Was ist Polypropylen (PP) und wofür wird es verwendet?

Polypropylen (PP) ist ein thermoplastisches Additionspolymer, das aus der Kombination von Propylenmonomeren hergestellt wird und in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt wird, darunter Verpackungen für Konsumgüter, Kunststoffteile für verschiedene Branchen, einschließlich der Automobilindustrie, Spezialvorrichtungen wie Filmscharniere, Textilien und eine breite Palette von Standardverpackungen in der Lebensmittel- und Zusatzstoffindustrie, Beschichtungen, Farben, Futtermittel, Waschmittel, Schmieröle, wasserdichte Baumaterialien, Tinte und landwirtschaftliche Düngemittel, die den Anforderungen kundenspezifischer Produktionen gerecht werden.

Polypropylen wurde erstmals 1951 von den beiden Phillips-Erdölwissenschaftlern Paul Hogan und Robert Banks polymerisiert, später dann von den italienischen und deutschen Wissenschaftlern Natta und Rehn. Es erlangte rasante Verbreitung, da die kommerzielle Produktion nur drei Jahre nach der ersten Polymerisation durch den italienischen Chemiker Professor Giulio Natta begann.

Natta perfektionierte und synthetisierte 1954 in Spanien das erste Polypropylenharz, und die Kristallisationsfähigkeit von Polypropylen sorgte für großes Aufsehen. Bis 1957 hatte seine Popularität explosionsartig zugenommen, und die flächendeckende kommerzielle Produktion begann in ganz Europa. Heute ist es einer der weltweit am häufigsten produzierten Kunststoffe.

CNC-gefräster Prototyp eines kindersicheren Deckels mit Polypropylen-Lebensscharnier von Creative Mechanisms

Die Hauptabnehmer von Polypropylen sind die Verpackungsindustrie mit einem Verbrauch von rund 30 %, gefolgt von der Elektro- und Geräteindustrie mit jeweils etwa 13 %. Haushaltsgeräte- und Automobilindustrie verbrauchen jeweils 10 %, und Baustoffe folgen mit 5 % des Marktes. Sonstige Anwendungen machen den restlichen weltweiten Polypropylenverbrauch aus.

Polypropylen besitzt eine relativ glatte Oberfläche und kann daher in Anwendungen mit geringer Reibung, wie beispielsweise Zahnrädern oder als Kontaktfläche bei Möbeln, Kunststoffe wie Acetal (POM) ersetzen. Obwohl Polypropylen auf molekularer Ebene glatt ist, weist es einen relativ hohen Reibungskoeffizienten auf, weshalb stattdessen Acetal, Nylon oder PTFE verwendet werden.

Polypropylen hat zudem eine geringe Dichte im Vergleich zu anderen gängigen Kunststoffen, was für Hersteller und Händler von spritzgegossenen Polypropylenteilen zu Gewichtseinsparungen führt.

Polypropylen zeichnet sich durch seine außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln wie Fetten bei Raumtemperatur aus, neigt jedoch bei höheren Temperaturen zur Oxidation (ein potenzielles Problem beim Spritzgießen). Ein wesentlicher Vorteil von Polypropylen ist seine Verarbeitbarkeit zu Filmscharnieren (mittels CNC-Bearbeitung, Spritzgießen, Thermoformen oder Bördeln). Filmscharniere sind extrem dünne Kunststoffteile, die sich biegen lassen, ohne zu brechen (selbst bei extremen Bewegungsbereichen von nahezu 360 Grad). Ein weiterer Vorteil ist die CNC-Bearbeitung von Polypropylen zu Filmscharnieren, die eine schnellere und kostengünstigere Prototypenentwicklung im Vergleich zu anderen Prototypenmethoden ermöglicht.

Ein weiterer Vorteil von Polypropylen ist seine einfache Copolymerisierbarkeit (Verbundwerkstoff) mit anderen Polymeren wie Polyethylen. Durch die Copolymerisation verändern sich die Materialeigenschaften deutlich, wodurch robustere technische Anwendungen möglich werden als mit reinem Polypropylen.

Was sind die Eigenschaften von Polypropylen?

Zu den wichtigsten Eigenschaften von Polypropylen gehören:

1. Chemische Beständigkeit: Verdünnte Basen und Säuren reagieren nicht so leicht mit Polypropylen, was es zu einer guten Wahl für Behälter solcher Flüssigkeiten macht, wie z. B. Reinigungsmittel, Erste-Hilfe-Produkte und mehr.

