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Duroplaste bilden mit den Thermoplasten und den Elastomeren die Gruppen der Polymere. Polymere sind umgangssprachlich einfach Kunststoffe. Alle drei Gruppen zeichnen sich durch unterschiedliche Eigenschaften aus. In mancher Hinsicht sind Duroplasten das Gegenteil von Thermoplasten. Denn im Gegensatz zu den Thermoplasten, können Duroplasten nicht schmelzen. Nachdem sie einmal ausgehärtet sind, lassen sie sich nicht wieder verformen.
Auch Duroplasten bestehen wie die anderen beiden Gruppen aus langkettigen Makromolekülen. Diese basieren meist auf einer Kohlenstoffbasis und gehören zu den organischen Verbindungen. Die Molekülketten setzen sich aus immer wiederholenden Bausteinen zusammen. Sie werden auch Monomere genannt. Die Molekülketten liegen in der Regel ungeordnet vor. Ein anderes Wort dafür ist amorph.
Eine weitere Gemeinsamkeit mit den Elastomeren ist, dass beide Gruppen eine kovalente Bindung haben. Diese können unter Einwirkung von Hitze nicht gelöst werden, weshalb beide Gruppen nicht schmelzbar sind. Ist ein Duroplast noch nicht ausgehärtet, kann er gestreckt oder gedehnt werden. Da die Molekülketten unordentlich ineinander geordnet sind, können sie sich unter einer mechanischen Spannung entwirren und strecken. Hier siehst du einmal den nicht gestreckten Zustand von einem Duroplast und danach den gestreckten Zustand.
Quelle: fu-berlin.de
Quelle: fu-berlin.de
Duroplaste haben im Gegensatz zu den Elastomeren eine besonders engmaschige Vernetzung von Polymeren. Anstatt zu schmelzen zerfallen sie, wenn die Zersetzungstemperatur erreicht wurde. Aufgrund ihrer engen Verbindung, sind die Makromoleküle in ihrer Bewegungsfreiheit eingeschränkt. Sie sind deshalb nicht elastisch wie die Elastomere. Unter hohen mechanischen Einwirkungen reagieren sie mit Rissen oder Sprüngen.
Ihre Kerneigenschaften sind, dass sie eine hohe thermomechanische Festigkeit besitzen und im Verhältnis zu Metallen leicht sind. Bei niedrigen Temperaturen sind Duroplasten in einem hartelastischen Zustand, das heißt, sie sind hart und spröde. Das Vorprodukt von Duroplasten ist in der Regel Kunstharz. Diese sind in der Tat noch schmelzbar oder löslich. Ein Duroplast könnte auch als gehärtetes Kunstharz bezeichnet werden.
Damit ein Duroplast hergestellt werden kann benötigt man:
Gibt man dann Härter oder Katalysatoren hinzu, können diese zu einem engmaschigen Netzwerk reagieren. Teilweise kann die Reaktion auch durch hohe Temperaturen hervorgerufen werden.
In der Herstellung werden zuerst niedermolekulare Vorprodukte erzeugt. Das sind die Kunstharze. Mit Hilfe der beiden Verfahren Polykondensation oder Polyaddition kann dies erreicht werden. Dann werden Reaktionsbeschleuniger hinzugefügt und gegebenenfalls noch Farbstoffe. Damit Duroplasten nicht nach ihrer Aushärtung mechanisch durch Bohren, Sägen oder Schleifen bearbeitet werden müssen, werden sie direkt in die benötigte Form gebracht. Fertigungsverfahren wie Spritzguss, Gießen oder Extrusion werden dafür verwendet.
Duroplasten finden im Alltag ihre Anwendung in zum Beispiel Pfannengriffen und Topfgriffen. Zum einen sind sie dort aufgrund ihrer thermischen Beständigkeit gut einsetzbar, aber auch wegen ihrer guten Isolation. Für die Herstellung von Bremsbelegen werden sie ebenfalls verwendet. Genau in solchen Anwendungsgebieten müssen sie langlebig und hitzebeständig sein. Kunststoffe wie Polyester, Epoxidharze und Polyurethane gehören zu den Duroplasten. Polyester wird unter anderem auch für die Herstellung von Kleidern eingesetzt.
Der Nachteil von Duroplasten ist, dass sie aufgrund ihrer Langlebigkeit und Hitzebeständigkeit nicht einfach recycelbar sind. Ihre chemischen Bindungen sind stärker als bei anderen Materialien. Demnach können sie nur verbrannt oder irgendwo gelagert werden. Gerade Duroplasten neigen deshalb dazu, besonders umweltschädlich zu sein.
Bis heute gibt es keine Möglichkeit, diesen Kunststoff richtig abzubauen. Forscher haben jedoch im Jahr 2020 eine Möglichkeit gefunden, wie man es zukünftig umsetzbar machen könnte. Durch die richtige Menge an Säuren, Basen oder Fluorid werden die Bindungen gebrochen und der Kunststoff zerfällt. Das neu gewonnene Material, weist sogar bessere mechanische Eigenschaften auf als zuvor. Es wird jedoch noch länger dauern, bis diese Idee ausgereift ist.
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