Kunststoffe Eigenschaften Leitfaden für die Auswahl

Das Wichtigste auf einen Blick

• Sechs Standardkunststoffe decken die meisten technischen Bauteile ab: PP, PE-HD, PA6, POM, PC und PVC-U.
• Zugfestigkeit und Steifigkeit werden nach DIN EN ISO 527 gemessen, die Wärmeformbeständigkeit nach DIN EN ISO 75.
• Die Dauergebrauchstemperatur liegt je nach Werkstoff zwischen 60 °C und 130 °C.
• Marktübliche Granulatpreise lagen 2024 ohne Mehrwertsteuer zwischen etwa 0,90 Euro und 4,00 Euro pro Kilogramm.
• Jede Auswahl beginnt beim Anforderungsprofil, nicht beim Werkstoff.

Warum Kennwerte die Werkstoffauswahl steuern

Kunststoffe verhalten sich anders als Metalle. Ihre Festigkeit hängt von Temperatur, Belastungsdauer und Umgebung ab. Ein Datenblattwert gilt deshalb nur für die dort dokumentierte Prüfbedingung.

Wer diese Randbedingungen übergeht, vergleicht zwei Werkstoffe falsch. Zwei Polyamidtypen mit gleicher Zugfestigkeit können unter Dauerlast völlig unterschiedlich kriechen. Auch aufgenommene Feuchte verschiebt die Kennwerte deutlich.

Der Normenausschuss Kunststoffe (FNK) im DIN betreut die Prüfnormen für Kunststoffe und ihre Formmassen. Er legt fest, wie Probekörper hergestellt, konditioniert und geprüft werden.

Ergänzend verantwortet der Normenausschuss Materialprüfung (NMP) Verfahren für Werkstoffkennwerte. Für den Konstrukteur folgt daraus ein einfacher Grundsatz: Genormte Werte aus akkreditierten Prüflaboratorien sind vergleichbar, firmeneigene Versuchsreihen nur eingeschränkt.

Die sechs wichtigsten Kunststoffe im Vergleich

Die folgende Übersicht nennt Richtwerte für unverstärkte Standardtypen. Die Preise sind marktübliche Größenordnungen für Granulat im Jahr 2024, ohne Mehrwertsteuer. Sie schwanken mit Rohstoffpreisen, Abnahmemenge und Liefervertrag.

Werkstoff	Zugfestigkeit (MPa)	E-Modul (MPa)	Dauergebrauchstemperatur (°C)	Richtpreis 2024 (Euro/kg, ohne MwSt.)	Typische Anwendung
PP	25 bis 35	1100 bis 1600	90 bis 100	1,20 bis 1,60	Behälter, Gehäuse, Verpackung
PE-HD	20 bis 30	800 bis 1300	60 bis 80	1,20 bis 1,60	Rohre, Kanister, Verschlüsse
PA6	45 bis 85	2600 bis 3200	90 bis 120	2,20 bis 3,00	Zahnräder, Fittings, Lagerkäfige
POM	60 bis 70	2800 bis 3200	90 bis 100	2,50 bis 3,50	Präzisionszahnräder, Riegel
PC	60 bis 70	2300 bis 2400	115 bis 130	2,60 bis 3,20	Sichtscheiben, Abdeckungen
PVC-U	50 bis 60	3000 bis 3500	60 bis 70	0,90 bis 1,40	Rohre, Profile, Fensterrahmen

Polypropylen (PP) ist ein teilkristalliner Thermoplast mit niedriger Dichte von etwa 0,90 bis 0,91 Gramm pro Kubikzentimeter. Die Streckgrenze liegt bei 25 bis 35 Megapascal, der E-Modul bei 1100 bis 1600 Megapascal. PP ist beständig gegen viele Säuren und Laugen, aber empfindlich gegen UV-Strahlung ohne Stabilisierung.

Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) ist zäh und schlagfest. Seine Zugfestigkeit erreicht 20 bis 30 Megapascal, der E-Modul 800 bis 1300 Megapascal. Die geringe Wasseraufnahme und die gute Chemikalienbeständigkeit machen es zum Werkstoff für Rohre, Kanister und Verschlüsse.

