Polyetherimid (PEI) Übersicht

Polyetherimid (PEI) ist ein Mitglied der Polyimid-Familie von Hochleistungswerkstoffen, zu der auch Polyamidimid (PAI) gehört. Die polymere Struktur von PEI, einem amorphen Thermoplast, enthält Etherbindungen (E) in der Molekularstruktur von Polyimid (PI). Durch diese Modifikation kann PEI im Spritzguss und in der Extrusion schmelzverarbeitet werden, was bei herkömmlichen Polyimidmaterialien wie Vespel® PI nicht möglich ist.

In seiner Grundform ist Polyetherimid bernsteinfarben transparent. Seine Leistung zeichnet sich durch ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis mit einer Festigkeit bis zu 200°C, Langzeitbeständigkeit gegen thermische Oxidation, gute elektrische Eigenschaften und inhärente Chemikalien- und Flammenbeständigkeit aus. PEI ist auch dafür bekannt, dass es seine Eigenschaften nach längerer Einwirkung von Dampf und heißem Wasser beibehält, ein Vorteil für lebensmittelverarbeitende Geräte und medizinische Anwendungen, die eine aggressive Reinigung oder Sterilisation erfordern.

Seit seiner Einführung gibt es eine Vielzahl von PEI-Typen mit unterschiedlichen Glasfaserverstärkungen, die die strukturelle Festigkeit des Hochleistungsthermoplasts erhöhen.

Die Kunststoffabteilung der General Electric Company entwickelte und vermarktete Polyetherimid 1982 unter dem Markennamen UltemTM PEI. Das Kunststoffgeschäft mit seiner umfangreichen Liste von Polymeren, einschließlich Ultem PEI, einem einzigartigen Material von GE, wurde später von SABIC Plastics übernommen.

PEI-Typen, Lieferanten

SABIC ist nach wie vor der einzige Hersteller von Ultem-PEI-Kunststoffe und beliefert den Weltmarkt aus Anlagen in den USA und Spanien.

Ausgehend von der anfänglichen transparenten Form des Materials wurde die Produktlinie von Ultem PEI schnell erweitert, um den Anforderungen einer wachsenden Zahl von Anwendungen in verschiedenen Branchen gerecht zu werden. Eine breite Palette von Standard- und kundenspezifischen Farben wurde hinzugefügt, um Anwendungen in der Luftfahrt, der Medizin und der Lebensmittelindustrie zu bedienen. Zu den verschiedenen Typen von Ultem PEI gehören spritzbare und extrudierbare Pellets und Beschichtungspulver, um den gängigsten Produktionsmethoden und Anwendungen für das Material gerecht zu werden. Einige der pelletierten Spritzguss- und Extrusionstypen enthalten auch Additive zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit.

Unter den leistungsmodifizierten Typen werden die glasfaserverstärkten Formulierungen besonders häufig für strukturelle Anwendungen in rauen Umgebungen eingesetzt, bei denen die inhärente Widerstandsfähigkeit von PEI gegen hohe Temperaturen, unter Druck stehenden Dampf und viele aggressive Chemikalien ebenfalls von Vorteil ist.

Verschiedene ungefüllte und modifizierte Typen von Ultem PEI sind in der Halbzeugindustrie als bearbeitbare Stäbe und Platten erhältlich. Drake bietet diese Produkte auch auf Anfrage an.

Eines der am häufigsten verwendeten ultrahochleistungsfähigen faserverstärkten PEI-Typen ist das zu 30 % glasfaserverstärkte Ultem 2300 PEI. Es ist auch das wichtigste PEI-Material von Drake Plastics, dessen Produkte in Form von nahtlosen Rohren® sowie bearbeiteten und spritzgegossenen Teilen erhältlich sind. Andere Teile und Typen von Ultem PEI sind auf Anfrage erhältlich, in der Regel mit geringem Mindestbestellwert.

Ultem 2300 Seamless Tube ist eine einzigartige, von Drake entwickelte, spanend bearbeitbare Konfiguration, die ein höheres Leistungsniveau erreicht, als dies bei Teilen möglich ist, die aus Stangen und Platten gefertigt werden. Seine nahtlose Konfiguration beseitigt die Probleme, die mit Schweißnähten verbunden sind, die bei dickwandigen extrudierten thermoplastischen Rohren üblich sind. Es bietet auch eine überzeugende Wirtschaftlichkeit für Komponenten, deren Konfigurationen sich eher für die Bearbeitung von Rohren als von Stäben eignen.

