Duroplaste vs. Thermoplaste

Duroplaste vs. Thermoplaste

Duroplaste vs. Thermoplaste

Vergleich von duroplastischen und thermoplastischen Werkstoffen

Entsprechend nach DIN 7724 werden Kunststoffe (auch Plaste oder Plastik) aufgrund ihres mechanischen Verhaltens in Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere und thermoplastische Elastomere eingeteilt.
Kunststoffe werden aus Rohstoffen wie z.B. Erdöl synthetisch hergestellt. Aufgrund der organischen Kohlenstoff- oder Siliziumverbindungen werden sie als organische Werkstoffe bezeichnet.

Duroplast vs. Thermoplast

Duroplaste und Thermoplaste sind zwei verschiedene Familien von Kunststoffen, die sich aufgrund ihres Verhaltens bei der Reaktion auf Wärmeeinwirkung unterscheiden. Der Hauptunterschied zwischen den beiden besteht darin, dass Duroplast ein Material ist, das sich bei Erwärmung verfestigt, aber nach der anfänglichen Formgebung nicht mehr umgeformt oder erwärmt werden kann, während Thermoplaste nach Bedarf wieder erwärmt, umgeformt und abgekühlt werden können, ohne dass es zu chemischen Veränderungen kommt.

Aufgrund dieser physikalischen und chemischen Eigenschaften haben thermoplastische Materialien einen niedrigen Schmelzpunkt, während duroplastische Produkte höhere Temperaturen ohne Verlust ihrer strukturellen Integrität aushalten können.

In diesem Beitrag werden die Verwendungen und Anwendungen jeder dieser Arten von duroplastischen Polymeren vorgestellt, einschließlich einer Zusammenfassung der relativen Vorteile und Beschränkungen jeder einzelnen Art.

Was sind duroplastische Kunststoffe?

Kunststoffe sind heute eines der am häufigsten verwendeten Materialien zur Herstellung von Gütern, von der Computermaus, die Sie gerade verwenden, über die Tastatur, auf der Sie gerade tippen, bis hin zur Internationalen Raumstation – Kunststoffe werden in nahezu allen Bereichen verwendet.

Wie können also Kunststoffe, aus denen etwas so Einfaches wie ein Kugelschreiber produziert werden kann, etwas so Komplexes schaffen, dass es strengen physikalischen und chemischen Elementen wie übermäßiger Hitze und Korrosion standhalten kann? Die Antwort ist duroplastischer Kunststoff oder Duroplast. Duroplaste sind einzigartig und ganz anders als traditionelle Kunststoffe wie Thermoplaste.

Was ist also der Unterschied zwischen Thermoplasten und Duroplasten?

Im Gegensatz zu herkömmlichen thermoplastischen Teilen, die schmelzen und sich verformen, wenn sie übermäßiger Hitze ausgesetzt werden, verfestigen sich duroplastische Komponenten, wie der Name schon sagt, nach einer ersten Wärmebehandlung in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften und werden daher durch weitere Hitzeeinwirkung nicht mehr beeinflusst.

Der Prozess ist dem Hartkochen von Eiern sehr ähnlich. Sobald das Ei gekocht ist, führt eine weitere Erwärmung nicht mehr zu einer Verformung – ähnlich dem Aushärtungsprozess bei einem duroplastischen Teil. Nach der anfänglichen Wärmeformung eignen sich duroplastische Werkstoffe aufgrund ihrer Beständigkeit gegen Hitze, Korrosion und mechanisches Kriechen perfekt für den Einsatz in Bauteilen, die enge Toleranzen und hervorragende Festigkeitseigenschaften und Gewichtseigenschaften erfordern, während sie gleichzeitig hohen Temperaturen ausgesetzt sind.

Anwendung von duroplastischen Kunststoffen

Duroplastische Kunststoffe bieten eine verbesserte Hochleistungskombination aus thermischer Stabilität, chemischer Beständigkeit und struktureller Integrität. Duroplastische Komponenten werden in einer Vielzahl von Industrien eingesetzt – und finden aufgrund ihrer ausgezeichneten chemischen und thermischen Stabilität zusammen mit herausragender Festigkeit, Härte und Formbarkeit Anwendung in der Automobil-, Haushaltsgeräte-, Elektro-, Beleuchtungs- und Energiebranche.

