Polyamid (PA) zählt zu den wichtigsten technischen Kunststoffen. Dieser Artikel beschreibt die grundlegenden Eigenschaften und die Anwendungsgebiete von PA.

Aufgrund ihrer technischen Eigenschaften werden Polyamide auch für Kunststoffanwendungen im Motorraum eingesetzt

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Polyamid (PA) zählt zu den technischen Thermoplasten. Die industriell wichtigsten Vertretern sind die Polyamidtypen PA 6 und PA 66. Polyamide werden in großen Mengen zu Fasern verarbeitet und kommen vor allem im Fahrzeugbau, im Elektro- und Elektronikbereich sowie im Maschinen- und Apparatebau zum Einsatz.

Polyamid (PA)

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Polyamide (PA)

Polycarbonat ist ein technischer Thermoplast, der sich durch hohe Transparenz, hohe Wärmeformbeständigkeit und gute Schlagzähigkeit auszeichnet.

Optische Speichermedien sind ein großer Anwendungsbereich für Polycarbonat

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Polycarbonat (PC)

Polycarbonat

Polyethylenterephthalat ist ein gut zu verarbeitender und recycelbarer technischer Kunststoff mit breitem Anwendungsgebiet.

Im Bereich Getränkeverpackungen ist Polyethylenterephthalat sehr weit verbreitet

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Polyethylenterephthalat ist ein Thermoplast und zählt zu den Polyestern.

Polyethylenterephthalat (PET)

Polyethylenterephthalat

Wegen seiner guten Temperaturbeständigkeit, Schlagfestigkeit und ansprechenden Optik kommt Acrylnitril-Butadien-Styrol häufig bei Haushaltsgeräten und in der Automobilindustrie zum Einsatz. Auch beim Aufbau einer Kreislaufwirtschaft sind Erfolge zu verzeichnen. Immer mehr ABS werden mit Recyclinganteilen angeboten. Darin besteht eine Parallele zu Polystyrol (PS), bei dem es ebenfalls große Recyclinganstrengungen gibt.

 Über die Hälfte des weltweiten ABS-Verbrauchs entfallen auf Haushalts- und E&E-Geräte

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS): Recycling und Kreislaufwirtschaft nimmt Gestalt an

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Kunststoffverarbeitung: Verfahren

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Nachhaltigkeit im Fokus

Der Kunststoffhersteller Trinseo bietet Acrylnitril-Butadin-Styrol (ABS) der Magnum-Reihe nun auch mit biobasierten Anteilen an. Sie sind vor allem für Anwendungen im Automobilbereich gedacht.

Kunststoffe, biobasiert

Biokunststoffe

Bis zu 80 % Bioanteil

Die erste Sitzung des Ausstellerbeirates bildete den Auftakt für die nächste K in Düsseldorf, die vom 19. bis 26. Oktober 2022 stattfinden wird.

Freuen sich bereits jetzt auf die K 2022 (v.l.): Erhard Wienkamp (Geschäftsführer Messe Düsseldorf), Petra Cullmann (Bereichsleiterin bei der Messe Düsseldorf), Ulrich Reifenhäuser (Vorsitzender Ausstellerbeirat K 2022) and Thomas Franken (Project Director für das Portfolio Plastics & Rubber)

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

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Hochleistungskunststoffe

Ausstellerbeirat traf sich erstmals in Düsseldorf

Die Anzahl elektronischer Komponenten in Fahrzeugen nimmt seit Jahren beständig zu. Um sie mit elektrischer Energie zu versorgen, werden häufig hohe Ströme benötigt. Die dabei entstehende Wärme stellt allerdings eine Gefahr für die Komponenten dar und kann zur Beschädigung und zum Ausfall der Bauteile führen. Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Temperatur an kritischen Bereichen bieten wärmeleitfähige Kunststoffe. Welche Effekte sich damit erreichen lassen, zeigt das Beispiel einer Vorsicherungsbox für den Golf 8.

Es wird zunehmend enger im Motorraum moderner Fahrzeuge wie beispielsweise des aktuellen Golf 8. Dadurch erhöht sich die Wärmebelastung der verbauten Komponenten

Wärmeleitfähige Kunststoffe helfen bei der Entwärmung von Bordnetzkomponenten

Abkühlung für Fahrzeugelektronik

Styrol kann auf verschiedene Arten polymerisiert und mit unterschiedlichen Comonomeren modifiziert werden. Die dadurch entstehenden Kunststoffe unterscheiden sich in ihren Eigenschaften und lassen sich somit gezielt auf bestimmte Anwendungen zuschneiden. Aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften sind sie für viele Branchen geeignet. Besonders in der Automobilindustrie, der Medizintechnik und der Verpackungsbranche sind Styrolkunststoffe gefragt.

