Hans Domininghaus Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften

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1 Hans Domininghaus Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften

2 Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH

3 Hans Domininghaus Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften Mit 934 Abbildungen 5., völlig neu bearb. und erw. Auflage EXIRA Springer MATERIALS extras.springer.com

4 Dipl.-Ing. Hans Domininghaus Bogenweg Dreieich-Buchschlag Auf dem Einband ist ein Mettalozen abgebildet. (Quelle: Klein R. Metallocenes: The plastics turbo from the est tube, nach Future the Hoechst Magazine Par the Future IV/1995, S. 51) Die Deutsche Bibliothek- CIP-Einheitsaufnahme Domininghaus, Hans: Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften I Hans Domininghaus.- 5., völlig neu bearb. und erw. Auf!. Berlin; Beideiberg; New York; Barcelona; Budapest ; Hangkoog; London ; Mailand ; Paris ; Santa Clara; Singapur; Tokio: Springer, 1998 (VDI-Buch) Additional material to this book can be downloaded from ISBN ISBN (ebook) DOI / Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9 September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1998 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Softcover reprint of the hardcover 5th edition 1998 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichenund Markenschutz-Gebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VDJ, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. SPIN: / o - Gedruckt auf säurefreiem Papier

5 Vorwort zur fünften Auflage Zu meiner Freude und hoffentlich zum Nutzen vieler Praktiker und Freunde dieser unser Zeitalter kennzeichnenden Werkstoffe liegt jetzt die fünfte, aktualisierte Ausgabe dieses Fachbuches vor. Die vorrausgehenden vier Auflagen erschienen seit dem Jahre 1976 im VDI-Verlag, Düsseldorf. Nach der Übernahme dieses Verlages durch den Springer-Verlag Berlin hat dieses im Laufe von zwanzig Jahren zum Standardwerk der Information über die Kunststoffe als Werkstoffe gewordene Buch einen neuen Verleger erhalten. Aufbau und Inhalt des Buches folgen in bewährter Weise denen seiner vier Vorgänger - naturgemäß mit dem Unterschied, daß auch die seit dem Erscheinen der vierten Ausgabe (1992) erzielten Fortschritte im Bereich der Sortimentvielfalt, der Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Katalyse und der dadurch möglich gewordenen Erweiterung des Eigenschaftsbildes sowie der darauf basierenden Erschließung neuer spezifischer Anwendungsbereiche und der Erzielung eines insgesamt wirtschaftlicheren Einsatzes zeitgerecht Rechnung getragen wird. Dieses Buch dient bereits einigen Generationen von Ingenieuren, Chemikern und Physikern, Studierenden, Anwendungstechnikern und Fachkaufleuten als wertvolles Nachschlagwerk und geschätzte Hilfe bei der Aus- und Weiterbildung. Der Konstrukteur schätzt die große Anzahl von Zeitstandschaubildern beim Auslegen von Formteilen, während der Verarbeiter über das rheologische Verhalten der Formmassen im Hinblick auf den Bau der Werkzeuge sich informieren möchte. Obwohl für alle Werkstoffgruppen ausführliches Tabellenmaterial über das Kurzzeitverhalten vorliegt, ist für den Praktiker die graphische Darstellung der jeweiligen Parameter in vielen Fällen wertvoller. Das Auffinden eines gesuchten Produktes kann entweder anband der chemischen Bezeichnung, der genormten Abkürzung oder der Handelsnamen geschehen. Sachwortverzeichnisse erleichtern das Auffinden eines bestimmten Produktes. So möge auch die fünfte Auflage dieses Buches dazu beitragen, einem großen Kreis von Fachinteressenten die unser dynamisches Zeitalter kennzeichnenden Werkstoffe näherzubringen und neue Freunde zu gewinnen. Firma Reiher GmbH Systeme in Kunststoff+ Elektrotechnik, Braunschweig danke ich für ihren Beitrag zum Zustandekommen von Tabelle 5.1. Berlin, Oktober 1997 Hans Domininghaus

6 Inhalt Kunststoffübersicht (synthetische Kunststoffe) 1 Kunststoffe als hochpolymere Werkstoffe 1.1 Bildungsreaktionen Abgewandelte Naturstoffe Kunststoffe auf Cellulosebasis Kunststoffe auf Proteinbasis Synthetische Kunststoffe Polymerisation Copolymerisation Polykondensation Polyaddition Einteilung der Kunststoffe Thermoplaste Elastomere Duroplaste.. XIII Eigenschaften der Kunststoffe Molekülgestalt Polymerisationsgrad (Kettenlänge der Makromoleküle) Ordnungszustand Mechanische und thermische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften in Abhängigkeit von der Beanspruchungstemperatur und der Beanspruchungsdauer Wechselfestigkeit Sicherheitsbeiwerte Beständigkeit gegen den Angriff durch Chemikalien Beständigkeit gegen die Bildung von Spannungsrissen Beständigkeit gegen die Diffusion von Gasen und Dämpfen 29 Literatur