Duroplastische Verbundwerkstoffe sind in der Lage, die Spezifikationen einer Vielzahl von Produktionsmaterialien zu sehr niedrigen Kosten zu erfüllen. Ihr Einsatz ermöglicht die Herstellung eines Sortiments von kleinen und großen Teilen mit hohem Produktionsvolumen bei gleichbleibender Wiederholbarkeit von Charge zu Charge. Duroplaste bieten eine Verfahrensalternative, wenn komplexe und geometrische Formen nicht durch Metallverarbeitung oder die Verwendung von Thermoplasten erreicht werden können, aber in einer Form hergestellt werden können. Duroplastische Kunststoffe behalten ihre Stabilität in allen Umgebungen und Temperaturen.

Vorteile von Duroplasten

Die Verwendung von duroplastischen Kunststoffen hat eine Reihe von Vorteilen. Im Gegensatz zu Thermoplasten behalten diese ihre Festigkeit und Form auch bei Erwärmung. Dadurch eignen sich Duroplaste gut für die Herstellung von dauerhaften Komponenten und großen, festen Formen. Darüber hinaus haben diese Komponenten ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften (obwohl sie spröde sind) und verlieren nicht wesentlich an Festigkeit, wenn sie höheren Betriebstemperaturen ausgesetzt werden.

Duroplastische Kunststoffe sind bei der Industrie immer beliebter geworden, da sie einen kostengünstigeren Ersatz für Metallkomponenten darstellen.

Nachteile von Duroplasten

Der Einsatz von Duroplasten hat gewisse Nachteile, wobei die Nachteile in den Materialeigenschaften nicht so ausgeprägt sind wie bei Thermoplasten.

Die niedrige Anfangsviskosität der Materialien führt zu Gratbildung und der Notwendigkeit von Nachbearbeitungen. Auch die geringe Zugfestigkeit und Duktilität führen dazu, dass die Teile eher dickwandig konstruiert werden müssen.

Die in Duroplasten verwendeten Compounds sind reaktive Systeme, was sich auf die Haltbarkeit der Vormaterialien auswirken kann. Bei Chargenprozessen kann es zu größeren Schwankungen und geringerer Konsistenz von Charge zu Charge kommen.

Hohe Anteile einiger Füllstoffe in den Materialien können zu einem übermäßigen Werkzeugverschleiß führen. Die Produktqualität hängt vom Vernetzungsgrad ab, der während des Formgebungszyklus erreicht wird.

Liste der Duroplasttypen und Duroplastmaterialien

Duroplastische Polymere bestehen aus verschiedenen Materialtypen, die wichtige Funktionen und Anwendungen in der Kunststoffverarbeitungsindustrie erfüllen. Die beiden Verfahren für Duroplast-Formmassen sind Reaction Injection Molding (RIM) und Resin Transfer Molding (RTM).

Duroplastische Verbundwerkstoffe bestehen aus einer Matrix und einer dispergierten, faserigen oder kontinuierlichen zweiten Phase. Gießharze enthalten einen Katalysator oder Härter. Duroplastische Elektroharze und Produkte für die Elektronik werden in Verguss- oder Verkapselungsmassen, leitfähigen Klebstoffen und dielektrischen Dichtungsmitteln verwendet.

Thermoverbindungen dienen dazu, eine wärmeleitende Schicht auf einem Substrat zu bilden, entweder zwischen Komponenten oder innerhalb eines fertigen elektronischen Produkts. Duroplastische Spülmassen werden zum Reinigen von Spritzgussmaschinen zwischen Läufen unterschiedlicher Farben oder Zusammensetzungen verwendet. Spaltfüller werden verwendet, um Lücken oder Zwischenräume zwischen zwei zu verklebenden oder abzudichtenden Oberflächen zu füllen.1

Zu den spezifischen Arten von duroplastischen Materialien, die in der Kunststoffverarbeitungsindustrie verwendet werden, gehören die folgenden:

Zu den spezifischen Arten von duroplastischen Materialien, die in der Kunststoffverarbeitungsindustrie verwendet werden, gehören die folgenden:

RIM-Duroplast (duroplastisch):

RTM-Duroplaste (glasfaserverstärkt):

  • Epoxid Harz (EP) – gute mechanische Eigenschaften,
  • Ungesättigte Polyester Harze (UP) – einfache Handhabung, preiswert,
  • Vinylester Harz (VE) – hohe Temperaturstabilität und
  • Phenol Harze (PF) – elektrisch isolierend.
  • Polyimid Harze (PI) – hohe Temperaturbeständigkeit

Andere Arten von Duroplasten und duroplastischen Harzen sind Bismaleimid (BMI), Fluorpolymere, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF),  Melamin, Silikone und Harnstoff Formaldehyd.

