Materialübersicht

Wir können in diversen Materialen für Sie drucken:

PLA, ABS, PETG, PC, TPU, Resin, PAHT-CF, PLA-CF, PETG-CF

PLA

Chemische Eigenschaften

Polylactide zählen zu den Polyestern. Diese aufgrund des asymmetrischen Kohlenstoffatoms optisch aktiven Polymere treten in der Form von D- oder als L-Lactiden auf, je nachdem, ob sich diese von L-(+)-Milchsäure [Synonym: (S)-(+)-Milchsäure] oder von D-(−)-Milchsäure [Synonym: (R)-(−)-Milchsäure] ableiten. Für diese beiden Formen werden die Abkürzungen PLLA bzw. PDLA verwendet. Für Copolymere aus L-(+)- und D-(−)-Milchsäure werden als PLDLA abgekürzt. Diese Nomenklatur kann weiter auf PLDLLA (Poly-(L-co-D/L-Lactid)) erweitert werden.

Die Eigenschaften der Polylactide hängen vor allem von der Molekülmasse, dem Kristallinitätsgrad und gegebenenfalls dem Anteil von Copolymeren ab. Eine höhere Molekülmasse steigert die Glasübergangs- sowie die Schmelztemperatur, die Zugfestigkeit sowie den E-Modul und senkt die Bruchdehnung. Aufgrund der Methylgruppe verhält sich das Material wasserabweisend (hydrophob), wodurch die Wasseraufnahme und somit auch die Hydrolyserate der Hauptbindung gesenkt wird. Weiterhin sind Polylactide in vielen organischen Lösungsmitteln löslich (z.B. Dichlormethan, Trichlormethan; durch Zugabe eines Lösungsmittels wie Ethanol, in dem das Polylactid schlechter löslich ist, kann es wieder ausgefällt werden). Zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der Polylactide können diese bei ihrer Verarbeitung (z.B. Spritzgießen, Extrusion) auch faserverstärkt werden.

Physikalische Eigenschaften

PLA weist zahlreiche Eigenschaften auf, die für vielerlei Einsatzgebiete von Vorteil sind:

• Eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme mit hoher Kapillarwirkung, dadurch geeignet für Sport- und Funktionsbekleidung.
• Eine geringe Flammbarkeit, hohe UV-Beständigkeit und Farbechtheit, wodurch Anwendungen im Möbelbereich für Innen- und Außenbereiche denkbar werden.
• Zudem ist das Festigkeits-/Gewichtsverhältnis relativ hoch, wodurch es sich auch für Leichtbauanwendungen eignet.
• Die Biegefestigkeit liegt bei 0,89–1,03MPa.

Die mechanischen Eigenschaften von reinem PLA ähneln sehr denen von Polyethylenterephthalat (PET). Insbesondere seine Transparenz und niedrige Migrationswerte prädestinieren PLA für einen Einsatz im Lebensmittelverpackungsbereich, allerdings weist es im Vergleich zu PET eine wesentlich höhere CO₂-, Sauerstoff- und Feuchte-Durchlässigkeit auf und absorbiert UV-Strahlung ab deutlich niedrigeren Wellenlängen. Auch hat PLA eine niedrigere Temperaturbeständigkeit.

Biologische Abbaubarkeit

Polylactide weisen aufgrund der Molekülstruktur eine biologische Abbaubarkeit auf, wobei hierfür bestimmte Umweltbedingungen nötig sind, die in der Regel nur in industriellen Kompostieranlagen zu finden sind. Zudem ist die Abbaubarkeit stark von der chemischen Zusammensetzung sowie dem Einsatz eventueller Copolymere abhängig. Unter industriellen Kompostbedingungen vollzieht sich der Abbau jedoch innerhalb weniger Monate. In der Natur, z.B. im Meer, wird sich PLA langsamer zersetzen.

Als CF-Variante wird dem Material ein gewisser Anteil von Carbonfasern beigemischt, welche dann im Druckprozess mit eingedruckt werden und so die mechanische Belastbarkeit extrem erhöhen.

ABS

Als technischer Kunststoff besteht ABS sehr häufig aus einem Blend des Terpolymers mit der reinen Hartkomponente SAN, da hierdurch bei gleichem Hart-/Weichphasenanteil und gleichem Molgewicht der PB-Weichphase das mittlere Molgewicht deutlich verringert und damit die Verarbeitbarkeit verbessert wird. Das Material besteht dann aus einem PB-Kern und der ineinander gelösten graft-Schale und SAN-Matrix.

