Die Verschleißfestigkeit von Polyketon (POK) ist 14-mal höher als die von POM

Im Bereich der technischen Kunststoffe hat sich Polyketon (POK) zu einem neuartigen Material entwickelt, das in den letzten Jahren in der Branche zunehmend an Bedeutung gewonnen hat.

Dabei handelt es sich nicht um ein neuartiges Material, das aus dem Nichts aufgetaucht ist, sondern vielmehr um ein Hochleistungsprodukt, das erst nach jahrzehntelanger technologischer Weiterentwicklung kommerzialisiert werden konnte.

Die Entwicklungsgeschichte von POK

Die Ursprünge der Entwicklung von POK gehen auf die Shell Research Laboratories in den Niederlanden zurück. Sein Kernprinzip besteht in der großtechnischen Polymerisation von Kohlenmonoxid mit Ethylen, Propylen und anderen α-Olefinen über Katalysatoren, wodurch ein teilkristallines Polymer mit einer linearen alternierenden Struktur entsteht.

1996 errichtete Shell im Vereinigten Königreich die weltweit erste POK-Produktionsanlage. Allerdings war die frühe Technologie noch nicht ausgereift und die Kommerzialisierung schritt nur langsam voran. Letztendlich war es das südkoreanische Unternehmen Hyosung, das den technologischen Durchbruch schaffte und die Produktion von POK in großem Maßstab ermöglichte. Derzeit verfügt das Unternehmen über eine Produktionskapazität von 50.000 Tonnen, die einen erheblichen Anteil am Weltmarkt einnimmt, wobei der Großteil der Produktion an den chinesischen Markt geliefert wird.

Bemerkenswert ist, dass einer der Rohstoffe für die POK-Herstellung – Kohlenmonoxid – aus Industrieabgasen gewonnen wird. Diese Eigenschaft steht im Einklang mit den Grundsätzen der nachhaltigen Entwicklung und verschafft uns im aktuellen Umfeld immer strengerer Umweltanforderungen einen deutlichen Vorteil.

Leistungsmerkmale

Aus molekularstruktureller Sicht entsteht POK durch die alternierende Copolymerisation von [-CH₂-CH₂-C(O)-]_ₙ₋ₘ und [-CH₂-CH(CH₃)-C(O)-]_ₘ. Diese einzigartige Struktur verleiht ihm mehrere herausragende Eigenschaften.

Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften weist POK eine Zugfestigkeit von 50–60 MPa auf, wobei bestimmte Qualitäten höhere Werte erreichen. Diese liegt zwar etwas unter dem Bereich von 60–80 MPa von PA6 und PA66, die Bruchdehnung liegt jedoch im Bereich von 200–400 %, was eine hervorragende Zähigkeit zeigt.

Besonders bemerkenswert ist die Verschleißfestigkeit, die unter identischen Reibungstestbedingungen nur ein Zehntel bis ein Zwölftel der Verschleißrate von POM aufweist. Seine Schlagfestigkeit ist etwa doppelt so hoch wie die von PBT und eignet sich daher für die Herstellung mechanischer Komponenten, die Vibrationen und Reibung ausgesetzt sind.

In Bezug auf die chemische Stabilität zeigt POK in den meisten organischen Lösungsmitteln wie Ethanol, Aceton und Toluol sowie in öligen Umgebungen eine stabile Leistung, mit Ausnahme starker Säuren und Laugen. Es eignet sich für Anwendungen wie Chemiepipelines. Seine Gas- und Flüssigkeitsbarriereeigenschaften sind mit denen von EVOH vergleichbar und blockieren wirksam die Permeation von Sauerstoff, Wasserdampf und Ölen. Es hat das Potenzial, PA6 und PP in Verpackungsanwendungen zu ersetzen.

Hinsichtlich der thermischen Stabilität besitzt POK einen Schmelzpunkt von 220–230 °C. Unter einem Druck von 0,45 MPa liegt seine Wärmeformbeständigkeitstemperatur über 150 °C. Es hält einer längeren Einwirkung von Temperaturen über 100 °C stand, während verstärkte Varianten eine kurzfristige Hitzebeständigkeit von bis zu 210 °C aufweisen. Dieses Material eignet sich gut für Umgebungen mit häufigen Übergängen zwischen hohen und niedrigen Temperaturen.

Darüber hinaus weist POK eine Feuchtigkeitsabsorptionsrate von unter 0,5 % auf, die deutlich niedriger ist als die der Materialien der PA-Serie, und sorgt so für stabile Abmessungen und Leistung bei wechselnden Feuchtigkeitsbedingungen.

