Polyetheretherketon (PEEK): Leitfaden für Hochleistungsanwendungen

PEEK wurde 1978 – relativ neu nach Fertigungsstandards – als hochtemperaturbeständiges Material für Kabelisolation konzipiert. In den letzten 50 Jahren hat sich PEEK zu einem der am häufigsten verwendeten Materialien für Hochleistungsanwendungen entwickelt.

Tatsächlich ist PEEK eines der am häufigsten hergestellten Polyaryletherketone (PAEKs) für Großserien. Um das Beste aus diesem vielseitigen und anpassungsfähigen Material herauszuholen, sollten Ingenieure und Produktteams sich mit den Eigenschaften, Merkmalen und Grenzen von PEEK vertraut machen.

Was ist PEEK?

PEEK ist ein Polymer, das durch Stufenwachstumspolymerisation entsteht, bei der sich die Polymerkette mit jedem Polymerisationsschritt verdoppelt. Dieses Material weist unglaubliche elektrische Beständigkeit sowie Hitzebeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit auf. PEEK ist auch kriechbeständig, was bedeutet, dass es seine Form in rauen Umgebungen, hohen Temperaturen und unter mechanischer Belastung behält. Neben seiner Zähigkeit ist PEEK leicht und einfach zu fertigen.

Da PEEK physisch leicht, aber hochbeständig gegen korrosive Substanzen ist, eignet es sich gut für eine Vielzahl von Fertigungsverfahren. PEEK kann im Spritzguss oder in der additiven Fertigung verarbeitet werden, wobei sein hoher Schmelzpunkt schnellere Vorschübe und Geschwindigkeiten erlaubt. PEEK kann auch per CNC-Zerspanung gefertigt werden. Über alle Fertigungsverfahren hinweg bietet PEEK Wiederholbarkeit und Genauigkeit von Komponente zu Komponente und kann Teile mit engen Toleranzen produzieren.

Reines, ungefülltes PEEK ist für sich allein schon sehr langlebig, aber PEEK wird oft mit Kohlenstoff- oder Glasfasern verstärkt, um weniger spröde zu werden. Glasgefülltes PEEK bietet mehr Steifigkeit als ungefülltes PEEK und wird oft in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt, um schlechten Reaktionen auf Dampf, Chemikalien und hohe Temperaturen entgegenzuwirken.

Ein Nachteil von glasgefülltem PEEK ist seine Neigung, sich an passenden Teilen abzunutzen. Kohlenstoffgefülltes PEEK hat erhöhte Druckfestigkeit, was seine Ausdehnungsrate dramatisch senkt und bessere Verschleißfestigkeit und Tragfähigkeit unterstützt. Kohlenstoffgefülltes PEEK hat auch eine höhere thermische Leitfähigkeit, was die Lebensdauer und Leistung eines Teils erhöht.

Eigenschaften und mechanische Spezifikationen von PEEK

PEEK wurde als hochhitzebeständiger Kunststoff entwickelt und schmilzt erst bei extrem hoher Temperatur. PEEK setzt auch bei Feuerexposition sehr wenig Rauch und giftige Gase frei, was Gefahren in der Nähe von Flammen oder extremer Hitze reduziert. Dies macht PEEK zu einer ausgezeichneten Wahl für Fertigungsverfahren, die Erhitzen und Schmelzen erfordern, wie Spritzguss.

Einige weitere mechanische Spezifikationen für reines, ungefülltes PEEK umfassen:

• Zugfestigkeit: 14.000 psi
• Zugmodul: 590.000 psi
• Wasseraufnahme: 0,50 % über 24 Stunden
• Schmelzpunkt: 343 °C (fast 650 °F)
• UL 94 V-0 Brennbarkeitsklassifizierung: (0,059 Zoll Dicke)

PEEK ist auch hoch chemikalien- und abriebbeständig und kann seine Form bei kontinuierlicher Einwirkung von heißem Wasser oder Dampf beibehalten. PEEK ist auch biologisch abbaubeständig und kann extreme natürliche Bedingungen wie intensive Umgebungen und Temperaturen überstehen.

Wichtige Überlegungen für die Fertigung mit PEEK

PEEK ist ein sehr anpassungsfähiges Material, aber es gibt einige ingenieurtechnische Überlegungen, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Beispielsweise dissipiert PEEK, obwohl sehr hitzebeständig, Wärme nicht gut und muss während der Zerspanung gekühlt werden, um Bruch oder Verformung zu verhindern. Dies kann durch Standard-Flüssigkeitskühlmittel erreicht werden, was jedoch die Biokompatibilität beeinflussen kann. In Fällen, in denen PEEK-Produkte direkten menschlichen Kontakt erfordern, ist Druckluft die bessere Alternative zur Kühlung von PEEK.

Eine Formtemperatur von 160 °C bis 190 °C (320 °F bis 374 °F) wird bei der Verwendung von PEEK empfohlen, da dies Verzug minimiert und optimale Kristallisation ergibt. Bei der additiven Fertigung mit PEEK sollte die Druckdüsen-Temperatur 360 °C bis 400 °C (680 °F bis 752 °F) betragen mit einem beheizten Bett von 120 °C (248 °F).

