Thermoplaste

• Thermoplaste sind Kunststoffe, deren Molekülketten nicht chemisch vernetzt sind, sondern nur durch physikalische Kräfte zusammenhalten. Wärme löst diesen Zusammenhalt, das Material wird weich und erstarrt beim Abkühlen wieder, beliebig oft.
• Genau diese Bindungsart trennt sie von Duroplasten, deren Ketten kovalent vernetzt sind und die sich nie wieder aufschmelzen lassen.
• Für die Elektroisolierung zählen neun Vertreter: PET, PP, PE, PA, PC, POM, PTFE, PEEK und, als Abgrenzung nach oben, PI. Die Tabelle weiter unten stellt Dauergebrauchstemperatur, Durchschlagfestigkeit, Volumenwiderstand und Dielektrizitätszahl nebeneinander.
• GOBA stanzt thermoplastische Folien und Laminate von 0,023 bis 3,0 mm Dicke und schneidet sie in Breiten von 5 bis 1.600 mm mit einer Breitentoleranz von plus minus 0,1 mm.

Was sind Thermoplaste?

Ein Thermoplast ist ein Kunststoff aus langen, linearen oder verzweigten Molekülketten, die untereinander nicht chemisch verbunden sind. Zusammengehalten werden sie von Van-der-Waals-Kräften und, bei polaren Werkstoffen wie Polyamid, von Wasserstoffbrücken. Diese Bindungen sind schwach genug, dass Wärme sie löst. Die Ketten gleiten dann aneinander vorbei, das Material wird erst zäh, dann fließfähig, und beim Abkühlen rasten die Bindungen wieder ein. Die Kette selbst bleibt dabei unversehrt, deshalb funktioniert der Vorgang mehrfach.

Zwei Temperaturen beschreiben dieses Verhalten. Oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) werden die amorphen Kettenbereiche beweglich, das Material verliert seine Sprödigkeit und wird zäh. Oberhalb der Kristallitschmelztemperatur (Tm) lösen sich zusätzlich die geordneten Bereiche auf, und der Werkstoff wird fließfähig. Wer die Dauergebrauchstemperatur eines Thermoplasten sucht, findet sie deutlich unterhalb beider Werte, denn maßhaltig bleibt ein Teil nur, solange die Ketten noch weitgehend festsitzen.

Für die Praxis ist das der entscheidende Punkt: Thermoplaste haben keine feste Temperaturgrenze wie ein Metall, sondern einen Bereich, in dem sie weich werden, kriechen und ihre Form verlieren, lange bevor sie schmelzen. Die Isolierstoffklassen nach IEC 60085 bilden genau das ab, indem sie jeder Klasse eine zulässige Dauertemperatur zuordnen.

Amorph oder teilkristallin: was die Struktur praktisch bedeutet

Thermoplaste zerfallen in zwei Strukturfamilien, und die Zugehörigkeit entscheidet über Transparenz, Schwindung und Verzug. Amorphe Typen bestehen aus regellos verknäuelten Ketten. Teilkristalline Typen bilden beim Abkühlen geordnete Zonen, sogenannte Kristallite, zwischen denen amorphe Bereiche liegen.

Im Zuschnitt merkt man den Unterschied sofort. Eine biaxial gereckte, teilkristalline PET-Folie trennt an der Messerschneide sauber und bleibt an der Kante formstabil. Amorphe Folien wie PVC oder PC neigen dagegen zum Verquetschen der Kante, wenn die Schnittgeschwindigkeit zu hoch liegt. Wie stark ein Material zurückfedert, hängt ebenfalls an dieser Struktur, nachzulesen im Beitrag zum Mindestbiegeradius.

Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere im Vergleich

Die drei Kunststoffgruppen unterscheiden sich in einem einzigen Merkmal, dem Vernetzungsgrad. Alles Weitere folgt daraus.

