Was sind Polymere?
In diesem Abschnitt gehen wir die häufigen Probleme und Herausforderungen beim 3D-Druck mit einem materialwissenschaftlichen Ansatz durch. Die Idee hinter der Seite ist, mehr wissenschaftliches Wissen zu gängigen Problemen zu liefern, um sie leichter zu überwinden.
Um zu beginnen, ist es wichtig zu verstehen, welches Material beim 3D-Druck verwendet wird: Polymere
Polymere sind große Moleküle oder „Makromoleküle“, die aus einer großen Anzahl sich wiederholender Einheiten, bekannt als „Monomere“, im Polymerisationsprozess gebildet werden. Der Polymerisationsprozess verbindet die Monomermoleküle durch eine chemische Reaktion und bildet so das Rückgrat des Polymers.
Die Art der hergestellten Polymere kann je nach Chemie und Zusammensetzung der Monomerverbindungen, die sie aufbauen, variieren. Die zwischen den Monomeren gebildeten Verbindungen werden als kovalente Bindungen bezeichnet.
Polymere können in 2 Familien unterteilt werden: Duroplaste und Thermoplaste.
Duroplaste sind Polymere, die irreversibel aus einem weichen Feststoff oder einer viskosen Flüssigvorstufe in ein festes Polymer ausgehärtet werden. Der Aushärtungsprozess ist auch als Vernetzung bekannt und verläuft über eine chemische Reaktion, die alle Monomere und Vorpolymere verbindet, um eine Netzwerkstruktur zu bilden. Ein ausgehärteter Duroplast kann nicht mehr geschmolzen werden und ist in der Regel nicht thermisch verarbeitbar.
Thermoplaste sind Materialien, die beim Erhitzen weich und beim Abkühlen hart werden. Thermoplaste können mehrfach erhitzt, geformt und abgekühlt werden, wobei sich ihre Chemie oder mechanischen Eigenschaften nur geringfügig ändern. Im Gegensatz zu Duroplasten, bei denen jede Polymerkette kovalent mit anderen verbunden ist, sind bei Thermoplasten die Polymerketten durch schwächere Bindungen miteinander verknüpft, die als nichtkovalente Bindungen bezeichnet werden.
Polymere können je nach ihrer Mikrostruktur auch in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden:
Amorph und teilkristallin
Eine der Möglichkeiten, verschiedene Thermoplaste zu identifizieren, ist ihre Mikrostruktur, die die Eigenschaften und das Verhalten des Polymers definieren kann.
Amorph
Amorphe Polymere zeichnen sich dadurch aus, dass sie keine langreichweitige Ordnung aufweisen. Das bedeutet, dass die Polymerketten zufällig orientiert sind.
Im Allgemeinen werden klare Kunststoffe oft aus amorphen Polymeren hergestellt, wie z. B. PMMA, PS und PC.
Teilkristallin
Teilkristalline Polymere zeichnen sich durch eine geordnete Struktur mit strukturellen Bereichen aus, die als „Kristalle" bezeichnet werden.
Kristalle sind eine geordnete und dicht gepackte Ansammlung von Polymerketten. Kristalline Bereiche und amorphe Bereiche koexistieren in teilkristallinen Polymeren, daher das „teil“. Der Anteil kristallisierter Bereiche wird durch den Kristallinitätsgrad definiert. Ein spezifisches Merkmal teilkristalliner Polymere ist, dass dieser Kristallinitätsgrad ihre mechanischen und thermischen Eigenschaften stark beeinflussen kann.
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