Kräfte zwischen den Ketten
- Anknüpfung:Thermoplaste bestehen aus unvernetzten Ketten, zusammengehalten nur durch zwischenmolekulare Kräfte.
- Van-der-Waals-Kräfte:wirken zwischen allen Ketten; sie wachsen mit Kettenlänge und Kontaktfläche.
- Dipol-Dipol-Kräfte:bei polaren Bindungen in der Kette, z. B. C–Cl in PVC.
- Wasserstoffbrücken:bei O–H- oder N–H-Gruppen — die stärksten Kräfte zwischen Ketten.
- Verzweigung:Seitenketten verhindern dichte Packung — geringere Dichte, weicher, niedrigere Schmelztemperatur.
- Teilkristallin:Bereiche mit parallel gepackten Ketten (Kristallite) neben ungeordneten (amorphen) Knäueln.
Zwischenmolekulare Kräfte: Van-der-Waals-Kräfte wachsen mit Kettenlänge und Kontaktfläche; dazu kommen Dipol-Dipol-Kräfte (z. B. C–Cl) und Wasserstoffbrücken (O–H, N–H), die stärksten.
Verzweigung: Seitenketten verhindern dichte Packung: geringere Dichte, weicher, niedrigere Schmelztemperatur.
Teilkristallin: Kristallite aus parallelen Ketten neben amorphen Knäueln.
Temperatur und Vernetzung
- Glasübergangstemperatur \(T_\text{g}\):darunter sind die Kettensegmente eingefroren — der Stoff ist hart und spröde.
- Fließtemperatur \(T_\text{f}\):nur bei Thermoplasten — ganze Ketten gleiten aneinander vorbei.
- Zersetzungstemperatur \(T_\text{z}\):Atombindungen in den Ketten brechen — gilt für alle Klassen.
- Elastomere:\(T_\text{g}\) liegt unter der Gebrauchstemperatur, das weite Netz verhindert das Fließen.
- Duroplaste:das enge Netz blockiert die Ketten bis zur Zersetzung.
Amorpher Thermoplast beim Erwärmen: \(\text{hart} \xrightarrow{\;T_\text{g}\;} \text{thermoelastisch} \xrightarrow{\;T_\text{f}\;} \text{Schmelze} \xrightarrow{\;T_\text{z}\;} \text{Zersetzung}\)
\(T_\text{g}\): Unter der Glasübergangstemperatur sind die Kettensegmente eingefroren: hart und spröde.
\(T_\text{f}\): Fließtemperatur, nur bei Thermoplasten: Ketten gleiten aneinander vorbei (Schmelze).
\(T_\text{z}\): Zersetzungstemperatur: Atombindungen brechen, gilt für alle Klassen.
Vernetzung: Elastomere haben \(T_\text{g}\) unter der Gebrauchstemperatur, ein weites Netz verhindert das Fließen; Duroplaste bleiben durch das enge Netz starr bis zur Zersetzung.
Stelle mit den Reglern Temperatur und Vernetzungsgrad ein — oder starte das Aufheizen. Beobachte, ob die Ketten erstarrt sind, schwingen, aneinander vorbeigleiten oder zerbrechen.
Halte fest: Unterhalb von \(T_\text{g}\) sind alle Ketten eingefroren. Darüber entscheidet die Vernetzung: ohne Netz gleiten die Ketten (Schmelze), mit weitem Netz federn sie, mit engem Netz bleiben sie starr bis zur Zersetzung.
Allgemeine Hinweise
\(T_\text{g}\) ist kein Schmelzpunkt
Am Glasübergang werden nur Kettensegmente beweglich; der Stoff erweicht über einen Temperaturbereich. Amorphe Kunststoffe haben keine scharfe Schmelztemperatur.
Kristallit ≠ Vernetzung
Kristalline Bereiche entstehen durch geordnete Packung und zwischenmolekulare Kräfte. Sie schmelzen beim Erwärmen — Vernetzungsstellen sind dagegen Atombindungen.
Gebrauchstemperatur mit \(T_\text{g}\) vergleichen
Liegt \(T_\text{g}\) über der Gebrauchstemperatur, ist der Kunststoff hart; liegt sie darunter, ist er weich bzw. — bei Vernetzung — gummielastisch.