7 VIII Zusatzstoffe für Kunststoffe Funktionszusatzstoffe... Literatur Organische und anorganische Füllstoffe Literatur Verstärkungsstoffe Verbundwerkstoffe Verstärkungsfaserangebot Literatur.... Inhalt Synthetische Kunststoffe Thermoplastische Polymere Polyolefine (PO) Polyethylen (PE), PE-LD und PE-HD, PE-LLD, PE-HD-UHMW, Polyethylen-Modifikationen: Vernetztes Polyethylen (PEX), Chlorierte Polyolefine, Chloriertes Polyethylen (PE-C) (thermoplastisches Elastomer), Vernetzte chlorierte Polyolefine (PO-CX), Sulfochloriertes Polyethylen, Phosphorylierung, Sulfophosporylierung, Sulfierung, Oxidation, Copolymere des Ethylens, Ethylen/Vinylacetat-Copolymere (EVAC), Ethylen/Vinylalkohol- Copolymere (EVOH), Ethylen/Ethylacrylat-Copolymere (EEA), Ethylen/ Methacrylat-Copolymere (EMA), Ethylen/ Acrylsäure-Copolymere (EAA), Ethylen/Butylacrylat-Copolymere (EBA), Abbaubare Polyolefine +Bitumen und andere Kunststoffe, Polypropylen (PP), Polypropylen-Modifikationen, Teilkristalline Blockcopolymere, Ethylen/Propylen (Dien)-Copolymere (EPDM), Polybuten-1 (PB), Polyisobutylen (PIB), Poly-4-methylpenten-1 (PMP), Andere aliphatische Polyolefine, Ionomere, Cycloolefinpolymere ( COC), Verbundwerkstoffe auf Basis Kohlenstoff-Polyolefine, Modifizierte Polyolefine als Verträglichmacher und Schlagzähmodifizierer, Mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes EPM oder EPDM Literatur Vinylpolymere Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylchlorid-Modifikationen, Blends aus PVC und chloriertem PE-HD (PE-HD-C), Blends aus PVC und EVA Copolymeren bzw. EVA/VC-Pfropfcopolymeren, Vergleich mit anderen elastifizierenden Hochpolymeren, Blends aus PVC und Acrylpolymeren, Copolymere aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid!Acrylnitril-Copolymer, Vinylchlorid!Maleinimid-Copolymere, Vinylchlorid!Acrylimid Copolymere Literatur

8 Inhalt IX Styrolpolymere (PS) Styrol-Homopolymere (PS), Styrol-Copolymere, Schlagzähmodifizierte Polysterole, Styrol/Butadien-Pfropfcopolymere, Styrol/Butadien/Styrol-Blockcopolymere (SBS), Styrol! a-methylstyrolcopolymere (SIMS), Styrol/ Acrylnitrilcopolymere (SAN), SAN-Modifikationen, Acrylnitril/Polybutadien/ Styrolpfropfpolymere (ABS), Pfropfcopolymere aus MMA, SB, ABS (MABS), Pfropfpolymere aus Methylmethacrylat und BS (MABS), XS- und AXS-Pfropfpolymere, XS-Pfropfcopolymere, ABS als elastifizierende Blendkomponente, Polymerblends aus (ABS+PVC), Polymerblends aus (ABS+PC), Polymerblends aus (ABS+SMA), Polymerblends aus (ABS+PUR), Polymerblends aus (ABS+PSU), Acrylnitril/Styrol/Acrylester (ASA) Pfropfcopolymere, Polymerblends aus ASA und Polycarbonat (ASA + PC), Thermoplastische Styrol/Butadien-Elastomere (SBS-TE), Nicht auf Olefinen basierende verträglich und schlagzähmachende Copolymere und Polymerblends Polyacrylale Polyacrylnitril (PAN),Acrylnitril-Copolymere mit geringer Gasdurchlässigkeit ( Barrierekunststoffe ), Polymethylmethacrylat (PMMA),Auf Acrylat oder Methacrylat/Butadien/ Styrol basierende Kern/Schale-Elastomere, Acrylimid (A/1) Copolymere und einige (A/I+Polymer)-Blends, Polymethacryl!Imid (PM/I) Polyvinylcarbazol (PVK) Polyacetal (POM) 487 Polyacetalblends Fluorkunststoffe Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Tetrafluor/Ethylencopolymer (E/TFE), Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen/Vinylidenfluorid-Terpolymer (THV), Polytrifluorchlorethylen (PCTFE), Trifluorchlorethylen/Ethylencopolymer (E/TFE), Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Perfluoralkoxycopolymer (PFA), Tetrafluorethylen/Perfluor Methylvinylethercopolymer (MFA), Copolymer aus Telrafluorethylen und fluoriertem cyclischen Ether, Thermoplastische Fluorelastomere 2.2 Polykondensate Thermoplastische Polykondensate Polyamide (PA), Neuentwicklungen auf dem Gebiet der Polyamide, Polyamid 46, Polyamid 6/6T, Polyphthalamid (PPA), Partiell aromatische Amide, Modifizierte Polyamide, Thermoplastische Polyamidelastomere (PA-TE), PA12-Elastomere, Vestamid, Grilamid, Pebax, Polyamid RIM -Systeme, Poly-

