Vergleich Kunststoff vs. Metall - Unterschiede, Gemeinsamkeiten, Vorteile und Nachteile von Metall und Kunststoff als Halbzeug

In diesem Beitrag beleuchten wir die Unterschiede, Gemeinsamkeiten als auch Vor- und Nachteile der beiden Werkstoffe in diesen Anwendungen. 

Struktur und Zusammensetzung von Kunststoff und Metall

Metalle haben eine lange Tradition in verschiedenen Industriezweigen, darunter der Automobilbau, der Maschinenbau, die Energieerzeugung, was bereits die Zeit der industriellen Revolution prägte, wo Metall standardmäßig eingesetzt wurde. Metalle bieten bei Gehäusen, mechanischen Elementen und technischen Komponenten eine Reihe von Vorteilen wie

• Festigkeit
• Hitzebeständigkeit
• Ästhetik

Metalle sind aus metallischen Elementen aufgebaut, die eine kristalline Struktur aufweisen. Diese Struktur ermöglicht es Metallen, eine hohe Festigkeit und Zähigkeit zu bieten. Die Atome in Metallen sind in einem regelmäßigen Gitter angeordnet, was zu einer hohen Dichte und elektrischer Leitfähigkeit führt. 

Die Entwicklung und Verwendung von Kunststoffen begann im 19. Jahrhundert, aber ihr Aufstieg zu einem weit verbreiteten und wichtigen Material in verschiedenen Industrien begann erst in den 1950er Jahren. Als kostengünstige Alternative zu Materialien wie Metall, Glas und Holz wurde Kunststoff das Material der Wahl in Bereichen wie Bauwesen, Automobilindustrie, Verpackungen und Elektronik. Die Vorteile von Kunststoff ergaben sich vorzugsweise aus:

• Hoher Formbarkeit
• Leichtigkeit
• Elektrische Isoliereigenschaften
• Korrosionsbeständigkeit

Kunststoffe bestehen aus langen Molekülketten, die als Polymere bezeichnet werden. Diese Ketten können lineare, verzweigte oder vernetzte Strukturen aufweisen. In erwärmtem Zustand zeigen diese Polymere eine hohe Formbarkeit und können in nahezu jede gewünschte Form gebracht werden. Sobald sie abkühlen und erstarrt sind, verbinden sich die langen Molekülketten miteinander, wodurch der Kunststoff seine Festigkeit erhält.

Es gibt zwei Haupttypen von Kunststoffen:

• Duroplaste
• Thermoplaste

Duroplaste können nur einmal in eine bestimmte Form gebracht werden, während Thermoplaste innerhalb bestimmter Grenzen mehrmals umgeformt werden können. Diese Eigenschaft ermöglicht das Kunststoff Tiefziehen, bei dem Kunststoffplatten oder -rollen durch Druck und Wärme in eine andere Form gebracht werden.

Welche Eigenschaften hat Kunststoff im Vergleich zu Metall?

Metalle und Kunststoffe weisen eine Reihe an Eigenschaften auf, die sie für zahlreiche Anwendungen interessant machen.

Flexibilität und Formbarkeit - Ein Gewinn für Kunststoff

Die Formbarkeit von Materialien ist für viele Anwendungen wichtig aus mehreren Gründen. Dazu gehören die Designflexibilität im Produktdesign, die Herstellbarkeit bei der Massenproduktion und die Möglichkeit für Reparaturen und Wartung.

Durch die oben benannten Eigenschaften sind Kunststoffe prinzipiell äußerst flexibel und formbar. Sie können leicht erwärmt und in verschiedenen Verfahren wie unter anderem dem Tiefziehen, dem Blasformen oder dem Spritzguss leicht in nahezu jede gewünschte Form gebracht werden, was eine große Vielfalt an Designs ermöglicht. Kunststoffe sind oft flexibler und anpassungsfähiger, was ihre Formbarkeit betrifft, und erfordern weniger energieintensive Prozesse.

Metalle werden im allgemeinen durch Gießen/Spritzgießen urgeformt und durch Biegen, Pressen und Kanten, sowie dem Zerspanen (Drehen/Fräsen), Stanzen, und Schweißen in die gewünschte Form gebracht. Allerdings kann die Verformung von Metallen mehr Energie und Zeit in Anspruch nehmen als bei Kunststoffen. Das Zusammenspiel dieser Prozesse kann weniger flexibel und aufwändiger sein, um ein Metallteil in die gewünschte Form zu bringen. Die Komplexität kann die Herstellungskosten erhöhen und die Designmöglichkeiten einschränken.

Festigkeit und Haltbarkeit - Ein Gewinn für Metall

Bauteile aus verschiedenen Werkstoffen sollten prinzipiell den Belastungen standhalten, denen sie ausgesetzt sind, sowie eine möglichst gute Langlebigkeit und Effizienz aufweisen.

Kunststoffe bieten je nach Typ eine gute Festigkeit und Haltbarkeit. Sie können so hergestellt werden, dass sie bestimmte mechanische Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel

• Schlagfestigkeit
• Steifigkeit
• oder Flexibilität.

