PEEK (Polyetheretherketon) Übersicht
Polyetheretherketon, gemeinhin als PEEK bezeichnet, gehört zur Familie der teilkristallinen Thermoplaste. Andere teilkristalline Materialien mit verschiedenen Verhältnissen von Ether zu Keton in ihrer Struktur sind PEK, PEKK, PEKEKK und PAEK. Das einzigartige Verhältnis von 2:1 zwischen Ether (E) und Keton (K) des PEEK-Polymers bietet jedoch im Vergleich zu anderen Polyetherketonen eine überlegene chemische Beständigkeit und ist ein wichtiger Faktor für die zunehmende Verwendung von PEEK.
PEEK ist für seine umfassende Leistungsfähigkeit bekannt und verfügt über eine beeindruckende Liste physikalischer Eigenschaften. Der teilkristalline Thermoplast widersteht auch langfristiger Einwirkung von Hochdruckdampf, heißem Wasser und vielen sehr aggressiven Chemikalien. Seine Verschleißfestigkeit bei dynamischer Belastung ergänzt die Leistungsvorteile, die hinter den PEEK-Spezifikationen für spritzgegossene und maschinell bearbeitete Komponenten stehen, die schweren Einsatzbedingungen standhalten müssen.
PEEK-Kunststoff ieferanten, Produkte
Seit der kommerziellen Einführung von PEEK im Jahr 1980 hat sich Victrex PLC zu dessen führendem Hersteller entwickelt und liefert den Ultrahochleistungsthermoplast von seinem Standort in Großbritannien aus weltweit. Die Anwendungsentwicklung des Unternehmens erstreckt sich über mehr als 40 Jahre und hat zu einer weit verbreiteten Verwendung von PEEK für Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, der Öl- und Gasexploration und -produktion, der Halbleiterherstellung, der Medizintechnik sowie der Militär- und Verteidigungsausrüstung geführt.
Mit der zunehmenden Verbreitung von Teilen aus Victrex® PEEK und dem wachsenden Bewusstsein der Ingenieure für die Fähigkeiten des Materials ergaben sich neue Anwendungsmöglichkeiten, die über die Leistungsgrenzen der ursprünglichen Typen hinausgingen. Diese Möglichkeiten führten zur Entwicklung von PEEK-Materialien, die ein breiteres Spektrum von Anwendungen abdecken. Zu den leistungsstärkeren Typen gehören Formulierungen mit verbesserten Lager- und Verschleißeigenschaften und mit Glas- und Kohlefaserverstärkung, die die strukturelle Festigkeit von PEEK deutlich erhöht.
Die relativ leichte Verarbeitbarkeit in der Schmelze führte auch dazu, dass PEEK-Harz für verschiedene Verarbeitungsmethoden wie Spritzguss, Formpressen und Extrusion von Fasern, Rohren, Schläuchen, Folien und bearbeitbaren Rohteilen angepasst wurde. Durch die Eröffnung dieser Verarbeitungsalternativen wurden das Anwendungsspektrum von PEEK und die Branchen, in denen das Material eingesetzt wird, weiter ausgebaut.
Solvay begann in den frühen 2000er Jahren mit der Produktion von PEEK in den USA und entwickelte auch aktiv Produkte für anspruchsvolle Anwendungen in einer Reihe von Branchen. Die unter der Bezeichnung KetaSpire® PEEK vermarktete Typenfamilie von Solvay umfasst Formulierungen mit verbesserter Leistung für höhere Verschleißfestigkeit und Strukturfestigkeit. Die KetaSpire® PEEK Produktfamilie wird in der Regel ebenfalls durch Extrusion und Spritzguss schmelzverarbeitet und dient zahlreichen Branchen und Anwendungsbereichen in Form von gespritzten oder extrudierten Halbzeugen, die zu Präzisionskomponenten verarbeitet werden, sowie extrudierten Folien und Rohren.
