Duromere, Thermoplaste, Elastomere und Thermoplastische Elastomere – die Polymerklassen im Vergleich   

Kunststoffe sind – trotz aller Kritik – aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Es gibt kaum einen Bereich, in dem wir ihnen nicht begegnen – ob in Fahrzeugen, Haushaltsgeräten, medizinischen Produkten, Verpackungen oder technischen Industrieanwendungen. 

Hinter dem Sammelbegriff “Kunststoff” verbirgt sich jedoch eine Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften. Die Grundlage für ihr Verhalten bilden molekulare Strukturen der eingesetzten Polymere. Was das genau bedeutet und welche Eigenschaften Duromere, Thermoplaste, Elastomere und Thermoplastische Elastomere aufweisen, beschreibe ich in diesem Newsletter.

Grundsätzlich lässt sich die moderne Kunststoffwelt in vier große Werkstoffklassen einteilen: Thermoplaste, Duromere, Elastomere und Thermoplastische Elastomere. Jede dieser Gruppen zeichnet sich durch charakteristische Eigenschaften aus, die sie für bestimmte Anwendungen besonders geeignet machen. Eine Übersicht und das Verständnis dafür helfen dabei, die passenden Werkstoffe gezielt auszuwählen und ihre Potentiale optimal zu nutzen. 

Thermoplaste stellen die größte eingesetzte Kunststoffgruppe dar. Ihre Polymerketten sind linear, bzw. nur leicht verzweigt aufgebaut und es besteht keine chemische Vernetzung zwischen den einzelnen Molekülketten. Diese Struktur führt dazu, dass Thermoplaste durch Erwärmung weich werden und schließlich schmelzen. Während des Abkühlens erstarren sie wieder und behalten ihre neue Form bei. Dieser Vorgang kann mehrfach wiederholt werden, ohne dass die grundlegende Struktur und ihre mechanischen Eigenschaften verändert werden.

Ein wesentlicher Vorteil von Thermoplasten liegt in der Art ihrer Verarbeitungsmöglichkeiten: Spritzguss, Extrusion und Blasformen eignen sich ideal, um Thermoplaste in eine gewünschte Form zu bringen. Eine wirtschaftliche Herstellung großer Stückzahlen ist möglich. Zudem können viele Thermoplaste mehrfach aufgeschmolzen und wiederverarbeitet werden, was ihre Recyclingfähigkeit begünstigt.

Typische Kunststoffe dieser Werkstoffklasse sind Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyamide (PA). Sie werden unter anderem in Verpackungen, Flaschen, Rohren, technischen Bauteilen oder Fahrzeugkomponenten eingesetzt.

Duromere, auch bekannt als Duroplaste oder Thermosets, unterscheiden sich grundlegend von Thermoplasten. Ihre Polymerketten sind durch zahlreiche chemische Verbindungen dauerhaft miteinander vernetzt und es entsteht ein dreidimensionales Netzwerk, welches dem Material seine hohe Stabilität verleiht.

Die Werkstoffe werden durch einen Aushärtungsprozess vernetzt. Nach Abschluss dieser chemischen Reaktion kann die Form nicht mehr verändert werden. Im Gegensatz zu Thermoplasten schmelzen Duromere bei hohen Temperaturen nicht. Ab einer gewissen Temperatur zersetzen sie sich. 

Eine permanente Vernetzung bewirkt eine hohe Steifigkeit, Härte und Temperaturbeständigkeit. Duromere behalten ihre Form auch unter thermischer Belastung und zeigen eine gute chemische Beständigkeit.

Typische Anwendungen finden sich in elektrischen Isolationsbauteilen, Leiterplatten, Klebstoffen, Beschichtungen oder hitzebeständigen Gehäusen. Bekannte Vertreter sind Epoxidharze, Phenolharze oder Melaminharze.

Die hohe Vernetzung bringt jedoch auch Nachteile mit sich. Duromere sind vergleichsweise spröde und können nicht einfach recycelt werden. Eine erneute Aufschmelzung oder Umformung ist nicht möglich.
 

Eine dritte Kunststoffklasse bilden die Elastomere. Ihre Polymerketten sind ebenfalls miteinander vernetzt, allerdings deutlich weniger stark als bei den Duromeren. Diese leichte Vernetzung ermöglicht eine besondere Eigenschaft: Elastomere lassen sich stark verformen und finden nach Entlastung wieder in ihre ursprüngliche Form zurück. 

Sind bei einer Anwendung ein hoher Grad an Flexibilität und Elastizität gefragt, greifen wir auf Elastomere zurück. Bei hohen Temperaturen werden Elastomere zwar weicher, schmelzen jedoch nicht wie Thermoplaste. Eine Vernetzung sorgt für Stabilität. Bei einer zu hohen thermischen Belastung allerdings beginnt das Material zu altern oder sich zu zersetzen.

Typische Anwendungen sind Reifen, Dichtungen, Schläuche, O-Ringe oder Schwingungsdämpfer. Bekannte Elastomere sind Naturkautschuk, EPDM, NBR oder Silikonkautschuk.

Durch die chemische Vernetzung ist die Wiederverwertbarkeit klassischer Elastomere eingeschränkt. Das Recycling gestaltet sich deutlich komplexer als bei Thermoplasten.

Thermoplaste, Duromere und Elastomere – wie auch die Thermoplastischen Elastomere – verfolgen unterschiedliche technische Ansätze und erfüllen unterschiedliche Anforderungen. Thermoplaste überzeugen durch ihre Verarbeitbarkeit und Recyclingfähigkeit, Duromere durch ihre hohe Form- und Temperaturbeständigkeit und Elastomere durch ihre außergewöhnliche Elastizität.

Mit Thermoplastischen Elastomeren steht eine weitere Werkstoffgruppe zur Verfügung, die Eigenschaften verschiedener Polymerwelten miteinander kombiniert.
Welche Materialklasse die richtige Wahl ist, hängt letztlich immer von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Eine pauschal “beste” Lösung gibt es nicht. 

Vielmehr haben alle Polymerklassen ihre Daseinsberechtigung und tragen dazu bei, die vielfältigen Anforderungen moderner Produkte und Technologien zu erfüllen. Tägliche Neuentwicklungen in den einzelnen Produktklassen erweitern die Möglichkeiten. Und wir von KRAIBURG TPE freuen uns, unseren Beitrag zu leisten. 
Mit welchen Produkten arbeiten Sie und welche Erfahrungen möchten Sie teilen? Wir freuen uns auf den Austausch mit Ihnen. Schreiben Sie´s gerne in die Kommentare.