PolymerSchmelzen

Polymerschmelzen bezeichnet den flüssigen, viskosen Zustand von Polymeren, der entsteht, wenn Polymere über ihre Glasteilungstemperatur Tg bzw. Schmelztemperatur Tm erhitzt werden. Bei amorpen Polymeren liegt der Übergang bei Tg; bei teilkristallinen oder kristallinen Polymeren zusätzlich der Übergang an Tm. In diesem Zustand besitzen lange Molekülketten eine erhöhte Beweglichkeit, sind aber durch Entwirrungen und ggf. Vernetzungen eingeschränkt.

Die Schmelze zeichnet sich durch hohe Viskosität und eine nicht-newtonsche Fließung aus. Die Fließfähigkeit hängt stark von Temperatur, Scherrate, Molmasse, Architektur (linear, verzweigt, vernetzt) sowie dem Kristallinitätsgrad ab. Mit steigender Temperatur nimmt die Viskosität ab; häufig tritt dabei ein Shear-Thinning-Verhalten auf, bei dem der Fließwiderstand mit der Scherrate sinkt.

Polymerschmelzen werden in der Kunststoffverarbeitung genutzt, etwa beim Extrudieren, Spritzgießen, Blasformen oder beim Faser- bzw. Spinnen. Der Prozess erfordert sorgfältige Temperaturführung, Druck- und Fließeigenschaftskontrollen. Beim Abkühlen kristallisiert der Kunststoff unterschiedlich schnell, wodurch Orientierung, Kristallgrößen und mechanische Eigenschaften beeinflusst werden. Schnelle Abkühlung führt oft zu feiner Kristallisation oder isotroper Struktur, langsame Abkühlung zu größerer Orientierung.

Wichtige Kenngrößen sind die Schmelzviskosität bzw. der Melt Flow Rate (MFR), gemessen bei definierter Temperatur. Thermische Analysen wie DSC bestimmen Tg und Tm, während Rotations-Rheometer die komplexe Viskosität sowie viskoelastische Eigenschaften G′ und G″ über Frequenz und Temperatur erfassen. Zeit-Temperatur-Superposition wird genutzt, um das Fließverhalten über große Bereiche zu beschreiben.

Polymerschmelzen sind grundlegend für Verarbeitung, Formgebung und Recycling thermoplastischer Polymere und dienen sowohl in der Industrie als auch in der Forschung als zentrale Kenngröße der Materialverarbeitung.