Was ist PEEK-Kunststoff? Materialübersicht und Konstruktionsaspekte
PEEK-Kunststoff steht oft im Schatten seiner etablierten Gegenstücke und ist ein Spitzenprodukt unter den technischen Kunststoffen. PEEK-Kunststoff ist für seine außergewöhnliche Hitzebeständigkeit, seine mechanischen Eigenschaften, seine chemische Beständigkeit und seine elektrischen Eigenschaften bekannt und nimmt eine herausragende Stellung in verschiedenen Anwendungen ein. Im Gegensatz zu Allzweckkunststoffen wie Polyethylen oder anderen transparenten Kunststoffen ist PEEK-Kunststoff nicht überall auf dem Markt erhältlich, spielt jedoch eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung unseres Alltags. In diesem Artikel geben wir einen Überblick über die Typen, Eigenschaften und die wichtigsten Konstruktionsaspekte, die während der Projektierungsphase angestellt werden müssen.
Was ist PEEK-Kunststoff?
Der PEEK-Kunststoff (Polyetheretherketon) ist ein technischer Kunststoff, der zur Gruppe der thermoplastischen Kunststoffe der PAEK-Familie (Polyaryletherketon) gehört. Der PEEK-Kunststoff hat eine Dauergebrauchstemperatur von bis zu 260 °C und zeichnet sich durch seine Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit, Hydrolysebeständigkeit, Flammwidrigkeit, mechanische Eigenschaften und elektrische Eigenschaften aus.
PEEK-Kunststoff-Sorten
Der PEEK-Kunststoff ist in verschiedenen Qualitäten mit unterschiedlichen Formulierungen und Eigenschaften erhältlich. Im Folgenden finden Sie eine Aufschlüsselung der wichtigsten Typen:
- 1. Grundtyp: Dieser gemeinhin als „PEEK“ bezeichnete Typ bietet die für technische Superkunststoffe typische hervorragende Hitze- und Chemikalienbeständigkeit.
- 2. Verstärkte Typen: Diese Typen sind mit Fasern verstärkt, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen. Zu den Varianten gehören glasfaserverstärkte und kohlenstofffaserverstärkte Typen, die im Vergleich zum Basistyp eine deutlich höhere Festigkeit und einen höheren Modul aufweisen.
- 3. Lagersorte: Durch die Zugabe von Kohlenstofffasern, Graphit und Polytetrafluorethylen (PTFE) in geringen Anteilen wird die Reibung und Verschleißfestigkeit erhöht, was sie ideal für Anwendungen wie Getriebe und Lager macht.
- 4. Leitfähiger Typ: Diese Typen sind mit Kohlenstofffasern modifiziert, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Sie eignen sich für Anwendungen, die statische Ableitung erfordern, oder für elektronische Bauteile, die anfällig für elektrostatische Entladung sind.
Dies sind nur einige Beispiele für die Vielfalt der verfügbaren PEEK-Kunststoff-Typen, die jeweils auf spezifische Anwendungsanforderungen zugeschnitten sind.
Vorteile von PEEK-Kunststoff
PEEK-Kunststoff weist zahlreiche Vorteile auf, die ihn als technischen Hochleistungskunststoff auszeichnen. Hier sind einige seiner wichtigsten Vorteile:
Außergewöhnliche Hitzebeständigkeit: Mit einer Dauergebrauchstemperatur von ca. 260 °C übertrifft PEEK-Kunststoff die meisten technischen Superkunststoffe und ist daher ideal für Anwendungen, die eine hohe Temperaturbeständigkeit erfordern. Dank seines hohen Schmelzpunkts von 334 °C hält es extremer Hitze stand und ist beständig gegen heißes Wasser und Dampf, wodurch es sich zum Autoklavieren eignet.
Hervorragende mechanische Eigenschaften: Selbst unter Hochtemperaturbedingungen behält PEEK-Kunststoff seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften bei, darunter hohe Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit, Kriechfestigkeit und Verschleißfestigkeit. Durch die Zugabe von Additiven wie Glas- oder Kohlenstofffasern kann die Festigkeit noch weiter erhöht werden.
Hervorragende chemische Beständigkeit: PEEK-Kunststoff weist eine außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien auf, mit Ausnahme von konzentrierter Schwefelsäure. Es bleibt stabil, wenn es den meisten Säuren, Laugen und organischen Lösungsmitteln ausgesetzt wird, wodurch es sich für Anwendungen in aggressiven chemischen Umgebungen eignet.
Einhaltung der Lebensmittelsicherheit: PEEK Kunststoffe erfüllen die Standards von Vorschriften wie dem japanischen Food Sanitation Act und der US-amerikanischen FDA, wodurch ihre Sicherheit für den Einsatz in lebensmittelbezogenen Anwendungen gewährleistet ist. Daher werden PEEK-Komponenten häufig in lebensmittelverarbeitenden Geräten eingesetzt.
Leichte Verarbeitung: Im Gegensatz zu anderen PAEK-Kunststoffen hat PEEK-Kunststoff eine niedrigere Verarbeitungstemperatur (ca. 380-400 °C) und lässt sich daher leichter formen. Dieses günstige Verarbeitungsfenster trägt zu seiner weit verbreiteten Verwendung in verschiedenen Fertigungsprozessen bei.
