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Duroplaste

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Duroplaste, korrekt Duromere<ref name="BNT" /> genannt, sind Kunststoffe, die nach ihrer Aushärtung durch Erwärmung oder andere Maßnahmen nicht mehr verformt werden können.<ref name="ISO">ISO 472:2013(de), Kunststoffe – Begriffe. iso.org</ref> Sie enthalten harte, amorphe, unlösliche Polymere. Die Makromoleküle sind über kovalente Bindungen engmaschig vernetzt, was ihre fehlende Erweichung beim Erhitzen verursacht, daher sind sie nach der Aushärtung nur spanabhebend bearbeitbar. Die Vorprodukte (Prepolymere) sind in der Regel Kunstharze, die noch schmelzbar bzw. löslich sind und – oft mit Füll- und Farbstoffen versetzt – gegossen oder warmgepresst werden können. Die Prepolymere sind tri- oder mehrfunktionelle Verbindungen, die mit Hilfe von Härtern und evtl. Katalysatoren oder durch hohe Temperaturen polymerisieren und zu einer engmaschigen Vernetzung führen.

Die Begriffe Kunstharz und Duroplast werden nicht immer klar voneinander unterschieden. Korrekterweise könnte ein Duroplast als gehärtetes Kunstharz bezeichnet werden. Auch die schmelzbaren Vorprodukte für Duroplaste werden gelegentlich selbst Duroplaste genannt.<ref name="ISO" /> In Analogie zu den schmelzbaren Thermoplasten werden die nach erfolgter Aushärtung nicht mehr schmelzbaren Duroplaste auch Thermodure genannt.<ref name="BNT">Der Brockhaus, Naturwissenschaft und Technik, F. A. Brockhaus, Mannheim; Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2003.</ref><ref name="KunstChemIng">Wolfgang Kaiser: Kunststoffchemie für Ingenieure, 3. Auflage, Carl Hanser, München 2011, S. 409 ff.</ref> Die englische Bezeichnung für Duroplaste ist thermoset und bezieht sich auf die bei erhöhter Temperatur ablaufende Vernetzung der Ausgangsstoffe („thermisch aushärtend“). Die Reaktion kann dabei durch Erwärmung oder Bestrahlung ausgelöst werden. Eine Erwärmung kann aber auch durch die exotherme Reaktion von Härter mit flüssigem Harz selber bewirkt werden.

Klassifizierung

Duroplaste sind eine von drei Gruppen, in die Kunststoffe nach ihrem mechanisch-thermischen Verhalten eingeteilt werden. Man unterscheidet zwischen Thermoplasten, Elastomeren und Duroplasten. Während die Thermoplaste schmelzbar sind, können Duroplaste aufgrund ihrer hohen Vernetzung nicht aufgeschmolzen werden und zerfallen nach Überschreiten ihrer Zersetzungstemperatur (Pyrolyse). Auf hohe mechanische Einwirkung reagieren sie mit Rissen oder Sprüngen. Im Vordergrund stehen bei Duroplasten ihre hohen thermomechanischen Festigkeiten und im Vergleich zu Metallen ihre geringen spezifischen Gewichte.

Allgemeine Herstellung

Datei:Duroplast-Fertigungsanlage 03.jpg
Duroplast-Fertigungsanlage für einen Trabant inkl. dem Endprodukt am Fahrzeug (braun) im August Horch Museum; die Pressen sind nicht dargestellt.
Datei:DDR-Kultauto Trabant.webm
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Zur Herstellung von duromeren Kunststofferzeugnissen werden erst niedermolekulare Vorprodukte (die Kunstharze) aus Monomeren gewonnen. Die Bildung der Harze kann je nach Art der Monomere über Polykondensation oder Polyaddition erfolgen. Die Harze werden mit Härter und eventuell Beschleuniger und Zusatzstoffen, wie Farbstoffen und Trennmitteln, gemischt. Zu den Zusatzstoffen gehören auch feste Füll- und Verstärkungsstoffe (Harzträger), deren Anteil oft im Bereich von 40 bis 65 % liegt. Faserartige Harzträger werden im Bereich von 12 bis fast 80 % zugesetzt. Die Harzträger tragen wesentlich zu den mechanischen Eigenschaften des Endprodukts bei. Die erhaltenen Formmassen werden beispielsweise über Formpressen, Spritzgießen oder Schichtpressen in die gewünschte Form gebracht. Hier setzt die Härtung (Vernetzung) der Harze ein, oft gefördert durch Wärme, aber auch durch UV- oder IR-Strahlung. Der erhaltene duromere Formstoff hat im Vergleich zu einem Thermoplast eine höhere Steifigkeit und Härte, ist unlöslich, neigt kaum zur Verformung unter Last und Wärme, ist jedoch schlagempfindlicher.

Der chemische Verlauf der Härtung beeinflusst die Herstellung eines Formstoffes. Bei Kondensationsharzen erfolgt die Härtung über eine Polykondensation. Kondensat ist in der Regel Wasser. Die Verarbeitung erfolgt bei Temperaturen zwischen 140 und 180 °C und hohem Verarbeitungsdruck, um zu verhindern, dass der Wasserdampf das Produkt aufplatzen lässt. Die Härtung beispielsweise von Phenolharz, Harnstoffharz und Melaminharz erfolgt über Kondensationen.

Bei Reaktionsharzen erfolgt die Härtung über Polyaddition oder radikalische Kettenpolymerisation, also ohne Abspaltung von flüchtigen Verbindungen. Hier ist Gießen und Laminieren ohne erhöhten Druck möglich. Reaktionsharze spielen bei faserverstärkten Kunststoffen eine wichtige Rolle. Mit Harzen vorimprägnierte Fasern (Prepregs) lassen sich zu Laminaten in eine gewünschte Form verarbeiten, die anschließend gehärtet wird. Beispiele für Reaktionsharze sind Epoxidharze, vernetzbare Polyurethane und ungesättigte Polyesterharze.

Anwendungsgebiete

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  • Haushalt (Bügeleisenhitzeschild, Topfgriffe und Herdleisten)
  • Kabelbahnen
  • Karosserieteile
  • Leistungs- und Leitungsschutzschalter
  • Motorraumanwendungen (Wasserpumpengehäuse, Riemenscheiben, Kommutatoren, Ansaugstutzen u. Ä.)
  • Reflektoren (Autoscheinwerfer)
  • Schutzhelme, wie der Feuerwehrhelm

Recycling

Ausgehärtete Duroplaste sind aufgrund der vernetzten Polymerketten nicht wiederholt verarbeitbar. Mit mechanischen oder thermischen Verfahren kann die Struktur des FVK aufgebrochen und partikel- und faserförmige Fraktionen zur Verstärkung zurückgewonnen werden.<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:kunststoffe.de: Dissertation Schiebisch, Universität Erlangen-Nürnberg (1995)|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=kunststoffe.de: Dissertation Schiebisch, Universität Erlangen-Nürnberg (1995)}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.kunststoffe.de/fachinformationen/dissertationen/artikel/zum-recycling-von-faserverbundkunststoffen-mit-duroplastmatrix-530352.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=kunststoffe.de: Dissertation Schiebisch, Universität Erlangen-Nürnberg (1995)}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.kunststoffe.de/fachinformationen/dissertationen/artikel/zum-recycling-von-faserverbundkunststoffen-mit-duroplastmatrix-530352.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=kunststoffe.de: Dissertation Schiebisch, Universität Erlangen-Nürnberg (1995)}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:{{#if: 2020-10-21 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}} 

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Einzelnachweise

<references />

Abgerufen von „https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?title=Duroplaste&oldid=1369105“