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Hochleistungskunststoffe - Polyaryletherketone (PAEK)

Polyaryletherketone (PAEK) – Eigenschaften und Anwendung

Auszug aus
Wolfgang Kaiser

Kunststoffchemie für Ingenieure

11/2015, 630 Seiten, € 39,99
ISBN: 978-3-446-44774-5
S. 470ff.

Die variablen Anteile an Ether- (E) und Keton-/Carbonylgruppen (K) in den Polyaryletherketonen bestimmen im Wesentlichen die Eigenschaften dieser Polymere, so z. B. auch die Unterschiede zwischen Polyetherketon, PEK und Polyetheretherketon, PEEK. Prinzipiell verbessern Ethergruppen die molekulare Beweglichkeit und damit das Fließverhalten in der Schmelze, d. h. die Verarbeitbarkeit. Dagegen erhöhen Carbonylgruppen die thermische Beständigkeit. Sämtliche Polyaryletherketone sind ziemlich polar und von mittlerer Kristallinität.

Eigenschaften

Ihre mechanischen Eigenschaften sind bei Raumtemperatur nicht viel besser als die anderer Thermoplaste. Wichtig ist aber die Erhaltung der guten Festigkeitseigenschaften auch bei höheren Temperaturen. Hervorzuheben sind hohe Schlagzähigkeitswerte bei tiefen Temperaturen, hohe mechanische Wechselfestigkeit, sehr geringe Neigung zur Kriechverformung bei Einwirkung höherer Kräfte über längere Zeiten bei hohen Temperaturen sowie gutes Gleit- und Verschleißverhalten. Entsprechend ihrer Zusammensetzung liegen die Dauergebrauchstemperaturen bis etwa 260°C, die maximalen Einsatzgrenzen (kurzzeitig) gehen bis nahe an den Schmelzpunkt (PEK bei 373°C und PEEK bei 340°C).

Strukturformeln von PEK und PEEK

Auch die chemischen Widerstandsfestigkeiten sind insgesamt als sehr gut zu bezeichnen. So besteht z. B. Beständigkeit gegenüber nichtoxidierenden Säuren, Heißwasser, Wasserdampf (bis über 180°C), konzentrierten Alkalien sowie den meisten organischen Lösemitteln, Schmierstoffen und Fetten. Im Vergleich zu anderen polaren Thermoplasten ist die Wasseraufnahme relativ gering. Die Materialien zeigen eine hohe Spannungsrissbeständigkeit, außer gegen Aceton. Sie sind beständig gegen energiereiche Strahlen (Gamma- und Röntgenstrahlen), aber nur bedingt beständig gegen „hartes“ UV-Licht. Oxidationsmittel greifen ebenfalls an. In Schwefelsäure besteht Löslichkeit. Brandtechnisch sind die Polyaryletherketone sehr interessant, weil sie schwer entflammbar sind und im Brandfall eine sehr geringe Rauchgasdichte (Verringerung der Lichtdurchlässigkeit durch Brandschwaden) ergeben und diese Gase nur sehr schwache Korrosivität und Toxizität aufweisen.

Verarbeitung (Beispiele)

Alle für Thermoplaste üblichen Verfahren, z. B. Spritzgießen und Extrudieren, sind anwendbar. Natürlich müssen höhere Verarbeitungstemperaturen (bis etwa 400°C) gewählt werden. Die hohen Schmelztemperaturen dieser Polymere beschränken das Schweißen meist auf das Ultraschall- und Reibungsschweißen, wobei gleichzeitig hohe Anpressdrücke erforderlich sind. Sehr häufig werden Polyaryletherketone auch als glas- oder kohlefaserverstärkte Laminate verarbeitet.

Anwendungsbeispiele

Raum- und Luftfahrt: Flugzeugteile (Flossen, Flügelklappen, Nasenkappen, Sitze). Ersatz für Metallteile, auch im militärischen Bereich.

Maschinen- und Automobilindustrie: Hochleistungsformteile wie Lagerkäfige, Zahnräder, Dichtungsringe, Ventilfederteller, Impeller. Beschichtungen, wenn hohe Festigkeiten bei Temperaturen über 200°C verlangt werden.

Elektronikindustrie: Draht- und Kabelummantelungen, flexible Leiterplatten, Halbleiterproduktion, Offshorestecker.

Medizintechnik: Endoskopiegriffe, Hüftgelenkprothesen.

Auszug aus
Wolfgang Kaiser

Kunststoffchemie für Ingenieure

11/2015, 630 Seiten, € 39,99
ISBN: 978-3-446-44774-5
S. 470ff.
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