Polyurethan-Duroplaste: Eigenschaften, Herstellung und Einsatzgebiete

Hohe Festigkeit und Steifigkeit:

Dank der engmaschigen Vernetzung weisen Polyurethan-Duroplaste hohe Zugfestigkeiten, Druckfestigkeiten und E-Module auf. Sie eignen sich damit für tragende und strukturelle Bauteile, die unter Last formstabil bleiben müssen.

Ausgezeichnete Dimensionsstabilität:

Auch unter wechselnden Temperaturen, Feuchtigkeitsbedingungen oder mechanischer Belastung behalten PU-Duroplast-Bauteile ihre Form. Kriech- und Relaxationsverhalten sind minimal, was besonders in Präzisionsanwendungen von Vorteil ist.

Gute Abrieb- und Verschleißfestigkeit:

Die harte, widerstandsfähige Oberfläche macht PUR-Duroplast ideal für Bauteile, die Reibung und mechanischem Verschleiß ausgesetzt sind, wie etwa Gleit- und Verschleißelemente, Führungen oder Beschichtungen.

Hohe Härte:

Je nach Rezeptur erreichen PU-Duroplaste Shore-D-Härten von 70 bis über 90, vergleichbar mit harten technischen Thermoplasten oder klassischen Duroplasten wie Phenolharzen.

Schlagzähigkeit:

Trotz ihrer Härte können PUR-Duroplaste - abhängig von der Formulierung - noch eine gewisse Schlagzähigkeit aufweisen, was sie für dynamisch beanspruchte Teile interessant macht.

Hohe Wärmeformbeständigkeit:

Durch die dreidimensionale Vernetzung erweichen PUR-Duroplaste nicht wie Thermoplaste. Sie behalten ihre Form und Steifigkeit bis zu Temperaturen von 120 bis über 200 °C, abhängig von der Rezeptur und dem Vernetzungsgrad.

Gute Isolationseigenschaften:

PUR-Duroplaste weisen niedrige Wärmeleitfähigkeiten auf und eignen sich daher auch für thermische Isolationsanwendungen.

Begrenzte Tieftemperaturfähigkeit:

Während Elastomere auch bei sehr niedrigen Temperaturen flexibel bleiben, werden Duroplaste bei Kälte tendenziell spröder. Spezielle Formulierungen können jedoch die Tieftemperaturzähigkeit verbessern.

Sehr gute Chemikalienbeständigkeit:

PU-Duroplaste widerstehen einer Vielzahl von Chemikalien, darunter Öle, Fette, Kraftstoffe, schwache Säuren und Laugen sowie viele Lösemittel. Die genaue Beständigkeit hängt von der Rezeptur und der konkreten Chemikalie ab.

Hydrolysebeständigkeit:

Im Vergleich zu Polyester-basierten Elastomeren zeigen aliphatische und speziell formulierte PUR-Duroplaste eine gute Resistenz gegen Feuchtigkeit und Hydrolyse, insbesondere bei Polyether-basiertem Aufbau.

UV- und Witterungsbeständigkeit:

Aliphatische PUR-Duroplaste bieten hervorragende UV-Stabilität und vergilben kaum, was sie für Außenanwendungen und Beschichtungen prädestiniert.

Geringe Wasseraufnahme:

Die kompakte, vernetzte Struktur reduziert die Wasseraufnahme deutlich, was Dimensionsstabilität und Langzeitbeständigkeit in feuchten Umgebungen unterstützt.

Flammwidrigkeit:

Durch Zugabe von Flammschutzmitteln lassen sich PUR-Duroplaste so modifizieren, dass sie auch hohe Brandschutzanforderungen erfüllen.

Elektrische Isolationseigenschaften:

PU-Duroplaste sind in der Regel gute elektrische Isolatoren und eignen sich für elektrische und elektronische Anwendungen.

Gute Haftung:

Polyurethan-Chemie zeichnet sich durch ausgezeichnete Adhäsion auf vielen Substraten (Metalle, Kunststoffe, Holz, Beton) aus, was bei Verbundanwendungen und Beschichtungen von großem Vorteil ist.

Designfreiheit:

PUR-Duroplast lässt sich in komplexen Formen gießen, pressen oder laminieren - ideal für individuelle, geometrisch anspruchsvolle Bauteile.

Reaktionsgießen (Casting):

Die Isocyanat- und Polyol-Komponenten werden dosiert, gemischt und in eine Form gegossen. Die Aushärtung erfolgt bei Raumtemperatur oder unter Wärmezufuhr. Dieses Verfahren eignet sich besonders für Prototypen, Kleinserien und großvolumige Bauteile mit geringen Stückzahlen.

Reaktionsspritzgießen (RIM - Reaction Injection Molding):

Für höhere Stückzahlen werden die Komponenten unter hohem Druck in eine geschlossene Form eingespritzt und härten dort innerhalb kurzer Zykluszeiten aus. RIM ermöglicht komplexe Geometrien, großflächige Bauteile und gute Oberflächenqualität.

