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Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Werkstoffkunde: Elektrische Isolierstoffe – Kunststoffe (11)

Diese Ausgabe der Grundlagenreihe zur Werkstoffkunde vermittelt Grundkenntnisse über Kunststoffe. Beschrieben werden der molekulare Aufbau, die Eigenschaften und die Verwendungszwecke unterschiedlicher Kunststoffgruppen. Die Tatsache, dass eine Vielzahl von 
Anwendungen in der Elektrotechnik vor allem die isolierende Wirkung vieler Kunststoffe nutzt, sollte selbst einem Nichtelektriker bekannt sein.

<<<<<<<<Objekte aus Parkesin um 1860>>>>>>>> Auf der Weltausstellung 1862 in London erhielt der Metallurge und Erfinder Parkes für Parkesine die Bronze-Medaille und 1867 in Paris die Silber-Medaille. (Quelle: blog.sciencemuseum.org.uk/alexander-parkes-materials-man-and-polymath)

Entdeckung von Kunststoff

Im Jahr 1862 behandelte der englische Chemiker Alexander Parkes Baumwollfasern mit Salpetersäure. Es löste sich dabei das entstandene Zellulosenitrat zusammen mit einem Weichmacher (Kampfer) in Alkohol und ließ das Lösungsmittel verdunsten. Es entstand ein neuer gießbarer Werkstoff: Parkesin (Bild). Das Zeitalter des Kunststoffes hatte begonnen.

Eigenschaften

Die Eigenschaften fast aller Kunststoffe können durch Vor- oder Nachteile gegenüber anderen Werkstoffen wie z. B. Metallen dargestellt werden.

Vorteile von Kunststoffen sind unter anderem:

  • große elektrische Isolierfähigkeit,
  • Wärmeschutzwirkung sowie Dämmwirkung gegen Schall,
  • hohe Beständigkeit gegen Korrosion und Verrottung,
  • niedrigere spezifische Masse,
  • leichte Formbarkeit und wirtschaftliche Verarbeitbarkeit.

Dadurch sind Kunststoffe ideale Werkstoffe für Massenproduktion. Die Einfärbung von Kunststoffen in eine vielfältige Farbgebung ist ein weiterer Vorteil von Kunststoffen. Dazu kommt die Möglichkeit, glatte Oberflächen zu schaffen und damit einfach bedruckbar zu werden.

Nachteile von Kunststoffen sind unter anderem:

  • meist nur geringe mechanische Festigkeit,
  • zum Teil geringe Formbeständigkeit bei Wärme,
  • Anfälligkeit gegen Alterung (d. h. Beeinträchtigung der physikalischen Eigenschaften unter der Einwirkung von Licht, Wärme und Sauerstoff),
  • meist brennbar (aufgrund der organischen Struktur der meisten Kunststoffe),
  • schwierig auszubessern, Reparatur lohnt sich nur selten.

Speziell gewünschte Eigenschaften lassen sich durch verschiedene Verarbeitungstechniken sowie durch das Beimischen von Fremdstoffen erzielen. So ist es möglich, Kunststoff bei Zugabe von Weichmachern elastisch werden zu lassen oder mit Glasfasern zu verstärken sowie ihn mit Zugabe von Treibmitteln aufschäumen zu lassen.

Molekularer Aufbau von Kunststoffen

Begriffserklärungen

Makromoleküle: Moleküle, die aus tausenden Atomen bestehen (makro steht für groß).

Monomere: kleine gleichartige Moleküle (griechisch mono ⩠ 1, mer ⩠ Teil).

Polymere: aus vielen Monomeren zusammengesetzte Riesenmoleküle, sogenannte Makromoleküle (griechisch poly entspricht viel).

Herstellung

  • Durch chemische Umwandlung von makromolekularen Naturstoffen wie Zellulose, Eiweiß, Naturkautschuk und Naturharzen entstehen Kunststoffe.
  • Dies geschieht durch eine Verknüpfung (Synthese) der kleinen Moleküle (Monomere) zu Makromolekülen (Polymere) auf vollsynthetische Art.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren wäre die Polymerisation. Dabei wird durch Temperatur und Druck die typische Doppelbindung der Monomere aufgebrochen und die Monomere verbinden sich untereinander.

Die Ausgangsstoffe für diese Verknüpfung werden vorwiegend aus Erdgas, Erdöl und Kohle gewonnen. Reaktionsfähige Kohlenstoffverbindungen und aus Wasser, Luft und Kochsalz stammender Wasserstoff: Sauerstoff, Stickstoff und Chlor.

Einteilung

Verschiedene Kunststoffarten unterscheiden sich nach Art und Anordnung der am Aufbau beteiligten Atome sowie die Gestalt, Größe und Ordnung der Makromoleküle. Aufgrund des chemischen Aufbaus wird unterschieden in

  • Plastomere (auch Thermoplaste genannt),
  • Duromere (auch Duroplaste genannt),
  • Elastomere (gummiartige Kunststoffe).

Autor: K.-H. Bleiß

Der vollständige Beitrag ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

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