Weitere Überlegungen umfassen:

• Geringere Dehnung: Da PEEK eine geringere Dehnung als andere Kunststoffe hat, kann es reißen, wenn man tief hineinschneidet. Spezielle Handhabung ist oft erforderlich, um Hitzrisse und andere innere Spannungsschäden zu minimieren.
• Anfälligkeit für Rissbildung: Glühen ist auch bei der Verwendung von PEEK erforderlich. Dieser Prozess hilft, die Chance von Spannungs-Oberflächenrissen und Verformungen zu reduzieren, zu denen PEEK während der Zerspanung neigt. Je nach Bearbeitungsausmaß können mehrere Glühstufen notwendig sein.
• Werkzeugwahl: Oft kann PEEK mit Siliziumkarbid-Schneidwerkzeugen bearbeitet werden. Diamantwerkzeuge können bei kohlenstoffgefülltem PEEK oder beim Erreichen enger Toleranzen erforderlich sein. Stellen Sie auch sicher, dass Ihre Schneidwerkzeuge nicht zuvor für Metalle verwendet wurden, um Kontamination zu vermeiden.

Beliebte PEEK-Anwendungen

Es gibt drei Hauptindustrien, die PEEK-Komponenten nutzen – den Industriesektor, den Gesundheitssektor und die Lebensmittel- und Getränkeindustrie.

Industrielle Anwendungen

Industrie-PEEK ist inhärent rein und unterstützt hohe mechanische und chemische Stabilität. Dies minimiert Kontamination und maximiert Sicherheitsbemühungen für chemische und Energieanwendungen sowie für Komponenten in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Elektronikindustrie. PEEK kann sogar Metalle wie Edelstahl bei Industrierädern und Pumpen übertreffen.

Medizinische Anwendungen

PEEK kann Komponenten für die Gesundheitsindustrie erstellen, wie orthopädische Geräte und Wirbelsäulenfusionsgeräte. PEEK kann auch für Zahnimplantate, Healing Caps und mehr verwendet werden, wenn es mit biokompatiblen Methoden hergestellt wird.

Lebensmittel- und Getränkeanwendungen

PEEK wurde kürzlich von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) für sicheren menschlichen Kontakt bei ordnungsgemäßer Vorbereitung zugelassen. Nun findet PEEK seinen Weg in die Lebensmittel- und Getränkeindustrie für Komponenten wie Kochgeschirr, Getränkespender und Düsen sowie Verarbeitungsanwendungen.

Warum PEEK wählen?

PEEK kann schmelzverarbeitet werden, ohne korrosive Gase zu erzeugen, was es extrem sicher und effektiv für Spritzguss und additive Fertigung macht. PEEKs hoher Schmelzpunkt eröffnet auch CNC-Bearbeitungsmöglichkeiten, da schnell bewegte Werkzeuge PEEK schneiden können, ohne Schmelzen zu verursachen.

Die Fertigung von PEEK mit irgendeiner dieser Methoden ergibt gute mechanische Leistung und Konsistenz zwischen Teilen. PEEK kann auch komplexe Designs und Geometrien mit additiver Fertigung unterstützen – tatsächlich bietet PEEK eine signifikant höhere Zugfestigkeit und Zugmodul als Polyethersulfon (PES), ein primärer Materialkonkurrent.

PEEK ist hitzebeständiger als PES und Polyphenylensulfid (PPS), ein weiteres Material, das Produktteams oft gegen PEEK austauschen. Während PES bis 220 °C und PPS kontinuierlich bis 250 °C eingesetzt werden kann, schmilzt PEEK bei diesen Temperaturen nicht einmal. PEEK bietet ähnliche Wasser- und Chemikalienbeständigkeit wie PPS, während es erhöhte Temperaturkontrolle aufweist, was zu vollständiger Überlegenheit in Hochtemperaturanwendungen führt.

Einstieg in PEEK

PEEK ist ein relativ neues Polymer, das unglaubliche Hitzebeständigkeit, elektrische Beständigkeit und Korrosionsbeständigkeit bietet. Neben seiner Langlebigkeit ist PEEK leicht und unglaublich gut verarbeitbar, was präzise und konsistente Produktionsläufe selbst bei engen Toleranzen ermöglicht. Produktteams müssen ihre eigene Forschung durchführen, um zu bestimmen, ob PEEK das richtige Material für ein bestimmtes Teil ist, aber diese Entscheidungen sind mit Hilfe eines vertrauenswürdigen Herstellers weitaus einfacher.

Bei Fast Radius sind wir darauf bedacht, Ihnen bei der Erreichung Ihrer Fertigungsziele zu helfen. Unser Expertenteam hat Erfahrung mit einer breiten Palette von Materialtypen und Fertigungsverfahren. Wenn Sie denken, dass PEEK das richtige Material für Ihr bevorstehendes Projekt ist, begleiten wir Sie durch den gesamten Fertigungsprozess von der Materialauswahl bis zum Launch. Kontaktieren Sie uns heute.

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