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Eigenschaftsvergleich von verschiedenen Kunststoffen

Eigenschaftsvergleich von verschiedenen Kunststoffen – BKM

Im Vergleich zu anderen Werkstoffen wie Metall, Holz, Glas oder Keramik haben Kunststoffe besondere Eigenschaften, die sie für eine Vielzahl von Anwendungen qualifizieren und in etlichen Einsatzbereichen zum bevorzugten Material machen.

Ähnlich wie bei Metallen oder Hölzern gibt es aber nicht nur den einen Kunststoff.

Vielmehr steht der Begriff „Kunststoff“ für eine Werkstoffgruppe, die viele verschiedene Polymere mit teils sehr unterschiedlichen Eigenschaften umfasst. Durch Additive wie Weichmacher, Füllstoffe, Stabilisatoren oder Farbpigmente können die Eigenschaften eines Kunststoffs zudem verändert und auf die geplante Anwendung eingestellt werden.

Dennoch gibt es einige grundlegende Eigenschaften, die alle Kunststoffe kennzeichnen:

Kunststoffe sind vergleichsweise leicht

Die Dichte von Kunststoffen bewegt sich in einem Rahmen zwischen 0,8 und 2,2 g/cm3. Im Vergleich dazu hat Stahl eine Dichte von rund 8 g/cm3, bei Silber sind es knapp 10,5 g/cm3. Dadurch sind Kunststoffe in aller Regel leichter als metallische oder keramische Werkstoffe.

geringe Dichte:
Die geringe Dichte und das damit verbundene, geringe spezifische Gewicht machen Kunststoffe für Anwendungen interessant, bei denen es auf eine Leichtbauweise ankommt. Ein moderner Mittelklassewagen zum Beispiel besteht zu rund 15 Prozent aus Kunststoffkomponenten. Weil er dadurch weniger wiegt, braucht er weniger Treibstoff und stößt weniger CO2 aus. Aber auch bei Verpackungen ist das geringe Gewicht ein Vorteil. So sind beispielsweise leichte PET-Flaschen einfacher und kostengünstiger zu transportieren als schwere Glasflaschen.

Kunststoffe sind flexibel

Der Elastizitätsmodul (E-Modul) und die mechanische Festigkeit von Kunststoffen weisen eine große Bandbreite auf. Während einige Kunststoffe überaus flexibel sind, sind andere Polymere hart und fest. Keine andere Werkstoffgruppe erreicht ähnlich flexible Eigenschaften wie Kunststoffe.

Elastomere zum Beispiel können als formfeste und gleichzeitig elastisch formbare Kunststoffe hervorragend als Dichtungsmaterial, Gummibänder oder für Reifen eingesetzt werden.

Die Festigkeit und Steifigkeit von Kunststoffen ist zwar oft geringer als die von metallischen und keramischen Werkstoffen, für die meisten Einsatzbereiche aber völlig ausreichend. Die geringe Dichte und die gute Formbarkeit eröffnen außerdem genug Spielraum, um die geringere Festigkeit und Steifigkeit durch eine Konstruktion mit höheren Wandstärken oder den Einsatz von Additiven wie Faserverstärkungen auszugleichen.

Ein weiterer Pluspunkt ist, dass Kunststoffe in aller Regel eine gute Zähigkeit aufweisen. Anders als Glas oder Keramik brechen sie nicht so schnell und tragen keine Dellen wie Metalle davon. Deshalb werden viele Gebrauchsgegenstände wie Schüsseln und Aufbewahrungsdosen oder Spielsachen gerne aus Kunststoff gefertigt.

Eigenschaftsvergleich von verschiedenen Kunststoffen 2

Kunststoffe kommen mit niedrigen Verarbeitungstemperaturen aus

Einige Kunststoffe können schon bei Raumtemperatur verarbeitet werden und mehr als etwa 300 °C werden in der Kunststoffverarbeitung so gut wie nie benötigt. Während Metalle und keramische Werkstoffe bei wesentlich höheren Temperaturen verarbeitet werden müssen und die möglichen Gussformen dadurch eingeschränkt sind, können aus Kunststoffen deshalb mit vergleichsweise wenig Aufwand komplexe Formteile hergestellt werden.

