Materialcheck Kunststoff – Material mit Potential
24. Juli 2008
In unmittelbarer kurzer Zeit ist der Anteil an Fahrradteilen aus Kunststoff stark gestiegen. Doch dies ist keineswegs eine neuartige Entwicklung. Manche kennen vielleicht noch die Tuff-Wheels® der Marke Skyway™, die auch heute noch produziert und verkauft werden. Aber auch der UNI® Seat für BMX-Racer ist kein Unbekannter. Nicht verwunderlich, denn in den 80er Jahren wurde die Sattel + Sattelstützenkombination aus Kunststoff mehr als eine Million Mal verkauft und war damit der meist verkaufte BMX Sattel seiner Zeit. Damit ihr mehr über dieses Material in Erfahrung bringen könnt, gebe ich euch hiermit einen kleinen Einblick in die Materie.
Grundlagen:
Reißende, knisternde Einkaufstaschen, Kunststoffmüll…keine Frage, das Image ist schlecht. Den negativen Ruf hat dieses vielseitige Material aber zu Unrecht. Denn oftmals wurde der falsche Kunststoff für die falsche Anwendung verwendet sowie auch das Produkt selbst meist unzureichend oder gar lieblos und falsch konstruiert.
Da ist es auch verständlich, dass das Missfallen der Kunden groß war und die Schuld oftmals dem Material gegeben wurde. Doch wenn man an Kunststoffmüll denkt der unachtsam weggeschmissen wird, so ist die Person die damit nicht umgehen kann die Schuldige, jedoch nicht das Material selber.
Wie man am Beispiel Kunststoff-Pedal gut sehen kann, sind die Unterschiede vom eingesetzten Material bis zu den Dimensionen und dem Design genau so groß, wie die Meinung der Käufer zu der Tauglichkeit der Pedale.
Entwicklung des Kunststoffs:
Den Wunsch ein „künstliches Material“ herzustellen gab es schon sehr früh, womit sich kein exaktes Datum für den Beginn der Entwicklung von Kunststoff nennen lässt.
Sicher jedoch ist, dass durch die große Armut und der Mangel an Lebensmittel in der Zeit des ersten Weltkrieges, der Drang sehr stark war billige Ersatzstoffe für Lebensmittel als auch für Textilien herzustellen. Dieser starke Drang gepaart mit viel Glück und einigen Zufällen, beflügelte Chemiker, Biologen und andere Forscher gleichermaßen an der Entwicklung des Werkstoffes, der bis in unsere heutige Zeit viele Fortschritte durchlief, und trotzdem sein Potential noch lange nicht voll ausgeschöpft hat.
Einteilung der Kunststoffe:
So wie wir den Kunststoff heute kennen kann er in 3 wichtige Gruppen eingeteilt werden.
1. Thermoplaste:
Der Name stammt von „thermos“ = „warm“ und „plasso“ = „bilden“.
Kunststoffe dieser Kategorie (z.B.: PE, PVC…) verformen sich bei einer bestimmten Temperatur und behalten diese Form nach dem abkühlen.
Sie bestehen meist aus fadenförmigen, nur gering verzweigten Molekülketten, zwischen denen nur sehr schwache Kräfte wirken.
2. Duromere oder Duroplaste:
Der Name leitet sich von „durus“ = „hart“ ab.
Duromere (z.B.: Epoxydharze…) können im Gegensatz zu den Thermoplasten nur einmal erwärmt und verformt werden. Einmal ausgehärtet sind sie bei Zimmertemperatur hart bis spröde. Die Makromoleküle sind in alle Richtungen stark miteinander vernetzt.
3. Elastomere:
Von „elastisch“ = „dehnungsfähig“ und „meros“ = „Teil“ haben diese Kunststoffe ihren Namen. Die Makromoleküle haben nur sehr wenige Querverbindungen, was zu hoher Elastizität führt. Kunststoffe aus dieser Gruppe wären zum Beispiel Naturkautschuk (NR) oder Silicon-Kautschuk (SIR).
Polarisiert oder Polymerisiert – das ist hier die Frage:
Vom Erdöl das soeben aus dem Erdboden schießt und durch die nächstgelegene Pipeline wandert, bis zum fertigen Kunststoffprodukt ist es ein weiter Weg.
Zu lange um ihn in diesem Artikel einfach und schnell erklären zu können.
Nur soviel: Von der Gesamten jährlichen Erdölfördermenge werden derzeit nur geschätzte 4%!!! für die chemische Industrie verwendet, zu denen auch die Kunststoffe zählen.
Der große Anteil Erdöl wird als Energieträger wie Benzin, Treibstoff, Heizöl usw.
unwiederbringlich verbrannt. Somit ist die Befürchtung, etwa mit ein paar Kunststoff-Pedalen eine Ölkrise auszulösen unberechtigt.
Nomenklatur – ein Name muss her:
Kunststoffe werden öfters auch falsch als „Plastik“ bezeichnet.
Dieser Name wurde vom englischen Wort für Kunststoffe „plastics“ übernommen und eingedeutscht. Wissenschaftlich bezeichnet man Kunststoffe als Polymere. Der Begriff stammt aus dem Griechischen und leitet sich von „poly“ = „viel“ und „meros“ = „Teil“ ab.
