Wegen seiner hohen Schmelzeviskosität und einem Schmelzpunkt von über 327 °C ist Polytetrafluorethylen nicht nach den für Thermoplaste üblichen Verfahren verarbeitbar. Entsprechende Modifizierung macht den Hochleistungskunststoff jedoch aus der Schmelze formbar und ermöglicht damit wirtschaftliche Großserienfertigung. Dies wird anhand zweier Dichtungsanwendungen genauer vorgestellt. 

Hochleistungskunststoffe anwendungsspezifisch modifizieren und thermoplastisch verarbeiten 

Dichtungen

Fluorkunststoffe

Hochleistungskunststoffe

Champions League der Eigenschaften 

Zum fünften Mal veranstaltete die Ter Plastics Polymer Group das Polymer Forum, das sich immer mehr zum Branchentreff entwickelt. In erstmals zwei parallelen Sessions wurde über Hochleistungskunststoffe anhand aktueller und herausfordernder Anwendungen diskutiert. Dabei ging es besonders um Neuheiten und Trends bei Polyphthalamid (PPA), Polyphenylensulfid (PPS) und Polyamid (PA) 66. 

Fortschrittliche Struktur- und Temperaturanwendungen im Mittelpunkt des Polymer Forums 

Kunststoff Werkstoffe

Polyamide

Compound

Compoundeure

Polymermoleküle werden smart 

Der schwedische Compounder Polykemi AB , Ystad/Schweden, setzt den Ausbau seiner Polyamid-Produktpalette mit der Reihe Scanrex fort. Dahinter verbergen sich zwei Polyphthalamid (PPA)-Compounds mit 30 % und 50 % Glasfasern . Diese Qualitäten sollen laut Hersteller von Designern und Ingenieuren geschätzt werden, die Metalle durch Kunststoffe ersetzen möchten.

Schritt in Richtung Hochleistungskunststoffe 

Glasfasern / -matten

Polyphthalamid (PPA)-Compounds Scanrex 

Die Solvay Specialty Polymers stellt in Partnerschaft mit Husky Injection Molding Systems die Hochbarrierepolyester (HBP) Verian vor. Diese Produktlinie von Hochleistungspolymeren soll recycelbar sein und neue Verpackungen für Flaschen und Folien aus Polyethylenterphthalat (PET) ermöglichen, so die Entwicklungspartner. Das Polymer erweitert Solvay’s Portfolio von Spezialpolymeren für Barriereverpackungen.

Solvay und Husky entwickeln Preforms 

Simulation Verpackung

Polyethylenterephthalat

Verpackungsmaschinen

Verpackungsmaterial

Recycelbare Barrierepolyester Verian HBP 

Nach dem Feuerwerk an Polymerrezepturen im letzten Jahr lohnt sich zur Fakuma ein Blick auf Details wie Funktionsadditive oder anwendungsspezifische Modifikationen. Insgesamt beflügelt immer noch der Leichtbau, aber auch definierte Oberflächenqualitäten sind gefragt. Die angekündigten Neuheiten folgen nicht nur aktuellen Konsumtrends, sondern bieten auch Anregungen für fortschrittliche Produkt- und Verfahrensentwicklungen. 

Funktionale Modifizierungen prägen Additive und Compounds 

Polypropylen

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Additive

Farbstoffe

Pigmente

Füllstoffe für Kunststoffe

Additive Fertigung

Oberflächentechnik

Medizintechnik

Distribuenten

Mit Polymeren ist überall zu rechnen 

Die Geschäftseinheit Performance Plastics der RadiciGroup , Bergamo, präsentiert sich auf der Fakuma 2017. Vorgestellt wird das neue Angebot an PPS-Kunststoffen unter der Marke Raditeck P. Das Material soll sich besonders für technische Anwendungen eignen.

Portfolio ergänzt 

PPS Raditeck P für technische Anwendungen 

Die Lanxess AG , Köln, hat ein neues Hitzestabilisierungssystem namens XTS2 (Xtreme Temperature Stabilization) für die Polyamid 66-Varianten von Durethan entwickelt. Es soll deren Wärmealterungsbeständigkeiten so stark anheben, dass diese im Bereich der Wärmeformbeständigkeiten liegen. Aufgrund der Eisen-freien Thermostabilisierung halten die Polyamid 66-Typen Dauereinsatztemperaturen bis 230 °C aus, so der Hersteller. Erster Vertreter der XTS2-Produktreihe ist ein mit 35 Gew.-% Glasfasern verstärktes Polyamid 66, das als Durethan AKV35XTS2 vermarktet werden soll. Geplant ist, künftig auch XTS2-Produktvarianten mit höheren und niedrigeren Glasfasergehalten anzubieten. Ebenfalls in Entwicklung ist ein blasformbares Polyamid 66 für Pkw-Luftführungsbauteile, das mit dem XTS2-System stabilisiert ist.

