Eigenschaften von Kunststoff
Die Kunst unter den Stoffen - Eigenschaften von Kunststoff
Eigenschaften von Kunststoff:
Kunststoff wird seinem Namen gerecht. Der Einsetzbarkeit sind kaum Grenzen gesetzt. Nicht ohne Grund wurden weltweit seit 1950 ca. neun Milliarden Tonnen Kunststoff hergestellt – das sind mehr als eine Tonne pro Kopf der Weltbevölkerung. Dabei stammt die Hälfte hiervon aus den letzten 14 Jahren. Und spätestens mit Erfindung des 3D Druckers wurde Plastik zur richtigen Kunst.
Doch wie kam es dazu, dass Plastik diesen hohen Status erreichte und aus unserer heutigen Gesellschaft nicht mehr wegzudenken ist? Allein an der kostengünstigen Herstellung kann es nicht gelegen haben. Um der Antwort einen Schritt näher zu kommen, werfen wir einen genaueren Blick auf die Eigenschaften von Kunststoff.
Geringe Dichte
Während die Dichte von Gold 19,32 g/cm3 und die Dichte von Silber 10,49 g/cm3 beträgt, liegt die Dichte der meisten Kunststoffe zwischen 0,8 und 2,2 g/cm3. Sie sind damit erheblich leichter als Metalle oder keramische Werkstoffe. So können sie acht Mal leichter als Stahl und Kupfer, bis zu 11 Mal leichter als Silber und bis zu 20 Mal leichter als Gold sein. Aufgrund der geringen Dichte und des damit verbundenen geringen Gewichts macht sich Kunststoff für viele Einsatzbereiche interessant. So besteht ein moderner Mittelklassewagen aus rund 15 Prozent Kunststoffkomponenten. Das führt zu weniger Gewicht und weniger Treibstoffverbrauch.
Der Vorteil der geringen Dichte von Kunststoff macht sich überall im Alltag bemerkbar. Durch die ähnliche Dichte zu Wasser (1 g/cm3) bringt uns Kunststoff aber auch zum Nachdenken. Seit Jahrzehnten treiben nämlich große Kunststoffansammlungen auf den Ozeanen herum, Strände werden vermüllt und die Umwelt geschädigt.
Gute Festigkeit und hohe Zähigkeit
In Bezug auf mechanische Eigenschaften sind Kunststoffe anderen Werkstoffklassen häufig unterlegen. Ihre Festigkeit und Steifigkeit erreichen meist nicht die von Metallen oder Keramiken, für die meisten Einsatzbereiche reichen diese aber vollkommen aus. Für spezielle Bereiche hat man aufgrund der geringen Dichte und der leichten Verformbarkeit genug Spielraum, um durch konstruktive Mittel (höhere Wandstärken) oder durch den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen, die geringere Festigkeit und Steifigkeit zu kompensieren.
Obwohl die Festigkeiten vergleichsweise niedrig sind, brechen Kunststoffe, aufgrund ihrer zumeist guten Zähigkeit, weniger leicht als beispielsweise Keramik oder Glas. Deshalb werden Gebrauchsgegenstände für Kinder wie Spielzeuge, vielfach aus Kunststoff gefertigt.
Niedrige Verarbeitungstemperaturen
Die gängigen Verarbeitungstemperaturen für Kunststoffe liegen im Bereich von 250 bis 300 °C. Während Metalle bei hohen Temperaturen aufwendig gegossen werden müssen und Einschränkungen bezüglich der Gussformen bestehen, lassen sich aus Thermoplasten kompliziertere Formteile mit vergleichsweise geringem Aufwand anfertigen. Gleichzeitig können in einem Verarbeitungsschritt Additive, wie Farbpigmente oder Fasern, in das Material eingearbeitet werden, die sich bei den hohen Temperaturen des Metallgießens oder des Sinterns von Keramik zersetzen würden.
