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Struktur und Eigenschaften

Dieselben langen Ketten können spröde brechen, federn oder fließen — es kommt nur darauf an, wie frei sie sich bewegen dürfen.

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Kräfte zwischen den Ketten

  • Anknüpfung:Thermoplaste bestehen aus unvernetzten Ketten, zusammengehalten nur durch zwischenmolekulare Kräfte (6.1.1).
  • 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.
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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.
Merke

Amorpher Thermoplast beim Erwärmen: \(\text{hart} \xrightarrow{\;T_\text{g}\;} \text{thermoelastisch} \xrightarrow{\;T_\text{f}\;} \text{Schmelze} \xrightarrow{\;T_\text{z}\;} \text{Zersetzung}\)

Stelle mit den Reglern Temperatur und Vernetzungsgrad ein — oder starte das Aufheizen. Beobachte, ob die Ketten erstarrt sind, schwingen, aneinander vorbeigleiten oder zerbrechen.

Kettenbeweglichkeit im Modell

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.

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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.

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