Polyester (PET & PBT)

Kamen früher Getränke ausschließlich in klaren Glasflaschen ins Haus, so hat sich das in den letzten Jahren grundlegend geändert. Die Kunststoffflasche ist leichter, günstiger herzustellen, einfacher zu recyceln und bruchfester. Ihre Ökobilanz über die gesamte Lebensdauer fällt im Vergleich zur Glasflasche günstiger aus. Auf Grund seiner geringen CO2-Durchlässigkeit und seiner klaren Transparenz wird in den meisten Fällen der Polyester Polyethylenterephthalat (PET) verwendet. Im Jahr 2000 fiel ein Viertel der weltweiten PET-Produktion auf die Herstellung von Kunststoffflaschen. Weitere interessante Verwendungsgebiete sind Schmuckverpackungen für Parfums oder Umverpackungen von wertvollen Lebensmitteln wie Pralinés.

Eigenschaften

PET ist einer der technisch wichtigsten Vertreter unter den Polyester-Kunststoffen. Den Namen verdanken diese der so genannten Ester-Gruppe, einer Molekülstruktur die im Polymeraufbau zu finden ist. Das erste Mal gelang Wallace Hume Carothers 1930 die Herstellung eines Polyesters als Ersatzmaterial für Naturfasern als Destillationsprodukt aus einer Schmelze. Heute existieren neben den gesättigten, linearen Polyestern wie PET mit thermoplastischen Eigenschaften auch ungesättigte Polyester, die zu duroplastischen Polymeren vernetzt werden können. Der ungesättigte Zustand geht auf eine C=C Doppelbindung zurück. Während des Vernetzungsvorgangs reagiert diese mit polymerisierbaren Lösungsmitteln wie Styrol unter Einfluss von Katalysatoren und Beschleunigern zu einem sehr stabilen und warmformbeständigen Duroplasten. Diese sind glasklar und haben eine gelbliche Farbe.

Verstärkt mit Fasermaterialien können vernetzte Polyesterharze Festigkeiten in der Größenordnung von unlegiertem Stahl aufweisen. UP-Harze haben gute elektrische Isolationseigenschaften und können auch bei niedrigen Temperaturen ohne Versprödung Verwendung finden. Dauerhaft einsetzbar sind sie bis zu einer Temperatur von 140 °C. Polyesterharze sind ebenfalls für Lebensmittelverpackungen zugelassen.

Bei den thermoplastischen Polyestern ist für die technischen Anwendungen neben PET auch noch Polybutylenterephthalat (PBT) bedeutend. Je nach Kristallisationsgeschwindigkeit nimmt PET entweder eine amorph-transparente oder teilkristalline Struktur mit weiß opaker Farbigkeit ein. PBT ist in aller Regel teilkristallin.

Polyester nehmen sehr wenig Feuchtigkeit auf. Allerdings ist der Außeneinsatz von PET aufgrund der Neigung zur Vergilbung nur bedingt zu empfehlen. Durch die hohe Festigkeit, Schlagzähigkeit, Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit sind teilkristalline Polyester als Konstruktionswerkstoffe geeignet. Auch nach x-maligem Knicken brechen sie nicht. Der sehr geringe Abrieb bei günstigen Gleit- und Isolationseigenschaften machen sie für Präzisionsbauteile interessant. Dauerhaft einsetzbar ist teilkristallines PET von -30 °C bis +110 °C. PBT ist sogar noch ein wenig wärmebeständiger und bleibt stabil bei Temperaturen zwischen -50 °C und +120 °C. Polyester brennen mit stark rußender Flamme und reagieren empfindlich auf kurze Temperaturspitzen durch heiße Dämpfe. Sie sind beständig gegen Öle, verdünnte Säuren, Fette, Treibstoffe und die meisten Lösungsmittel.

Anwendung

Die Hauptverwendungsgebiete von PET sind Fasern, Folien, Filme und Kunststoffflaschen bzw. Lebensmittelverpackungen. PBT hat auf Grund der günstigeren Verarbeitungseigenschaften beim Spritzgießen eine größere Bedeutung als Konstruktionswerkstoff für technische Anwendungen wie Steckverbindungen, Gehäuse von Haushaltsgeräten, Küchenspülen und Pumpenteilen.

Neben Polyamid ist PBT der typische Polymerwerkstoff für Gehäuseteile im Motorraum von Kraftfahrzeugen. Bei Textilien werden insbesondere die geringe Knitterneigung, die hohe Reißfestigkeit sowie die gute Witterungsbeständigkeit von Polyesterfasern geschätzt. Auf Grund der gesundheitlichen Unbedenklichkeit können PET-Folien für Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden.