Jedoch sind Kunststoffe im Allgemeinen anfälliger für Kratzer und Abnutzung im Vergleich zu Metallen.

Metalle sind bekannt für ihre hohe Festigkeit, Härte und Duktilität. Sie können große Lasten tragen, ohne zu brechen, und sind daher in Anwendungen wie dem Bauwesen, der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrt weit verbreitet. Metalle können extremen Temperaturen bis zu 500 Grad standhalten. Dies macht Metalle ideal für Anwendungen, die eine robuste und langlebige Lösung erfordern.

Vorteile von Kunststoffen im Vergleich zu Metall

Was ist also der Grund, dass Kunststoff Metall als Werkstoff in den letzten Jahrzehnten bei vielen Anwendungen abgelöst hat? In diesen Aspekten zeigen Kunststoffe zahlreiche Vorteile im Vergleich zu Metallen auf:

Stoßdämpfende Eigenschaften

Im Allgemeinen verfügen Kunststoffe über eine bessere Stoßdämpfung als Metalle, was sie für stoßabsorbierende Anwendungen wie Schutzabdeckungen, Stoßstangen, Schutzhüllen und Verpackungsmaterialien ideal macht.

Geräuschdämmung

Kunststoffe weisen eine verbesserte geräuschdämmende Wirkung im Vergleich zu Metallen auf und können daher effektiv dazu beitragen, Lärm in Gebäuden, Fahrzeugen und Maschinen zu reduzieren, wie beispielsweise bei Maschinenabdeckungen und Traktor Abdeckungen.

Chemie- und Korrosionsbeständigkeit

Kunststoffe haben im Vergleich zu Metallen eine höhere Beständigkeit gegenüber vielen korrosiven Umgebungen. In der Regel reagieren sie nicht mit Wasser, Säuren und Laugen, wodurch sie sich ideal für den Einsatz in feuchten Umgebungen und bei chemischen Prozessen eignen.

Elektrische Isolationsfähigkeit

Kunststoffe bieten eine gute Isolationsfähigkeit gegenüber Elektrizität. Beispiele in der Anwendung sind dafür sind ESD-Werkstückträger, ESD-Transportverpackungen und Elektronik Kunststoffgehäuse. Im Allgemeinen haben Metalle eine sehr geringe elektrische Isolationsfähigkeit im Vergleich zu nichtleitenden Materialien wie Kunststoff. Metalle leiten elektrischen Storm, weswegen sie als Abschirmung in Form von Gehäusen nicht geeignet sind.

Wärme Isolationsfähigkeit

Kunststoffe können gute Wärmeisolatoren sein, insbesondere im Vergleich zu Metallen. Die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen ist im Allgemeinen deutlich niedriger als die von Metallen, was bedeutet, dass sie Wärme langsamer durch ihr Volumen leiten. Dies macht Kunststoffe zu effektiven Wärmeisolatoren in vielen Anwendungen, wie zum Beispiel im Bauwesen, der Lebensmittel-/Verpackungsindustrie, der Elektronikindustrie und der Automobilindustrie.

Kosten

Kunststoffe weisen oft niedrigere Kosten als Metalle auf, sowohl in Bezug auf Materialkosten als auch auf Herstellungskosten. Metalle werden durch Schmelzen und Formen von Metallerzen hergestellt, gefolgt von verschiedenen Verarbeitungsmethoden wie Gießen, Schmieden und Walzen.

Diese Prozesse erfordern oft hohe Temperaturen, einen entsprechenden Energieeinsatz und spezielle Ausrüstung, was die Herstellungskosten im Gegensatz zu Kunststoffen erhöht. Kunststoffe können dagegen in großen Mengen zu vergleichsweise günstigen Preisen hergestellt werden.

Kostenseitig ist auch die Gewichtsreduzierung von Kunststoffen von Vorteil, da dadurch sowohl beim Transport und der Lagerung als auch bei der Verwendung als bewegliches Bauteil in einer Maschine weniger Energie benötigt wird. Dies führt zu Kosteneinsparungen.

Umweltauswirkung und Recycling

Obwohl Kunststoff und Metall recycelbar sind, erfordert die Wiederverwertung von Metallen die Anwendung hoher Temperaturen und damit einen sehr hohen Energieeinsatz. Im Gegensatz dazu kann Kunststoff geschreddert und als Rezyklat wiederverwendet werden. 

Vergleich Kunststoff vs. Metall - Eine Übersicht

Vergleich Kunststoff vs. Metall - Ein Fazit

Die Auswahl zwischen Kunststoffen und Metallen im hängt letztendlich von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, einschließlich Designanforderungen, Funktionalität und Kosten. Sowohl Kunststoffe als auch Metalle haben spezifische Stärken und Schwächen, und die richtige Wahl wird durch eine sorgfältige Abwägung der verschiedenen Faktoren getroffen.

Für eine kostengünstigere Herstellung mit der Möglichkeit an zahlreichen Designmöglichkeiten, eignet sich Kunststoff im Vergleich zu Metall besser. Wir beraten Sie dazu gerne! Nehmen Sie mit formary Kontakt auf, um Fragen zu klären, zum Beispiel auch zur Nutzung von Biokunststoffen im Thermoforming.