Im Exterieur von Fahrzeugen kommen häufig Styrol-Copolymere zum Einsatz. Der chinesische Hersteller Lixiang verwendet etwa ein ASA für den Kühlergrill seiner Elektrofahrzeuge 

Styrol-Copolymerisate: Durch ansprechende Optik und mögliche Transparenz punkten

Verpackungsmaterial

Logistik

Styrol-Copolymerisate

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Medizintechnik

Medizinprodukte

Vielfältig in Form und Anwendung

Der Fortschritt bei Fügetechnologien wie dem Laserdurchstrahlschweißen, die steigende Nachfrage nach wärmeleitenden Kunststoffen, der Leichtbau und die Elektromobilität gehören in der Material- und Anwendungsentwicklung mit Polyamid zu den großen Trends. Auch bei bei diesem Polymer wächst der Bedarf an nachhaltigeren Werkstoffen. Geschlossene Stoffkreisläufe werden deshalb künftig in der Herstellung von PA 6 und PA 66 eine immer wichtigere Rolle spielen.

Motorradtank aus Durethan BC550Z 900116 DUSXBL: Das unverstärkte und schlagzäh modifizierte PA 6 wird zu zwei Halbschalen spritzgegossen, die durch Heizelementschweißen zum Tank gefügt werden

Polyamid (PA): Produktverbesserungen und Ersatz von PA 66 durch PA-6-Compounds

Hybridtechnik

Spritzgießen

Compound

Vibrationsschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Hybridwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Laserschweißen

Laserauftragsschweißen

Oberflächentechnik

Laserbearbeitungen

Lasertechnik

Kunststofffasern

Verstärkungsstoffe

Verbesserungen bei Materialien und  der Verarbeitung

Leichtbau, Funktionalität und Design prägen die Materialentwicklung in den Einsatzgebieten von Polycarbonat-Compounds, -Composites und -Folien. Große Chancen bestehen in der Mobilität der Zukunft, im Strukturleichtbau mit endlosfaserverstärkten Composites, in der 5G-Technologie und der Medizintechnik.

Bei Elektrofahrzeugen entfällt die ursprüngliche Funktion des Kühlergrills, die Luftzufuhr zum Motor. Er kann deshalb vollständig als Designelement genutzt werden, etwa durch die Integration von leuchtenden Logos und Fade-out-Effekten

Polycarbonat (PC): Aufregende Designs durch hohe Oberflächenqualität und neue Verfahren

Werkstoff für viele Trends

Die Covid-19-Pandemie hat auch die Kunststofferzeuger hart getroffen. Doch nicht alle Kunststoffe sind gleichermaßen betroffen. Während die häufig in der Automobilindustrie verwendeten technischen Kunststoffe unter dem Einbruch des Fahrzeugabsatzes leiden, profitieren etwa Polyolefine teilweise von der Krise. Und auch wenn die Pandemie gerade alle anderen Themen in den Hintergrund rückt, schreitet dennoch die Entwicklung etwa bei der Kreislaufwirtschaft, Elektromobilität und Digitalisierung weiterhin voran. Über die gegenwärtige Situation und die zukünftige Entwicklung sprach Kunststoffe mit Vertretern der Kunststofferzeuger.

Ein Austausch in Pandemiezeiten: Coronabedingt fand das Kunststoffe-Expertengespräch rein digital statt. Dr. Matthias Scheibitz (oben links), Jürgen Luderer (oben rechts), Dr. Ingo Sartorius (unten links), und Dr. Karlheinz Hausmann (unten rechts) diskutierten dabei über die aktuelle Situation und die zukünftigen Trends bei Kunststoffen

Expertengespräch zu Trends und Herausforderungen bei Werkstoffen

Polybutylenterephthalat

Polyethylen

Streifinger, Florian

Polyvinylchlorid

Kunststoff-Rezyklat

„Wir teilen den Optimismus von  Wirtschaftsminister Altmaier nicht“

Lithium-Ionen-Batterien sind einer der entscheidenden Bausteine der Elektromobilität. Um die Reichweite von E-Fahrzeugen zu erhöhen, wird an der Verbesserung ihrer Leistung geforscht. Aber auch an einem besseren Schutz der sensiblen Akkus arbeiten viele Unternehmen. Helfen können bei beidem technische Kunststoffe wie Polyphenylenether (PPE). Gerade als Schaum spielt das Material seine Stärken aus.

