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Kunststoffe, Thermoplaste
Thermoplaste – bestehen aus linearen oder verzweigten Molekülketten. die miteinander nicht durch chemische Bindungen vernetzt sind.
Die amorphen Thermoplaste bestehen aus regellos ineinander verschlauften und verknäuelten Makromolekülen ohne regelmäßige Anordnung und Orientierung. Es fehlt jede Art von Fernordnung, das heißt eine über den nächsten Nachbarn hinausgehende Ordnung der Makromoleküle bezüglich Abstand, Anordnung und Orientierung. Der Zusammenhalt zwischen den Molekülketten erfolgt durch mechanische Verschlaufungen und Verhakungen sowie durch sekundäre chemische Bindungskräfte (Nebenvalenzbindungen). Ihre Festigkeit erhalten diese Kunststoffe aus den Reibungskräften und der Verschlingung der Makromoleküle. Bei Raumtemperatur sind die Thermoplaste hart. Mit zunehmender Temperatur werden sie elastisch und bei weiterer Erwärmung plastisch weich und schließlich flüssig. Bei Abkühlung der heißen Kunststoffmasse verändern sie sich vom flüssigen, über den plastisch weichen und elastischen Zustand zum harten Material. Dies verleiht ihnen die Eigenschaft der Warmumformbarkeit und Schweißbarkeit. Da diese Kunststoffe beim Erwärmen weich werden, nennt man sie Thermoplaste (von griechisch thermo = Wärme). Die Erwärmung von Kunststoffen ist nur bis zu einer bestimmten Grenztemperatur (Zersetzungstemperatur) möglich, da sie sich bei Überschreiten dieser Temperatur zersetzen.
Mechanische Eigenschaften von amorphen Thermoplasten
Teilkristalline Thermoplaste enthalten neben amorphen Bereichen auch Zonen mit einer mehr oder weniger starken Ausrichtung der Makromoleküle, die kristallinen Bereiche. Stark vereinfacht kann man sich einen teilkristallinen Thermoplasten aus Bereichen hoher Ordnung (Kristallite), die in eine Matrix aus ungeordneten (amorphen) Molekülketten eingebettet sind, aufgebaut denken. Der Kristallinitätsgrad der teilkristallinen Thermoplaste beträgt bis zu 90 % und wird durch unterschiedliche Faktoren wie das Vorhandensein von Kettenverzweigungen, isotaktischen Bau und Länge der Molekülkette beeinflusst. Durch eine Erhöhung der Kristallinität nehmen die zwischenmolekularen Kräfte zu. Damit steigen Festigkeit, E-Modul und Dichte, während das Verformungsvermögen und die Transparenz abnehmen. Mit Erreichen der Zersetzungstemperatur setzt schließlich auch bei den teilkristallinen Thermoplasten der Zerfall der Molekülketten ein.
Mechanische Eigenschaften von teilkristallinen Thermoplasten
Durch gerichtete viskosplastische Deformationen oberhalb der Glastemperatur während der Verarbeitung, dem Verstrecken, kann insbesondere bei den teilkristallinen Thermoplasten ein orientierter Molekülzustand erreicht werden. Die teilkristalline Struktur wird in eine Streckrichtung orientiert. Dadurch werden in Streckrichtung eine beträchtliche Erhöhung der Zugfestigkeit sowie eine Verbesserung der Schlagzähigkeit erzielt.