Polyesterharze gibt es als Gießharze oder in Form von Lacken. Durch Einbettung von Fasermaterial wie z. B. Glasfasern wird die Festigkeit noch verstärkt, so dass sie sich sogar für Segelflugzeuge und den Karosserie- bzw. Bootsbau eignen. Außerdem werden UP-Harze zu Transportbehältern, Heizöltanks, Rohren, Profilplatten, Leuchtensockeln, Angelruten, Verkehrsschildern, Schutzhelmen, Verteilerkästen oder Mikrowellen verarbeitet. Verstärkt mit Kohlefasern können sie sogar beim Flugzeugbau oder in der Raumfahrt eingesetzt werden. Im Gegensatz zu den thermoplastischen, gesättigten Polyestern eignen sich die ungesättigten UP-Harze nicht zur Faserherstellung. Im Baugewerbe werden verschiedene Betonmischungen unter Zusatz von Polyesterharzen verstärkt.

Verarbeitung

Eine zerspanende Bearbeitung von Polyestern ist mit den üblichen Bearbeitungsmethoden möglich. Dünne Folien aus PET oder PBT können mit dem Cutter geschnitten werden. Ritzbrechen ist aber auf Grund der großen Zähigkeit nicht so leicht möglich. Zum Sägen eignen sich insbesondere hartmetallbestückte Sägeblätter.

Die wichtigsten Herstellungsverfahren von Formteilen aus PET oder PBT sind das Spritzgießen und das Extrudieren. Hier liegen die Verarbeitungstemperaturen der Kunststoffmassen zwischen 250 °C und 290 °C. Hohlkörper wie Getränkeflaschen werden durch Blasformen erzeugt. Zur Umformung muss amorphes PET auf Temperaturen zwischen 95 °C und 120 °C erhitzt werden. Teilkristallines PET benötigt eine Temperatur von etwa 150 °C und kann hervorragend tiefgezogen werden. Sowohl PET als auch PBT lassen sich bis zum Hochglanz polieren, können eingefärbt und bedruckt werden. Fügeverbindungen entstehen entweder durch die üblichen Kunststoffschweißverfahren oder mit Klebstoffen auf Basis von Epoxidharz, Cyanacrylat oder Polyurethan.

Polyesterharze liegen in der Regel in nicht vernetztem Zustand als Gießmasse vor. Bei der Verarbeitung sollten die Herstellerinformationen beachtet werden. Die Aushärtung kann durch Wärmezufuhr beschleunigt werden, wobei in jedem Fall mit einer Schwindung zu rechnen ist. Nach der Aushärtung kann der Werkstoff mit gehärteten Werkzeugschneiden zerspant werden. Handlaminieren und Spritztechniken finden zur Herstellung faserverstärkter Bauteile Verwendung. Abschließende Oberflächenbehandlungen sind üblich. Geklebt werden Polyesterharze am besten mit EP-Harzen.

Lieferformen

Halbzeuge aus Polyesterwerkstoffen sind in den konventionellen Formen wie Profile, Tafeln, Folien, Platten oder Rohre am Markt verfügbar. Ungesättigte Polyesterharze werden als Gießharze, Prepregs oder Pressformmassen vertrieben. Prepregs sind in Harz getränkte Gewebe oder Matten aus Fasermaterialien wie Glas-, Aramid- oder Kohlefasern.

Handelsnamen

PET: „Arnite“ – DSM Engineering Plastics, „Crastin“ – DuPont, „Hostaglas“ – A. Hagedorn AG, „Hostapet“ – Klöckner-Pentaplast, „Impet“ – Ticona, „Lemapet“ – Mitsubishi Engineering Plastics, „Valox“ – General Electric Plastics

PBT: „Arnite“ – DSM Engineering Plastics, „Celanex“ – Ticano, „Crastin“ – DuPont, „Duranex“ – Polyplastics, „Enduran“ – General Electric Plastics, „Later“ – Lati Industria Thermoplastici, „Ultradur“ – BASF, „Valox“ – General Electric Plastics

UP: „Bakelite“, „Keripol” – Bakelite, „Ampal“, „Resipol“ – Raschig, „Palapreg“, „Palatal“ – DSM Resins, „Polylite“, „Plastopreg” – Reichhold, „Supraplast“ – SWC

Alternativen

Polyamide (PA), Polycarbonat (PC), POM, Glas, PMMA (Acrylglas) für thermoplastische Polyester, Epoxid-, Phenol- oder Melaminharze für ungesättigte Polyesterharze