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 

Polytetrafluorethylen (PTFE), besser bekannt unter dem Markennamen Teflon, ist der wichtigste Fluorkunststoff und zählt zu den Thermoplasten.

Polytetrafluorethylen ist der wichtigste Fluorkunststoff. Er ist extrem unpolar, die Elektronen sind gleichmäßig über die Polymerkette verteilt. Das ist der Grund für die extrem guten Antihaft-Eigenschaften. Das macht Polytetrafluorethylen zu einem der wichtigsten Kunststoffe für die heimische Küche – wobei sich auch abseits von Pfannen und Töpfen diverse Anwendungen finden.

Polytetrafluorethylen (PTFE) ist der am meisten eingesetzte Fluorkunststoff und hat sich aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften als unverzichtbarer Werkstoff in der modernen Industriegesellschaft etabliert.

Das vorliegende Kunststoffe-Basic gibt einen Überblick über Geschichte, die Herstellung und die Eigenschaftsprofile von PTFE ein. Darüber hinaus werden Verarbeitungsverfahren erläutert und Einsatzmöglichkeiten aufgezeigt. Der Beitrag widmet sich zudem den Auswirkungen von Polytetrafluorethylen auf Mensch und Umwelt.

Polytetrafluorethylen (PTFE), auch bekannt unter dem Markennamen Teflon von der Firma DuPont, ist ein teilkristalliner Fluorkunststoff. Da es beim Erwärmen in der Regel nicht schmelzbar-flüssig, sondern gummiartig weich wird, zählt PTFE zu der Gruppe der <a href="https://www.kunststoffe.de/werkstoffe/thermoplaste/" target="_blank">Thermoplasten</a>.

Entgegen einer weitläufigen Meinung ist Polytetrafluorethylen kein Nebenprodukt der Raumfahrt. Diese begann erst 1957. PTFE wurde dagegen bereits 1938 von Dr. Roy Plunkett entdeckt – und zwar durch Zufall. Der US-Chemiker arbeitet damals als Wissenschaftler bei DuPont und war eigentlich auf der Suche nach dem optimalen Kältemittel für Kühlschränke. Er versuchte sein Glück mit gasförmigem Tetrafluorethylen (TFE). Eines Morgens fand er in einer Flasche jedoch nur noch weiße Krümel; das Gas hatte sich in PTFE umgewandelt. Nach seinem Entdecker heißt das noch heute gebräuchliche Herstellungsverfahren Plunkett-Verfahren.

Polytetrafluorethylen wird aus chloriertem Kohlenwasserstoff (Chloroform) durch partielle Fluoridierung (= teilweise Zugabe von Fluoriden) hergestellt, wobei zunächst die Gase Chlordifluormethan und Tetrafluorethylen erzeugt werden.

Tetrafluorethylen wird anschließend unter hohem Druck in wässriger Phase polymerisiert. Als Initiatoren dienen Peroxide. Da die Reaktion stark exotherm ist und sich die Monomereinheiten bei hohen Temperaturen leicht explosiv zersetzen, erfolgt die Polymerisation als Suspension oder Emulsion.

Das Polymer fällt nach dem Filtrieren, Waschen und Trocken als verhältnismäßig grobes Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 600 µm an. Es kann bereits in dieser Form weiterverarbeitet werden, lässt sich aber auch problemlos zu einer Korngröße von 35 µm vermahlen. PTFE-Teilchen des Suspensions-Polymerisats sind schwammig, porös.

Es werden auch Polytetrafluorethylen-Compounds hergestellt, welche mit Füllstoffen, zu Beispiel Glas, Kohle, Graphit, Bronze oder organischen Füllstoffen, versehen sind.

Der Werkstoff PTFE besitzt eine Reihe spannender Eigenschaften: Polytetrafluorethylen überzeugt insbesondere durch seinen hohen Temperaturanwendungsbereich sowie seine Licht- und Witterungsbeständigkeit. PTFE ist zudem extrem hitzebeständig. Auch Laugen, Alkohole, Ketone, Benzine, Öle, organische und mineralische Säuren haben dem Kunststoff nichts entgegenzusetzen. PTFE ist praktisch unbrennbar (UL 94 V-0)

Ausgezeichnet sind zudem sämtliche elektrischen Isoliereigenschaften; aufgrund seiner unpolaren Struktur ist PTFE bestens für die Hochfrequenztechnik geeignet. Auch die Kriechstromfestigkeit ist sehr gut. Die mechanischen Eigenschaften hängen von den Verarbeitungsbedingungen (Kristallinität) und Zusatzstoffen ab.