Schwache elektrische Leitfähigkeit
Die elektrische Leitfähigkeit von Plastik ist im Schnitt um 15 Größenordnungen kleiner als die von Metallen und verschafft somit Kunststoffen in elektrisch bezogene Anwendungen einen erheblichen Vorteil. Kunststoffe werden praktisch überall zur Isolation eingesetzt, z. B. in der Elektro- und Elektronikindustrie als Kabelummantelungen, Leiterplatten oder Schutzgehäuse.
In manchen Einsatzbereichen jedoch war die elektrische Leitfähigkeit von Kunststoff von großem Vorteil. Im Jahr 1977 gelang es schließlich Alan J. Heeger, Alan G. Mac Diarmid und Hideki Shirakwa einen leitfähigen (vergleichbar mit Metallen) Kunststoff zu entwickeln und machte die bereits sehr variablen Kunststoffe noch wandlungsfähiger.
Schwache Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen ist nur ein Bruchteil so groß wie die von Metallen. Da aus diesem Grund bei einer Berührung vergleichsweise wenig Wärmeenergie von der Hand übertragen wird (Kunststoffe sich also bei niedrigen Temperaturen dennoch warm anfühlen), werden Griffe an Werkzeugen, Geländern oder Fahrräder gerne aus Kunststoff hergestellt oder damit überzogen. Aber auch bei Matratzen oder Textilien wird gerne viel Kunststoff verwendet, um dem Körper so wenig Wärmeenergie wie möglich zu entziehen. Die leichte Brennbarkeit ist hingegen ein klarer Nachteil gegenüber mineralischer Glas- oder Steinwolle, Schaf- und Baumwolle, Kork, aber auch Massivholz.
Gute chemische Beständigkeit
Kunststoffe sind aufgrund ihrer organischen Natur beständig gegenüber anorganischen Flüssigkeiten wie Mineralsäuren, Laugen, sowie wässrigen Salzlösungen. Daher wurden Werkstoffe aus Kunststoff zur Herstellung von pflegeleichten Haus- und Elektrogeräten, Fahrzeugausstattungen oder Spielzeugen bevorzugt. Im Gegensatz zu Metallen reagieren sie allerdings empfindlich auf organische Lösungsmittel, wie Alkohole, Aceton oder Benzin. Dennoch gelang es auf diesem Gebiet beständige Kunststoffe zu entwickeln. Ein Beispiel ist der Kraftstofftank aus Polyethylen in modernen PKW, der überaus beständig gegenüber Korrosion und trotzdem unempfindlich gegenüber Benzin ist.
Fazit:
Den Eigenschaften von Kunststoff sind kaum Grenzen gesetzt. Ohne Zweifel handelt es sich bei Kunststoff um ein einzigartiges Material. Ob als Isolierstoff bei Kabelummantelungen oder als Wärmespeicher in Matratzen, seiner Einsetzbarkeit sind kaum Grenzen gesetzt. Vom kleinen Dübel bis zur Mondlandung, dank Kunststoff hat der Mensch in vielen Bereichen große technologische Fortschritte erzielen können. Es kann weder rosten noch morsch oder brüchig werden. Weiterhin wird Kunststoff nicht biologisch abgebaut, wodurch ihm seine Langlebigkeit verliehen wird. Diese Eigenschaft stellt sich aber gleichzeitig als das größte Problem für die Umwelt heraus, denn die sich in der Natur befindenden Müllberge wachsen seit der Erfindung des Kunststoffs immer mehr an.
Was sind die Folgen:
Riesige Mengen an Plastik Müll treiben seit Jahren auf den Ozeanen herum und können kaum entfernt werden. So wurde beispielsweise im Jahr 2018 eine 47 Jahre alte Plastikflasche an die Strände Großbritanniens gespült, die kaum veraltet war. In Verbindung mit niedrigen Herstellungskosten hat sich Kunststoff in vielen Einsatzbereichen, wie beispielsweise in der Verpackungsindustrie, als das perfekte Material herausgestellt. Eine Produktionsabnahme ist nicht in Sicht.