Die Entwicklung bei Lithium-Ionen-Batterien ist noch keineswegs abgeschlossen. Asahi Kasei forscht etwa an einer Verbesserung des Elektrolyten, um die Batterien stabiler und breiter einsetzbar zu machen 

Sichere Lithium-Ionen-Batterien durch Polyphenylenether

Batterien

Energiespeicherung

Gehäuse aus Kunststoff

Elektromechanik

Kühlkörper

Elektromobilität

Mobilität

Chamäleon schützt Akku

Der Wechsel vom Verbrennungs- zum Elektromotor bedeutet für die Kunststoffindustrie einige Unwägbarkeiten. Elektrische Antriebe stellen teilweise gänzlich andere Anforderungen an die Materialien. Welche das konkret sind, kristallisiert sich mit der zunehmenden Verbreitung entsprechender Fahrzeuge immer stärker heraus. Ein Überblick über die wichtigsten Änderungen.

Nicht nur der Motor und die Energiebereitstellung verändern sich beim Übergang von Verbrennungs- auf Elektrofahrzeuge. Auch bei Materialien gilt es, neue Wege zu gehen 

Flammschutz, Wärmebeständigkeit und Kriechstromfestigkeit in Elektrofahrzeugen

Elektromotoren

Antriebe

Kfz-Elektronik

Elektronische Bauelemente

Leistungselektronik

Antreiber der Elektromobilität

Displays harmonisch in die Linienführung eines Fahrzeugcockpits zu integrieren war bisher eine echte Herausforderung. Das Unternehmen Continental setzt nun eine Kombination aus Film Insert Molding, In-Mold Decoration und Spritzprägen ein, um große dreidimensional geformte Kunststoffblenden zu fertigen.

In die durchgehend 3D-geformte Instrumentenblende sind zwei Displays nahtlos integriert

Großflächige gebogene Kunststoffblenden mit integrierten Displays

HMI, Bedienelemente, Displays

Display im Automobil

Thermoformanlagen

Warmformen / Thermoformen

Formsache Automobildisplay

Gerade bei hochwertigen Polymeren lohnt sich die Wiederverwendung von Produktionsabfällen. Ein Forschungsprojekt konnte nun Zweifel daran ausräumen, dass Anteile an rezyklierten Kunststoffen von mehr als 25 % die Eigenschaften der Bauteile zu sehr schwächt.

Sicherungsträger müssen flammgeschützt werden. Reiher verwendet für seine Modelle ein mit rotem Phosphor flammgeschütztes, mit 25 % Glasfasern verstärktes PA 66

Mehr als ein Viertel Polyamid-Produktionsabfälle für das Spritzgießen verwenden

Flammschutzmittel

Additive

Recycling flammgeschützter  Produktionsabfälle

Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS)

ABS ist ein Thermoplast und zählt zu den technischen Kunststoffen.

ABS ist ein gut zu verarbeitender und recycelbarer technischer Kunststoff mit breitem Anwendungsgebiet.

ABS ist ein gebrauchstauglicher technischer Kunststoff, der aufgrund seiner hohen Polarität auch gut lackierbar ist und deshalb besonders in ästhetischen Kunststoffprodukten verwendet wird. Sein Eigenschaftsprofil macht den Thermoplast darüber hinaus für viele weitere Anwendungen geeignet. ABS wird daneben häufig zur Herstellung von Blends wie ABS+PC (mit Polycarbonat) oder ABS+PA (mit Polyamid) verwendet. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung gehören ABS-Kunststoffe zur Gruppe der hochschlagfesten Styrol-Copolymerisate.

Die in der Kunststoffwelt geläufige Abkürzung ABS steht für Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer(e). Der technische Kunststoff ABS gehört damit zur Gruppe der Styrol-Polymerisate, die wegen ihres breiten Anwendungsspektrums wiederum zu den Massenkunststoffen zählen – ebenso wie die Polyolefine (zum Beispiel PE und PP) und die Polyvinylchloride (PVC).

Am Aufbau der ABS-Kunststoffe sind die drei im Namen genannten Monomere beteiligt:

<ul><li>Styrol,</li><li>Butadien und</li><li>Acrylnitril.</li></ul>

Je nach Mischungsverhältnis dieser Komponenten lassen sich ABS-Typen mit unterschiedlichen, auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmten Eigenschaften herstellen. Insbesondere kommt man so vom spröden Polystyrol (PS) zu Kunststoffen mit günstigerem Festigkeits-, Steifigkeits-, Zähigkeits- und Schlagzähigkeitsverhalten [1]. Auch der Umstand, dass sich ABS-Kunststoff einfach und wirtschaftlich zu Bauteilen mit sehr guten Oberflächeneigenschaften verarbeiten lässt, spielt eine wichtige Rolle für die vielfältige Anwendung dieses Werkstoffs, vor allem in der Elektro-, Haushaltsgeräte- und Automobilindustrie.