In einem Elektromotor arbeiten alle drei Gruppen zusammen. Die Nutauskleidung besteht aus thermoplastischer Folie oder einem Vlies-Folien-Laminat, das Tränkharz darüber ist ein Duroplast, und die Kabeldurchführung am Klemmenkasten ist ein Elastomer. Das Gegenstück zu dieser Seite beschreibt der Beitrag zu Duroplasten, die Anwendungssicht auf beide Gruppen liefert elektrisch isolierende Kunststoffe.

Welche Thermoplaste zählen in der Elektroisolierung?

Die Kunststoffbranche sortiert Thermoplaste nach Leistungsniveau in Standardkunststoffe (PE, PP, PS, PVC), technische Kunststoffe (PA, PC, POM, PET, ABS) und Hochleistungskunststoffe (PTFE, PEEK, PPS, PI). Für die Werkstoffauswahl in der Isoliertechnik ist diese Einteilung nur die halbe Miete, weil sie nichts über das elektrische Verhalten aussagt. Die folgende Tabelle stellt beide Seiten zusammen.

Alle Angaben sind gerundete Literaturwerte für ungefüllte Typen am Normprüfkörper, Durchschlagfestigkeit und Durchgangswiderstand nach DIN 53481 und DIN 53482. Datenblattwerte streuen je nach Typ, Additivierung, Prüffrequenz und Probendicke erheblich. Für die Auslegung gilt das Datenblatt des Lieferanten, nicht diese Übersicht. Zur Messung selbst und zu den Einflussgrößen führt der Beitrag zur Durchschlagfestigkeit.

Zwei Zahlen in der Tabelle verdienen einen zweiten Blick. Die erste ist die Zeile PA 6: Die Durchschlagfestigkeit fällt von 150 auf 80 kV/mm, der Volumenwiderstand von 10¹⁴ auf 10¹² Ω·cm, allein durch Feuchteaufnahme aus der Umgebungsluft. Polyamid ist hygroskopisch, und Datenblattwerte gelten im konditionierten, trockenen Zustand. Wer PA in einem feuchten Umfeld einsetzt, rechnet also mit einem Widerstand, der um den Faktor 100 niedriger liegt als angegeben. Die zweite ist PEEK: Der Werkstoff hält 250 °C aus und ist trotzdem einer der schwächsten in der Spalte Durchschlagfestigkeit. Temperaturbeständigkeit und elektrische Festigkeit sind eben zwei verschiedene Eigenschaften, die kein Werkstoff automatisch gemeinsam mitbringt.

Faserverstärkte Thermoplaste, oft als organoblechartige Halbzeuge angeboten, gehören formal ebenfalls hierher, verhalten sich in der Verarbeitung aber wie ein Schichtverbund. Sie sind Thema im Beitrag zu Verbundmaterialien.

Verwendung von Thermoplasten: von der Verpackung bis zur Nutisolation

Die Verwendung von Thermoplasten reicht von der Getränkeflasche bis zur Isolierlage im Elektromotor. Der Grund ist in jeder Branche derselbe: Unter Wärme wird der Werkstoff fließfähig und lässt sich zu Folie, Rohr, Profil oder Formteil verarbeiten, ohne dass eine chemische Aushärtung ihn festlegt. Welcher Typ dabei zum Zug kommt, entscheidet die Belastung am Einbauort, also Temperatur, Medienkontakt und mechanische Last.

In der Elektrotechnik verengt sich diese Breite auf wenige Werkstoffe, weil dort zwei Anforderungen gleichzeitig gelten: Der Thermoplast muss die Dauertemperatur der Wicklung aushalten und die Feldstärke bei geringer Dicke tragen. Übrig bleiben in der Praxis PET, Polyimid und PTFE, dazu PP für Folienkondensatoren. Sie stecken in der Nutisolation von Stator und Rotor, in der Lagen- und Phasenisolation, als Aderisolation in der Kabelisolierung und als Trennlage zwischen den Zellen im Batteriemodul. Von PVC raten wir im Motorenbau ab: Es enthält Weichmacher, die bei Wärme wandern, und setzt bei Zersetzung Chlorwasserstoff frei. Welche Folien stattdessen infrage kommen, zeigt der Beitrag zur Alternative zur PVC-Folie.