Pressen und Laminieren:

PUR-Duroplaste können auch in offenen oder geschlossenen Werkzeugen verpresst oder als Matrix in Faserverbundwerkstoffen eingesetzt werden. Besonders in Kombination mit Glasfasern, Carbonfasern oder anderen Verstärkungsmaterialien entstehen so hochfeste, leichte Strukturbauteile.

Beschichtungen:

Flüssige PUR-Duroplast-Systeme lassen sich als Beschichtung auf Metall-, Beton- oder Kunststoffoberflächen auftragen. Nach der Aushärtung entsteht eine harte, verschleißfeste Schutzschicht.

Strukturbauteile: Gehäuse, Halterungen, Rahmen oder Stützstrukturen profitieren von der hohen Steifigkeit und Dimensionsstabilität von PUR-Duroplast.

Gleit- und Verschleißelemente: Führungen, Gleitschienen, Rollen oder Zahnräder aus PU-Duroplast überzeugen durch Abriebfestigkeit und geringe Reibung.

Werkzeug- und Vorrichtungsbau: Spannvorrichtungen, Halterungen oder Lehren werden aus PUR-Duroplast gefertigt, wenn Präzision und Langlebigkeit gefordert sind.

Vergussmassen und Isolatoren: PUR-Duroplaste schützen elektronische Bauteile vor Feuchtigkeit, mechanischen Stößen und chemischen Einflüssen.

Leiterplattenträger und Gehäuse: Dimensionsstabile, flammwidrige Bauteile für elektronische Geräte.

Hochleistungsbeschichtungen: Böden, Treppen, Balkone oder Industriehallen werden mit PUR-Duroplast-Beschichtungen versehen, die extrem verschleißfest, chemikalienbeständig und langlebig sind.

Strukturverstärkungen: In Kombination mit Fasergeweben entstehen tragende Verbundelemente für Bauanwendungen.

Strukturbauteile: Versteifungen, Querträger oder Crash-Elemente aus faserverstärkten PUR-Duroplasten bieten hohe Festigkeit bei geringem Gewicht.

Verkleidungen und Abdeckungen: Harte, schlagfeste Teile für den Innen- und Außenbereich.

Prototypen- und Kleinserienwerkzeuge: PUR-Duroplast wird als Werkzeugmaterial für Gieß-, Laminier- oder Tiefziehformen eingesetzt, wenn Metall zu teuer oder zu schwer ist.

Modellbau: Schnelle, präzise und kostengünstige Herstellung von Urmodellen und Designmustern.

Leichtbaukomponenten: Faserverstärkte PUR-Duroplaste bieten ein ausgezeichnetes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und werden in nicht-tragenden bis semi-strukturellen Bauteilen eingesetzt.

Innenraumverkleidungen: Flammwidrige, leichte und stabile Paneele und Verkleidungen.

Hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit: PUR-Duroplaste bieten eine ausgezeichnete Kombination aus Härte, Steifigkeit und Dimensionsstabilität.

Hervorragende Temperaturbeständigkeit: Formstabil bis weit über 100 °C, keine Erweichung unter Last.

Ausgezeichnete chemische Beständigkeit: Resistent gegen viele Öle, Fette, Lösemittel, Säuren und Laugen.

Gute Abrieb- und Verschleißfestigkeit: Ideal für mechanisch beanspruchte Bauteile und Beschichtungen.

Designfreiheit: Komplexe Geometrien und großflächige Bauteile sind durch Gieß- und Pressverfahren realisierbar.

Gute Haftung: Exzellente Adhäsion auf vielen Substraten macht PUR-Duroplast ideal für Verbundanwendungen und Beschichtungen.

UV- und Witterungsbeständigkeit (bei aliphatischen Systemen): Langzeitstabilität auch im Außenbereich.

Nicht wiederverarbeitbar: Einmal vernetzt, lassen sich PUR-Duroplaste nicht mehr aufschmelzen oder umformen. Recycling ist dadurch deutlich aufwendiger als bei Thermoplasten.

Längere Aushärtezeiten: Im Vergleich zu Spritzguss-Thermoplasten dauert die vollständige Vernetzung länger, was die Zykluszeiten erhöht.

Empfindlichkeit gegenüber Verarbeitungsfehlern: Fehler im Mischverhältnis, in der Entgasung oder der Temperaturführung können zu Materialfehlern, unvollständiger Vernetzung oder Blasenbildung führen.

Sprödigkeitsrisiko: Bei sehr hohen Vernetzungsgraden kann die Schlagzähigkeit abnehmen, was die Anwendung in dynamisch hochbelasteten Umgebungen einschränken kann.

Höhere Materialkosten: Im Vergleich zu Standard-Thermoplasten sind die Rohstoffkosten oft höher, was jedoch durch die lange Lebensdauer und geringere Wartungskosten ausgeglichen werden kann.