Polyamid 6 (PA6) verbindet hohe Festigkeit mit guter Zähigkeit. Im trockenen Zustand erreicht es 70 bis 85 Megapascal, konditioniert bei 23 °C und 50 Prozent relativer Luftfeuchte nur noch 45 bis 55 Megapascal. Wasser wirkt im Polymer als Weichmacher.

Polyoxymethylen (POM) ist hart, steif und maßhaltig. Die Zugfestigkeit liegt bei 60 bis 70 Megapascal, der E-Modul bei 2800 bis 3200 Megapascal. POM nimmt kaum Feuchte auf und läuft deshalb auch nach langer Zeit nicht auf. Typisch sind Zahnräder, Riegel und Führungen.

Polycarbonat (PC) ist amorph, transparent und sehr schlagzäh. Die Zugfestigkeit beträgt 60 bis 70 Megapascal, der E-Modul rund 2300 bis 2400 Megapascal. Die Dauergebrauchstemperatur erreicht 115 bis 130 °C, was PC für Abdeckungen und Sichtscheiben prädestiniert.

Polyvinylchlorid, schlagzäh modifiziert (PVC-U), ist hart, steif und preiswert. Die Zugfestigkeit liegt bei 50 bis 60 Megapascal, der E-Modul bei 3000 bis 3500 Megapascal. Die Wärmeformbeständigkeit ist mit 60 bis 70 °C begrenzt, weshalb Rohre und Profile die Hauptanwendungen sind.

Zugfestigkeit und Steifigkeit richtig lesen

Die zentrale Prüfnorm für Zugversuche an Kunststoffen ist DIN EN ISO 527. Teil 1 beschreibt die allgemeinen Grundsätze, Teil 2 die Bedingungen für Form- und Extrusionsmassen. Der Zugmodul wird bei 1 Millimeter pro Minute gemessen, die Festigkeit meist bei 50 Millimeter pro Minute.

Ein Blick in das Datenblatt zeigt häufig zwei Spannungswerte. Die Streckspannung markiert den Beginn des plastischen Fließens, die Bruchspannung das Versagen. Bei zähen Typen wie PE-HD liegt der Bruch deutlich über der Streckgrenze, bei spröden Typen fallen beide Werte zusammen.

Wichtig ist außerdem die Bruchdehnung. PP erreicht je nach Type 300 bis 600 Prozent, PC etwa 100 Prozent, glasfaserverstärktes PA6 nur 2 bis 3 Prozent. Dieser Wert entscheidet, ob ein Bauteil örtliche Überlastungen durch Verformung abbauen kann.

Werkstoff- und Konstruktionsnormen entstehen in den DIN-Normenausschüssen für Werkstoff- und Konstruktionsfragen. Dort werden auch die Prüfkörpergeometrien festgelegt, die eine Vergleichbarkeit zwischen Herstellern überhaupt erst ermöglichen.

Schlagzähigkeit wird getrennt geprüft, meist nach DIN EN ISO 179 als Charpy-Versuch. Ein Bauteil mit hoher Zugfestigkeit kann dort trotzdem schlecht abschneiden, weil Kerben Spannungen bündeln. Für schlagbeanspruchte Teile gehört dieser Kennwert deshalb in die Anforderungsliste.

Wärmeformbeständigkeit nach DIN EN ISO 75

DIN EN ISO 75 beschreibt die Bestimmung der Wärmeformbeständigkeit, kurz HDT. Ein genormter Probekörper wird unter definierter Biegespannung erwärmt. Die Temperatur, bei der eine festgelegte Durchbiegung eintritt, ist das Ergebnis.

Die Spannung entscheidet über das Verfahren. HDT A arbeitet mit 1,8 Megapascal und entspricht einer mechanisch belasteten Anwendung. HDT B mit 0,45 Megapascal gilt für gering belastete Bauteile.

Für Temperaturangaben in Datenblättern ist der Unterschied erheblich. PA6 erreicht im HDT-A-Verfahren etwa 60 bis 75 °C, während HDT B je nach Type bis 180 °C reicht. Wer nur einen Wert liest, plant möglicherweise zu knapp.

Ergänzend beschreibt DIN EN ISO 306 die Vicat-Erweichungstemperatur. Dabei wird eine Nadel unter definierter Last in die Probe gedrückt. Beide Verfahren liefern unterschiedliche Zahlen, weil sie unterschiedliche Belastungen abbilden.