GOBA setzt hinter der Werkstoffwahl an, beim fertigen Teil. Aus PET-Folie, Aramidpapier und Vlies-Folien-Laminaten entstehen bei uns Schnittrollen in der Breite, die Ihre Wickelmaschine verlangt, sowie gestanzte und gefalzte Isolierteile und Formteile nach Zeichnung. Die Teile gehen in Elektromotoren, Transformatoren, Haushaltsgeräte und Batteriemodule, also überall dorthin, wo eine dünne Lage Kunststoff Spannung aushalten muss, ohne selbst zu leiten.

Welchen Thermoplasten sollten Sie wählen?

Für Flächenisolierung in Motoren, Transformatoren und Batteriemodulen empfehlen wir PET als Ausgangspunkt und wechseln erst dann, wenn ein konkreter Grund dagegen spricht. PET verbindet eine Dauertemperatur bis 130 °C nach IEC 216 mit über 70 kV/mm, hoher Reißfestigkeit aus der biaxialen Reckung, Weichmacherfreiheit und einem Preis, den kein Hochleistungskunststoff erreicht. GOBA konfektioniert diese Polyesterfolien als größter europäischer Converter für Mitsubishi-Hostaphan im Dickfolienbereich, und in der Serie ist genau diese Kombination aus Kennwert und Verfügbarkeit das Argument.

Vier Fragen führen in der Praxis zur Entscheidung, in dieser Reihenfolge:

1. Welche Dauertemperatur liegt an der Isolierstelle wirklich an, nicht am Gehäuse? Planen Sie 20 bis 30 °C Abstand zur Dauergebrauchstemperatur des Werkstoffs ein.
2. Wie hoch ist die Feldstärke, und wie dünn darf die Isolierung maximal sein? Aus beidem ergibt sich die benötigte Durchschlagfestigkeit.
3. Kommt Feuchtigkeit, Öl oder ein Reinigungsmittel ans Teil? Das schließt PA in vielen Fällen aus und spricht für PET, PP oder PTFE.
4. Muss das Teil gefalzt, gebogen oder in ein Blechpaket eingepasst werden? Dann zählt die Rückfederung mehr als der letzte Kelvin Temperaturreserve.

Oberhalb von 130 °C wird PET zur falschen Wahl. Dort greifen wir zu Aramidpapier wie Nomex oder zu Polyimidfolie, etwa Kapton, die mit über 200 kV/mm zugleich die höchste elektrische Festigkeit im Feld liefert. Abraten möchten wir von POM und PC als Flächenisolierstoff im Motorenbau: Beide liegen bei rund 35 kV/mm, also unter der Hälfte von PET, ohne dafür einen Temperaturvorteil zu bieten. Ihre Stärke sind dickwandige, spanend gefertigte Bauteile, nicht die dünne Isolierlage. PTFE wiederum ist elektrisch und thermisch hervorragend, kalt fließt es jedoch unter Dauerdruck, weshalb es in geklemmten Aufbauten nachgibt.

Was beim Zuschneiden und Stanzen von Thermoplasten zählt

Ein Datenblatt sagt nichts darüber, ob sich ein Werkstoff sauber in ein Serienteil verwandeln lässt. Genau dort entstehen die Überraschungen. Wir verarbeiten thermoplastische Folien, Laminate und Vliese seit über 60 Jahren, und vier Eigenschaften bestimmen dabei das Ergebnis.

