Top 5 der hitzebeständigen Kunststoffe

Hersteller neigen dazu, Metalle wie Nickel und Edelstahl für Hochleistungsanwendungen zu verwenden, da sie sehr hitzebeständig sind. Legierungen auf Nickelbasis behalten beispielsweise ihre Festigkeit in Umgebungen mit hohen Temperaturen, zyklischer thermischer Belastung und hohem Kohlenstoffgehalt. Auch wenn Metall tendenziell hitzebeständiger als Kunststoff ist, gibt es viele Fälle, in denen Ingenieure stattdessen von hitzebeständigen Kunststoffen für ihre Hochleistungsanwendungen profitieren würden.

Hitzebeständige Kunststoffe fallen in zwei große Kategorien – Duroplaste und Thermoplaste. Duroplaste sind Kunststoffe, die durch Hitze aushärten und nach dem Aushärten nicht mehr umgeformt werden können. Hochleistungsthermoplaste sind Kunststoffe, die beim Erhitzen schmelzen, beim Abkühlen fest werden und nach dem Abkühlen wieder aufgeschmolzen werden können. Die strukturelle Integrität von Thermoplasten wird durch Faktoren wie die Glasübergangstemperatur (Tg) und den Schmelzpunkt beeinflusst, die jedem Material eigen sind. Es gibt eine Auswahl an Hochleistungsthermoplasten, die ihre strukturellen Eigenschaften über 150 °C und kurzzeitig über 250 °C beibehalten.

Diese Materialien sind nicht nur hitzebeständig, sondern auch chemikalienbeständig, korrosionsbeständig und hervorragende elektrische und thermische Isolatoren. Zu den gängigen Hochleistungsanwendungen gehören Kolbenkomponenten in der Automobilindustrie, Kabelkanäle in der Luft- und Raumfahrtindustrie, Unterwassersteckverbinder in der Halbleiterindustrie und mehr. Bei der Entwicklung von Teilen, die mit extrem hohen Temperaturen in Kontakt kommen, sollten Produktteams die Herstellung mit diesen fünf hitzebeständigsten Kunststoffen in Erwägung ziehen.

Top 5 der hitzebeständigen Kunststoffe

Thermoplaste erhalten ihre Hitzebeständigkeit durch ihre molekulare Struktur. Wenn dem Harz anstelle von aliphatischen Gruppen starre aromatische Ringe hinzugefügt werden, wird das Rückgrat der Molekülkette so eingeschränkt und verstärkt, dass zwei chemische Bindungen gebrochen werden müssen, um die Kette zu brechen. Mit dieser neuen Struktur kann die Chemikalien- und Hitzebeständigkeit eines Thermoplasts gleich oder besser sein als die eines Duroplasts.

Hier sind fünf Kunststoffe, die mit Hitze umgehen können.

1. Polyetherimid (PEI)

ULTEM®, der Markenname für Polyetherimid (PEI), ist heute einer der wenigen im Handel erhältlichen amorphen Thermoplaste auf dem Markt. Es ist stark, chemikalien- und flammbeständig und seit über 35 Jahren ein fester Bestandteil der Fertigungsindustrie. ULTEM zeichnet sich durch die höchste Durchschlagsfestigkeit aller Hochleistungsthermoplaste aus.

Dieses Material hat einen extrem hohen Schmelzpunkt von 219 °C und eine maximale Dauergebrauchstemperatur von 170 °C, was es ideal für Leiterplatten, Lebensmittelsterilisationsgeräte und vor allem Flugzeugteile macht. ULTEM ist eines der wenigen Harze für den Einsatz in der kommerziellen Luft- und Raumfahrtindustrie – es übertrifft andere Thermoplaste in Bezug auf Kriechfestigkeit und hält sich gut in Gegenwart verschiedener Kraftstoffe und Kühlmittel. Es neigt jedoch in Gegenwart von polaren chlorierten Lösungsmitteln zum Reißen. Dieses Material findet sich in Feuerblockern und Flugzeugsitzbezügen.

ULTEM ist ziemlich teuer, wie viele der anderen Kunststoffe auf dieser Liste. Außerdem hat es eine geringere Schlagfestigkeit und Gebrauchstemperatur als PEEK.