Oft kommt hier eine besondere Eigenschaft zum Tragen, die das Material gegenüber anderen Massenkunststoffen auszeichnet: ABS eignet sich aufgrund seiner hohen Polarität nämlich sehr gut zum Beschichten, Lackieren und Bedrucken. Beispielsweise haften galvanisch aufgebrachte Metallschichten auf ABS so gut, dass Kunststoffbauteile aus ABS, wie etwa Gehäuse, oft verchromte Oberflächen aufweisen [2].

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ist ein amorpher thermoplastischer Kunststoff. Er liegt in Rohform als opaker Feststoff vor und besteht als sogenanntes Terpolymer – wie der ausgeschriebene Name bereits erkennen lässt – aus drei Komponenten. Die Mengenverhältnisse der bei der Polymerisation eingesetzten Monomere Acrylnitril (H2C=CH-C≡N), 1,3-Butadien (H2C=CH-HC=CH2) und Styrol (H2C=CH-C6H5) sind dabei innerhalb gewisser Grenzen sehr variabel.

In der industriellen Anwendung vereint ABS-Kunststoff einige Vorzüge: Er lässt sich in kurzen Zyklen (zum Beispiel beim Spritzgießen) hervorragend verarbeiten und erreicht im ausgeformten Produkt eine hohe Oberflächenqualität. Diese kann durch Bedrucken und andere Dekorierprozesse einfach und zuverlässig noch veredelt werden .

Einer Studie eines großen Marktforschungsunternehmens zufolge ist Acrylnitril-Butadien-Styrol nach wie vor der meistverkaufte technische Kunststoff: Auf ABS entfallen rund 41 Prozent der weltweiten Nachfrage, mit weitem Abstand folgen Polycarbonat (PC) mit 19 Prozent und Polyamid (PA) mit 15 Prozent [3]. Als Blends mit den beiden letztgenannten (ABS+PC bzw. ABS+PA6) ermöglichen ABS-Kunststoffe hochwertige Eigenschaften in Verbindung mit günstigen Preisen [4].

Ihrer Natur nach sind ABS-Kunststoffe Zweiphasensysteme. In eine Matrix aus Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN) sind Partikel aus Butadien-Acrylnitril-Kautschuk eingelagert. Die Herstellung von ABS-Polymerisaten folgt jedoch keinem einheitlichen Rezept. Daher als Vorbemerkung einige Begriffsklärungen:

<ul><li>Kunststoffblends sind Gemische aus zwei oder mehreren unterschiedlichen (fertigen!) Polymeren. Dabei gehen die Makromoleküle keine neuen chemischen Bindungen ein.</li><li>Copolymere sind aus zwei oder mehr verschiedenen Monomeren aufgebaut. Wenn das Copolymer aus drei unterschiedlichen Monomeren besteht, spricht man von Terpolymeren.</li><li>Pfropfpolymere sind eine spezielle Art von Copolymeren. Hier sind auf das von dem einen Monomer gebildete Gerüst Blöcke eines anderen Monomers aufgepfropft. Bildlich gesprochen, bildet bei der Pfropfcopolymerisation die Hauptkette des einen Monomers das Polymergrundgerüst mit Ankerpunkten für die Seitenketten eines oder mehrerer anderer Monomere.</li></ul>

Bei der Herstellung von ABS-Kunststoff unterscheidet man

<ul><li>Polymergemische (Blends) und</li><li>Pfropfcopolymere (Terpolymere).</li></ul>

Erstere, die ABS-Blend-Polymerisate, werden hergestellt durch mechanisches Vermischen von SAN mit Polybutadien (Butadienkautschuk). Um die Kompatibilität der Komponenten zu verbessern, wird das Polybutadien vorher mit Acrylnitril und Styrol gepfropft.

In den großtechnisch bevorzugt verwendeten ABS-Pfropfpolymeren sind die beiden Phasen gleichmäßiger verteilt. Sie werden in einem kontinuierlichen Prozess durch Copolymerisation von Styrol und Acrylnitril in Gegenwart der Kautschukkomponente (Polybutadien oder ein Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat) hergestellt. Dabei bilden sich in wässriger Phase gleichzeitig das SAN-Gerüst und – darin eingelagert – ein Pfropfcopolymerisat von Styrol und Acrylnitril auf dem verwendeten Kautschuk. In einem alternativen (diskontinuierlichen) Batch-Prozess wird das Pfropfcopolymerisat mit getrennt hergestelltem SAN abgemischt [5].

