Duroplast
Duroplaste, auch Duromere genannt, sind Kunststoffe, die nach ihrer Aushärtung nicht mehr verformt werden können. Duroplaste sind harte, glasartige Polymerwerkstoffe, die über chemische Hauptvalenzbindungen dreidimensional fest vernetzt sind. Die Vernetzung erfolgt beim Mischen von Vorprodukten mit Verzweigungsstellen und wird entweder bei Raumtemperatur mit Hilfe von Katalysatoren chemisch (isotherm) oder bei hohen Temperaturen thermisch (exotherm) aktiviert.
Klassifizierung
Duromere bilden eine von drei Gruppen, in die Polymere eingeteilt werden. Man unterscheidet hierbei je nach dem Vernetzungsgrad zwischen den makromolekularen Hauptketten nach Thermoplasten, Elastomeren und Duroplasten. Während die Thermoplaste keine Vernetzungsstellen aufweisen und daher aufschmelzbar sind, können Elastomere und Duroplaste aufgrund ihrer Vernetzung nicht aufgeschmolzen werden und zerfallen nach Überschreiten der Zersetzungstemperatur (Pyrolyse).
Zu den Duroplasten zählen die Aminoplaste und die Phenoplaste, die beide über Methylenbrücken (—CH2—) oder Methylenetherbrücken miteinander verbunden sind, aber auch Epoxidharze, vernetzte Polyacrylate und weitere vernetzte Polymere. Epoxidharze, Acrylate und Polyurethane können auch aus Biopolymeren hergestellt werden. Biopolymere sind Polymere auf Basis nachwachsender Rohstoffe (z. B. Pflanzenöle), die in ihren Eigenschaften den erdölbasierten Harzen ähneln, so dass sie nach den bekannten Verfahren verarbeitet werden können. Die bekanntesten Duroplaste sind Melaminharze. Diese entstehen durch Polykondensation von Melamin mit Formaldehyd.
Herstellung
Duroplaste werden oft mittels Polykondensation hergestellt. Zur Herstellung von Duroplasten werden Polymerketten untereinander oder mit Monomeren vernetzt. Die Vernetzung der Bausteine wird mittels Wärme, Strahlung oder chemischen Additiven initiiert. Bei einem Aushärtungsprozess bilden sich hierbei lineare Kettenmoleküle, die sich auch untereinander dreidimensional vernetzen und dabei eine stabile Struktur bilden. Nach dem Aushärten können sie ihre Form nicht mehr verändern. Auf mechanische Einwirkung reagieren sie mit Rissen oder Sprüngen. Durch während der Polykondensation entstehende Spaltprodukte werfen Duroplaste anfangs oft Blasen. Zusätzlich neigen einige zum Schrumpfen, Springen und Zerbröseln. Letzteres liegt in dem Abbau von während der Herstellung entstehenden Eigenspannungen begründet.
Geschichte des Werkstoffs
Duroplaste aus Kunstharzen gehören zu den ersten industriell produzierten Kunststoffen. Ursprünglich konnten sie nur in Pressformen aus ihren Vorstufen (z. B. Phenoplaste aus Phenolharzen) hergestellt werden und wurden deshalb auch als Pressmassen bezeichnet, im Gegensatz zu Thermoplasten, die man als Spritzgießmassen bezeichnete. Erst ab Mitte der 1960er Jahre wurden Verfahren entwickelt, die die Herstellung von Duroplasten im Spritzgießverfahren ermöglichten. Heutzutage werden Duroplaste in zahlreichen Verfahren verarbeitet. Im Vordergrund stehen dabei immer die hohe thermomechanische Festigkeit und das im Vergleich zu Metall geringe spezifische Gewicht.
Anwendungsgebiete
- Motorraumanwendungen (Wasserpumpengehäuse, Riemenscheiben, Kommutatoren, Ansaugstutzen u.ä.)
- Bremsbeläge
- Schutzhelme, wie der Feuerwehrhelm
- Kabelbahnen
- Leistungs- und Leitungsschutzschalter
- Gehäuse von elektronischen Bauelementen
- Karosserieteile
- Reflektoren (Autoscheinwerfer)
- Haushalt (Bügeleisenhitzeschild, Topfgriffe und Herdleisten)
Ein weiteres Anwendungsgebiet war früher die Karosserieaußenhaut des Pkw Trabant. Die Verpressung jener zum Duroplast erfolgte hier bei einem Pressdruck von 400 N/cm² sowie einer Temperatur von 170 °C.
Heutzutage werden zahlreiche Baugruppen aus Metall im Automobil-Motorraum durch Duroplast-Bauteile ersetzt. Aufgrund der geringen Dichte, der relativ hohen Temperaturstabilität und der häufig geringeren Bauteilkosten nimmt dieser Trend deutlich zu.