Zu den neueren Entwicklungen bei PEEK-Polymeren von Victrex PLC und Solvay gehören biokompatible Typen für implantierbare und nicht-implantierbare Life-Sciences-Anwendungen beim Menschen sowie Typen mit höherer Temperaturbeständigkeit. Invibio Biomaterial Solutions, ein Victrex-Unternehmen, bezeichnet sein Implantatmaterial als PEEK-Optima™, und Solvay kennzeichnet sein implantierbares Produkt als Zeniva® PEEK.
PEEK Stock Shapes für die spanende Bearbeitung
Da sich PEEK relativ einfach verarbeiten lässt, sind Rohteile aus einer Vielzahl von Typen dieses Ultrahochleistungsthermoplasts für Maschinenbaubetriebe weltweit leicht erhältlich. Drake liefert sein komplettes Sortiment an PEEK-Halbzeugen an viele dieser Bearbeitungsunternehmen, die für die Herstellung von hochwertigen Präzisionsteilen qualifiziert sind.
Drake’s PEEK Prozesskontrolle und Faserausrichtungstechnologie
Die Technologie von Drake Plastics für die Extrusion und das Spritzgießen von PEEK-Formteilen konzentriert sich auf die strenge Kontrolle der hohen Temperaturen und Drücke, die bei der Schmelzverarbeitung auftreten. Unser Fachwissen in diesem Bereich gewährleistet ein Höchstmaß an Eigenschaften und Dimensionsstabilität von bearbeiteten und gespritztten PEEK-Teilen.
Bei glas- und kohlefaserverstärkten PEEK-Typen ist die Technologie zur Steuerung der Faserorientierung ein wichtiger Faktor für die Leistung des fertigen Teils bei der Verarbeitung und Bearbeitung. Dies ist ein Bereich, in dem Drake über jahrzehntelange erfolgreiche Erfahrung verfügt, sowohl bei der Schmelzverarbeitung als auch bei der Definition der idealen Faserausrichtung in bearbeiteten Teilen, um maximale Festigkeit und Dimensionsstabilität für Ihre Anwendung zu erreichen.
Drake’s PEEK Halbzeuge, Handelsnamen
Drake bietet eine komplette Familie von PEEK-Halbzeugen an, von unverstärkten und verbesserten Lager- und Verschleißtypen bis hin zu glas- und faserverstärkten Formulierungen in der branchenweit größten Auswahl an Größen.
Je nach verwendetem kunststoffverwendet Drake Plastics die Marken Victrex® PEEK oder Solvay KetaSpire® PEEK für seine qualitativ hochwertigen extrudierte Halbzeuge. Zu diesen erstklassigen Halbzeugen gehören solche, die es nur bei Drake gibt, wie z. B. Stäbe mit einem Durchmesser von 255 mm und Platten mit einer Dicke von 200 mm, die die größten extrudierten Formate darstellen, die weltweit erhältlich sind.
Drake bietet auch Halbzeuge mit der Bezeichnung Drake Industrial Grade PEEK an, die im Vergleich zu anderen handelsüblichen PEEK-Halbzeugen gleichwertig oder etwas hochwertiger sind. Wie bei PEEK-Stäben und -Platten anderer Hersteller werden die von uns als Drake Industrial Grade PEEK bezeichneten Produkte ohne Kunststoffzertifizierung geliefert, die die Einhaltung der Mil-P46183-Norm bestätigt. Sie werden in großen Mengen unter Bedingungen extrudiert, die die für bestimmte Anwendungen erforderliche Wirtschaftlichkeit gewährleisten.
PEEK Leistungsprofil
Festigkeit und Formbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen
PEEK weist eine hohe Biege- und Zugfestigkeit bei erhöhten Temperaturen auf. Zu seinen Eigenschaften gehört eine Tg (Glasübergangstemperatur) von 150°C. Bei unverstärkten Sorten beträgt die Wärmeformbeständigkeit 315°F (157°C), und faserverstärkte Sorten behalten ihre hohe Festigkeit auch bei noch höheren Temperaturen bei. In den Eigenschaftsdaten von Victrex wird die Wärmeformbeständigkeit des mit 30 % Kohlenstofffasern verstärkten Victrex 450 CA30 PEEK mit 271 °C angegeben, was einen deutlichen Leistungssprung gegenüber unverstärkten Formulierungen darstellt. Es ist wichtig zu beachten, dass dieser Wert von Proben abgeleitet wird, die so gespritzt wurden, dass die Fasern für die Prüfung optimal ausgerichtet sind. Aktuelle Spritzgussteile oder Teile, die aus Halbzeugen bearbeitet wurden, werden dieses bestmögliche Ergebnis wahrscheinlich nicht erreichen.
