2 1 P o l y m e r e S t r u k t u r Nebenvalenzkräfte (von schwach zu stark)

2 2 P o l y m e r e Z u s t ä n d e ���� Das G-T Diagramm ist für alle Kunststoffe charakte ristisch.

I. Energieelastischer Bereich (G ≈102-104 MPa) Elastische Verformung – reversible Änderungen der Atomabstände und Valenzwinkel – bei Zeitabhängigkeit viskoelastisch

II. Erweichungsbereich Zwischenmolekulare Kräfte in amorphen Bereichen gehen verloren – spez. Volumen steigt an – Erweichungsintervall von 5-50°C – Knickpunkt der V-T-Kurve � TG

III. Entropieelastischer Bereich (auch gummi- oder weichelastischer Bereich) – Die Mikrobrowmschen Bewegungen sind voll entfaltet – Zustand grösster Entropie – Entropieelastische Rückstellung = nach Zug/Druck wieder in den Knäuelzustand: Gummielastizität. Ein guter Gummikörper hat eine weitmaschige Vernetzung gegen Fliessen, schawche Sekundärbindungen für genügende Kettenbeweglichkeit, reversible Kristallisation zur Verfestigung � Idealer Gummikörper ist der Elastomer.

IV. Thermorückfederung, Memory-Effekt Friert man ein Thermoplast in der verformten Lage ein, so stellt sich bei Wiedererwärmung eine Rückfederung in die geknäuelte Lage ein.

V. Fliessbereich „ Plastischer“ Zustand der Schmelze – Verschlaufungen und Nahordnung wird gelöst – Ketten können voneinander abgleiten – Makrobrownsche Bewegungen – hohes Moelkulargewicht�breiter Fliessbereich, hohe Viskosität, kristalline Phase�enger Schmelzbereich.

VI. Plastischer Zustand (viskoser Zustand, da Zeitabhängig) nur bei Thermoplasten, v.a. bei amorphen Thermoplasten, bei hochviskosen Massen�Extruder, Kalandrieranlagen, niedrigviskos�Spritzguss.

2 2 P o l y m e r e Z u s t ä n d e

A Elastomer B amorpher TP C teilkristalliner TP D Duromer

G-Modul < 100 MPa 100-10‘000 MPa ≈ 100-5‘000 MPa ≈ 5-15‘000 MPa

Glastemperatur ≈ -80°C – -10°C dyn, s. Weichmacher ≈ 50°C ≈ 100°C

Gebrauchsbereich entropieelastisch 60-80°C, (hartelas.) entropieela stisch Glaszustand (<90°C)

Anwendungs- gebiet

- Für grosses elastisches Verhalten oder gute Dämpfung.

- Loser Zusammenhalt � kein viskoses Fliessen.

- Verfestigung: Anfangs wenig Widerstand (Abscheren), dann Ausrichtung, temp. Kristallisation

- ↑Festigkeit bei ↑T, wegen Entropiezunahme

- Für bestimmte Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen.

- Unter TG, da sonst Zerfliessen wegen beweglichen Ketten.

- Einsatz von Weichmacher gegen Glasigkeit und Sprödheit.

- Je amorpher, desto grösser der Erweichungsbereich.

- Für elastisch-biegsames Verhalten.

- Je höher der Kristallinitätsgrad, desto geringer die Eigenschaftsänderungen bei TG.

- Gute Zähigkeit durch aufgetaute amorphe Bereiche, unzerbrechlich.

- Streut das Licht, nicht transparent

- Als härtbare Formmassen und Reaktionsharze.

- Hohe Festigkeit und gute Steifigkeit ohne Versprödung bei tiefen T.

- Nur kleine Änderungen in der Festigkeit und Dehnung, da enge Vernetzung.

- Nur spanabhebend bearbeitbar.

Typische Kunststoffe

- ?? Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (Dichtungen)??

- Polystyrol PS - Polycarbonat PC - Polymethylmethacrylat

PMMA (Plexiglas) - Styrol-Acrylnitryl-

Copolymerisat SAN - Acrylnitril-Butadien-

Styrol-Copolymerisat ABS

- Polyethylen PE - Polypropylen PP - Polyamid PA - Polyoxymethylen POM - Polytetrafluorethylen

PTFE (Teflon)

- Ungesättigte Polyester UP

- Epoxidharze EP - Phenolharze PF - Silikonharze SI

Beispiele

A Elastomer

B amorpher Thermoplast

C teilkristalliner Thermoplast

D Duromer

Anm.: Die Linien stellen Fadenmoleküle dar. Bei D sind Kreuzungsstellen kovalente Verbindungen = Vernetzungen (in A nur die Punkte), bei B und C nicht.

Weichmacher : … sind wichtig bei amorphen Thermoplasten im Glaszustand. Sie sind niedermolekulare Substanzen polaren Charakters und gewähren eine gewisse Beweglichkeit der Makromoleküle untereinander. Innere Weichmacher sind in die Makromoleküle eingebaut (freren erst beim Nebenerweichungsb. ein), aüssere Weichmacher lagern sich an Dipolen an (Benzolringe, Cl, …)