Bei der Herstellung von Kunststoffwaren, die für den Einsatz im Freien bestimmt sind, sollten nach Möglichkeit UV-beständige Kunststoffe verwendet werden. In diesem Sinne erfahren Sie hier mehr über UV-beständige Kunststoffe sowie die Unterschiede zwischen Polypropylen und Nylon.
Polypropylen und Nylon sind zwei Arten von UV-beständigen Kunststoffen
Da Kunststoffe in der heutigen Umwelt so weit verbreitet sind, ist es nur unvermeidlich, dass einige von ihnen der Sonne ausgesetzt sind. Leider kann die im Sonnenlicht vorhandene ultraviolette (UV) Strahlung die meisten Kunststoffe im Laufe der Zeit zersetzen. Daher sind UV-stabilisierte oder UV-beständige Kunststoffe erforderlich, um jedes Produkt herzustellen, das für den Einsatz im Freien bestimmt ist. Der Hauptschwerpunkt des heutigen Artikels liegt auf der UV-Beständigkeit von zwei typischen kommerziellen Polymeren, nämlich Nylon und Polypropylen.
Welche Eigenschaften machen einen Kunststoff UV-beständig?
Kunststoffe, die dem von der Sonne erzeugten UV-Licht ausgesetzt sind, können die Strahlung absorbieren oder freie Radikale entwickeln, was sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften des Materials auswirkt. Darüber hinaus sind Kunststoffe mit schlechter UV-Beständigkeit anfällig für mehrere Nebenwirkungen, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden. Zu diesen Nebenwirkungen gehören die folgenden:
- Eine Oberfläche, die wie Kreide aussieht.
- Ausfransen und Versprödung der Objektoberfläche.
- Änderungen im Farbton oder Verdünnung.
Es wird zwischen UV-beständigen Kunststoffen und UV-stabilisierten Kunststoffen unterschieden, die es zu beachten gilt. UV-beständige Kunststoffe haben eine natürliche Beständigkeit gegen die durch ultraviolettes Licht verursachte Verschlechterung. Kunststoffe, die Beschädigungen nicht von Natur aus widerstehen, werden als UV-stabilisierte Kunststoffe bezeichnet. Diese Kunststoffe benötigen Additive, um ihre UV-Beständigkeit zu erhöhen. Aufgrund ihrer fehlenden inhärenten UV-Beständigkeit benötigen sowohl Polypropylen als auch Nylon die Zugabe von UV-Inhibitoren.
Polypropylen vs. Nylon in Bezug auf ihre UV-Beständigkeit
Da Polypropylen und Nylon in ihrer unmodifizierten Form anfällig für Schäden sind, wenn sie ultravioletter (UV) Strahlung ausgesetzt werden, ist es falsch, eines dieser Polymere als UV-beständig zu bezeichnen. Ihre Reaktionen auf UV-Licht werden in den folgenden Absätzen skizziert.
Polypropylen und die Auswirkungen von UV-Strahlung
In seinem natürlichen Zustand ist Polypropylen sehr anfällig für eine Verschlechterung durch UV-Licht. Das Material bricht leicht, nachdem es längere Zeit ausgesetzt war. Tatsächlich kann primäres Polypropylen, nachdem es sechs Tage lang hochintensiver UV-Strahlung ausgesetzt war, bis zu siebzig Prozent seiner mechanischen Festigkeit verlieren, die es einmal hatte. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass sich Polypropylen auch mit den Zusätzen immer noch ziemlich schnell verschlechtert, wenn es längere Zeit dem Sonnenlicht ausgesetzt wird. Dies gilt unabhängig davon, ob die Zusatzstoffe vorhanden sind oder nicht.
UV-Strahlen mit Wellenlängen zwischen 290 und 300, 330 und 370 Nanometer führen zum Abbau von Polypropylen. An diesen Stellen sind die Spektren von Polypropylen am intensivsten.
Obwohl Polypropylen eine bemerkenswerte mechanische Festigkeit und eine hohe Chemikalienbeständigkeit aufweist, sollte es nicht über einen längeren Zeitraum dem Sonnenlicht ausgesetzt werden, da es sich zersetzt. Da es so schwierig ist, eine Beschichtung auf Polypropylen aufzutragen, setzen Sie dieses Material nicht direktem Sonnenlicht aus.
Nylon und die Auswirkungen von UV-Strahlung
Obwohl Nylon tatsächlich durch Einwirkung von UV-Licht abgebaut werden kann, sind nicht alle Nylons gleich. Zum Beispiel hat Nylon 6 eine höhere Widerstandsbewertung als Nylon 6/6. Wenn sie über einen längeren Zeitraum UV-Strahlen ausgesetzt werden, neigt die Farbe von Nylonkomponenten dazu, zu verblassen. Der genaue Prozess, der Polypropylen zersetzt, ist auch für den Abbau von Nylon verantwortlich: Die Strahlung setzt freie Radikale frei, die die zwischenmolekularen Bindungen weiter schwächen.
Nylon ist anfällig für Schäden durch ultraviolettes Licht mit Wellenlängen im Bereich von 290 bis 315 Nanometern. Dieser Punkt wird als Maximum des Materialspektrums bezeichnet.
Nylon ist ein hervorragendes Material für die Verwendung in Produkten, die Feuchtigkeit ausgesetzt sind, da es robust und flexibel ist. Sowohl Nylon-6 als auch Nylon-12 sind geeignete Alternativen, die in Betracht gezogen werden sollten, wenn die Möglichkeit einer nur mäßigen Exposition gegenüber UV-Strahlung besteht. Dennoch beschleunigt sich der Alterungsprozess, wenn es dauerhaft UV-Strahlen ausgesetzt wird.
