Polyetheretherketon, allgemein als PEEK abgekürzt, ist ein technischer Hochleistungsthermoplast, der zur Familie der Polyketone gehört. Es ist für seine hervorragenden mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften bekannt.

Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich PEEK für ein breites Anwendungsspektrum. Zu den Einsatzgebieten gehören die Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Medizin- und Elektronikindustrie.

Aber wissen Sie, was es im Vergleich zu anderen hitzebeständigen Kunststoffen einzigartig macht?

Hier:
*Die Struktur von PEEK und der Reaktionsmechanismus dahinter
*Vergleich verschiedener PEEK-Versionen anderer hitzebeständiger Kunststoffe
*Geeignete Verarbeitungsbedingungen und verwendbare Endprodukte

Was ist PEEK – Polyetheretherketon?

Polyetheretherketon (PEEK) gehört zur Familie der Polyketonpolymere (PEK, PEEK, PEEKK, PEKK, PEKEKK). Von diesen wird PEEK am häufigsten verwendet und in großem Maßstab hergestellt. Es ist seit den frühen 1980er Jahren beim ICI gelistet. PEEK ist ein vollständig recycelbarer Kunststoff.
CAS-Nr.: 29658-26-2
Chemischer Name: Poly(oxy-1,4-phenylen-oxy-1,4-phenylen)]
Chemische Formel: C 19 H 14 O 3

Synthese von PEEK
PEEK-Polymere werden durch schrittweise Polymerisation erhalten durch Dialkylierung von Bisphenolsalzen. Dabei handelt es sich um die Reaktion von 4,4'-Difluorbenzophenon oder 1,4-Bis(4-fluorbenzoyl)benzol mit Hydrochinon. Die Reaktion findet in Gegenwart eines Alkalimetallcarbonats statt. Anschließend wird das Polymer durch Entfernen des Alkalimetallfluorids und des Polymerisationslösungsmittels isoliert.

Dieses Polymer weist den höchsten thermischen Übergang aller anderen kommerziellen Polymere auf. Dies ist auf ihr steifes aromatisches Polymerrückgrat zurückzuführen. Dadurch sind sie bei Temperaturen bis 240°C einsetzbar.

Übersicht über typische Eigenschaften
PEEK ist ein teilkristalliner, technischer Hochleistungsthermoplast. Dieses starre, undurchsichtige (graue) Material bietet eine einzigartige Kombination

*mechanischer Eigenschaften.
* Beständigkeit gegen Chemikalien und Abrieb.
*Außergewöhnlich hohe Temperaturbeständigkeit
*In Kombination mit Biege- und Zugeigenschaften weist das Polymer auch eine hervorragende Kriechfestigkeit auf. Das Material hält hohen Belastungen bei erhöhten Temperaturen* über längere Zeiträume stand, ohne dass es zu bleibenden Verformungen kommt.

Zusätzlich zu diesen Eigenschaften hat PEEK:

*Hoher Schmelzpunkt (Tm), 343 °C
*Hohe Glasübergangstemperatur (Tg), 143 °C
*Hohe Dauerbetriebstemperatur, bis zu 260 °C

Diese Eigenschaften zeichnen PEEK und seine Verbundwerkstoffe aus geeignet für Hochtemperaturanwendungen. Dazu gehören Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Struktur-, Elektro- und biomedizinische Anwendungen.

Trotz des höheren Preises von Polymeren bieten PEEK-Materialien für gefertigte Teile unter anderem folgende Vorteile:

* Geringes Gewicht.
*Stärke oder Zähigkeit und
* die Fähigkeit, in rauen Umgebungen länger zu überleben.

Das Polymer weist einen hohen Volumenwiderstand und Oberflächenwiderstand auf. Es behält über einen weiten Temperaturbereich gute Isoliereigenschaften bei. Es hält auch Umweltveränderungen stand.

PEEK hat eine Brennbarkeitsklasse V0 von nur 1,45 Millimetern und einen LOI von 35 %. Die Rauch- und Giftgasentwicklung ist äußerst gering. Die Kristallinität verleiht ihm eine hervorragende Beständigkeit gegenüber vielen Flüssigkeiten und hervorragende Ermüdungseigenschaften.

PEEK ist in allen gängigen Lösungsmitteln unlöslich. Es hydrolysiert nicht. Es kann Tausende von Stunden in Dampf oder Druckwasser ohne spürbaren Leistungsverlust verwendet werden.

Zu den weiteren Eigenschaften von PEEK gehören:

*Geringe Reibung
*Gute Dimensionsstabilität
*Ausgezeichnete Autoklavenbeständigkeit
*Biokompatibilität
*Lange Lebensdauer
*Inhärente Reinheit

Leistungsvergleich: PEEK-Versionen und andere hochtemperaturbeständige Polymere

Reine vs. verstärkte PEEK-Versionen

Kohlenstofffaserverstärkte PEEK-Typen bieten hervorragende Zugeigenschaften. Es werden Zugfestigkeiten von 29.000 psi erreicht und die Leistung bleibt bei 299 °C erhalten. Verstärkte Sorten bieten eine verbesserte Leistung bei sehr hohen Temperaturen.