Neue Hitzestabilisierung für die Polyamid 66-Varianten von Durethan  

Werkstofftechnik Wärmebehandlung

Erster einer neuen Serie  

Die Preh GmbH, Bad Neustadt, hat mithilfe des Polymethacrylmethylimid (PMMI)-Werkstoffs Pleximid TT50 der Evonik AG, Essen, eine Touchoberfläche entwickelt, die sich durch haptische Fühlhilfen leichter bedienen lässt. Eingesetzt wird sie aktuell im 4-Zonen-Klimabediengerät des 5er und 7er BMWs. 

Touchoberfläche mit haptischer Fühlhilfe 

Bedienterminals

HMI, Bedienelemente, Displays

Klimabediengerät mit PMMI Pleximid 

Für die additive Fertigung von Großformteilen hat Sabic auf dem europäischen Markt die neue Compoundserie Thermocomp AM vorgestellt. Präsentiert wurden acht Kunststoffvarianten für den Einsatz in granulatbeschickten Extrudern von Großformatprintern. Um Materialwahl und Prozessoptimierung zu erleichtern, bietet der Hersteller auch typische Druckparameter und mechanische Eigenschaftsdaten an, die anhand von Prüfmustern auf einem eigenen Big Area Additive Manufacturing (BAAM) Drucker ermittelt wurden. Die Compounds mit Carbon- und Glasfaserverstärkung sollen erhöhte Festigkeit aufweisen und sich für Anwendungen in Werkzeugbau, Luft- & Raumfahrt-, Kraftfahrzeug- und Rüstungsindustrie eignen. 

Sabic stellt Materialien für die additive Fertigung in granulatbeschickten Extrudern vor 

Faserverstärkte Compounds für Großformate 

Selbstschmierende Hochleistungskunststoffe bieten besonders in sensiblen Produktionsumgebungen Vorteile gegenüber Fetten und Ölen. Da diese Materialien vergleichsweise teuer sind, ist ein 2-phasiges Schmierstoffsystem aus einem POM-Kern mit einer hochgefüllten PTFE-Randschicht sinnvoll. Der erste Teil dieser Betrachtung fokussiert auf Wirkmechanismen und Einsparpotenziale eines solchen Systems. 

Gleitmodifikation von POM mit PTFE-Mikropartikeln (Teil 1) 

Tribologie

Polyacetale

Gleitmittel für Kunststoff

Gleitlager

Ein aufreibendes Rendezvous 

Filigrane Werkzeuge und winzige Bauteile sind das Spezialgebiet der Kunststofftechniker von Jantsch. Kurz vor Serienanlauf eines erdgasbetriebenen Fahrzeugs entwickelten sie einen dringend benötigten Diffusor. Zusammen mit dem Distributeur K. D. Feddersen wurde für die hauchdünnen Wände nicht nur auf einen sehr speziell zu verarbeitenden Kunststoff gesetzt, sondern auch ein Werkzeug am Rande des Möglichen gebaut. 

Mikrospritzgießen eines Gasdiffusors mit flüssigkristallinen Polymeren 

Polymere, flüssigkristalline

Polyetherketon

Spritzgießwerkzeuge

Eine Rakete im Werkzeug 

Das selbst kleinste Veränderungen eine große Wirkung haben können beweisen die Ergebnisse des Ideenmanagements der BASF.  

BASF spart durch Mitarbeiterideen weltweit rund 58 Mio. EUR 

Biokunststoffe

Kunststoffhandel

kunststoffe.de

Erfolg durch interne Ideenschmiede 

Die EOS GmbH Electro Optical Systems, Krailling, stellt auf der Rapid + TCT 2018 ein Hochtemperatur-System für den industriellen 3D-Druck im Polymerbereich vor. Die Messe findet vom 23. bis zum 26. April 2018 in Fort Worth/Texas, USA, statt. 

3D-Drucker für die Serienfertigung von Verbundbauteilen 

Symbiose von EOS P 810 und Werkstoff PEKK 

Kunststoffcompounds werden zusehends spezialisiert und müssen immer mehr Funktionen gleichzeitig erfüllen. Dabei steigen nicht nur die Anforderungen an die technischen Eigenschaften. Auch die Nachhaltigkeit rückt mit biobasierten oder recycelten Werkstoffvarianten deutlich mehr in den Fokus. 

