Spezielle technische Kunststoffe – PPS- und PEEK-Leistungsprofil
In den letzten Jahren hat sich die Anwendung spezieller technischer Kunststoffe schrittweise über die traditionellen Bereiche Militär und Luft- und Raumfahrt hinaus auf immer mehr zivile Sektoren ausgeweitet, beispielsweise in der Automobilindustrie, im Gerätebau und bei hochwertigen Konsumgütern. Dabei handelt es sich mit Polyphenylensulfid (PPS) und Polyetheretherketon (PEEK) um zwei technische Spezialkunststoffe, die sich relativ schnell entwickelt haben und über ein breites Anwendungsspektrum verfügen.
PPS ist ein kristallines (55–65 % Kristallinität) hochsteifes weißes Pulverpolymer mit außergewöhnlicher Hitzebeständigkeit (langfristige Betriebstemperatur von 200–220 °C und kann kurzfristigen Temperaturen bis zu 260 °C standhalten). Es ist ein Harz mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit, Steifigkeit, Flammwidrigkeit, chemischer Beständigkeit, elektrischen Eigenschaften und Dimensionsstabilität. Es bietet hervorragende Verschleißfestigkeit, Kriechfestigkeit und Flammhemmung mit selbstverlöschenden Eigenschaften. Es behält gute elektrische Eigenschaften bei hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Besitzt eine gute Fließfähigkeit und lässt sich leicht formen, praktisch ohne Einfallstellen oder Hohlräume beim Formen. Zeigt eine gute Affinität zu verschiedenen anorganischen Füllstoffen. Seine Entwicklung hat die Lücke zwischen standardmäßigen thermoplastischen Materialien (z. B. PA, POM, PET...) und fortschrittlichen technischen Kunststoffen verringert.
PPS verfügt über die folgenden deutlichen Leistungsvorteile:
(1) Flammwidrigkeit Im Gegensatz zu PC und PA können PPS-Neuharz und seine mit Glasfasern/Mineralpulver gefüllten Verbundwerkstoffe problemlos die Flammschutzklasse V-0 bei Dicken von 0,8 mm oder sogar dünner erreichen. ohne Zusatz von Flammschutzmitteln. Obwohl PC und PA im Vergleich zu PPS geringere Kosten und eine höhere mechanische Festigkeit (insbesondere Schlagzähigkeit) bieten, steigen die Kosten für PC- und PA-Verbundwerkstoffe mit der Sorte V-0 0,8 mm deutlich an und übersteigen oft die Kosten von PPS-Materialien mit gleichwertigen mechanischen Eigenschaften.
(2) Außergewöhnliche Fließeigenschaften Bei der Anwendung von Notebook-Abdeckplatten ist dieser Vorteil im Vergleich zu Polycarbonat noch ausgeprägter. Die vorderen Abdeckplatten ultradünner Notebooks der neuen Generation (0,8–1 mm dick) erfordern oft einen Biegemodul von bis zu 15.000–17.000 MPa (ASTM-Standard). Aufgrund des strengen Kostenkontrolldrucks in der 3C-Industrie müssen Formulierungsentwickler jedoch häufig kostengünstigere Glasfasern anstelle von Kohlefasern als verstärkenden Füllstoff wählen. Aufgrund der schlechteren Fließeigenschaften von PC und seinen Legierungen sollte der Glasfaseranteil im Allgemeinen 40 % nicht überschreiten (was einen Biegemodul von nur 10.000 MPa nach ASTM-Standard ergibt). Höhere Beladungen beeinträchtigen nicht nur den Materialfluss erheblich, was zu Verarbeitungsschwierigkeiten führt, sondern führen auch zu Faserauszügen an der Oberfläche, erheblichem Verziehen und verschlechterten mechanischen Eigenschaften. Im Gegensatz dazu ermöglicht das hochflüssige teilkristalline PPS eine Glasfaserbeladung von deutlich über 50 %. Darüber hinaus werden die Glasfasern aufgrund der im Vergleich zu PC geringeren Viskosität von PPS beim Hochtemperatur-Schmelzmischen und Extrudieren geringeren Scher- und Kompressionskräften ausgesetzt. Dies führt zu längeren verbleibenden Faserlängen im endgültigen Spritzgussteil, was dessen Modul weiter verbessert.
(3) Extrem niedrige Wasseraufnahme Dieser Vorteil ist hauptsächlich im Vergleich zu PA zu sehen. Hinsichtlich der Fließfähigkeit sind hochgefülltes PA und PPS vergleichbar; wohingegen bei den mechanischen Eigenschaften PA-Verbundwerkstoffe mit äquivalentem Füllstoffgehalt einen deutlichen Vorteil haben. Über die Einschränkungen der halogenfreien Flammschutzausrüstung hinaus ist jedoch ein weiterer limitierender Faktor für PA-Anwendungen die relativ hohe Feuchtigkeitsaufnahmerate. Verglichen mit der Feuchtigkeitsaufnahme von 0,6 % bis 1 % von Hochtemperatur-Nylon PA6T ist die Feuchtigkeitsaufnahmerate von PPS mit 0,03 % praktisch vernachlässigbar. Folglich ist die Fehlerquote bei PPS-Produkten aufgrund feuchtigkeitsbedingter Verformung deutlich geringer als bei PA-Produkten unter vergleichbaren Bedingungen.