Gleichzeitig werden kostengünstige Verarbeitungsverfahren wie der Spritzguss, die Extrusion oder das Thermoformen möglich.

Die niedrigen Verarbeitungstemperaturen bieten außerdem den Vorteil, dass die Polymere in einem Arbeitsschritt mit Additiven wie Fasern, Füllstoffen, Stabilisatoren, Treibmitteln oder Farbpigmenten versetzt werden können.

Solche Zusätze würden die hohen Temperaturen beim Gießen von Metall oder Brennen von Glas und Keramik nicht überstehen.

Kunststoffe haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit

Die thermische Leitfähigkeit von Kunststoffen ist wesentlich kleiner als die von Metallen. Stahl zum Beispiel hat eine Wärmeleitfähigkeit von 50 W/mK, während sich die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 W/mK bewegt.

Bei einer Berührung wird deshalb wenig Wärmeenergie von der Hand auf den Kunststoff übertragen oder umgekehrt dem Körper vom Kunststoff entzogen. Trotzdem fühlen sich Kunststoffe auch bei kühlen Temperaturen wärmer und angenehmer an als Metalle. Aus diesem Grund werden Geländer oder Griffe von Werkzeugen oft aus Kunststoff gefertigt.

Auch in Textilien und Matratzen werden Kunststoffe verarbeitet, um dem Körper möglichst wenig Wärme zu entziehen. Gleiches gilt für den Einsatz als thermische Isolierung, wobei die Wärmedämmung durch ein Vakuum, das in geschäumte Kunststoffe integriert ist, noch erhöht werden kann.

Kunststoffe haben eine schwache elektrische Leitfähigkeit

Der elektrische Durchgangswiderstand von Kunststoffen beträgt 1.010 bis 1.018 und ist damit im Durchschnitt 15-fach stärker als bei Metallen. Aus diesem Grund sind Kunststoffe optimale Isolatoren.

Kunststoffe wie PET, PVC oder ABS kommen als Ummantelungen für Kabel, Leiterplatten oder Schutzgehäuse zum Einsatz.

Kunststoffe sind chemisch beständig

Wegen ihrer organischen Struktur sind Kunststoffe beständig gegenüber anorganischen Substanzen wie Mineralsäuren, Laugen und wässrigen Salzlösungen. Diese Eigenschaft macht Kunststoffe zu einem vorteilhaften Material für pflegeleichte Haushaltsgeräte, Spielsachen oder Innenausstattungen von Fahrzeugen.

Weil Kunststoffe nicht rosten und mit Witterungseinflüssen gut zurechtkommen, können sie außerdem sowohl im Innen- als auch im Außenbereich eingesetzt werden.

Auf organische Lösungsmittel wie Alkohole, Aceton oder Benzin reagieren viele Kunststoffe zwar empfindlich. Doch auch hier wurden beständige Kunststoffe entwickelt, die unter anderem als Kraftstofftanks in Fahrzeugen oder im medizinischen Bereich Anwendung finden.

Mehr informationen:  CO2-Laserschneiden in der Kunststoffverarbeitung

Kunststoffe sind langlebig

Kunststoffe sind robust, pflegeleicht und wartungsarm. Wird ein Kunststoff ausgewählt und bei Bedarf mit Additiven auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung angepasst, kann das Produkt sehr lange im Einsatz bleiben.

Hinzu kommt, dass inzwischen viele Kunststoffe recycelt werden können. Durch die Aufbereitung fließen sie zurück in den Kreislauf und können für die Herstellung neuer Produkte wiederverwendet werden. Das spart Ressourcen und reduziert Müllberge.

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