9 X Inhalt mermodifizierte Polyamide, Polyolefine als Modifikator, Thermoplastische Polyester, Polycarbonat (PC), PC-Cokondensate, Bisphenol A-Copolycarbonate, Blockpolymerisation, Entwicklungstrends bei Polycarbonaten, Polycarbonate für laseroptische Datenspeicherung, Polycarbonate für Lichtwellenleiter, Erhöht wärmebeständige PC-Cokondensate (PEC), Erhöht schlagzähe PC Cokondensate, Polycarbonatblends, Polycarbonat + Styrolcopolymerblends (PC+ABS)-, (PC+ASA)- und (PC+SEBS) Blends, Poly-carbonat+ Polybutylenterephthalat-Blends, Polyalkylenterephthalate, Polyethylenterephtalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyalkylenterephthalat Blends, Thermoplastische Polyesterelastomere (TPE-E), Polyethylenterephthalat als Barrierekunststoff, Naphthalat-Polyester (PEN und PBN), Poly 1,4 cyclohexylendimethylenterephthalate, Polyarylate (Polyarylester ), Neue Polyarylate, Eigenverstärkende teilkristalline Polymere (LCP), LCPs und Technische Kunststoffe - ein Vergleich, (Thermoplast+LCP) Blends, Polyarylether, Polyphenylenether (PPmoci) (substituiert, modifiziert), (PPmod+Polymer)-Blends, Blend aus Polyamid und Polyphenylenether (mod) (PA+PPmod), Produktentwicklung, Polyarylsulfon und -sulfid, Polysulfon (PSU), (PSU+ABS)-Polymerblends, Polyarylethersulfon (PES), Polyphenylethersulfon (PPSU), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherketone, Aromatische Polyaryletherketone (PEK,PEEK), Aliphatische Polyetherketone, Hoch wasserbeständige duro- und thermoplastische Polykondensate und Polyaddukte, Polyimide (PI), Klassisches Polyimid (PI), Copolyimide, Poly-oxy-diazo-benziminazol, Polybenzimidazol, Einbindige Polyheterocyclen, Polyhydantoine, Aromatische Leiterpolymere, Polyimidazopyrolon, Polycycloene, Gemischt ein- und zweibindige Polymere, Polybismaleinimid, Polyamidimide (PAI), Polyetherimid, Polyesterimid, Andere thermoplastische Polyesterimide, Elektrisch leitfähige Polymere, Elektrisch leitfähiger bekannter Thermoplast Duroplastische Polykondensate Phenol/Formaldehyd-Kunststoffe (PF), Härtbare PP-Formmassen, Technische Phenolharze, Harnstoff/Formaldehyd Kunststoffe (Aminoplaste) (UF), Härtbare UF-Formmassen, Technische Harnstoffharze, Melamin/Formaldehyd-Kunststoffe, Härtbare MF-Formmassen, Technische Melaminharze, Modifizierte MF-Formmassen, Härtbare Melamin!Phenol! Formaldehyd-Formmassen, Technische Melaminharze, Ungesättigte Polyester harze, UP-Reaktions-Gießharze, Verstärkte UP-Formmassen, Verwandte Reaktionsharz Formmassen, Alkydharz-Formmassen, Polydiallylphthalat Formmassen (PDAP), Silicone (SI), Härtbare Siliconharz Formmassen