Durch die Variation der Reaktionsbedingungen und Mengenanteile der Monomere kann der Erzeuger die Produkteigenschaften des jeweiligen ABS-Kunststoffs gezielt steuern.

Mit mehr als drei Vierteln der weltweiten Produktionskapazität und mehr als zwei Dritteln des weltweiten Verbrauchs ist Nordostasien der größte Markt für ABS-Kunststoffe. Dabei ist China das Zentrum von Angebot und Nachfrage: 2019 waren dort etwa 37 Prozent der weltweiten ABS-Kapazität und 57 Prozent des Verbrauchs konzentriert. In den fünf Jahren davor stieg der globale ABS-Verbrauch durchschnittlich jährlich um 4,4 Prozent und erreichte 2019 ein Volumen von 9,3 Mio. Tonnen [4].

Die derzeit größten ABS-Produzenten sind die taiwanische Chi Mei Corporation und LG Chem mit Stammsitz in Seoul/Südkorea [4]. Zu den weiteren Anbietern zählen unter anderem Bada, Elix Polymers, Ineos Styrolution, Romira, Sabic und Trinseo (Stand: Mai 2022).

Wie bei vielen anderen Kunststoffen, legen die Hersteller in jüngerer Zeit auch bei ABS größeren Wert auf Nachhaltigkeit. So wurden auf der K 2019 Materialien vorgestellt, die zum großen Teil aus mechanisch recycelten ABS-Produkten wie etwa Gehäusen von Elektro-Altgeräten bestehen. Der recycelte ABS-Kunststoff soll dabei über das gleiche Eigenschaftsprofil verfügen wie Neuware [6].

Alternativ werden bei der Polymerisation seit einiger Zeit Polymere fossilen Ursprungs mit erneuerbaren Rohstoffen kombiniert. Das erlaubt die Herstellung von ABS-Kunststoffen mit einem biobasierten Anteil von bis zu 80 Prozent. Dadurch ist der CO2-Fußabdruck deutlich kleiner. Die erneuerbaren Rohstoffe sollen während der Spaltung die gleiche chemische Zusammensetzung wie ihre fossilen Gegenstücke aufweisen, sodass eine Trennung im Herstellprozess nicht erforderlich ist. Künftig sollen zur Herstellung des „Bio-ABS“ Abfälle zweiter Generation wie gebrauchtes Speiseöl oder Rückstände aus der Zellstoffindustrie verwendet werden – diese konkurrieren nicht mit der Nahrungskette und lassen sich mit einer nachhaltigen Verwendung von Lebensmitteln vereinen [7].

ABS nimmt bei den technischen Kunststoffen den mengenmäßig größten Anteil ein. Die Haupteinsatzbereiche für ABS-Kunststoffe sind zu 40 Prozent Haushaltsgeräte und zu 26 Prozent Elektro- und Elektronikanwendungen (E&E). Nach Einschätzung von Experten dürften diese beiden Branchen für einen weiteren Anstieg der Nachfrage nach ABS sorgen. Der nächstgrößte Markt für ABS-Kunststoffe ist der Fahrzeugbau, gefolgt von der Baubranche [4].

Der verbreitete Einsatz von ABS-Kunststoff in vielen verschiedenen Anwendungen ist auf die Kombination spezieller Materialeigenschaften zurückzuführen, vor allem

<ul><li>seine Temperaturbeständigkeit bis etwa 100 °C,</li><li>das sehr gute Verhältnis von Schlagfestigkeit zu Steifigkeit,</li><li>die Verarbeitungsvorteile eines amorphen Materials und</li><li>die ansprechenden Oberflächen im Endprodukt.</li></ul>

Außerdem besitzt ABS gute Eigenschaften bei Metallisierungs- und Schweißprozessen [4].

Standard-Spritzgießtypen erfüllen die Anforderungen von Anwendungen wie Telefonen, Computer- und Druckergehäusen. Flammhemmende Typen hingegen kommen häufig in Konsolen, elektrischen Anschlussdosen und einigen Gehäusen für elektrische Geräte zum Einsatz, die an Stromquellen angeschlossen werden können [9].

