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

Polyvinylidenfluorid (PVDF) gehört zur Werkstoffklasse der thermoplastischen Fluorkunststoffe und wird unter anderem als Auskleidung für Rohre oder Außenbauteile eingesetzt.

Polyvinylidenfluorid (PVDF) gehört zur Werkstoffklasse der thermoplastischen Fluorkunststoffe. Wegen seiner guten thermischen und chemischen Beständigkeit wird PVDF unter anderem als Auskleidung für Rohre oder Außenbauteile eingesetzt.

Fluorkunststoffe sind Hochleistungskunststoffe, die seit 1950 industriell verarbeitet werden. Bei diesen Polymeren sind die Wasserstoffatome der Kohlenstoffhauptketten ganz oder teilweise durch Fluoratome ersetzt. Diese Fluorbindungen sind sehr stabil, sodass Fluorkunststoffe eine sehr hohe Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit aufweisen.

Die Einsatzmöglichkeiten von Fluorkunststoffen sind nahezu unbegrenzt, denn sie weisen zahlreiche für den industriellen Einsatz interessante Eigenschaften auf. Aber auch im Alltag sind Fluorkunststoffe, beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), weit verbreitet.

Bei Polyvinylidenfluorid handelt es sich um einen opaken, teilkristallinen, thermoplastischen Fluorkunststoff. Die Grundmaterialien für PVDF sind Fluorwasserstoff und Methylchloroform. Diese werden zunächst zu Chloridfluorethan und weiter zu Vinylidenfluorid umgesetzt. Vinylidenfluorid wird dann in hochreinem Wasser mittels eines Katalysators und unter kontrollierten Druck- und Temperaturverhältnissen zu Polyvinylidenfluorid polymerisiert.

Polyvinylidenfluorid, beziehungsweise PVDF, wurde im Jahr 1961 unter dem Markennamen „Kynar“ von der Pennwalt Corporation (heute Arkema) in den Handel gebracht. Weitere Handelsnamen (und Hersteller) sind:

<ul><li>Kynar HSV 900 (Arkema)</li><li>Dyneon PVDF (Dyneon)</li><li>Solef PVDF (Solvy)</li><li>Sygef PVDF (Georg Fischer)</li><li>Polystone PVDF (Röchling)</li></ul>

Ein Hauptmerkmal von PVDF ist seine Temperaturbeständigkeit. Die Einsatztemperatur liegt zwischen –60 und +150 °C.

Polyvinylidenfluorid enthält 57 % Fluor. Die Kristallinität hängt von der thermischen Vorbehandlung der Formteile ab: Schnelles Abkühlen dünner Folien führt zu transparenten Produkten, während ein Tempern bei 135 °C hochkristalline und steife Teile ergibt.

Bei einem Außeneinsatz (Wellenlänge der Strahlung 200 bis 400 nm) findet ein allmählicher Abbau statt. Polyvinylidenfluorid besitzt eine hohe Beständigkeit gegenüber Chlor und Brom, ist UV-beständig und überragt alle anderen Fluorpolymere in der Beständigkeit gegen energiereiche Strahlen.

Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich ausgewählter Eigenschaften, zum Beispiel Dichte, von PVDF gegenüber Polytetrafluorethylen (PTFE):

<tr><td>Eigenschaft</td><td>Einheit</td><td>PVDF</td><td>PTFE</td></tr><tr><td>Dichte</td><td>g/cm³</td><td>1,76 – 1,78</td><td>2,13 – 2,23</td></tr><tr><td>Zug-E-Modul</td><td>MPa</td><td>2000 – 2900</td><td>400 – 750</td></tr><tr><td>Nominelle Bruchdehnung</td><td>%</td><td>20 bis 50</td><td>>50</td></tr><tr><td>Schmelztemperatur</td><td>°C</td><td> 170 – 180</td><td>325 – 335</td></tr><tr><td>Brennbarkeit UL94 bei 1,6mm Dicke</td><td>Klasse</td><td>V-0</td><td>V-0</td></tr><tr><td>Dielektrizitätszahl bei 100 Hz</td><td>–</td><td>8 – 9</td><td>2,1</td></tr>

Der Werkstoff PVDF erfüllt höchste Ansprüche an die Reinheit und wird deshalb beispielsweise für Reinstwasserrohrleitungen, Verpackungen, im Apparatebau und in der Halbleiterfertigung eingesetzt.