Werkstoffeigenschaften ausreizen, Materialien kombinieren und Rohstoffalternativen finden 

Thermoplaste

Verbände, Institutionen, Messen

Bis ins kleinste Detail 

Anfang des Jahres eröffnete Toray in der Nähe von München ein europäisches Anwendungszentrum speziell für Automobilapplikationen. Von eigens hergestellten Carbonfasern über technische Kunststoffcompounds bis hin zu Batterieelementen wie Separatorfolien wird ein breites Portfolio aus einer Hand geboten. Kunststoffe sprach mit Konzernmanagern über Einschätzung und Strategie. 

Mit einem neuen Anwendungszentrum nimmt Toray die europäische Autoindustrie ins Visier 

Kohlenstofffasern / -matten

Faserverarbeitung

Japanische Multimaterialisten 

Definition, Eigenschaften und Anwendungen

Polyimide gehören zur Werkstoffklasse der Hochleistungskunststoffe und finden unter anderem in der Luft- und Raumfahrt Anwendung.

Polyimide (PI) gehören zur Werkstoffklasse der Hochleistungskunststoffe. Sie zeichnen sich durch hohe Dauereinsatztemperaturen, eine geringe Wärmeausdehnung und hohe Witterungsbeständigkeit aus. Sie finden unter anderem in der Luft- und Raumfahrt Anwendung.

Polyimide (PI) sind die ältesten und bekanntesten Hochleistungskunststoffe. Sie gelten als sehr effektive elektrische Isolatoren und inhärent flammhemmend. Dieses interessante und einzigartige Eigenschaftsprofil macht Polyimide zur idealen Wahl in hochtechnologischen Anwendungen. Dazu zählen zum Beispiel die Luft- und Raumfahrt, die Elektronikindustrie und der Maschinenbau. Der folgende Grundlagenartikel beschäftigt sich jedoch nicht nur mit den Eigenschaften und Anwendungen von PI, sondern wirft sowohl einen Blick in die Geschichte als auch die Zukunft des Werkstoffs.

Polyimide gehören zur Gruppe der Hochleistungskunststoffe, deren wichtigstes Strukturmerkmal die Imidgruppe ist. Sie lassen sich durch Kondensations-, Additions- und in Einzelfällen auch durch Kettenpolymerisation herstellen. Sie enthalten N-haltige Ringsysteme und sind je nach Aufbau linear oder vernetzt, amorph und polar.

Das weltweit erste, technisch verwertbare Polyimid stellten W. M. Edwards und I. M. Robertson in Amerika bei DuPont vor, das 1955 patentiert wurde. Zur gleichen Zeit nahm DuPont die Produktion dieses neuen Kunststoffs auf, der unter dem Markennamen Vespel auf den Markt kam. Später kam für Polyimidfolien von DuPont der Markenname Kapton hinzu. Evonik vertreibt zudem die PI-Faser unter dem Namen P84.

Eigenschaften des Kunststoffs PI – Vor- und Nachteile

Polyimide sind honigbraun durchgefärbt und sowohl thermisch als auch mechanisch dauerhaft belastbar. Die Temperaturfestigkeit wird durch aromatische Baugruppen erreicht. Polyimide sind frei von Weichmachern und ausgasungsarm, nicht brennbar und gegenüber vielen Chemikalien (zum Beispiel verdünnte Säuren, organische Lösemittel, Treibstoffe, Fette und Öle) beständig. Nicht beständig erweisen sie sich gegenüber konzentrierten Säuren, Basen und Aminen, Heißwasser und Wasserdampf.

Werkteile aus dem Kunststoff PI sind außerordentlich dimensionsstabil und verschleißfest. Im Gegensatz zu vielen anderen Polymeren zeichnen sich Polyimide durch hohe Langzeit-Resistenz sowohl gegenüber UV- als auch radioaktiver Strahlung aus.

Weitere Vorteile von Polyimiden: Sie besitzen gute, zum Teil sehr gute elektrische Isoliereigenschaften. PI-Kunststoffe haben zudem eine hohe Festigkeit und eine sehr hohe Steifigkeit. Über 150 °C sind sie sogar fester als Aluminiumlegierungen. Sie zeigen unverstärkt geringe Kerbschlagzähigkeit und gutes Verschleiß- und Gleitverhalten.

Ein Nachteil von Polyimid ist die vergleichsweise hohe Wasseraufnahmefähigkeit von bis zu 5 %.

