Füllstoffe und Verstärkungsmittel

Ein Füllstoff ist eine inerte, mineralische oder pflanzliche Substanz, die einem Basispolymer zugesetzt wird, um dessen mechanische, elektrische, thermische Eigenschaften oder das Oberflächenaussehen zu verändern oder die Kosten eines Materials zu senken.

Die Wahl eines Füllstoffs richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften und muss eine Reihe von Anforderungen erfüllen:
- Kompatibilität mit der Matrix: keine Toxizität, keine Verfärbung oder störenden Verunreinigungen, chemische Neutralität und Trägheit, Hitze- und Lichtbeständigkeit, geringe Wasseraufnahme, kein Einfluss auf die Stabilität des Polymers oder seiner Farbe.
- Benetzbarkeit: gute Verteilung der Pulver in der Polymermatrix oder Haftung der Fasern an der Basisharz.
- Gleichmäßigkeit von Qualität und Korngröße.
- Geringe abrasive Wirkung auf das Verarbeitungswerkzeug.
- Anwendungsbezogener Kostenpreis.

Zusammenfassung herunterladen

Füllstoffe verbessern viele Eigenschaften, die das polymere Material von sich aus nicht besitzt oder nicht erreichen kann. Sie ermöglichen insbesondere einen oder mehrere der folgenden Effekte:
- erhöhte Steifigkeit und Härte;
- Regulierung der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung;
- Erhöhung der thermischen Beständigkeit;
- Verringerung des Kriechens;
- Veränderung der rheologischen Eigenschaften (Fließverhalten, Thixotropie);
- einfachere Verarbeitung;
- Veränderung des Erscheinungsbilds (Opazität, Farbe, Textur).

Um ihre Einbindung zu ermöglichen, müssen Füllstoffe mehrere chemische und physikalische Eigenschaften erfüllen.

Tatsächlich dürfen Füllstoffe nicht chemisch mit der Matrix, den Zusatzstoffen und den Stabilisatoren reagieren. Zudem müssen die Farbe und der Brechungsindex, die Dichte, der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, die Partikelgröße, die Mohs-Härte und die Dispergierbarkeit berücksichtigt werden.

Im Allgemeinen haben kugelförmige Füllstoffe eine schwache Grenzflächenwirkung mit der Polymermatrix und verhalten sich wie inerte Füllstoffe, die durch Masseeffekt ein bestimmtes Volumen des Polymers ersetzen.
Somit haben preiswerte Pulver und Mehle einen wirtschaftlichen Nutzen. Diese Füllstoffe senken die Kosten des Formvorgangs, verringern die Schrumpfung und verbessern manchmal die mechanische Festigkeit des Materials (insbesondere bei Druckbelastung).

Im Gegensatz dazu erzeugen faserförmige Füllstoffe eine erhebliche Wechselwirkung zwischen ihrer Oberfläche und der Polymermatrix und übernehmen daher (mit Ausnahme von Pflanzenfasern) die Rolle der Verstärkung des Kunststoffmaterials. Sie verbessern die Bruchfestigkeit, erhöhen die Steifigkeit und gewährleisten eine bessere Erhaltung dieser Eigenschaften bei hoher Temperatur.

Sie werden häufig als Verstärkungsfüllstoffe oder Verstärkungsmittel bezeichnet.

Mineralische Füllstoffe verbessern häufig die dielektrischen Eigenschaften, erhöhen die Hitze- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, erhöhen die Dichte des Formmaterials und verringern die Schrumpfung.