Aus ABS-Kunststoff hergestellt werden vielfach Gehäuse oder auch andere Formteile für Radios, Fernsehgeräte, Notebooks, Telefone, Computer, Drucker, Kameras, Elektrowerkzeuge, Optikgeräte, Haushalts- und Gartengeräte. Auch Innenauskleidungen für Kühlschränke und Tiefkühltruhen können aus ABS bestehen.

Die Produktion großer Bauteile aus ABS-Kunststoff, zum Beispiel für Klimaanlagen, Staubsauger und Kaffeemaschinen, war im E&E-Bereich lange Zeit eine Herausforderung für Gerätehersteller, weil die Fließfähigkeit des Materials oft nicht ausreichte. Durch ein neues ABS-Copolymer mit einer höheren Fließfähigkeit lassen sich auch derartige Anwendungen inzwischen einfach umsetzen [8, 9].

Im Automobil finden sich ABS-Kunststoffe sowohl im Innenraum als auch in lackierter oder galvanisierter Form in Außenanwendungen. Verschiedene Typen werden beispielsweise für Instrumententafeln, Konsolen, Verkleidungselemente und andere Bauteile der Innenausstattung von Kraftfahrzeugen verwendet. Außenanwendungen umfassen etwa Kühlergrills, Spoiler und Scheinwerfergehäuse – aufgrund der geringen UV-Beständigkeit in der Regel lackiert. Auch für Außenteile von Traktoren, Rasenmähern, Lkws, Motorrädern, Wohnwagen und Bootskörpern ist ABS im Einsatz.

ABS+PC-Blends finden sich in Autoinnenraum-Bauteilen, die eine höhere Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen erfordern. Galvanisierte ABS-Typen umfassen auch Anwendungen wie Knöpfe, Lichtblenden, Spiegelgehäuse, Gitter und dekorative Verkleidungen [8, 9].

Mittels Extrusion wird ABS unter anderem bei der Herstellung von Abflussrohren, Fittings, Profilen und sonstigen, vor UV-Einwirkung geschützten Bau- und Konstruktionsanwendungen eingesetzt. Außerdem werden ABS-Kunststoffe als Mehrschicht-Coextrudate für Duschen und Pools verarbeitet.

Im Sanitärbereich sind Badezimmer- und Küchenarmaturen in galvanisierter ABS-Ausführung etabliert [8, 9].

Transparente ABS-Kunststoffe werden in der Medizintechnik oft als Konnektoren in Infusionssets verwendet. Andere Anwendungsbeispiele sind etwa Gehäuse für Inhalationsgeräte oder, mit einer biokompatiblen glasfasergefüllten Type, Einstechdorne mit einer hohen strukturellen Stabilität [8, 9].

ABS-Kunststoff spielt darüber hinaus eine wichtige Rolle in Anwendungen wie Spielzeugbausteinen (Lego), Zeicheninstrumenten, elektrischen Zahnbürsten, Seitenwangen von in Sandwichbauweise gefertigten Skiern und leichten, stoßsicheren Reisekoffern [9].

Gefüge: amorphe Thermoplaste mit großen Variationsmöglichkeiten im Aufbau

Eigenschaften: brillante Oberfläche, steif, kratzfest, maßhaltig, schlagzäh, galvanisierbar, wenig witterungsbeständig

Erkennen: opak, brennt rußend mit leuchtender Flamme, süßlicher Styrolgeruch

Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) sind mehrphasige Systeme, ihre Dichte beträgt zwischen 1030 und 1070 kg/m³. Obwohl ABS amorph ist, sind die meisten Typen undurchsichtig (opak). Die Werkstoffgruppe zeichnet sich besonders durch hohe Schlagzähigkeit aus, die etwa fünf- bis zehnmal höher ist als die von Homopolystyrol (PS). Weitere Eigenschaften ergeben sich oft als Kombination aus denen von Styrol-Acrylnitril (SAN) und Styrol-Butadien (SB); damit verbunden sind vielfältige Variationsmöglichkeiten im Aufbau dieser Stoffe. Aufgrund seiner Verwendung für höherwertige Produkte wird ABS üblicherweise antistatisch ausgerüstet [5].

Die Einsatzgrenzen von ABS-Kunststoff liegen etwa zwischen -40 und 85 °C bei dauerndem und bis zu 100 °C bei kurzfristigem Einsatz. Seine Chemikalienbeständigkeit entspricht weitgehend derjenigen von SAN, ABS ist aber wenig witterungsbeständig. Abhilfe lässt sich schaffen, indem man den Butadienkautschuk durch Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) ersetzt oder die Fertigteile beispielsweise mit Polyvinylidenfluorid (PVDF) beschichtet oder lackiert [5].

