In unserer kleinen Serie zu temperatureigenschaften von Kunststoffen sind wir nun beim letzten Teil angelangt. Heute geht es um die „Glasübergangstemperatur“.
Der Begriff klingt vielleicht zunächst ungewöhnlich. Sie denken vielleicht:
„Glas? Wir reden doch über Kunststoff?“
Lassen Sie uns das einfach und anschaulich erklären.
Wenn man Kunststoff erhitzt, wird er allmählich weicher. Anfangs ist er hart und starr, mit zunehmender Hitze wird er gummiartig und schließlich zu einer geschmolzenen Flüssigkeit.
Das Ganze funktioniert auch umgekehrt: Ein geschmolzener Kunststoff kühlt zunächst in einen gummiartigen Zustand ab, und bei weiterer Abkühlung wird er wieder starr und hart.
Der Punkt, an dem der Kunststoff von einem flexiblen in einen starren, glasartigen Zustand übergeht, wird als „Glasübergang“ bezeichnet.
Genauer gesagt ist die Glasübergangstemperatur (Tg) die Temperatur, bei der ein Kunststoff von einem weichen, flexiblen in einen harten, spröden Zustand übergeht – oder umgekehrt.
Wichtig: Dies ist etwas anderes als der Schmelzpunkt. Der Schmelzpunkt beschreibt den Übergang eines Stoffes in den vollständig flüssigen Zustand, während der Glasübergang eine Änderung der Materialeigenschaften ohne sichtbaren Phasenwechsel ist.
Warum wird Kunststoff bei niedrigeren Temperaturen hart?
Weil die Molekülketten im Material sich nicht mehr bewegen – sie „frieren“ ein und verlieren ihre Flexibilität.
Und nun ein kleines Quiz!
Etwas aus unserem Alltag demonstriert den Glasübergangseffekt sehr anschaulich. Können Sie erraten, was es ist?
Hinweis: Es ist essbar. Sie haben es sicher schon einmal gegessen – vielleicht sogar heute! Drei Auswahlmöglichkeiten:
- (1) Eingelegte Pflaume (Umeboshi)
- (2) Kaugummi
- (3) Bonbon („Ame-chan“, wie man in Osaka sagt!)
Und die richtige Antwort lautet:
(2) Kaugummi
Denken Sie an die Konsistenz von Kaugummi. Er ist weich und dehnbar wie Gummi. Aber wenn Sie ein frisches Stück in den Mund nehmen, ist es zunächst etwas fest und bricht beim Biegen. Nach ein paar Momenten wird es weicher und elastisch.
Diese Erweichung entsteht, weil Ihre Körperwärme die Temperatur des Kaugummis über seine Glasübergangstemperatur anhebt. Mit anderen Worten: Kaugummi ist bewusst so entwickelt, dass er den Glasübergang nutzt!
Deshalb wird Kaugummi, der im Sommer in einem heißen Auto liegt, auch klebrig und unangenehm – er ist durch die Hitze bereits teilweise in den „weichen“ Zustand übergegangen.
Hier ein paar typische Glasübergangstemperaturen gängiger Kunststoffe:
- PEEK: ca. 140 °C
- PPS: ca. 90 °C
- PVC (Polyvinylchlorid): ca. 80 °C
- PP (Polypropylen): ca. –20 °C
- PE (Polyethylen): ca. –80 °C
Diese Werte können je nach Rezeptur und Quelle variieren.
Vielleicht fragen Sie sich jetzt:
„Ist das nicht irgendwie wie der Schmelzpunkt?“
Gute Frage! Hier die Unterscheidung:
- Schmelzpunkt: Temperatur, bei der ein Material vollständig flüssig wird.
- Glasübergang: Temperatur, bei der sich das mechanische Verhalten des Materials ändert – ohne dass es flüssig wird.
Es ist also ein subtiler Wechsel in der Flexibilität, nicht eine sichtbare Veränderung wie beim Schmelzen.
Dies unterscheidet sich auch von der Wärmebeständigkeit bzw. der „Dauereinsatztemperatur“, die wir zuvor besprochen haben.
Beispiel: Bei Kashima Bearings geben wir für PEEK-Lager eine Wärmebeständigkeit von etwa 200 °C an. Die Glasübergangstemperatur von PEEK liegt jedoch nur bei ca. 140 °C.
Das bedeutet nicht, dass PEEK oberhalb von 140 °C nicht mehr einsetzbar ist – es verliert nicht schlagartig alle Eigenschaften. Es heißt lediglich, dass seine innere Struktur flexibler wird und sich die mechanischen Kennwerte verändern.
Verwechseln Sie den Glasübergang also nicht mit dem Schmelzen. Es ist nicht der Punkt, an dem Kunststoff „unbrauchbar“ wird – vielmehr handelt es sich um eine Verhaltensänderung im Material.
Das Verständnis dieser Temperatur hilft, bei der Materialauswahl klügere Entscheidungen zu treffen – besonders bei Bauteilen, die unter wechselnden Temperaturen ihre Form und Stabilität behalten müssen.
Und wer weiß – vielleicht erfinden Sie ja das nächste „Kaugummi“, indem Sie diese oft übersehene, aber wichtige Eigenschaft von Kunststoffen gezielt nutzen!
