Polymere lassen sich bezüglich ihres molekularen Aufbaus und ihrer physikalischen Eigenschaften in drei große Gruppen unterteilen: Thermoplaste, Elastomere und Duromere.

Thermoplaste sind unvernetzte Makromoleküle, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich plastisch verformen lassen. Bei Raumtemperatur erstrecken sich die mechanischen Eigenschaften von weich und zäh bis hart und spröde.

Bei den Elastomeren handelt es sich um chemisch weitmaschig vernetzte Makromolekülketten. Durch die Quervernetzung ist kein Aufschmelzen und somit keine thermoplastische Verarbeitung des Werkstoffes möglich. Durch Zug- und Druckbelastung lassen sich diese Polymere elastisch verformen. Nach der Belastung gehen sie in ihre ursprüngliche, unverformte Gestalt zurück.

Duromere bestehen aus engmaschig vernetzten Makromolekülketten, die nach ihrer Aushärtung nicht mehr verformt werden können. Diese glasartigen Polymerwerkstoffe zeichnen sich durch ihre hohe thermomechanische Festigkeit aus.

Blockcopolymere gehören zu den Thermoplastischen Elastomeren (TPE). Diese Werkstoffgruppe vereint die gummiähnlichen Eigenschaften bei Raumtemperatur mit der thermoplastischen Verarbeitbarkeit und wird somit zwischen den Thermoplasten und den Elastomeren eingeordnet (Bild 1).

Bei der Herstellung von Copolymeren werden unterschiedliche Monomere in die gleiche Polymerkette eingebaut. Je nach Anordnung der Bausteine werden statistische, alternierende, gepfropfte oder aus Blöcken aufgebaute Makromoleküle unterschieden.

Werden Segmente aus weichen, beweglichen Ketten mit Segmenten aus steifen Ketten mit hoher Kristallisationsneigung in einem Blockcopolymer kombiniert, entsteht ein Thermoplastisches Elastomer. Die kristallinen Bereiche lagern sich zu Domänen zusammen und bilden bei Raumtemperatur eine Art physikalische Vernetzungsstelle. Bei Temperaturerhöhung schmelzen die Kristallite und die Masse wird thermoplastisch verarbeitbar. Die weichen Segmente bleiben beweglich und sind somit für die elastischen Eigenschaften verantwortlich.

Styrol-Blockcopolymere werden mittels anionischer Polymerisation und geeigneter metallorganischer Katalysatoren aus alternierenden Segmenten von Styrol und Butadien oder Isopren aufgebaut.

Das reine Styrol-Blockcopolymer kommt in der Praxis selten zum Einsatz. Wegen der hohen Schmelzeviskosität und der mechanisch-thermischen Eigenschaften werden in der Regel TPS-Compounds verwendet. Bei der Compoundierung werden unter anderem medizinische Weichmacher, thermoplastische Kunststoffe, Füllstoffe, Stabilisatoren und andere Additive zugegeben. Durch die scheinbar unbegrenzten Compoundiermöglichkeiten ergibt sich eine Vielzahl an möglichen Produkten.

Durch die Compoundierung können unter anderem folgende Eigenschaften angepasst werden:

• Härte: nahezu alle Härten einstellbar – vom Gelbereich (Shore 00) bis schlagzähmodifiziertes PP (Shore D)
• Haftung: an technischen Thermoplasten, Elastomeren oder anorganischen Werkstoffen wie Glas und Metall
• Medien- und Temperaturbestädigkeit
• Relaxations- und Dämpfungseigenschaften
• definiertes Aussehen der Oberfläche (matt, glänzend, Farbeinstellungen)
• Haptik
• Fließfähigkeit
• thermische und elektrische Leitfähigkeit
• Anpassung der Dichte
• ...

Durch die gute Kombinierbarkeit mit den unterschiedlichsten Thermoplasten werden TPS-Compounds häufig im Mehrkomponentenspritzguss eingesetzt. Bild 3 zeigt einige typische Anwendungsbeispiele.

Thermoplastische Polyesterelastomere sind aufgebaut aus harten, kristallinen Segmenten und aus amorphen, langkettigen Segmenten, welche die Weichphase bilden. Das Hartsegment ist in den häufigsten Fällen Polybutylenterephthalat (PBT). Die Weichphase setzt sich aus Polyether und/oder Polyester zusammen.

Mit dem Verhältnis von Hart- zu Weichphase können die physikalischen Eigenschaften eingestellt werden. Mit zunehmender Hartkomponente steigt die Shore-Härte, die Festigkeit und Steifigkeit. Die dynamischen Eigenschaften und das Rückstellvermögen nehmen jedoch ab.

Copolyesterelastomere zeichnen sich durch ihre hohen Festigkeiten und einen hohen Abrieb- und Weiterreißwiderstand aus. Sie besitzen ein ausgeprägtes Rückstellvermögen, eine hohe Biegewechselfestigkeit und hervorragende Tieftemperaturflexibilität. Der hohe Einsatztemperaturbereich und die sehr guten mechanischen Eigenschaften machen diese Werkstoffe interessant für anspruchsvolle technische Anwendungen. Bild 4 zeigt Faltenbälge für Gelenkwellen, die typischerweise aus Copolyesterelastomeren hergestellt werden.