<ul><li>steif, zäh, auch bei tiefen Temperaturen bis –45 °C</li><li>hohe Härte bei guter Kratzfestigkeit</li><li>hohe Schlag- und Kerbschlagzähigkeit</li><li>gute Schalldämpfung durch hohe mechanische Dämpfung</li><li>wegen guter Zähigkeit für Einbettung von Metalleinlegeteilen geeignet</li><li>Erhöhung der Festigkeit und des E-Moduls durch Glasfasern möglich, wobei allerdings die Zähigkeit herabgesetzt wird</li></ul>

<ul><li>hoher Oberflächen- und Durchgangswiderstand bei nur sehr geringfügiger elektrostatischer Aufladung</li><li>größere dielektrische Verluste als bei Standard-Polystyrol (PS)</li></ul>

<ul><li>beständig gegen Wasser, wässrige Salzlösungen, verdünnte Säuren und Laugen; gesättigte Kohlenwasserstoffe (Benzin), Mineralöle; tierische und pflanzliche Fette</li><li>nicht beständig gegen konzentrierte Mineralsäuren, aromatische (Benzol) und chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ester, Ether und Ketone</li></ul>

<ul><li>brennt mit leuchtend gelber, rußender Flamme ohne abzutropfen</li><li>auch Typen in flammwidriger Einstellung lieferbar</li></ul>

Ergänzend dazu weist die Literatur folgende Informationen aus: Die Entflammungstemperatur von ABS liegt bei ca. 390 °C, die Entzündungstemperatur bei ca. 480 °C (nach ASTM D 1929). Allgemein können, wenn Styrolpolymerisate verbrennen, die entstehenden Brandgase neben den Hauptprodukten Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), Kohlenstoff (Ruß) und Wasser (H2O) auch Styrol, Aldehyde (Formaldehyd, Benzaldehyd, Salicylaldehyd etc.), Alkene (zum Beispiel Ethen, Propen, Buten, Isobuten) und Aromaten (Benzol, Toluol, Ethylbenzol oder Naphthalin) enthalten – im Falle von ABS-Kunststoff auch Cyanwasserstoff (Blausäure) und Acrylnitril [11].

<tr><td>Dichte</td><td>1,03 – 1,07 g/cm³</td></tr><tr><td>Zug-E-Modul</td><td>2200 – 3000 MPa</td></tr><tr><td>Streckspannung</td><td>45 – 65 MPa</td></tr><tr><td>Streckdehnung</td><td>2,5 – 3 %</td></tr><tr><td>nominelle Bruchdehnung</td><td>15 – 20 %</td></tr><tr><td>Formbeständigkeitstemperatur HDT/A 1,8 MPa</td><td>95 – 105 °C</td></tr><tr><td>Längenausdehnungskoeffizient, längs</td><td>8,5 – 10* 10-5/K</td></tr><tr><td>elektrische Durchschlagsfestigkeit</td><td>30 – 40 kV/mm</td></tr><tr><td>spez. Durchgangswiderstand</td><td>1012 – 1013 Ω · m</td></tr><tr><td>spez. Oberflächenwiderstand</td><td>> 1013 Ω</td></tr><tr><td>Feuchteaufnahme bei 23°C/50% r.F., Sättigung</td><td>0,3 – 0,5 %</td></tr><tr><td>Brennbarkeit UL94 bei 1,6 mm Dicke</td><td>Klasse HB (auch als V-2 bis V-0 verfügbar)</td></tr>

Eine Besonderheit dieses Kunststoffs: Auf dem Gebiet der galvanisierten Kunststoffteile hat ABS bei Weitem die größte Bedeutung. In einem mehrstufigen chemischen Prozess lassen sich ABS-Teile haftfest mit einer dünnen Metallschicht überziehen. Galvanisierte ABS-Teile sind auch besser witterungsbeständig [5].

ABS-Kunststoff ist gut verträglich mit vielen anderen Thermoplasten, daher findet er vielfältige Anwendung als Bestandteil von Polymerblends und Legierungen. Marktbedeutung haben vor allem Blends mit Polycarbonat (PC) und Polyamid (PA). Darüber hinaus kennt man Kombinationen mit thermoplastischen Polyurethan-Elastomeren (TPU), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polysulfon [5].

ABS+PC-Blend weist mit steigendem PC-Anteil eine zunehmende Formbeständigkeit in der Wärme auf und besitzt eine mit PC vergleichbare Steifigkeit und Härte. Gegenüber reinem PC wird zudem die Verarbeitung durch die relativ niedrige Schmelzeviskosität des SAN erleichtert.