Auch Varianten, in denen anstatt einer reinen PB-Hauptkette Nitrilkautschuk (Poly-(butadien-stat-acrylnitril)) oder SBR (Poly-(styrol-co-butadien)) eingesetzt wird, sind bekannt. Die (partielle) Verwendung von Methylstyrol statt Styrol erhöht die Temperaturbeständigkeit des Materials (höherer Glaspunkt der (M)SAN-Phase), ebenso die Copolymerisation von Styrol mit Maleinsäureanhydrid. Durchsichtige Varianten werden erhalten, wenn der Brechungsindex der Hartphase durch Copolymerisation mit Methylmethacrylat an den der PB-Weichphase angeglichen wird. Für bessere Umweltstabilität kann das UV- und Ozon-empfindliche PB durch EPDM ersetzt werden.

Eigenschaften

ABS ist in Rohform ein farbloser bis grauer Feststoff. Es kann mit Methylethylketon (MEK) und Dichlormethan (Methylenchlorid) geklebt werden.

Weitere Eigenschaften sind:

• Dichte: 1,04 g/cm³
• Reißdehnung (DIN 53455): 15 bis 30%
• linearer Ausdehnungskoeffizient: 60–110K⁻¹ · 10⁻⁶
• spez. Wärmekapazität: 1,3 kJ · kg⁻¹ · K⁻¹
• Dauergebrauchstemperatur: max. 85 bis 100°C
• elektrische Durchschlagsfestigkeit bis zu 120kV · mm⁻¹
• Beständigkeit gegen Öle und Fette
• temperaturbeständig
• Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse und Alterung

PETG

PETG ist ein mit Glycol modifiziertes PET, welches sich durch seine wässrigen Eigenschaften (Viskosität) auszeichnet.

Physikalische Eigenschaften

PET ist polar, wodurch starke zwischenmolekulare Kräfte vorhanden sind. Das Molekül ist zudem linear ohne Vernetzungen aufgebaut. Beides sind Voraussetzungen für teilkristalline Bereiche und Fasern. Durch diese Bereiche ergibt sich auch eine hohe Bruchfestigkeit und Formbeständigkeit bei einer Temperatur über 80°C. Die Schlagzähigkeit ist jedoch gering, das Gleit- und Verschleißverhalten gut. Die Glasübergangstemperatur liegt bei etwa 80°C. In den teilkristallinen Zustand (C-PET) geht PET bei etwa 140°C über. Die Elementarzelle ist triklin {a=4,56nm, b=5,94nm, c=10,75nm, α=98,5°, β=118°, γ=112°}. Die Dichte von amorphem PET (A-PET) beträgt 1,33–1,35g·cm⁻³ und von teilkristallinem C-PET 1,38–1,40g·cm⁻³. Im Vergleich zu C-PET besitzt A-PET eine etwas geringere Steifigkeit und Härte, aber eine höhere Schlagzähigkeit. Die Dichte der kristallinen Bereiche ist abhängig von der Dauer und der Temperatur der Festphasenpolykondensation, die zur Erzielung höhermolekularer PET-Güten standardmäßig durchgeführt wird. Der Kristallisationsgrad übersteigt 70% kaum. Der Schmelzpunkt liegt (abhängig vom Kristallisationsgrad und vom Polymerisationsgrad) zwischen 235 und 260°C.

Bei starkem Erhitzen zieht sich eine durch Blasen hergestellte Flasche aus PET – ähnlich wie vakuumgezogene Joghurtbecher aus PS – teilweise wieder zusammen.

Chemische Eigenschaften

Polyethylenterephthalate sind gegen viele Chemikalien beständig und werden daher bevorzugt als Behälter für Flüssigkeiten in der Lebensmittelindustrie, aber auch im Labor und in der Medizin verwendet.

Gegenüber starken anorganischen Säuren, insbesondere Schwefelsäure oder Salpeter- und Salzsäure, ist PET jedoch unbeständig.

Als CF-Variante wird dem Material ein gewisser Anteil von Carbonfasern beigemischt, welche dann im Druckprozess mit eingedruckt werden und so die mechanische Belastbarkeit extrem erhöhen.

PC

Polycarbonate weisen in der Regel einen Kristallit­anteil von weniger als 5% auf und gelten daher als amorph. Sie zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Schlagzähigkeit, Steifigkeit und Härte aus. Außerdem sind Polycarbonate gute Isolatoren gegen elektrische Spannung.

Polycarbonate sind entflammbar, die Flamme erlischt jedoch nach Entfernen der Zündquelle. Polycarbonat erfüllt die Anforderungen der Baustoffklasse B2 nach DIN 4102. In Schichtdicken zwischen einem und sechs Millimetern ist es im Falle von Innenanwendungen in die Baustoffklasse B1, „schwer entflammbar“ eingestuft. Auch die Anforderungen an das Brandverhalten von PC-Fahrzeugscheiben gemäß Zulassungsrichtlinien wie TA29 (national), ECE43 oder ANSI Z26.1 (USA) werden erfüllt.

