Welche Kunststoffe sind beständig gegen hohe mechanische Belastung?
Werkstoffe haben sich in den letzten Jahrzehnten von einfachen Alltagsmaterialien zu hochspezialisierten Kunststoffen entwickelt, die in anspruchsvollsten Industrieanwendungen eingesetzt werden. Eine der zentralen Eigenschaften, auf die Konstrukteure und Ingenieure achten, ist die mechanische Belastbarkeit. Doch welche Kunststoffe halten den hohen Anforderungen wirklich stand?
Was bedeutet „mechanische Belastbarkeit“ bei Kunststoffen?
Unter dem Begriff „mechanische Belastbarkeit“ versteht man die Fähigkeit eines Werkstoffs, mechanischen Kräften wie Zug, Druck, Biegung und Schlagbeanspruchung standzuhalten, ohne dabei dauerhaft verformt oder zerstört zu werden. Diese Eigenschaft ist insbesondere in Branchen wie Maschinenbau, Automobiltechnik, Luftfahrt oder Medizintechnik von hoher Relevanz.
Folgende mechanische Eigenschaften spielen dabei eine entscheidende Rolle:
Zugfestigkeit: Widerstand gegen Zugbelastung
Biegefestigkeit: Widerstand gegen Durchbiegung
Schlagzähigkeit: Energieaufnahme bei plötzlicher Belastung
Steifigkeit: Widerstand gegen elastische Verformung
Besonders belastbare Kunststoffe im Vergleich
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über ausgewählte Kunststoffe mit hoher mechanischer Belastbarkeit sowie deren typische Kennwerte:
| Kunststoff | Zugfestigkeit (MPa) | Schlagzähigkeit (kJ/m²) | Steifigkeit (GPa) | Bemerkung |
|---|---|---|---|---|
| PEEK | bis 100 | > 55 | ca. 3,6 | Hitzebeständig, chemisch resistent |
| PA (Polyamid) | 60–90 | 5–20 | 2,5–3,0 | Gute Abriebfestigkeit, zäh |
| PC (Polycarbonat) | 60–70 | > 80 | 2,2–2,4 | Sehr schlagzäh, transparent |
| POM | 60–70 | 5–10 | 2,5–3,0 | Geringe Reibung, hohe Dimensionsstabilität |
| PPSU | 55–65 | > 50 | ca. 2,4 | Thermisch und mechanisch belastbar |
| PEI | 80–90 | 10–20 | 3,2–3,5 | Hohe Festigkeit bei gleichzeitig guter Formbeständigkeit |
Wann kommen hochbelastbare Kunststoffe zum Einsatz?
Mechanisch belastbare Kunststoffe werden besonders dann verwendet, wenn Metalle aufgrund von Gewicht, Korrosion oder Verarbeitung nicht in Frage kommen. Beispiele für typische Anwendungen:
Maschinen- und Anlagenbau: Zahnräder, Lager, Führungen
Automobilindustrie: Strukturteile, Clips, Lagerbuchsen
Luft- und Raumfahrt: Leichtbauteile mit hoher Festigkeit
Medizintechnik: Bauteile in chirurgischen Instrumenten oder Geräten
Vorteile gegenüber klassischen Werkstoffen
Mechanisch belastbare Kunststoffe bieten zahlreiche Vorteile gegenüber Metall oder Keramik:
Geringes Gewicht bei hoher Festigkeit
Korrosions- und chemische Beständigkeit
Leichtere Verarbeitung durch Spritzguss oder CNC-Bearbeitung
Hohe Dauerfestigkeit auch bei wechselnden Belastungen
Auswahlkriterien für Konstrukteure
Die Auswahl des passenden Kunststoffs richtet sich nicht nur nach der maximalen Belastbarkeit, sondern auch nach Umgebungsbedingungen und weiteren Anforderungen. Folgende Aspekte sollten einbezogen werden:
Temperaturbereich (thermische Belastbarkeit)
Kontakt mit Chemikalien oder UV-Strahlung
Anforderungen an Reibung oder Verschleiß
Wirtschaftlichkeit und Verfügbarkeit
Fazit: Kunststoffmechanische Belastbarkeit gezielt nutzen
Die mechanische Belastbarkeit ist ein entscheidender Faktor bei der Materialwahl für technische Anwendungen. Moderne Hochleistungskunststoffe wie PEEK, PA oder PEI vereinen hohe Festigkeit mit weiteren Vorteilen wie geringem Gewicht und chemischer Resistenz. Durch eine gezielte Auswahl lassen sich langlebige, leistungsfähige und wirtschaftlich attraktive Bauteile realisieren.