Ultem 2300 PEI Leistungsmerkmale

Die Zugabe von 30 % gefräster Glasfaserverstärkung verleiht Ultem 2300 PEI eine wesentlich höhere Steifigkeit und Dimensionsstabilität bei extremen Temperaturen als die ungefüllten Typen, wobei die dem Polymer innewohnenden Leistungsvorteile erhalten bleiben.

Die thermischen Eigenschaften von Ultem 2300 PEI unter Belastung verschaffen ihm einen angemessenen Platz in der relativ kleinen Familie der Ultrahochleistungsmaterialien. Es hat eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 215°C. Die 30-prozentige Glasfaserverstärkung erhöht die Wärmeformbeständigkeit auf 210 °C was etwa 10 % höher ist als bei der unverstärkten Variante. On dimensional stability over severe temperature variations, its in-flow coefficient of linear thermal expansion (CLTE) of 1.98 E–5/°C rivals aircraft grade aluminum. .

Strukturelle Festigkeit und Stabilität

Unverstärkte Typen von Ultem PEI bieten eine inhärente Steifigkeit und Stabilität bei hohen Temperaturen unter Belastung. Der Zusatz von 30 % Glasfaserverstärkung verleiht Ultem 2300 ein deutlich verbessertes Strukturverhalten. Sein Biegemodul von 8.960 MPa ist mehr als zweieinhalb Mal so hoch wie der von unverstärktem Ultem-PEI und führt dazu, dass der Typ 2300 häufig für Anwendungen in der chemischen Industrie spezifiziert wird, bei denen hohe physikalische Belastungen auftreten, die sich der Glasübergangstemperatur nähern.

Hydrolytische Stabilität

Wie alle Ultem PEI-Typen ist Ultem 2300 PEI beständig gegen eine Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften, wenn es über einen längeren Zeitraum Dampf und Wasser ausgesetzt wird. Seine geringe Feuchtigkeitsaufnahme (0,90 Gew.-% bei Sättigung) und die daraus resultierende Dimensionsstabilität machen es zu einem guten Kandidaten für Pumpenkomponenten und elektrische Anschlüsse, die Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit und hohe Festigkeit bei gleichzeitiger Beibehaltung präziser Abmessungen unter nassen Bedingungen erfordern.

Hohe Durchschlagsfestigkeit

Die inhärenten elektrischen Eigenschaften des Ultem PEI-Polymers sind auch bei glasverstärktem Ultem 2300 gegeben. Mit einer Durchschlagsfestigkeit von 28000 kV/m in Öl und 25000 kV/m in Luft wird der Hochleistungsthermoplast Ultem 2300 häufig in elektrischen Isolier- und Isolierbauteilen eingesetzt. Typische Anwendungen sind elektrische Steckverbinder, Gerätegehäuse und -körper, Spulenkörper und Klemmleisten. Das Basisharz von Ultem PEI bietet die höchste Durchschlagsfestigkeit aller handelsüblichen Thermoplaste auf dem Markt (unabhängig davon, ob es sich um ein teilkristallines oder amorphes Polymer handelt).

Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsrisse in der Umwelt

Ultem PEI übertrifft aufgrund seiner auf Polyimid basierenden Polymerstruktur viele andere amorphe Thermoplaste hinsichtlich ihrer chemischen Beständigkeit. Der Hochleistungsthermoplast ist beständig gegen die meisten Automobil- und Flugzeugflüssigkeiten, aliphatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Säuren und schwache wässrige Lösungen. Aufgrund der unterschiedlichen chemischen Konzentrationen, Temperaturen und physikalischen Belastungen müssen alle Anwendungen von Ultem PEI und allen anderen Materialien unter realen Bedingungen getestet werden, um die Eignung des Materials für den Einsatz zu bestimmen.

Entflammbarkeit und Rauchentwicklung

Ultem 2300 PEI weist wie die meisten PEI-Typen eine inhärente Flammbeständigkeit auf, ohne dass feuerhemmende Zusatzstoffe erforderlich sind. Es hat einen Sauerstoffgrenzwert (LOI) von 50 % und ist nach UL94 V-0 und 94 V5A in bestimmten UL-geprüften Dicken zugelassen. Der zu 30 % glasfaserverstärkte PEI-Typ ist außerdem raucharm, was ihn für bestimmte strukturelle und elektrische Komponenten in Flugzeugen interessant macht.

