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Tutorial MenueEigenschaften von PolystyrolLerneinheit 4 von 7

Thermische Eigenschaften von Polystyrol

Thermische Ausdehnung

Beim Erwärmen nimmt die Wärmebewegung von Atomen und Molekülen zu. In der Regel hat das einen erhöhten Platzbedarf der Moleküle zur Folge.

Linearer Ausdehnungskoeffizient
Der lineare Ausdehnungskoeffizient α ist definiert als relative Längenänderung pro Kelvin.

α ist stark materialabhängig.

Tab.1
Lineare Ausdehnungskoeffizienten α bei 25 °C
Materialα in K -1
Quarzglas 5,4· 10 -7
Eisen1,2· 10 -5
Aluminium2,3· 10 -5
Standard-Polystyrol 7,0· 10 -5
PVC, ataktisch 8,0· 10 -5
Polyethylen, amorph 2,9· 10 -4
Schwefelkohlenstoff3,8· 10 -4

In den Werten spiegeln sich die großen Unterschiede in den Bindungsfestigkeiten wider. Ist ein Atom bzw. Molekül sehr fest gebunden, führt eine Erhöhung der thermischen Energie nur zu einer geringfügigen Erhöhung der mittleren Auslenkung aus der Ruhelage. Quarzglas mit seinem dreidimensionalen Netzwerk polarer Bindungen besitzt deshalb einen viel kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten als Schwefelkohlenstoff, dessen Moleküle nur durch schwache Van-der-Waals-Kräfte zu einer Flüssigkeit aggregiert werden.

Die Werte für Thermoplaste liegen zwischen diesen beiden Extremen. Im Polyethylen (PE) sind die Atome längs der Polymerkette kovalent gebunden, während zwischen den Polymermolekülen nur Van-der-Waals-Kräfte wirken. In PVC und PS wirken Anziehungskräfte zwischen permanenten Dipolmomenten, hervorgerufen durch polare Bindungen, die eine Folge der elektronenziehenden Wirkung der Chloratome bzw. Phenylringe sind. Daher sind bei diesen beiden Materialien die Ausdehnungskoeffizienten niedriger als der von PE.

Die thermische Ausdehnung aller gängigen Thermoplaste ist deutlich größer als die von Eisen und damit kein vernachlässigbarer Effekt. Für die Verarbeiter von Thermoplasten ist der lineare Ausdehnungskoeffizient eine wichtige Größe. Nach der Formgebung in der Wärme kühlt das neue Formteil auf Raumtemperatur ab und schrumpft dabei. Diese Schrumpfung muss berücksichtigt werden, wenn das Teil die vorgegebenen Maße besitzen soll.

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