Vorteile von ULTEM:

• Bessere Kriechfestigkeit als Thermoplaste
• Beständig gegen Kraftstoffe und Kühlmittel

Nachteile von ULTEM:

• Neigt in Gegenwart von polaren chlorierten Lösungsmitteln zum Reißen
• Ziemlich teuer

2. Polyetheretherketon (PEEK)

PEEK, kurz für Polyetheretherketon, ist ein halbkristalliner, technischer Hochleistungsthermoplast, der chemikalien-, verschleiß-, ermüdungs-, kriech- und hitzebeständig ist. Dieses Material ist so stark und anpassungsfähig an raue Umgebungen, dass Hersteller es in vielen Anwendungen als Ersatz für Metall verwenden, unabhängig von der Temperatur. PEEK kann kurzzeitig Temperaturen von bis zu 310 °C standhalten und hat einen Schmelzpunkt von über 371 °C. Darüber hinaus hat es die höchste Zug- und Biegefestigkeit aller Hochleistungspolymere.

Aufgrund seiner metallähnlichen Haltbarkeit wird PEEK häufig für eine Vielzahl von medizinischen Geräten, aktiven Komponenten in Autogetrieben und Außenteilen von Flugzeugen verwendet. Es hat den zusätzlichen Vorteil, dass es einfach per Spritzguss oder Extrusion bearbeitet werden kann, und festes PEEK ist mit der CNC-Bearbeitung kompatibel.

Dieser beliebte Thermoplast hat ein paar kleine Nachteile, einschließlich seiner Anfälligkeit für UV-Licht und bestimmte Säuren. Dennoch ist PEEK nach wie vor ein äußerst vielseitiger Thermoplast, den alle Ingenieure in ihrem Repertoire haben sollten.

Vorteile von PEEK:

• Stark und anpassungsfähig an raue Umgebungen
• Höchste Zug- und Biegefestigkeit
• Einfache Möglichkeiten der Spritzgussbearbeitung
• Kompatibel mit CNC-Bearbeitung

Nachteile von PEEK:

• Empfindlichkeit gegenüber UV-Licht und bestimmten Säuren

3. Polytetrafluorethylen (PTFE)

PTFE, allgemein bekannt als Teflon, ist ein weicher, hitzebeständiger, reibungsarmer Kunststoff mit außergewöhnlicher chemischer Beständigkeit. Es hat eine hohe Biegefestigkeit, eine angemessene Witterungsbeständigkeit und eine gute elektrische Isolierfähigkeit sowohl in heißen als auch in nassen Umgebungen.

PTFE ist einzigartig, weil es chemisch fast vollständig inert und in den meisten Lösungsmitteln sehr unlöslich ist, was es ideal für Hochtemperaturanwendungen macht. PTFE hat mit 327 °C einen der höchsten Schmelzpunkte aller Thermoplaste und einen sehr großen Betriebstemperaturbereich. Es ist thermisch stabil genug, um zwischen -200 °C und +260 °C eingesetzt zu werden.

PTFE ist am häufigsten für seine kommerziellen Anwendungen bekannt. Es wird auch verwendet, um Rohre vor korrosiven Materialien zu schützen, Wärmetauscher zu beschichten und elektrische Komponenten zu isolieren.

PTFE zeichnet sich bei extrem hohen und niedrigen Temperaturen aus, aber seine mechanischen Eigenschaften sind bei Raumtemperatur typischerweise schlechter als bei vergleichbaren Kunststoffen. Es ist empfindlich gegen Kriechen, Abrieb und Strahlung, und seine Dämpfe können giftig sein. Es ist auch erwähnenswert, dass die Verarbeitung von PTFE ziemlich teuer ist.

Vorteile von PTFE:

• Hohe Biegefestigkeit
• Ausreichende Witterungsbeständigkeit
• Gute elektrische Isolierleistung in heißen und nassen Umgebungen

Nachteile von PTFE:

• Bei Raumtemperatur vergleichbaren Kunststoffen unterlegen
• Empfindlich gegen Kriechen, Abrieb und Strahlung
• Fes kann giftig sein
• Ziemlich teuer in der Verarbeitung

4. Polybenzimidazol (PBI)

Polybenzimidazol (PBI) hat die höchste Hitze- und Verschleißfestigkeit, Festigkeit und mechanische Stabilität aller technischen Thermoplaste auf dem heutigen Markt. PBI-Fasern haben keinen bekannten Schmelzpunkt, brennen nicht und haften nicht an anderen Kunststoffen. Dieses Material hat eine maximale Dauergebrauchstemperatur von 398 °C in inerten Umgebungen, 343 °C in Luft und ein kurzfristiges Expositionspotential von bis zu 537 °C.