Von diesen Prüfwerten zu unterscheiden ist die Dauergebrauchstemperatur. Sie berücksichtigt Kriechen und Alterung über lange Zeit und liegt meist 20 bis 40 Kelvin unter dem HDT-Wert. Wer eine Lebensdauer von zehn Jahren auslegen will, plant mit diesem niedrigeren Wert.

Teilkristalline Kunststoffe wie PP, PA6 und POM zeigen keinen ausgeprägten Glasübergang im Gebrauchsfenster. Ihre Steifigkeit fällt erst nahe der Schmelztemperatur ab. Amorphe Typen wie PC und PVC-U verlieren dagegen oberhalb der Glasübergangstemperatur schnell an Steifigkeit.

Beständigkeit gegen Medien, Feuchte und UV

Chemikalien greifen Kunststoffe auf unterschiedliche Weise an. PP und PE-HD sind gegen verdünnte Säuren und Laugen beständig, jedoch nicht gegen stark oxidierende Medien. PC ist hydrolyseempfindlich und neigt in Kontakt mit alkalischen Reinigern zu Spannungsrissen.

Feuchte ist ein zweiter Faktor. PA6 nimmt bei Normklima etwa 2,5 bis 3 Prozent Wasser auf und quillt dabei um bis zu 1 Prozent in den Maßen. POM bleibt bei 0,2 Prozent, PP und PE unter 0,02 Prozent. Für enge Toleranzen ist das entscheidend.

PVC-U benötigt Stabilisatoren und verliert ohne sie bei Wärme Chlorwasserstoff. Moderne Rezepturen arbeiten mit Calcium-Zink- oder bleifreien Stabilisatorsystemen. Die Beständigkeit gegen Säuren und Laugen bleibt dabei gut.

UV-Strahlung schädigt fast alle Kunststoffe durch Kettenbruch an der Oberfläche. PP und PE brauchen Ruß oder Lichtschutzmittel, PC eine Lackierung oder Coextrusionsschicht, PVC-U Titandioxid als Pigment. Die European Environment Agency zu Kunststoffeinträgen beschreibt zusätzlich, welche Rolle Abrieb und Alterung für die Kreislaufführung spielen.

In fünf Schritten zum passenden Werkstoff

1. Temperaturfenster festlegen: maximale Dauer- und Spitzentemperatur im Betrieb notieren, nicht die Prüftemperatur.
2. Medienliste erstellen: Reinigungsmittel, Schmierstoffe, Kraftstoffe und Feuchte mit Konzentration und Einwirkdauer sammeln.
3. Lasten bewerten: Zug-, Biege- und Schlagbeanspruchung mit Dauer, Frequenz und Sicherheitsbeiwert erfassen.
4. Kriechverhalten prüfen: Isotropen Spannungs-Dehnungs-Diagrammen oder Zeitstanddiagrammen die zulässige Spannung entnehmen.
5. Kosten und Verarbeitung abgleichen: Wanddicke, Schwindung, Zykluszeit und Werkstoffpreis gegenrechnen.

Die Reihenfolge ist nicht beliebig. Erst wenn Temperatur, Medium und Last feststehen, bleibt meist nur eine kleine Gruppe von Werkstoffen übrig. Danach entscheiden Verarbeitung, Optik und Preis zwischen den verbleibenden Kandidaten.

Kosten einordnen: ein Rechenbeispiel

Ein Gehäuse hat ein Volumen von 44 Kubikzentimetern. In PP mit einer Dichte von 0,905 Gramm pro Kubikzentimeter wiegt es rund 40 Gramm. Bei einem Richtpreis von 1,40 Euro pro Kilogramm ergeben sich Materialkosten von etwa 0,06 Euro pro Teil.

Dieselbe Geometrie in PC wiegt wegen der Dichte von 1,20 Gramm pro Kubikzentimeter etwa 53 Gramm. Bei 3,00 Euro pro Kilogramm liegen die Materialkosten bei rund 0,16 Euro pro Teil. Das Beispiel ist eine Rechnung, kein Angebot.

Der Materialpreis ist nur ein Teil der Stückkosten. Hinzu kommen Zykluszeit, Ausschuss, Werkzeugverschleiß und Nachbearbeitung. Ein teurer Werkstoff kann wirtschaftlicher sein, wenn er dünnere Wanddicken oder kürzere Kühlzeiten erlaubt.

