Warum werden Kunststoffe verwendet?<\/h2>\n
Kunststoffe haben drei wesentliche Vorteile<\/p>\n
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- Sie lassen sich leicht zu Bauteilen mit komplizierten Konturen verarbeiten.<\/li>\n
- Sie sind leichter als andere Werkstoffe.<\/li>\n
- Sie sind gegen viele aggressive Stoffe best\u00e4ndig.<\/li>\n<\/ol>\n
Nachteilig ist, dass Kunststoff altert. Aber das wurde nicht so schnell erkannt. Die Alterungsprozesse laufen so langsam ab, dass man sich an die Bequemlichkeiten gew\u00f6hnt hatte, bevor der Erkenntnisgewinn eintrat. Jetzt sind verst\u00e4rkte Anstrengungen erforderlich, um die Folgen in Grenzen zu halten.<\/p>\n
![\"Im](\"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/wp-content\/uploads\/2019\/06\/Kunststoffteile.jpg\" "\\"Im")
\u00a9 oyoo – stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n Was passiert bei der Alterung von Kunststoffen?<\/h2>\n
Irgendwann zerbr\u00f6seln Sie alle. Vorher ver\u00e4ndern sie durch die Einwirkung von UV-Strahlung, Sauerstoff und Feuchtigkeit ihre innere Struktur. W\u00e4rme und wechselnde mechanische Beanspruchungen beschleunigen diese Vorg\u00e4nge. Die Werkstoffe geben \u00e4u\u00dferen Kr\u00e4ften nach und verformen sich. Dauerhaft wechselnde Beanspruchungen f\u00fchren zur Erm\u00fcdung. Au\u00dferdem gleichen sich herstellungsbedingte mechanische Spannungsunterschiede im Werkstoffinneren langsam aus. Das wird in Fachkreisen gerne als Relaxation bezeichnet. Um gezielt bestimmte Eigenschaften hervorzurufen, werden einigen Kunststoffen Zus\u00e4tze beigemischt. Bekannt sind vor allem Weichmacher, die eine Verspr\u00f6dung des Werkstoffs verhindern. Die Zusatzstoffe verteilen sich zuweilen ungleichm\u00e4\u00dfig im Material oder entweichen daraus. Auch diese Vorg\u00e4nge tragen zum Altern von Kunststoffen bei.<\/p>\n
Schwerpunkte bei der Erforschung der Alterungsprozesse<\/h2>\n
Mit dem Ziel, das Altern zu verz\u00f6gern, werden die einzelnen Prozesse untersucht. Das Wissen \u00fcber die Abl\u00e4ufe soll helfen, Alterungsprozesse zu verz\u00f6gern. Um die Forschungsergebnisse nutzbringend einordnen zu k\u00f6nnen, wird ein System ben\u00f6tigt. Darin werden die chemische und die physikalische sowie die innere und die \u00e4u\u00dfere Alterung unterschieden. Und es werden Begriffe definiert. Schwierigkeiten bereitet allerdings, dass die Vorg\u00e4nge oft gleichzeitig ablaufen, sich gegenseitig beeinflussen und sich manchmal gar nicht richtig voneinander abgrenzen lassen. Verwertbare Ergebnisse lassen sich nur auf der Grundlage von praktischen Versuchen ermitteln. In Langzeitstudien werden Werkstoffproben den Witterungsbedingungen oder anderen Belastungen ausgesetzt. Daran wird der Fortschritt des Alterns beobachtet. Das langsame Voranschreiten der Materialalterung verhindert schnelle Erkenntnisse. Abhilfe schaffen k\u00fcnstliche Alterungsmethoden, bei denen h\u00f6here Beanspruchungen erzeugt werden, als bei der sp\u00e4teren Nutzung zu erwarten sind.<\/p>\n
![\"Verschiedene](\"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/wp-content\/uploads\/2019\/06\/Kunststoffe.jpg\" "\\"Verschiedene")
\u00a9 sorapolujjin – stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n Chemische Alterung<\/h2>\n
Allen Kunststoffen gemeinsam ist, dass sie aus Makromolek\u00fclen zusammengesetzt sind. Die einzelnen Atome bilden je nach Kunststoffart teils lange, teils verzweigte Ketten. Die langkettigen Molek\u00fcle sind entweder ineinander verkn\u00e4ult oder sie liegen ausgestreckt beieinander. Aus diesen Strukturen und aus den chemischen Eigenschaften der einzelnen Molek\u00fcle ergibt sich das Verhalten des jeweiligen Kunststoffs. Chemische Prozesse f\u00fchren zur Zerst\u00f6rung der Makromolek\u00fcle. Licht, vor allem UV-Licht, wirken von au\u00dfen auf die Ketten ein und brechen sie auseinander. Wasser, Stickstoff und Sauerstoff aus der Atmosph\u00e4re dringen in das Material ein und bilden entweder neue chemische Verbindungen mit den Bruchst\u00fccken oder die vorhandenen Bruchst\u00fccke reagieren miteinander. H\u00e4ufig kommt es dabei zum Abspalten kleiner Molek\u00fcle wie Wasser, Chlorwasserstoff oder Stickstoffverbindungen, die langsam aus dem Material herauswandern und in die Umgebung entweichen. Diese Prozesse f\u00fchren zum Verlust der mechanischen Festigkeit oder zur Verspr\u00f6dung und schlie\u00dflich zum Zerbr\u00f6seln.<\/p>\n