Nachteile von PEEK-Kunststoff
Obwohl PEEK-Kunststoff zahlreiche Vorteile bietet, müssen auch seine Nachteile berücksichtigt werden:
Hohe Kosten: Im Oktober 2022 liegt der Preis für PEEK-Kunststoff bei etwa 70€ pro Kilogramm und ist damit deutlich teurer als andere technische Kunststoffe. Trotz seiner hohen Leistungsfähigkeit können die hohen Kosten einige Anwendungen abschrecken. Fortschritte in der Herstellungstechnologie könnten jedoch dazu beitragen, die Produktionskosten in Zukunft zu senken.
Schwierige maschinelle Bearbeitung: Aufgrund seiner außergewöhnlichen Festigkeit stellt PEEK-Kunststoff bei Bearbeitungsvorgängen wie Schneiden und Fräsen eine Herausforderung dar. Seine hohe Festigkeit erhöht die Wahrscheinlichkeit von Rissen oder Ausbrüchen während der Bearbeitung, und die Schneidwerkzeuge können schneller verschleißen. Um solche Probleme zu vermeiden, muss bei der Bearbeitung von PEEK-Kunststoff sorgfältig vorgegangen werden.
PEEK-Kunststoff: Konstruktionsaspekte
Bei der Gestaltung kundenspezifischer Bauteile aus PEEK-Kunststoff müssen mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden, um Leistung und Funktionalität zu optimieren.
Mechanisches Design:
Integrieren Sie geometrische Merkmale, die sich die außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften von PEEK zunutze machen, wie z. B. hohe Zugfestigkeit und Zähigkeit. Minimieren Sie Spannungskonzentrationen, indem Sie scharfe Ecken oder abrupte Änderungen in der Geometrie vermeiden, die zu einem vorzeitigen Versagen unter Last führen könnten. Nutzen Sie Verrundungen und Radien, um die Belastung gleichmäßiger über das gesamte Teil zu verteilen und so die allgemeine Haltbarkeit und Langlebigkeit zu erhöhen.
Materialeffizienz:
Angesichts der hohen Kosten von PEEK sollte die Materialeffizienz im Vordergrund stehen, um den Abfall zu minimieren und die Herstellungskosten zu senken. Optimieren Sie die Teilegeometrien, um überschüssiges Material zu minimieren, und nutzen Sie Verschachtelungsstrategien bei der CNC-Bearbeitung oder bei additiven Fertigungsverfahren, um die Materialausnutzung zu maximieren. Die Konstruktion von Teilen mit minimalen Stützstrukturen und die Berücksichtigung der Wiederverwertbarkeit von Ausschussmaterial können die Materialeffizienz weiter verbessern.
Überlegungen zur Bearbeitbarkeit:
Die Zähigkeit und Abrasivität von PEEK kann bei der Bearbeitung eine Herausforderung darstellen. Berücksichtigen Sie bei der Konstruktion von Teilen die Werkzeugauswahl, die Schnittparameter und die Optimierung der Werkzeugwege, um den Werkzeugverschleiß zu minimieren und eine präzise Maßhaltigkeit zu erreichen. Verwenden Sie Hartmetall- oder diamantbeschichtete Schneidwerkzeuge, die speziell für die Bearbeitung von PEEK entwickelt wurden, um einen effizienten Materialabtrag zu gewährleisten und die Langlebigkeit der Werkzeuge zu erhalten.
Umwelt und chemische Belastung:
Berücksichtigen Sie bei der Konstruktion von PEEK Bauteilen die Betriebsumgebung und die mögliche Exposition gegenüber Chemikalien, Hitze und Feuchtigkeit. Stellen Sie sicher, dass die ausgezeichnete chemische Beständigkeit und die Hochtemperaturleistung des Materials mit den Anforderungen der Anwendung übereinstimmen. Berücksichtigen Sie Faktoren wie UV-Stabilität, Korrosionsbeständigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizienten, um langfristige Zuverlässigkeit und Leistung unter rauen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.
Gib hier deine Überschrift ein
PEEK-Kunststoff zeichnet sich als technischer Kunststoff durch seine im Vergleich zu anderen Kunststoffen überlegene Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit, Beständigkeit gegen heißes Wasser, Flammschutz, mechanische Eigenschaften und elektrische Eigenschaften aus. Es ist dafür bekannt, dass es unter den thermoplastischen Harzen eine erstklassige Leistung erbringt, und bietet eine ausgewogene Kombination verschiedener Eigenschaften. Neben den ausgewogenen Eigenschaften tragen auch Vorteile wie die Einhaltung der Lebensmittelsicherheit und die einfache Verarbeitung zu seiner Attraktivität bei. Allerdings müssen auch die Nachteile wie hohe Kosten und Schwierigkeiten bei der Bearbeitung, insbesondere mit Schneidwerkzeugen, berücksichtigt werden. Trotz dieser Überlegungen findet PEEK-Kunststoff in verschiedenen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizintechnik und dem 3D-Druck breite Anwendung und unterstützt unser Leben hinter den Kulissen.
Bei meviy bieten wir die Fertigung Ihrer Bauteile mit PEEK-Kunststoff an. Holen Sie sich noch heute ein kostenloses Angebot innerhalb einer Minute ein!