PEEK weist außerdem eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Kriechen oder Kaltfluss unter Belastung bei hohen Temperaturen auf. Dank seines niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist es auch bei extremen Temperaturschwankungen äußerst formstabil.
Drake Plastics extrudiert und spritzt mehrere der hochfesten glas- und kohlefaserverstärkten PEEK-Formulierungen. Zu den Typen gehören das mit 30 % Glasfasern verstärkte KetaSpire KT820 GF30 und das mit 30 % Kohlefasern verstärkte KetaSpire KT 820CF30 von Solvay sowie das mit 30 % Kohlefasern verstärkte PEEK 450 CA30 von Victrex.
Abriebfestigkeit
Obwohl PEEK eine hohe inhärente Verschleißfestigkeit aufweist, sind für Anwendungen, die hohen dynamischen Belastungen und Geschwindigkeiten ausgesetzt sind, verbesserte Lager- und Verschleißtypen von PEEK erhältlich. Ein großer Vorteil bei Maschinen und Produktionsanlagen besteht darin, dass bewegliche Teile aus diesen Typen oft keine externe Schmierung benötigen. Dadurch können Verunreinigungen durch Schmiermittel vermieden werden, was für Lebensmittel-, Pharma- und ähnliche saubere Herstellungsprozesse von großem Vorteil ist. Dank ihrer längeren Lebensdauer können Teile aus verschleißfesten PEEK-Typen auch die Wartungskosten senken und die Produktionslaufzeiten zwischen den geplanten Wartungsarbeiten für den Austausch von Teilen verlängern.
Beispiele für lager- und verschleißverbessernde PEEK-Typen, die Drake Plastics zu Halbzeugen und Teilen verarbeitet, sind Victrex 450 FC30 „10-10-10“, das PTFE, Graphit und Kohlenstofffasern enthält, und Victrex 450 FE20 PEEK mit 20 % dispergiertem PTFE-Pulver. Beide Typen sind auch FDA-konform. Die kohlefaserverstärkten Strukturtypen Victrex 450 CA30 und KetaSpire KT820 CF30 eignen sich optimal für einige Lageranwendungen, insbesondere für solche, die eine erhöhte Steifigkeit und Festigkeit erfordern. Zu den wichtigsten Voraussetzungen für die Erzielung höchster Leistungen gehören eine ausreichend harte und glatte Verschleiß-Gegenlauffläche in einer Baugruppe sowie Betriebsbedingungen, die eine angemessene Wärmeabfuhr gewährleisten.
Chemikalien- und Hydrolysebeständigkeit
Die chemische Beständigkeit ist eine der bemerkenswertesten Eigenschaften von PEEK. Das einzigartige Verhältnis von Ether (E) zu Keton (K) von 2:1 verleiht dem Hochleistungsthermoplast eine bessere chemische Beständigkeit als anderen Polyetherketonen wie PEK, PAEK und PEKEKK. Seine Fähigkeit, langfristig einer bemerkenswert breiten Palette von Chemikalien standzuhalten, hat zu vielen Anwendungen geführt, bei denen es Metalle ersetzt, um die Lebensdauer in aggressiven Umgebungen zu verlängern, wie z. B. bei Bohrlochausrüstungen in der Öl- und Gasindustrie.
PEEK hält auch längerer Einwirkung von heißem Wasser, Dampf und Strahlung stand. Anwendungen in der Lebensmittel- und Pharmaproduktion nutzen diesen Vorteil mit FDA-konformem PEEK für Komponenten, die zwischen den Produktläufen gründlich gereinigt und desinfiziert werden müssen.
Reinheit
Die Halbleiterindustrie hat verschiedene PEEK-Typen für Werkzeuge und Vorrichtungen spezifiziert, da es sich um ein sehr reines Material handelt. Diese Eigenschaft minimiert die ionische Verunreinigung bei Nassprozessen mit verschiedenen chemischen Verfahren bei hohen Temperaturen.
