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

Kunststoff vs. Metall - Das Wichtigste in Kürze

• Eigenschaften: Metalle punkten mit hoher Festigkeit und Hitzebeständigkeit. Kunststoffe überzeugen durch geringeres Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und Flexibilität im Design.
• Herstellung: Die Verarbeitung von Kunststoffen ist in der Regel kostengünstiger und energieeffizienter als die von Metallen.
• Anwendungsbereiche: Metalle dominieren in der Luft- und Raumfahrt sowie im Maschinenbau. Kunststoffe sind in der Automobilindustrie, bei Gehäusen und Verpackungen nicht mehr wegzudenken.

Struktur und Zusammensetzung von Kunststoff und Metall

Die Struktur und Zusammensetzung der beiden Werkstoffe Kunststoff und Metall im Vergleich: 

Metalle - Struktur und Eigenschaften

Metalle haben eine lange Tradition in verschiedenen Industriezweigen, darunter der Automobilbau, Maschinenbau und die Energieerzeugung. Diese prägten die Zeit der industriellen Revolution, wo Metall standardmäßig eingesetzt wurde. 

Vorteile von Metallen

• Festigkeit
• Hitzebeständigkeit
• Ästhetik

Struktur von Metallen

Metalle bestehen aus metallischen Elementen mit einer kristallinen Struktur. Die Atome sind in einem regelmäßigen Gitter angeordnet, was für hohe Festigkeit, Dichte und elektrische Leitfähigkeit sorgt.

Kunststoffe - Struktur und Eigenschaften

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. Seitdem gelten sie als kostengünstige Alternative zu Metall, Glas oder Holz, insbesondere in Bauwesen, Automobilindustrie, Verpackung und Elektronik.

Vorteile von Kunststoffen

• Hoher Formbarkeit
• Leichtigkeit
• Elektrische Isoliereigenschaften
• Korrosionsbeständigkeit

Struktur von Kunststoffen

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.

Thermoplaste und Duroplaste

Es gibt zwei Haupttypen von Kunststoffen:

• Duroplaste: Duroplaste können nur einmal in eine bestimmte Form gebracht werden.
• Thermoplaste: Thermoplaste können innerhalb bestimmter Grenzen mehrmals umgeformt werden. 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.

• Kunststoffe: lassen sich leicht erwärmen und in Verfahren wie Tiefziehen, Blasformen oder Spritzguss in nahezu jede gewünschte Form bringen. Das ermöglicht große Designfreiheit bei geringem Energieeinsatz.
• Metalle: werden durch Gießen, Biegen, Pressen, Zerspanen oder Schweißen geformt. Diese Prozesse sind aufwändiger, energieintensiver und schränken die Designmöglichkeiten stärker ein.

Kunststoffe sind im Allgemeinen flexibler und anpassungsfähiger, während Metalle für die Umformung mehr Energie und Zeit erfordern.

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: können mechanische Eigenschaften wie Schlagfestigkeit, Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Sie sind jedoch im Allgemeinen anfälliger für Kratzer und Abnutzung.
• Metalle: bieten hohe Festigkeit, Härte und Duktilität. Sie tragen große Lasten, widerstehen Temperaturen bis 500 °C und sind ideal für Anwendungen mit hoher Robustheit wie etwa in Bauwesen, Automotive oder Luft- und Raumfahrt.

Kunststoffe sind vielseitig anpassbar, Metalle bleiben jedoch die erste Wahl für extreme Belastungen und lange Lebensdauer.

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 Verkleidungen.

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.

Kosten

Kunststoffe weisen oft niedrigere Kosten als Metalle auf, sowohl in Bezug auf Materialkosten als auch auf Herstellungskosten.

Warum Metalle teurer sind 

Metalle entstehen durch aufwendige Prozesse: Sie 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.

Kostenvorteile von Kunststoffen

Kunststoffe können in großen Mengen zu vergleichsweise günstigen Preisen hergestellt werden. Ihre Gewichtsreduzierung bringt zusätzliche Vorteile:

• geringere Transportkosten
• niedrigere Lagerkosten
• weniger Energieverbrauch bei beweglichen Bauteilen in Maschinen

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

Häufige Fragen zu Kunststoff und Metall

Warum sind Kunststoffe leichter als Metalle und welche Vorteile ergeben sich daraus? 

Kunststoffe bestehen aus Polymeren, die eine geringere Dichte als Metalle haben. Dadurch sind Bauteile aus Kunststoff leichter, was Transport-, Lager- und Energieaufwand reduziert und die Flexibilität im Design erhöht.

Welche mechanischen Eigenschaften unterscheiden Kunststoff von Metall?

Kunststoffe sind:

• flexibel
• formbar
• stoßdämpfend,

während Metalle eine hohe Festigkeit, Härte und Duktilität bieten. Kunststoff eignet sich daher besser für komplexe Designs, während Metall für belastbare und langlebige Konstruktionen ideal ist.

Wie unterscheiden sich Kunststoff und Metall in der Herstellung und den Kosten? 

Die Verarbeitung von Kunststoffen ist energieeffizienter und kostengünstiger als die von Metallen, da Kunststoffverfahren wie Spritzgießen oder Thermoformen weniger hohe Temperaturen und spezielle Ausrüstung erfordern. Metalle hingegen benötigen energieintensive Prozesse wie Schmelzen, Gießen oder Schmieden.

Welche Rolle spielt die Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit bei der Wahl zwischen Kunststoff und Metall? 

Kunststoffe sind korrosionsbeständig und reagieren kaum mit Wasser, Säuren oder Laugen, wodurch sie sich ideal für feuchte oder chemisch aggressive Umgebungen eignen. Metalle können dagegen rosten oder korrodieren, wenn sie nicht speziell behandelt werden.

Für welche Anwendungsbereiche sind Kunststoff oder Metall jeweils besonders geeignet? 

Metalle werden bevorzugt in der Luft- und Raumfahrt, im Maschinenbau und im Bauwesen eingesetzt, wo hohe Festigkeit und Hitzebeständigkeit gefragt sind. Kunststoffe dominieren in der Automobilindustrie, Verpackungen, Elektronikgehäusen und überall dort, wo Leichtigkeit, Formbarkeit und elektrische Isolation wichtig sind.

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.