Leistungs- und Kostenvorteile: Drakes Ultem 2300 PEI Nahtloses Rohr®

Drake Plastics hat seine Seamless Tube® Prozesstechnologie entwickelt, um die Leistungsprobleme im Zusammenhang mit der Integrität von Schweißnähten in dickwandigen extrudierten Rohren zu überwinden. Diese einzigartige Halbzeugkonfiguration bringt auch mehrere andere Vorteile in Bezug auf Leistung und Kosten bei fertig bearbeiteten Teilen und Komponenten.

Höhere Festigkeit

Das nahtlose Rohr Ultem 2300 PEI von Drake weist im Vergleich zu aus Stäben gefertigten Rohrkonfigurationen eine weitaus höhere Ringfestigkeit auf. Unabhängige Bersttests zeigen, dass Seamless Tube eine doppelt so hohe Bruchfestigkeit aufweist – ein wichtiger Faktor für Teile, die hohen inneren oder äußeren Drücken und Belastungen ausgesetzt sind.

Da nahtlose Rohre mit gleichmäßigem Fluss über den gesamten Querschnitt hergestellt werden, gibt es keine schwachen „Schweißnähte“ und sie halten weitaus größeren inneren oder äußeren Radialbelastungen stand.

Verbesserte Dimensionsstabilität

Das nahtlose Ultem 2300 PEI-Rohr von Drake hat einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CLTE) sowohl für den Außen- als auch für den Innendurchmesser, der eng mit den Werten im Datenblatt des Harzlieferanten übereinstimmt. Diese Konsistenz ist das Ergebnis der Erfahrung von Drake Plastics bei der Herstellung von nahtlosen Rohren mit gleichmäßiger Faserorientierung über den gesamten Umfang.

Größere Toleranzkontrolle bei der Bearbeitung

Drakes Kunden berichten von einer besseren Toleranzkontrolle, insbesondere in Bezug auf Rundheit und Konzentrizität bei nahtlosen Rohren im Vergleich zu Stangen- und Plattenmaterial.

Wenn zylindrische Teile aus Stangenmaterial gefertigt werden, kann ihr Außendurchmesser schrumpfen, wenn das Material entkernt wird, um eine kreisförmige Form zu erhalten. Dies liegt daran, dass bei der Schmelzextrusion von thermoplastischen Stäben die Materialmasse im Kern des Stabs in der Regel langsam abkühlt, wodurch sich ein anderes Eigenspannungsniveau ergibt als im äußeren Teil, der schneller abkühlt. Der Kern „bindet“ auch den äußeren Bereich des Stabes. Beim Abtragen kann das innere Spannungsgefälle zwischen Kern und Stabumfang dazu führen, dass sich das bearbeitete Teil verzieht und eine ovale Form annimmt.

Das nahtlose Rohr Ultem 2300 PEI von Drake macht das Kernmaterial überflüssig und zeigt bei der Bearbeitung ein gleichmäßiges Verhalten über den gesamten Querschnitt.

Geringerer Materialverlust und weniger Bearbeitungszeit

Mit dem nahtlosen Rohr Ultem 2300 PEI kann das Bohren entfallen, und der Innendurchmesser und die Toleranz können schnell und genau bearbeitet werden. Dadurch wird der Materialverlust bei der Bearbeitung kreisförmiger Konfigurationen durch Entkernen der Stange erheblich reduziert. Es reduziert auch die Bohrstunden und den Werkzeugverschleiß, die bei abrasiven faserverstärkten Materialien wie Ultem 2300 PEI erheblich sein können.

AD/ID-Kombinationen mit schnellem Turn-Around

Ultem 2300 PEI Seamless Tube wird in vielen Wartungs- und Reparaturbetrieben in der Öl- und Gasindustrie und anderen Branchen eingesetzt, in denen eine schnelle Durchlaufzeit für die Aufrechterhaltung des Betriebs entscheidend ist. Drake produziert eine breite Palette von Ultem 2300 PEI Nahtlose Rohre OD/ID-Kombinationen für eine schnelle Durchlaufzeit. Der Größenbereich ermöglicht außerdem eine effiziente Material- und Bearbeitungsbearbeitung, was genau der Philosophie der schlanken Fertigung von Drake entspricht.

Typische Ultem 2300 PEI Seamless Tube® Anwendungen

  • Strukturbauteile, Ringe, Dichtungen in Öl- und Gas- und chemischen Verarbeitungsanlagen.
  • Thermische Isolatoren; elektrische Isolatoren und Isolatoren.
  • Strukturelle Flugzeugbauteile, elektrische Steckverbinder, Gehäuse für Komponenten und Beleuchtungen.
  • Elektrische Anschlussblöcke, Gehäuse und Spulenkörper.