Zur Einordnung der Marktlage helfen amtliche Reihen weiter. Die Erzeugerpreisstatistik des Statistischen Bundesamtes verfolgt die Preisentwicklung industrieller Güter, darunter Kunststoffe in Primärform. Ergänzend liefern die amtlichen Daten zu Industrie und verarbeitendem Gewerbe Kostenstrukturen der verarbeitenden Betriebe.

Verarbeitung prägt die Eigenschaften

Beim Spritzgießen entsteht die endgültige Eigenschaft nicht im Granulat, sondern im Werkzeug. Fließrichtung, Wanddicke, Angusslage und Werkzeugtemperatur bestimmen Faserorientierung und Bindenähte.

Die Schwindung unterscheidet sich deutlich zwischen den Typen. PP schwindet 1,0 bis 2,0 Prozent, PA6 etwa 0,5 bis 1,5 Prozent, POM 1,8 bis 2,2 Prozent, PC 0,5 bis 0,7 Prozent und PVC-U 0,3 bis 0,6 Prozent. Diese Werte gelten für isotrope Bauteile ohne Verstärkung.

Nach dem Entformen kann sich das Bauteil weiter verändern. PA6 nimmt Feuchte auf und wächst dabei nach. POM zeigt dagegen ein Nachschwinden durch Nachkristallisation. Beide Effekte erfordern entweder eine Konditionierung oder eine Toleranzreserve in der Konstruktion.

Wann Verstärkungen den Werkstoff wechseln lassen

Glasfaserverstärkung erhöht Steifigkeit und Festigkeit deutlich. PA6 mit 30 Prozent Glasfaser erreicht einen E-Modul von etwa 9000 bis 10000 Megapascal und eine Zugfestigkeit von 160 bis 190 Megapascal. Die HDT-A-Temperatur steigt auf rund 200 °C.

Der Preis für diese Werte ist hoch. Die Bruchdehnung fällt auf 2 bis 3 Prozent, die Schlagzähigkeit sinkt, und die Oberfläche wird rau. Das Werkzeug unterliegt stärkerem Verschleiß, weil die Fasern abrasiv wirken.

Auch der Preis steigt. Verstärkte Typen kosten je nach Faseranteil etwa 1,00 bis 1,50 Euro pro Kilogramm mehr als die Basisware. Ob sich das rechnet, hängt davon ab, ob die höhere Steifigkeit dünnere Wanddicken und damit weniger Material ermöglicht.

Häufige Fragen

Welche Kunststoffe eignen sich für Temperaturen über 100 °C?

Im Standardsortiment vor allem PC mit 115 bis 130 °C Dauergebrauchstemperatur und glasfaserverstärktes PA6, das im HDT-A-Verfahren bis etwa 200 °C erreicht. Unverstärktes PP und PVC-U sind dagegen nicht geeignet.

Warum nennt ein Datenblatt zwei Zugfestigkeitswerte für PA6?

Polyamid nimmt Wasser auf, das als Weichmacher wirkt. Deshalb werden Werte im trockenen Zustand und nach Konditionierung bei 23 °C und 50 Prozent relativer Luftfeuchte angegeben. Für die Auslegung zählt der konditionierte Wert.

Was unterscheidet HDT von der Dauergebrauchstemperatur?

HDT nach DIN EN ISO 75 ist ein Kurzzeitversuch mit definierter Biegespannung. Die Dauergebrauchstemperatur berücksichtigt Kriechen und Alterung über Jahre und liegt meist 20 bis 40 Kelvin niedriger.

Wie wirkt sich die Dichte auf die Kosten aus?

Der Preis wird pro Kilogramm gehandelt, das Bauteil entsteht aber nach Volumen. Ein dichterer Werkstoff ergibt bei gleicher Geometrie ein schwereres Teil und damit höhere Materialkosten, wie das Rechenbeispiel mit PP und PC zeigt.

Muss ich jede Type prüfen lassen?

Nein. Wer auf genormte Kennwerte nach DIN EN ISO 527 und DIN EN ISO 75 zurückgreift, kann Typen vorauswählen. Eine Bauteilprüfung bleibt trotzdem sinnvoll, weil Geometrie, Fließrichtung und Medienkontakt die Eigenschaften im Einsatz verändern.