Der wasserklare Kunststoff zeichnet sich durch Glas-ähnliche Licht-Transmissionsgrade (88% bei drei Millimetern Dicke nach DIN 5036-1) und Brechungsindices (1,59 nach ISO 489-A) aus.

Polycarbonat ist empfindlich gegenüber UV-Licht im Wellenlängen-Bereich um 340 nm. Bestrahlung mit Licht dieser Wellenlänge, u.a. durch Einsatz unter freiem Himmel, führt ohne Schutzbeschichtung zu Brüchen und Umlagerungen im Polymermolekül, die das Material mit der Zeit verspröden und vergilben lassen.

Die maximale Gebrauchstemperatur liegt bei 125 °C, kurzzeitig bis zu 135 °C. Die Glasübergangstemperatur ist 148 °C. Wie alle amorphen Kunststoffe hat Polycarbonat keinen Schmelzpunkt.

Chemikalienbeständigkeit

Polycarbonate haben eine Beständigkeit gegenüber:

• Wasser,
• Alkoholen (mit der Ausnahme von Methanol),
• Fetten,
• Ölen,
• Glycol,
• verdünnte Säuren,
• verdünnte Basen,
• vielen Mineralsäuren und
• wässrigen Lösungen von neutralen Salzen und Oxidationsmitteln

Keine Beständigkeit haben sie gegen:

• Benzol,
• Toluol,
• Xylol,
• chlorierte Kohlenwasserstoffen,
• Methanol,
• starke Säuren,
• starke Laugen,
• alkalische wässrige Lösungen,
• Amine und
• Ammoniak

Außerdem führt das längere Wirken von heißem Wasser zur Hydrolyse.

Zu den spannungsrissauslösenden Medien für Polycarbonat zählen:

• Aceton,
• Ether,
• Anilin,
• Ester,
• Kaliumhydroxid,
• Ketone,
• Kohlenwasserstoffe,
• Methanol,
• Natriumhydroxid,
• chlorhaltige Quellmittel,
• Terpentin und
• Tetrachlorkohlenstoff

TPU

Thermoplastisches Polyurethan (TPU-Material) ist ein flexibler, abriebfester Thermoplast. Es wird in einer Reihe von Herstellungsprozessen sowohl für Verbraucher als auch für die Industrie eingesetzt. In bestimmten Mischungen kann es sehr weich werden, aber TPU-Material bietet viele Vorteile und Eigenschaften. 3D-gedruckte Teile mit TPU sind langlebig und halten Umgebungstemperaturen von bis zu 80 Grad Celsius stand.

TPU-Filamente sind abriebfest, können Stößen standhalten und sind gegen viele Chemikalien beständig. Es ist vielseitig und wird in vielen verschiedenen Branchen eingesetzt. Es gibt verschiedene Versionen von TPU-Material, aber hauptsächlich kann es in zwei Typen eingeteilt werden. Erstens als Polyetherpolyurethan und zweitens als Polyesterpolyurethan bekannt. Beide haben unterschiedliche Eigenschaften, die für einen bestimmten Bedarf geeignet sind.

PAHT-CF

Nylon-Kohlefaser-Filament ist ein unglaublich starkes, haltbares Material, ideal für die Herstellung von Teilen, die Belastungen standhalten müssen (z. B. Lager).

Ein weiteres Merkmal des Nylon-Kohlefaser-Filaments ist die hohe thermische und chemische Beständigkeit bei hoher Verarbeitungsstabilität und guten rheologischen Eigenschaften. Andererseits hat Nylon-Kohlefaser eine ausgezeichnete Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen sowie eine geringe Wärmeausdehnung (im Gegensatz zu anderen Filamenten, die bei Temperaturen unter 20ºC spröde werden).

Durch die dem Nylon hinzugefügte Kohlefaser wird eine höhere Schlagzähigkeit der mit Nylon-Kohlefaser-Filament gedruckten Teile erreicht.

Die überwiegende Mehrheit der Nylon-Filamente auf dem 3D-Druckmarkt hat eine hohe Feuchtigkeitsaufnahme in der Umgebung und verursacht daher Druckfehler. Nylon-Kohlefaser hat jedoch eine viel geringere Feuchtigkeitsaufnahme als Standard-Nylon.

Durch die Zugabe von Kohlefasern zur Nylonbasis wird eine bessere Haftung an der Basis erreicht, wodurch sie sich nur wenig verzieht und auch eine größere Härte erreicht wird, die alle auf dem Markt befindlichen Nylons übertrifft.

Neben all diesen mechanischen Eigenschaften ist die mattschwarze Carbonoberfläche des Nylon-Kohlefaser-Filaments erwähnenswert, die es auch für Anwendungen in Architektur und Design attraktiv macht.

* Quellen:

https://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing_filament

https://tractus3d.com/de/materials/tpu/

https://filament2print.com/de/nylon-pa/797-nylon-fibra-carbono-cf15.html