Ursprünglich ließen sich Polyimide nur nach den Methoden der Pulversintertechnik formen. Inzwischen gibt es sowohl Formmassen, die thermoplastisch verarbeitbar sind, als auch solche, die unter Vernetzung geformt werden müssen. Damit sind sämtliche Ver- und Bearbeitungsverfahren auch für PI-Kunststoffe zugänglich.

Polyimid kann bei Temperaturen von bis zu 250 °C eingesetzt werden. Der Kunststoff hat keinen sichtbaren Schmelzpunkt und keine Glasübergangstemperatur. Das macht das Material sehr formbeständig.

Polyimid hat zudem den Vorteil, dass sich bis zu einer Dicke von maximal 1 mm auf der µm-Skala mit einem Laser genau schneiden lässt. Indem das Material kontaktlos und kraftfrei gelasert wird, reißt es nicht heraus.

Obwohl Polyimide sehr gute elektrische Isoliereigenschaften besitzen, sind sie nicht für den Einsatz im HF-Gebiet geeignet. Das heißt jedoch nicht, dass uns die Werkstoffe im Berufsleben und Alltag nicht begegnen, wie folgende Tabelle zeigt:

<tr><td>Einsatzbereich</td><td>Anwendungsbeispiel</td></tr><tr><td>Maschinen- und Fahrzeugbau</td><td>Kolbenringe, Ventilsitze, Rollen, Lager-, Gleit- und Führungselemente, Bremsbeläge, Vergasergehäuse</td></tr><tr><td>Elektrotechnik</td><td>Isolierfolie, elektronische Verbindungselemente, Spulenkörper, Kabel- und Drahtummantelungen, Basismaterial für Leiterplatten</td></tr><tr><td>Luft- und Raumfahrt</td><td>Strahltriebwerks- und Kompressor-Teile, Dichtungen, Laufräder für Flugzeuge,Flugzeugteile (Sandwichkonstruktionen mit Titanlegierungen), Isolierungen der Raumfahrzeuge und Astronauten-Raumanzüge gegen Strahlungs-, Wärme- bzw. Kälteeinwirkung, Radome</td></tr><tr><td>Sonstiges</td><td>Formteile für Büromaschinen, Rechner, Mikrowellenherde, Fasern für feuerfeste Schutzanzüge</td></tr>

Ausblick: Zukunftsperspektiven für Polyimide

Die Polyimide, die zunächst überwiegend in der Luft- und Raumfahrt sowie der Wehrtechnik Verwendung fanden, sind seit Anfang der 1970er Jahre wegen ihres inzwischen stark gesunkenen Preises auch der allgemeinen Technik zugänglich. Die Polyimide stehen heute unter den am Markt befindlichen Hochleistungspolymeren an erster Stelle.

Und die Zukunft der Polyimide? Die sieht gar nicht so schlecht aus. So müssen beispielsweise Fahrzeuge und andere Anwendungen immer leichter werden. Das gilt besonders in der Automobil- und der Luftfahrtindustrie. Gleichzeitig werden mehr Leistung und eine hohe Zuverlässigkeit gefordert. Hochleistungskunststoffe wie Polyimide können hier oft bessere Ergebnisse erzielen als Stahl und Aluminium. Außerdem kann bei Bauteilen aus PI eine längere Lebensdauer beobachtet werden. Das spart weitere Kosten.

Kaiser, W.:<a href="https://www.hanser-fachbuch.de/fachbuch/artikel/9783446477988" target="_blank">Kunststoffchemie für Ingenieure – Von der Synthese zur Anwendung</a>. 6. Auflage, ISBN 978–3–446–47798–8, Carl Hanser Verlage, München (2023)

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Polyimide (PI) - Eigenschaften Verarbeitung u Anwendung

Polyimide (PI) | Hochleistungskunststoff ✓ Definition ✓ Vor- & Nachteile ✓ Einsatzbereiche ✓ PI beim Laserschneiden ► Jetzt informieren!

Polyimide (PI) | Der älteste Hochleistungskunststoff

Mit den sogenannten Hochleistungskunststoffen konnte die große Palette der Kunststoffe um eine Einheit erweitert werden. Ihr Marktanteil liegt allerdings bisher bei rund 1 %. Es handelt sich vorwiegend um Thermoplaste mit hoher Wärmeformbeständigkeit. Das sorgt für gute Festigkeitseigenschaften über etwa 150 °C oder durch besondere Ordnungsstrukturen hervorgerufene, für Kunststoffe unerwartet hohe Grundfestigkeiten. Zu den Hochleistungskunststoffen zählen neben den Polyimiden (PI) auch Polyetherketon (PEK), Polyetheretherketon (PEEK), Fluorpolymere (FP) und Polyethersulfon (PES).

Polyimide (PI)

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