Entflammbarkeitsklassen
Aufgrund seiner Entflammbarkeitswerte wird PEEK auch häufig für Elektro- und Flugzeugkomponenten verwendet. Unverstärktes PEEK hat eine UL94 V-0 Einstufung bei 1.5 mm und die faserverstärkten Typen haben eine UL94 V-0 Einstufung bei 0.5 mm Dicke. PEEK erfüllt auch die FAA-Normen zur Flammen- und Rauchentwicklung für strukturelle und elektrische Komponenten in Flugzeugen.
Typische PEEK-Anwendungen
Die Anwendungen für die verschiedenen PEEK-Formulierungen zeichnen sich in der Regel dadurch aus, dass die Chemikalien- und Hydrolysebeständigkeit des Hochleistungsthermoplasten, seine hohe Festigkeit bis zu den Temperaturgrenzen, seine Ionenreinheit und seine Verschleißfestigkeit gefragt sind.
Die Öl- und Gasindustrie hat die Vorteile von PEEK für Komponenten in Bohrlochausrüstungen erkannt, wo PEEK für Dichtungen, Ventilsitze, Isolatoren und elektrische Anschlüsse spezifiziert ist. Zu den Anwendungen in der industriellen Produktion gehören Komponenten von Lager- und Verschleißmaschinen sowie Werkzeugspitzen zum Plasmaschweißen. Chemische Inertheit und geringe ionische Verunreinigungen sind die Gründe für die Wahl von PEEK für Werkzeuge und Vorrichtungen in der Halbleiterfertigung. Seine geringe Rauchentwicklung, strukturelle Festigkeit und thermische Beständigkeit gehören zu den Leistungsvorteilen von PEEK für Flugzeugkomponenten. FDA-konforme Lager- und Verschleißteile sowie unmodifizierte PEEK-Typen eignen sich auch für eine Vielzahl von Anwendungen mit Lebensmittelkontakt in Verarbeitungs- und Verpackungsanlagen.
Mit der Entwicklung neuer Klassen des Ultrahochleistungsthermoplasten erweitern sich die Anwendungsmöglichkeiten für PEEK ständig. High Temperature PEEK XT zum Beispiel eignet sich für Anwendungen, die die thermischen Möglichkeiten herkömmlicher PEEK-Typen übersteigen. Darüber hinaus haben Solvay und Victrex mit ihren Entwicklungen von biokompatiblen Typen die Einsatzmöglichkeiten von PEEK erweitert.
Hochtemperatur-PEEK
Das von Solvay entwickelte Hochtemperatur-PEEK mit der Bezeichnung KetaSpire® PEEK XT erweitert die thermischen und mechanischen Eigenschaften und damit den Anwendungsbereich dieses außergewöhnlichen Hochleistungsthermoplasten. Das Material ist ein echtes PEEK. Es hat das gleiche Verhältnis von 2:1 Ether (E) zu Keton (K), das dem Polymer im Vergleich zu anderen hochtemperaturbeständigen Polyetherketonen eine bessere chemische Beständigkeit verleiht.
Die für Spritzguss und Extrusion erhältlichen KetaSpire PEEK XT-Type für hohe Temperaturen umfassen eine unverstärkte Variante sowie mit 30 % Glas- und Kohlenstofffasern verstärkte Formulierungen.
Was die thermische Leistung betrifft, so ist die Glasübergangstemperatur von PEEK XT mit 170 °C um 20 °C höher als bei herkömmlichem, unverstärktem PEEK. Seine Schmelztemperatur ist ebenfalls um 45°C höher. Hochtemperatur-PEEK XT behält seine höhere mechanische Festigkeit und seine hervorragenden elektrischen Eigenschaften auch bei Temperaturen, die über die Möglichkeiten herkömmlicher PEEK-Typen hinausgehen. Solvay berichtet, dass PEEK XT einen 400 Prozent höheren Zugmodul und eine fast 50 Prozent höhere Zugfestigkeit bei 160°C im Vergleich zu herkömmlichem PEEK aufweist. Außerdem bietet es eine erhebliche Steigerung der Durchschlagsfestigkeit und des Durchgangswiderstands für elektrische Anwendungen, die höheren Temperaturextremen ausgesetzt sind.