Trotz all seiner Stärken ist PBI unglaublich teuer und schwierig herzustellen. Ingenieure müssen oft Diamantwerkzeuge verwenden, um dieses Material zu bearbeiten, was die Kosten noch weiter in die Höhe treibt. Aus gestalterischer Sicht ist ein großer Nachteil von PBI seine Kerbempfindlichkeit. Produktdesigner müssen darauf achten, alle scharfen Kanten oder Ecken zu vermeiden und alle Oberflächen zu glätten.

Vorteile von PBI:

• Hohe Stabilität
• Extreme Hitzebeständigkeit – die höchste aller Thermoplaste auf dem heutigen Markt
• Fasern haben keinen Schmelzpunkt – sie brennen nicht und haften nicht an anderen Kunststoffen

Nachteile von PBI:

• Teuer und schwierig herzustellen
• Hohe Kerbempfindlichkeit

5. Polydicyclopentadien (pDCPD)

Polydicyclopentadien (pDCPD) ist ein kundenspezifisches duroplastisches Polymer, das entwickelt wurde, um eine hervorragende Kombination aus Chemikalien-, Korrosions- und Hitzebeständigkeit sowie Steifheit und Schlagfestigkeit zu bieten. Dieses Material verbindet die Formflexibilität eines Duroplasts mit den Hochleistungseigenschaften hochwertiger technischer Thermoplaste. Es hat eine Wärmeformbeständigkeit von bis zu 120°C.

pDCPD ist einzigartig, da es praktisch keine Beschränkungen hinsichtlich der Teilegröße oder des Gewichts gibt – Teile mit variablen Wandstärken, geformten Versteifungsrippen und mehr werden die Produktion nicht verlangsamen. pDCPD ist ein relativ neues Material und seine Anwendungen sind noch begrenzt, aber es hat sich in korrosionsbeständigen chemischen Prozessanlagen, Klärgruben und Wasseraufbereitungsanlagen als vielversprechend erwiesen.

Vorteile von pDCPD:

• Kombiniert Chemikalien-, Korrosions- und Hitzebeständigkeit
• Keine Teilegrößen- oder Gewichtsbegrenzung – wird die Produktion nicht verlangsamen
• Mischt Formflexibilität mit hoher Leistung

Nachteile von pDCPD:

• Neues Material:Bewerbungen sind begrenzt

Können Hersteller die Hitzebeständigkeit verbessern?

Ingenieure und Hersteller können die Temperatur erhöhen und die Leistung der meisten Arten von Kunststoffen verbessern, indem sie Additive und/oder Wärmestabilisatoren verwenden. Die drei häufigsten Arten von Additiven sind Antioxidantien, Flammschutzmittel und Verarbeitungshilfsmittel. Jedes Additiv bietet eine andere Funktion und trägt zur Haltbarkeit eines Polymers bei.

Hitzestabilisatoren schützen ein Polymer während der Herstellung oder während des normalen Gebrauchs des fertigen Teils vor Hitzeschäden und werden heute den meisten Polymeren zugesetzt. Hitzestabilisatoren können auch das Aussehen, die Festigkeit und die Elastizität des Polymers bewahren.

Wählen Sie einen erfahrenen Hersteller, der Ihnen bei der Materialauswahl hilft

Für Hochtemperaturanwendungen kann jeder dieser Hochleistungskunststoffe die Hitze wirklich aushalten. Allerdings reicht nicht jedes Material aus. Ingenieure müssen recherchieren, um sicherzustellen, dass sie den hitzebeständigen Kunststoff auswählen, der für ihre jeweilige Anwendung am besten geeignet ist. Wenn Ingenieure das falsche Material wählen, riskieren sie, die Funktionalität ihres Teils zu beeinträchtigen und von vorne anfangen zu müssen.

Ein erfahrener Fertigungspartner wie Fast Radius kann dank unserer fachmännischen technischen Beratung den Materialauswahlprozess stressfrei gestalten. Wir können jedem Produktteam helfen, das richtige Material für sein Teil und seine einzigartigen Anforderungen auszuwählen.

Über die Materialauswahl hinaus ist unser Team aus erfahrenen Ingenieuren und Designern bereit, den Produktentwicklungsprozess zu rationalisieren und Teile von höchster Qualität zu erschwinglichen Preisen und blitzschnellen Fristen zu liefern – damit jeder Kunde sicher sein kann, dass er das beste Produkt zum besten Preis erhält . Kontaktieren Sie uns noch heute für ein Angebot.

Weitere Materialleitfäden und Informationen zur Herstellung mit Kunststoffen finden Sie im Ressourcenzentrum von Fast Radius.

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