10 Inhalt XI Polyaddukte Duroplastische Polyaddukte, Epoxidharze (EP), Technische Epoxidharze, Epoxidharz-Formmassen, Prepregs, Duroplaste als Hochleistungswerkstoffe mit günstigem Preis/Leistungsverhältnis, Vernetzte Polyurethane, Isocyanatharze, Polyurethan-Gießharz, PUR-Integralschaumstoffe, Thermoplastische Polyurethan-Elastomere (TPE-U), Thermoplastische Polyaddukte (PUR), Lineare Polyurethane 3 Abgewandelte Naturstoffe 3.1 Kunststoffe aus Cellulose Vulkanfiber (VF) 3.2 Kunststoffe aus abgewandelter Cellulose Celluloseester aus anorganischen Säuren Cellulosenitrat ( CN) Celluloseester aus aliphatischen Carbonsäuren Celluloseacetat (CA) Cellulosepropionat (CP) Celluloseacetobutyrat (CAB) Anhang Kurzzeichen für Kunststoffe, Tafelverzeichnis 4.2 Kunststoffkennwerte, Tabellenverzeichnis s Datenbanken 6 Handelsnamenverzeichnis 7 Kunststoffverzeichnis 8 Sachverzeichnis

11 Polyethylen (PE), PE-LD und PE- HO, PE-LLD, PE-HO-UHMW, Polyethylen-Modifikationen: Vernetztes Polyethylen (PEX), Chlorierte Polyolefine, Chloriertes Polyethylen (PE-C), Sulfochloriertes Polyethylen, Copolymere des Ethylens, Abbaubare Polyethylene und a ndere Kunststoffe, Polypropylen (PP), Polypropylen-Modiflkationen, Teilkristalline Blockcopolymere, Ethylen/Propylen, (Dien)-Copolymcrc (EPDM), Polybutcn-1 (PB), Polyisobutylen (Piß), Poly-4-methylpenten- 1 (PMP), Andere aliphatische Polyolefine, lonomere, Cyclooleflnpolymere (COC), Verbundwerkstoffe auf Basis Kohlenstoff- Poyolefine, Modiflzierte Polyoleflne als Verträglichmacher und Schlagzähmodifizierer, Mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes EPM oder EPDM Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylchlorid-Modifikationen, Blends aus PVC und chloriertem PE-HD (PE-HD-C), Blends aus PVC und EVA Copolymeren bzw. EVA/VC-Pfropfcopolymeren, Copolymere aus Vinylchlorid und Vinyliden-chlorid/ Acrylnitril-Copoly mer, Vinylchlorid/Maleinimid-Copolymere, Vinylchlorid/ Acrylimid-Copolymere, Styrol-Homopolymere ( P ), St yrol-copolymere, Schlagzähmodifizierte Polystyrole, Styrol/Butadien-Pfropfcopolymere (SB), Styrol!Butadien/Styrol-Blockcopolymere (SBS), Styrol/a-Methylstyrolcopolymere (SIMS), Styrol/ Acrylnitrilcopolymere (SAN), SAN-Modifikationen, Acrylnitril!Polybutadien/Styrolpfropfpolymere (ABS), Pfropfcopolymere aus MMA, SB, ABS (MABS), Pfropfpolymere aus Methylmethacrylat und BS (MBS), XS- und AXS-Pfropfcopolymere, XS-Pfropfcopolymere, ABS als elastifizierende Blendkomponente, Polymerblends aus (ABS+PVC), Polymerblends aus (ABS+PC), Polymerblends aus (ABS+SMA), Polymerblends aus (ABS+PUR), Polymerblends aus (ABS+PSU), Acrylnitrii!Styrol!Acrylester, Pfropfcopolymere (ASA), Polymerblends aus ASA und Polycarbonat (ASA+PC), Thermoplastische Styrol/Butadien-Elastomere (SBS-TE), ichtauf Olefinen basierende verträglich und schlagzähmachende Copolymere und Polymerblends Polyacrylnitril (PAN), Acrylnitrii-Copolymere mit geringer Gasdurchlässigkeit (Barrierekunststoffe), Polymethylmethacrylat (PMMA),Auf Acrylat oder Methacrylat/Butadien/Styrolbasierende Kern/Schale-Elastomere, Acrylimid (A/1)-Copolymere und einige (A/I+Polymer)-Biends, Polymethacrylllmid (PM/I) Polyvinylcarbazol (PVK) Polyacetal (POM) Polyacetalblends Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen Copolymere (FEP), Tetrafluorethylen/Ethylencopolymer (E/TFE), Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen/Vinylidenfluorid-Terpolymer (TH V), Polytrifluorchlorethylen (PCTFE), Trifluorchlorethylen/Ethylencopolymer (E/CTFE), Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Perfluoralkoxycopolymer (PFA), Tetrafluorethylen/Perfluor-Methylvinylethercopolymer (MFA), Copolymer aus Tetrafluorethylen und fluoriertem cyclischen Ether, Thermoplastische Fluorelastomere Polyamide (PA), Neuentwicklungen auf dem Gebiet der Polyamide, Polyamid 46, Polyamid 6/6T, Polyphthalamid (PPA), PartieU aromatische Amide, Modifizierte Polyamide, Thermoplastische Polyamidelastomere (PA-TE), PA12- Eiastomere, Vestamid, Grilamid, Pebax, Polyamid RJM-Systeme, Polymermodifizierte Polyamide, Polyolefine als Modifikator, Thermoplastische Polyester, Polycarbonat (PC), PC-Cokondensate, Bisphenol A-Copolycarbonate, Blockpolymerisation, Entwicklungstrends bei aromatischen Polycarbonaten, Polycarbonate für laseroptische Datenspeicherung, Polycarbonate für Lichtwellenleiter, Erhöht wärmebeständige PC-Cokondensate (PEC), Erhöht schlagzähe PC-Cokondensate, Polycarbonatblends, Polycarbonat + Styrolcopolymerblends (PC+ABS)-, (PC+ASA)- und (PC+ SEBS)-Blends, Polycarbonat + Polybutylenterephthalat-Biends (PC + PBT), Polyalkylenterephthalate, Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyalkylenterephthalat-ßlends, Thermoplastische Polyesterelastomere (TPE-E), Polyethylenterephthalat als Barrierekunststoff, Naphthalai-Polyester (PEN und PBN), Poly 1,4 cyclohexylendimethylenterephthalate, Polyarylale (Polyarylester), eue Polyarylate, Eigenverstärkende teilkristauine Polymere (LCP), LCP's und Technische Kunststoffe - ein Vergleich, (Thermoplast+ LCP)-Biends, Polyarylether, Polyphenylenether (PPmod) (substituiert, modifiziert), (PP mod+ Polymer)-Biends, Produktentwicklung, Polyarylsulfon und -sulfid, Polysulfon (PSU), (PSU+ABS)-Polymerblends, Polyarylethersulfon (PES), Polyphenylethersulfon (PPSU), Polyphenylensulfid (PPS), Polyetherketone, Aromatische Polyaryletherketone (PEK, PEEK), Aliphatische Polyetherketone (PEK), Hoch wärmebeständige duro- und thermoplastische Polykondensate und Polyaddukte, Polyimide (PI), Klassisches Polyimid (PI), Copolyimide, Poly-oxydiazo-benzimidawl, Polybenzimidazol (PBI), Einbindige Polyheterocyclen, Polyhydantoine, Aromatische Leiterpolymere, Polyimidazopyrolon (Pyrron), Polycycloene, Gemischt ein- und zweibindige Polymere, Polybismaleinimid, Polyamidimid (PA I), Polyetherimid (PE!), Polyesterimid, Andere thermoplastische Polyimide, Elektrisch leitfahige Polymere, Elektrisch leitfähiger bekannter Thermoplast Phenol/Formaldehyd-Kunststoffe (PF), Härtbare PF-Formmassen, Technische Phenolharze, Harnstoff/Formaldehyd-Kunststoffe (Aminoplaste) (UF), Härtbare UF-Formmassen, Technische HarnstoffharZe, Melamin/Formaldehyd-Kunststoffe (MF), H1irtbare MF-Formmassen, Technische Melaminharze, Modifizierte MF-Formmassen, Härtbare Melamin/Phenoi/Formaldehyd-Formmassen, Technische Melaminharze, Ungesättigte Polyesterharze (UP), UP-Reaktions-Gießharze, Verstärkte UP-Formmassen, Verwandte Reaktionsharz-Formmassen, Alkydharz Formmassen, Polydiallylphthalat-Formmassen (POAP), Silicone (SI), Härtbare Siliconharz-Formmassen, Duroplastische Polyaddukte, Epoxidharze (EP), Technische Epoxidharze, Epox.idharz-Formmassen, Prepregs, Duroplaste als Hochleistungswerkstoffe mit günstigem Preis/Leistungsverhähnis, Vernetzte Polyurethane (PUR), Jsocyanatharze, Polyurethan-Gießharz, PUR-lntegralschauchstoffe, Thermoplastische Polyurethan-Elastomere (TPE-U), Lineare Polyurethane