Beim ABS+PA-Blend werden die nachteiligen Eigenschaften von PA, wie Schwindung und mangelnde Kälteschlagzähigkeit, reduziert. Das Blend bietet eine gute Zähigkeit, Verarbeitungsfähigkeit, Chemikalienbeständigkeit und im Vergleich zu ABS+PC eine niedrigere Dichte. ABS+PA-Blend zeichnet sich ebenso durch eine sehr hohe Wärmeformbeständigkeit von 180 bis 200 °C (Heat-sag-Test) aus [13].

Toxizität/Nachhaltigkeit/Recycling/Umwelt

ABS-Kunststoff gilt als physiologisch unbedenklich (ungiftig) und wird deshalb oft auch für die Produktion von Kinderspielzeug verwendet. Das Material ist zum einen per se stabil und setzt zum anderen durch die hohe Abriebfestigkeit nahezu kein Mikroplastik frei. Einzige Einschränkung: Das Material muss selbstverständlich frei von gesundheitsgefährdenden Weichmachern wie Phthalaten sein [1].

Beim 3D-Druck mit ABS-Filamenten besteht immerhin die Möglichkeit, dass Feinstaubteilchen und thermische Zerfallsprodukte in die Raumluft gelangen. Untersuchungen zufolge liegt die Schadstoffkonzentration dabei allerdings weit unter allen Grenzwerten [14].

<ul><li>ABS lässt sich gut recyceln.</li><li>ABS-Kunststoffe haben den Recycling-Code 07 (Bedeutung: andere Kunststoffe als PET, PE, PP, PVC, PS).</li><li>In diesem Code ist ABS allerdings mit anderen Kunststoffen (zum Beispiel PA, PC, PMMA, PUR) zusammengefasst.</li></ul>

Beim Recyceln von ABS gilt wie für jegliche andere Werkstoffe der Grundsatz, dass Fremdmaterial und Verunreinigungen zuvor abgetrennt werden müssen. Das ist in der Praxis, wenn man an die „Hauptquelle“ für ABS-Kunststoff denkt, durchaus eine Herausforderung.

Schätzungen zufolge macht ABS – zusammen mit PS und PP – anteilig etwa 55 Prozent des Eingangsmaterials im gemischten Elektro- und Elektronikschrott aus. 40 bis 50 Prozent des Input-Materials sind wirtschaftlich nicht verwertbare Kunststoffe, flammgehemmte Materialien und Störstoffe wie Glasscherben, Staub oder Restmetalle. Auch die Farbe spielt beim Kunststoffrecycling eine große Rolle: Kunststoffteile im Elektronikschrott haben einen besonders hohen Anteil an schwarzen Kunststoffen, die nur deswegen im Abfall landen, weil die gängigen NIR-Sortiersysteme, die mit Nah-Infrarot-Erkennung arbeiten, nur helle Kunststoffe erkennen [15].

Eine Lösung bietet die elektrostatische Separationstechnik, die eine Trennung auch komplett schwarzer Materialgemische ermöglicht und bei ABS-Fraktionen Reinheiten von bis zu 99 Prozent. Dazu ist jedoch wiederum eine Vorkonzentration des Elektronikschrotts erforderlich, bei der zum Beispiel die Kunststoffe mit den unerwünschten flammhemmenden Zusätzen aussortiert werden [15].

Prinzipiell lässt sich ABS-Kunststoff wie Polystyrol-Homopolymerisat verarbeiten. Im Gegensatz zu PS ist ABS aber mit allen gängigen Verfahren schweißbar. Wie beim Styrol-Acrylnitril-Copolymer (SAN) ist eine Vortrocknung des Granulats erforderlich. ABS wird auch mit Glasfaserverstärkung verarbeitet [5].

Vortrocknen: Vor dem Spritzgießen und Extrudieren empfiehlt sich ein zweistündiges Vortrocknen des ABS-Granulats bei 80 bis 90 °C im Umluftofen.

Spritzgießen: Spritzgießen von ABS-Kunststoffen ist sehr gut möglich bei Massetemperaturen von 200 bis 240 °C, bei wärmebeständigen Typen bis 280 °C. Über 240 °C kommt es durch beginnende Kunststoffzersetzung unter Umständen zu Verfärbungen. Die Werkzeugtemperaturen liegen in der Regel zwischen 40 und 85 °C, die Spritzdrücke bei 800 bis 1800 bar. Die Verarbeitungsschwindung beträgt ca. 0,4 bis 0,8 Prozent.

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