Primäre Anwendungsszenarien

In der Automobilindustrie wird es bei der Herstellung von Motorkomponenten wie Ansaugkrümmern und Kühlgebläsen eingesetzt und bietet im Vergleich zu Aluminiumlegierungen eine Gewichtsreduzierung von 30–40 % bei gleichzeitiger Verbesserung der Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Ölverschmutzung. Beim Einsatz in Getrieben von Fahrzeugen mit neuer Antriebstechnik reduziert POK die Verschleißrate um 40 %, verbessert die Getriebeeffizienz um 3–5 % und senkt den Geräuschpegel um 5–8 Dezibel.

Im Elektronik- und Elektrobereich wird POK aufgrund seiner geringen Feuchtigkeitsaufnahme und Dimensionsstabilität zur Herstellung von Gerätegehäusen, Steckverbindern und ähnlichen Bauteilen eingesetzt. Die hervorragende elektrische Verbindungsleistung bleibt auch nach 1.000 Einsteck-/Ausziehzyklen erhalten.

Im Verpackungsbereich verlängert POK-Folie die Haltbarkeit von Lebensmitteln. Beim Einsatz in pharmazeutischen Verpackungen hat sich die Lagerzeit bei Umgebungstemperatur für bestimmte Antibiotika von 18 auf 36 Monate verlängert. In der industriellen Fertigung verlängert seine Abriebfestigkeit die Lebensdauer mechanischer Komponenten, während chemische Rohrleitungen 10 bis 15 Jahre lang betrieben werden können, was die Wartungskosten erheblich senkt.

Verarbeitungseigenschaften

Hinsichtlich der Verarbeitungstechniken bietet POK verschiedene Formverfahren an, darunter Spritzguss, Extrusion und Blasformen. Beim Spritzgießen weist es hervorragende Fließeigenschaften mit kürzeren Zykluszeiten als PA6/66 auf. Extrudierte Schläuche können eine Maßgenauigkeit von ±0,1 mm erreichen. Das Blasformen ermöglicht die Herstellung von Hohlkörpern mit gleichmäßiger Wandstärke.

Während der Verarbeitung muss die Temperatur zwischen 200–250 °C, der Einspritzdruck zwischen 80–120 MPa und die Formtemperatur zwischen 40–80 °C gehalten werden. Beachten Sie, dass der Verarbeitungstemperaturbereich eng ist: Zu hohe Temperaturen können zur Zersetzung führen, während zu niedrige Temperaturen zu einer unzureichenden Fließfähigkeit führen können.

Im Vergleich zu herkömmlichen technischen Kunststoffen hat POK seine eigenen Vor- und Nachteile .

Im Vergleich zur PA-Serie liegen die Vorteile in Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und geringer Feuchtigkeitsaufnahme, bei etwas besserer chemischer Stabilität, aber geringfügig geringerer Zugfestigkeit. Im Vergleich zu POM weist POK eine überlegene Verschleißfestigkeit und thermische Stabilität auf, erfordert jedoch strengere Verarbeitungstemperaturen und weist höhere Schrumpfungsraten auf. Im Vergleich zu PBT bietet POK eine höhere Schlagfestigkeit, Barriereeigenschaften und Hydrolysebeständigkeit bei vergleichbaren Langzeitgebrauchstemperaturen.

Allerdings ist POK kein perfektes Material und seine Grenzen liegen ebenso auf der Hand.

Seine Beständigkeit gegenüber starken Säuren und Laugen ist begrenzt, sodass es für stark korrosive Umgebungen ungeeignet ist; Komplexe Herstellungsprozesse führen zu erhöhten Anschaffungskosten, wobei die Preise traditionelle Materialien wie POM und PA6 um über 50 % übersteigen; Die Marktbekanntheit ist nach wie vor gering, der Anwendungsbereich ist begrenzt und die Liefermengen bleiben deutlich hinter denen gängiger technischer Kunststoffe wie Nylon zurück.

Darüber hinaus weist POK eine Empfindlichkeit gegenüber ultraviolettem Licht auf, was bei längerer Einwirkung zu einer beschleunigten Alterung führt. seine schnelle Kristallisationsrate stellt hohe Anforderungen an die Kühlsysteme der Formen; und die verminderte Recyclingfähigkeit schränken auch seine weitverbreitete Akzeptanz ein.

Insgesamt hat POK aufgrund seiner herausragenden Gesamtleistung und Umweltverträglichkeit das Potenzial, der sechstgrößte technische Kunststoff zu werden. Während es herkömmliche Materialien in bestimmten Anwendungen effektiv ersetzen kann, gibt es in Bereichen wie Zugfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kostenkontrolle noch Verbesserungspotenzial.

Mit technologischen Fortschritten und der Ausweitung der Großserienproduktion hat POK das Potenzial, sich durch Kostensenkung und Erweiterung seines Anwendungsspektrums eine führende Position auf dem Markt für technische Kunststoffe zu sichern.