<tr><td>Einsatzbereich</td><td>Anwendungsbeispiel</td></tr><tr><td>Elektrotechnik</td><td>Mikrofone, Hydrophone, Lautsprecher und Aktoren</td></tr><tr><td>Biowissenschaften</td><td>Trägermembran für den Western Blot</td></tr><tr><td>Medizintechnik</td><td>Prothesenmaterial oder Herstellung von sogenannten Netzen zur (präperitonealen) Netzplastik bei der operativen Behandlung von Hernien</td></tr><tr><td>Halbleiterfertigung</td><td>Chipproduktion für Rohrleitungssysteme zum Transport von hochreinen Medien wie Reinstwasser</td></tr><tr><td>Membrantechnik</td><td>Bakterienfilter, die zum Sterilfiltern von Lösungen in der Biochemie benötigt werden</td></tr>

In Pulverform wird Polyvinylidenfluorid auch als Bindematerial in Elektroden von Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt.

Aus PVDF-Filament (Schnur) wird Angelschnur hergestellt, sowie Saiten für Zupfinstrumente wie Ukulele, Gitarre und Harfe.

Die polare Struktur schließt allerdings eine Verwendung von Polyvinylidenfluorid in der Hochfrequenztechnik aus.

Der globale Markt für Polyvinylidenfluorid wurde im Jahr 2021 auf knapp 51.419 Tonnen geschätzt. Der asiatisch-pazifische Raum dominierte den globalen Markt, wobei der Großteil des Verbrauchs unter anderem aus China, den ASEAN-Ländern und Japan stammte.

Dieser Markt ist stark konsolidiert, und die vier größten Akteure machten im Jahr 2021 einen Anteil von rund 90 % aus. Zu den führenden Akteuren gehören Arkema Group, Solvay, Kureha Corporation und Dyneon LLC (3M Company).

Zukunftsperspektiven für Polyvinylidenfluorid

Die Corona-Pandemie im Jahr 2020 hinterließ zwar für kurze Zeit negative Auswirkungen auf den Markt für Polyvinylidenfluorid, seitdem hat sich die Branche jedoch erholt. Das stetige Wachstum in der Elektronik-, Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Öl- und Gas- sowie in der chemischen Verarbeitungsindustrie hat sich seitdem positiv auf den Markt ausgewirkt und ihn dadurch vorangetrieben.

Die positiven Eigenschaften von Polyvinylidenfluorid im Vergleich zu anderen Fluorkunststoffen, eine steigende Nachfrage nach PVDF-basierten Materialien aus dem Elektro- und Elektroniksektor und eine steigende Nachfrage nach PVDF-Harzen als Bindemittel in der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien treiben dieses Wachstum besonders voran.

Technologische Fortschritte in verschiedenen Anwendungen von Polyvinylidenfluorid werden voraussichtlich in der Zukunft weitere Wachstumschancen bieten. Experten gehen davon aus, dass sich die weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien bis 2023 verzehnfachen und über zwei Terawattstunden erreichen wird. Ein Großteil dieses Wachstums ist auf die zunehmende Popularität von Elektrofahrzeugen zurückzuführen, die überwiegend durch Lithium-Ionen-Batterien angetrieben werden. Und davon profitiert auch Polyvinylidenfluorid. Denn für das Bindemittel, mit dem die chemisch aktiven Substanzen in den Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien befestigt werden, verwendet man heute überwiegend PVDF in Kombination mit dem Lösemittel N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP).

[1] 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)

[2] 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)

[3] Marktstudie im Auftrag von Mordor Intelligence: Marktgröße und Anteilsanalyse für Polyvinylidenfluorid (PVDF), Source: <a href="https://www.mordorintelligence.com/de/industry-reports/polyvinylidene-fluoride-pvdf-market" target="_blank">https://www.mordorintelligence.com/de/industry-reports/polyvinylidene-fluoride-pvdf-market</a> (letzter Abruf: 27.11.2024)

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Polyvinylidenfluorid (PVDF)

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