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Thermoplaste und Duroplaste: wie reagieren sie auf Hitze?

Omelet demonstrates thermoset characteristics
Abbildung 1: Bei Eiern und Duroplasten ist die Zustandsänderung dauerhaft; bei Käse und Thermoplasten ist sie umkehrbar.

Den Unterschied zwischen Thermoplasten und Duroplasten lässt sich an der Zubereitung eines Omelettes veranschaulichen (siehe Abbildung 1). Wir beginnen mit einem Ei, einer Scheibe Käse und einer heißen Pfanne. Das Ei ist zunächst eine Flüssigkeit (eigentlich ein Kolloid, aber wir wollen nicht kleinlich sein), die in einer heißen Pfanne zu einem Festkörper wird. Der Käse wiederum ist zunächst ein Festkörper, wird jedoch beim Erhitzen (nicht aber beim Überhitzen) zu einer viskosen Flüssigkeit. Nach dem Erhitzen des Eis kehrt es nie wieder in seinen flüssigen Zustand zurück, egal ob man es abkühlen lässt oder erneut erhitzt; es bleibt fest — ebenso wie Duroplaste. Kühlt hingegen der Käse ab, nimmt er wieder seinen festen Zustand an; beim erneuten Erhitzen beginnt er zu fließen — ebenso wie Thermoplaste.

Den Unterschied zwischen Thermoplasten und Duroplasten lässt sich an der Zubereitung eines Omelettes veranschaulichen (siehe Abbildung 1). Wir beginnen mit einem Ei, einer Scheibe Käse und einer heißen Pfanne. Das Ei ist zunächst eine Flüssigkeit (eigentlich ein Kolloid, aber wir wollen nicht kleinlich sein), die in einer heißen Pfanne zu einem Festkörper wird. Der Käse wiederum ist zunächst ein Festkörper, wird jedoch beim Erhitzen (nicht aber beim Überhitzen) zu einer viskosen Flüssigkeit. Nach dem Erhitzen des Eis kehrt es nie wieder in seinen flüssigen Zustand zurück, egal ob man es abkühlen lässt oder erneut erhitzt; es bleibt fest — ebenso wie Duroplaste. Kühlt hingegen der Käse ab, nimmt er wieder seinen festen Zustand an; beim erneuten Erhitzen beginnt er zu fließen — ebenso wie Thermoplaste.

Cross linking found in thermoset materials
Abbildung 2: Thermoplastische und duroplastische Polymere

Wir von Protomold werden hin und wieder gefragt, ob wir auch duroplastische Kunststoffe mit dem Spritzgussverfahren verarbeiten können. Leider können wir das nicht. Duroplastische Werkstoffe werden in unerhitzter flüssiger Form in beheizte Formen eingespritzt. Die Thermoplaste, die wir verwenden, werden unter Hochdruck geschmolzen, in die Formen eingespritzt und vor dem Auswerfen abkühlen gelassen. In manchen Fällen können wir jedoch thermoplastische Werkstoffe empfehlen, die anstelle von Duroplasten zur Prototypenherstellung (und gelegentlich für die Produktion) verwendet werden können. Das ist meistens bei elastischen Duroplasten, wie Kautschuk, vulkanisiertem Kautschuk, Silikon (sofern sie nicht in Anwendungen mit hohen Temperaturen getestet werden müssen) und manchen Urethanen der Fall.

Proto Labs hält eine große Auswahl an thermoplastischen Elastomeren (TPE), thermoplastischen Vulkanisaten (TPV) und thermoplastischen Polyurethanen (TPU) vorrätig, welche die gleichen elastischen (Rückprallelastizität) und Härteeigenschaften besitzen, wie elastische Duroplaste (außer, wie beschrieben, die Hitzebeständigkeit von Silikon). Bei Verwendung dieser Kunststoffe kann Protomold Prototypenteile herstellen, die schnellere und deutlich günstigere Funktionstests erlauben, als dies mit Duroplasten möglich ist. Protomold kann Ihnen die Auswahl der Kunststoffe zwar nicht abnehmen, unsere technischen Kundenberater stehen Ihnen jedoch unter der Rufnummer +49 (0)6261 6436947 beim Abwägen der Eigenschaften verfügbarer thermoplastischer Kunststoffe hilfreich zur Seite. Sie können ermitteln, ob sich einer davon für die Herstellung geeigneter Prototypen für Teile eignen, die schließlich aus Duroplasten hergestellt werden. Oder Sie stellen fest, dass sich thermoplastische Kunststoffe für Ihr Projekt eignen.