Duroplaste

Duroplaste,korrektDuromeregenannt, sindKunststoffe,die nach ihrer Aushärtung durch Erwärmung oder andere Maßnahmen nicht mehr verformt werden können.Sie enthalten harte,amorphe,unlöslichePolymere.DieMakromolekülesind überkovalente Bindungenengmaschigvernetzt,was ihre fehlende Erweichung beim Erhitzen verursacht, daher sind sie nach der Aushärtung nur spanabhebend bearbeitbar. Die Vorprodukte (Prepolymere) sind in der RegelKunstharze,die noch schmelzbar bzw. löslich sind und – oft mitFüll-undFarbstoffenversetzt – gegossen oder warmgepresst werden können. Die Prepolymere sind tri- odermehrfunktionelleVerbindungen, die mit Hilfe von Härtern und evtl.Katalysatorenoder durch hohe Temperaturenpolymerisierenund zu einer engmaschigen Vernetzung führen.

Die Begriffe Kunstharz und Duroplast werden nicht immer klar voneinander unterschieden. Korrekterweise könnte ein Duroplast alsgehärtetes Kunstharzbezeichnet werden. Auch die schmelzbaren Vorprodukte für Duroplaste werden gelegentlich selbst Duroplaste genannt.In Analogie zu den schmelzbarenThermoplastenwerden die nach erfolgter Aushärtung nicht mehr schmelzbaren Duroplaste auchThermoduregenannt.Die englische Bezeichnung istthermosetfür ein bei erhöhter Temperatur aushärtendes Harz.

Klassifizierung

Duroplaste sind eine von drei Gruppen, in dieKunststoffenach ihrem mechanisch-thermischen Verhalten eingeteilt werden. Man unterscheidet zwischenThermoplasten,Elastomerenund Duroplasten. Während die Thermoplasteschmelzbarsind, 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.

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  Duroplastebestehen aus engmaschig vernetzten Polymeren. Vernetzungen sind in der Abbildung als rote Punkte dargestellt.
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  Elastomerebestehen aus weitmaschig vernetzten Polymeren. Die Weitmaschigkeit erlaubt unter Zugbelastung eine Streckung des Materials.
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  Thermoplastebestehen aus unvernetzten Polymeren, oft mit einer teilkristallinen Struktur (rot dargestellt). Sie haben eineGlastemperaturund sind schmelzbar.

Allgemeine Herstellung

Duroplast-Fertigungsanlage für einen Trabant inkl. dem Endprodukt am Fahrzeug (braun) imAugust Horch Museum

Video: Der Trabant mit seinen Kunststoffteilen aus Duroplast

Zur Herstellung von duromeren Kunststofferzeugnissen werden erst niedermolekulare Vorprodukte (die Kunstharze) ausMonomerengewonnen. Die Bildung der Harze kann je nach Art der Monomere überPolykondensationoderPolyadditionerfolgen. 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. BeiKondensationsharzenerfolgt 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 vonPhenolharz,HarnstoffharzundMelaminharzerfolgt überKondensationen.

BeiReaktionsharzenerfolgt die Härtung über Polyaddition oderradikalische Kettenpolymerisation,also ohne Abspaltung von flüchtigen Verbindungen. Hier ist Gießen und Laminieren ohne erhöhten Druck möglich. Reaktionsharze spielen beifaserverstärkten Kunststoffeneine wichtige Rolle. Mit Harzen vorimprägnierte Fasern (Prepregs) lassen sich zu Laminaten in eine gewünschte Form verarbeiten, die anschließend gehärtet wird. Beispiele für Reaktionsharze sindEpoxidharze,vernetzbarePolyurethaneundungesättigte Polyesterharze.

Anwendungsgebiete

• Bremsbeläge
• inFaser-Verbundwerkstoffen,wiekohlenstofffaserverstärktem Kunststoff(CFK) oderglasfaserverstärktem Kunststoff(GFK) als Matrixwerkstoff
• Gehäuse vonelektronischen Bauelementen
• Verkapselung vonelektronischen Baugruppen
• Haushalt (Bügeleisenhitzeschild, Topfgriffe und Herdleisten)
• Kabelbahnen
• Karosserieteile
• Leistungs- und Leitungsschutzschalter
• Motorraumanwendungen (Wasserpumpengehäuse, Riemenscheiben,Kommutatoren,Ansaugstutzen u. Ä.)
• Reflektoren (Autoscheinwerfer)
• Schutzhelme, wie derFeuerwehrhelm

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.