(4) Markante metallische Textur und verbesserte Oberflächenhärte Wenn spritzgegossene PPS-Komponenten auf eine Tischplatte treffen, geben sie einen einzigartig klaren metallischen Klang ab, der für PPS charakteristisch ist. Durch die Kombination spezieller Formen und optimierter Formtemperaturen erzeugen diese Komponenten bei Berührung mit der Hand außerdem ein Geräusch, das dem Schlagen von Metall ähnelt. Ihre Oberflächen erreichen eine spiegelnde Glätte mit glänzendem Metallglanz.
PEEK ist ein spezieller technischer Kunststoff mit herausragenden umfassenden Eigenschaften, der sich durch hervorragende Hitzebeständigkeit, chemische Korrosionsbeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit, elektrische Eigenschaften und Flammhemmung auszeichnet. Seine Molekülkette besteht aus einem Polymer, das aus Benzolringen besteht, die mit Keton- und Ethergruppen verbunden sind. Die Benzolringe verleihen PEEK eine außergewöhnliche Steifigkeit, während die Etherbindungen für eine bemerkenswerte Zähigkeit sorgen. Somit ist PEEK ein vielseitiges Material, das Zähigkeit und Steifigkeit harmonisch vereint.
PEEK besitzt folgende herausragende Eigenschaften:
(1) Außergewöhnliche Hitzebeständigkeit, hervorragende mechanische Eigenschaften und Dimensionsstabilität. PEEK kann kontinuierlich bei 250 °C verwendet werden, widersteht kurzzeitiger Einwirkung von 300 °C und zeigt selbst bei 400 °C eine minimale Zersetzung. Es behält seine hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen bei, mit einer Biegefestigkeit von 24 MPa bei 200 °C und einer Biege- und Druckfestigkeit von 12–13 MPa bei 250 °C, wodurch es sich besonders für Komponenten eignet, die einen Dauerbetrieb bei hohen Temperaturen erfordern. Seine hohe Steifigkeit, hervorragende Dimensionsstabilität und sein niedriger Längenausdehnungskoeffizient ähneln stark denen von Aluminium. Darüber hinaus weist PEEK eine hervorragende Kriechfestigkeit auf und hält extremen Belastungen über die gesamte Lebensdauer stand, ohne dass es im Laufe der Zeit zu einer nennenswerten Dehnung kommt.
(2) Hervorragende chemische Beständigkeit und Hydrolysebeständigkeit. Selbst bei erhöhten Temperaturen weist PEEK eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber den meisten Chemikalien auf, wobei die Korrosionsbeständigkeit mit der von Nickelstahl vergleichbar ist. Unter normalen Bedingungen ist konzentrierte Schwefelsäure die einzige Substanz, die PEEK auflösen kann. Es widersteht chemischem Abbau durch Wasser oder Hochdruckdampf; Komponenten können kontinuierlich in wässrigen Umgebungen betrieben werden und behalten dabei gute mechanische Eigenschaften bei. Beispielsweise bleibt die Festigkeit nach 200 Tagen ununterbrochenem Eintauchen in Wasser bei 100 °C nahezu unverändert.
(3) Hervorragende Flammhemmung, elektrische Eigenschaften und Verarbeitbarkeit. PEEK erreicht die UL94 V-0-Einstufung, zeigt selbstverlöschendes Verhalten und setzt bei Flammeneinwirkung nur minimalen Rauch und giftige Gase frei. Seine elektrischen Eigenschaften bleiben über ein breites Frequenz- und Temperaturspektrum stabil. Es lässt sich leicht extrudieren und spritzgießen und bietet eine hohe Verarbeitungseffizienz.
(4) Hervorragende Strahlungsbeständigkeit, Zähigkeit sowie Reibungs- und Verschleißfestigkeit. PEEK verfügt über eine äußerst stabile chemische Struktur, die es Komponenten ermöglicht, auch unter hochdosierter ionisierender Strahlung zuverlässig zu funktionieren. Seine Ermüdungsbeständigkeit gegenüber wechselnden Belastungen ist unter Kunststoffen konkurrenzlos und kann mit der von Legierungsmaterialien mithalten. Es behält eine hohe Verschleißfestigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten bei Temperaturen bis zu 250 °C bei.
PEEK übertrifft PPS in Bezug auf Festigkeit, Zähigkeit und maximale Betriebstemperatur. Hinsichtlich der Hochtemperaturbeständigkeit weist PEEK eine etwa 50 °C höhere Temperaturtoleranz auf als PPS. Umgekehrt tragen der relativ ausgeprägte Kostenvorteil und die hervorragende Bearbeitbarkeit von PPS zu einem breiteren Anwendungsspektrum bei.