Erhöhung der Beständigkeit gegen UV-Strahlung
Obwohl Nylon und Polypropylen oft nicht als UV-beständige Kunststoffe gelten, kann die Leistung dieser Materialien durch bestimmte Additive verbessert werden. Stabilisatoren, Absorber und Blocker sind die drei Formen, die diese Zusatzstoffe annehmen können.
- Blocker: Füllstoffe wie Titanoxid und Rußpigmente können als UV-Strahlungsblocker fungieren. Die Verwendung dieser Pigmente hilft, die Lebensdauer des Materials zu verlängern, indem sie verhindern, dass ultraviolette (UV) Strahlung die festen Polymere erreicht, aus denen der Kunststoff besteht.
- Absorber: Der Prozess der Absorption von ultraviolettem Licht und seiner anschließenden Umwandlung in Wärme ist die Funktionsweise von Absorbern. Beispiele für organische Standardabsorber sind die als Benzophenone und Benzotriazole bekannten chemischen Verbindungen. Benzotriazole können bereits in Konzentrationen von nur 0,5 Volumenprozent die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber Sonnenstrahlen erheblich verbessern.
- Stabilisatoren: Stabilisatoren wirken, indem sie alle neu produzierten freien Radikale einfangen, um ihre Wirksamkeit aufrechtzuerhalten. Dadurch wird der damit verbundene Abbau der intermolekularen Bindungen im Kunststoff auf ein Minimum reduziert. Aasfresser sind ein anderer Name für Stabilisatoren, da sie möglicherweise vorhandene freie Radikale „abfangen“ und sammeln. Die gehinderten Amin-Lichtschutzmittel gehören zu den häufigsten Lichtschutzmitteln.
Additive aller drei Kategorien werden häufig verwendet, um die Widerstandsfähigkeit des Kunststoffs gegen die Einwirkung von ultraviolettem Licht auf möglichst viele Arten zu stärken.
Welche Kunststoffe sind resistent gegen die Einwirkung von UV-Strahlung?
Nylon und Polypropylen fallen nicht in die Kategorie der UV-Beständigkeit; also, welche kunststoffe sind das? Fluorpolymere und Imide sind die kritischsten Typen.
Fluorpolymere haben von Natur aus eine hohe UV-Beständigkeit. Dies liegt an den festen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen, die gegen Abbau beständig sind.
Beispiele für beliebte Fluorpolymere sind:
- Polytetrafluorethylen (PTFE)
- Polyvinylidenfluorid (PVDF)
- Fluoriertes Ethylenpropylen (FEP)
Andererseits können Imide aufgrund ihrer außergewöhnlichen Beständigkeit gegenüber ultravioletten Lichtstrahlen (UV) auch in Anwendungen verwendet werden, die hohen UV-Konzentrationen ausgesetzt sind.
Typische Imide sind:
- Polyimid (PI)
- Polyetherimid (PEI)
Auswählen eines zu verwendenden Materials
Eine Vielzahl von Variablen bestimmt Ihre Wahl des Polymers. Diese beinhalten:
- Mechanischer Widerstand
- Abriebfestigkeit
- Temperaturbeständigkeit
UV-Beständigkeit wird oft vernachlässigt. Selbst wenn es nicht behandelt wird, kann es erhebliche langfristige Auswirkungen haben. Die für ein Produkt erforderliche Menge an UV-Beständigkeit wird durch seinen Verwendungszweck, das voraussichtliche Expositionsniveau (kontinuierlich oder vorübergehend) und andere Umweltattribute bestimmt. Wenn Ihr Produkt über einen längeren Zeitraum UV-Strahlen und ungünstigen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, sind Fluorpolymere oder Imide die bessere Materialwahl.
Wenn Ihre Bauteile hingegen nur gelegentlich ultraviolettem Licht ausgesetzt sind, könnten UV-stabilisiertes Nylon oder Polypropylen die beste Option sein.
Lassen Sie sich von Runsom bei der Auswahl Ihrer Kunststoffmaterialien helfen
Es gibt einige wichtige Unterschiede zwischen den beiden ähnlichen synthetischen Kunststoffen Polypropylen und Nylon (oder Polyamid). Nylon ist formbarer mit geringer Reibung und kann höhere Temperaturen aushalten, wodurch es für das Prototyping und die Herstellung von Teilen geeignet ist, die einem Widerstand ausgesetzt sind. Polypropylen hat eine höhere Festigkeit als Nylon und ist widerstandsfähiger gegenüber körperlicher Beanspruchung, daher ist es ideal für Geräte mit hoher Widerstandsfähigkeit.
Bei Runsom Precision können wir wertvolle Vorschläge zur Auswahl von Nylon und Polypropylen – und einer großen Fülle anderer Fertigungskunststoffe – machen. Unser Team aus Designern, Ingenieuren und Technikern hilft Ihnen, basierend auf Ihren Anforderungen genau die richtigen Materialien für Ihr Projekt zu finden. Darüber hinaus können wir Ihnen helfen, Ihren gesamten Herstellungsprozess zu optimieren, vom Konzept, der Verarbeitung, der Oberflächenveredelung, der Montage, der Verpackung bis zur Auslieferung.
Nehmen Sie Kontakt mit uns auf sofort, wenn Sie weitere Informationen zu den für bestimmte Zwecke am besten geeigneten Arten von UV-beständigen Kunststoffen wünschen oder erhalten Sie ein schnelles Angebot um Ihr nächstes Projekt zu starten.
Andere Artikel, die Sie interessieren könnten:
