Schmelzintervall

Definition und Bedeutung

Als Schmelzintervall, Schmelzbereich oder Erstarrungsintervall bezeichnet man das Temperaturintervall zwischen der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur eines Stoffes. Die Solidustemperatur markiert die Grenze, unterhalb der ein Werkstoff vollständig fest ist; oberhalb der Liquidustemperatur ist er vollständig flüssig. Das Intervall beschreibt somit den Bereich, in dem der Übergang zwischen festem und flüssigem Zustand stattfindet.

Ein Schmelzintervall ist unter anderem für Legierungen, Kunststoffe und organisch-chemische Verbindungen wichtig. Seine Lage und Breite können Informationen über das Schmelzverhalten, die Verarbeitung und bei organischen Stoffen auch über die Reinheit einer Probe liefern.

Legierungen und Phasendiagramme

Bei Legierungen liegen zwischen Solidus- und Liquidustemperatur feste und flüssige Phasen nebeneinander vor. Das Stoffgemenge hat in diesem Bereich eine breiige Beschaffenheit.

Reine Metalle und eutektische Legierungen verhalten sich anders: Sie schmelzen beziehungsweise erstarren bei einer gleichbleibenden Temperatur. Diese Temperatur heißt Schmelzpunkt. Eine eutektische Legierung ist eine Legierung mit einer bestimmten Zusammensetzung, die wie ein reiner Stoff bei einer festen Temperatur schmilzt und erstarrt.

Der Anfangs- und Endpunkt des Schmelzintervalls einer beliebigen Legierung wird durch eine thermische Analyse bestimmt. Dabei wird das Verhalten des Werkstoffs bei Temperaturänderungen untersucht. Die Ergebnisse werden anschließend in ein Phasendiagramm übertragen, das die vorhandenen Phasen in Abhängigkeit von Temperatur und Zusammensetzung darstellt.

Schmelzverhalten von Kunststoffen

Nur einige kristalline Polymere besitzen einen relativ scharfen Schmelzpunkt. Polymere sind Stoffe, deren Moleküle aus vielen miteinander verbundenen Bausteinen bestehen. Auch kristalline Kunststoffe enthalten amorphe, also nicht regelmäßig geordnete Bereiche. Deshalb schmelzen sie beim Erwärmen gewöhnlich nicht schlagartig, sondern über ein Schmelzintervall.

Das Schmelzintervall kann mit einem Heiztisch-Mikroskop oder in einem Schmelzpunktsröhrchen bestimmt werden. Bei der Apparatur nach C. F. Linström – der Name wird häufig fälschlich „Lindström“ geschrieben – wird die Probe in einem Kupferblock erwärmt. Durch eine eingebaute Lupe lässt sich ihr Verhalten im Schmelzpunktsröhrchen beobachten.

Genannte Schmelzintervalle Θ sind: Niederdruckpolyethylen (LDPE) 105–120 °C, Hochdruckpolyethylen (HDPE) 125–135 °C, isotaktisches Polypropylen 176 °C, Polymethylmethacrylat (PMMA) 120–160 °C, Polyoxymethylen 165–185 °C, taktisches Polystyrol 235–250 °C, Polyamid 6 215–225 °C, Polyamid 11 180–190 °C, Polyamid 66 250–260 °C, Polyamid 610 210–220 °C und Polyethylenterephthalat (PET) 250–260 °C. Für Polytetrafluorethylen (PTFE) nennt die Tabelle keinen Wert.

Organische Verbindungen

Die meisten organisch-chemischen Verbindungen besitzen einen bestimmten Schmelzpunkt oder einen engen Schmelzbereich, meist unterhalb von 300 °C. Der gemessene Schmelzpunkt beziehungsweise Schmelzbereich dient als Reinheitskriterium für diese Stoffe.

Oberhalb von 300 °C zersetzen sich die meisten organisch-chemischen Verbindungen. Dabei entstehen durch Thermolyse, also durch chemische Zersetzung infolge von Wärme, neue und andere Stoffe.

Salzartige Verbindungen wie Aminosäuren haben höhere Schmelztemperaturen. Diese Temperaturen sind jedoch häufig wenig charakteristisch und eignen sich daher weniger gut zur eindeutigen Kennzeichnung des Stoffes.