Physikalische Alterung<\/h2>\n
Auch wenn die Zusammensetzung der Makromolek\u00fcle erhalten bleibt, f\u00fchren Umgebungseinfl\u00fcsse und Bereiche unterschiedlicher Struktur oder Spannungsverteilung im Material zum Altern von Kunststoffen. Erfahrungsgem\u00e4\u00df strebt die Natur stets Gleichgewichte an. K\u00fcnstlich hergestellte Stoffe st\u00f6ren Gleichgewichte. Die Natur versucht, diese wiederherzustellen. Au\u00dferdem verursachen \u00c4nderungen der Temperatur und das Einwirken mechanischer Kr\u00e4fte in den Kunststoffteilen mechanische Spannungen, die die Struktur ver\u00e4ndern. Das Eindringen von Wasser und anderen Stoffen st\u00f6rt den Materialzusammenhalt, weil sie sich zwischen den Molek\u00fclen ablagern. Zu physikalischen Alterungsvorg\u00e4ngen f\u00fchren auch sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen, die den Werkstoff verspr\u00f6den oder erweichen lassen. Die Makromolek\u00fcle ver\u00e4ndern dabei ihre Form und finden nicht mehr zur urspr\u00fcnglichen Struktur zur\u00fcck.<\/p>\n
![\"Hartkunststoffteile](\"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/wp-content\/uploads\/2019\/06\/Zahnr\u00e4der.jpg\" "\\"Hartkunststoffteile")
\u00a9 Oleg Zhukov – stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n Innere und \u00e4u\u00dfere Alterung<\/h2>\n
Wirksame Ma\u00dfnahmen zur Verz\u00f6gerung von Alterungsprozessen m\u00fcssen stets den Ursachen der Vorg\u00e4nge entgegenwirken. Zu diesem Zweck werden innere und \u00e4u\u00dfere Alterung unterschieden. Die inneren Ver\u00e4nderungen resultieren aus Ungleichm\u00e4\u00dfigkeiten, die sich bei der Herstellung der Werkstoffe ergeben haben. Beispielsweise f\u00fchrt ungen\u00fcgende Durchmischung der Komponenten zu Konzentrationsunterschieden und zu Nebenrektionen mit st\u00f6renden Reaktionsprodukten. Bei der Verarbeitung des Materials bewirken zu schnelle Abk\u00fchlung und zu gro\u00dfe Differenzen der Temperatur zwischen einzelnen Werkstoffbereichen eine Beschleunigung der Alterungsvorg\u00e4nge. Diese Zusammenh\u00e4nge m\u00fcssen bei der Herstellung von Kunststoffen ber\u00fccksichtigt werden. \u00c4u\u00dferen Einfl\u00fcssen, wie UV-Licht, Feuchtigkeit oder aggressiven Medien muss w\u00e4hrend der Nutzung der Kunststoffteile entgegengewirkt werden. Sie lassen sich zum Beispiel durch geeignete Oberfl\u00e4chenbeschichtungen blockieren. Eine sorgf\u00e4ltige Materialauswahl, die auf den vorgesehenen Einsatzzweck abgestimmt ist, und die Ber\u00fccksichtigung von zu erwartenden Temperatur- und Spannungsverteilungen bei der Konstruktion der Teile tragen ebenfalls zur Verz\u00f6gerung der Materialalterung bei.<\/p>\n
Wie vermindert man die Folgen der Einflussfaktoren auf die Alterung?<\/h2>\n
Zur Verminderung der Auswirkungen von Einflussfaktoren lassen sich vier Strategien verfolgen:<\/p>\n
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- Einfl\u00fcsse g\u00e4nzlich vermeiden<\/li>\n
- Einfl\u00fcsse blockieren<\/li>\n
- Best\u00e4ndigkeit gegen Einfl\u00fcsse erh\u00f6hen<\/li>\n
- Rechtzeitiger Austausch gesch\u00e4digter Teile<\/li>\n<\/ol>\n
Einfl\u00fcsse g\u00e4nzlich zu vermeiden, ist nur in Ausnahmef\u00e4llen m\u00f6glich. Denkbar sind klimatisierte, UV-gesch\u00fctze R\u00e4ume, abgekapselte Ger\u00e4te oder trockene, sauerstoff- und stickstofffreie Schutzatmosph\u00e4re. Lackierungen<\/a> blockieren \u00e4u\u00dfere Einfl\u00fcsse. Der Erh\u00f6hung der Best\u00e4ndigkeit dienen Alterungsschutzmittel, die dem Reaktionsgemisch bei der Herstellung von Kunststoffen zugegeben werden, und Pflegemittel, die den Kunststoff w\u00e4hrend seiner Nutzung widerstandsf\u00e4hig halten. Folgen, die der Ausfall eines relevanten Teils auf das Gesamtsystem hat, sind durch den rechtzeitigen Austausch dieses Bauteils zu vermeiden. Das setzt voraus, dass Kriterien entwickelt und angewendet werden, mit denen das Ausfallverhalten beurteilt werden kann.<\/p>\n
![\"METALL-](\"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/wp-content\/uploads\/2019\/06\/METALL-UND-KUNSTSTOFFLACKIERUNG.jpg\" "\\"Metall-")
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