoffverarbeitung. Duroplaste, Elastomere und Thermoplaste können gleichermaßen durch Spritzgussverfahren verarbeitet werden, die an den jeweiligen Kunststoff angepasst sind.
Das Grundprinzip bleibt dabei gleich. So werden die Kunststoffe über einen Trichter in eine Spritzeinheit eingefüllt. Die Spritzeinheit besteht aus einer beheizten, schneckenförmigen Pumpe mit einer Düse am Ende.
Wenn die Kunststoffe so weit erwärmt sind, dass sie zu einer plastischen Masse geworden sind, spritzt die Einheit die Kunststoffmasse unter hohem Druck in eine Form ein. Der Kunststoff härtet daraufhin in der Form aus, nimmt ihre Kontur an und kann als fertiges Formteil entnommen werden.
Der Spritzguss ermöglicht, Formteile mit verschiedensten Geometrien schnell, präzise und in hoher Qualität zu fertigen.
Dabei wird der Spritzguss vorrangig für die Massenproduktion eingesetzt.
Extrusionsverfahren zum Formen von Thermoplasten
Die Extrusion ist im Prinzip eine modifizierte Variante des Spritzgussverfahrens. Im Unterschied zum normalen Spritzguss ist die Extrusion aber nur bei Thermoplasten sinnvoll.
Bei der Extrusion wird der Kunststoff aufgeschmolzen und die Masse durch eine Düse mit der Geometrie des Produkts zu einem endlosen Strang gepresst. Auf diese Weise können Stäbe, Rohre und Schläuche, aber auch Profile und Folien gefertigt werden.
Zwei weitere, wichtige Verfahren zum Formen von Kunststoffen sind das Blasformen und das Kalandrieren. Mittels Blasformen werden überwiegend Thermoplaste verarbeitet. Als Variante der Extrusion wird das Blasformen angewendet, um Hohlkörper wie Flaschen, Behälter oder Tanks herzustellen.
Dabei wird zunächst durch Extrusion ein schlauchförmiger Rohling gefertigt, der anschließend mit Druckluft in einer erwärmten Form aufgeblasen wird. Durch das Aufblasen drückt sich der Kunststoff an die Wandung der Form und nimmt ihr Profil an.
Wenn große oder spezielle Hohlformen entstehen sollen, kann alternativ das Rotationsformen angewendet werden. Dabei lagert sich der geschmolzene Kunststoff durch die Zentrifugalkraft in mehreren Schichten an den Innenwänden einer rotierenden Hohlform ab.
Anders als beim Blasformen können beim Rotationsformen nahtlose, spannungsfreie Hohlkörper mit Wandstärken von bis zu 15 Millimetern entstehen. Gefertigt werden auf diese Weise zum Beispiel Kraftstofftanks, Fässer, Abfallbehälter oder auch Kajaks.
Das Kalandrieren kommt einerseits zum Einsatz, um Platten und Folien herzustellen. Andererseits wird es angewendet, um die Oberflächen von verschiedenen Materialien mit Kunststoffen zu beschichten, um sie kratzfest zu machen oder zu veredeln.
Die Kunststoffe werden bei dem Verfahren zwischen mehreren beheizten Walzen aufgeschmolzen und anschließend entweder zu Platten, Vliesen oder Folien ausgewalzt oder unter Druck auf den Träger aufgebracht.
Mittels Extrusion können Kunststoffe zu hauchdünnen Folien geformt werden, die zum Beispiel als Frischhaltefolien im Haushalt oder als Verpackungsfolien verwendet werden.
Das Kalandrieren hingegen liefert deutlich dickere Folien. Sie werden beispielsweise im Bauwesen als Abdeckmaterial oder zur Isolierung genutzt.