2. Elastizität und Zähigkeit: Polypropylen verhält sich in einem bestimmten Verformungsbereich elastisch (wie alle Materialien), zeigt aber auch frühzeitig plastische Verformung. Daher gilt es allgemein als zähes Material. Zähigkeit ist ein technischer Begriff und beschreibt die Fähigkeit eines Materials, sich plastisch (nicht elastisch) zu verformen, ohne zu brechen.

3. Dauerfestigkeit: Polypropylen behält seine Form auch nach starker Torsion, Biegung und/oder Verformung. Diese Eigenschaft ist besonders wertvoll für die Herstellung von Filmscharnieren.

4. Isolierung: Polypropylen besitzt eine sehr hohe elektrische Beständigkeit und ist daher sehr gut für elektronische Bauteile geeignet.

5. Lichtdurchlässigkeit: Polypropylen kann zwar transparent hergestellt werden, ist aber üblicherweise von Natur aus undurchsichtig. Es eignet sich für Anwendungen, bei denen eine gewisse Lichtdurchlässigkeit wichtig oder ästhetisch ansprechend ist. Wird eine hohe Lichtdurchlässigkeit benötigt, sind Kunststoffe wie Acryl oder Polycarbonat die bessere Wahl.

Polypropylen zählt zu den thermoplastischen (im Gegensatz zu duroplastischen) Werkstoffen. Diese Einteilung hängt mit dem Verhalten des Kunststoffs bei Wärmeeinwirkung zusammen. Thermoplastische Werkstoffe verflüssigen sich an ihrem Schmelzpunkt (im Fall von Polypropylen etwa 130 Grad Celsius).

Warum wird Polypropylen so häufig verwendet?

Polypropylen findet sowohl im Haushalt als auch in der Industrie Anwendung. Seine einzigartigen Eigenschaften und seine Anpassungsfähigkeit an verschiedene Verarbeitungstechniken machen es zu einem unschätzbaren Werkstoff für ein breites Anwendungsgebiet.

Eine weitere unschätzbare Eigenschaft ist die Fähigkeit von Polypropylen, sowohl als Kunststoff als auch als Faser zu fungieren (wie beispielsweise die Werbe-Tragetaschen, die bei Veranstaltungen, Rennen usw. verschenkt werden).

Die einzigartige Verarbeitbarkeit von Polypropylen, insbesondere seine Eignung für verschiedene Anwendungen, führte schnell dazu, dass es viele etablierte Alternativmaterialien, vor allem in der Verpackungs-, Faser- und Spritzgussindustrie, herausforderte. Sein Wachstum hielt über die Jahre an, und es ist nach wie vor ein wichtiger Akteur in der weltweiten Kunststoffindustrie.

Polypropylen ist ein sehr flexibles, weiches Material mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt. Diese Eigenschaften haben die meisten Anwender bisher daran gehindert, das Material ordnungsgemäß zu bearbeiten. Es verklebt, lässt sich nicht sauber schneiden und beginnt durch die Hitze der CNC-Fräse zu schmelzen. Um eine annähernd saubere Oberfläche zu erzielen, muss es in der Regel nachbearbeitet werden.

Welche verschiedenen Arten von Polypropylen gibt es?

Es gibt zwei Haupttypen von Polypropylen: Homopolymere und Copolymere. Die Copolymere werden weiter in Blockcopolymere und statistische Copolymere unterteilt. Jede Kategorie eignet sich besser für bestimmte Anwendungen als die anderen. Polypropylen wird aufgrund seiner vielfältigen Modifizierungs- und Anpassungsmöglichkeiten, die es optimal an spezifische Zwecke anpassen lassen, oft als der „Stahl“ der Kunststoffindustrie bezeichnet.

Homopolymeres Polypropylen ist ein universell einsetzbares Material. Man kann es sich als den Standardzustand des Polypropylens vorstellen. Blockcopolymeres Polypropylen besteht aus Comonomereinheiten, die in Blöcken (also in einem regelmäßigen Muster) angeordnet sind und zwischen 5 % und 15 % Ethylen enthalten. Ethylen verbessert bestimmte Eigenschaften, wie beispielsweise die Schlagfestigkeit, während andere Additive weitere Eigenschaften optimieren.