Kunststoff ist somit ein Werkstoff der aus „vielen Teilen“ (hauptsächlich Kohlenstoff) besteht.
Da Chemiker genau wie Mathematiker eher schreibfaul sind, haben sie sich Kurzzeichen ausgedacht und obwohl ich persönlich den Chemie-Unterricht nicht immer die gebührende Aufmerksamkeit schenkte, habe sogar ich die einfachen Prinzipien verstanden. Die Kurzzeichen sind Großbuchstaben welche die im Kunststoff enthaltenen Basis-Polymere (meist die Anfangsbuchstaben der chemischen Bezeichnung) beschreiben.
Die tatsächliche chemische Bezeichnung der Kunststoffe erfolgt nach den IUPAC-Regeln (International Union of Pure and Applied Chemistry), viele Kunststoff sind euch aber besser unter dem Trivial- oder dem Markennamen einer Firma bekannt.
Beispielsweise wird Aramid (aromatische Polyamide) oft als Kevlar™
(Markenname der Fa. DuPont) bezeichnet.
weitere bekannte Beispiele:
|
Kurzzeichen |
IUPAC-Name | Trivialname/Markenname |
|
CR |
Chloropren-Kautschuk | Neopren®(DuPont) |
|
PA |
Polyamid | Nylon®(DuPont) |
|
PC |
Polycarbonat | Lexan® (General Electric) Makrolon® (Bayer AG) |
|
PMMA |
Polymethylmethacrylat | Plexiglas® (Röhm GmbH) |
|
PTFE |
Polytetrafluorethylen |
Teflon®(DuPont) oder Gore-Tex bei Membranen |
Stabilitätsfaktor:
Nur mehr in den seltensten Fällen werden Kunststoffe in ihrer reinen Form verarbeitet.
Stabilisatoren/Antistatika/Flammschutzmittel/Masterbatches (Farbpigmente)/Füll- und Verstärkungsstoffe sind häufig der Kunststoffschmelze beigemischte Additive.
Dank der hervorragenden Eigenschaften vieler Kunststoffe, wie auch der Möglichkeit den Werkstoff dem Verwendungszweck entsprechend anzupassen, machen ihn für viele Einsatzmöglichkeiten interessant.
Bei einigen Bereichen am Fahrrad kann der Kunststoff gar nicht durch andere Materialien ersetzt werden (Reifen, Griffe …). Einige Teile haben sich mittlerweile schon bei vielen Fahrern bewährt, bei denen der Kunststoff für ein niedriges Gewicht sorgt und gleichzeitig die Geldbörse schont. Kaum ein anderer Werkstoff macht dies möglich.
Aber Vorsicht, auch ich bin dagegen jedes nur mögliche Teil am Rad durch eines aus Kunststoff zu ersetzten. Ein guter Rahmen, Gabel oder Lenker aus Stahl, wird auch weiterhin seine Berechtigung haben. Dennoch gibt es Teile bei denen der Einsatz von Kunststoff noch Potential hätte das Gewicht zu senken, eine höhere Stabilität zu erreichen oder andere Vorteile mit sich bringen würde.
Was es in dieser Hinsicht vielleicht noch für innovative Teile zu kaufen geben wird…lassen wir uns überraschen. Denn auf meine Anfrage hin versicherten mir namhafte BMX-Firmen ihre Produktpalette vermehrt auf diesem Werkstoff stützen zu wollen.
Gewichtsfaktor:
Auch beim Gewicht gibt es sehr große Unterschiede bei den einzelnen Kunststoffarten.
Im Allgemeinen ist jedoch die Dichte von Kunststoff weitaus geringer als die der üblich im Radsport verwendeten Metalle.
Beispiel:
| Material |
PA |
PC |
PVC-hart |
ALU |
Titan |
Stahl |
| Dichte [g/cm3] |
1,15 |
1,22 |
1,46 |
2,70 |
3,90 |
7,85 |
Preisfaktor:
13 Euro für sehr taugliche Pedale. Bei diesem Preis vermutet man einen Tipp-Fehler. Aber der Preis stimmt und die Pedale sind auch in Ordnung. Die meistens geringen Kosten bei Fahrradkomponenten aus Kunststoff sind durch die teilweise niedrigen Materialkosten und die einfache Herstellung erklärbar. Jedoch kann der Kunststoff nicht nur den Kontostand schonen…
Umweltfaktor:
Weil bei Kunststoff im Vergleich zu Metallen die Herstellung und Verarbeitung weniger Energie verbraucht, wird auch die Umwelt geschont und an unseren wertvollen Ressourcen gespart. Weiters konnte dieser vielseitige Werkstoff sogar das Gewicht von Autos so drastisch senken, das durch den geringeren Spritverbrauch mehr Erdöl gespart wurde, als für den Kunststoff im Auto benötigt wird. Kunststoffe lassen sich außerdem durch verschiedene Recyclingverfahren wieder verwerten.
Stylefaktor:
Kunststoff hat seine Tugend sogar schon im Namen enthalten.