• Rückfederung. Teilkristalline Folien wie PET und PP federn nach dem Falzen zurück. Deshalb prägen wir die Falzkante im selben Hub vor, in dem das Teil gestanzt wird, damit die Biegelinie definiert liegt und das Teil beim Kunden in Endposition bleibt.
• Schnittkantenqualität. Beim Scherschneiden trennen zwei aneinander vorbeilaufende Kreismesser das Material. Dünne, zähe Folien reagieren empfindlich auf Messerabstand und Schnittgeschwindigkeit: zu schnell, und die Kante quetscht oder zieht Fäden. Unsere Schnittgeschwindigkeit reicht materialabhängig bis 400 m pro Minute, gefahren wird jedoch die Geschwindigkeit, die die Kante verträgt.
• Temperaturverzug. Gereckte Folien schrumpfen, wenn sie Wärme sehen. Bei Formteilen mit komplexer Geometrie verformen wir deshalb kontrolliert unter Hitze, statt kalt zu zwingen, und arbeiten dabei knapp unterhalb des Bereichs, in dem die Reckung zurückgeht.
• Folienstärke. Gestanzt wird von 0,023 bis 3,0 mm Materialdicke, bei Teilegrößen bis 1.000 x 2.000 mm. Unter etwa 0,05 mm entscheidet die Werkzeugwahl über die Maßhaltigkeit: Der günstigere Bandstahlschnitt reicht für viele Konturen, für enge Toleranzen und lange Werkzeugstandzeiten setzen wir Vollstahlwerkzeuge ein.

Beim Rollenschneiden fertigen wir Schnittrollen von 5 bis 1.600 mm Breite mit einer Breitentoleranz von plus minus 0,1 mm, gewickelt auf Kerne mit 25, 55, 76 oder 152 mm Innendurchmesser. Details zum Verfahren stehen unter Lohnschneiden, zu Werkzeugen und Formgebung unter Stanzen und Formen. Welche Dicke für welche Spannungsebene sinnvoll ist, ordnet der Beitrag zur Werkstoffdicke ein.

Die urformenden Verfahren, mit denen Thermoplaste überhaupt erst zu Folie oder Formteil werden, also Extrusion, Spritzguss, Blasformen und Kalandrieren, liegen vor unserem Prozess. Wie die Folienbahn entsteht, beschreibt der Beitrag zur Folienextrusion, die systematische Einordnung aller Fertigungsverfahren liefert DIN 8580.

Reicht ein Thermoplast, oder braucht die Anwendung einen Duroplasten?

Der Einwand kommt regelmäßig aus der Konstruktion: Ein Werkstoff, der bei Wärme weich wird, wirke im Motor riskant, ein ausgehärtetes Harz sei die sichere Wahl. Der Einwand trifft einen realen Punkt, führt aber meist zur falschen Konsequenz. Kein Thermoplast steht in einem Isoliersystem allein. Die gestanzte PET- oder Aramidlage wird gewickelt, eingeschoben und anschließend mit Tränkharz vergossen, und dieses Harz ist ein Duroplast. Nach dem Tränken übernimmt der Verbund die mechanische Last, die Folie liefert die Durchschlagfestigkeit und die Trennfunktion.

Ein reiner Duroplast als Flächenisolierung scheidet aus einem einfachen Grund aus: Er lässt sich nicht falzen, nicht biegen und nicht in eine Nut einschieben, ohne zu brechen. Hartpapier und Hartgewebe kommen deshalb als starre Platten, Stützkörper und Schaltanlagenteile zum Einsatz, nicht als 0,2 mm dünne Nutauskleidung. Die Frage lautet in der Praxis also selten, ob Thermoplast oder Duroplast, sondern welcher Thermoplast in welcher Dicke unter welchem Harz arbeitet. Sicherheit entsteht dabei über die Temperaturreserve, nicht über die Werkstoffklasse: 20 bis 30 °C Abstand zur Dauergebrauchstemperatur, gemessen an der heißesten Stelle der Wicklung.

GOBA Fazit

Thermoplaste sind der Arbeitswerkstoff der Flächenisolierung, weil sie sich als dünne Bahn herstellen, schneiden, stanzen und falzen lassen. Ihre Grenze ist die Temperatur, und diese Grenze liegt tiefer als der Schmelzpunkt vermuten lässt. Für die Auswahl zählen vier Zahlen: Dauergebrauchstemperatur, Durchschlagfestigkeit, Volumenwiderstand und, bei Hochfrequenzanwendungen, die Dielektrizitätszahl. Alles Weitere entscheidet sich in der Fertigung.

