Wissen über hitzebeständige Kunststoffe

Hersteller neigen aufgrund ihrer hohen Hitzebeständigkeit dazu, Metalle wie Nickel und Edelstahl für Hochleistungsanwendungen zu verwenden. Beispielsweise behalten Legierungen auf Nickelbasis ihre Festigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur, zyklischer Wärmeeinwirkung und hohem Kohlenstoffgehalt. Obwohl Metalle tendenziell hitzebeständiger sind als Kunststoffe, können Ingenieure in vielen Fällen von der Verwendung hitzebeständiger Kunststoffe für ihre Hochleistungsanwendungen profitieren.

Hitzebeständige Kunststoffe sind Polymermaterialien, die Dauerbetriebstemperaturen von bis zu 300 °F und mehr standhalten können, ohne dass ihre mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt werden.

Hitzebeständige Kunststoffe werden in zwei Kategorien eingeteilt – Duroplaste und Thermoplaste. Duroplaste sind Kunststoffe, die bei Erwärmung 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 inhärente Glasübergangstemperatur (Tg) und den Schmelzpunkt verschiedener Materialien beeinflusst. Es gibt Optionen für Hochleistungsthermoplaste, die ihre strukturellen Eigenschaften über 150 °C und kurzzeitig über 250 °C beibehalten.

Neben Hitzebeständigkeit können sie je nach Zusammensetzung auch Chemikalienbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, geringes Materialgewicht, elektrische und thermische Beständigkeit und weitere günstige Eigenschaften aufweisen. Diese unterschiedlichen Qualitäten machen sie für ein breites Spektrum industrieller Anwendungen geeignet.

Im Folgenden konzentrieren wir uns auf einige der besten hitzebeständigen Kunststoffe und ihre Eigenschaften, um den Lesern zu helfen, festzustellen, welcher für ihre Bedürfnisse geeignet ist. Darüber hinaus skizzieren wir einige typische Anwendungen, bei denen hitzebeständige Kunststoffe zum Einsatz kommen.

Es sind viele Arten von hitzebeständigen Kunststoffen erhältlich, von denen jede einzigartige Vor- und Nachteile hat, wodurch sie für verschiedene Anwendungen geeignet sind. Nachfolgend finden Sie eine Liste mit 4 gründlich erforschten hitzebeständigen Kunststoffen:

• PTFE (Polytetrafluorethylen)
• PEEK (Polyetheretherketon)
• PEI (Polyetherimid)
• PAI (Polyamidimid)

PTFE (Polytetrafluorethylen).

Polytetrafluorethylen – üblicherweise unter dem Markennamen Teflon™ bekannt – hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine hohe chemische Beständigkeit. Es weist auch eine ausgezeichnete Biegefestigkeit, elektrischen Widerstand, Witterungsbeständigkeit und thermische Stabilität auf. Teflondichtungen sind für den Temperaturbereich von -328 °F bis 500 °F geeignet.

Es hat eine gute Festigkeit, ausreichende Witterungsbeständigkeit und eine gute elektrische Isolierung in heißen und feuchten Umgebungen.

Polytetrafluorethylen funktioniert gut bei extrem hohen und niedrigen Temperaturen, aber seine mechanischen Eigenschaften sind bei Raumtemperatur normalerweise nicht mit denen von Kunststoffen vergleichbar. Es ist kriech-, abrieb- und strahlungsempfindlich und sein Rauch kann giftig sein. Außerdem ist zu beachten, dass die Verarbeitungskosten von PTFE recht hoch sind.

PEEK ( P Polyetheretherketon)

PEEK ist ein technischer Hochleistungsthermoplast mit teilkristalliner Struktur. Es hat die Eigenschaften chemische Beständigkeit, Abriebfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Kriech- und Hitzebeständigkeit. Dieses Material ist sehr stark und kann rauen Umgebungen standhalten, daher verwenden Hersteller es in vielen Anwendungen als Metallersatz, da es dem Material ermöglicht, unter rauen Umgebungsbedingungen stark und anpassungsfähig zu bleiben. PEEK hält kurzzeitig Temperaturen bis 310°C stand, bei einem Schmelzpunkt von über 371°C. Noch wichtiger ist, dass es die höchste Zug- und Biegefestigkeit aller Hochleistungspolymere hat.

Zu den Nachteilen von PEEK gehören die Anfälligkeit für Schwefelsäure, Salpetersäure, Chlorsäure, Halogene und Natrium sowie die geringe Beständigkeit gegen ultraviolettes Licht. Es ist auch teuer, daher kann es nur in anspruchsvollen Anwendungen verwendet werden.

PEI (Polyetherimid)

PEI (meist nur Ultem® als Markenname) ist einer der wenigen amorphen Thermoplaste auf dem Markt. Es ist stark, chemisch beständig, flammhemmend und hat die höchste Durchschlagsfestigkeit aller Hochleistungs-Thermoplaste. Dieses Material hat einen extrem hohen Schmelzpunkt von 219 °C und eine maximale Dauerbetriebstemperatur von 170 °C.

ULTEM ist eines der wenigen Harze, die in der kommerziellen Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet werden – 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.

PAI (Polyamidimid)

PAI ist ein weiterer Hochleistungsthermoplast mit hoher Temperaturbeständigkeit, hoher thermischer Stabilität, guter Chemikalienbeständigkeit und Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit bis 275°C. PAI weist auch eine hohe Zug- und Druckfestigkeit auf. Polyamidimid kann durch Spritzguss- und Formpresstechniken verarbeitet werden. Aufgrund seiner hohen Druck-, Stoß- und Kriechfestigkeit weist PAI auch eine hervorragende Dimensionsstabilität auf.

Hitzebeständige Kunststoffapplikationen

Hitzebeständige Kunststoffe gibt es in vielen Formen, und diese verschiedenen Materialformen werden zur Herstellung von Teilen und Produkten verwendet, die in einer Vielzahl von Branchen verwendet werden. Zum Beispiel:

• Verwendet in hitzebeständigen und stoßfesten Teilen in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil- und Glasindustrie.
• Verwendet für hitzebeständige, strahlungsfeste, hochisolierende oder spezifisch leitfähige Komponenten in der Elektro- und Halbleiterindustrie.
• Wird für Sterilisations- und Antihydrolysekomponenten in der Medizinprodukteindustrie verwendet.
• Strahlenschutz- und Antistrahlungskomponenten, die in der Kernenergie- und Röntgentechnologieindustrie verwendet werden.
• Wird in verschiedenen Komponenten der chemischen Industrie verwendet.

Hitzebeständige Kunststoffe spielen in vielen Branchen eine wichtige Rolle. Ihre thermische Stabilität in Kombination mit anderen vorteilhaften Eigenschaften machen sie zu einem geeigneten Ersatz für Metalle in unzähligen Anwendungen. Darüber hinaus können sie je nach ihrer Zusammensetzung eine bessere Materialwahl sein. Beispielsweise kann in einigen Fällen das Ersetzen von Metallteilen durch Kunststoffteile das Komponentengewicht reduzieren, die Komponentenlebensdauer verlängern und die Komponentenleistung verbessern.