Bearbeitungsverfahren für Duroplaste

Duroplaste werden in den folgenden Verfahren bearbeitet:

  • Spritzgiessen
  • Pressen
  • Spritzprägen
  • Spritzpressen (Transferpressen)

Duroplaste lassen sich in drei verschiedene Klassen einteilen

  • Rieselfähige Duroplaste
  • BMC (Bulk Moulding Compound)
  • SMC (Sheet Moulding Compound)

Rieselfähige Duroplaste

Rieselfähige Duroplaste wie zum Beispiel Bakelite, Phenolharze (PF), Melaminharz (MF), DAP, Epoxidharze (EP), Harnstoffharze (UF), ungesättigte Polyester (UP) Rieselfähige Duroplaste sind granulat- oder pulverförmig. Oft werden sie für das Pressverfahren tablettiert und eignen sich auch bestens für die Verarbeitung im Spritzgiessverfahren, wo die Förderung des Rohmaterials mit herkömmlichen Mitteln automatisiert möglich ist. Verarbeitet werden beispielsweise Bakelite, Phenolharze (PF), Melaminharz (MF), DAP, Epoxidharze (EP), Harnstoffharze (UF) und ungesättigte Polyester (UP)

BMC (Bulk Moulding Compound)

BMC ist ein Glasfaser verstärkter Kunststoff aus Vinylharz oder Polyester, welcher sehr gute mechanische Eigenschaften, extrem hohe halogenfreie Flammwidrigkeit und beste elektrische Eigenschaften (Kriechstromfestigkeit) erreicht. BMC-Materialien erfüllen je nach Rezeptur auch die Bahnnorm DIN EN 45545-2.

Unter Beimischung von Nullschwinder lassen sich Bauteile mit sehr geringem Verzug herstellen.

SMC (Sheet Moulding Compound)

SMC-Matten sind teigartige Pressmassen aus duroplastischen Harzen und Glasfasern, meist aus Polyester oder Vinylharz.

Was sind Thermoplaste?

Wie bereits erwähnt, sind Kunststoffe weithin als reale Anwendungen für den Einsatz von Chemie bekannt. Von Kunststoffbehältern, Flaschen und lebensrettenden medizinischen Geräten bis hin zu Komponenten für die Luft- und Raumfahrt sind Kunststoffe ein Material, das überall um uns herum zum Einsatz kommt.

Thermoplastische Polymere sind eine solche Art von Kunststoff, die für ihre Vielseitigkeit und Wiederverwertbarkeit bekannt ist. Thermoplastische Polymere bilden sich, wenn sich wiederholende Einheiten, Monomere genannt, zu Ketten oder Verzweigungen verbinden.

Thermoplastisches Granulat wird beim Erhitzen weich und wird flüssiger, wenn mehr Wärme zugeführt wird. Der Aushärtungsprozess ist zu 100 % reversibel, da keine chemische Bindung stattfindet. Diese Eigenschaft ermöglicht es, Thermoplaste neu zu formen und zu recyceln, ohne die physikalischen Eigenschaften des Materials negativ zu beeinflussen.

Es gibt eine Vielzahl von thermoplastischen Harzen, die verschiedene Leistungsvorteile bieten, aber die meisten der üblicherweise verwendeten Materialien bieten hohe Festigkeit, Schrumpfungsbeständigkeit und leichte Flexibilität. Je nach Harz können Thermoplaste für Anwendungen mit geringer Beanspruchung, wie z. B. Plastiktüten, oder für hoch beanspruchte mechanische Teile verwendet werden.

Beispiele für thermoplastische Polymere sind Polyethylen, PVC und Nylon.

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