Wir verarbeiten diese Werkstoffe täglich zu fertigen Teilen, von der Schnittrolle bis zum eingepassten Formteil aus unseren Isoliermaterialien. Wenn Sie unsicher sind, welcher Thermoplast Ihre Anwendung trägt, schicken Sie uns die Zeichnung mit Temperatur und Spannungsebene. Für Sonderaufbauten und kleine Stückzahlen sprechen Sie uns über kundenspezifische Produkte an.

FAQ zu Thermoplasten

Was sind Thermoplaste einfach erklärt?

Thermoplaste sind Kunststoffe aus langen Molekülketten, die nicht chemisch miteinander vernetzt sind. Wärme lockert die schwachen physikalischen Bindungen zwischen den Ketten, das Material wird weich und formbar. Beim Abkühlen erstarrt es wieder. Dieser Vorgang verändert die Ketten nicht und lässt sich deshalb beliebig oft wiederholen.

Welche Kunststoffe sind Thermoplaste?

Zu den Thermoplasten zählen Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyamid (PA), Polycarbonat (PC), Polyoxymethylen (POM), PTFE, PEEK und Polyimid. In der Elektroisolierung dominieren PET, Polyimid und PTFE.

Was ist der Unterschied zwischen Thermoplasten und Duroplasten?

Thermoplaste sind nicht vernetzt und lassen sich mehrfach aufschmelzen, schweißen und recyceln. Duroplaste sind engmaschig kovalent vernetzt, sie härten einmalig aus und bleiben danach hart bis zur Zersetzung. Epoxid- und Phenolharze sind Duroplaste, PET und PP sind Thermoplaste.

Welcher Thermoplast hat die höchste Durchschlagfestigkeit?

Polyimid liegt mit über 200 kV/mm an der Spitze und hält dabei rund 250 °C dauerhaft aus. PET erreicht über 70 kV/mm, PP 55 bis 90 kV/mm, PC und POM nur rund 35 kV/mm. Die Werte gelten für Normprüfkörper, dünne Folien liegen deutlich darüber.

Warum sinken die elektrischen Kennwerte von Polyamid bei Feuchtigkeit?

Polyamid nimmt Wasser aus der Umgebungsluft auf, und Wassermoleküle sind polar und beweglich. Dadurch fällt die Durchschlagfestigkeit von rund 150 auf 80 kV/mm und der Volumenwiderstand von 10¹⁴ auf 10¹² Ω·cm. Datenblattwerte für PA gelten im trockenen, konditionierten Zustand.

Was bedeutet amorph und teilkristallin bei Thermoplasten?

Amorphe Thermoplaste haben regellos verknäuelte Ketten, sind meist glasklar und schwinden wenig. Teilkristalline Thermoplaste bilden geordnete Bereiche, sind milchig bis opak, chemisch beständiger und neigen stärker zu Schwindung und Verzug. PC und PMMA sind amorph, PE, PP und PET teilkristallin.

Wie werden Thermoplaste hergestellt und verarbeitet?

Thermoplaste entstehen durch Polymerisation und kommen als Granulat in die Fertigung. Daraus formen Spritzguss, Extrusion, Blasformen und Kalandrieren das Halbzeug oder das fertige Bauteil. Thermoformen verformt eine bereits erzeugte Platte oder Folie unter Wärme in die Endkontur. GOBA arbeitet hinter diesen Verfahren: Wir schneiden Folienbahnen in Breiten von 5 bis 1.600 mm und stanzen Materialdicken von 0,023 bis 3,0 mm zu Isolierteilen, auf Wunsch mit vorgeprägter Falzkante.

Sind Thermoplaste recycelbar?

Ja. Wärme löst nur die physikalischen Bindungen zwischen den Molekülketten, die Ketten selbst bleiben erhalten. Deshalb gehen Produktionsabschnitte und sortenreine Altteile als Regranulat zurück in den Prozess, das nennt sich werkstoffliches Recycling. Duroplaste können das nicht, ihre kovalente Vernetzung bleibt bestehen, sie lassen sich nur zerkleinern und als Füllstoff weiterverwenden. Bei jedem Aufschmelzen verkürzen sich die Ketten etwas, weshalb die mechanischen Kennwerte von Regranulat unter denen der Neuware liegen.