Soorten kunststof
Kunststoffen zijn er in vele soorten, elk met hun eigen eigenschappen en toepassingen. Bij Timmerije werken we dagelijks met deze materialen om complexe en duurzame producten te realiseren. Maar wat onderscheidt thermoharders, thermoplasten en elastomeren van elkaar? En waarom vormen juist thermoplasten de basis voor het spuitgietproces? Op deze pagina vertellen we alles over de belangrijkste soorten kunststoffen en hun rol binnen de kunststofindustrie.
Wat zijn kunststoffen?
Kunststof is materiaal dat is opgebouwd uit zeer grote moleculen (polymeren), die ontstaan door chemische synthese, een kunstmatig bereidingsproces. In de 19e eeuw stonden natuurlijke stoffen als cellulose uit hout, stro of katoen, hars, menselijke of dierlijke eiwitten en bloed aan de basis van de eerste kunststoffen. Deze stoffen bestaan allemaal uit natuurlijke polymeren, ketens van identieke of soortgelijke moleculen.
Door deze natuurlijke polymeren te wijzigen (chemisch synthese) ontstonden er de eerste halfsynthetische kunststoffen. Het melkeiwit caseïne was de grondstof voor kunsthoorn en fungeerde het katoencellulose als grondstof voor celluloid. Dit was destijds de vervanger voor ivoor en bekend van de filmrollen. Momenteel wordt het nog toegepast voor de tafeltennisballetjes en de gitaarplectrums.
Kunststoffen uit begin 20e eeuw zijn volledig synthetische materialen welke kunstmatig zijn gemaakt uit koolwaterstoffen, organische verbindingen van uitsluitend waterstof (H) en koolstof (C) afkomstig van aardolie. Dit door onnatuurlijke chemische reacties tijdens een industrieel proces (aardolieraffinage). Bakeliet (PF), ontwikkeld door de Belgisch-Amerikaanse uitvinder Leo Baekeland, gebruikte kunsthars op basis van fenol en formaldehyde. Dit was de eerste synthetische kunststof uit aardolie. Deze kunststof geleide geen stroom en kon goed tegen hitte, Toepassingen waren onder andere behuizingen voor de elektrotechniek, radiokasten en deurklinken.
Waarom synthetische kunststoffen?
Nieuwe technologieën en nieuwe producten volgden elkaar snel op en daarvoor waren nieuwe materialen nodig. Het schaars worden aan natuurlijke grondstoffen en de hogere eisen die gesteld werden aan de nieuwe toepassingen voor de groeiende bevolking, zorgden voor een sterke toename in synthetische kunststoffen met verschillende eigenschappen. Deze kunststoffen konden niet meer bijdragen aan comfort, veiligheid, houdbaarheid, hygiëne en energie-efficiëntie.
Welke kunststofsoorten zijn er?
De soorten kunststoffen kunststoffen kun je indelen in drie groepen, namelijk thermoharders, thermoplasten en elastomeren. Het Bakeliet is een voorbeeld van een thermoharder welke hard blijft tijdens verhitting. Daarentegen zullen thermoplasten, zoals polypropyleen (PP) bij verhitting zacht worden en opnieuw vervormbaar zijn tot nieuwe producten. De elastomeren hebben rubberachtige eigenschappen en zijn elastisch. Een thermohardend elastomeer, waaronder siliconen rubber (SI), is net zoals de thermoharders niet opnieuw vervormbaar. Daarentegen zijn thermoplastische elastomeren (TPE) wel opnieuw vervormbaar en worden deze veelal ingezet voor 2K spuitgiettechnieken ten behoeve van geïntegreerde afdichtingen.
Wat zijn thermoplasten?
Thermoplasten zijn kunststoffen die bij verhitting zacht worden en daardoor eenvoudig te vormen zijn. Wanneer ze afkoelen, verharden ze weer zonder hun eigenschappen te verliezen. Dit proces kan meerdere keren worden herhaald, waardoor thermoplasten niet alleen geschikt zijn voor complexe spuitgiettoepassingen, maar ook goed recyclebaar zijn.
Binnen de groep thermoplasten bestaan uiteenlopende varianten met elk hun eigen eigenschappen. Een belangrijk onderscheid wordt gemaakt tussen amorfe en kristallijne thermoplasten. Amorfe thermoplasten hebben een ongeordende molecuulstructuur en worden vaak toegepast in transparante materialen zoals PS, SAN, PMMA en PC. Kristallijne thermoplasten daarentegen beschikken over een geordende structuur, wat zorgt voor een hoge sterkte en slijtvastheid. Bekende voorbeelden zijn PE, PP, POM, PA6 en PBT.
Voordelen van thermoplasten
Thermoplasten bieden een breed scala aan voordelen en zijn bijzonder geschikt voor lichte constructies en complexe vormgeving. Ze dragen bij aan comfort, veiligheid, hygiëne, houdbaarheid en energie-efficiëntie. Hun gunstige eigenschappen omvatten onder meer een laag gewicht, uitstekende chemische bestendigheid en goede thermische en elektrische isolatie. Dankzij de grote ontwerpvrijheid kunnen functies eenvoudig in één product worden geïntegreerd, waardoor nabewerking en assemblage vaak overbodig worden en de integrale kostprijs daalt. Bovendien zorgen het lage gewicht, de brede toepasbaarheid en de mogelijkheden voor recycling voor een aanzienlijke CO₂-reductie, waardoor thermoplasten uitstekend passen binnen de circulaire economie.
Nadelen van thermoplasten
Naast de vele voordelen kennen thermoplasten ook enkele nadelen. Door hun relatief lage smeltpunt, zeker vergeleken met materialen zoals staal, neemt de sterkte en stijfheid af bij hogere temperaturen. Daarnaast zijn thermoplasten gevoelig voor kruip bij langdurige belasting. Om deze eigenschappen te verbeteren worden vaak additieven toegepast, maar sommige daarvan hebben een negatieve impact op het milieu en beperken de circulariteit van het materiaal. Ook de inzameling en verwerking van kunststoffen speelt een belangrijke rol: wanneer dit onvoldoende zorgvuldig gebeurt, kan dit leiden tot zwerfvuil en schadelijke effecten op ecosystemen.
Piramide van thermoplasten
De thermoplastenpiramide toont bovenaan de high temperature en extreme temperature plastics, die geschikt zijn voor high performance engineering toepassingen. Deze kunststoffen behouden hun mechanische en chemische eigenschappen bij langdurige blootstelling aan zeer hoge temperaturen en agressieve omgevingen. Ze worden ingezet in sectoren zoals luchtvaart, medische technologie en elektronica, waar betrouwbaarheid en duurzaamheid essentieel zijn. Door hun uitzonderlijke prestaties vormen ze de topklasse binnen de wereld van thermoplasten.
Onder deze topklasse bevinden zich de engineering en commodity plastics. Engineering plastics onderscheiden zich door hun verbeterde mechanische, thermische en chemische eigenschappen ten opzichte van standaard kunststoffen. Hierdoor zijn ze geschikt voor technisch veeleisende toepassingen. Commodity plastics daarentegen zijn vooral aantrekkelijk vanwege hun lage kostprijs en brede inzetbaarheid in alledaagse producten, maar bieden beperkte prestaties onder zware omstandigheden.