<tr><td>Eigenschaft</td><td>Einheit</td><td>Wert</td></tr><tr><td>Dichte</td><td>g/cm³</td><td>2,13 - 2,23</td></tr><tr><td>Nominelle Bruchdehnung</td><td>%</td><td>>50</td></tr><tr><td>Zug E-Modul</td><td>MPa</td><td>400 - 750</td></tr><tr><td>Reißfestigkeit</td><td>MPa</td><td>20 - 40</td></tr><tr><td>Schmelztemperatur</td><td>°C</td><td>325 - 335</td></tr><tr><td>Wärmeleitfähigkeit</td><td>W/m*K</td><td>0,24</td></tr><tr><td>Wärmekapazität</td><td>J/g*K</td><td>0,96</td></tr><tr><td>Frostbeständigkeit</td><td>°C</td><td>-270</td></tr><tr><td>Dielektrizitätszahl</td><td>-</td><td>2,1</td></tr><tr><td>Transparenz</td><td>-</td><td>opak (undurchsichtig, lichtundurchlässig)</td></tr>

Polytetrafluorethylen lässt sich nicht nach den üblichen Verfahren für die Formung von Thermoplasten verarbeiten. PTFE kann nur gepresst oder gesintert werden. <a href="https://www.kunststoffe.de/a/grundlagenartikel/spritzgiessen-254055" target="_blank">Spritzguss</a> oder <a href="https://www.kunststoffe.de/verarbeitung/extrusion/" target="_blank">Extrusion</a> ist nicht möglich. PTFE-Pulver wird als Dispersion oder Paste verarbeitet. Möglich sind darüber hinaus:

<ul><li>Kleben (nur nach Vorbehandlung)</li><li>Schweißen</li><li>Spanende Bearbeitung</li></ul>

Die bekannteste Verwendung von Polytetrafluorethylen ist wahrscheinlich die Antihaftbeschichtung für Bratpfannen, Backformen und Bügeleisen. Hierbei kommt insbesondere zu Tragen, dass PTFE temperaturbeständig ist. Aber auch außerhalb des Haushalts finden sich für Polytetrafluorethylen genügend Verwendungsmöglichkeiten.

<tr><td>Branche</td><td>Anwendung</td></tr><tr><td>Architektur und Bauwesen</td><td>Auf- und Gleitlager zum Verschieben von Bauwerken (zum Beispiel Brücken), PTFE-Beschichtungen auf ungewobenen Glasfasern für Zelte</td></tr><tr><td>Maschinen- und Fahrzeugbau</td><td>Lager, Dichtungen, Gewindedichtbänder, Dehnungselemente, Faltenbeläge, Kolbenringe, Armaturen</td></tr><tr><td>Elektrotechnik</td><td>Elektrische Isolierteile, Schalterteile für Hochspannung, Draht- und Kabelisolierungen</td></tr><tr><td>Chemische Industrie</td><td>Auskleidungen für Behälter, chemische Apparate, Ventile, Hähne, Pumpen, Filterkörper</td></tr><tr><td>Luft- und Raumfahrt</td><td>Verkleidung von Kanten und Gleitkufen, Kabelisolierung, Kraftstoffschläuche</td></tr>

Beim expandierten (gestreckten) Polytetrafluorethylen (ePTFE) sind die Molekülfasern orientiert. Es lässt sich beispielsweise zu Folien verarbeiten, bekannt ist unter anderem der Handelsname Gore-Tex. Dabei handelt es sich im Grunde um eine mikroporöse Membran, die zwar Wasserdampf durchlässt, aber kein flüssiges Wasser – ideal für Funktionstextilien.

Insbesondere im Zusammenhang mit der Teflonpfanne hört man oft, dass Polytetrafluorethylen krebserregend sei. Dafür müsste es jedoch erst einmal in den Körper gelangen, was nur bei einer beschädigten Pfanne möglich ist. Dann kann sich Teflon beziehungsweise PTFE tatsächlich ablösen und gelangt über die zubereiteten Lebensmittel in den menschlichen Organismus. Das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) gibt hier jedoch Entwarnung: Da Polytetrafluorethylen reaktionsträge ist, verdaut unser Körper die verschluckten Teilchen nicht, sondern scheidet sie unverändert wieder aus. Es ist deshalb von keiner Gesundheitsgefahr auszugehen. Mittlerweile sind zudem viele Teflonpfannen mit Keramikpartikeln verstärkt und sind deshalb härter, zerkratzen nicht so schnell und Teilchen lösen sich langsamer ab.