Statistisches Polypropylen-Copolymer – im Gegensatz zu Blockcopolymer-Polypropylen – weist Comonomereinheiten auf, die unregelmäßig oder zufällig entlang des Polypropylenmoleküls angeordnet sind. Es enthält üblicherweise 1 % bis 7 % Ethylen und eignet sich für Anwendungen, bei denen ein formbareres und klareres Produkt gewünscht wird.

Polypropylen für die Prototypenentwicklung auf CNC-Maschinen, 3D-Druckern und Spritzgießmaschinen:

3D-Druck von Polypropylen:

Polypropylen ist in Filamentform für den 3D-Druck nicht ohne Weiteres erhältlich.

CNC-Bearbeitung von Polypropylen:

Polypropylen wird häufig als Plattenmaterial für die CNC-Maschinenfertigung verwendet. Bei der Herstellung von Prototypen in kleinen Stückzahlen von Polypropylenteilen setzen wir üblicherweise die CNC-Bearbeitung ein.

Polypropylen gilt als schwer zu bearbeitendes Material. Grund dafür ist seine niedrige Glühtemperatur, wodurch es sich unter Hitzeeinwirkung verformt. Da es generell ein sehr weiches Material ist, erfordert präzises Schneiden ein extrem hohes Maß an Fachkenntnis. Creative Mechanisms hat dies erfolgreich umgesetzt.

Spritzguss von Polypropylen:

Polypropylen ist ein sehr nützlicher Kunststoff für das Spritzgießen und wird zu diesem Zweck typischerweise in Form von Granulat angeboten. Trotz seiner teilkristallinen Struktur lässt sich Polypropylen leicht formen und fließt aufgrund seiner niedrigen Schmelzviskosität sehr gut.

Diese Eigenschaft erhöht die Füllgeschwindigkeit der Form mit dem Material erheblich. Die Schwindung von Polypropylen beträgt etwa 1–2 %, kann aber je nach verschiedenen Faktoren variieren, darunter Nachdruck, Nachdruckzeit, Schmelztemperatur, Formwandstärke, Formtemperatur sowie Art und Anteil der Additive.

Neben den herkömmlichen Kunststoffanwendungen eignet sich Polypropylen auch hervorragend für Faseranwendungen. Dadurch eröffnet sich ein noch breiteres Anwendungsspektrum, das weit über das Spritzgießen hinausgeht. Dazu gehören Seile, Teppiche, Polstermöbel, Bekleidung und Ähnliches.

Was sind die Vorteile von Polypropylen?

1. Polypropylen ist leicht verfügbar und relativ preiswert.

2. Polypropylen besitzt aufgrund seiner teilkristallinen Struktur eine hohe Biegefestigkeit.

3. Polypropylen hat eine relativ glatte Oberfläche.

4. Polypropylen ist sehr beständig gegen die Aufnahme von Feuchtigkeit.

5. Polypropylen weist eine gute chemische Beständigkeit gegenüber einer breiten Palette von Basen und Säuren auf.

6. Polypropylen besitzt eine gute Dauerfestigkeit.

7. Polypropylen besitzt eine gute Schlagfestigkeit.

8. Polypropylen ist ein guter elektrischer Isolator.

Was sind die Nachteile von Polypropylen?

1. Polypropylen hat einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was seine Anwendungsmöglichkeiten bei hohen Temperaturen einschränkt.

2. Polypropylen ist anfällig für UV-bedingten Abbau.

3. Polypropylen weist eine schlechte Beständigkeit gegenüber chlorierten Lösungsmitteln und Aromaten auf.

4. Polypropylen ist bekanntermaßen schwer zu lackieren, da es schlechte Haftungseigenschaften besitzt.

5. Polypropylen ist leicht entzündlich.

6. Polypropylen ist anfällig für Oxidation.

Welche Eigenschaften hat Polypropylen?

Immobilienwert

Technische Bezeichnung Polypropylen (PP)

Chemische Formel (C3H6)n

Harz-Identifikationscode (für Recyclingzwecke)

Schmelztemperatur 130 °C (266 °F)

Typische Spritzgussformtemperatur 32 - 66 °C (90 - 150 °F) ***

Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) 100 °C (212 °F) bei 0,46 MPa (66 PSI) **

Zugfestigkeit 32 MPa (4700 PSI) ***

Biegefestigkeit 41 MPa (6000 PSI) ***

Spezifisches Gewicht 0,91

Schrumpfungsrate 1,5 - 2,0 % (0,015 - 0,02 Zoll/Zoll) ***

Verwandte Links: Plastikeimer, Individuell gestaltete Plastikeimer