Polypropylen-Homopolymer – BKM
Zusammen mit Polyethylen (PE) ist Polypropylen (PP) der am weitesten verbreitete Kunststoff. Das kostengünstige Material punktet mit sehr guten physikalischen, mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften.
Die am häufigsten eingesetzte Variante ist das Polypropylen-Homopolymer, kurz PPH.
Verglichen mit dem Copolymer, ist PPH steifer und bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht. Zusammen mit der guten chemischen Beständigkeit und den einfachen Verarbeitungsmöglichkeiten steht mit PPH ein Werkstoff zur Verfügung, der sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignet.
Inhalt:
Die Herstellung von PPH
Polypropylen ist ein teilkristalliner, unpolarer, thermoplastischer Kunststoff. Auch als Polypropen bezeichnet, kann PPH durch die Zugabe von Verstärkungsstoffen, Additiven und Füllstoffen, aber auch durch die Auswahl des Fertigungsverfahrens sehr gut an die geplante Anwendung angepasst werden.
Die Taktizität beeinflusst die physikalischen Eigenschaften. Dabei gilt, dass die Kristallinität umso besser ist, je gleichmäßiger die Methylgruppen verteilt sind.
Das Propen, das für die Herstellung des Kunststoffs benötigt wird, kann durch chemische Prozesse aus Erdöl oder Erdgas gewonnen werden. Möglich ist aber auch, es aus natürlichen Quellen wie Pflanzenölen und Pflanzenfetten zu erzeugen.
Allerdings ist dieser Herstellungsprozess deutlich aufwändiger, weshalb biobasiertes PP auch entsprechend teurer ist als konventionelles PP auf Mineralölbasis.
Die Einsatzgebiete von PPH
Die besonderen Eigenschaften von PPH qualifizieren den Kunststoff für ein enorm großes Einsatzgebiet. Es reicht von Lebensmittel- und Kosmetikverpackungen über Gehäuse für kleine Elektrogeräte oder Anwendungen in der Medizintechnik bis hin zu Druck- und Abwasserrohren.
Formteile für Haushaltsgeräte werden ebenso aus PP gefertigt wie Folien verschiedenster Art oder Innenausstattungen, Karosserieteile und Formteile für Fahrzeuge.
Im Bausektor wird PP für Leitungen und Behälter, aber auch für Gartenmöbel, als Dämmstoff oder für funktionale Schutzkleidung eingesetzt.
Die Eigenschaften von PPH
Die Steifigkeit und Festigkeit von PPH liegen zwischen Polyethylen und den technischen Kunststoffen wie Polyamid oder ABS. Die dynamische Belastbarkeit des Kunststoffs ist vergleichsweise hoch.
Der Kristallit-Schmelzbereich liegt bei etwa 165 °C, wodurch PPH eine größere Temperaturbeständigkeit aufweist als PE. So beträgt die Dauergebrauchstemperatur von PPH 100 °C, kurzfristig hält der Kunststoff bis zu 140 °C stand. Mit einer Glasübergangstemperatur um 0 °C versprödet PP in der Kälte.
Polypropylen weist eine hohe Chemikalienbeständigkeit auf. Der Kunststoff ist beständig gegen wässrige Lösungen von Salzen, Säuren, Laugen, Alkohole, Fette und Öle.
Die Aufnahme und Durchlässigkeit von Wasser sind minimal, Gase diffundieren hingegen durch PPH. Produkte, die lebensmittelrechtlich zugelassen sind, können sterilisiert und heiß befüllt werden.
Die Verarbeitung von PPH
PPH wird in erster Linie im Spritzguss und durch Extrusion verarbeitet. Andere Fertigungstechniken sind das Spinnen zu Fasern und die Herstellung von Schäumen.
Zum Spritzgießen sind Formmassen für breitgefächerte Anforderungen erhältlich. Die Massetemperatur bewegt sich in einem Rahmen zwischen 250 °C und 270 °C, die Werkzeugtemperatur liegt bei 40 °C und 100 °C.
In einem feuchtwarmen Klima kann sich Oberflächenfeuchtigkeit auf dem Granulat absetzen. Aus diesem Grund sollte das Granulat vor einer thermoplastischen Verarbeitung getrocknet werden.
Bei der Extrusion werden Folien, Platten, Rohre, Blasformteile und Monofile bei einer Massetemperatur zwischen 220 °C und 270 °C gefertigt. Weil eine große Wärmemenge abgeführt werden muss, macht es das Schlauchfolien-Blasen notwendig, den Folienschlauch intensiv zu kühlen.
Das Chill-Roll-Breitschlitzverfahren erweist sich deshalb als die günstigere Lösung für die Folienherstellung. Ist Transparenz gewünscht, müssen die Folien schockartig bis unter die Kristallit-Bildungstemperatur heruntergekühlt werden. Beim Extrusionsblasformen kommen zähflüssige Formmassen bei 190 °C bis 220 °C zum Einsatz.
Daneben kann PPH mit Schmelzspinnverfahren verarbeitet werden. Dabei werden aus leicht-fließendem Polypropylen Webbändchen und Spleißfasern erzeugt, indem Blas- oder Flachfolien zu Stapelfasern verstreckt werden.
Flexible Schäume aus PPH werden extrudiert. Sie haben kleine, geschlossene Zellen und eine sehr geringe Dichte, die bei etwa 10 kg/m3 liegt. Hartschäume entstehen in Hochdruckverfahren. Ihre Dichte beträgt meist 50 bis 120 kg/m3.
Strukturschäume mit einer Dichte von 400 bis 700 kg/m3 können aus PP ebenfalls gefertigt werden. Dafür werden Spritzgießverfahren und gasförmige oder chemische Schäummittel eingesetzt. Im Unterschied dazu werden harte Profile im gleichen Dichtebereich extrudiert.
Der enge thermoplastische Temperaturbereich schränkt die Möglichkeiten zum Warmformen von flächigen Halbzeugen ein. Mit dem SPPF-Verfahren kann Polypropylen aber dicht unterhalb der Kristallit-Schmelztemperatur umgeformt und bei Raumtemperatur gewalzt und formgepresst werden.
Soll die Oberfläche bedruckt, lackiert oder anderweitig veredelt werden, ist eine Vorbehandlung notwendig. PPH kann geschweißt und geklebt werden, wobei auch das Kleben eine vorhergehende Oberflächenbehandlung erfordert.
Überwiegend erfolgt das mit Chromschwefelsäure. Als Klebstoffe können Kontaktklebstoffe auf Basis von Naturgummi oder Kautschuk und Klebstoffe auf Basis von Silikonen, Polyurethan oder Epoxidharzen eingesetzt werden. Eine Diffusionsklebung funktioniert nicht.
Wie fast alle Thermoplasten kann PPH auch geschweißt werden. Ein mögliches Verfahren dabei ist zum Beispiel das Warmgasschweißen mit Heißluft. Dabei werden die Schweißstelle und der Schweißdraht erwärmt und anschließend unter Druck gefügt.
Das Verhältnis zwischen der Festigkeit der Schweißnaht und der Festigkeit des Grundwerkstoffs beträgt bei PP ungefähr 0,6 bis 0,8. Die Schweißnaht erreicht demnach etwa 60 bis 80 Prozent der Festigkeit des Kunststoffs.
Allerdings beeinflussen die Fähigkeiten des Schweißers das Ergebnis, sodass ein erfahrener Schweißer durchaus höhere Werte erreichen kann.