Die zweite potenzielle Gefahrenquelle: Wird eine Teflonpfanne hoch erhitzt, können sich giftige Gase bilden. Für Menschen sind die Dämpfe jedoch erst ab einer Temperatur von etwa 360 Grad Celsius gefährlich. Dann können sie grippeähnliche Symptome auslösen, die als Polymer- oder Teflonfieber bekannt sind. Beim haushaltsüblichen Gebrauch bilden sich jedoch keine giftigen Gase, da heißes Öl bereits ab etwa 200 Grad Celsius anfängt zu rauchen und auch die Lebensmittel in der Pfanne bereits verbrennen würden, bevor die 360 Grad erreicht wären. Das BfR gibt zudem an, dass die freigesetzten Dämpfe so gering seien, dass man eine gesundheitliche Gefährdung ausschließen kann.

Auch wenn von PTFE keine Gesundheitsgefährdung durch Dämpfe oder Schlucken ausgeht, hat der Fluorkunststoff neben den vielen Vorteilen auch Nachteile: Bei der Herstellung werden giftige Schadstoffe eingesetzt, die die Umwelt belasten.

Hinzu kommt: Polytetrafluorethylen kann bei der Entsorgung nur verbrannt werden. Dabei entsteht giftige Flusssäure, die in den Verbrennungsanlagen neutralisiert werden muss. Die gute Nachricht: Es wird bereits an Möglichkeiten für das <a href="https://www.kunststoffe.de/kunststoff-recycling/" target="_blank">Recycling</a> gearbeitet. Im Rahmen eines von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projektes hat die Universität Bayreuth gemeinsam mit der Firma Dyneon und dem Forschungsinstitut Invertec ein Verfahren zur Depolymerisation entwickelt. Hierbei werden Fluorpolymere (PTFE) mit Ausbeuten von über 90% wieder in ihre Monomere zerlegt.

<ul><li>Weitere Handelsnamen von Polytetrafluorethylen sind Algoflon (Solvay Plastics), Dyneon PTFE (Dyneon 3M-Europe), Fluoan (Asahi) und Polyflon (Daikin)</li><li>Neben der Pulverform ist PTFE auch als Rundmaterial (gepresste Rundstäbe) erhältlich.</li><li>Colette, die Ehefrau des französischen Chemikers Marc Grégoire, kam 1954 auf die Idee, Pfannen und Töpfe mit Teflon zu beschichten. Gemeinsam verkauften sie diese an Restaurants. Und zwar ziemlich erfolgreich: Bereits zwei Jahre später gründeten sie das Unternehmen Tefal.</li><li>In den Mars-Rovern Spirit und Opportunity sind Komponenten aus PTFE verbaut.</li></ul>

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

[2] Baur, E., Drummer, D.; Osswald, T.; Rudolph, N.: <a href="https://www.hanser-fachbuch.de/fachbuch/artikel/9783446465145" target="_blank">Saechtling Kunststoff-Handbuch</a>, 32. Auflage, ISBN 978–3–446–46514–5, Carl Hanser Verlag, München (2022)

[3] Pritzl, L.: „Ist Teflon giftig oder nicht?“, Fachartikel in ÖKO-TEST-Magazin, ÖKO-TEST Verlag, Frankfurt a.M. (2020); <a href="https://www.oekotest.de/gesundheit-medikamente/Teflonpfanne-Ist-Teflon-giftig-oder-nicht_11542_1.html" target="_blank">https://www.oekotest.de/gesundheit-medikamente/Teflonpfanne-Ist-Teflon-giftig-oder-nicht_11542_1.html</a> (letzter Abruf: 21.11.2024)

[4] „Pilotprojekt: Recycling von Fluorpolymeren (PTFE)“, Projektbeschreibung online, InVerTec – Institut für Innovative Verfahrenstechnik e.V., Bayreuth (2014); <a href="https://www.invertec-ev.de/projekte/umwelt-ressourcen-schonung/ptfe-recycling/" target="_blank">https://www.invertec-ev.de/projekte/umwelt-ressourcen-schonung/ptfe-recycling/</a> (letzter Abruf: 21.11.2024)

Druckschläuche auf PTFE-Basis kommen beispielsweise in Rauchgas- Entschwefelungsanlagen zum Einsatz

Polytetrafluorethylen (PTFE)

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