Die Optik der Fahrradkomponenten spielt beim Kauf eine nicht unwichtige Rolle.
Geschmäcker sind verschieden, doch bei den zahlreichen Möglichkeiten wie unterschiedlicher Farbe, transparent oder transluzent, matt oder glänzend, findet jeder an etwas gefallen.
Ein weiterer Vorteil beim Kunststoff ist, dass das Material mit Farb-Masterbatch komplett eingefärbt wird und nicht wie bei einer Lack- oder Eloxalbeschichtung die Farbe nur an der Oberfläche haftet. Somit bleibt die schöne Optik dauerhaft gewährleistet. Das einfärben erfolgt während dem verarbeiten des Roh-Granulates, womit keine zusätzlichen hohen Arbeitskosten entstehen.
Technik der Zukunft – schon jetzt erhältlich!
Nicht nur bei Fahrradkomponenten werden die Vorteile von Kunststoff immer häufiger genutzt. Man denke nur an den Fahrradhelmbau bei der mit der InMold-Technik die Hartschale und der Hartschaum miteinander verschweißt werden. Resultat ist eine vollständige Verbindung, eine sehr stabile Helmstruktur und einen um bis zur Hälfte leichteren Helm als jene herkömmlicher Bauart.
Sind wir schon bei den Protektoren angelangt, gibt es noch eine zweite erwähnenswerte tolle Entwicklung.
Die britische Firme d3o™ lab entwickelte einen speziellen Kunststoff mit intelligenten Molekülen die fließen wenn du dich bewegst, sich aber zusammenschließen wenn du stürzt, um die Aufprallenergie zu absorbieren. Das flexible gummiartige Material verwandelt sich somit innerhalb einer hundertstel Sekunde zu einem harten widerstandsfähigen Dämpfer der den Träger schützt. Möglich ist dies wenn die Eigenschaft des Kunststoffes „dilatant“ ist.
Übrigens: Den Namen der Firma als Suchbegriff im Internet eingegeben erhält man einige sehr interessante Videos dazu.
Wissen ist Macht – nix wissen macht auch nix
Die Thematik rund um das Material Kunststoff ist riesig und es ist nicht immer einfach dem Laien etwas darüber verständlich zu machen ohne zu sehr ins Detail zu gehen und damit zu langweilen. Ich hoffe jedoch, dass dies nicht der Fall war und ich euch einen interessanten Einblick über dieses Material geben konnte. Für weitere offene Fragen stehe ich (meistens) zur Verfügung. 
schöne Grüße aus Wien vom Gastautor
Matthias aka mountainlion
» first translation since… years. sorry.
sehr guter artikel
Hat auch sehr lang gedauert… und ich war sehr faul.
Dickes fettes Danke daher hier nochmal an Matthias!
Echt sehr infromativer Artikel! Gute Arbeit!
ich vermisse den teil in dem geschildert wird wie solche parts den handel ruinieren weil margen den bach runtergehen
Oh darauf geh ich noch ein. Ganz sicher.
sehr guter artikel vom herrn mountainlion!! man hätte fast noch schnell faserverstärkte kunststoffe anschneiden können, gerade kurzfasern in gussteilen dürften in uns zb bei pedalen nochmal ordentlich gewicht sparen lassen:)
ja gern geschehen,
war wirklich mehr Arbeit als gedacht/gewollt
aber hat auch Spaß gemacht!
@jopsuki, joa hätte ich noch machen können,
schlussendlich entschieden sich alöx und ich dann aber dagegen,
vielleicht kommt ja irgendwann nochmal was…
mfg Matthias
Wenn ich mich recht entsinne sind doch die Eastern so gefertigt? Mit CFK Fasern oder so in der Art…
ja genau das fällt unter das thema Füll- und Verstärkungsstoffe,
Kunststoff kann mit eine vielzahl an Werkstoffen verstärkt und gefüllt werden,
die Additive beim Verstärken sind zum Beispiel Carbon/Aramid oder eben die Glasfasern, kann aber auch was anderes sein.
Bei den Fasern unterscheidet man dann noch über die unterschiedliche länge der Fasern (also Kurz, Lang oder auch gemischt) und gibt beim Werkstoff an zu wie viel Prozent er enthalten ist.
Also
PA 6 GF30 wäre dann Polyamid 6 mit 30% Glasfasern
und um das ganze dann auf die Pedale umzulegen
Eastern Bikes C.F.R.P Pedals stehen für Carbon Fiber Reinforced Plastic=Carbon Faser verstärkter Kunststoff
ja und CFK ist dann eben nicht nur Kentucky Fried Chicken
sondern eben auch Carbon Faser Kunststoff
[...] wo wir alle fein das Kunststoffgrundwissen aufgesaugt haben wissen wir ja auch das, wie bei allen anderen Materialien, der Form und der Farbe wenig [...]
[...] des einen Freud des anderen Leid entweder man mag Kunststoff, man lernt was über Kunststoff oder man mag es nicht – hält dann aber auch seine Klappe denn es redet auch niemand schlecht [...]
Schöner Artikel!