Anwendungen für die verschiedenen Typen von Ultrahochleistungs-PEEK XT profitieren von der höheren Festigkeit bei höheren Temperaturen, der elektrischen Isolierung und den isolierenden und ablativen Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichem PEEK.
Zu den Fähigkeiten von Drake im Bereich Hochtemperatur-PEEK XT gehören Spritzgussteile und Halbzeuge für die Bearbeitung sowie präzise CNC-gefertigte Teile. Alle basieren auf dem unverstärkten KetaSpire XT-920 NT, dem mit 30 % Kohlefasern verstärkten KetaSpire XT-920 CF30 und dem mit 30 % Glasfasern verstärkten KetaSpire XT-920 GF30 PEEK von Solvay.
Medizinische und biokompatible PEEK-Typen
PEEK bietet mehrere Vorteile gegenüber Metallen und anderen Materialien für medizinische und biowissenschaftliche Anwendungen. Die inhärente Beständigkeit des Materials gegen Chemikalien, Gammastrahlung und Hochdruckdampf verlängert die Lebensdauer von Instrumenten und Geräten, die häufig im Autoklaven sterilisiert werden müssen. Das geringe Gewicht ist ein Vorteil für chirurgische und zahnmedizinische Werkzeuge. Die Möglichkeit, PEEK im Spritzgussverfahren herzustellen, ermöglicht auch die wirtschaftliche und exakte Reproduzierbarkeit von Werkzeugen und Geräten in der Großserienproduktion. Es sind mehrere PEEK-Typen erhältlich, die die Konformitäts- und Zertifizierungsanforderungen für diese und andere Anwendungen in der Medizintechnik erfüllen.
Implantierbare PEEK-Typen haben sich auch im medizinischen Bereich durchgesetzt. Sie zeichnen sich durch hohe Festigkeit und Röntgentransluzenz aus, was für die Visualisierung implantierter Geräte mit verschiedenen medizinischen Bildgebungsverfahren von Vorteil ist.
Victrex hat eine Reihe von biokompatiblen Typen unter der Bezeichnung PEEK-Optima™ entwickelt, die sich für Komponenten und Geräte für Kurzzeit- und Dauerimplantate beim Menschen durchgesetzt haben. Diese Qualitäten werden von invibio® Biomaterials Solutions, einem Victrex Unternehmen, streng verwaltet und tragen die kommerzielle Bezeichnung PEEK-Optima™.
Solvay bietet auch ein Portfolio an biokompatiblen PEEK-Typen für implantierbare und nicht-implantierbare Anwendungen. Diese Materialien tragen den Markennamen Zeniva® PEEK und sind unter streng kontrollierten Bedingungen für qualifizierte Unternehmen in der medizinischen Industrie erhältlich.
Drake’s Produktentwicklung und Bearbeitung von fortgeschrittenen PEEK-Produkten
Die Prozess- und Produktentwicklung bei neuen Materialien wie Hochtemperatur-PEEK XT ist ebenfalls ein wichtiger Schwerpunkt bei Drake. Unsere Investitionen in diesem Bereich bieten Ingenieuren und Planern Zugang zu neuen Hochleistungsthermoplasten in einer breiten Palette von Formaten und Konfigurationen für bearbeitete Teile. Drakes Spritzgusskapazitäten stehen auch zur Verfügung, um einen nahtlosen Übergang von bearbeiteten zu gegossenen Teilen zu ermöglichen, wenn das Volumen die Investition in Werkzeuge rechtfertigt.
Unsere strengen Qualitätskontrollsysteme und Zertifizierungen haben Drake auch als kompetenten und zuverlässigen Partner für die Extrusion, Bearbeitung und das spritzgiessen Komponenten für Kunden aus der Medizin- und Biowissenschaftsbranche positioniert, die uns mit den implantierbaren Zeniva® PEEK-Halbzeugen und Kunststoffe von Solvay beliefern.