Verstärkte Sorten erhöhen den Biegemodul bei sehr hohen Temperaturen. Glas- und Kohlenstoffverstärkungen können ebenfalls hinzugefügt werden:

*Kriech- und Ermüdungsfestigkeit, die
*Wärmeleitfähigkeit und
*Die Wärmeformbeständigkeitstemperatur des Polymers.


Vergleich von PEEK mit anderen hochtemperaturbeständigen Kunststoffen

*PEEKs weisen eine hervorragende Zugfestigkeit, HDT, Betriebstemperatur, Haftung, Verarbeitung und giftige Gasemissionen im Vergleich zu Fluorpolymeren. Allerdings sind sie in Bezug auf chemische Beständigkeit, Kosten, Zähigkeit und UV-Bewitterung schlechter.
* Im Vergleich zu PPS weist PEEK eine deutlich bessere Hitzebeständigkeit, Zähigkeit und Spritzfestigkeit auf
. * ​​PEEK weist im Vergleich zu PES eine höhere Temperaturleistung, Abriebfestigkeit, chemische Beständigkeit und Ermüdungseigenschaften auf.
*PEEK wird normalerweise nicht mit anderen Polymeren gemischt. Es kann jedoch mit einer Reihe anderer Polyketone mischbare Mischungen bilden, und PEI-PEEK/PEI-Mischungen haben eine hohe Tg und sind gut mit PES- und PPS-Mischungen kompatibel.


Einschränkungen von PEEK

*Teuer für anspruchsvolle Anwendungen
*Verarbeitung bei hohen Temperaturen
*Wird von bestimmten Säuren angegriffen, z. B. konzentrierter Säure Schwefelsäure, Salpetersäure, Chrom
*Wird von Halogenen und Natrium angegriffen
*Geringe UV-Beständigkeit

Wie werden PEEK-Polymere verarbeitet?

Polyetheretherketon wird mit herkömmlichen Methoden verarbeitet wie:

*Spritzguss.
*Extrusion
*Formpressen usw.
Allerdings beeinflussen die beim Formen verwendeten Verarbeitungsbedingungen die Kristallinität und die mechanischen Eigenschaften.

Als linearer Thermoplast kann PEEK im Temperaturbereich (370 bis 420 °C) schmelzverarbeitet werden. Bei der Verarbeitung von Polyetheretherketon entstehen keine korrosiven Gase. Eine effektive Überwachung der Schmelztemperatur hochthermoplastischer Kunststoffe verbessert die Produktqualität.
Vor der Verarbeitung von Polyetheretherketon wird empfohlen, das Material 3 Stunden bei 150 °C oder 2 Stunden bei 180 °C zu trocknen. Dadurch sollen Formungsfehler vermieden werden. Dadurch sollen Formungsfehler vermieden werden.

Verarbeitung von PEEK-Polymeren:
Spritzguss
*Eine Formtemperatur von 160–190 °C wird empfohlen, um eine gute Kristallisation zu erreichen und Verformungen zu minimieren.
* Eine Nachkristallisation bei 200 °C ist möglich, wird jedoch für Anwendungen, die eine hohe Dimensionsstabilität erfordern, nicht empfohlen.
*PEEK eignet sich zum Spritzen sehr kleiner Teile mit engen Maßtoleranzen.
*Einspritzdruck: 70–140 MPa
*Formschrumpfung: Ungefüllt – 1,2–2,4 %, gefüllt – 0,1–1,1 %

Extrusion
*Die Kühltemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die Kristallinität und die Eigenschaften.
*Bei der Folien- und Plattenextrusion erzeugt ein Kühlzylinder bei 50 °C ein klares amorphes Material.
Ein Kühlzylinder mit *170°C erzeugt ein undurchsichtiges und hochkristallines Material.
*Orbitale oder biorientierte Folien können auch im Extrusionsverfahren hergestellt werden.

3D-Druck
Dank seiner einzigartigen Eigenschaften ermöglicht der 3D-Druck von PEEK die Konstruktion praktisch jeder komplexen Designgeometrie, die mit anderen Technologien nicht realisierbar wäre. Die Methode Fused Deposition Modeling – FDM (oder Fused Filament Fabrication – FFF) wird für den 3D-Druck mit PEEK-Filamenten verwendet.
*Düsentemperatur: 360–400 °C
*Heizbett: 120 °C

Aufgrund seiner geringeren Feuchtigkeitsaufnahme im Vergleich zu anderen gängigen FFF-Materialien wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ist es ein ausgezeichneter Kandidat für FFF.